起樁油缸優(yōu)化設計分析

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摘要：起樁油缸屬于高要求液壓缸之一，多年以來主要依靠進口，其價格高、維修麻煩、備件周期長。因而對其進行結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，開展國產(chǎn)化代替進口產(chǎn)品勢在必行。本文根據(jù)實際情況，優(yōu)化改進后使得油缸更方便現(xiàn)場維護保養(yǎng)，使用壽命也更長，對我國自主研發(fā)設計的疏浚船舶出口起到了積極作用。

關鍵詞：起樁油缸；鉸吸船；疏浚船舶；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

引言

起樁油缸是疏浚船舶定位樁液壓系統(tǒng)中的主要執(zhí)行機構(gòu)，其有著使用環(huán)境潮濕、停機影響大、停機更換困難等特點，多年以來主要依靠進口，價格高，維修麻煩，備件周期長，極大妨礙了我國疏浚工作的正常開展?，F(xiàn)階段進口起樁油缸在維護保養(yǎng)上有許多不方便，部分零件一旦損壞磨損就只有更換零件，零件無法維修后再使用[1]。根據(jù)這么多年的油缸的實際使用情況，對油缸結(jié)構(gòu)設計進行優(yōu)化，優(yōu)化后的油缸大大減少了起樁油缸零部件一旦維修就報廢的情況，也方便了現(xiàn)場工人實際的維護保養(yǎng)工作，在一些常出現(xiàn)問題的地方進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，使用壽命有明顯增加，得到用戶的一致認可。

1技術(shù)指標

1）環(huán)境技術(shù)指標：環(huán)境溫度為-20~50℃（平均溫度30℃）；濕度不小于95%（飛濺水霧也包含在內(nèi)）；設備溫度為-20~50℃（平均溫度30℃）。2）工作壓力：25MPa；試驗壓力：31.5MPa。3）活塞桿熱處理達到Rc32-36，表面鍍鎳/鍍鉻/噴陶瓷光滑處理，厚度不小于0.10mm。4）因疏浚船舶油缸在江面或近海使用，一旦出海，更換維修非常麻煩，所以盡可能優(yōu)化設計，方便維護保養(yǎng)。

2起樁油缸常見問題

2.1起樁油缸上密封最容易損壞點有2處

1）底座上的球面靜密封。起樁油缸為垂直安裝，底座在下面承受油缸自身和鋼樁的全部重量，偶爾的沖擊載荷和船的左右晃動帶來的徑向載荷容易使球面磨損，導致密封間隙過大，導致球面密封失效漏油。2）缸蓋與柱塞桿之間的動密封。起樁油缸為柱塞油缸，主密封在缸蓋上。鋼樁在定位海底時如果泥污較多，起樁的力就會加大，在高壓啟動的情況下，缸體本身還在隨著船體晃動，這對油缸缸蓋的導向和密封有著很高的要求，這些不利的因素都會加劇缸蓋密封和導向的磨損。

2.2起樁油缸易損零件介紹

球座。進口油缸的球座都是采用球面淬火處理來增加球面的硬度和耐磨度，但是淬火工藝也帶來一個弊端：表面損壞后無法進行焊接修復。這在油缸的維修上帶來很大麻煩，一旦磨損只能更換球座。缸體。進口油缸設計安全系數(shù)太低，因沒有考慮鋼樁下降時帶來的沖擊力，瞬時的油缸壓力會大幅上升，過壓后極易導致缸體塑性變形，影響油缸的正常使用[2-6]。

3起樁油缸優(yōu)化設計改進

3.1球座設計優(yōu)化

起樁油缸必須有很高的承壓能力，該油缸需要面對的另一個問題是不規(guī)則的側(cè)向載荷，這種情況則需要利用球鉸接來保證油缸的擺動圖2所示，球鉸接的密封形式及加工工藝都是很重要的技術(shù)點。圖2為一個球面設計，有油杯注油，保證擺動時的潤滑性，也起到一定的密封防水防潮作用。另外球座的工藝改進，由原來的表面淬火工藝改為球面電鍍硬鉻來達到耐磨；淬火工藝缺點是可焊性太差，維修保養(yǎng)麻煩；而電鍍后的球頭球面可以多次反復補焊，重新電鍍，可修復大大加強。

3.2導向結(jié)構(gòu)優(yōu)化

疏浚船舶液壓油缸的使用具有：工作壓力高、工作環(huán)境差、安全性要求高等特點，設計出一套有別常規(guī)油缸的特殊導向結(jié)構(gòu)形式，在導向穩(wěn)定性和耐磨性上有了很大的提升。常規(guī)油缸導向帶基本選用單邊厚度2.5~4mm的導向帶，而考慮到油缸缸體在沖擊壓力下可能會產(chǎn)生局部變形，過于單薄的導向帶容易拋出溝槽，所以在導向帶上選用單邊厚度為6mm的導向環(huán)，并盡可能增加導向長度，在導向結(jié)構(gòu)上進行了改進（見圖3）。傳統(tǒng)的液壓缸導向是使用的普通導向帶，其缺點是承受側(cè)載能力差，本文選用了高強度的耐磨導向環(huán)。

3.3柱塞桿使用壽命

增加活塞桿的耐磨性能，單純的鍍鉻工藝無法保證疏浚船舶液壓油缸的長時間在海洋氣候環(huán)境運行。本文在活塞桿的材料、熱處理工藝、電鍍工藝上入手，突破傳統(tǒng)液壓缸的加工工藝。設計出1套符合疏浚船舶液壓油缸使用工況的工藝（見圖4），在前期的制造使用中已經(jīng)體現(xiàn)出了其優(yōu)越性。

3.4在防塵防水方面

因為環(huán)境比較特殊，這方面也做了改進型措施。在缸蓋部分增加易拆卸焊銅刮污圈。

3.5缸蓋密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于V組密封結(jié)構(gòu)，使用一段時間后密封會磨損，松動；那么增加1道V組墊環(huán)就可以重新預緊密封，達到再次緊定密封作用，加強密封過盈量來達到完全密封效果。如圖5所示，首先拆開內(nèi)六角螺絲，然后拆開壓蓋，把墊圈剪開，套入溝槽內(nèi)（在圖示位置）然后壓上壓蓋（注意O型圈不要脫落）壓緊螺絲即可（注意螺絲不要擰死，帶上力即可）。其中在拆裝過程中注意活塞桿清潔，一次壓一塊墊圈，試驗后如果柱塞桿還帶油，再壓一塊墊圈進去。如果發(fā)現(xiàn)柱塞桿不能正常落下，則把一圈螺絲均勻松一點（不要太松），如果發(fā)現(xiàn)墊圈壓入后，活塞桿不帶油了，柱塞桿也可以自由落下，則最后把螺絲擰緊到位，再試驗一下，正常即可。

4結(jié)語

本文主要介紹疏浚船舶中鉸吸船的起樁液壓油缸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過分析起樁油缸工作特點和實際存在的問題，提出針對性的改進措施，根據(jù)實際用戶反饋情況來看，實現(xiàn)了基本目標，為挖泥船的油缸國產(chǎn)化替代進口件做出了積極貢獻。

參考文獻：

[1]彭志剛.疏浚業(yè)延伸分析研究[D].杭州:浙江大學,2008.

[2]錢善波.大型耙吸挖泥船疏浚設備建造技術(shù)研究[D].上海:上海交通大學,2008.

[3]李曉峰.耙吸式挖泥船總體性能研究[D].天津:天津大學,2002.

[4]朱榮,陳松濤.耙吸挖泥船主動耙頭控制系統(tǒng)及控制方法[J].中國港灣建設,2009.

[5]王振瑯.耙吸式挖泥船疏浚系統(tǒng)設計概述[J].船舶,1999,(06):31-38.

[6]沈其柱.耙頭防污液壓缸的改進設計[J].船海工程,2014,43(06):168-170.

作者：吳霄峰 單位：常州海宏液壓設備有限公司