熊志堅(jiān)，楊勝?gòu)?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(guò)錐體與錐孔過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，推力的來(lái)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(guò)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(dòng)螺旋槳向螺旋槳軸錐體大端運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(jì)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(shí)的液壓油最高壓強(qiáng)P為56.4 MPa(由公式 (1)計(jì)算得)。當(dāng)液壓油壓強(qiáng)P達(dá)到40 MPa時(shí)發(fā)生漏油，油壓不再升高，無(wú)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(jiàn)，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(guò)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(guò)對(duì)U形液壓油頂漏油原因分析可知，柱塞懸空面積過(guò)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(jì)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(jì)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(jiàn)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(jì)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(jiàn)圖7)分析的方法，采用單位為國(guó)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(jì)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(shí)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(shí)，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(yǔ)

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(méi)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!