超大錨鏈生產(chǎn)設(shè)備壓檔機柱塞油缸的改造

摘要：對超大錨鏈生產(chǎn)設(shè)備-壓檔機的的核心部件柱塞油缸的改造，主要通過：1. 選用能通過高試驗壓力的油缸；2. 油缸主要部件缸筒、柱塞選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼化成分的材料。3. 對油缸直徑、行程，缸筒壁厚，油缸結(jié)構(gòu)、柱塞、缸蓋、密封形式、高壓負載時柱塞速度，加工工藝等都有了新的設(shè)計及改進，機械性能和可靠性大為提高。

關(guān)鍵詞： 錨鏈；壓檔機；柱塞油缸；缸筒；密封

引言：

錨鏈?zhǔn)沁B接于錨和船體或石油鉆井平臺之間的鏈條，用來傳遞和緩沖船舶所受的外力，按照用途錨鏈分為船用錨鏈和海洋系泊鏈。隨著鉆井平臺由淺海邁向深海，海洋系泊鏈產(chǎn)品向高強度、超長趨勢的發(fā)展，高附加值海洋系泊鏈產(chǎn)品成為錨鏈?zhǔn)袌龅臒狳c。

正茂集團有限責(zé)任公司是船用錨鏈的制造企業(yè)，由于公司原有的壓檔機滿足不了φ152規(guī)格的海洋系泊鏈生產(chǎn)，原油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計就有明顯的缺陷。2012年公司對壓檔機重新設(shè)計改造，項目實施后通過φ162、φ142R4級海洋系泊鏈長線生產(chǎn)，表明達到設(shè)計要求。

1. 設(shè)計方案

1.1.錨鏈生產(chǎn)制造流程中，壓檔機采用單臂臥式壓檔機（機械設(shè)計略）。

1.2.液壓系統(tǒng)原理簡介（見圖1）

圖1液壓系統(tǒng)原理 1. 電動機 2. 油泵 3. 濾油器 4. 電磁溢流閥 5. 單向閥 6. 溢流閥 7. 壓力表 8. 三位四通換向閥 9. 雙向節(jié)流閥 10. 二位四通換向閥 11. 充液閥 12. 球閥

1.3.動作流程圖（如表1）

2.液壓系統(tǒng)優(yōu)點：

壓檔機壓力屬于（大于1000噸）大噸位液壓機。采用柱塞油缸空進和回程時利用充液閥實現(xiàn)虹吸的原理，實現(xiàn)快速輔助動作；壓檔時充液閥關(guān)閉，高壓泵供油，完成壓檔工作。柱塞油缸與返回油缸不同時工作，選用雙泵形式。液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、高效節(jié)能。

3.柱塞油缸設(shè)計

3.1.柱塞油缸主要參數(shù)的確定：根據(jù)先期做的試驗，φ152R4級有檔系泊鏈壓檔實際需要的壓力為850噸。

3.1.1.液壓系統(tǒng)壓力確定：油缸選用最高試驗壓力25MPa.

3.1.2.油缸制造材料的選用：油缸缸筒、柱塞選用45#鋼鍛造焊接形式（見表2、表3）

3.1.3.油缸直徑的確定：油缸最高壓力安全系數(shù)取0.2，850*1.2=1020T

3.1.4.油缸行程的確定：根據(jù)最大規(guī)格錨鏈制造要求和壓檔機結(jié)構(gòu)尺寸狀況，油缸行程750mm。

3.1.5.壓檔高壓負載時柱塞前進的速度：

選用泵的型號YB-E125 電機Y280M-6 泵的流量Q=125*980=122500ml/min

3.1.6.油缸缸筒壁厚的確定：：按厚臂筒計算 對于中高壓系統(tǒng) 45#鍛缸 [σ]=120

3.1.7.油缸缸底厚度的確定：（缸底有油孔時）

3.1.8.缸蓋厚度確定：缸蓋為整體法蘭

3.2. 油缸結(jié)構(gòu)工藝的設(shè)計及改進

3.2.1.原來油缸的結(jié)構(gòu)（見圖2）

7. 導(dǎo)向銅套 8. 缸筒

② 存在的問題：

A. 油缸柱塞選用Yx防塵圈，密封圈選用1道U型密封圈，材料均為聚氨酯，導(dǎo)向采用300mm長鑄銅1件。

B. 當(dāng)銅套有間隙，柱塞在承受壓力時會沿軸線擺動，密封圈唇邊受柱塞擺動產(chǎn)生剪切而損壞。

C. 當(dāng)液壓系統(tǒng)油壓變化時產(chǎn)生氣穴，油缸沒放氣孔，油缸動作時易產(chǎn)生抖動和爬行，影響柱塞運動的準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性。

3.2.2.新設(shè)計的油缸結(jié)構(gòu)（見圖3）

① 油缸組成：

1. 柱塞 2. 防塵圈 3. 缸蓋 4. SF導(dǎo)向帶 5. 螺釘 6. O型密封圈 7. V型夾布密封圈 8. 導(dǎo)向銅套1 9. 缸筒 10. 排氣螺塞 11. 導(dǎo)向銅套2 12. 導(dǎo)向銅套2壓蓋

A. 缸筒形式的確定（見圖4）

圖4缸筒結(jié)構(gòu)圖 缸筒選用45#鍛鋼，熱處理至HB210-229。φ840尺寸安裝導(dǎo)向銅套1，過渡配合安裝，導(dǎo)向銅套2在缸筒φ800尺寸范圍內(nèi)運動，間隙配合安裝，φ800要求有較高的型位公差和尺寸公差，要求孔珩磨并保證φ840孔的同軸度，孔與后焊接，焊后焊縫去應(yīng)力退火。在距缸底400處加工1排氣孔，安裝1個M16*1.5內(nèi)六角螺塞。

B. 柱塞形式的確定（見圖5）

為保證φ800尺寸表面耐磨性采取表面鍍硬鉻，鍍后磨削，保證硬鉻單邊厚0.06。根據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)柱塞運動到缸底時兩銅套、柱塞與缸筒間有液壓油，當(dāng)柱塞向前運動時要把這部分液壓油排到柱塞后端，在柱塞安裝導(dǎo)向銅套2的前側(cè)加工4-φ16均布孔。

C. 缸蓋形式的確定（見圖6）

圖6缸蓋結(jié)構(gòu)形式 缸蓋選用45#鍛鋼，熱處理至HB210-229。缸蓋與缸筒通過30個M36內(nèi)六角螺釘連接。φ830寬15.5槽安裝P6型防塵圈。外圓φ800寬13深8.4兩道溝槽安裝兩道O型圈。φ808寬25兩道溝槽安裝SF型導(dǎo)向帶。為提高柱塞的導(dǎo)向性能，加工時保證φ808、φ802.5孔與φ800外圓的同軸度。

D. 密封形式的選用

選用德國Merkel Freudenberg公司產(chǎn)品，該公司為世界著名的密封件供應(yīng)商。

柱塞防塵圈選用P6帶有支撐凸塊的單向彈性體活塞桿防塵圈，材料為氟橡膠FPM，硬度85邵爾A，由于其外圓定位可靠，在很寬的溫度范圍內(nèi)可使用，有非常好的刮擦除塵作用，在腔體內(nèi)無反向旋轉(zhuǎn)，在密封圈和防塵圈之間不會產(chǎn)生壓力，主要用于大直徑活塞桿的密封，其線速度為2m/s。

柱塞靜密封選用O型圈，材料為Simrit 88 NBR156，使用溫度范圍為-30℃-100℃，最高使用壓力25MPa。當(dāng)油缸壓力大于16 MPa時，材料硬度為90邵爾A。為確保缸蓋處密封的可靠性，采用兩道密封圈。

柱塞動密封采用ES-V型夾布密封圈，B型組合共7件1組。該密封是1個多元組合密封，由支撐環(huán)、壓環(huán)和多個密封環(huán)組成。適用于安裝在軸向可調(diào)或不可調(diào)的溝槽里，具有很好密封效果。載體材料為棉織纖維B，浸澤材料丁晴橡膠NBR，橡膠環(huán)材料丁晴橡膠NBR。極限壓力40MPa，溫度范圍為-30℃-100℃。B型密封圈橡膠彈簧壓環(huán)可提供所需的軸向預(yù)緊力，補償磨損，不需維護，能達到最大工作壽命。

E. 導(dǎo)向形式的設(shè)計

材料適用于高負荷和高滑動速度下工作的耐磨零件（見表4、圖8）

缸蓋中選用德國Merkel Freudenberg公司兩組SF導(dǎo)向帶。材料為PTFE B500 青銅復(fù)合材料。復(fù)合材料可防止柱塞運動時“滯塞”和“咬死”現(xiàn)象，在120℃下最大承載7.5N/ m m2，最大線速度5m/s。

油缸共有4個導(dǎo)向原件，導(dǎo)向長度為1340。導(dǎo)向長度比原設(shè)計增長，當(dāng)銅套有磨損間隙時，柱塞沿軸線擺動量減小，改善柱塞運動時的精度，延長密封件的使用壽命。

4. 結(jié)束語

該項目于2012年在正茂集團有限責(zé)任公司實施，經(jīng)過φ162、φ142、φ137規(guī)格海洋系泊鏈和φ172船用鏈生產(chǎn)，該設(shè)備可靠，滿足生產(chǎn)要求。

參考文獻：

1.《液壓傳動》 周士昌主編 機械工業(yè)出版社 1991

2.《液壓傳動》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2004

3.《Dichtelemente Sealing elements》 Merkel Freudenberg Germany

4.《液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計》 李玉林 北京航空航天大學(xué)出版社1991