1 前言

    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(dòng)化程度的提高和液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)已經(jīng)成為水利工程中常用的一種啟閉設(shè)備，主要用于平面、弧形、人字及三角等閘門的啟閉運(yùn)行。液壓?jiǎn)㈤]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(cè)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(duì)較高。目前，液壓?jiǎn)㈤]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)

    圖1 傳統(tǒng)鍍鉻活塞桿

圖2 陶瓷噴涂活塞桿

    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（ 見圖1 和圖2） 。

    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(duì)啟閉機(jī)的行程控制更加精確、可靠（ 主要指標(biāo)如表1 所列［3］） 。

    表1 傳統(tǒng)與新型活塞桿主要指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

    3 傳統(tǒng)與新型活塞桿優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

    3. 1 傳統(tǒng)工藝———表面鍍鉻缺點(diǎn)

    傳統(tǒng)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)活塞桿多采用表面鍍雙層鉻或者鍍鎳鉻等防腐方式［1］。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(cè)量裝置多為鋼絲繩等外置式機(jī)械結(jié)構(gòu)，其行程測(cè)量裝置穩(wěn)定性差，測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)裝置，可直接檢測(cè)出活塞桿的位移，不需換算，也不存在累積誤差，其檢測(cè)精度可達(dá)到1mm。同時(shí)，行程檢測(cè)裝置具備對(duì)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(gè)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(duì)傳統(tǒng)行程裝置簡(jiǎn)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(duì)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 工程實(shí)例

    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(jí)通航建筑物，設(shè)計(jì)最大船舶等級(jí)為1000t級(jí)，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(duì)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?jiǎn)㈤]機(jī)，上、下閘首左、右岸三角閘門分別布置一臺(tái)臥式液壓?jiǎn)㈤]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?jiǎn)㈤]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(gè)閘首設(shè)兩個(gè)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(cè)

    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?jiǎn)㈤]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(cè)厚儀、粗糙度儀及鋼卷尺等儀器對(duì)活塞桿部分質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)（ 結(jié)果如表2 所列） 。檢測(cè)結(jié)果表明，陶瓷活塞桿的表面硬度、表面粗糙度、陶瓷涂層厚度、活塞桿行程檢測(cè)精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

    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(chǎng)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(dòng)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(dòng)、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(dòng)等現(xiàn)象，行程檢測(cè)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(duì)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。

    5 結(jié)語

    陶瓷活塞桿液壓?jiǎn)㈤]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。

    參考文獻(xiàn)略

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