Xi lanh trượt thủy lực cần cẩu bên tải: Phân tích thiết kế và lỗi

Xi lanh trượt là một bộ phận cấu trúc hoạt động dưới tải trọng kết hợp, không chỉ là một thiết bị truyền động đơn giản

A xi lanh trượt thủy lực cần cẩu bên có chức năng khác biệt so với xi lanh thủy lực tiêu chuẩn vì nó hoạt động như một bộ truyền động và dẫn hướng cấu trúc. Công việc chính của nó là kéo dài và thu lại phần cần trung gian hoặc thanh trượt mang cụm càng nâng, nhưng khi kéo dài, thân xi lanh và thanh truyền phải chịu được lực tác động mômen uốn do tải trọng bù gây ra—tải trọng có thể tạo ra lực bên tương đương từ 30% đến 60% khả năng nâng định mức tùy thuộc vào chiều dài kéo dài cần trục và khoảng cách tâm tải . Điều kiện tải trọng dọc trục và tải trọng uốn kết hợp này là điểm phân biệt xi lanh trượt với xi lanh thủy lực hướng trục thuần túy trên cần trục thông thường. Đường kính thanh truyền của xi lanh, khoảng cách ổ đỡ thanh đỡ và thiết kế vòng dẫn hướng pít-tông bên trong đều được thiết kế để duy trì chuyển động thẳng dưới tải mà không cho phép thanh bị vênh hoặc pít-tông nghiêng vào bên trong thùng, một trong hai điều này sẽ ngay lập tức ghi điểm lỗ khoan xi-lanh và bắt đầu một đợt hư hỏng vòng đệm. Xi lanh trượt trên máy xúc lật 10 tấn điển hình hoạt động ở áp suất làm việc giữa thanh 180 và 250 , với áp suất thử nghiệm đạt tới 375 bar và thân xi lanh thường được sản xuất từ ​​ống thép liền mạch kéo nguội được mài giũa phù hợp với DIN 2391 hoặc ASTM A519 với bề mặt hoàn thiện lỗ khoan từ 0,2 đến 0,4 micron Ra.

Đường kính thanh và tỷ lệ L/R ngăn ngừa hiện tượng vênh

Thông số thiết kế quan trọng nhất đối với xi lanh trượt thủy lực cần cẩu máy xúc phụ là đường kính thanh truyền so với chiều dài hành trình. Khi hình trụ được kéo dài hoàn toàn, thanh là một cột chịu nén và tỷ lệ độ mảnh—chiều dài cột hiệu dụng chia cho bán kính hồi chuyển của mặt cắt ngang thanh—phải duy trì dưới ngưỡng mất ổn định Euler đối với tải trọng tác dụng . Đối với xi lanh trượt có hành trình 1,5 mét và đường kính thanh 60 mm, tỷ lệ độ mảnh xấp xỉ 100:1 trong điều kiện đầu được ghim. Nếu ổ trục đỡ thanh ở đầu mắt thanh cung cấp lực cản ngang hiệu quả thì chiều dài hiệu quả sẽ giảm và khả năng mất ổn định tăng lên gấp bốn lần so với thanh không được dẫn hướng. Đây là lý do tại sao thanh trụ trượt luôn được đỡ ở đầu ngoài của nó bằng một khối trượt hoặc con lăn chạy trên các ray dẫn hướng bên trong của cấu trúc cần trục—đầu thanh không thể tự do di chuyển theo chiều ngang và hệ thống dẫn hướng này là một bộ phận chịu tải của cụm xi lanh, không chỉ đơn thuần là một tiện ích căn chỉnh. Khi khối dẫn hướng mòn vượt quá khoảng hở quy định—thường Tối đa 0,5 đến 1,0 mm - đầu thanh có được độ tự do ngang, chiều dài cột hiệu dụng tăng lên và hình trụ hoạt động bên ngoài đường bao oằn được thiết kế của nó.

Độ dày mạ Chrome và khả năng chống rỗ

Cần piston trên xi lanh trượt được mạ crom có độ dày tối thiểu là 20 micron cho dịch vụ tiêu chuẩn và 30 đến 50 micron cho môi trường biển hoặc ăn mòn , được phủ lên trên lớp lót niken tạo ra hàng rào chống ăn mòn thực sự. Lớp crom không có khả năng chống ăn mòn - nó có các vết nứt nhỏ và xốp - nhưng lớp lót niken sẽ bịt kín nền thép. Khi các vết gỉ bề mặt xuất hiện trên thanh trụ trượt, điều đó cho thấy lớp crom đã bị mòn và lớp mạ niken bên dưới đã bị thủng, làm lộ ra thép. Tại thời điểm này, thanh truyền đang ở giai đoạn đầu của quá trình hỏng rỗ và mỗi chu kỳ kéo dài-rút lại sẽ kéo bề mặt bị rỗ qua vòng đệm thanh, mài mòn môi vòng đệm và gây ô nhiễm vào chất lỏng thủy lực.

Hệ thống vòng bi và vòng dẫn hướng bên trong xi lanh

Bên trong xi lanh trượt thủy lực của cần trục máy xúc lật, pít-tông không tiếp xúc trực tiếp với thành thùng. Nó cưỡi trên Các vòng dẫn hướng PTFE chứa đầy phenolic hoặc thủy tinh được lắp trong các rãnh được gia công vào đường kính ngoài của piston, thường là hai vòng dẫn hướng cách nhau 30 đến 50 mm với vòng đệm piston được đặt giữa chúng . Các vòng dẫn hướng này hấp thụ thành phần tải trọng bên của tải trọng kết hợp của xi lanh trượt và ngăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại giữa piston và thùng. Vòng đệm thanh truyền ở đầu đầu xi lanh có một ống lót dẫn hướng tương tự—thường là vật liệu tổng hợp PTFE có mặt sau bằng đồng—hỗ trợ thanh chống lại tải trọng bên và duy trì độ đồng tâm với vòng bịt thanh. Khe hở giữa các vòng dẫn hướng và lỗ nòng, giữa ống lót thanh truyền và thanh truyền được xác định tại Đường kính 0,10 đến 0,25 mm đối với xi lanh có đường kính từ 80 đến 120 mm . Khi độ hở này tăng gấp đôi do vòng đệm dẫn hướng bị mòn, vòng đệm piston bắt đầu đùn vào khe hở dưới áp suất, và vòng đệm thanh truyền chịu tải trọng không đồng tâm làm tăng tốc độ mài mòn của nó. Khoảng thời gian thay thế vòng dẫn hướng cho xi lanh trượt trong hoạt động xử lý container hạng nặng thường là 3.000 đến 5.000 giờ hoạt động, tại thời điểm đó xi lanh phải được tháo rời và đo và thay thế các vòng dẫn hướng bất kể các vòng đệm có bị rò rỉ rõ ràng hay không.

Cấu hình con dấu và ngăn xếp con dấu thanh đa môi

Vòng đệm thanh truyền trên xi lanh trượt không phải là một bộ phận duy nhất. Nó là sự sắp xếp xếp chồng lên nhau của ít nhất ba yếu tố chức năng: một Vòng đệm hình chữ U bằng polyurethane chính giữ áp suất hệ thống, vòng đệm đệm thứ cấp bảo vệ vòng đệm chính khỏi các xung áp suất và cung cấp môi bịt kín dự phòng, và vòng đệm gạt nước bên ngoài giúp loại bỏ chất bẩn khỏi bề mặt thanh trước khi nó chạm tới các bộ phận bịt kín . Trong các xi lanh hoạt động trong môi trường có mức độ ô nhiễm hạt cao—các khu vực cổng có bụi than, xi măng hoặc phoi kim loại—bộ phận thứ tư, một vòng gạt kim loại, có thể được lắp đặt phía trước cần gạt nước để loại bỏ các mảnh vụn bám dính một cách cơ học mà cần gạt nước đàn hồi không thể loại bỏ được. Việc lựa chọn vật liệu bịt kín phụ thuộc vào loại chất lỏng thủy lực và nhiệt độ vận hành: phớt polyurethane tiêu chuẩn được định mức ở nhiệt độ -30 đến 100 độ C; đối với các ứng dụng nhiệt độ cao trên 100 độ, con dấu fluorocarbon được chỉ định. Chế độ hư hỏng phốt phổ biến nhất trong xi lanh trượt là phốt gạt nước xuống cấp và tạo điều kiện cho chất bẩn lọt vào cốc chữ U chính, sau đó hoạt động như một hợp chất phủ giữa môi phốt và bề mặt thanh crom, làm mòn một rãnh ở cả hai.

Phốt Piston và rò rỉ đường tránh bên trong

Phốt piston, nằm trên piston bên trong thùng xi lanh, ngăn cách phía bên trong của xi lanh với phía hình khuyên. Nó thường là một Phốt cắt theo từng bước làm bằng PTFE có vòng cấp năng lượng đàn hồi cung cấp lực tiếp xúc hướng tâm hoặc đệm kín bằng nhựa PTFE chứa đầy thủy tinh dành cho các ứng dụng có áp suất cao hơn. Khi phốt piston bị mòn, chất lỏng thủy lực đi vòng bên trong từ phía áp suất cao sang phía áp suất thấp của piston, và triệu chứng là xi lanh bị trôi khi chịu tải—bàn trượt từ từ rút lại mặc dù van điều khiển ở vị trí trung tính. Sự rò rỉ bên trong này không tạo ra rò rỉ chất lỏng bên ngoài và không thể chẩn đoán được bằng kiểm tra trực quan. Thử nghiệm nhằm tạo áp suất cho chai với thanh được kéo dài hoàn toàn và đo tốc độ rút của thanh trong một khoảng thời gian; tốc độ trôi dạt vượt quá 5 mm mỗi phút dưới tải định mức thường cho thấy phốt piston cần được thay thế .

Ô nhiễm chất lỏng thủy lực và tính dễ bị tổn thương của xi lanh trượt

Xi lanh trượt trên cần trục máy xúc lật hoạt động theo chiều ngang và hướng này làm cho nó dễ bị ảnh hưởng bởi một số chế độ hỏng hóc liên quan đến ô nhiễm hơn so với xi lanh được lắp theo chiều dọc. Trong một xi lanh thẳng đứng, trọng lực giúp giải quyết các hạt ô nhiễm ở đáy thùng, cách xa phốt piston. Trong xi lanh trượt nằm ngang, chất bẩn vẫn lơ lửng dọc theo toàn bộ chiều dài của lỗ nòng và mỗi hành trình sẽ kéo các hạt trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc của vòng đệm . Thanh, khi được kéo dài ra, sẽ tiếp xúc với bụi và hơi ẩm xung quanh, và mỗi chu kỳ rút lại sẽ kéo bất cứ thứ gì đọng lại trên bề mặt thanh vào vòng bịt gạt nước. Việc lọc hệ thống thủy lực phải duy trì độ sạch của chất lỏng để ISO 4406 18/16/13 hoặc cao hơn đối với xi lanh trượt hoạt động trong cảng hoặc môi trường công nghiệp , với bộ lọc dòng hồi lưu thu giữ các hạt có kích thước tuyệt đối xuống tới 10 micron. Chỉ báo bỏ qua bộ lọc bị bỏ qua hoặc phần tử bộ lọc không được thay đổi trong khoảng thời gian xác định sẽ khiến vòng đệm xi lanh trượt tiếp xúc trực tiếp với các hạt mài mòn làm giảm tuổi thọ vòng đệm từ 50% đến 70% so với xi lanh hoạt động với chất lỏng sạch.

Độ thẳng của thanh và dung sai ngăn ngừa hư hỏng con dấu

Cần pit-tông trên xi lanh trượt thủy lực của cần cẩu bên phải duy trì dung sai độ thẳng thường được chỉ định nhưng hiếm khi được xác minh tại hiện trường sau khi xi lanh được đưa vào sử dụng. Dung sai độ thẳng tiêu chuẩn cho một thanh trụ trượt mới là 0,2 mm trên một mét chiều dài thanh, được đo bằng tổng chỉ số chỉ báo tại điểm giữa của thanh với thanh được đỡ ở cả hai đầu . Thanh bị uốn cong—thường là do va chạm bên cạnh với bàn trượt hoặc do vận hành cần trục với cần quá tải và xi lanh trượt mở rộng một phần—sẽ vượt quá dung sai này. Thanh bị uốn cong tạo ra một tải trọng theo chu kỳ lên ống lót thanh và bịt kín theo mỗi hành trình, tạo ra kiểu mòn đặc trưng: ống lót thanh bị mòn thành hình bầu dục và vòng đệm thanh phát triển một rò rỉ chỉ xuất hiện ở một vị trí mở rộng thanh cụ thể—vị trí mà phần uốn cong đi qua vòng đệm. Kiểm tra độ thẳng của thanh bằng đồng hồ quay số và khối chữ V là bước chẩn đoán cần được thực hiện bất cứ khi nào xi lanh trượt có biểu hiện hỏng vòng đệm không giải thích được ngay sau khi thay thế, vì thanh bị uốn cong sẽ phá hủy bộ vòng đệm mới trong vòng vài tuần sau khi lắp đặt.

Căn chỉnh lắp đặt và tải bên chưa bao giờ được thiết kế

Xi lanh trượt được lắp giữa cấu trúc cần chính của cần trục và xe trượt thông qua các giá đỡ được ghim ở cả hai đầu. Nếu hai điểm lắp này không thẳng hàng trên cùng một trục trong phạm vi dung sai quy định thì chai sẽ phải chịu tác động Tải trọng bên cố định tác dụng lên ổ trục thanh truyền và dẫn hướng piston ngay cả khi xi lanh không chịu tải làm việc . Dung sai căn chỉnh cho việc lắp đặt xi lanh trượt thường là ±0,5 mm độ đồng trục giữa các chốt lắp đầu nòng và đầu thanh trên toàn bộ chiều dài hành trình . Độ lệch có thể xuất hiện trong quá trình lắp ráp ban đầu hoặc có thể phát triển theo thời gian do kết cấu cần trục bị mỏi, do các mối hàn bị biến dạng hoặc do ray dẫn hướng bàn trượt mòn không đều. Dấu hiệu chẩn đoán của việc lắp sai lệch là một xi lanh bị rò rỉ từ vòng đệm thanh truyền hoặc cho thấy độ mòn ống lót thanh truyền không đồng đều mặc dù có thanh truyền thẳng, chất lỏng sạch và các vòng đệm được chỉ định chính xác. Hành động khắc phục là ngắt kết nối đầu thanh truyền, đo độ thẳng hàng giữa các lỗ chốt với xi lanh ở giữa hành trình bằng cách sử dụng dây chặt hoặc công cụ căn chỉnh bằng laser, và miếng đệm hoặc gia công các giá đỡ để căn chỉnh theo thông số kỹ thuật.

Quy trình đại tu và trình tự tháo gỡ quan trọng

Việc xây dựng lại xi lanh trượt thủy lực của cần trục phụ tuân theo một trình tự cụ thể nhằm ngăn ngừa hư hỏng cho các bộ phận mới được lắp đặt. Trước khi bắt đầu tháo gỡ, xi lanh phải được rút lại hoàn toàn và các đường thủy lực được đậy lại để tránh thất thoát chất lỏng và nhiễm bẩn . Vòng đệm thanh được tháo bằng cách sử dụng cờ lê chốt hoặc cờ lê chế tạo để gắn vào các lỗ cờ lê của vòng đệm - không bao giờ dùng cờ lê ống, làm biến dạng vòng đệm và tạo ra đường rò rỉ. Cụm thanh truyền và pít-tông được rút ra khỏi thùng bằng lực nâng phía trên có điều khiển và pít-tông ngay lập tức được đỡ trên các khối chữ V để ngăn trọng lượng thanh truyền làm cong thanh tại điểm nối ren pít-tông. Đai ốc giữ pít-tông được tháo ra — đai ốc này thường được cố định bằng Loctite và cần nung nóng đến 150 độ C để giải phóng — và pít-tông và vòng đệm bị trượt khỏi thanh. Lỗ khoan của nòng súng được kiểm tra bằng kính soi để ghi điểm và bất kỳ vết xước nào sâu hơn 0,5 mm mà có thể cảm nhận được bằng móng tay đều yêu cầu nòng súng phải được mài giũa hoặc thay thế. Các vòng đệm mới được lắp đặt bằng cách sử dụng các ống lắp đặt chuyên dụng để ngăn môi bịt kín khỏi bị cắt bởi các cạnh sắc của ren thanh và các lỗ mở cổng thùng trong quá trình lắp lại. Các ren giữ đệm và ren đai ốc pít-tông được làm sạch và phủ bằng hợp chất chống kẹt, đồng thời vòng đệm được vặn theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất—thường là 200 đến 400 Newton-mét cho xi lanh có lỗ khoan 100 mm . Sau khi lắp ráp, xi lanh được đạp năm lần ở áp suất thấp để cho phép các vòng đệm vào đúng vị trí, sau đó thử nghiệm ở áp suất toàn hệ thống trong khi quan sát sự rò rỉ bên ngoài và độ trôi của thanh truyền.

Chẩn đoán giữa hỏng xi lanh và rò rỉ van điều khiển

Khi xe trượt bị trôi khi có tải, nguyên nhân có thể là do rò rỉ xi lanh bên trong hoặc có thể là do van điều khiển hướng cung cấp cho xi lanh. Hai tình trạng này tạo ra các triệu chứng giống nhau—xe chuyển động khi lẽ ra nó phải đứng yên—nhưng yêu cầu các hành động khắc phục hoàn toàn khác nhau. Phương pháp chẩn đoán xác định là Thử nghiệm cách ly xi lanh: với xi lanh đang chịu tải, các đường thủy lực tại các cổng xi lanh được ngắt kết nối và bịt kín bằng các nút chặn JIC hoặc ORFS được định mức cho áp suất hệ thống . Nếu quá trình trượt dừng lại ngay lập tức khi các đường ống được đậy nắp thì có sự rò rỉ ở van điều khiển do xi lanh có nắp đang giữ áp suất. Nếu sự trôi dạt tiếp tục với các đường bị chặn thì sự rò rỉ sẽ xảy ra bên trong xi lanh qua phốt piston. Việc thực hiện thử nghiệm này yêu cầu các biện pháp phòng ngừa an toàn nghiêm ngặt—tải phải được đỡ độc lập trước khi ngắt kết nối bất kỳ đường thủy lực nào và các nút chặn phải được định mức cho áp suất toàn hệ thống bao gồm cả các xung áp suất. Việc thay thế một phích cắm có định mức thấp hơn hoặc một phích cắm tạm thời có thể dẫn đến sự cố xả chất lỏng áp suất cao nghiêm trọng.

Bảo trì phòng ngừa giúp kéo dài tuổi thọ xi lanh trượt vượt quá khoảng thời gian tiêu chuẩn

Tuổi thọ sử dụng của xi lanh trượt thủy lực cần cẩu máy xúc phụ tỷ lệ thuận với tính nhất quán của ba hành động bảo trì phòng ngừa. Đầu tiên, phần tiếp xúc của cần piston phải được lau sạch bằng vải không có xơ trước mỗi ca hoặc sau bất kỳ khoảng thời gian nào mà cần trục không hoạt động trong hơn bốn giờ. Bụi khí quyển đọng lại trên thanh trong thời gian không tải sẽ bị hút vào phớt gạt nước trong chu kỳ rút dao đầu tiên và tích tụ trong khoang bịt kín. Thứ hai, Các bộ phận lọc chất lỏng thủy lực phải được thay đổi theo lịch dựa trên chỉ báo chênh lệch áp suất, không phải theo lịch —bộ lọc đạt đến áp suất bỏ qua ở 1.500 giờ nên được thay ở 1.500 giờ, không phải ở khoảng thời gian 2.000 giờ theo lịch. Thứ ba, Độ hở của khối dẫn hướng ở đầu thanh phải được đo bằng thước đo ở mỗi khoảng thời gian bảo dưỡng chính và các khối phải được thay thế hoặc điều chỉnh trước khi khe hở vượt quá giá trị quy định tối đa của nhà sản xuất xi lanh. Hành động cuối cùng này thường bị bỏ qua vì các khối dẫn hướng được coi là một phần của cấu trúc cần trục chứ không phải là một phần của xi lanh, nhưng chức năng của chúng là không thể thiếu đối với khả năng chống oằn và tuổi thọ bịt kín của xi lanh.