淺析液壓傳動(dòng)在挖泥船中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳永梅，費(fèi)天琦

（中交上海航道裝備工業(yè)有限公司，上海 201208）

0 引言

基于國家倡導(dǎo)保護(hù)環(huán)境的背景下，海、湖、河道的治理都在有條不紊的進(jìn)行。選用優(yōu)質(zhì)的設(shè)備是提高治理效率的重要方向。某船為單層甲板、鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)的環(huán)保水陸多功能挖泥船；船體尾部設(shè)可自動(dòng)升降掛槳，可在作業(yè)區(qū)域機(jī)動(dòng)移位。設(shè)備可以使用作業(yè)臂、支撐臂和定位樁的組合動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)旱地上的移動(dòng)，并可以在最大坡度為20°的沼澤地帶及地面爬行。該船船體兩側(cè)配拆卸型輔助浮箱，以降低船舶吃水、增加施工作業(yè)穩(wěn)性。作業(yè)臂上可根據(jù)工程需求更換及安裝絞刀泵、反鏟斗等多種作業(yè)機(jī)具，實(shí)現(xiàn)新筑或修理圍堰、清理河道、清理各種水生植物和垃圾、埋設(shè)電纜或管道、插板或打樁、破碎巖石等功能多樣的施工作業(yè)。挖泥船的外形圖片如圖1所示。

圖1 挖泥船

設(shè)備為可在封閉、狹窄、淺灘、污染嚴(yán)重水域進(jìn)行絞吸、挖掘、抓斗、除草、清障等作業(yè)的多功能挖泥船。當(dāng)疏浚軟質(zhì)淤泥（原狀土密度1.6 t/m3），排距1 500 m，排泥管線為DN300時(shí)，產(chǎn)量約為200 m3/h。設(shè)備具有的功能及特點(diǎn)如下：可不用起重機(jī)輔助，自行上下運(yùn)輸拖車和進(jìn)出施工水域；在水中可使用一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的螺旋槳推進(jìn)自航；作業(yè)時(shí)采用定位樁和支撐臂進(jìn)行定位；艏部設(shè)有一套作業(yè)臂，作業(yè)臂上可搭載不同的作業(yè)裝置；全船設(shè)一套液壓系統(tǒng)為相關(guān)作業(yè)設(shè)備提供液壓動(dòng)力源。

全船設(shè)備依靠液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，主要包含：絞刀泵、作業(yè)臂、支撐臂、定位樁、推進(jìn)器。液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源由1臺(tái)柴油機(jī)飛輪端驅(qū)動(dòng)的雙聯(lián)柱塞泵（串聯(lián)）和1臺(tái)由柴油機(jī)自由端皮帶輪驅(qū)動(dòng)的齒輪泵組成。雙聯(lián)柱塞泵中動(dòng)力泵供泥泵，操動(dòng)泵供推進(jìn)器液壓馬達(dá)、絞刀、作業(yè)臂3支油缸、橫移2支油缸、支撐臂2支油缸、定位樁升降2支油缸、倒樁2支油缸。齒輪泵主要用于驅(qū)動(dòng)液壓冷卻器風(fēng)扇馬達(dá)、先導(dǎo)油路、螺旋槳的升降及轉(zhuǎn)向油缸。液壓系統(tǒng)由液壓油箱、液壓泵、控制閥組、液壓油缸、液壓馬達(dá)及液壓附件等組成。

1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

1.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

液壓系統(tǒng)通過柴油機(jī)飛輪端使用聯(lián)軸器與油泵剛性連接，雙油泵、齒輪箱與柴油機(jī)選用的額定轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，保證使用性能穩(wěn)定。與此同時(shí)，通過柴油機(jī)與船體結(jié)構(gòu)的柔性連接、柴油機(jī)與液壓系統(tǒng)的剛性連接穩(wěn)定整套系統(tǒng)的日常運(yùn)作，以防止因?yàn)檎饎?dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

液壓系統(tǒng)獲得動(dòng)力來源后，通過油箱內(nèi)的液壓油，使用Φ10 mm×2的不銹鋼無縫鋼管將液壓油引入推進(jìn)頂升油缸、推進(jìn)轉(zhuǎn)向油缸。使用Φ20 mm×3的不銹鋼無縫鋼管將液壓油引入左/右倒樁油缸、左/右定位樁油缸、左/右支腿油缸、大臂油缸、小臂油缸、鏟斗油缸。由于工況的不同，上述動(dòng)作無需同時(shí)進(jìn)行，因此將所有油缸的動(dòng)力源接入雙聯(lián)柱塞泵的操作泵，排量為130 ml/r，用于應(yīng)對(duì)日常移動(dòng)，小范圍作業(yè)使用。原理圖如圖2所示，油缸參數(shù)如表1所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

表1 油缸參數(shù)

1.2 液壓系統(tǒng)溢流系統(tǒng)

圖3 動(dòng)力原理圖

1.3 液壓泵基本工作原理

1.4 液壓系統(tǒng)控制單元

速接頭、節(jié)流閥、電磁閥、高壓濾器等重要元件組成。

圖4 控制單元流程圖

執(zhí)行單元包含整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器與閥門，驅(qū)動(dòng)器是電磁閥控制的執(zhí)行器件，安裝在閥體上；閥門有4種，分別為球閥、閘閥、截止閥、蝶閥[2]。

應(yīng)急操作單元是為了防止意外事件發(fā)生的主要單元，保證系統(tǒng)安全操作。終止錯(cuò)誤操作及系統(tǒng)故障時(shí)，都是采用手輪、手柄、便攜式手動(dòng)液壓泵等設(shè)備完成應(yīng)急操作的。手搖泵內(nèi)有2個(gè)快速接頭，可直接插入閥內(nèi)，搖動(dòng)泵桿，實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)頭開關(guān)動(dòng)作。

1.5 根據(jù)工況的設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)根據(jù)不同位置的特點(diǎn)應(yīng)考慮隔音和減震器等降噪措施。

液壓系統(tǒng)布置在柴油機(jī)附近應(yīng)考慮二級(jí)減震或采用浮島設(shè)計(jì)，降低船體對(duì)液壓系統(tǒng)的影響，本設(shè)計(jì)采用靜音箱體結(jié)構(gòu)，將液壓系統(tǒng)與柴油機(jī)集成在箱體內(nèi)，并布置大量透氣柵格保證柴油機(jī)與液壓油箱的散熱系統(tǒng)正常運(yùn)行，消音室用于降低柴油機(jī)運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的噪音，箱體內(nèi)部貼附靜音棉，進(jìn)一步降低箱體傳遞至箱體外部的噪音。

船舶柴油機(jī)-液壓系統(tǒng)為三相三線制，利用靜音箱作為接地載體。電阻數(shù)值需大于10 Mn。

液壓油箱根據(jù)工況的使用情況，與2個(gè)雙聯(lián)泵的輸出流量進(jìn)行對(duì)比，選用350 L的液壓油箱，內(nèi)布置空濾器安裝座、吸油口、泄放口，如圖5所示。

圖5 油箱內(nèi)部吸油口

2 液壓系統(tǒng)的制作與安裝

液壓系統(tǒng)通過前期的原理布置在確認(rèn)無誤后，進(jìn)行生產(chǎn)下料及安裝調(diào)試，主要分為材料選用、單元預(yù)制、泵壓串油、酸洗安裝、系統(tǒng)調(diào)試、效用試驗(yàn)多級(jí)分工。

2.1 液壓油的選用

在液壓設(shè)備選用液壓油時(shí)，應(yīng)保證其準(zhǔn)確性與合理性，能與環(huán)境、溫度、壓力相適應(yīng)，從而確保設(shè)備運(yùn)行良好，延長設(shè)備及元件的使用壽命。根據(jù)指標(biāo)選擇匹配的液壓油。齒輪泵對(duì)液壓油的抗磨要求不高，可采用HL、HM液壓油，而柱塞泵、葉片泵對(duì)抗磨要求較高，應(yīng)選擇HM液壓油。如鋼與鋼摩擦的設(shè)備，使用含鋅液壓油較為合適，但不能使用于含有銀、銅等設(shè)備。含磷不含硫的抗磨液壓油使用于含銀設(shè)備。如設(shè)備中含鋁，則不能使用pH8.5以上的液壓油。液壓油的黏度應(yīng)根據(jù)泵的類型、工作溫度、起動(dòng)性能來決定，以確保黏度的合理性[3-4]。

2.2 液壓管系的檢驗(yàn)

液壓管的合格率直接影響到使用，因此在管子預(yù)制時(shí)需要做好焊接處無損探傷、泵壓、串油、酸洗工作，以保證產(chǎn)品100%合格。泵壓試驗(yàn)要求：

1）試驗(yàn)介質(zhì)為氯離子含量不超過25 mg/L的潔凈水。

2）試驗(yàn)前注入液體時(shí)，應(yīng)排盡空氣。

3）試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度不宜小于5 ℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于 5℃時(shí)應(yīng)采取防凍措施。

4）承受內(nèi)壓的鋼管的試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。

5）試驗(yàn)應(yīng)緩慢升壓，待達(dá)到試驗(yàn)壓力后，穩(wěn)壓10 min，再將試驗(yàn)壓力降至設(shè)計(jì)壓力，穩(wěn)壓30 min，檢驗(yàn)壓力表有無降壓，管道所有部位有無滲漏。

試驗(yàn)裝置為加壓泵、壓力監(jiān)測(cè)儀表，將試件平直放置，一端安裝帶有排氣閥的堵頭，另一端和泵出口連接，將水注入管內(nèi)，排盡空氣，關(guān)閉排氣閥，密封試件，保證管件無形變，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 液壓系統(tǒng)串油

船舶液壓管系串油應(yīng)在船上進(jìn)行，且必須在該系統(tǒng)完整性安裝、密性試驗(yàn)工程施工完成后進(jìn)行。為保證每一個(gè)部分都均勻沖洗且未發(fā)生遺漏情況，使用軟管把設(shè)備繞開且將系統(tǒng)現(xiàn)校管全部串聯(lián)到系統(tǒng)中，并關(guān)閉相關(guān)易損閥件[5]。

3 結(jié)論

隨著時(shí)代發(fā)展及環(huán)保意識(shí)的提高，在各方大力支持下，多功能節(jié)能環(huán)保設(shè)備也隨之誕生，大大小小山川河流的治理需要更多的科技產(chǎn)品來代替低效的人工。從河流分支的治理清潔，到航道疏浚，都需要幾代人民的勞作。運(yùn)用一套液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)作的運(yùn)行，能在多種復(fù)雜工況下自由作業(yè)，極大提高了作業(yè)效率。在今后的科技發(fā)展中，可以引入智能操作概念，無需勞動(dòng)力跟隨設(shè)備進(jìn)入施工區(qū)域，一人遠(yuǎn)程控制多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行疏浚治理，以順應(yīng)智能設(shè)計(jì)、智能制造的趨勢(shì)。