20 世紀(jì) 90 年代,陶瓷涂層應(yīng)用到活塞桿上,它比鍍鉻層具有更好的耐腐蝕性和抗磨性,適合在工作環(huán)境惡劣、腐蝕性強(qiáng)的條件下使用.西方國家已將陶瓷涂層活塞桿液壓缸廣泛應(yīng)用于核能、航天航空、石化等領(lǐng)域。

    隨著我國水利工程自動化程度的提高和液壓技術(shù)的發(fā)展,液壓啟閉機(jī)已經(jīng)成為水利工程中常用的一種啟閉設(shè)備.液壓啟閉機(jī)主要組成部分是液壓缸體、活塞桿、頭部、底座、密封圈及檢測裝置等,其中密封圈為易耗件,定期進(jìn)行更換,影響啟閉機(jī)壽命的主要部件為活塞桿.活塞桿不僅要承受頻繁的摩擦,還要承受各種潮濕環(huán)境和污染環(huán)境的腐蝕,其防腐、耐磨及日常維護(hù)等性能要求都相對較高.目前,液壓啟閉機(jī)活塞桿常用的防腐方式為表面鍍鉻和噴涂陶瓷。

    2 傳統(tǒng)與新型活塞桿主要參數(shù)指標(biāo)

    活塞桿鍍鉻層表面光滑,呈銀色金屬光澤; 陶瓷涂層表面光滑,多為深色,呈半透明狀。

    相比傳統(tǒng)鍍鉻涂層,陶瓷涂層在表面孔隙率、表面硬度、表面粗糙度、涂層厚度及鹽霧試驗(yàn)等方面的性能指標(biāo)更加優(yōu)異,陶瓷活塞桿啟閉機(jī)采用內(nèi)置式的數(shù)字化行程控制,對啟閉機(jī)的行程控制更加精確、可靠 .

    3. 1 傳統(tǒng)工藝---表面鍍鉻缺點(diǎn)

    傳統(tǒng)液壓啟閉機(jī)活塞桿多采用表面鍍雙層鉻或者鍍鎳鉻等防腐方式.多年的工程實(shí)踐表明,活塞桿表面鍍鉻受鍍鉻工藝、鍍層質(zhì)量和環(huán)境條件影響,涂層容易遭到腐蝕而剝落,導(dǎo)致活塞桿產(chǎn)生銹蝕,引起密封圈元件損壞和漏油,影響啟閉機(jī)運(yùn)行和使用壽命.與傳統(tǒng)液壓缸配套的行程測量裝置多為鋼絲繩等外置式機(jī)械結(jié)構(gòu),其行程測量裝置穩(wěn)定性差,測量精度低,故障率高,受外界環(huán)境工況影響大.

    3. 2 新型工藝---陶瓷噴涂技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

     陶瓷噴涂技術(shù)是利用高溫等離子弧噴涂技術(shù)將陶瓷粉末噴涂至經(jīng)過預(yù)處理的基體材料表面,從而形成一層致密的陶瓷保護(hù)層.而陶瓷活塞桿是在原普通液壓缸的基礎(chǔ)上研制而成,通過陶瓷噴涂技術(shù)將陶瓷保護(hù)層覆蓋于經(jīng)過特殊處理的活塞桿表面,其主要優(yōu)點(diǎn)在于活塞 桿 的 防 腐 工 藝 和 液 壓 缸 行 程 檢 測 裝 置 的創(chuàng)新。

    3. 2. 1 耐腐蝕性能強(qiáng)

    陶瓷活塞桿的表面熱噴涂致密的陶瓷涂層,具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性,耐水、耐大氣腐蝕性能比較好,并通過 5% 鹽水溶液的鹽霧試驗(yàn).陶瓷活塞桿在惡劣工況下實(shí)際使用時(shí),具有較長的耐腐蝕時(shí)間,相比普通鍍鉻活塞桿同條件下使用壽命可提高 5 ~ 6 倍。

    3. 2. 2 耐磨性高

    陶瓷活塞桿的陶瓷涂層和母材的結(jié)合強(qiáng)度超過30MPa,有效避免了噴涂層的脫落; 陶瓷涂層的表面硬度超過了 850HV,具有較高的耐磨性; 精加工后的陶瓷活塞桿表面光滑,表面粗糙度可控制在 Ra0. 3 以內(nèi),有效降低了密封件和活塞桿的摩擦系數(shù),減少了密封件和活塞桿磨損量,進(jìn)一步延長了使用壽命。

    3. 2. 3 數(shù)字化控制啟閉行程精度高

    陶瓷活塞桿基體由一系列等距離并具有一定深度的環(huán)形溝槽構(gòu)成,利用導(dǎo)磁性基體和非導(dǎo)磁性陶瓷涂層通過脈沖傳感器讀取這些溝槽形成信息,直接轉(zhuǎn)換成活塞桿的行程.這種集成于陶瓷活塞桿的內(nèi)置式行程檢測裝置,可直接檢測出活塞桿的位移,不需換算,也不存在累積誤差,其檢測精度可達(dá)到 1mm.同時(shí),行程檢測裝置具備對行程閘門全開、全關(guān)極限位置的控制和保護(hù),并擁有多個開度位置預(yù)置的功能。

    3. 2. 4 維護(hù)方便

    行程控制裝置傳感器只需直接安裝于液壓缸的下端蓋上,結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,且可以滿足泡水使用的要求[2] ,維護(hù)與檢修相對傳統(tǒng)行程裝置簡單、方便。

    3. 2. 5 制造工藝環(huán)保

    普通電鍍工藝含鉻廢水和廢氣嚴(yán)重致癌,屬國家一類控制排放物,對環(huán)境和生產(chǎn)工人的危害極大.陶瓷噴涂技術(shù)無電鍍工藝所造成的環(huán)境污染問題,屬環(huán)保涂層技術(shù)。

    4. 1 工程概況

    泰州引江河二期高港樞紐二線船閘位于一線船閘西側(cè),為Ⅲ級通航建筑物,設(shè)計(jì)最大船舶等級為 1000t級,船閘尺寸為 23m × 230m × 4m,船閘正常通航水位上游側(cè) 1. 00m,下游側(cè) 2. 50m.船閘采用三角門,輸水系統(tǒng)采用短廊道對沖消能式集中輸水系統(tǒng),輸水閥門為平板直升鋼閘門.三角門和閥門啟閉均采用液壓啟閉機(jī),上、下閘首左、右岸三角閘門分別布置一臺臥式液壓啟閉機(jī),啟閉容量 350kN,最大行程 4. 70m; 輸水門啟閉設(shè)備選用液壓啟閉機(jī),啟閉容量 300kN,最大行程 3. 80m.船閘三角門啟閉機(jī)布置在閘首邊墩空箱內(nèi),閥門啟閉機(jī)布置在閥門井上方.上下游每個閘首設(shè)兩個液壓站,每側(cè)三角門和輸水門共用 1 套液壓系統(tǒng)。

    4. 2 活塞桿性能指標(biāo)檢測

    泰州引江河二期高港樞紐二線船閘啟閉機(jī)采用了陶瓷活塞桿液壓啟閉機(jī).在啟閉機(jī)制造及組裝過程中,采用金屬硬度計(jì)、涂層測厚儀、粗糙度儀及鋼卷尺等儀器對活塞桿部分質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了檢測( 結(jié)果如表2 所列) .檢測結(jié)果表明,陶瓷活塞桿的表面硬度。

     4. 3 調(diào)試及運(yùn)行情況

       2014 年 6 月,泰州引江河二期高港樞紐二線船閘工程通過水下驗(yàn)收,2015 年 6 月,通過投入使用驗(yàn)收,目前已正式通航.閘門啟閉機(jī)現(xiàn)場安裝完畢后,在保證閘門及液壓缸運(yùn)行不受阻卡的情況下進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試.啟動液壓站油泵,調(diào)整溢流閥,使油泵在工作壓力的 50% 、75% 和 100% 的情況下分別連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 15min,系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)異常振動、雜音、溫升過高現(xiàn)象,啟閉機(jī)閥件及管路未發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象.啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí),無阻卡、異常振動等現(xiàn)象,行程檢測裝置顯示準(zhǔn)確,兩側(cè)油缸同步性較好.船閘廊道閥門 24h 內(nèi)因油缸內(nèi)部泄漏而產(chǎn)生的沉降量小于 100mm,沉降試驗(yàn)合格.船閘運(yùn)行期間,定期對啟閉機(jī)活塞桿檢查,均未發(fā)現(xiàn)腐蝕、磨損等現(xiàn)象。

    閘門啟閉機(jī)調(diào)試及運(yùn)行情況表明: 陶瓷活塞桿啟閉機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

    陶瓷活塞桿液壓啟閉機(jī)在泰州引江河二期高港樞紐二線船閘的使用表明: 陶瓷涂層技術(shù)具有耐腐蝕、耐磨損、啟閉行程精度高、維修方便、制造工藝環(huán)保等特點(diǎn),將有效提高設(shè)備的使用年限和工作效率,保障工程安全可靠運(yùn)行。