安裝螺旋槳用液壓油頂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

熊志堅，楊勝強(qiáng)

(中船澄西遠(yuǎn)航船舶 (廣州)有限公司，廣東廣州 511462)

1 安裝螺旋槳用液壓油頂?shù)墓τ?/h2>

螺旋槳軸與螺旋槳的連接通常是通過錐體與錐孔過盈配合的方式連接的，這種連接方式需要借助較大外界推力來實(shí)現(xiàn)，推力的來源就是液壓油頂。液壓油頂安裝在螺旋槳軸螺母和螺旋槳之間，通過油管將油泵和液壓油頂相連，將液壓油泵入油頂?shù)囊簤嚎涨粌?nèi)，推動螺旋槳向螺旋槳軸錐體大端運(yùn)動，最終達(dá)到安裝要求的推進(jìn)量完成螺旋槳的安裝。由于這種連接方式需傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，液壓油的壓強(qiáng)一般在40～70 MPa之間，所產(chǎn)生的推力通常為2 500～8 000 kN之間。安裝需一次完成，因此對液壓油頂?shù)墓ぷ餍阅苡休^高要求，如圖1。

圖1 液壓油頂壓裝螺旋槳示意圖

2 U形液壓油頂?shù)娜毕?/h2>

目前本公司使用的螺旋槳液壓油頂是U形結(jié)構(gòu)，經(jīng)過筆者在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，U形液壓油頂在使用過程中常因漏油而不能一次完成螺旋槳安裝任務(wù)?，F(xiàn)以某船安裝螺旋槳使用的U形液壓油頂漏油事件為例，對U形液壓油頂漏油的原因進(jìn)行分析，U形油頂結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 U形液壓油頂示意圖

U形油頂推力計算公式:

式中:F為液壓油頂產(chǎn)生的軸向推力，kN;P為液壓油頂壓強(qiáng)，MPa;S為液壓油頂?shù)挠行Чぷ髅娣e，cm2;D為壓環(huán)外徑尺寸，cm;d為壓環(huán)內(nèi)徑尺寸，cm。

該船螺旋槳安裝推力F為2 750 kN，使用的U形油頂?shù)挠行娣eS為487.8 cm2，安裝到位時的液壓油最高壓強(qiáng)P為56.4 MPa(由公式 (1)計算得)。當(dāng)液壓油壓強(qiáng)P達(dá)到40 MPa時發(fā)生漏油，油壓不再升高，無法將螺旋槳安裝到位。

由圖3所示的U形液壓油頂柱塞受力變形圖的結(jié)構(gòu)可見，液壓油頂柱塞懸空部分 (不受力部分)接近柱塞總面積的一半。在推進(jìn)螺旋槳過程中隨著液壓油壓強(qiáng)P的增大，液壓油頂柱塞因受力不均衡而產(chǎn)生的變形量增加，導(dǎo)致柱塞與缸體的配合間隙增大，致使O形膠圈受剪切破裂而漏油。

圖3 U形液壓油頂柱塞受力變形圖

3 安裝螺旋槳用液壓油頂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

改進(jìn)后的液壓油頂結(jié)構(gòu)示如圖4所示，我們稱之為T形液壓油頂。

圖4 T形液壓油頂結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 T形液壓油頂受力分析

通過對U形液壓油頂漏油原因分析可知，柱塞懸空面積過大而致使柱塞變形是造成漏油的主要原因。在相同受力情況下，減少柱塞的懸空面積，增加柱塞與螺旋槳槳轂的接觸面積，可有效減少柱塞的變形，防止漏油現(xiàn)象發(fā)生。按相同受力面積設(shè)計的T形液壓油頂如圖5所示。

T形液壓油頂受力分析圖如圖6所示。

圖5 新設(shè)計的T形液壓油頂結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 T形液壓油頂受力分析圖

3.1.1 受力分析

從圖5和圖6可見液壓油頂柱塞受力面積增大很多，只考慮懸空部分的受力變形量即可。

3.1.2 力學(xué)計算

1)液壓油頂使用的鋼材的屈服強(qiáng)度為235 MPa;整體建立有限元模型 (見圖7)分析的方法，采用單位為國際單位:(m，kg，s)。

圖7 有限元模型圖

2)邊界條件與載荷條件如圖8所示，約束液壓油頂與螺旋槳槳轂的接觸面，載荷情況為施加在液壓油頂上的均布載荷5.64×107N/m2。

3)由圖8～圖10可知，T形液壓油頂結(jié)構(gòu)在計算工況下最大應(yīng)力為122 MPa，小于許用屈服應(yīng)力бs=235 MPa，最大變形量為 =0.035 mm(懸空部分受力時的變形方向?yàn)檠貁軸方向)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

圖8 邊界條件與載荷條件圖

圖9 液壓油頂整體變形云圖

3.2 實(shí)際使用效果

圖10 液壓油頂應(yīng)力云圖

使用T形液壓油頂安裝螺旋槳時，液壓油壓強(qiáng)最高達(dá)56.4 MPa也不漏油，一次完成螺旋槳安裝任務(wù)。

4 結(jié)束語

經(jīng)多次的實(shí)際生產(chǎn)證實(shí)，T形液壓油頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和強(qiáng)度滿足使用要求，沒有發(fā)生漏油現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的目的。目前我公司已備有各種規(guī)格的T形液壓油頂，并擴(kuò)大應(yīng)用在軸段與聯(lián)軸節(jié)的安裝、舵桿與舵葉的安裝工程上，取得了良好的效果。本文旨在讓更多的同行了解T形液壓油頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，加以推廣應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益!