Xi lanh thủy lực cầu trục: Chức năng & Lựa chọn

Vai trò của xi lanh thủy lực trong vận hành cầu trục

Xi lanh thủy lực cần cẩu là trái tim cơ học của thiết bị nâng hiện đại. Chúng hoạt động như các thiết bị nâng chính thực hiện việc nâng, giãn nở, xoay và các hoạt động quan trọng khác của các bộ phận cốt lõi, trực tiếp xác định hiệu quả, độ ổn định và an toàn của hoạt động nâng. Nếu không có xi lanh thủy lực được thiết kế phù hợp, ngay cả cần cẩu có cấu trúc tốt nhất cũng không thể chuyển đổi áp suất thủy lực thành chuyển động mạnh mẽ, được kiểm soát mà hoạt động tải nặng yêu cầu.

Ở cấp độ cơ bản nhất, xi lanh thủy lực hoạt động theo nguyên lý Pascal: áp suất tác dụng lên một chất lỏng bị giới hạn truyền như nhau theo mọi hướng. Trong bối cảnh cần cẩu, điều này có nghĩa là các bộ phận thủy lực tương đối nhỏ gọn có thể tạo ra lực đo được hàng trăm tấn - đủ để nâng kết cấu thép, các bộ phận bê tông đúc sẵn, máy móc công nghiệp và hàng hóa lớn khác mà không thể di chuyển chỉ bằng bất kỳ phương tiện cơ học nào.

Điều khác biệt giữa xi lanh thủy lực của cần trục với xi lanh công nghiệp thông thường là sự kết hợp giữa các yêu cầu về tải trọng cực cao, điều kiện vận hành năng động và tính chất an toàn quan trọng của ứng dụng. Sự cố khi nâng giữa chừng không chỉ làm ngừng sản xuất mà còn tạo ra rủi ro ngay lập tức cho nhân viên và hàng hóa. Đây là lý do tại sao mỗi xi lanh thủy lực được sử dụng trong hệ thống cầu trục đều được thiết kế tỉ mỉ và tối ưu hóa để có khả năng chịu tải đặc biệt, độ ổn định và độ tin cậy ngay từ đầu.

Chức năng cốt lõi: Nâng, mở rộng và xoay

Cần cẩu hiện đại yêu cầu xi lanh thủy lực thực hiện đồng thời một số chức năng cơ học riêng biệt hoặc theo trình tự phối hợp. Hiểu từng chức năng sẽ làm rõ lý do tại sao các cấu hình xi lanh khác nhau được sử dụng trên một bệ cầu trục.

Nâng tạ và nâng cao bùng nổ

Xi lanh luffing điều khiển góc cần trục, nâng và hạ cần trục so với thân cần trục. Những xi lanh này chịu trọng lượng tổng hợp của cấu trúc cần, tải trọng và các lực động do gia tốc và gió tạo ra. Xi lanh Luffing thường có thiết kế có lỗ khoan lớn, hành trình ngắn được chế tạo để duy trì tải trọng nén cao trong điều kiện giữ tĩnh trong thời gian dài - thường là hàng giờ khi định vị tải trong quá trình thi công.

Nhiệm vụ mở rộng khoảng cách dài

Việc kéo dài cần ống lồng được xử lý bằng xi lanh thủy lực nhiều tầng thực hiện các nhiệm vụ kéo dài khoảng cách xa một cách chính xác. Một cần cẩu di động thông thường có thể kéo dài từ chiều dài xếp gọn 10 mét đến 50 mét hoặc xa hơn bằng cách sử dụng một chuỗi các giai đoạn xi lanh lồng nhau, mỗi giai đoạn kéo dài tuần tự dưới áp suất thủy lực. Những xi lanh này dễ dàng xử lý việc nâng tải nặng trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, duy trì độ cứng kết cấu và chuyển động được kiểm soát ngay cả khi mở rộng hoàn toàn khi lực đòn bẩy trên thanh xi lanh và vòng đệm ở mức tối đa.

Ổn định xoay và Outrigger

Chức năng xoay và xoay sử dụng động cơ thủy lực và bộ truyền động quay thay vì xi lanh tuyến tính, nhưng xi lanh tuyến tính đóng vai trò hỗ trợ quan trọng trong việc triển khai chân chống. Xi lanh Outrigger mở rộng theo chiều ngang và sau đó theo chiều dọc để ổn định khung cần trục trong quá trình nâng. Các bộ phận này phải chịu được cả tải trọng nén từ trọng lượng của cần trục và các lực ngang do chuyển động quay và đặt tải trọng không đối xứng tạo ra. Dung tích xi lanh chân chống không đủ là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự cố lật cần cẩu, nhấn mạnh mức độ trực tiếp của các xi lanh này quyết định sự an toàn khi vận hành.

Nguyên tắc thiết kế kỹ thuật cho độ tin cậy chịu tải

Hiệu suất vượt trội của xi lanh thủy lực cần cẩu trong điều kiện làm việc khắc nghiệt không phải ngẫu nhiên mà có. Nó là kết quả của các quyết định kỹ thuật có hệ thống được thực hiện ở mọi giai đoạn của quá trình thiết kế và sản xuất. Các yếu tố sau đây là trọng tâm để đạt được khả năng chịu tải và độ ổn định mà máy nâng yêu cầu:

• Đường kính lỗ khoan và áp suất vận hành - Lực sinh ra của xi lanh là tích của diện tích lỗ khoan và áp suất thủy lực. Xi lanh cần trục thường hoạt động ở áp suất 250–350 bar, với đường kính lỗ khoan từ 80 mm đến hơn 300 mm tùy theo yêu cầu tải trọng. Thông số kỹ thuật chính xác của các tham số này ngăn ngừa việc định cỡ quá thấp, dẫn đến chuyển động chậm hoặc không hoàn chỉnh, cũng như kích thước quá lớn, gây lãng phí năng lượng và tăng thêm trọng lượng không cần thiết.
• Đường kính thanh và khả năng chống oằn - cần pittông phải chịu được lực oằn nén xảy ra khi xi lanh bị kéo dãn và chịu tải. Đường kính thanh được tính bằng công thức mất ổn định của Euler với hệ số an toàn thích hợp, thường là 3,5–4,0 cho các ứng dụng cần cẩu. Các thanh thép cứng, mạ Chrome là tiêu chuẩn để chống hư hỏng bề mặt và mài mòn vòng đệm.
• Công nghệ bịt kín và chống rò rỉ - các cụm làm kín bên trong và bên ngoài phải chứa áp suất thủy lực qua hàng triệu chu kỳ và nhiệt độ khắc nghiệt từ -30°C đến trên 80°C. Hệ thống phốt tổng hợp polyurethane và PTFE nhiều môi được sử dụng trong xi lanh cầu trục có thông số kỹ thuật cao để đạt được độ rò rỉ gần như bằng 0 và kéo dài thời gian sử dụng.
• Giảm tốc đệm và giảm tốc cuối hành trình - không có đệm thủy lực, các xi lanh đạt đến độ giãn hoặc co lại hoàn toàn sẽ gặp phải các xung đột ngột về áp suất làm hư hỏng các vòng đệm, nắp đầu và các kết cấu được kết nối. Các ống đệm tích hợp làm chảy chất lỏng thủy lực dần dần ở cuối hành trình, giảm tốc piston một cách trơn tru và bảo vệ cả cấu trúc xi lanh và cần trục.
• Xử lý bề mặt và bảo vệ chống ăn mòn — xi lanh cần cẩu hoạt động ngoài trời trong nhiều năm và nhiều thập kỷ. Lớp mạ crom cứng trên bề mặt thanh, lớp sơn lót cao cấp và lớp phủ polyurethane trên bề mặt bên ngoài và chất lỏng thủy lực chống ăn mòn đều góp phần mang lại độ bền lâu dài trong môi trường biển, ven biển và độ ẩm cao.

Các loại xi lanh được sử dụng trên các nền tảng cần cẩu khác nhau

Các loại cần cẩu khác nhau đặt ra những yêu cầu riêng biệt đối với xi lanh thủy lực. Bảng bên dưới ánh xạ các bệ cầu trục phổ biến tới cấu hình xi lanh chính và mức độ ưu tiên về hiệu suất của chúng:

Mỗi cấu hình phản ánh các nhu cầu cơ học cụ thể của phạm vi làm việc của cần trục đó. Cần cẩu gắn trên xe tải có thể gập vào vị trí vận chuyển nhỏ gọn đòi hỏi hình dạng hình trụ khác về cơ bản so với cần cẩu bánh xích giữ tải trọng tĩnh ở bán kính cố định trong nhiều giờ. Việc kết hợp thông số kỹ thuật của xi lanh với bệ cầu trục là điều kiện tiên quyết để có được hiệu suất an toàn, đáng tin cậy.

Thực hành bảo trì bảo vệ nhân sự và hàng hóa

Ngay cả những xi lanh thủy lực cần cẩu được thiết kế chắc chắn nhất cũng cần được bảo trì có cấu trúc để duy trì hiệu suất của chúng trong suốt thời gian sử dụng. Bởi vì những xi lanh này là những bộ phận quan trọng về mặt an toàn nên việc bảo trì không phải là tùy ý - đó là nghĩa vụ vận hành trực tiếp nhằm đảm bảo máy nâng vận hành trơn tru trong quá trình làm việc và bảo vệ hiệu quả cả người và hàng hóa.

Khoảng thời gian kiểm tra định kỳ

Kiểm tra trước khi vận hành hàng ngày phải xác minh tình trạng bề mặt thanh, tính toàn vẹn của vòng đệm có thể nhìn thấy và không có chất lỏng thủy lực chảy ra ở vòng đệm thanh hoặc kết nối cổng. Bất kỳ vết xước, rỗ hoặc bong tróc trên thanh truyền nào đều phải được điều tra ngay lập tức - hư hỏng bề mặt sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của phốt và có thể dẫn đến mất áp suất đột ngột khi chịu tải. Việc kiểm tra định kỳ chính thức theo các khoảng thời gian do nhà sản xuất quy định phải bao gồm kiểm tra áp suất, đánh giá việc thay thế vòng đệm và kiểm tra cấu trúc của các chốt lắp và các phụ kiện gắn khoan.

Quản lý chất lỏng thủy lực

Ô nhiễm chất lỏng là nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng vòng đệm sớm và mòn bên trong xi lanh. Các hạt ô nhiễm từ các bộ phận bị mòn hoặc quá trình lọc không đầy đủ hoạt động như một chất bùn mài mòn bên trong xi lanh, làm suy giảm các vòng đệm và tạo thành vết xước trên bề mặt lỗ khoan. Duy trì chất lỏng thủy lực ở cấp độ sạch ISO 16/14/11 hoặc cao hơn — sử dụng bộ lọc hồi lưu hiệu suất cao và phân tích lấy mẫu chất lỏng thường xuyên — là biện pháp can thiệp bảo trì hiệu quả nhất để kéo dài tuổi thọ sử dụng của xi lanh và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Bảo vệ thanh trong quá trình lưu trữ và vận chuyển

Khi cần cẩu được cất giữ hoặc vận chuyển với các xi lanh ở vị trí thu lại, các bề mặt cần trục được bảo vệ bên trong thùng xi lanh. Đối với các vị trí mở rộng hoặc mở rộng một phần trong quá trình vận chuyển, nên sử dụng ống bảo vệ hoặc vỏ thanh nhựa để ngăn ngừa hư hỏng do va đập và ăn mòn do độ ẩm trên bề mặt crom. Biện pháp phòng ngừa đơn giản này giúp ngăn ngừa một tỷ lệ đáng kể các sự cố tại hiện trường xảy ra ngay sau khi cần cẩu trở lại hoạt động sau một thời gian bảo quản.

Lựa chọn xi lanh thủy lực cầu trục: Tiêu chí chính để mua sắm

Việc mua sắm xi lanh thay thế hoặc nâng cấp cho các ứng dụng cần cẩu đòi hỏi phải có sự đánh giá có cấu trúc dựa trên các yêu cầu vận hành - không chỉ đơn giản là phù hợp với kích thước vật lý của bộ phận đi ra. Các tiêu chí sau đây sẽ hướng dẫn quá trình lựa chọn:

• Khả năng chịu tải định mức với hệ số an toàn - xác nhận lực đầu ra định mức của xi lanh ở áp suất vận hành đáp ứng các yêu cầu về biểu đồ tải trọng tối đa của cần trục, với hệ số an toàn tối thiểu là 2,5:1 áp dụng cho tải trọng nâng động
• Chiều dài hành trình và hình học lắp đặt - hành trình phải khớp chính xác với phạm vi chuyển động được thiết kế của cần trục; độ lệch ảnh hưởng đến giới hạn góc cần trục, tầm mở rộng và tỷ lệ lợi thế cơ học mà thiết kế ban đầu của cần trục giả định
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động - xác nhận tính tương thích của vật liệu làm kín với nhiệt độ môi trường xung quanh cực cao của môi trường triển khai, đặc biệt đối với các hoạt động ở Bắc Cực hoặc khí hậu sa mạc nóng nơi các hợp chất làm kín tiêu chuẩn có thể hoạt động ngoài phạm vi định mức của chúng
• Chứng nhận của nhà sản xuất và truy xuất nguồn gốc — đối với các ứng dụng nâng, xi lanh phải có tài liệu về chứng chỉ vật liệu, hồ sơ kiểm tra áp suất và báo cáo kiểm tra kích thước để đáp ứng các yêu cầu bảo hành OEM của cần trục và các tiêu chuẩn kiểm tra của bên thứ ba như các tiêu chuẩn do DNV, Lloyd's hoặc các cơ quan tiêu chuẩn quốc gia đặt ra
• Sự sẵn có của phụ tùng và bộ con dấu - một chai mà các vòng đệm và các bộ phận bị mài mòn không thể tìm được nguồn cung cấp trong khoảng thời gian chấp nhận được sẽ tạo ra rủi ro vận hành; xác nhận tính sẵn có của các bộ phận trước khi cam kết với nhà cung cấp, đặc biệt đối với các thiết kế nhập khẩu hoặc độc quyền

Đầu tư vào các xi lanh thủy lực của cần trục được chứng nhận, được chỉ định phù hợp — và duy trì chúng theo các tiêu chuẩn mà ứng dụng yêu cầu — cuối cùng là đầu tư vào năng suất nâng không bị gián đoạn, tuân thủ quy định cũng như sự an toàn của mọi người và tải trọng đi qua bán kính làm việc của cần trục.