《浚海5》挖泥船液壓管路加工安裝

蔡鴻興 吳振宇

摘 要：《浚海5》是適用于航道疏浚、吹填工程的自航耙吸挖泥船，采用了大量的液壓傳動和液壓控制技術，液壓系統的可靠性要求高。特別是液壓管道加工制作工序繁瑣，工作量大，對液壓系統的正常使用起舉足輕重的作用。作為該船舶監造及管理者，作者在液壓系統管路加工安裝技術方面作了一些研究及總結，供有關船舶監造管理人員參考和指正。

關鍵詞：《浚海5》；船舶；液壓管路；安裝；標準；經驗

中圖分類號：U664.84 文獻標識碼：A

1 引言

《浚海5 》是一艘艙容為10 288 m?的自航耙吸挖泥船，由廣州文沖船廠有限責任公司建造，自 2012年5月交付使用至今，船舶運作正常，一直保持液壓系統零故障，液壓油消耗幾乎為零。作者經歷了該船整個液壓系統的安裝、調試過程，今總結液壓管路加工安裝經驗，供大家參考指正。

2 液壓管的加工

液壓系統中管接頭的安全可靠是至關重要的。《浚海5》采用37°擴口法蘭和溝槽法蘭連接接頭的無焊接液壓管接頭，具有制造方便、施工簡單、管接頭緊湊、拆裝容易、質量穩定、對管路的熱膨脹有補償作用等優勢，更適合劇烈振動的工況，如船舶、海洋工程和試驗臺等。

2.1 液壓管的切割

液壓管直徑在50 mm以下可用砂輪切割機切割，50 mm以上的一般應采用機械加工方法切割，如用氣割則必須用機械加工方法車去因氣割產生材質變化部分。除回油管外，壓力油管道不允許用滾輪式擠壓切割器切割。管子切割表面必須平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等，切口表面與管子軸線應垂直。

2.2 無焊接接頭的制作

成型連接技術是在ISO8434-1卡套接頭的基礎上發展而來，它與卡套接頭使用相同的接頭本體和螺母，鋼管在切斷和去除毛刺后，用專用的設備在管端上冷擠壓成一個凸肩，成型尺寸由特制的模具保證，管端裝上特殊的骨架密封環，通過螺母將接頭本體和管子連接起來，具有施工簡單、質量穩定和節省大量時間等優勢，更適合劇烈振動的工況，如船舶、海洋工程和試驗臺等，成型尺寸從10～42 mm。

37°擴口法蘭連接（圖1）是相對擠壓連接和焊接的另一種選擇。制作時將管子切斷和去除毛刺后，在專用的擴口設備上對管端擴口，通過法蘭將兩根管子連接，兩個管端的頂錐通過密封圈實現與管子和彼此之間的密封。由于是非焊接，避免了焊接后處理和X射線檢測，擴口與焊接相比節省了25%以上的時間，現場安裝簡單、靈活、成本低廉。低碳鋼和不銹鋼的擴口最大到外徑140 mm，在振動比較劇烈的工況下，擴口連接比卡套連接穩定性高很多。

溝槽法蘭連接接頭（圖2），制作時將管子切斷和去毛刺后，用專用設備對管端加工出槽，法蘭通過特制的不銹鋼保持環將兩根管子連接，管段之間通過密封圈保持環密封。溝槽法蘭系統是壁厚大于6mm的高壓管系的理想選擇，連接的管子尺寸從26～273 mm，最大工作壓力可以到達690 bar。

對于外徑≥30 mm的管子，可使用37°擴口法蘭和溝槽法蘭連接；外徑<30 mm的管子，采用成型接頭連接。

2.3 管道預安裝

管道配管以后，所有管道都應按所處位置預安裝一次。將管接頭與設備、管子與管接頭逐段連接，直至完成全部預安裝。各接口應自然貼和、對中，不能強扭連接。當松開管接頭或法蘭螺釘時，相對結合面中心線不允許有較大的錯位、離縫或蹺角，如發生此種情況可用火烤整形消除。預安裝完畢并檢查合格后，對管路打印配合記號，列成表格備用。待管路拆下清洗后，按編號復原。

2.4 液壓管的酸洗磷化處理

管道在配管、預安裝后，再次拆開進行酸洗磷化處理。用2%磷酸三鈉溶液沖泡中和2 min，然后用清水沖洗干凈，可借助PH試紙檢驗，最后向管道內通入熱空氣進行快速干燥。干燥處理，幾日后就可復裝成系統，如管內通入液壓油，一般可不作防銹處理，但應妥善保管。若須長期擱置，則要涂防銹涂料，且必須在磷化處理48 h后才能涂裝。必須注意，防銹涂料應能與以后管道清洗時的清洗液或使用的液壓油相容。

2.5 液壓管的預清洗

管道在酸洗、磷化、干燥后再次安裝以前，需對每一根管道內壁進行一次預清洗，即所謂的“串油”。 串油要求油溫不低于 60℃，油壓不低于6 bar，串洗時間一般不低于2 h，串洗期間須安裝振動器敲擊管線。預清洗完畢后應盡早復裝成系統，進行系統的整體循環凈化處理，直至達到設計要求的清潔度等級。

3 液壓管的運輸

完成上述工作后，要將液壓管運送到船上安裝，在運輸前要將液壓管兩端用盲塞有效地密封起來，避免液壓管在運輸途中受到污染。

4 液壓管的安裝

液壓管道安裝是液壓設備安裝的一項主要工程。布管設計和配管都應先根據液壓原理圖，對所需連接的組件、液壓元件、管接頭、法蘭作通盤的考慮。液壓管布置要美觀，便于維修，不能影響其他設備的使用且不能受其他設備使用的干擾。船舶液壓管路工作壓力高、清潔度要求高、工作環境復雜，管路要通過各種艙室或安裝在露天甲板上，所以管道安裝質量直接關系到液壓系統工作性能。

4.1 支架和管夾

配管時必須使管道有一定的剛性和抗振動能力，應適當配置管道支架和管夾。管夾的間距：管徑φ≤10 mm時， 約0.5～1 m；管徑φ=10～25 mm時，約1～1.5 m；管徑φ=25～50 mm時，約1.5～2 m，但在直角拐彎處，兩邊應各用一個管夾。

配置管道支架和管夾時應注意做到：①彎曲的管子應在起彎點附近；②管道不得與支架或管夾直接焊接，避免對液壓管施加安裝應力；③管子不應相互支撐，也不要用來支撐其他的元件， 避免其他的機械設備震動傳到管子上；④當與軟管連接時，支撐應盡可能的靠近連接處。

4.2 端面清潔

安裝液壓管前要做好相關端面的清潔，若不清潔，將鐵屑顆粒帶進液壓系統中，將對整個液壓系統造成巨大的損害作用：①固體顆粒會使厚度小于其尺寸0.6倍的潤滑油膜破壞，加劇元件磨損，導致系統油液急劇溫升；②閥口等關鍵部位的磨損及油液溫度過高，會造成系統或元件特性的改變，引起精度和性能的下降，污染嚴重則會使管路、閥門卡死，導致整個液壓系統癱瘓；③顆粒污染物還會加速密封件磨損，造成液壓油泄漏；④液壓泵的壓力及工作負荷增大，影響泵的工作穩定性；⑤液壓泵的壓力和流量的脈動增加，會使噪音增大；⑥含有固體污染物的液壓油類似于研磨金屬加工面所使用的研磨劑，增加了油液和管路內壁的摩擦，使油管受到磨損和腐蝕，加速管路的破裂而漏油。而且通常固體污染物顆粒的硬度比導管內壁材料的硬度高得多，這樣就加速了導管內壁的磨損，甚至劃傷內壁。因此，液壓油的顆粒清潔度是影響液壓系統工作可靠性和使用壽命的重要因素。

各種液壓系統對油液清潔度的要求，如表1所列。

NAS 1638標準規定了油液的清潔度等級，按顆粒度的數量多少進行分級。

設備要求液壓管系的NAS 1638 Class7，在驗收時要求管系能達到NAS 1638 Class5，為使用留有一定的清潔度儲備。

4.3 管路鋪設

管道的鋪設排列和走向應整齊一致，層次分明。管道盡量避免交叉，平行管距要大于100 mm，以防接觸振動，并便于安裝管接頭；盡量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度應≤2/1 000，垂直管道的不垂直度應≤5/1 000；與管接頭或法蘭連接的管子必須是一段直管，即這段管子的軸心線應與管接頭、法蘭的軸心線平行、重合，并且要求直線段長度大于或等于2倍管徑。

4.4 拆裝

管道的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸、維修方便。系統中任何一段管道或元件應盡量能自由拆裝而不影響其它元件；管道的重量不應由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受，也不應由管道支承較重的元件重量；禁止在液壓管接頭安裝面加入密封膠等填料，以防密封膠被沖入液壓系統中，造成液壓元件阻尼孔堵塞等故障。

4.5 螺栓

螺栓、螺釘頭部與螺母的端面，應與被緊固的零件平面均勻接觸，不應傾斜，也不允許用錘敲擊使兩平面接觸；扳手手柄不可任意加長，以免擰緊力矩過大而損壞扳手和螺栓螺母；遇到擰入困難的螺紋連接，不可強行擰入，應重新攻絲或加潤滑油。螺栓緊固采用四個步驟交叉擰緊4個螺釘：①用扳手將4個螺釘擰緊；②30%的推薦扭矩；③70%的推薦扭矩；④ 100%的推薦扭矩

四個步驟完成后，不需要再擰緊了，法蘭之間4周的距離是相等的。

5 液壓管的彎曲

在裝配硬管的過程中，應按規定彎曲半徑使管路彎曲，否則會使管路產生不同的彎曲內應力，在油壓的作用下逐漸產生滲漏。外徑小于30 mm的管子可采用冷彎法；外徑在30～50 mm時可采用冷彎或熱彎法；外徑大于50 mm時一般采用熱彎法。硬管彎曲半徑過小，會導致管路外側管壁變薄，內側管壁存在皺紋，使管路在彎曲處存在很大的內應力，強度大大減弱，在強烈振動或高壓沖擊時，管路容易產生橫向裂紋而漏油；如果硬管彎曲部位出現較大的橢圓度，當管內油壓脈動時就易產生縱向裂紋而漏油。

軟管彎曲處，彎曲半徑要大于9倍軟管外徑，彎曲處到管接頭的距離至少等于6倍軟管外徑。軟管在裝入系統前，也應將內腔及接頭清洗干凈。軟管的彎曲同軟管接頭的安裝應在同一平面內，以防扭轉。若軟管兩端接頭需要在兩個不同的平面運動，應在適當的位置安裝夾子，把軟管分成兩端，使每一部分在同一平面內運動。注意不要使軟管和接頭造成附加的受力、扭曲、急劇彎曲、磨擦等不良工況。在高壓下使用的軟管盡量少用夾子，因軟管受壓變形，在夾子處會產生摩擦能量損失。應盡量避免膠管的扭轉變形，避免膠管外部損傷，若膠管自重引起過分變形時，應有支托件。

6 液壓管布置原則

液壓鋼管可做多次彎曲，遷就液壓膠管短且平順，把工作要求相同的耙頭和耙中吊架油缸的液壓膠管長度統一為一個較短的尺寸。其好處有：①液壓膠管不用承受太多的附加重量，延長壽命；②備件通用性強，便于管理；③減少備件庫存數量，節約成本；④便于拆裝維護。

液壓軟管在《浚海5》的液壓系統中有廣泛的應用，在選擇液壓軟管時，其尺寸、性能參數、結構特點等因素都要考慮。

液壓軟管尺寸的選擇包括內徑、外徑和最小彎曲半徑。最小彎曲半徑需綜合考慮軟管截面的變形和增強層的機械彎曲極限。

軟管的選擇還應考慮到傳輸的介質、工作壓力和溫度范圍。工作壓力應考慮系統的最大設計壓力；溫度范圍應把環境的溫度變化考慮進去。當軟管在兩點之間彎曲時，在軟管規定的最大工作壓力下，它的彎曲半徑不應小于最小彎曲半徑。當軟管的使用情況超出其性能參數時，增強層和軟管與接頭扣壓處的應力將縮短軟管的壽命。

軟管的最小長度應滿足下式（參見圖3）：

對于液壓管系，溫度的變化是很大的，特別在不同海域，溫度可以從冬天的-40 ℃到夏天的+40 ℃，這樣管子就會產生熱脹冷縮。比如，40 ℃的溫度變化，對10 m的管子來說，它的伸長量約是5 mm。

7 結束語

液壓系統管路的加工和安裝是一個重要的研究課題。裝配時，不能單純地加強密封，而是要嚴格按規范要求，控制顆粒污染度指標，避免二次污染。驗收時，嚴格把關，系統性地消除泄漏的根源，確保整個液壓系統的正常運作。

參考文獻

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