Sivukuormaajanosturin hydraulinen liukusylinteri: Suunnittelu ja vikaanalyysi

Liukusylinteri on rakenneosa, joka toimii yhdistetyllä kuormituksella, ei vain yksinkertainen toimilaite

A sivukuormaimen nosturin hydraulinen liukusylinteri eroaa toiminnallisesti tavallisesta hydraulisylinteristä, koska se toimii sekä toimilaitteena että rakenneohjaimena. Sen päätehtävänä on pidentää ja vetää sisään välipuomiosa tai nostohaarukkakokoonpanoa kantava liukukelkka, mutta pidennettynä sylinterin rungon ja tangon on kestettävä nostohaarukkakokoonpanoa. siirtymäkuorman aiheuttama taivutusmomentti – kuorma, joka voi tuottaa sivuvoiman, joka vastaa 30–60 % nimellisnostokapasiteetista riippuen puomin jatkeen pituudesta ja kuorman keskipisteen etäisyydestä . Tämä yhdistetty aksiaalinen ja taivutuskuorma on se, mikä erottaa liukusylinterin perinteisen nosturin puhtaasti aksiaalisesta hydraulisylinteristä. Sylinterin varren halkaisija, varren tuen laakerien etäisyys ja sisäinen männän ohjausrenkaan rakenne on suunniteltu ylläpitämään suoraviivaista liikettä kuormituksen alaisena ilman, että tangon nurjahdus tai mäntä putoaisi piipun sisällä, mikä jompikumpi kohdistaisi välittömästi sylinterin reiän ja käynnistäisi tiivisteen rikkoutumisen. Tyypillisessä 10 tonnin sivukuormaajassa oleva liukusylinteri toimii työpaineilla välillä 180 ja 250 bar , jonka testipaineet saavuttavat 375 baaria, ja sylinterin runko on tyypillisesti valmistettu hiotusta kylmävedetystä saumattomasta teräsputkesta, joka on DIN 2391 tai ASTM A519 mukainen ja jonka porauspinnan viimeistely on 0,2-0,4 mikronia Ra.

Tangon halkaisija ja L/R-suhde, joka estää nurjahduksen

Sivukuormaimen hydraulisen liukusylinterin kriittisin yksittäinen suunnitteluparametri on tangon halkaisija suhteessa iskun pituuteen. Kun sylinteri on täysin ulos vedetty, tanko on puristettu pylväs, ja hoikkuussuhteen – tehollinen pilarin pituus jaettuna tangon poikkileikkauksen pyörimissäteellä – tulee pysyä Eulerin lommahduskynnyksen alapuolella käytetylle kuormitukselle . 1,5 metrin iskunpituudella ja 60 mm:n sauvan halkaisijaltaan 60 mm:n liukusylinterillä hoikkuussuhde on noin 100:1 tapetoiduissa olosuhteissa. Jos sauvan tukilaakeri sauvan silmukan päässä tarjoaa tehokkaan sivuttaisrajoituksen, tehollinen pituus pienenee ja nurjahduskyky kasvaa jopa nelinkertaiseksi ohjaamattomaan tankoon verrattuna. Tästä syystä liukusylinterin tanko on aina tuettu ulkopäästään liukukappaleella tai rullavaunulla, joka kulkee puomin rakenteen sisäisillä ohjauskiskoilla – tangon pää ei pääse liikkumaan vapaasti sivusuunnassa, ja tämä ohjausjärjestelmä on sylinterikokoonpanon kantava komponentti, ei pelkkä kohdistus. Kun ohjauslohko kuluu määritellyn välyksen yli – tyypillisesti Enintään 0,5-1,0 millimetriä —tangon pää saa sivuttaisvapauden, tehollinen pilarin pituus kasvaa ja sylinteri toimii suunnitellun nurjahdusverhon ulkopuolella.

Kromipinnoituspaksuus ja pistesyöpymiskestävyys

Luistosylinterin männänvarsi on kromattu vähintään paksuuteen 20 mikronia vakiohuoltoon ja 30 - 50 mikronia meri- tai syövyttävissä ympäristöissä , levitetään nikkelipohjamaalille, joka muodostaa varsinaisen korroosiosuojan. Kromikerros ei ole korroosionkestävä – se on mikrohalkeama ja huokoinen – mutta nikkelipohjapinnoite tiivistää teräsalustan. Kun liukusylinterin tankoon ilmaantuu pintaruostepisteitä, se osoittaa, että kromikerros on kulunut läpi ja nikkelipohjapinnoite on rikki, mikä paljastaa teräksen. Tässä vaiheessa tanko on pistevaurion alkuvaiheessa, ja jokainen pidennys-sisäänveto-sykli vetää kuoppapinnan tangon tiivisteen läpi, hankaa tiivisteen huulta ja saastuttaa hydraulinesteeseen.

Laakeri- ja ohjausrengasjärjestelmä sylinterin sisällä

Sivukuormaimen hydraulisylinterin sisällä mäntä ei kosketa suoraan piipun seinämään. Se ratsastaa fenoli- tai lasitäytteiset PTFE-ohjainrenkaat, jotka asennetaan männän ulkopinnan sisään koneistettuihin uriin, tyypillisesti kaksi ohjausrengasta 30-50 millimetrin välein ja männän tiiviste on sijoitettu niiden väliin . Nämä ohjausrenkaat absorboivat liukusylinterin yhteiskuormituksen sivukuormituskomponentin ja estävät metallin välisen kosketuksen männän ja piipun välillä. Sylinterinkannen päässä oleva tankoholkki sisältää samanlaisen ohjausholkin – usein pronssipohjaisen PTFE-komposiittimateriaalin – joka tukee tankoa sivukuormitusta vastaan ​​ja säilyttää samankeskisyyden tangon tiivisteen kanssa. Ohjausrenkaiden ja piipun reiän sekä tangon holkin ja tangon välinen välys on määritelty kohdassa 0,10 - 0,25 millimetriä halkaisijaltaan 80 - 120 millimetrin sylinterille . Kun tämä välys kaksinkertaistuu ohjausrenkaan kulumisen vuoksi, männän tiiviste alkaa puristaa rakoon paineen alaisena ja tangon tiiviste altistuu epäkeskiselle kuormitukselle, joka nopeuttaa sen kulumista. Ohjausrenkaiden vaihtoväli luistosylinterille raskaassa kontinkäsittelyssä on tyypillisesti 3 000 - 5 000 käyttötuntia, jolloin sylinteri tulee purkaa ja ohjausrenkaat mitata ja vaihtaa riippumatta siitä, vuotavatko tiivisteet näkyvästi.

Tiivisteen kokoonpano ja monihuulitangon tiivistepino

Luistosylinterin tankotiiviste ei ole yksittäinen komponentti. Se on vähintään kolmen toiminnallisen elementin pinottu järjestely: a ensisijainen polyuretaani U-kuppitiiviste, joka pitää järjestelmän paineen, toissijainen puskuritiiviste, joka suojaa ensisijaista tiivistettä painepiikkeiltä ja tarjoaa varatiivistehuulen, ja ulkoinen pyyhkimen tiiviste, joka raapii kontaminaatiota sauvan pinnalta ennen kuin se saavuttaa tiivisteelementit . Sylintereissä, jotka toimivat ympäristöissä, joissa on suuri hiukkaskontaminaatio – porttialueet, joissa on hiilipölyä, sementtiä tai metallilastuja – neljäs elementti, metallinen kaavinrengas, voidaan asentaa pyyhkimen eteen poistamaan mekaanisesti kiinnittyneet roskat, joita elastomeerinen pyyhin ei voi irrottaa. Tiivistemateriaalin valinta riippuu hydraulinesteen tyypistä ja käyttölämpötilasta: vakiopolyuretaanitiivisteet on mitoitettu -30 - 100 celsiusasteeseen; fluorihiilitiivisteet on määritelty korkeissa lämpötiloissa yli 100 astetta. Yleisin yksittäinen tiivisteen vikatila liukusylintereissä on se, että pyyhkimen tiiviste heikkenee ja päästää lian päätymään ensisijaiseen U-kuppiin, joka sitten toimii läppäysmassana tiivisteen huulen ja kromitangon pinnan välillä ja muodostaa uran molemmissa.

Männän tiiviste ja sisäinen ohitusvuoto

Männän tiiviste, joka sijaitsee männässä sylinterin piipun sisällä, erottaa sylinterin täysreikäisen puolen rengaspuolelta. Se on tyypillisesti a PTFE-pohjainen porrastettu tiiviste elastomeerisella viritysrenkaalla, joka tarjoaa radiaalisen kosketusvoiman , tai lasitäytteinen PTFE-tossutiiviste korkeapainesovelluksiin. Kun männän tiiviste kuluu, hydraulineste ohittaa sisäisesti korkean paineen puolelta männän matalapainepuolelle, ja oireena on sylinterin ajautuminen kuormitettuna – liukukelkka vetäytyy hitaasti, vaikka ohjausventtiili on vapaa-asennossa. Tämä sisäinen vuoto ei aiheuta ulkoista nestevuotoa, eikä sitä voida diagnosoida silmämääräisellä tarkastuksella. Testissä paineistetaan sylinteri sauvan ollessa täysin ulos vedettynä ja mitataan tangon vetäytymisnopeus tietyllä aikavälillä; ajonopeus ylittää 5 millimetriä minuutissa nimelliskuormalla tarkoittaa tyypillisesti männän tiivistettä, joka on vaihdettava .

Hydraulinesteen kontaminaatio ja liukusylinterin haavoittuvuus

Sivukuormaimen nosturin liukusylinteri toimii vaakatasossa, ja tämä suuntaus tekee siitä alttiimman tietyille kontaminaatioon liittyville vikatiloille kuin pystysuoraan asennettu sylinteri. Pystysuorassa sylinterissä painovoima auttaa laskemaan hiukkaskontaminaation piipun pohjalle, poispäin männän tiivisteestä. Vaakasuorassa liukusylinterissä, kontaminaatio pysyy ripustettuna piippureiän koko pituudelta, ja jokainen isku vetää hiukkasia koko tiivisteen kosketuspinnan poikki . Kun tanko on pidennetty, se altistuu ympäröivälle pölylle ja kosteudelle, ja jokainen sisäänvetojakso vetää varren pinnalle saostuneen pyyhkimen tiivisteeseen. Hydraulijärjestelmän suodattimen tulee ylläpitää nesteen puhtautta ISO 4406 18/16/13 tai parempi luistosylinterille, joka toimii satamassa tai teollisuusympäristössä , jossa paluulinjan suodatin vangitsee jopa 10 mikronin absoluuttiset hiukkaset. Suodattimen ohituksen ilmaisin, joka jätetään huomioimatta, tai suodatinelementti, jota ei vaihdeta määrätyin väliajoin, saa liukusylinterin tiivisteet suoraan kosketukseen hankaavien hiukkasten kanssa, jotka lyhentävät tiivisteen käyttöikää 50–70 % verrattuna sylinteriin, joka toimii puhtaalla nesteellä.

Tangon suoruus ja toleranssi, joka estää tiivisteen vaurioitumisen

Sivukuormaimen hydraulisen liukusylinterin männänvarren on säilytettävä suoruustoleranssi, joka on usein määritelty, mutta harvoin kenttävarmennettu sylinterin käytön jälkeen. Uuden liukusylinteritangon vakio suoruustoleranssi on 0,2 millimetriä tangon pituuden metriä kohti mitattuna kokonaislukemana tangon keskipisteessä, kun sauva on tuettu molemmista päistä . Tanko, joka on taipunut – tyypillisesti sivutörmäyksestä liukuvaunuun tai nosturin käyttämisestä puomin ylikuormitettuna ja liukusylinterin ollessa osittain ulos vedettynä – ylittää tämän toleranssin. Taivutettu tanko kohdistaa syklisen sivukuormituksen tangon holkkiin ja tiivisteeseen joka vedolla, jolloin syntyy ominainen kulumiskuvio: tangon holkki kuluu soikeaan muotoon ja sauvan tiivisteessä syntyy vuoto, joka ilmenee vain yhdessä tietyssä sauvan pidennyskohdassa – kohdassa, jossa taivutettu osa kulkee tiivisteen läpi. Tangon suoruuden tarkistaminen mittariston ja V-lohkojen avulla on diagnostinen vaihe, joka tulee suorittaa aina, kun liukusylinterissä ilmenee selittämätön tiivistevika pian vaihdon jälkeen, koska taipunut tanko tuhoaa uuden tiivistesarjan viikkojen kuluessa asennuksesta.

Asennuslinjaus ja sivukuorma, jota ei koskaan suunniteltu

Juoksusylinteri on asennettu nosturin pääpuomin rakenteen ja liukuvan liukukelkan väliin molemmissa päissä olevien kiinnityshaarojen kautta. Jos nämä kaksi kiinnityspistettä eivät ole kohdakkain samalla akselilla määritetyn toleranssin sisällä, sylinteriin kohdistetaan pysyvä sivukuorma, joka vaikuttaa tangon laakeriin ja männän ohjaimiin, vaikka sylinteri ei ole työkuormituksen alaisena . Liukusylinterin asennuksen kohdistustoleranssi on tyypillisesti ±0,5 millimetrin koaksiaalisuus piipun ja tangon pään asennustappien välillä koko iskunpituudella . Virhe voi tapahtua alkuasennuksen aikana tai se voi kehittyä ajan myötä nosturin rakenteen väsyessä, hitsausten vääntyessä tai liukukelkan ohjauskiskojen kuluessa epätasaisesti. Asennusvirheen diagnostinen ilmaisin on sylinteri, joka vuotaa tangon tiivisteestä tai osoittaa epätasaista tankoholkin kulumista huolimatta suorasta tankosta, puhtaasta nesteestä ja oikein määritellyistä tiivisteistä. Korjaava toimenpide on irrottaa tangon pää, mitata tapin reikien välinen kohdistus sylinterin kanssa iskujen keskivaiheessa käyttämällä tiukkaa lankaa tai laserkohdistustyökalua ja sovittaa tai työstää asennuskannattimet, jotta kohdistus saadaan määritysten mukaiseksi.

Peruskorjausmenettelyt ja kriittinen purkaminen

Sivukuormaimen nosturin hydraulisen liukusylinterin uusiminen noudattaa tiettyä järjestystä, joka estää uusien komponenttien vaurioitumisen. Ennen kuin purkaminen alkaa, sylinterin on oltava täysin sisään vedettynä ja hydrauliletkujen on suljettava nestehäviön ja lian pääsyn estämiseksi . Tankoholkki ruuvataan irti tappiavaimella tai valmistetulla jakoavaimella, joka kytkeytyy tiivisteen avaimen reikiin – ei koskaan putkiavainta, joka muuttaa tiivisteen muotoa ja aiheuttaa vuotoreitin. Varsi-mäntäkokoonpano vedetään ulos piipusta käyttämällä ohjattua yläpuolista nostoa, ja mäntä tuetaan välittömästi V-kappaleille, jotta varren paino ei taivuta vartta männän kierteen liitoksessa. Männän kiinnitysmutteri poistetaan – se on usein kiinnitetty Loctitella ja vaatii lämmityksen 150 celsiusasteeseen vapautuakseen – ja mäntä ja tiiviste liu'utetaan irti varresta. Piipun reikä tarkastetaan boreskoopilla pisteytyksen varalta, ja kaikki sormenkynnellä havaittavat yli 0,5 millimetrin naarmut vaativat piipun hiomista tai vaihtamista. Uudet tiivisteet asennetaan tarkoitukseen valmistetuilla asennusholkeilla, jotka estävät tiivisteen huulien leikkaamisen tangon kierteiden terävien reunojen ja piipun aukkojen kautta asennuksen aikana. Laipan kiinnityskierteet ja männän mutterin kierteet puhdistetaan ja päällystetään tarttumista estävällä aineella, ja tiiviste kiristetään valmistajan ohjeiden mukaan - tyypillisesti 200 - 400 newtonmetriä 100 millimetrin sylinterille . Kokoonpanon jälkeen sylinteriä kierrätetään viisi kertaa alhaisella paineella, jotta tiivisteet asettuvat paikalleen, minkä jälkeen se testataan täydellä järjestelmän paineella samalla, kun tarkkaillaan ulkoista vuotoa ja tangon ajautumista.

Diagnosointi sylinterivian ja ohjausventtiilin vuotamisen välillä

Kun liukuvaunu ajautuu kuormituksen alaisena, syynä voi olla sylinterin sisäinen vuoto tai se voi olla sylinteriä syöttävä suunnansäätöventtiili. Nämä kaksi tilaa aiheuttavat identtisiä oireita – vaunu liikkuu, kun sen pitäisi pysyä paikallaan – mutta vaativat täysin erilaisia ​​korjaavia toimia. Lopullinen diagnostinen menettely on sylinterin eristystesti: kun sylinteri on kuormitettuna, sylinterin porttien hydrauliputket irrotetaan ja suljetaan JIC- tai ORFS-sulkutulpilla, jotka on mitoitettu järjestelmän paineelle . Jos vaunun ryömintä pysähtyy heti, kun linjat suljetaan, vuoto on ohjausventtiilissä, koska korkkisylinteri pitää paineen. Jos ryömintä jatkuu linjat suljettuina, vuoto on sylinterin sisäinen männän tiivisteen poikki. Tämän testin suorittaminen edellyttää tiukkoja turvatoimia – kuorma on tuettava itsenäisesti ennen hydrauliletkujen irrottamista, ja sulkutulpat on mitoitettu koko järjestelmän paineelle, mukaan lukien painepiikit. Alempiarvoisen tulpan tai väliaikaisen tulpan vaihtaminen voi johtaa katastrofaaliseen korkeapaineisen nesteen vapautumiseen.

Ennaltaehkäisevä huolto, joka pidentää liukusylinterin käyttöikää normaalivälin yli

Sivukuormaimen hydraulisen liukusylinterin käyttöikä on suoraan verrannollinen kolmen ennaltaehkäisevän huoltotoimenpiteen johdonmukaisuuteen. Ensinnäkin männän varren paljas osa on pyyhittävä puhtaaksi nukkaamattomalla liinalla ennen jokaista vuoroa tai sen jälkeen, kun nosturi on ollut käyttämättömänä yli neljä tuntia. Ilmakehän pöly, joka laskeutuu tangon päälle joutokäyntijaksojen aikana, imeytyy pyyhkimen tiivisteeseen ensimmäisellä sisäänvetojaksolla ja kerääntyy tiivisteen onteloon. Toiseksi, hydraulinesteen suodatinelementit on vaihdettava aikataulun mukaan, joka perustuu paine-eron näyttöön, ei kalenteriin -suodatin, joka saavuttaa ohituspaineensa 1 500 tunnin kohdalla, tulee vaihtaa 1 500 tunnin välein, ei 2 000 tunnin kalenterivälillä. Kolmanneksi, ohjauslohkon välys varren päässä on mitattava rakotulkeilla jokaisella tärkeällä huoltovälillä , ja lohkot on vaihdettava tai säädettävä ennen kuin välys ylittää sylinterin valmistajan määrittämän enimmäisarvon. Tämä viimeinen toimenpide jätetään usein huomiotta, koska ohjauslohkoja pidetään osana nosturin rakennetta eikä osana sylinteriä, mutta niiden toiminta on olennainen osa sylinterin nurjahdusvastusta ja tiivisteen käyttöikää.