《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(dòng)和液壓控制技術(shù)，液壓系統(tǒng)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(duì)液壓系統(tǒng)的正常使用起舉足輕重的作用。作為該船舶監(jiān)造及管理者，作者在液壓系統(tǒng)管路加工安裝技術(shù)方面作了一些研究及總結(jié)，供有關(guān)船舶監(jiān)造管理人員參考和指正。

關(guān)鍵詞：《浚海5》；船舶；液壓管路；安裝；標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U664.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(zé)任公司建造，自 2012年5月交付使用至今，船舶運(yùn)作正常，一直保持液壓系統(tǒng)零故障，液壓油消耗幾乎為零。作者經(jīng)歷了該船整個(gè)液壓系統(tǒng)的安裝、調(diào)試過程，今總結(jié)液壓管路加工安裝經(jīng)驗(yàn)，供大家參考指正。

2 液壓管的加工

液壓系統(tǒng)中管接頭的安全可靠是至關(guān)重要的。《浚海5》采用37°擴(kuò)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(zhì)量穩(wěn)定、對(duì)管路的熱膨脹有補(bǔ)償作用等優(yōu)勢(shì)，更適合劇烈振動(dòng)的工況，如船舶、海洋工程和試驗(yàn)臺(tái)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(jī)切割，50 mm以上的一般應(yīng)采用機(jī)械加工方法切割，如用氣割則必須用機(jī)械加工方法車去因氣割產(chǎn)生材質(zhì)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(yīng)垂直。

2.2 無焊接接頭的制作

成型連接技術(shù)是在ISO8434-1卡套接頭的基礎(chǔ)上發(fā)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(shè)備在管端上冷擠壓成一個(gè)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(huán)，通過螺母將接頭本體和管子連接起來，具有施工簡單、質(zhì)量穩(wěn)定和節(jié)省大量時(shí)間等優(yōu)勢(shì)，更適合劇烈振動(dòng)的工況，如船舶、海洋工程和試驗(yàn)臺(tái)等，成型尺寸從10～42 mm。

37°擴(kuò)口法蘭連接（圖1）是相對(duì)擠壓連接和焊接的另一種選擇。制作時(shí)將管子切斷和去除毛刺后，在專用的擴(kuò)口設(shè)備上對(duì)管端擴(kuò)口，通過法蘭將兩根管子連接，兩個(gè)管端的頂錐通過密封圈實(shí)現(xiàn)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(cè)，擴(kuò)口與焊接相比節(jié)省了25%以上的時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡單、靈活、成本低廉。低碳鋼和不銹鋼的擴(kuò)口最大到外徑140 mm，在振動(dòng)比較劇烈的工況下，擴(kuò)口連接比卡套連接穩(wěn)定性高很多。

溝槽法蘭連接接頭（圖2），制作時(shí)將管子切斷和去毛刺后，用專用設(shè)備對(duì)管端加工出槽，法蘭通過特制的不銹鋼保持環(huán)將兩根管子連接，管段之間通過密封圈保持環(huán)密封。溝槽法蘭系統(tǒng)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(dá)690 bar。

對(duì)于外徑≥30 mm的管子，可使用37°擴(kuò)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(yù)安裝

管道配管以后，所有管道都應(yīng)按所處位置預(yù)安裝一次。將管接頭與設(shè)備、管子與管接頭逐段連接，直至完成全部預(yù)安裝。各接口應(yīng)自然貼和、對(duì)中，不能強(qiáng)扭連接。當(dāng)松開管接頭或法蘭螺釘時(shí)，相對(duì)結(jié)合面中心線不允許有較大的錯(cuò)位、離縫或蹺角，如發(fā)生此種情況可用火烤整形消除。預(yù)安裝完畢并檢查合格后，對(duì)管路打印配合記號(hào)，列成表格備用。待管路拆下清洗后，按編號(hào)復(fù)原。

2.4 液壓管的酸洗磷化處理

管道在配管、預(yù)安裝后，再次拆開進(jìn)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(yàn)，最后向管道內(nèi)通入熱空氣進(jìn)行快速干燥。干燥處理，幾日后就可復(fù)裝成系統(tǒng)，如管內(nèi)通入液壓油，一般可不作防銹處理，但應(yīng)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(yīng)能與以后管道清洗時(shí)的清洗液或使用的液壓油相容。

2.5 液壓管的預(yù)清洗

管道在酸洗、磷化、干燥后再次安裝以前，需對(duì)每一根管道內(nèi)壁進(jìn)行一次預(yù)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(shí)間一般不低于2 h，串洗期間須安裝振動(dòng)器敲擊管線。預(yù)清洗完畢后應(yīng)盡早復(fù)裝成系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的整體循環(huán)凈化處理，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的清潔度等級(jí)。

3 液壓管的運(yùn)輸

完成上述工作后，要將液壓管運(yùn)送到船上安裝，在運(yùn)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(yùn)輸途中受到污染。

4 液壓管的安裝

液壓管道安裝是液壓設(shè)備安裝的一項(xiàng)主要工程。布管設(shè)計(jì)和配管都應(yīng)先根據(jù)液壓原理圖，對(duì)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(shè)備的使用且不能受其他設(shè)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(huán)境復(fù)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(zhì)量直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)工作性能。

4.1 支架和管夾

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

配置管道支架和管夾時(shí)應(yīng)注意做到：①彎曲的管子應(yīng)在起彎點(diǎn)附近；②管道不得與支架或管夾直接焊接，避免對(duì)液壓管施加安裝應(yīng)力；③管子不應(yīng)相互支撐，也不要用來支撐其他的元件， 避免其他的機(jī)械設(shè)備震動(dòng)傳到管子上；④當(dāng)與軟管連接時(shí)，支撐應(yīng)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(guān)端面的清潔，若不清潔，將鐵屑顆粒帶進(jìn)液壓系統(tǒng)中，將對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)造成巨大的損害作用：①固體顆粒會(huì)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(dǎo)致系統(tǒng)油液急劇溫升；②閥口等關(guān)鍵部位的磨損及油液溫度過高，會(huì)造成系統(tǒng)或元件特性的改變，引起精度和性能的下降，污染嚴(yán)重則會(huì)使管路、閥門卡死，導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)癱瘓；③顆粒污染物還會(huì)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(fù)荷增大，影響泵的工作穩(wěn)定性；⑤液壓泵的壓力和流量的脈動(dòng)增加，會(huì)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(nèi)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(dǎo)管內(nèi)壁材料的硬度高得多，這樣就加速了導(dǎo)管內(nèi)壁的磨損，甚至劃傷內(nèi)壁。因此，液壓油的顆粒清潔度是影響液壓系統(tǒng)工作可靠性和使用壽命的重要因素。

各種液壓系統(tǒng)對(duì)油液清潔度的要求，如表1所列。

NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油液的清潔度等級(jí)，按顆粒度的數(shù)量多少進(jìn)行分級(jí)。

設(shè)備要求液壓管系的NAS 1638 Class7，在驗(yàn)收時(shí)要求管系能達(dá)到NAS 1638 Class5，為使用留有一定的清潔度儲(chǔ)備。

4.3 管路鋪設(shè)

管道的鋪設(shè)排列和走向應(yīng)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(dòng)，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(yīng)≤2/1 000，垂直管道的不垂直度應(yīng)≤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(yīng)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(tǒng)中任何一段管道或元件應(yīng)盡量能自由拆裝而不影響其它元件；管道的重量不應(yīng)由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受，也不應(yīng)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(tǒng)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(yīng)與被緊固的零件平面均勻接觸，不應(yīng)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(qiáng)行擰入，應(yīng)重新攻絲或加潤滑油。螺栓緊固采用四個(gè)步驟交叉擰緊4個(gè)螺釘：①用扳手將4個(gè)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(gè)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(yīng)按規(guī)定彎曲半徑使管路彎曲，否則會(huì)使管路產(chǎn)生不同的彎曲內(nèi)應(yīng)力，在油壓的作用下逐漸產(chǎn)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(shí)可采用冷彎或熱彎法；外徑大于50 mm時(shí)一般采用熱彎法。硬管彎曲半徑過小，會(huì)導(dǎo)致管路外側(cè)管壁變薄，內(nèi)側(cè)管壁存在皺紋，使管路在彎曲處存在很大的內(nèi)應(yīng)力，強(qiáng)度大大減弱，在強(qiáng)烈振動(dòng)或高壓沖擊時(shí)，管路容易產(chǎn)生橫向裂紋而漏油；如果硬管彎曲部位出現(xiàn)較大的橢圓度，當(dāng)管內(nèi)油壓脈動(dòng)時(shí)就易產(chǎn)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(tǒng)前，也應(yīng)將內(nèi)腔及接頭清洗干凈。軟管的彎曲同軟管接頭的安裝應(yīng)在同一平面內(nèi)，以防扭轉(zhuǎn)。若軟管兩端接頭需要在兩個(gè)不同的平面運(yùn)動(dòng)，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b夾子，把軟管分成兩端，使每一部分在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。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(huì)產(chǎn)生摩擦能量損失。應(yīng)盡量避免膠管的扭轉(zhuǎn)變形，避免膠管外部損傷，若膠管自重引起過分變形時(shí)，應(yīng)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(tǒng)一為一個(gè)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(qiáng)，便于管理；③減少備件庫存數(shù)量，節(jié)約成本；④便于拆裝維護(hù)。

液壓軟管在《浚海5》的液壓系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，在選擇液壓軟管時(shí)，其尺寸、性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素都要考慮。

液壓軟管尺寸的選擇包括內(nèi)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(qiáng)層的機(jī)械彎曲極限。

軟管的選擇還應(yīng)考慮到傳輸?shù)慕橘|(zhì)、工作壓力和溫度范圍。工作壓力應(yīng)考慮系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)壓力；溫度范圍應(yīng)把環(huán)境的溫度變化考慮進(jìn)去。當(dāng)軟管在兩點(diǎn)之間彎曲時(shí)，在軟管規(guī)定的最大工作壓力下，它的彎曲半徑不應(yīng)小于最小彎曲半徑。當(dāng)軟管的使用情況超出其性能參數(shù)時(shí)，增強(qiáng)層和軟管與接頭扣壓處的應(yīng)力將縮短軟管的壽命。

軟管的最小長度應(yīng)滿足下式（參見圖3）：

對(duì)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(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮。比如，40 ℃的溫度變化，對(duì)10 m的管子來說，它的伸長量約是5 mm。

7 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)管路的加工和安裝是一個(gè)重要的研究課題。裝配時(shí)，不能單純地加強(qiáng)密封，而是要嚴(yán)格按規(guī)范要求，控制顆粒污染度指標(biāo)，避免二次污染。驗(yàn)收時(shí)，嚴(yán)格把關(guān)，系統(tǒng)性地消除泄漏的根源，確保整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

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