起桩油缸优化设计分析

摘要：起桩油缸属于高要求液压缸之一，多年以来主要依靠进口，其价格高、维修麻烦、备件周期长。因而对其进行结构设计优化，开展国产化代替进口产品势在必行。本文根据实际情况，优化改进后使得油缸更方便现场维护保养，使用寿命也更长，对我国自主研发设计的疏浚船舶出口起到了积极作用。

关键词：起桩油缸；铰吸船；疏浚船舶；结构优化

引言

起桩油缸是疏浚船舶定位桩液压系统中的主要执行机构，其有着使用环境潮湿、停机影响大、停机更换困难等特点，多年以来主要依靠进口，价格高，维修麻烦，备件周期长，极大妨碍了我国疏浚工作的正常开展。现阶段进口起桩油缸在维护保养上有许多不方便，部分零件一旦损坏磨损就只有更换零件，零件无法维修后再使用[1]。根据这么多年的油缸的实际使用情况，对油缸结构设计进行优化，优化后的油缸大大减少了起桩油缸零部件一旦维修就报废的情况，也方便了现场工人实际的维护保养工作，在一些常出现问题的地方进行结构优化后，使用寿命有明显增加，得到用户的一致认可。

1技术指标

1）环境技术指标：环境温度为-20~50℃（平均温度30℃）；湿度不小于95%（飞溅水雾也包含在内）；设备温度为-20~50℃（平均温度30℃）。2）工作压力：25MPa；试验压力：31.5MPa。3）活塞杆热处理达到Rc32-36，表面镀镍/镀铬/喷陶瓷光滑处理，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，更换维修非常麻烦，所以尽可能优化设计，方便维护保养。

2起桩油缸常见问题

2.1起桩油缸上密封最容易损坏点有2处

1）底座上的球面静密封。起桩油缸为垂直安装，底座在下面承受油缸自身和钢桩的全部重量，偶尔的冲击载荷和船的左右晃动带来的径向载荷容易使球面磨损，导致密封间隙过大，导致球面密封失效漏油。2）缸盖与柱塞杆之间的动密封。起桩油缸为柱塞油缸，主密封在缸盖上。钢桩在定位海底时如果泥污较多，起桩的力就会加大，在高压启动的情况下，缸体本身还在随着船体晃动，这对油缸缸盖的导向和密封有着很高的要求，这些不利的因素都会加剧缸盖密封和导向的磨损。

2.2起桩油缸易损零件介绍

球座。进口油缸的球座都是采用球面淬火处理来增加球面的硬度和耐磨度，但是淬火工艺也带来一个弊端：表面损坏后无法进行焊接修复。这在油缸的维修上带来很大麻烦，一旦磨损只能更换球座。缸体。进口油缸设计安全系数太低，因没有考虑钢桩下降时带来的冲击力，瞬时的油缸压力会大幅上升，过压后极易导致缸体塑性变形，影响油缸的正常使用[2-6]。

3起桩油缸优化设计改进

3.1球座设计优化

起桩油缸必须有很高的承压能力，该油缸需要面对的另一个问题是不规则的侧向载荷，这种情况则需要利用球铰接来保证油缸的摆动图2所示，球铰接的密封形式及加工工艺都是很重要的技术点。图2为一个球面设计，有油杯注油，保证摆动时的润滑性，也起到一定的密封防水防潮作用。另外球座的工艺改进，由原来的表面淬火工艺改为球面电镀硬铬来达到耐磨；淬火工艺缺点是可焊性太差，维修保养麻烦；而电镀后的球头球面可以多次反复补焊，重新电镀，可修复大大加强。

3.2导向结构优化

疏浚船舶液压油缸的使用具有：工作压力高、工作环境差、安全性要求高等特点，设计出一套有别常规油缸的特殊导向结构形式，在导向稳定性和耐磨性上有了很大的提升。常规油缸导向带基本选用单边厚度2.5~4mm的导向带，而考虑到油缸缸体在冲击压力下可能会产生局部变形，过于单薄的导向带容易抛出沟槽，所以在导向带上选用单边厚度为6mm的导向环，并尽可能增加导向长度，在导向结构上进行了改进（见图3）。传统的液压缸导向是使用的普通导向带，其缺点是承受侧载能力差，本文选用了高强度的耐磨导向环。

3.3柱塞杆使用寿命

增加活塞杆的耐磨性能，单纯的镀铬工艺无法保证疏浚船舶液压油缸的长时间在海洋气候环境运行。本文在活塞杆的材料、热处理工艺、电镀工艺上入手，突破传统液压缸的加工工艺。设计出1套符合疏浚船舶液压油缸使用工况的工艺（见图4），在前期的制造使用中已经体现出了其优越性。

3.4在防尘防水方面

因为环境比较特殊，这方面也做了改进型措施。在缸盖部分增加易拆卸焊铜刮污圈。

3.5缸盖密封结构优化

对于V组密封结构，使用一段时间后密封会磨损，松动；那么增加1道V组垫环就可以重新预紧密封，达到再次紧定密封作用，加强密封过盈量来达到完全密封效果。如图5所示，首先拆开内六角螺丝，然后拆开压盖，把垫圈剪开，套入沟槽内（在图示位置）然后压上压盖（注意O型圈不要脱落）压紧螺丝即可（注意螺丝不要拧死，带上力即可）。其中在拆装过程中注意活塞杆清洁，一次压一块垫圈，试验后如果柱塞杆还带油，再压一块垫圈进去。如果发现柱塞杆不能正常落下，则把一圈螺丝均匀松一点（不要太松），如果发现垫圈压入后，活塞杆不带油了，柱塞杆也可以自由落下，则最后把螺丝拧紧到位，再试验一下，正常即可。

4结语

本文主要介绍疏浚船舶中铰吸船的起桩液压油缸的结构优化，通过分析起桩油缸工作特点和实际存在的问题，提出针对性的改进措施，根据实际用户反馈情况来看，实现了基本目标，为挖泥船的油缸国产化替代进口件做出了积极贡献。

参考文献：

[1]彭志刚.疏浚业延伸分析研究[D].杭州:浙江大学,2008.

[2]钱善波.大型耙吸挖泥船疏浚设备建造技术研究[D].上海:上海交通大学,2008.

[3]李晓峰.耙吸式挖泥船总体性能研究[D].天津:天津大学,2002.

[4]朱荣,陈松涛.耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法[J].中国港湾建设,2009.

[5]王振瑯.耙吸式挖泥船疏浚系统设计概述[J].船舶,1999,(06):31-38.

[6]沈其柱.耙头防污液压缸的改进设计[J].船海工程,2014,43(06):168-170.

作者：吴霄峰 单位：常州海宏液压设备有限公司