Dobór amortyzacji siłownika hydraulicznego: jak kontrolować opóźnienie na końcu skoku i skoki ciśnienia

I. Problem: dlaczego cylindry szybkoobrotowe ulegają zmęczeniu końcówek

Kiedy Acylinder hydraulicznyporusza wielotonowy mechanizm z prędkością powyżej 0,1 do 0,2 m/s (4 do 8 cali/s), powodując nagłe zatrzymanie tej masy na pokrywie końcowej cylindra, powodując ogromny niszczycielski wstrząs.

Wielu projektantów sprzętu zakłada, że ​​ustawienie głównego zaworu nadmiarowego systemu na 3000 psi chroni cały siłownik. W rzeczywistości, gdy tłok przejdzie przez główny otwór wylotowy i wejdzie do strefy poduszki, uwięziony olej ma tylko jedną wąską drogę ucieczki: skalibrowany zawór iglicowy lub precyzyjną kryzę.

Jeśli geometria poduszki jest zbyt mała lub niewłaściwie wyregulowana, ciśnienie hamowania uwięzione za włócznią poduszki może z łatwością wzrosnąć do 400–700 barów (6000–10 000 psi) na kilka milisekund.

W ciągu tysięcy cykli te gwałtowne zmiany ciśnienia prowadzą do:

• Pęknięte tylne pokrywy cylindrów i pęknięte spawane kołnierze
• Przepalone uszczelki dławika głowicy i zdeformowane elementy ustalające wycieraczek pręta
• Rozciągnięte drążki kierownicze i chroniczne wytłaczanie pierścienia typu O-ring
• Zabrudzone lub porysowane włócznie poduszkowe i pasujące tuleje

II. JakCylinder hydraulicznyAmortyzacja działa

Wewnętrzna poduszka hydrauliczna przekształca energię kinetyczną poruszającej się masy (plus ciągłą siłę napędową pompy) w ciepło, przepychając uwięzioną objętość oleju przez ograniczony otwór w krótkim skoku zwalniania sc (zwykle od 20 do 40 mm lub 0,75 do 1,5 cala).

Prawidłowo zaprojektowany zespół poduszki składa się z trzech podstawowych elementów mechanicznych:

1. Poduszkowa włócznia (lub tłok):Precyzyjnie obrobiony występ na tłoku, który zamyka główny port płynu, gdy wchodzi on do wnęki zaślepki końcowej.
2. Regulowany zawór iglicowy:Kryza dozująca, która umożliwia technikom zajmującym się konserwacją precyzyjne dostrojenie natężenia przepływu spalin w oparciu o rzeczywiste prędkości cyklu roboczego i lepkość oleju.
3. Zawór zwrotny o swobodnym przepływie wstecznym:Sprężynowa kula lub klapa, która umożliwia pełny, nieograniczony przepływ do cylindra podczas zmiany kierunku skoku, zapewniając natychmiastową prędkość odrywania bez opóźnień.

Obliczanie energii i ciśnienia poduszki krok po kroku Aby określić, czy poduszka wewnętrzna może bezpiecznie wytrzymać obciążenie bez przekraczania progu rozerwania lub zmęczenia cylindra, oblicz całkowitą energię do pochłonięcia:

Krok 1: Oblicz energię kinetyczną poruszającej się masy

                                                                                  Ek = ½ m v²

Gdzie:

m = Całkowita masa ruchoma (w tym tłok, tłoczysko, osprzęt i zewnętrzny ładunek w kg lub funtach)

v = maksymalna prędkość w momencie, gdy włócznia poduszki uderza we wnękę (m/s lub cal/s)

Krok 2: Dodaj pracę związaną z napędem podczas zwalniania

Jeśli przepływ pompy będzie kontynuowany podczas zwalniania, ciśnienie w układzie w dalszym ciągu popycha tłok w poprzek skoku poduszki sc:

                                                               Wprop = Fprop × sc = (Psys × Apiston) × sc

Gdzie:

Psys = ciśnienie układu napędowego (Pa lub psi)

Apiston = Efektywna powierzchnia strony napędowej (m² lub in²)

sc = Efektywna długość włóczni poduszki (m lub cale)

Krok 3: Całkowita energia do wchłonięcia

                                                                        Etotal = Ek + Wprop ± Wgrawitacja

(Dodaj lub odejmij pracę grawitacyjną m g sc sinθ, jeśli poruszasz się pionowo lub po pochyłości).

Krok 4: Oblicz średnie ciśnienie w poduszce uwięzionej

Średnia wymagana siła hamowania Fdec wynosi:

                                                                                  Fdec = Etotal/sc

Wynikowe średnie ciśnienie hydrauliczne wewnątrz komory poduszki Pcushion wynosi:

                                                                              Ppoduszka = Fdec / Amortyzator

Gdzie Acushion to pierścieniowy obszar kolumny oleju uwięzionej w kieszeni poduszki (Abore - Aspear lub Arod).

Praktyczna zasada inżynieryjna: Szczytowe ciśnienie przejściowe podczas początkowego wejścia włóczni zwykle osiąga 1,5 do 2,2 × obliczonego średniego ciśnienia w poduszce. Jeśli obliczona wartość szczytowa przekracza 1,5 × maksymalne znamionowe ciśnienie zmęczeniowe cylindra, wymagany jest zewnętrzny proporcjonalny zawór zwalniający lub dłuższa, niestandardowa włócznia amortyzująca.

III. Typowe błędy terenowe, które niszczą cylindry z amortyzacją

1. Całkowite cofnięcie zaworu iglicowego (przepływ zerowy): Operatorzy próbujący wyeliminować hałas powstający na końcu skoku czasami całkowicie zamykają zawór iglicowy. Tworzy to całkowitą blokadę hydrauliczną w kieszeni poduszki, tłocząc olej przez szczelinę włóczni i przedmuchując uszczelki dławika głowicy.

2. Ignorowanie bezwładności poziomej w wózkach swobodnie toczących się: Projektanci obliczają jedynie ciśnienie napędowe i zapominają o energii kinetycznej 10-tonowego wózka. Nawet przy niskim ciśnieniu duża bezwładność zmiażdży wewnętrzną poduszkę.

3. Używanie standardowych poduszek z wodą i glikolem lub zimnym olejem o dużej lepkości: Gęstsze płyny lub ognioodporne płyny o niskiej lepkości znacznie zmieniają przepływ przez igłę dozującą, powodując poważne nadciśnienie podczas porannych zimowych rozruchów.

4. Zaniedbanie odpowietrzania płynu: Gąbczasty, napowietrzony olej dostający się do poduszki ściska się jak sprężyna, powodując podskakiwanie, wydzielanie oleju napędowego i nierówne zwalnianie.

IV. Co wysłać podczas wymiarowania niestandardowych cylindrów amortyzowanych

Zamawiając cylindry amortyzowane w firmie HCIC, należy podać:

• Całkowita masa ruchoma (w tym tłoczysko cylindra i zamontowane oprzyrządowanie)
• Profil prędkości operacyjnej (stała prędkość, przyspieszenie i prędkość zbliżania)
• Dostępne ograniczenia długości skoku poduszki
• Rodzaj płynu roboczego, zakres temperatur roboczych i ustawienie zaworu nadmiarowego systemu
• Orientacja montażu (pozioma, pionowa w górę, pionowa w dół lub łuk pochylony)

V. Zastrzeżenie dotyczące granic technicznych i inżynieryjnych

Przedstawione powyżej obliczenia poduszek zapewniają podstawowe szacunki wymiarów oparte na mechanice ciała sztywnego. Rzeczywiste szczytowe ciśnienia dynamiczne zależą od modułu objętościowego oleju hydraulicznego, pojemności przewodu, współczynników wypływu kryzy iglicy i czasu reakcji zaworu. Ostateczne projekty sprzętu należy zweryfikować poprzez testowanie przetworników ciśnienia i symulację stanów przejściowych.*

VI. W sprawie niestandardowych rozwiązań w zakresie poduszek należy skonsultować się z firmą HCIC

Inżynierowie HCIC opracowują niestandardowe przemysłowe i mobilne cylindry hydrauliczne z dostosowanymi profilami poduszek do zastosowań wymagających dużej udarności na całym świecie.