Стерж гидравлического цилиндра является структурным и оперативным ядром гидравлического цилиндра, служащим как сосуда под давлением, так и точного руководства для преобразования энергии гидравлической жидкости в линейное механическое движение.В гидравлических системах (от строительных экскаваторов до промышленных прессов) производительность ствола напрямую влияет на мощность, эффективность и долговечность компонента.В отличие от второстепенных частей (напримерДизайн и функциональность ствола незаменимы: он должен содержать экстремальные давления жидкости, поддерживать выравнивание поршня, минимизировать трение и защищать внутренние компоненты - все это выдерживая циклические напряжения и износ окружающей среды.В этой статье рассматриваются основные функции бочка, их техническое значение и то, как выбор конструкции (материал, отделка, геометрия) позволяет выполнять эти функции.
1.Основной контекст: экосистема гидравлического цилиндра
Чтобы оценить функцию ствола, сначала помогает поместить его в более широкую сборку гидравлического цилиндра.Типичный гидравлический цилиндр опирается на четыре взаимозависимых компонента, с стволом в качестве центральной рамы:
| Компонент | Роль, относящаяся к бочке |
|---------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|
| Пистон | Slide inside the barrel 's inner bore; separates the barrel on two fluid chambers (cap end / rod end). |
| Пистонный стерж | Проходит через головный конец ствола; передает движение поршня внешней нагрузке. |
| Конечные крышки | Закрыть открытые концы бочка (конец крышки = закрытый; конец головки = выход стержня); порты жидкости в доме. |
| Система уплотнения| Монтированные в конечных крышках и на поршне; предотвращает утечку жидкости между стволом и внешней средой, а также между двумя камерами ствола. |
Дизайн ствола диктует, насколько эффективно эти компоненты работают вместе.Например, бочко с плохой прямотой отверстия приведет к связыванию поршня, а недостаточная толщина стенки приведет к отказу под давлением.
Барч выполняет пять не подлежащих обсуждению функций, каждая из которых имеет решающее значение для безопасности и производительности цилиндра.Эти функции встроены в материал, геометрию и отделку поверхности бочка.
2.1Первичный сосуд под давлением: содержит высокое гидравлическое давление
Гидравлические системы работают при давлениях от 1000 фунтов стерлингов (69 бар) (легкая промышленность) до 10000 фунтов стерлингов (690 бар) (тяжелая конструкция).Первая и наиболее важная роль бочка заключается в том, чтобы содержать эти давления без деформации, разрыва или утечки, действуя как прочный сосуд под давлением.
- Инженерное оборудование для сопротивления давлению:
- Толщина стены: Расчисляется с помощью * Формулы Барлоу * (для тонкостенных бочек, где толщина стенки < 1 / 10 диаметра внутреннего отверстия) или * Уравнений Лейма * (для толстостенных бочек, толщина стенки ≥ 1 / 10 диаметра отверстия) для обеспечения того, чтобы бочковыдержало максимальное рабочее давление системы (МОП) с коэффициентом безопасности (обычно 1,5 - 2,0).Например,:
- Внутренний бочковой отверстием 50 мм для системы 3000 psi (207 бар), изготовленный из стали AISI 1045 (допустимое напряжение = 400 МПа), требует минимальной толщины стенки ~ 4 мм, чтобы избежать взрыва.
- Выбор материалов: Бачки изготавливаются из высокопрочных металлов (углеродистой стали AISI 1045, сплавная сталь ST52.3 или нержавеющая сталь AISI 316 для коррозионной стойкости) с прочностью на растяжение ≥ 500 МПа, обеспечивая их сопротивление радиальному расширению под давлением.
- Последствия отказа: бочко, которое не может содержать давление, разрывается, вызывая катастрофический выделение жидкости, обвал нагрузки или повреждение оборудования.Именно поэтому конструкция бочка должна соответствовать таким стандартам, как ISO 4413 (гидравлические цилиндры) и ASME BPVC (котел и сосуды под давлением).
2.2Точное руководство: поддержание выравнивания поршня и плавное движение
Для того чтобы цилиндр эффективно генерировал линейную силу, поршн должен скользить по внутреннему отверстию ствола без связки, колебания или неравномерного износа.Вставка действует как точное руководство, обеспечивающее:
- Прямость и округлость отверстия:
- Допуски к прямоугольности: ≤ 0,05 мм на метр длины ствола (по DIN 2393).Даже небольшие слоны (например, 0.1мм / м) приведет к трению поршня против стенки отверстия, увеличивая трение и износ уплотнения.
- Допуск к округлости: ≤ 0005 мм (для высокоточных цилиндров).Внешнее круглое отверстие создает зазоры между поршнем и стволом, что приводит к внутренней утечке (выход жидкости в обход поршня) и уменьшению выхода силы.
- Поверхностная отделка:
- Внутреннее отверстие ствола оттачивается до ультрагладкой отделки (Ra = 0,2 - 0,8 мкм).Это минимизирует трение между поршнем / уплотнениями и стеной отверстия, уменьшает потерю энергии (преобразуемую в тепло) и продлевает срок службы уплотнения в 2 - 3 раза по сравнению с неотверженными бочками.
- Последствия плохих руководящих принципов: Невыравнивание вызывает «боковую нагрузку» на поршненный стерж, которая со временем изгибает стерж и разрывает уплотнения стержней, что приводит к внешним утечкам и дорогостоящим ремонтам.
2.3Сепаратор жидкостной камеры: включение двунаправленного управления силой
Гидравлические цилиндры двойного действия (наиболее распространенный тип) опираются на стволо для разделения двух изолированных жидкостных камер (камера конец крышки = между поршнем и концом крышки; камера конец стержня = между поршнем и концом головки).Это разделение имеет решающее значение для двунаправленного движения:
- Как это работает:
- Когда жидкость закачивается в конечную камеру крышки, давление толкает поршн к концу головки (удлинный удар), генерируя силу.
- Когда жидкость закачивается в конечную камеру стержня, давление толкает поршн к концу крышки (утягивающий ход).
- Жесткая структура ствола гарантирует, что камеры остаются изолированными - никакое смешивание жидкости не происходит, так как уплотнения поршня образуют плотное ограждение против отверстия ствола.
- Последствия плохой разделки: Если отверстие ствола поцарапано или изношено, жидкость будет утекать между камерами (внутренняя утечка), уменьшая скорость и силу удара.Например, 5% внутренняя утечка может снизить эффективность цилиндра на 15 - 20%.
2.4Структурный корпус: защита внутренних компонентов
Барель служит "позвоночным столбом" цилиндра, корпусом и защитой поршня, поршня и внутренних уплотнений от внешнего повреждения (например,мусора, воздействия) и экологические факторы (например,влага, пыль):
- Внешняя долговечность:
- Бочки часто покрыты (например,цинковое покрытие, порошковое покрытие) для противодействия коррозии в наружной или грязной среде (например,строительных площадок, сельскохозяйственных полей).
- толстостенные конструкции поглощают удар (например,падение камня, ударившегося по цилиндру экскаватора) без выделения отверстия-выделия разрушит уплотнения поршня и вызовет утечку.
- Содержание компонентов:
- Резьбовые или сварные соединения ствола с конечными крышками сохраняют всю сборку в неповрежденном состоянии при циклическом напряжении (например,повторяющееся расширение / удаление в прессе).Свободные соединения позволят утечке жидкости и скомпрометировать выравнивание
2.5Диссипация тепла: управление тепловой энергией
Гидравлические системы генерируют тепло от трения жидкости (поскольку жидкость течет через клапаны и отверстие ствола) и падения давления.Стрес играет вторичную, но важную роль в рассеивании этого тепла для защиты чувствительных компонентов (например,Резиновые уплотнения):
- Теплопроводность:
- Металлические бочки (сталь, нержавеющая сталь) обладают высокой теплопроводностью (15 - 50 Вт / м · К), что позволяет тепло переносить из внутренней жидкости на внешнюю поверхность бочка, где оно рассеивается в воздух.
- Для применения высокой температуры (например,металлические кованые пресса), бочки могут включать внешние плавники для увеличения площади поверхности и рассеяния тепла.
- Последствия плохой теплорассеивания: избыточное тепло (≥80°C / 176°F) деградация резиновых уплотнений (вызывает закаление или трещивание) и снижает вязкость гидравлической жидкости (увеличение внутренней утечки).Хорошо спроектированный ствол может снизить рабочую температуру на 5 - 10°C по сравнению с плохо спроектированным.
3.Ключевые конструктивные факторы, которые обеспечивают функциональность бочка
Способность бочка выполнять свои основные функции зависит от трех важнейших вариантов конструкции:
3.1Материал
- Углеродистая сталь (AISI 1045, ST52.3): наиболее распространенная; балансирует прочность (прочность на растяжение = 515 - 620 МПа) и экономичность.Идеально подходит для промышленных и мобильных приложений (например,Прессы, тракторы) в не коррозионной среде.
- Легкая сталь (AISI 4140): Высокая прочность (прочность на растяжение = 800 - 1000 МПа) и устойчивость к усталости.Используется для цилиндров высокого давления (например,нефтяное оборудование, тяжелые краны).
- Нержавеющая сталь (AISI 316): отличная коррозионная стойкость; используется в морских, пищевых или химических приложениях (например,цилиндры рулевого управления судов, фармацевтическое оборудование).
3.2Обработка скважин
- Очистка: Золотой стандарт для отделки отверстий.Отверка устраняет отметки инструмента из первоначальной обработки, создавая равномерную, гладкую поверхность (Ra = 0,2 - 0,8 мкм) и корректируя незначительные ошибки прямоты / округленности.
- Холодный рисованный: Для бесшвовых бочек холодный рисование уменьшает диаметр отверстия до почти окончательных размеров, улучшая плотность материала и размерную стабильность.
3.3Толщина стенки
- Тонкостенные (t < D / 10): Используются для систем низкого давления (≤ 2000 psi / 138 бар) и легких приложений (например,Маленькие робото-цилиндры).
- Толстостенные (t ≥ D / 10): Используются для систем высокого давления (> 3000 psi / 207 бар) (например,горнодобывающее оборудование, гидравлические прессы).
4.Лучшие методы технического обслуживания для долговечности бочка
Чтобы сохранить функциональность бочка (и продлить срок службы цилиндра), выполните следующие шаги по техническому обслуживанию:
1.Регулярная проверка скважин:
- Используйте борескоп для проверки царапин, коррозии или износа в отверстии.Даже 0,1 мм царапины могут разорвать уплотнения поршня.
- Ежегодно измеряйте прямость / округленность отверстия (с использованием лазерного инструмента выравнивания или отверстия-мер) для обнаружения деформации.
2.Контроль качества жидкости:
- Хранить гидравлическую жидкость чистой (уровень загрязнения ≤ ISO 18 / 15 по NAS 1638) для предотвращения царапания отверстия абразивными частицами.
- Используйте жидкость, совместимую с материалом ствола (например,антиамортизационное гидравлическое масло для стальных бочек; масло пищевого класса для бочек из нержавеющей стали).
3.Защита от коррозии:
- Для наружного использования необходимо повторно нанести защитные покрытия (например,краска, цинковое покрытие) каждые 2 - 3 года для предотвращения ржавчи.
- Хранить холостые цилиндры в сухом помещении с контролируемым климатом, чтобы избежать повреждения влагой.
4.Избегайте перегрузки:
- Никогда не превышать номинальное давление / перегрузка силы цилиндра вызывает постоянную деформацию отверстия и снижает способность к сдерживанию давления.
