雙節(jié)頂升式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在金灣閘的應(yīng)用檢修及技術(shù)改進(jìn)

陳 華， 繆慧麗， 田磊磊

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚(yáng)州 225200)

1 概 述

隨著國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)的發(fā)展，使得液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的類(lèi)型與性能得到迅速提升。在水利工程特別是水閘的實(shí)際運(yùn)用中，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與普通啟閉機(jī)相比有著啟閉力大，調(diào)速調(diào)向方便，自帶液壓過(guò)載保護(hù)不易影響電氣控制系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等方面的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于水利工程。

但鑒于液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，密封件的高性能要求，泄漏可能造成的污染，檢修專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求高，與自動(dòng)化聯(lián)合調(diào)試診斷的交叉影響等也對(duì)水閘運(yùn)行管理提出不小的挑戰(zhàn)。

2 金灣閘液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)

2.1 工程簡(jiǎn)介

金灣閘系淮河入江水道的控制工程之一，屬于大型水閘、Ⅱ級(jí)建筑物，具有排洪、蓄水、引潮功能。工程配備22孔實(shí)腹式平板鋼閘門(mén)，每孔配有56T雙節(jié)頂升式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)2臺(tái)(見(jiàn)圖1)。配套液壓系統(tǒng)：采用3只常閉高壓球閥將液壓系統(tǒng)從水閘中間向兩邊分為2套獨(dú)立的系統(tǒng)，每套分別控制東、西兩側(cè)各11孔閘門(mén)。特別情況下，也可以打開(kāi)上述3只球閥，使供油母管連通使用。

圖1 柱塞固接立裝雙吊點(diǎn)平面閘門(mén)啟閉機(jī)示意圖

2.2 單孔閘門(mén)啟閉方式

單孔閘門(mén)啟閉方式(見(jiàn)圖2)：采用伸縮式單作用柱塞缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，壓力油會(huì)通過(guò)單作用方式進(jìn)行運(yùn)作。閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)通過(guò)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)2節(jié)柱塞逐級(jí)向上伸出，頂托閘門(mén)橫梁實(shí)現(xiàn)上升運(yùn)行，閘門(mén)到上限位后自動(dòng)鎖定。閘門(mén)關(guān)閉時(shí)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)2節(jié)柱塞再伸出200 mm，使鎖定脫扣，然后2節(jié)柱塞在閘門(mén)的自重下逐級(jí)向下縮回油缸，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)下降運(yùn)行，到下限位后停止。

圖2 單孔閘門(mén)液壓系統(tǒng)

2.3 雙節(jié)頂升式啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)型號(hào)：QPPYIII，啟門(mén)力2*360 kN，油缸外徑Φ299 mm，油缸內(nèi)徑：Φ263 mm、Φ213 mm，柱塞桿直徑：Φ240 mm、Φ190 mm，工作壓力：8.0 MPa，試驗(yàn)壓力：12.0 MP，行程：10 800 mm。其中第一節(jié)柱塞桿行程5.35 m，第二節(jié)柱塞桿行程5.45 m。這種雙節(jié)頂升式啟閉機(jī)是一種伸縮式單作用柱塞缸結(jié)構(gòu)。

(1)其單作用是指壓力油從唯一的油口(既是進(jìn)油口也是回油口)進(jìn)入缸筒，推動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)是靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，柱塞的回程要靠其自重，對(duì)于閘門(mén)閉門(mén)無(wú)需另外的回油管路。

(2)其伸縮式結(jié)構(gòu)[1]主要由缸筒、柱塞桿一、柱塞桿二、上限位一、下限位一、上限位二、下限位二、導(dǎo)向套、端蓋、防塵端蓋及密封件等零部件組成(詳見(jiàn)圖3、圖4)。缸筒與柱塞桿一、柱塞桿二，層層相套，啟門(mén)運(yùn)行時(shí)柱塞桿一與柱塞桿二作為整體共同伸出，到達(dá)缸筒內(nèi)上限位一即行程至5.35 m，再由柱塞桿二單獨(dú)伸出，到達(dá)柱塞桿一內(nèi)的上限位二即行程至5.45 m，從而達(dá)到啟閉機(jī)總行程10.8 m的啟門(mén)高度。

圖3 單作用伸縮式柱塞缸部件圖

圖4 單作用伸縮式柱塞缸組裝圖

(3)其適用性表現(xiàn)在柱塞只靠缸筒支承而不與缸筒接觸，這樣缸筒易加工，并可加導(dǎo)向輔助裝置，適于做長(zhǎng)行程[1]液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。

(4)其受力特點(diǎn)是工作時(shí)液壓缸總受壓，因此剛度必須足夠。

所以金灣閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的設(shè)計(jì)制造結(jié)合了柱塞式液壓缸的單作用運(yùn)用方式和伸縮式液壓缸的長(zhǎng)行程特點(diǎn)，以?xún)杉?jí)頂升的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)閘門(mén)開(kāi)啟。

3 運(yùn)行中的問(wèn)題

金灣閘液壓系統(tǒng)油缸使用超過(guò)10年，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后普遍存在油缸密封、防塵端蓋漏油情況，且部分啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)伴有爬行、啟閉速度不夠、泄漏等現(xiàn)象。

4 問(wèn)題分析

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的原因很多，這里不討論人為操作失當(dāng)、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)其它元件故障，僅就故障率最高也是最根本的核心部件——液壓缸進(jìn)行分析。

4.1 爬行現(xiàn)象

液壓缸的柱塞桿在油壓作用下進(jìn)行伸出或縮回動(dòng)作，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作速度不均勻，伴有振動(dòng)和異響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起整個(gè)液壓系統(tǒng)共振，即產(chǎn)生低速爬行。一般是由于外界空氣進(jìn)入缸內(nèi)，密封件壓得太緊，柱塞與柱塞桿不同軸，柱塞桿彎曲變形，缸筒內(nèi)壁拉毛，局部磨損嚴(yán)重或腐蝕，安裝位置有誤差等原因造成。

4.2 速度不夠

一般是由于缸與柱塞配合間隙過(guò)大或O型密封圈破壞，產(chǎn)生內(nèi)泄漏，缸端柱塞桿壓得太緊，摩擦力太大，柱塞桿彎曲使運(yùn)動(dòng)阻力增大等原因造成。

4.3 外泄漏

一般是密封圈損壞或裝配不當(dāng)，柱塞桿表面損傷，缸蓋處密封不良等原因造成。

5 維修

5.1 維修程序

拆缸→零部件清洗→零部件復(fù)測(cè)(特別是缸筒內(nèi)孔、銅導(dǎo)向套、柱塞桿、柱塞等零部件表面，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果確定缸筒內(nèi)孔、銅導(dǎo)向套、柱塞桿、柱塞等零部件的維修方案)→零部件損壞記錄(柱塞桿表面、缸筒內(nèi)孔、柱塞表面、銅導(dǎo)向套等重要零部件表面如有拉傷，需記錄并確定維修)→銹蝕零部件防腐或更新→密封件更新→重新裝缸→出廠(chǎng)驗(yàn)收(按啟閉機(jī)驗(yàn)收規(guī)范)→現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試(根據(jù)拆除的順序逆向進(jìn)行)→試運(yùn)行。

5.2 維修的非常規(guī)處理

5.2.1“上限位一”的進(jìn)油槽改造

在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)部分油缸啟閉“頓挫”，特別是啟門(mén)速度一直緩慢，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上限位一的進(jìn)油槽在配套缸筒內(nèi)的軸向定位因臺(tái)階加工面的完好因而是準(zhǔn)確的，但周向定位發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏移，導(dǎo)致上限位一進(jìn)油槽與缸筒進(jìn)油孔連接油路不對(duì)正，口徑變小，油量變小，致使速度下降。

檢修中解決兩個(gè)問(wèn)題，一是通過(guò)將上限位一在缸筒內(nèi)定位點(diǎn)焊固定，保證進(jìn)油槽與進(jìn)油孔的對(duì)正及周向定位；二是改造上限位一的進(jìn)油槽結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5)，在原油槽處環(huán)形面用銑床加工出腰形孔輔助油槽的新工藝，適當(dāng)拓寬油路，從而保障通油量。經(jīng)實(shí)際試運(yùn)行，效果良好，解決了金灣閘閘門(mén)啟閉過(guò)程中啟閉速度緩慢問(wèn)題。

圖5 上限位一油槽改造示意圖

5.2.2利用測(cè)壓接頭加裝排氣旋塞

現(xiàn)在油缸一般是沒(méi)有排氣閥的。而設(shè)計(jì)規(guī)范[2]中規(guī)定“液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔應(yīng)設(shè)置排氣裝置”。針對(duì)拆卸、安裝造成油缸內(nèi)有殘留空氣，利用油缸法蘭面的測(cè)壓接頭加裝排氣旋塞，在試運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)旋塞排出缸內(nèi)殘存空氣，待運(yùn)行正常后再旋緊旋塞以防噴油，解決啟閉機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的爬行、抖動(dòng)問(wèn)題。

5.2.3鍍鉻工藝

柱塞桿表面有嚴(yán)重劃傷或是碰傷后，單獨(dú)進(jìn)行表面拋光已達(dá)不到修復(fù)要求，應(yīng)對(duì)柱塞桿表面進(jìn)行重新電鍍處理，按以下工藝方案執(zhí)行。

(1)去除柱塞桿表面鍍層。

(2)外圓珩磨、拋光外圓，保證外徑尺寸公差，表面粗糙度，注意珩磨時(shí)溫度對(duì)尺寸偏差的影響。

(3)鍍鉻(鍍鉻2次)。

①半成品檢驗(yàn)，清洗除油。

②裝工裝及導(dǎo)線(xiàn)。

③清洗下鍍鉻槽。預(yù)熱，裝陰極導(dǎo)線(xiàn)，溫度55±2℃,時(shí)間20～30 min。

陽(yáng)極浸蝕，緩慢旋轉(zhuǎn)零件。電流密度10 A/dm2，溫度55±2℃，時(shí)間30～45s。

正鍍，緩慢旋轉(zhuǎn)零件。電流密度15 A/dm2，溫度72±2℃，時(shí)間360 min，300 min后降溫。

零件起槽砂光。

預(yù)熱，溫度50±2℃，時(shí)間20～30 min。

陽(yáng)極浸蝕，緩慢旋轉(zhuǎn)零件。電流密度10 A/dm2，溫度50±2℃，時(shí)間5～10 min。

正鍍，緩慢旋轉(zhuǎn)零件。電流密度15 A/dm2，溫度45±2℃，時(shí)間1 560 min。

④起槽→清洗→砂光，進(jìn)行油煮去氫處理。

⑤檢驗(yàn)：柱塞桿全長(zhǎng)表面乳白鉻、硬絡(luò)層均勻分布，應(yīng)按乳白鉻一層，厚度0.04～0.05 mm，硬鉻一層，厚度0.04～0.05 mm[3]。

(4)外圓鍍后珩磨、拋光外圓，保證外徑尺寸公差，表面粗糙度。注意珩磨時(shí)溫度對(duì)尺寸偏差的影響。

(5)拋光處理。

①清理電鍍引起的各種毛剌，修磨，修圓倒角接合部。

②再次全面檢查鍍層表面質(zhì)量及厚度。

③外圓拋光達(dá)設(shè)計(jì)圖紙要求，注意防止工件起吊過(guò)程中磕碰。

5.3 油缸檢測(cè)

油缸應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行打壓試驗(yàn)，次數(shù)在3次以上。在試驗(yàn)過(guò)程中，如果油缸不出現(xiàn)爬行和卡阻現(xiàn)象，缸筒與缸蓋之間無(wú)滲漏，并且油缸沒(méi)有內(nèi)泄，即為合格[4]。金灣閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸總成出廠(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)檢測(cè)記錄見(jiàn)表1。

表1 金灣閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸總成出廠(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)檢測(cè)記錄

5.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

金灣閘工作閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄見(jiàn)表2。

表2 金灣閘工作閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄

6 結(jié) 語(yǔ)

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，對(duì)其運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象，要綜合分析，甚至解體檢查。通過(guò)改進(jìn)維修工藝方法，經(jīng)試運(yùn)行及階段性運(yùn)用檢驗(yàn)，才能保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行。本次維修中油缸的啟閉緩慢、爬行、抖動(dòng)現(xiàn)象在其他水利工程液壓系統(tǒng)的運(yùn)用中也屢見(jiàn)不鮮，但管理單位往往不能很好地解決，此維修案例的實(shí)際成功實(shí)施也為同類(lèi)型設(shè)備的故障排查分析與檢修工藝方法提出了新思路。