耙吸式挖泥船液壓蝶閥技術(shù)改進(jìn)

沈偉，嚴(yán)波

（長(zhǎng)江南京航道工程局，江蘇 南京 210011）

1 液壓蝶閥改進(jìn)設(shè)計(jì)參照規(guī)范

本液壓蝶閥技術(shù)改進(jìn)僅適用于“長(zhǎng)鯨12”耙吸船式挖泥船泥門(mén)液壓蝶閥的工況、性能等方面的技術(shù)要求，并根據(jù)國(guó)家相關(guān)的液壓行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)。參照的有關(guān)液壓標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T786.1-1993 液壓氣動(dòng)圖形符號(hào)

GB/T2346-2003 流體傳動(dòng)系統(tǒng)及元件公稱(chēng)系列

GB/T3766-2001 液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件

GB7938-95 液壓缸及氣缸公稱(chēng)系列

GB/T15622-95 液壓缸試驗(yàn)方法

CB/T4333-2013 船用液壓控制蝶閥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

CB/T3036-1994 船用中心型液壓蝶閥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T6996-2007 重型機(jī)械液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件

JB/T7033(2007) 液壓測(cè)試技術(shù)通則

2 液壓蝶閥技術(shù)參數(shù)

“長(zhǎng)鯨12”船上液壓蝶閥種類(lèi)和數(shù)量很多，但是結(jié)構(gòu)都一樣，現(xiàn)選型號(hào)為D773HP-25C-DN500 的液壓蝶閥作為典型來(lái)分析。

液壓蝶閥型號(hào)：D773HP-25C-DN500，蝶閥通徑：DN500，齒輪齒條油缸缸徑：Φ80mm 桿徑：Φ50mm，額定壓力：16MPa，最大壓力：25MPa，回轉(zhuǎn)角度：900±120。

3 故障現(xiàn)象及分析

由于液壓油是從液壓蝶閥驅(qū)動(dòng)軸部位泄漏出的，通過(guò)檢查液壓管路的位置和蝶閥結(jié)構(gòu)，排除了該泄漏的液壓油從液壓管路泄漏的可能性，泄漏的液壓油只能是從液壓蝶閥的齒輪齒條油缸內(nèi)部泄漏出來(lái)的，通過(guò)對(duì)“長(zhǎng)鯨12”耙吸式挖泥船每一種規(guī)格的液壓蝶閥齒輪齒條油缸全部解體，分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)船上的液壓蝶閥在結(jié)構(gòu)上都存在普遍的結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，該類(lèi)液壓蝶閥結(jié)構(gòu)如下圖：

圖號(hào)說(shuō)明：1-行程調(diào)節(jié)螺栓 2-缸底 3-連接螺栓 4-缸體 5-齒條活塞桿 6-缸筒 7-孔用格來(lái)圈密封圈 8-O 型圈 9-活塞 10-O 型圈 11-螺栓 12-齒輪 13-端蓋

故障原因分析：該類(lèi)蝶閥油缸泄漏主要由兩個(gè)原因產(chǎn)生：（1）圖號(hào)7 為孔用格來(lái)圈，該類(lèi)密封圈由一個(gè)特康密封圈和一個(gè)O 型圈組合而成，優(yōu)點(diǎn)是低摩擦，結(jié)構(gòu)緊湊，溝槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐高壓至最高70MPa，線速度快，最大速度可達(dá)15m/s，工作條件適應(yīng)性強(qiáng)，有無(wú)潤(rùn)滑時(shí)性能均佳，加熱后有較好的復(fù)原性。缺點(diǎn)：由于寬度尺寸比一般的Y 型密封圈小很多，上圖DN500 蝶閥中的孔用格來(lái)圈寬度為8.1mm，而一般的Y 型密封圈寬度為12mm，對(duì)活塞和缸筒內(nèi)孔的同心度要求更高，同時(shí)圖中活塞結(jié)構(gòu)中沒(méi)有導(dǎo)向套或者導(dǎo)向帶，活塞和缸筒內(nèi)孔之間配合為間隙配合，公差要求為H8/f8，在齒輪齒條驅(qū)動(dòng)蝶閥開(kāi)關(guān)時(shí)齒條會(huì)發(fā)生一定程度的徑向變形，使活塞傾斜變形，由于沒(méi)有活塞導(dǎo)向帶和缸筒接觸導(dǎo)向，致使密封圈發(fā)生單邊與缸筒接觸從而產(chǎn)生磨損導(dǎo)致漏油。

（2）驅(qū)動(dòng)液壓蝶閥轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪齒條中的齒輪和缸體、端蓋之間存在很大間隙，沒(méi)有軸承給它徑向定位，在驅(qū)動(dòng)液壓蝶閥轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)，齒輪端作為一個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)，齒輪在受力時(shí)更容易會(huì)產(chǎn)生徑向變形，并作用于齒條上，使齒條產(chǎn)生徑向變形，從而引起和齒條相連接的活塞徑向傾斜變形，使活塞工作時(shí)密封圈單邊與缸筒內(nèi)壁接觸磨損，最終導(dǎo)致漏油。

由于齒條活塞缺少導(dǎo)向和齒輪沒(méi)有徑向定位這兩方面的原因共同引起活塞密封圈漏油現(xiàn)象。

4 解決方案

圖號(hào)說(shuō)明：1-行程調(diào)節(jié)螺栓 2-缸底 3-連接螺栓 4-缸體 5-齒條活塞桿 6-缸筒 7-導(dǎo)向帶 8-O 型圈 9-Y 密封圈 10-活塞 11-O 型圈 12-螺栓 13-齒輪 14-軸承 15-端蓋

方案說(shuō)明：參考其余廠家同類(lèi)型的液壓蝶閥和液壓油缸的結(jié)構(gòu)形式，為使液壓蝶閥能更好工作，解決油缸漏油問(wèn)題，提出以下解決方案（見(jiàn)上圖）：

(1）活塞增加導(dǎo)向帶（即耐磨環(huán)），材料為PTFE（聚四氟乙烯+青銅），耐磨環(huán)具有精確的導(dǎo)向作用，并可吸收徑向力，同時(shí)具有良好對(duì)中性能，有效防止滑動(dòng)部件的金屬或者密封圈單邊接觸，同時(shí)密封圈采用Y型進(jìn)口密封圈，增加寬度密封面，依靠液壓壓力張緊唇邊與缸筒緊密貼合，有效減少因變形引起的活塞傾斜導(dǎo)致的液壓油泄漏。

(2）齒輪的上下兩端增加軸承徑向定位，改變受力形式，減少轉(zhuǎn)動(dòng)軸受力后產(chǎn)生的變形從而減小齒條的徑向變形，有效避免了活塞傾斜引起的單邊磨損密封圈。

5 油缸強(qiáng)度校核

5.1 計(jì)算參數(shù)

油缸內(nèi)徑 D=80mm，外徑 D1=96mm

額定壓力 Pn=16Mpa

最大壓力 Pmax=25Mpa

缸筒、活塞桿 45 號(hào)鋼

бb=600N/mm2бs=340N/mm2E=2.1x105N/mm2

5.2 缸筒壁厚計(jì)算與驗(yàn)算

5.2.1 壁厚計(jì)算

缸筒壁厚δ ＝δ0＋C1+C2

因δ/D=（96-80）/2/80=0.10 屬于【0.08～0.3】范圍，則δ0≥Pmax*D/（2.3*[б]-3Pmax）。

這里 δ0——為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值，m C1——為缸筒外徑公差余量，m。C2——腐蝕余量，m。

[б]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm2

[б]＝бb/n=600/3=200 MN/m2,安全系數(shù)n 取3。

取δ ＝8mm,按中國(guó)船級(jí)社鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范-2001-第三分冊(cè)6.2.1.1 公式計(jì)算:

δ=pD/(2[б]ψ-p)+0.75=25x80/(2x200x1-25)+0.75=6.08mm＜8mm,故滿足要求.

5.2.2 壁厚驗(yàn)算

（1）額定工作壓力Pn 應(yīng)低于一定的缸筒承壓極限值，以保證工作安全：

Pn=16＜36.4Mpa 滿足工作安全要求，這里D1——為缸筒外徑，D1=96mm.

（2）避免塑性變形

Pn=16Mpa＜{21.67～26}Mpa 滿足塑性變形要求。

（3）缸筒的爆裂壓力Pr

Pr=2.3бb*log(D1/D)＝2.3x600xlog(0.096/0.08)=109.27MPa

Pr 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Pmax(25Mpa)，滿足設(shè)計(jì)要求

（4）缸筒徑向變形ΔD 應(yīng)處在允許范圍內(nèi)

ΔD＜密封圈允許范圍＝±1.5mm，滿足缸筒徑向形變要求。

通過(guò)改變液壓蝶閥齒輪齒條油缸內(nèi)部活塞結(jié)構(gòu)，增加齒輪兩端軸承支撐使齒條變形減小，并經(jīng)過(guò)缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算，使整個(gè)油缸在額定壓力作用下，減小了密封圈的磨損，提升了密封效果和密封圈使用壽命，有效地消除了液壓油泄漏的產(chǎn)生。