安裝螺旋槳用液壓油頂結構的改進

熊志堅，楊勝強

(中船澄西遠航船舶 (廣州)有限公司，廣東廣州 511462)

1 安裝螺旋槳用液壓油頂的功用

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現，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，將液壓油泵入油頂的液壓空腔內，推動螺旋槳向螺旋槳軸錐體大端運動，最終達到安裝要求的推進量完成螺旋槳的安裝。由于這種連接方式需傳遞較大的轉矩，液壓油的壓強一般在40～70 MPa之間，所產生的推力通常為2 500～8 000 kN之間。安裝需一次完成，因此對液壓油頂的工作性能有較高要求，如圖1。

圖1 液壓油頂壓裝螺旋槳示意圖

2 U形液壓油頂的缺陷

目前本公司使用的螺旋槳液壓油頂是U形結構，經過筆者在多年的生產實踐中發現，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。現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行分析，U形油頂結構如圖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為液壓油頂產生的軸向推力，kN;P為液壓油頂壓強，MPa;S為液壓油頂的有效工作面積，cm2;D為壓環外徑尺寸，cm;d為壓環內徑尺寸，cm。

該船螺旋槳安裝推力F為2 750 kN，使用的U形油頂的有效面積S為487.8 cm2，安裝到位時的液壓油最高壓強P為56.4 MPa(由公式 (1)計算得)。當液壓油壓強P達到40 MPa時發生漏油，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構可見，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。在推進螺旋槳過程中隨著液壓油壓強P的增大，液壓油頂柱塞因受力不均衡而產生的變形量增加，導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構的改進

改進后的液壓油頂結構示如圖4所示，我們稱之為T形液壓油頂。

圖4 T形液壓油頂結構示意圖

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，防止漏油現象發生。按相同受力面積設計的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 新設計的T形液壓油頂結構示意圖

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 力學計算

1)液壓油頂使用的鋼材的屈服強度為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形液壓油頂結構在計算工況下最大應力為122 MPa，小于許用屈服應力бs=235 MPa，最大變形量為 =0.035 mm(懸空部分受力時的變形方向為沿z軸方向)，結構強度滿足要求。

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 實際使用效果

圖10 液壓油頂應力云圖

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

4 結束語

經多次的實際生產證實，T形液壓油頂的結構和強度滿足使用要求，沒有發生漏油現象，達到了預期的目的。目前我公司已備有各種規格的T形液壓油頂，并擴大應用在軸段與聯軸節的安裝、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形液壓油頂的優點，加以推廣應用，為企業創造更好的經濟效益!