起樁油缸優化設計分析

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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。因而對其進行結構設計優化，開展國產化代替進口產品勢在必行。本文根據實際情況，優化改進后使得油缸更方便現場維護保養，使用壽命也更長，對我國自主研發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；結構優化

引言

起樁油缸是疏浚船舶定位樁液壓系統中的主要執行機構，其有著使用環境潮濕、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。現階段進口起樁油缸在維護保養上有許多不方便，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]。根據這么多年的油缸的實際使用情況，對油缸結構設計進行優化，優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，也方便了現場工人實際的維護保養工作，在一些常出現問題的地方進行結構優化后，使用壽命有明顯增加，得到用戶的一致認可。

1技術指標

1）環境技術指標：環境溫度為-20~50℃（平均溫度30℃）；濕度不小于95%（飛濺水霧也包含在內）；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，所以盡可能優化設計，方便維護保養。

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起樁油缸優化設計改進

3.1球座設計優化

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則的側向載荷，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導向結構優化

疏浚船舶液壓油缸的使用具有：工作壓力高、工作環境差、安全性要求高等特點，設計出一套有別常規油缸的特殊導向結構形式，在導向穩定性和耐磨性上有了很大的提升。常規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，并盡可能增加導向長度，在導向結構上進行了改進（見圖3）。傳統的液壓缸導向是使用的普通導向帶，其缺點是承受側載能力差，本文選用了高強度的耐磨導向環。

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體現出了其優越性。

3.4在防塵防水方面

因為環境比較特殊，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缸蓋密封結構優化

對于V組密封結構，使用一段時間后密封會磨損，松動；那么增加1道V組墊環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，首先拆開內六角螺絲，然后拆開壓蓋，把墊圈剪開，套入溝槽內（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。如果發現柱塞桿不能正常落下，則把一圈螺絲均勻松一點（不要太松），如果發現墊圈壓入后，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結語

本文主要介紹疏浚船舶中鉸吸船的起樁液壓油缸的結構優化，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，根據實際用戶反饋情況來看，實現了基本目標，為挖泥船的油缸國產化替代進口件做出了積極貢獻。

參考文獻：

[1]彭志剛.疏浚業延伸分析研究[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