سیلندر اسکید هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی: طراحی و تجزیه و تحلیل شکست

سیلندر اسکید یک عضو ساختاری است که تحت بارگذاری ترکیبی کار می کند، نه فقط یک محرک ساده

A سیلندر هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی از نظر عملکردی از یک سیلندر هیدرولیک استاندارد متمایز است زیرا هم به عنوان محرک و هم به عنوان راهنمای ساختاری عمل می کند. وظیفه اصلی آن امتداد و جمع کردن بخش میانی بوم یا کالسکه لغزشی است که مجموعه دوشاخه بالابر را حمل می کند، اما در حالی که کشیده شده است، بدنه و میله سیلندر باید در برابر این مقاومت مقاومت کنند. ممان خمشی تحمیل شده توسط بار افست - باری که می تواند نیروی جانبی معادل 30 تا 60 درصد ظرفیت بالابر نامی را بسته به طول گسترش بوم و فاصله مرکز بار ایجاد کند. . این شرایط بار محوری و خمشی ترکیبی چیزی است که یک سیلندر اسکیت را از یک سیلندر هیدرولیک کاملا محوری در یک جرثقیل معمولی متمایز می کند. قطر میله سیلندر، فاصله یاتاقان تکیه گاه میله و طراحی حلقه راهنمای پیستون داخلی، همگی به گونه ای طراحی شده اند که یک حرکت مستقیم تحت بار را بدون اجازه دادن به میله کمانش یا به پیستون در داخل بشکه حفظ کنند، که هر کدام فوراً سوراخ سیلندر را منقبض می کند و آبشار شکست آب بندی را آغاز می کند. یک سیلندر لغزنده روی یک لودر جانبی معمولی 10 تنی در فشار کاری بین کار می کند 180 و 250 بار با فشارهای آزمایشی به 375 بار، و بدنه سیلندر معمولاً از لوله فولادی بدون درز سرد شده مطابق با DIN 2391 یا ASTM A519 با سطح سوراخ 0.2 تا 0.4 میکرون Ra ساخته می شود.

قطر میله و نسبت L/R که از کمانش جلوگیری می کند

مهمترین پارامتر طراحی برای سیلندر هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی، قطر میله نسبت به طول کورس است. هنگامی که سیلندر به طور کامل گسترش یافته است، میله یک ستون تحت فشار است، و نسبت باریکی - طول ستون موثر تقسیم بر شعاع چرخش سطح مقطع میله - باید زیر آستانه کمانش اویلر برای بار اعمال شده باقی بماند. . برای یک سیلندر لغزنده با کورس 1.5 متر و قطر میله 60 میلی متر، نسبت باریکی در شرایط انتهایی پین شده تقریباً 100:1 است. اگر یاتاقان تکیه گاه میله در انتهای چشمی میله، مهار جانبی موثری را فراهم کند، طول موثر کاهش می یابد و ظرفیت کمانش در مقایسه با یک میله هدایت نشده تا چهار برابر افزایش می یابد. به همین دلیل است که میله سیلندر لغزشی همیشه در انتهای بیرونی خود توسط یک بلوک لغزنده یا کالسکه غلتکی که بر روی ریل های راهنمای داخلی سازه بوم اجرا می شود حمایت می شود - انتهای میله آزاد نیست که به صورت جانبی حرکت کند و این سیستم هدایت کننده جزء باربر مجموعه سیلندر است، نه صرفاً یک تراز. هنگامی که بلوک راهنما فراتر از فاصله مشخص شده خود فرسوده می شود - معمولاً حداکثر 0.5 تا 1.0 میلی متر - انتهای میله آزادی جانبی به دست می آورد، طول ستون موثر افزایش می یابد و سیلندر خارج از پوشش کمانش طراحی شده خود عمل می کند.

ضخامت آبکاری کروم و مقاومت در برابر سوراخ شدن

میله پیستون روی سیلندر لغزنده با حداقل ضخامت کروم اندود شده است. 20 میکرون برای سرویس استاندارد و 30 تا 50 میکرون برای محیط های دریایی یا خورنده ، روی یک لایه زیرین نیکل اعمال می شود که مانع خوردگی واقعی را فراهم می کند. لایه کروم در برابر خوردگی مقاوم نیست - این لایه ریز ترک خورده و متخلخل است - اما لایه زیرین نیکل زیرلایه فولادی را آب بندی می کند. هنگامی که لکه های زنگ زدگی سطحی روی میله سیلندر لغزنده ظاهر می شود، نشان می دهد که لایه کروم ساییده شده است و لایه زیرین نیکل شکسته شده است و فولاد را آشکار می کند. در این مرحله، میله در مراحل اولیه شکست حفره‌ای قرار دارد و هر چرخه امتداد-پس‌کشی، سطح حفره‌دار را از طریق مهر و موم میله می‌کشد، لبه مهر و موم را ساییده و آلودگی را به سیال هیدرولیک وارد می‌کند.

بلبرینگ و سیستم حلقه راهنما در داخل سیلندر

در داخل سیلندر هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی، پیستون مستقیماً با دیواره بشکه تماس ندارد. سوار می شود حلقه های راهنمای PTFE فنولی یا شیشه ای که در شیارهای ماشین کاری شده در OD پیستون نصب می شوند، معمولاً دو حلقه راهنما با فاصله 30 تا 50 میلی متر از هم و مهر و موم پیستون بین آنها قرار می گیرد. . این حلقه‌های راهنما، جزء بار جانبی بارگیری ترکیبی سیلندر را جذب می‌کنند و از تماس فلز به فلز بین پیستون و بشکه جلوگیری می‌کنند. غده میله ای در انتهای سر سیلندر حاوی یک بوش راهنمای مشابه - اغلب یک کامپوزیت PTFE با پشت برنز - است که میله را در برابر بارگذاری جانبی پشتیبانی می کند و تمرکز را با مهر و موم میله حفظ می کند. فاصله بین حلقه های راهنما و سوراخ بشکه، و بین بوش میله و میله، در قطر 0.10 تا 0.25 میلی متر برای سیلندر 80 تا 120 میلی متر . هنگامی که این فاصله به دلیل سایش رینگ راهنما دو برابر می شود، مهر و موم پیستون شروع به اکسترود شدن در شکاف تحت فشار می کند و مهر و موم میله تحت بارگذاری غیر متمرکز قرار می گیرد که سایش آن را تسریع می کند. فاصله تعویض حلقه راهنما برای یک سیلندر لغزنده در عملیات جابجایی ظروف سنگین معمولاً 3000 تا 5000 ساعت کار است، در این مرحله سیلندر باید جدا شود و حلقه‌های راهنما اندازه‌گیری و تعویض شوند بدون توجه به اینکه آب‌بندها به‌طور مشهودی نشتی دارند یا خیر.

پیکربندی مهر و موم و پشته مهر و موم میله چند لبه

مهر و موم میله روی سیلندر لغزشی یک جزء واحد نیست. این یک آرایش انباشته از حداقل سه عنصر کاربردی است: الف مهر و موم اولیه پلی یورتان U-Cup که فشار سیستم را نگه می دارد، یک مهر و موم بافر ثانویه که از مهر و موم اولیه در برابر ضربه های فشار محافظت می کند و یک لبه آب بندی پشتیبان ایجاد می کند، و یک مهر و موم برف پاک کن خارجی که آلودگی را از سطح میله قبل از رسیدن به عناصر آب بندی می کند. . در سیلندرهایی که در محیط‌هایی با آلودگی ذرات بالا کار می‌کنند - مناطق بندری با گرد و غبار زغال‌سنگ، سیمان یا براده‌های فلزی - ممکن است یک عنصر چهارم، یک حلقه خراش‌دهنده فلزی، جلوتر از برف پاک‌کن نصب شود تا بقایای چسبیده‌ای را که برف پاک‌کن الاستومری نمی‌تواند جابجا کند، از بین ببرد. انتخاب مواد آب بندی به نوع سیال هیدرولیک و دمای عملیاتی بستگی دارد: مهر و موم های پلی اورتان استاندارد برای -30 تا 100 درجه سانتیگراد درجه بندی می شوند. برای کاربردهای با دمای بالا بالای 100 درجه، مهر و موم فلوروکربن مشخص شده است. متداول ترین حالت خرابی آب بند در سیلندرهای لغزنده، آب بند پاک کن است که تخریب می شود و اجازه می دهد آلودگی به U-Cup اولیه برسد، که سپس به عنوان یک ترکیب پوششی بین لبه آب بند و سطح میله کرومی عمل می کند و یک شیار در هر دو ایجاد می کند.

نشت آب بندی پیستون و بای پس داخلی

مهر و موم پیستون که بر روی پیستون داخل بشکه سیلندر قرار دارد، سمت پر سوراخ سیلندر را از سمت حلقوی جدا می کند. به طور معمول الف است مهر و موم پله ای مبتنی بر PTFE با حلقه الاستومری انرژی زا که نیروی تماس شعاعی را فراهم می کند یا یک مهر و موم دمپایی PTFE پر از شیشه برای کاربردهای با فشار بالاتر. هنگامی که کاسه نمد پیستون فرسوده می شود، سیال هیدرولیک از سمت فشار بالا به سمت فشار پایین پیستون دور می زند، و علامت آن جابجایی سیلندر تحت بار است - کالسکه لغزش به آرامی جمع می شود حتی اگر شیر کنترل در موقعیت خنثی باشد. این نشتی داخلی باعث نشت مایع خارجی نمی شود و با بازرسی چشمی قابل تشخیص نیست. آزمایش عبارت است از تحت فشار قرار دادن سیلندر با میله کاملاً کشیده و اندازه گیری سرعت جمع شدن میله در یک بازه زمانی معین. نرخ رانش بیش از 5 میلی متر در دقیقه تحت بار نامی معمولاً نشان دهنده آب بندی پیستونی است که نیاز به تعویض دارد. .

آلودگی سیال هیدرولیک و آسیب پذیری سیلندر لغزش

سیلندر لغزنده در جرثقیل لودر جانبی به صورت افقی عمل می کند و این جهت گیری آن را نسبت به یک استوانه نصب شده به صورت عمودی نسبت به حالت های خرابی خاص مرتبط با آلودگی آسیب پذیرتر می کند. در یک سیلندر عمودی، گرانش به ته نشین شدن آلودگی ذرات در پایین بشکه، دور از مهر و موم پیستون کمک می کند. در یک سیلندر لغزنده افقی، آلودگی در تمام طول سوراخ بشکه معلق می ماند و هر ضربه ذرات را در تمام سطح تماس آب بندی می کشاند. . هنگامی که میله کشیده می شود، در معرض گرد و غبار و رطوبت محیط قرار می گیرد و هر چرخه عقب نشینی، هر چیزی را که روی سطح میله نشسته است را به درزگیر برف پاک کن می کشد. فیلتراسیون سیستم هیدرولیک باید تمیزی سیال را حفظ کند ISO 4406 18/16/13 یا بهتر برای سیلندر لغزنده که در یک بندر یا محیط صنعتی کار می کند ، با فیلتر خط برگشت ذرات را تا 10 میکرون مطلق جذب می کند. یک نشانگر دور زدن فیلتر که نادیده گرفته می‌شود یا یک عنصر فیلتر که در بازه زمانی مشخص تغییر نمی‌کند، سیل سیلندر لغزشی را در تماس مستقیم با ذرات ساینده قرار می‌دهد که نسبت به سیلندری که با مایع تمیز کار می‌کند، 50 تا 70 درصد عمر آب‌بندی را کاهش می‌دهد.

صافی میله و تحملی که از آسیب مهر و موم جلوگیری می کند

میله پیستون در سیلندر اسکید هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی باید تلورانس صافی را حفظ کند که اغلب مشخص می شود اما به ندرت پس از استفاده از سیلندر به صورت میدانی تأیید می شود. تحمل صافی استاندارد برای میله سیلندر لغزش جدید است 0.2 میلی متر در هر متر طول میله، به عنوان قرائت نشانگر کل در نقطه میانی میله اندازه گیری می شود و میله در هر دو انتها پشتیبانی می شود. . میله ای که خم شده است - معمولاً از یک ضربه جانبی به کالسکه لغزنده یا در اثر کار با جرثقیل با بارگذاری بیش از حد بوم و سیلندر لغزش تا حدی کشیده شده است - از این تحمل فراتر خواهد رفت. یک میله خم شده یک بار جانبی چرخه ای را بر روی بوش میله و درزگیری با هر ضربه تحمیل می کند و یک الگوی سایش مشخص ایجاد می کند: بوش میله به شکل بیضی شکل می سایید و مهر و موم میله نشتی ایجاد می کند که فقط در یک موقعیت خاص گسترش میله ظاهر می شود - موقعیتی که بخش خم شده از درزگیر عبور می کند. بررسی صافی میله با نشانگر شماره گیری و بلوک های V یک مرحله تشخیصی است که باید هر زمان که سیلندر لغزشی در مدت کوتاهی پس از تعویض خرابی غیرقابل توضیحی را نشان داد، انجام شود، زیرا یک میله خم شده ظرف چند هفته پس از نصب، مجموعه آب بند جدید را از بین می برد.

تراز نصب و بار جانبی که هرگز در آن طراحی نشده است

سیلندر لغزنده بین ساختار بوم اصلی جرثقیل و کالسکه لغزنده از طریق پایه های گیره دار در هر دو انتها نصب شده است. اگر این دو نقطه نصب در یک محور در محدوده تحمل مشخص شده تراز نباشند، سیلندر در معرض یک بار جانبی دائمی که بر روی یاتاقان میله و راهنمای پیستون حتی زمانی که سیلندر تحت بار کار نیست عمل می کند. . تلورانس تراز برای نصب سیلندر لغزشی معمولاً است ± 0.5 میلی متر هم محوری بین پایه های نصب انتهای بشکه و انتهای میله در طول حرکت کامل . ناهماهنگی می تواند در طول مونتاژ اولیه ایجاد شود، یا می تواند در طول زمان به دلیل خستگی ساختار جرثقیل، به دلیل اعوجاج جوش ها، یا به دلیل سایش ناهموار ریل های راهنمای کالسکه ایجاد شود. نشانگر تشخیصی عدم تراز نصب، سیلندری است که از مهر و موم میله نشت می کند یا علیرغم داشتن میله مستقیم، مایع تمیز و مهر و موم های دقیق مشخص شده، سایش ناهموار بوش میله را نشان می دهد. اقدام اصلاحی این است که انتهای میله را جدا کنید، تراز بین سوراخ های پین را با سیلندر در میانه حرکت با استفاده از یک سیم محکم یا ابزار تراز لیزری اندازه گیری کنید، و براکت های نصب را شیار یا ماشین کاری کنید تا هم ترازی در حد مشخصات باشد.

رویه‌های تعمیر اساسی و توالی جداسازی مهم

بازسازی سیلندر اسکید هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی از دنباله خاصی پیروی می کند که از آسیب به اجزای تازه نصب شده جلوگیری می کند. قبل از شروع جداسازی قطعات، سیلندر باید به طور کامل جمع شود و خطوط هیدرولیک درپوش باشد تا از هدر رفتن سیال و ورود آلودگی جلوگیری شود. . غده میله با استفاده از یک آچار پین یا آچار ساخته شده که سوراخ های آچار غده را درگیر می کند، باز می شود - هرگز آچار لوله ای که غده را تغییر شکل داده و مسیر نشتی ایجاد می کند. مجموعه میله و پیستون با استفاده از یک بالابر سربار کنترل شده از بشکه خارج می شود و پیستون بلافاصله روی بلوک های V پشتیبانی می شود تا وزن میله از خم شدن میله در محل اتصال رزوه پیستون جلوگیری کند. مهره نگهدارنده پیستون برداشته می شود - این اغلب با Loctite محکم می شود و برای آزاد شدن نیاز به حرارت تا 150 درجه سانتیگراد دارد - و پیستون و غده از میله خارج می شوند. سوراخ بشکه برای نمره گذاری با بورسکوپ بررسی می شود و هر خراش عمیق تر از 0.5 میلی متر که با ناخن احساس شود نیاز به تراش یا تعویض لوله دارد. مهر و موم های جدید با استفاده از آستین های نصبی ساخته شده نصب می شوند که از بریده شدن لبه های مهر و موم توسط لبه های تیز رشته های میله و دهانه های درگاه بشکه در هنگام مونتاژ مجدد جلوگیری می کنند. رزوه های نگهدارنده غده و رزوه های مهره پیستون با ترکیب ضد گیر تمیز و پوشانده می شوند و غده مطابق مشخصات سازنده گشتاور می شود - معمولاً 200 تا 400 نیوتن متر برای سیلندر 100 میلی متری سوراخ . پس از مونتاژ، سیلندر پنج بار با فشار کم چرخانده می‌شود تا آب‌بندی‌ها در جای خود قرار گیرند، سپس در فشار کامل سیستم آزمایش می‌شود و در عین حال نشت خارجی و رانش میله‌ها را مشاهده می‌کنید.

تشخیص بین خرابی سیلندر و نشتی شیر کنترل

هنگامی که یک کالسکه لغزنده تحت بار جابجا می شود، علت ممکن است نشت داخلی سیلندر باشد، یا ممکن است این شیر کنترل جهت است که سیلندر را تامین می کند. این دو وضعیت علائم یکسانی ایجاد می کنند - کالسکه زمانی که باید ثابت بماند حرکت می کند - اما نیاز به اقدامات اصلاحی کاملاً متفاوتی دارد. روش تشخیصی قطعی این است تست جداسازی سیلندر: در شرایطی که سیلندر تحت بار است، خطوط هیدرولیک در پورت های سیلندر جدا شده و با دوشاخه های JIC یا ORFS که برای فشار سیستم درجه بندی شده اند، درپوش دارند. . اگر رانش کالسکه بلافاصله با درپوش بستن خطوط متوقف شود، نشتی در شیر کنترل است، زیرا سیلندر درپوش فشار را نگه می دارد. اگر دریفت با درپوش خطوط ادامه یابد، نشت داخل سیلندر در سراسر مهر و موم پیستون است. انجام این آزمایش مستلزم اقدامات احتیاطی شدید ایمنی است - بار باید قبل از جدا کردن هر خط هیدرولیک به طور مستقل پشتیبانی شود و شاخه های خالی باید برای فشار کامل سیستم از جمله نوک فشار درجه بندی شوند. جایگزینی یک دوشاخه با درجه پایین تر یا یک دوشاخه موقت می تواند منجر به انتشار فاجعه بار سیال با فشار بالا شود.

تعمیر و نگهداری پیشگیرانه که عمر سیلندر لغزنده را فراتر از فاصله استاندارد افزایش می دهد

طول عمر سیلندر هیدرولیک جرثقیل لودر جانبی به طور مستقیم با ثبات سه اقدام تعمیر و نگهداری پیشگیرانه متناسب است. اول، قسمت در معرض میله پیستون باید قبل از هر تعویض با یک پارچه بدون پرز پاک شود. ، یا بعد از هر دوره ای که جرثقیل بیش از چهار ساعت بیکار بوده است. گرد و غبار اتمسفری که در دوره های بیکاری روی میله می نشیند در اولین چرخه جمع شدن به داخل مهر و موم برف پاک کن کشیده می شود و در حفره آب بند جمع می شود. دوم، عناصر فیلتر سیال هیدرولیک باید بر اساس یک برنامه زمانبندی بر اساس نشان تفاضل فشار تغییر کنند، نه بر اساس تقویم - فیلتری که در 1500 ساعت به فشار بای پس خود می رسد باید در 1500 ساعت تعویض شود نه در فاصله تقویمی 2000 ساعت. سوم، فاصله بلوک راهنما در انتهای میله باید با سنج های حسگر در هر بازه خدمات اصلی اندازه گیری شود و بلوک ها باید قبل از اینکه فاصله از حداکثر مقدار تعیین شده سازنده سیلندر بیشتر شود، تعویض یا تنظیم شوند. این آخرین عمل اغلب نادیده گرفته می شود، زیرا بلوک های راهنما به جای بخشی از سیلندر، بخشی از ساختار جرثقیل در نظر گرفته می شوند، اما عملکرد آنها در مقاومت کمانشی سیلندر و عمر آب بندی آن ضروری است.