Гидравлический цилиндр салазок крана с боковой загрузкой: конструкция и анализ отказов

Полозковый цилиндр — это элемент конструкции, работающий при комбинированной нагрузке, а не просто привод

A Гидравлический цилиндр салазок крана с боковой загрузкой функционально отличается от стандартного гидравлического цилиндра, поскольку он действует как привод и направляющая конструкции. Его основная задача — выдвигать и втягивать промежуточную секцию стрелы или полозьевую тележку, на которой находится подъемная вилка, но в выдвинутом состоянии корпус цилиндра и шток должны сопротивляться изгибающий момент, создаваемый смещенной нагрузкой — нагрузка, которая может создавать боковую силу, эквивалентную от 30% до 60% номинальной грузоподъемности, в зависимости от длины выдвижения стрелы и расстояния до центра нагрузки. . Это сочетание осевой и изгибающей нагрузки отличает полозковый цилиндр от чисто осевого гидравлического цилиндра обычного крана. Диаметр штока цилиндра, расстояние между опорными подшипниками штока и конструкция внутреннего направляющего кольца поршня спроектированы так, чтобы поддерживать прямолинейное движение под нагрузкой, не позволяя штоку прогибаться или взводиться поршню внутри цилиндра, что немедленно приведет к повреждению отверстия цилиндра и инициирует каскад отказов уплотнения. Цилиндр салазок типичного 10-тонного бокового погрузчика работает при рабочем давлении между 180 и 250 бар , с испытательным давлением, достигающим 375 бар, а корпус цилиндра обычно изготавливается из хонингованной холоднотянутой бесшовной стальной трубы в соответствии с DIN 2391 или ASTM A519 с шероховатостью поверхности отверстия от 0,2 до 0,4 микрона Ra.

Диаметр стержня и соотношение L/R, предотвращающее коробление

Единственным наиболее важным параметром конструкции гидравлического цилиндра салазок крана с боковой загрузкой является соотношение диаметра штока к длине хода. Когда цилиндр полностью выдвинут, шток представляет собой сжимаемую колонну, а коэффициент гибкости - эффективная длина колонны, деленная на радиус вращения поперечного сечения стержня - должен оставаться ниже порога потери устойчивости Эйлера для приложенной нагрузки. . Для цилиндра салазок с ходом 1,5 метра и диаметром штока 60 миллиметров коэффициент гибкости составляет примерно 100:1 в условиях закрученного конца. Если опорный подшипник стержня на конце проушины стержня обеспечивает эффективное боковое удержание, эффективная длина уменьшается, а устойчивость к продольному изгибу увеличивается почти в четыре раза по сравнению с ненаправляемым стержнем. Вот почему шток цилиндра салазок всегда поддерживается на своем внешнем конце ползуном или роликовой кареткой, которая движется по внутренним направляющим конструкции стрелы - конец штока не может свободно перемещаться вбок, и эта направляющая система является несущим компонентом узла цилиндра, а не просто средством выравнивания. Когда направляющий блок изнашивается сверх указанного зазора (обычно Максимум от 0,5 до 1,0 мм. - конец штока получает боковую свободу, эффективная длина колонны увеличивается, и цилиндр работает за пределами расчетной зоны потери устойчивости.

Толщина хромирования и устойчивость к точечной коррозии

Шток поршня полозкового цилиндра хромирован минимальной толщиной. 20 микрон для стандартных условий эксплуатации и от 30 до 50 микрон для морской или агрессивной среды. , нанесенный поверх никелевого грунтовочного покрытия, обеспечивающего фактический барьер против коррозии. Хромовый слой не устойчив к коррозии — он имеет микротрещины и пористый, — но никелевый грунт герметизирует стальную подложку. Когда на штоке цилиндра салазок появляются пятна ржавчины, это указывает на то, что хромовый слой изношен, а никелевое грунтовочное покрытие повреждено, обнажая сталь. На данный момент шток находится на ранней стадии разрушения из-за точечной коррозии, и при каждом цикле выдвижения-втягивания изъеденная поверхность проходит через уплотнение штока, истирая кромку уплотнения и внося загрязнения в гидравлическую жидкость.

Система подшипников и направляющих колец внутри цилиндра

Внутри гидравлического цилиндра салазок крана с боковой загрузкой поршень не контактирует напрямую со стенкой бочки. Он едет на Направляющие кольца из фенольного или стеклонаполненного ПТФЭ, которые устанавливаются в канавках, выточенных на наружном диаметре поршня. Обычно это два направляющих кольца, расположенных на расстоянии 30–50 миллиметров друг от друга, с уплотнением поршня, расположенным между ними. . Эти направляющие кольца поглощают боковую составляющую общей нагрузки на цилиндр скольжения и предотвращают контакт металла с металлом между поршнем и стволом. Сальник штока на конце головки блока цилиндров содержит аналогичную направляющую втулку - часто из композитного материала из ПТФЭ с бронзовой подложкой - которая поддерживает шток от боковой нагрузки и сохраняет соосность с уплотнением штока. Зазор между направляющими кольцами и каналом ствола, а также между втулкой стержня и стержнем указывается при Диаметр от 0,10 до 0,25 миллиметров для цилиндра диаметром от 80 до 120 миллиметров. . При увеличении этого зазора в два раза из-за износа направляющего кольца уплотнение поршня под давлением начинает выдавливаться в зазор, а уплотнение штока подвергается неконцентрической нагрузке, ускоряющей его износ. Интервал замены направляющего кольца цилиндра салазок при работе с тяжелыми контейнерами обычно составляет от 3000 до 5000 часов работы, после чего цилиндр следует разобрать, измерить и заменить направляющие кольца независимо от того, есть ли видимые утечки из уплотнений.

Конфигурация уплотнений и комплект уплотнений многокромочного штока

Уплотнение штока на цилиндре салазок не является единым компонентом. Это совокупность как минимум трех функциональных элементов: первичное полиуретановое U-образное уплотнение, удерживающее давление в системе, вторичное буферное уплотнение, защищающее первичное уплотнение от скачков давления и образующее резервную уплотняющую кромку, а также внешнее грязесъемное уплотнение, которое удаляет загрязнения с поверхности штока до того, как они достигнут уплотнительных элементов. . В цилиндрах, работающих в средах с высоким уровнем загрязнения твердыми частицами (в портах с угольной пылью, цементом или металлической стружкой), перед грязесъемником может быть установлен четвертый элемент, металлическое скребковое кольцо, для механического удаления прилипшего мусора, который эластомерный грязесъемник не может удалить. Выбор материала уплотнения зависит от типа гидравлической жидкости и рабочей температуры: стандартные полиуретановые уплотнения рассчитаны на температуру от -30 до 100 градусов Цельсия; для применения при высоких температурах выше 100 градусов предусмотрены уплотнения из фторуглерода. Единственным наиболее распространенным видом отказа уплотнения в цилиндрах скольжения является разрушение уплотнения стеклоочистителя, в результате чего загрязнения достигают первичной U-образной чашки, которая затем действует как притирочный состав между кромкой уплотнения и хромированной поверхностью стержня, изнашивая канавку на обеих.

Уплотнение поршня и утечка внутреннего байпаса

Уплотнение поршня, расположенное на поршне внутри цилиндра, отделяет полнопроходную сторону цилиндра от кольцевой. Обычно это Ступенчатое уплотнение на основе ПТФЭ с эластомерным активирующим кольцом, обеспечивающим радиальное контактное усилие. или скользящее уплотнение из стеклонаполненного ПТФЭ для применений с более высоким давлением. Когда уплотнение поршня изнашивается, гидравлическая жидкость перетекает внутри поршня со стороны высокого давления на сторону низкого давления, и признаком этого является дрейф цилиндра под нагрузкой — полозья медленно втягиваются, даже если регулирующий клапан находится в нейтральном положении. Эта внутренняя утечка не приводит к внешней утечке жидкости, и ее нельзя диагностировать при визуальном осмотре. Испытание заключается в повышении давления в цилиндре при полностью выдвинутом штоке и измерении скорости втягивания штока за определенный интервал времени; скорость дрейфа, превышающая 5 миллиметров в минуту при номинальной нагрузке обычно указывают на необходимость замены уплотнения поршня. .

Загрязнение гидравлической жидкости и уязвимость цилиндра скида

Цилиндр салазок на кране с боковой загрузкой работает горизонтально, и такая ориентация делает его более уязвимым к определенным видам отказов, связанных с загрязнением, чем цилиндр, установленный вертикально. В вертикальном цилиндре сила тяжести помогает оседать загрязнения в нижней части цилиндра, вдали от уплотнения поршня. В горизонтальном цилиндре скольжения загрязнения остаются во взвешенном состоянии по всей длине канала ствола, и при каждом движении частицы перемещаются по всей контактной поверхности уплотнения. . Выдвинутый стержень подвергается воздействию окружающей пыли и влаги, и каждый цикл втягивания втягивает все, что осело на поверхности стержня, в грязесъемное уплотнение. Фильтрация гидравлической системы должна поддерживать чистоту жидкости. ISO 4406 18/16/13 или выше для скользящего цилиндра, работающего в портовых или промышленных условиях. , фильтр обратной линии улавливает частицы размером до 10 микрон. Игнорирование индикатора перепуска фильтра или фильтрующий элемент, который не заменяется через указанный интервал, приводит к прямому контакту уплотнений полозьевого цилиндра с абразивными частицами, что сокращает срок службы уплотнений на 50–70 % по сравнению с цилиндром, работающим с чистой жидкостью.

Прямолинейность стержня и допуск, предотвращающий повреждение уплотнения

Шток поршня гидравлического цилиндра салазок крана с боковой загрузкой должен сохранять допуск прямолинейности, который часто указывается, но редко проверяется на месте после эксплуатации цилиндра. Стандартный допуск прямолинейности для нового штока цилиндра полозья составляет 0,2 миллиметра на метр длины стержня, измеренное как общее показание индикатора в средней точке стержня, когда стержень поддерживается с обоих концов. . Погнутый стержень (обычно в результате бокового удара о полозьевую тележку или при работе крана с перегруженной стрелой и частично выдвинутым полозьевым цилиндром) превысит этот допуск. Изогнутый шток создает циклическую боковую нагрузку на втулку штока и уплотнение при каждом ходе, создавая характерный характер износа: втулка штока изнашивается до овальной формы, а в уплотнении штока образуется течь, которая появляется только в одном конкретном положении выдвижения штока — положении, где изогнутая часть проходит через уплотнение. Проверка прямолинейности штока с помощью циферблатного индикатора и V-образных блоков — это диагностический этап, который следует выполнять всякий раз, когда в цилиндре салазок вскоре после замены обнаруживается необъяснимое повреждение уплотнения, поскольку изогнутый шток разрушит новый комплект уплотнений в течение нескольких недель после установки.

Выравнивание при монтаже и боковая нагрузка, которая никогда не была предусмотрена

Цилиндр салазок установлен между основной конструкцией стрелы крана и салазками с помощью штифтовых креплений на обоих концах. Если эти две точки крепления не совпадают по одной оси в пределах указанного допуска, цилиндр подвергается постоянная боковая нагрузка, действующая на подшипник штока и направляющие поршня, даже когда цилиндр не находится под рабочей нагрузкой . Допуск соосности при установке скользящего цилиндра обычно составляет ±0,5 мм соосность между монтажными штифтами на конце цилиндра и на конце штока по всей длине хода . Несоосность может возникнуть во время первоначальной сборки или возникнуть со временем по мере усталости конструкции крана, деформации сварных деталей или неравномерного износа направляющих салазок. Диагностическим индикатором несоосности монтажа является цилиндр, который протекает через уплотнение штока или показывает неравномерный износ втулки штока, несмотря на прямой шток, чистую жидкость и правильно подобранные уплотнения. Корректирующее действие заключается в отсоединении конца штока, измерении совмещения отверстий под штифты с цилиндром в середине хода с помощью натянутой проволоки или лазерного инструмента для выравнивания, а также установки прокладок или механической обработки монтажных кронштейнов, чтобы обеспечить совмещение в пределах спецификации.

Процедуры капитального ремонта и последовательность критической разборки

Ремонт гидравлического цилиндра салазок крана с боковой загрузкой следует определенной последовательности, которая предотвращает повреждение вновь установленных компонентов. Прежде чем начать разборку, цилиндр должен быть полностью втянут, а гидравлические линии закрыты крышками, чтобы предотвратить потерю жидкости и попадание загрязнений. . Сальник штока отвинчивается с помощью штифтового или специального гаечного ключа, который зацепляется за отверстия для гаечного ключа сальника, но ни в коем случае не с помощью трубного ключа, который деформирует сальник и создает путь утечки. Узел штока и поршня вынимается из ствола с помощью управляемого верхнего подъемника, и поршень сразу же поддерживается V-образными блоками, чтобы предотвратить изгиб штока под весом штока в месте соединения резьбы поршня. Снимается стопорная гайка поршня — она часто закрепляется с помощью Loctite, и для ее откручивания требуется нагрев до 150 градусов по Цельсию — и поршень и сальник снимаются со штока. Канал ствола осматривается с помощью бороскопа на наличие задиров, и любая царапина глубиной более 0,5 миллиметра, которую можно почувствовать ногтем, требует хонингования или замены ствола. Новые уплотнения устанавливаются с использованием специально изготовленных установочных втулок, которые предотвращают порезы кромок уплотнения острыми кромками резьбы штока и отверстиями ствольных отверстий при обратной сборке. Резьба, удерживающая сальник, и резьба поршневой гайки очищаются и покрываются противозадирным составом, а сальник затягивается в соответствии со спецификациями производителя — обычно От 200 до 400 Ньютон-метров для цилиндра диаметром 100 миллиметров. . После сборки цилиндр пять раз подвергают воздействию низкого давления, чтобы обеспечить посадку уплотнений, затем испытывают при полном давлении в системе, наблюдая за внешними утечками и дрейфом штока.

Диагностика неисправности цилиндра и утечки регулирующего клапана

Когда салазки смещаются под нагрузкой, причиной может быть внутренняя утечка в цилиндре или гидрораспределитель, питающий цилиндр. Эти два состояния вызывают одинаковые симптомы (каретка движется, когда она должна оставаться неподвижной), но требуют совершенно разных корректирующих действий. Окончательной диагностической процедурой является Испытание изоляции цилиндра: когда цилиндр находится под нагрузкой, гидравлические линии на портах цилиндра отсоединяются и закрываются заглушками JIC или ORFS, рассчитанными на давление в системе. . Если смещение каретки прекращается сразу после закрытия трубопроводов, утечка происходит в регулирующем клапане, поскольку закрытый цилиндр удерживает давление. Если снос продолжается, а линии закрыты, значит, утечка происходит внутри цилиндра через уплотнение поршня. Выполнение этого испытания требует строгих мер предосторожности: груз должен поддерживаться независимо перед отсоединением какой-либо гидравлической линии, а заглушки должны быть рассчитаны на полное давление в системе, включая скачки давления. Замена пробки более низкого номинала или самодельной пробки может привести к катастрофическому выбросу жидкости под высоким давлением.

Профилактическое техническое обслуживание, продлевающее срок службы цилиндров салазок сверх стандартного интервала

Срок службы гидравлического цилиндра салазок крана с боковой загрузкой прямо пропорционален последовательному выполнению трех профилактических мероприятий. Во-первых, Открытую часть штока поршня необходимо протирать безворсовой тканью перед каждой сменой. или после любого периода, когда кран простаивал более четырех часов. Атмосферная пыль, оседающая на штоке во время простоев, при первом же цикле втягивания втягивается в грязесъемник и накапливается в полости уплотнения. Во-вторых, Фильтрующие элементы гидравлической жидкости необходимо заменять по графику, основанному на показаниях перепада давления, а не на календарной основе. — фильтр, давление перепуска которого достигает через 1500 часов, следует заменять через 1500 часов, а не через 2000-часовой календарный интервал. В-третьих, Зазор направляющего блока на конце штока необходимо измерять щупами при каждом основном интервале технического обслуживания. , а блоки необходимо заменить или отрегулировать до того, как зазор превысит максимальное значение, указанное производителем цилиндра. Это последнее действие часто упускается из виду, поскольку направляющие блоки считаются частью конструкции крана, а не частью цилиндра, но их функция является неотъемлемой частью сопротивления цилиндра продольному изгибу и срока службы уплотнения.