SZ36-1CEP平臺(tái)起重機(jī)液壓缸解體存在的問(wèn)題和改進(jìn)措施

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 油建機(jī)械設(shè)備技術(shù)服務(wù)中心,天津 300452)

SZ36-1CEP平臺(tái)起重機(jī)液壓缸采用的是荷蘭KENZ公司提供的雙作用單活塞桿液壓缸，其缸筒直徑為280 mm，活塞桿直徑為220 mm、行程為3 400 mm，無(wú)桿腔工作壓力為196 MPa,有桿腔工作壓力為75 MPa。

由于該系列液壓缸的缸蓋與缸筒為螺紋連接方式(見(jiàn)圖1)，依據(jù)API 2C規(guī)范，每5年左右需要對(duì)液壓缸進(jìn)行解體檢查，維護(hù)維修時(shí)均出現(xiàn)拆卸十分困難的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在缸蓋與缸筒的螺紋連接部位出現(xiàn)銹蝕咬死，拆卸后的缸筒及缸蓋處螺紋損壞嚴(yán)重，維修周期長(zhǎng)，維修成本高[1-2]。

圖1 KENZ公司螺紋式連接液壓缸總裝示意

1 原因分析

海洋環(huán)境是自然界中腐蝕工況最為苛刻的環(huán)境之一，大多數(shù)金屬都不耐多鹽潮濕的海水腐蝕，螺紋連接配合性質(zhì)均為間隙配合，因?yàn)槁菁y嚙合區(qū)域存在一定縫隙，縫隙內(nèi)會(huì)駐留腐蝕介質(zhì)，因腐蝕介質(zhì)內(nèi)外濃度差造成縫隙內(nèi)外的電位差，形成局部電流而加速腐蝕，即縫隙腐蝕。SZ36-1CEP平臺(tái)起重機(jī)的液壓缸缸蓋與缸筒采用的螺紋連接方式，使用一段時(shí)間后，內(nèi)外螺紋會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的銹蝕，維修、維護(hù)時(shí)經(jīng)常遇到缸蓋與缸筒的螺紋連接部位出現(xiàn)螺紋銹蝕咬死，拆卸工具被擰斷，造成無(wú)法拆卸的情況，只能采用氧乙炔加熱缸筒或者一些破壞性方法進(jìn)行拆卸，造成缸筒和缸蓋的螺紋被破壞。由于缸筒行程達(dá)到為3 400 mm，所以螺紋修復(fù)起來(lái)成本高、難度大，即使修復(fù)后，螺紋也無(wú)法達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，無(wú)法繼續(xù)使用，只有重新制作缸筒和缸蓋。另外由于缸筒處的螺紋，使得活塞上的密封件在更換完畢回裝過(guò)程中，一旦對(duì)中不好，就極易造成密封件被刮傷，一旦活塞密封面受到損傷，在進(jìn)行液壓缸1.5倍耐壓試驗(yàn)時(shí)，有可能出現(xiàn)液壓缸內(nèi)泄超標(biāo)而造成試驗(yàn)不合格。

2 改進(jìn)措施

2.1 將缸蓋與缸筒的連接形式由螺紋式連接改為法蘭式連接

經(jīng)過(guò)對(duì)原進(jìn)口液壓缸進(jìn)行材質(zhì)化驗(yàn)，原液壓缸材質(zhì)為30Mn2,其特性為冷變形塑性中等，可切削和可焊性尚可，拉絲及冷鐓、熱處理工藝性均良好，淬透性較高，在油中臨界淬透直徑為6.5～18 mm,淬火變形小，但存在過(guò)熱、脫碳敏感性和回火脆性傾向；此鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，而且靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度均良好。此鋼大多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。適用于汽車(chē)、拖拉機(jī)及一般機(jī)械制造中制造沖壓件(4～11 mm鋼板)，如汽車(chē)上大梁、橫梁，以及變速箱齒輪、軸、冷鐓螺栓及較大截面尺寸的調(diào)質(zhì)件；此外，還可以用作心部強(qiáng)度要求較高的滲碳件，如礦用起重機(jī)上軸和軸頸等?？紤]到30Mn2可焊性能一般，且在國(guó)內(nèi)不易購(gòu)買(mǎi)，經(jīng)具體的計(jì)算比較，決定采用27SiMn,此種材料的特性為：性能優(yōu)于30Mn2，淬透性較高，在水中臨界淬透性直徑為8～22 mm，可切削性良好，冷變形塑性及焊接性中等，鋼在熱處理時(shí)韌性降低不多，但卻有相當(dāng)高的強(qiáng)度和耐磨性，水淬后仍有較高的韌性，對(duì)白點(diǎn)敏感性大，并有回火脆性和過(guò)熱敏感性傾向，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。用途：使用于制造要求較高的韌性和耐磨性的熱壓沖壓件，也可在正火或熱軋狀態(tài)下使用。通過(guò)對(duì)比論證，發(fā)現(xiàn)缸筒與缸蓋的連接方式采用法蘭式連接比螺紋式連接更適應(yīng)海上的腐蝕環(huán)境(見(jiàn)圖2)，法蘭式連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠，拆卸容易，進(jìn)行改型。

圖2 法蘭式連接油缸總裝示意

2.2 將導(dǎo)向套由內(nèi)置式調(diào)整為外置式

內(nèi)置式導(dǎo)向套須在缸筒外部焊一油口(見(jiàn)圖3)，由于焊接工藝很難控制其焊接變形，焊后容易造成缸筒橢圓，造成油缸的活塞行至此處時(shí)卡死或阻力增大，而外置式導(dǎo)向套可以克服上述問(wèn)題。

圖3 內(nèi)置式導(dǎo)向套

外置式導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)加工工藝性好(見(jiàn)圖4)，更利于油缸的拆、裝、維護(hù)、保養(yǎng)，密封件等備件更換更加容易，并且可以實(shí)現(xiàn)海上的現(xiàn)場(chǎng)更換，解決了以前一直存在的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法更換液壓缸密封件的問(wèn)題。

圖4 外置式導(dǎo)向套

從目前國(guó)內(nèi)、外的油缸設(shè)計(jì)及生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，高壓缸基本上采用外置式導(dǎo)向套(個(gè)別由于空間的限制除外)，外置式結(jié)構(gòu)加工工藝性好，且通過(guò)進(jìn)行液壓缸出廠試驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)滿足要求。

3 結(jié)論

改進(jìn)后的加工工藝性更好，降低了加工制造的風(fēng)險(xiǎn)；擺脫了液壓缸在解體保養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)螺紋部位的破壞風(fēng)險(xiǎn)，從而使液壓缸缸筒、缸蓋可以重復(fù)使用，延長(zhǎng)其使用壽命；提高了維修時(shí)效性，易于拆裝和維保，減少了人力、物力消耗，提高了工作進(jìn)度。

[1] 章宏甲,黃 誼.液壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] API.海上基座式起重機(jī)[M].高圣平，譯.北京：石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2012.