起樁油缸優(yōu)化設(shè)計(jì)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(lái)主要依靠進(jìn)口，其價(jià)格高、維修麻煩、備件周期長(zhǎng)。因而對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化代替進(jìn)口產(chǎn)品勢(shì)在必行。本文根據(jù)實(shí)際情況，優(yōu)化改進(jìn)后使得油缸更方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)，使用壽命也更長(zhǎng)，對(duì)我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的疏浚船舶出口起到了積極作用。
關(guān)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(jī)構(gòu)，其有著使用環(huán)境潮濕、停機(jī)影響大、停機(jī)更換困難等特點(diǎn)，多年以來(lái)主要依靠進(jìn)口，價(jià)格高，維修麻煩，備件周期長(zhǎng)，極大妨礙了我國(guó)疏浚工作的正常開(kāi)展?，F(xiàn)階段進(jìn)口起樁油缸在維護(hù)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(wú)法維修后再使用[1]。根據(jù)這么多年的油缸的實(shí)際使用情況，對(duì)油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)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(bào)廢的情況，也方便了現(xiàn)場(chǎng)工人實(shí)際的維護(hù)保養(yǎng)工作，在一些常出現(xiàn)問(wèn)題的地方進(jìn)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(rèn)可。
1技術(shù)指標(biāo)
1）環(huán)境技術(shù)指標(biāo)：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(shè)備溫度為-20~50℃（平均溫度30℃）。2）工作壓力：25MPa；試驗(yàn)壓力：31.5MPa。3）活塞桿熱處理達(dá)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(shè)計(jì)，方便維護(hù)保養(yǎng)。
2起樁油缸常見(jiàn)問(wèn)題
2.1起樁油缸上密封最容易損壞點(diǎn)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(dòng)帶來(lái)的徑向載荷容易使球面磨損，導(dǎo)致密封間隙過(guò)大，導(dǎo)致球面密封失效漏油。2）缸蓋與柱塞桿之間的動(dòng)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(shí)如果泥污較多，起樁的力就會(huì)加大，在高壓?jiǎn)?dòng)的情況下，缸體本身還在隨著船體晃動(dòng)，這對(duì)油缸缸蓋的導(dǎo)向和密封有著很高的要求，這些不利的因素都會(huì)加劇缸蓋密封和導(dǎo)向的磨損。
2.2起樁油缸易損零件介紹
球座。進(jìn)口油缸的球座都是采用球面淬火處理來(lái)增加球面的硬度和耐磨度，但是淬火工藝也帶來(lái)一個(gè)弊端：表面損壞后無(wú)法進(jìn)行焊接修復(fù)。這在油缸的維修上帶來(lái)很大麻煩，一旦磨損只能更換球座。缸體。進(jìn)口油缸設(shè)計(jì)安全系數(shù)太低，因沒(méi)有考慮鋼樁下降時(shí)帶來(lái)的沖擊力，瞬時(shí)的油缸壓力會(huì)大幅上升，過(guò)壓后極易導(dǎo)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(shè)計(jì)改進(jìn)
3.1球座設(shè)計(jì)優(yōu)化
起樁油缸必須有很高的承壓能力，該油缸需要面對(duì)的另一個(gè)問(wèn)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(lái)保證油缸的擺動(dòng)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(diǎn)。圖2為一個(gè)球面設(shè)計(jì)，有油杯注油，保證擺動(dòng)時(shí)的潤(rùn)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(jìn)，由原來(lái)的表面淬火工藝改為球面電鍍硬鉻來(lái)達(dá)到耐磨；淬火工藝缺點(diǎn)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(fù)補(bǔ)焊，重新電鍍，可修復(fù)大大加強(qiáng)。
3.2導(dǎo)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(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套有別常規(guī)油缸的特殊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式，在導(dǎo)向穩(wěn)定性和耐磨性上有了很大的提升。常規(guī)油缸導(dǎo)向帶基本選用單邊厚度2.5~4mm的導(dǎo)向帶，而考慮到油缸缸體在沖擊壓力下可能會(huì)產(chǎn)生局部變形，過(guò)于單薄的導(dǎo)向帶容易拋出溝槽，所以在導(dǎo)向帶上選用單邊厚度為6mm的導(dǎo)向環(huán)，并盡可能增加導(dǎo)向長(zhǎng)度，在導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)（見(jiàn)圖3）。傳統(tǒng)的液壓缸導(dǎo)向是使用的普通導(dǎo)向帶，其缺點(diǎn)是承受側(cè)載能力差，本文選用了高強(qiáng)度的耐磨導(dǎo)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(wú)法保證疏浚船舶液壓油缸的長(zhǎng)時(shí)間在海洋氣候環(huán)境運(yùn)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(shè)計(jì)出1套符合疏浚船舶液壓油缸使用工況的工藝（見(jiàn)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?yàn)榄h(huán)境比較特殊，這方面也做了改進(jìn)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(duì)于V組密封結(jié)構(gòu)，使用一段時(shí)間后密封會(huì)磨損，松動(dòng)；那么增加1道V組墊環(huán)就可以重新預(yù)緊密封，達(dá)到再次緊定密封作用，加強(qiáng)密封過(guò)盈量來(lái)達(dá)到完全密封效果。如圖5所示，首先拆開(kāi)內(nèi)六角螺絲，然后拆開(kāi)壓蓋，把墊圈剪開(kāi)，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(guò)程中注意活塞桿清潔，一次壓一塊墊圈，試驗(yàn)后如果柱塞桿還帶油，再壓一塊墊圈進(jìn)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(diǎn)（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(yàn)一下，正常即可。
4結(jié)語(yǔ)
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(guò)分析起樁油缸工作特點(diǎn)和實(shí)際存在的問(wèn)題，提出針對(duì)性的改進(jìn)措施，根據(jù)實(shí)際用戶反饋情況來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了基本目標(biāo)，為挖泥船的油缸國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)口件做出了積極貢獻(xiàn)。
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作者：吳霄峰 單位：常州海宏液壓設(shè)備有限公司