Оразмеряване на амортизацията на хидравличния цилиндър: Как да контролираме забавянето в края на хода и скоковете на налягането

I. Проблемът: Защо високоскоростните цилиндри страдат от умора на крайната капачка

Когато ахидравличен цилиндърдвижи многотонен механизъм със скорости над 0,1 до 0,2 m/s (4 до 8 in/s), довеждайки тази маса до внезапно спиране срещу крайната капачка на цилиндъра генерира огромен разрушителен шок.

Много дизайнери на оборудване приемат, че настройката на предпазния клапан на основната система на 3000 psi защитава целия задвижващ механизъм. В действителност, след като буталото премине първичния изходен порт и навлезе в зоната на възглавницата, уловеното масло има само един малък изходен път: калибриран иглен клапан или прецизен отвор.

Ако геометрията на възглавницата е с недостатъчен размер или неправилно регулирана, уловеното забавящо налягане зад острието на възглавницата може лесно да скочи до 6000 до 10 000+ psi (400 до 700 бара) за няколко милисекунди.

В продължение на хиляди цикли тези силни преходни процеси на налягане водят до:

• Напукани задни капачки на цилиндри и счупени заварени фланци
• Издухани уплътнения на жлеза на главата и деформирани държачи на чистачките на пръта
• Разтегнати свързващи щанги и хронично екструдиране на О-пръстен
• Назъбени или набраздени омекотяващи копия и съединителни втулки

II. какХидравличен цилиндърДекоративни работи

Вътрешна хидравлична възглавница преобразува кинетичната енергия на движещата се маса (плюс непрекъснатата задвижваща сила от помпата) в топлина, като принуждава задържан обем масло през ограничен отвор за кратък ход на забавяне sc (обикновено 20 до 40 mm или 0,75 до 1,5 in).

Правилно проектираната възглавница включва три основни механични елемента:

1. Копието с възглавница (или буталото):Прецизно изработена издатина върху буталото, която затваря основния порт за течност, когато навлиза в кухината на крайната капачка.
2. Регулируем иглен вентил:Дозиращ отвор, който позволява на техниците по поддръжката да регулират фино дебита на отработените газове въз основа на действителните скорости на работния цикъл и вискозитета на маслото.
3. Възвратен клапан за обратен свободен поток:Заредена с пружина топка или клапа, която позволява пълен неограничен поток в цилиндъра по време на обръщане на хода, осигурявайки незабавна скорост на откъсване без забавяне.

Стъпка по стъпка Изчисляване на енергията и налягането на възглавницата За да определите дали една вътрешна възглавница може безопасно да се справи с вашия товар, без да надвишава прага на спукване или умора на цилиндъра, изчислете общата енергия, която трябва да бъде абсорбирана:

Стъпка 1: Изчислете кинетичната енергия на движещата се маса

                                                                                  Ek = ½ m v²

където:

m = Обща движеща се маса (включително бутало, прът, приспособления и външен полезен товар в kg или lb)

v = Максимална скорост в момента, в който острието на възглавницата влезе в кухината (m/s или in/s)

Стъпка 2: Добавете задвижваща работа по време на забавяне

Ако потокът на помпата продължи по време на забавяне, налягането в системата продължава да избутва буталото през хода на възглавницата sc:

                                                               Wprop = Fprop × sc = (Psys × Apiston) × sc

където:

Psys = Налягане в задвижващата система (Pa или psi)

Apiston = Ефективна площ на задвижващата страна (m² или in²)

sc = Ефективна дължина на амортизационното копие (m или in)

Стъпка 3: Обща енергия за усвояване

                                                                        Etotal = Ek + Wprop ± Wгравитация

(Добавяне или изваждане на гравитационна работа m g sc sinθ, ако се движите вертикално или по наклон).

Стъпка 4: Изчислете средното уловено налягане на възглавницата

Необходимата средна сила на забавяне Fdec е:

                                                                                  Fdec = Etotal / sc

Полученото средно хидравлично налягане вътре в камерата на възглавницата Pcushion е:

                                                                              Pcushion = Fdec / Acushion

Където Acushion е пръстеновидната площ на уловения маслен стълб в джоба на възглавницата (Abore − Aspear или Arod).

Инженерно правило: Пиковото преходно налягане по време на първоначалното навлизане на копието обикновено достига 1,5 до 2,2 пъти изчисленото средно налягане на възглавницата. Ако изчисленият пик надвишава 1,5 × максималното номинално налягане на умора на цилиндъра, е необходим външен пропорционален спирачен клапан или по-дълъг персонализиран омекотител.

III. Често срещани полеви грешки, които разрушават омекотените цилиндри

1. Поддържане на игления вентил докрай (нулев поток): Операторите, които се опитват да премахнат шума в края на хода, понякога затварят напълно игления вентил. Това създава пълно хидравлично заключване в джоба на възглавницата, принуждавайки маслото да премине през хлабината на копието и да продухва уплътненията на жлезите на главата.

2. Пренебрегване на хоризонталната инерция при свободно търкалящи се колички: Дизайнерите изчисляват само натиска при задвижване и забравят кинетичната енергия на 10-тонна търкаляща се количка. Дори при ниско налягане високата инерция ще смаже вътрешната възглавница.

3. Използване на стандартни възглавници с вода-гликол или студено масло с висок вискозитет: По-гъсти течности или огнеустойчиви течности с нисък вискозитет значително променят потока през дозиращата игла, причинявайки силно свръхналягане по време на сутрешни зимни стартирания.

4. Пренебрегване на обезвъздушаването на течността: Гъбесто, аерирано масло, навлизащо във възглавницата, се свива като пружина, причинявайки подскачане, дизелиране и непостоянно забавяне.

IV. Какво да изпратите при оразмеряване на персонализирани меки цилиндри

Когато заявявате проектирани меки цилиндри от HCIC, предоставете:

• Обща движеща се маса (включително прът на цилиндъра и монтирани инструменти)
• Профил на работната скорост (постоянна скорост, ускорение и скорост на приближаване)
• Налични ограничения за дължината на хода на възглавницата
• Тип работна течност, работен температурен диапазон и настройка на предпазния клапан на системата
• Ориентация на монтаж (хоризонтална, вертикална нагоре, вертикална надолу или наклонена дъга)

V. Технически граници и отказ от отговорност

Изчисленията на възглавницата, представени по-горе, предоставят основни оценки на размера въз основа на механиката на твърдото тяло. Действителните пикови динамични налягания зависят от обемния модул на хидравличното масло, капацитета на линията, коефициентите на изпразване на иглата и времето за реакция на клапана. Крайните проекти на оборудването трябва да бъдат проверени чрез тестване на преобразуватели за налягане и симулация на преходни процеси.*

VI. Консултирайте се с HCIC за персонализирани решения за възглавници

HCIC проектира промишлени и мобилни хидравлични цилиндри по поръчка с персонализирани профили на възглавници за приложения с голямо въздействие по целия свят.