Hidraulički klizni cilindar dizalice s bočnim utovarivačem: Dizajn i analiza kvarova

Klizni cilindar je strukturni element koji radi pod kombiniranim opterećenjem, a ne samo jednostavni aktuator

A hidraulički klizni cilindar dizalice s bočnim utovarivačem funkcionalno se razlikuje od standardnog hidrauličkog cilindra jer radi i kao aktuator i kao strukturna vodilica. Njegova primarna zadaća je izvlačenje i uvlačenje srednjeg dijela kraka ili kliznog nosača koji nosi sklop vilice za podizanje, ali dok je izvučen, tijelo cilindra i šipka moraju se oduprijeti moment savijanja nametnut pomaknutim opterećenjem—opterećenje koje može proizvesti bočnu silu ekvivalentnu 30% do 60% nazivnog kapaciteta dizanja, ovisno o duljini produženja kraka i udaljenosti središta tereta . Ovo kombinirano stanje aksijalnog i savijanja je ono po čemu se klizni cilindar razlikuje od čisto aksijalnog hidrauličkog cilindra na konvencionalnoj dizalici. Promjer šipke cilindra, razmak ležaja potpore klipa i unutarnji dizajn prstena za vođenje klipa projektirani su za održavanje pravocrtnog gibanja pod opterećenjem bez dopuštanja savijanja šipke ili naginjanja klipa unutar cijevi, što bi odmah zarezalo provrt cilindra i pokrenulo kaskadu kvara brtve. Klizni cilindar na tipičnom bočnom utovarivaču od 10 tona radi na radnom tlaku između 180 i 250 bara , s ispitnim tlakovima koji dosežu 375 bara, a tijelo cilindra obično se proizvodi od brušene hladno vučene bešavne čelične cijevi u skladu s DIN 2391 ili ASTM A519 s površinom provrta od 0,2 do 0,4 mikrona Ra.

Promjer šipke i omjer L/R koji sprječava izvijanje

Najkritičniji konstrukcijski parametar za hidraulički klizni cilindar dizalice s bočnim utovarivačem je promjer šipke u odnosu na duljinu hoda. Kada je cilindar potpuno ispružen, šipka je stup pod pritiskom, a omjer vitkosti — efektivna duljina stupa podijeljena s radijusom vrtnje poprečnog presjeka šipke — mora ostati ispod Eulerovog praga izvijanja za primijenjeno opterećenje . Za klizni cilindar s hodom od 1,5 metara i promjerom šipke od 60 milimetara, omjer vitkosti je približno 100:1 u uvjetima pričvršćenog kraja. Ako potporni ležaj šipke na kraju ušice šipke osigurava učinkovito bočno zadržavanje, efektivna duljina se smanjuje, a kapacitet izvijanja povećava se za faktor do četiri u usporedbi s nevođenom šipkom. Zbog toga je šipka kliznog cilindra uvijek poduprta na svom vanjskom kraju kliznim blokom ili kolicima s valjcima koji se kreću po unutarnjim vodilicama konstrukcije kraka—kraj poluge se ne može slobodno pomicati bočno, a ovaj sustav vodilica nosiva je komponenta sklopa cilindra, a ne samo pogodno za poravnanje. Kada se blok vodilice istroši preko specificiranog zazora—obično 0,5 do 1,0 milimetar maksimalno — kraj šipke dobiva bočnu slobodu, efektivna duljina stupa se povećava, a cilindar radi izvan svoje projektirane ovojnice izvijanja.

Debljina kromiranja i otpornost na udubljenje

Klipnjača na kliznom cilindru je kromirana minimalne debljine od 20 mikrona za standardnu uslugu i 30 do 50 mikrona za morsko ili korozivno okruženje , nanesena preko podloge od nikla koja pruža stvarnu barijeru protiv korozije. Kromirani sloj nije otporan na koroziju—ima mikropukotine i porozan je—ali podsloj od nikla brtvi čeličnu podlogu. Kada se na šipki kliznog cilindra pojave mrlje od površinske hrđe, to znači da je sloj kroma istrošen i da je podsloj od nikla puknut, otkrivajući čelik. U ovoj točki, šipka je u ranim fazama kvara zbog udubljenja, a svaki ciklus istezanja-povlačenja izvlači udubljenu površinu kroz brtvu šipke, habajući rub brtve i unoseći onečišćenje u hidrauličku tekućinu.

Sustav ležaja i prstena za vođenje unutar cilindra

Unutar hidrauličkog kliznog cilindra dizalice s bočnim utovarivačem, klip ne dodiruje izravno stijenku cijevi. Jaše dalje PTFE vodeći prstenovi punjeni fenolom ili staklom koji su ugrađeni u žljebove strojno izrađene u vanjskom promjeru klipa, obično dva vodeći prstena razmaknuta 30 do 50 milimetara s brtvom klipa smještenom između njih . Ovi vodeći prstenovi apsorbiraju komponentu bočnog opterećenja kombiniranog opterećenja kliznog cilindra i sprječavaju kontakt metala na metal između klipa i cijevi. Žlijezda šipke na kraju glave cilindra sadrži sličnu čahuru za vođenje - često PTFE kompozit s brončanom podlogom - koja podupire šipku protiv bočnog opterećenja i održava koncentričnost s brtvom šipke. Zazor između prstenova za vođenje i provrta cijevi te između čahure šipke i šipke specificiran je na 0,10 do 0,25 milimetara u promjeru za cilindar od 80 do 120 milimetara promjera . Kada se ovaj zazor udvostruči zbog istrošenosti vodećeg prstena, klipna brtva počinje ekstrudirati u raspor pod pritiskom, a klipna brtva je podvrgnuta nekoncentričnom opterećenju koje ubrzava njeno trošenje. Interval zamjene vodećih prstenova za klizni cilindar u operacijama rukovanja teškim kontejnerima je obično 3.000 do 5.000 radnih sati, nakon čega se cilindar treba rastaviti, a vodeći prstenovi izmjeriti i zamijeniti bez obzira na to cure li brtve vidljivo.

Konfiguracija brtve i niz brtvi šipke s više usana

Brtva šipke na kliznom cilindru nije jedna komponenta. To je naslagani raspored od najmanje tri funkcionalna elementa: a primarna poliuretanska U-čašičasta brtva koja drži tlak u sustavu, sekundarna međuspremna brtva koja štiti primarnu brtvu od skokova tlaka i osigurava pomoćni brtveni rub, te vanjska brtva brisača koja struže onečišćenje s površine šipke prije nego što dođe do brtvenih elemenata . U cilindrima koji rade u okruženjima s visokom kontaminacijom česticama - područja otvora s ugljenom prašinom, cementom ili metalnim strugotinama - četvrti element, metalni prsten za struganje, može se ugraditi ispred brisača za mehaničko uklanjanje zalijepljenih krhotina koje elastomerni brisač ne može ukloniti. Odabir materijala brtve ovisi o vrsti hidrauličke tekućine i radnoj temperaturi: standardne poliuretanske brtve predviđene su za -30 do 100 stupnjeva Celzijusa; za primjenu na visokim temperaturama iznad 100 stupnjeva, specificirane su fluorokarbonske brtve. Pojedinačni najčešći način kvara brtve u kliznim cilindrima je degradacija brtve brisača i dopuštanje onečišćenju da dopre do primarne U-čašice, koja zatim djeluje kao spoj za pričvršćivanje između ruba brtve i površine kromirane šipke, stvarajući utor u obje.

Brtva klipa i unutarnje premosno curenje

Brtva klipa, smještena na klipu unutar cijevi cilindra, odvaja stranu punog provrta cilindra od strane prstena. Obično je a Stepenasta brtva na bazi PTFE-a s elastomernim energizirajućim prstenom koji osigurava radijalnu kontaktnu silu , ili klizna brtva PTFE ispunjena staklom za primjene pod višim tlakom. Kada se brtva klipa istroši, hidraulička tekućina interno zaobilazi s visokotlačne strane na niskotlačnu stranu klipa, a simptom je pomicanje cilindra pod opterećenjem—klizni nosač polako se uvlači iako je kontrolni ventil u neutralnom položaju. Ovo unutarnje curenje ne dovodi do vanjskog curenja tekućine i ne može se dijagnosticirati vizualnim pregledom. Ispitivanje se sastoji u stvaranju tlaka u cilindru s potpuno ispruženom šipkom i mjerenju stope uvlačenja šipke u određenom vremenskom intervalu; brzina zanošenja prekoračenje 5 milimetara u minuti pod nazivnim opterećenjem obično označava klipnu brtvu koju treba zamijeniti .

Kontaminacija hidrauličke tekućine i ranjivost kliznog cilindra

Klizni cilindar na dizalici s bočnim utovarivačem radi vodoravno, a ova orijentacija ga čini osjetljivijim na određene načine kvara povezane s kontaminacijom od okomito postavljenog cilindra. U okomitom cilindru, gravitacija pomaže u taloženju čestica onečišćenja na dno bačve, dalje od brtve klipa. U vodoravnom kliznom cilindru, kontaminacija ostaje lebdjeti duž cijele duljine provrta cijevi, a svaki potez vuče čestice preko cijele kontaktne površine brtve . Šipka, kada je ispružena, izložena je prašini i vlazi iz okoline, a svaki ciklus uvlačenja povlači ono što se nataložilo na površini šipke u brtvu brisača. Filtriranje hidrauličkog sustava treba održavati čistoću tekućine ISO 4406 18/16/13 ili bolji za klizni cilindar koji radi u luci ili industrijskom okruženju , s povratnim filtrom koji hvata čestice do 10 mikrona apsolutno. Indikator premosnice filtra koji se zanemaruje ili filtarski element koji se ne mijenja u navedenom intervalu dovodi brtve kliznog cilindra u izravan kontakt s abrazivnim česticama koje smanjuju vijek trajanja brtve za 50% do 70% u odnosu na cilindar koji radi s čistom tekućinom.

Ravnost šipke i tolerancija koja sprječava oštećenje brtve

Klipnjača na hidrauličnom kliznom cilindru dizalice s bočnim utovarivačem mora održavati toleranciju ravnosti koja se često navodi, ali se rijetko provjerava na terenu nakon što je cilindar bio u upotrebi. Standardna tolerancija ravnosti za novu šipku kliznog cilindra je 0,2 milimetra po metru duljine štapa, izmjereno kao ukupno očitanje indikatora na sredini štapa sa štapom poduprtim na oba kraja . Šipka koja je bila savijena - obično od bočnog udara u klizna kolica ili od rada dizalice s preopterećenom granom i djelomično izvučenim kliznim cilindrom - premašit će ovu toleranciju. Savijena šipka nameće cikličko bočno opterećenje na čahuru i brtvu šipke sa svakim hodom, stvarajući karakterističan uzorak trošenja: čahura šipke se istroši u ovalni oblik, a brtva šipke razvija curenje koje se pojavljuje samo na jednom određenom položaju produžetka šipke - položaju gdje savijeni dio prolazi kroz brtvu. Provjera ravnosti šipke s indikatorom na brojčaniku i V-blokovima dijagnostički je korak koji bi se trebao izvesti kad god klizni cilindar pokaže neobjašnjivi kvar brtve ubrzo nakon zamjene, jer će savijena šipka uništiti novu brtvu nekoliko tjedana nakon ugradnje.

Poravnanje montaže i bočno opterećenje koje nikada nije projektirano

Klizni cilindar je montiran između glavne konstrukcije kraka dizalice i kliznog kliznog kolica pomoću spojnih nosača na oba kraja. Ako ove dvije točke ugradnje nisu poravnate na istoj osi unutar navedene tolerancije, cilindar se podvrgava stalno bočno opterećenje koje djeluje na ležaj klipa i vodilice klipa čak i kada cilindar nije pod radnim opterećenjem . Tolerancija poravnanja za ugradnju kliznog cilindra je tipična ±0,5 milimetara koaksijalnosti između montažnih klinova na kraju cijevi i kraju šipke tijekom cijele duljine hoda . Neusklađenost se može pojaviti tijekom početnog sastavljanja ili se može razviti tijekom vremena jer se konstrukcija dizalice zamara, kako se zavareni spojevi iskrivljuju ili kako se tračnice kliznih kolica neravnomjerno troše. Dijagnostički pokazatelj neusklađenosti montaže je cilindar koji curi iz brtve šipke ili pokazuje neravnomjerno trošenje čahure šipke unatoč tome što ima ravnu šipku, čistu tekućinu i ispravno određene brtve. Korektivna radnja je odspojiti kraj šipke, izmjeriti poravnanje između provrta klina i cilindra u srednjem hodu pomoću zategnute žice ili laserskog alata za poravnanje i podmetnuti ili obraditi montažne nosače kako bi se poravnanje uskladilo unutar specifikacije.

Postupci remonta i kritični redoslijed rastavljanja

Ponovna izgradnja hidrauličkog kliznog cilindra dizalice s bočnim utovarivačem slijedi određeni slijed koji sprječava oštećenje novougrađenih komponenti. Prije početka rastavljanja, cilindar mora biti potpuno uvučen, a hidraulični vodovi zatvoreni kako bi se spriječio gubitak tekućine i ulazak kontaminacije . Uvjetna šipka se odvrće pomoću ključa s iglom ili tvorničkog ključa koji zahvata rupe za ključeve na uvodnici—nikada ključem za cijevi, koji deformira uvodnicu i stvara put curenja. Sklop šipke i klipa izvlači se iz cijevi pomoću kontroliranog podizanja iznad glave, a klip se odmah podupire na V-blokove kako bi se spriječilo da težina šipke savije šipku na spoju navoja klipa. Uklanja se pričvrsna matica klipa—to se često učvršćuje Loctiteom i zahtijeva zagrijavanje na 150 stupnjeva Celzijusa da bi se otpustilo—a klip i uvodnica skliznu sa šipke. Provrt cijevi pregledava se boroskopom radi zarezivanja, a svaka ogrebotina dublja od 0,5 milimetara koja se može osjetiti noktom zahtijeva brušenje ili zamjenu cijevi. Nove brtve se ugrađuju pomoću namjenski izrađenih ugradbenih čahura koje sprječavaju rezanje rubova brtve oštrim rubovima navoja šipke i otvorima otvora cijevi tijekom ponovnog sastavljanja. Navoji za pričvršćivanje brtve i navoji matice klipa se čiste i premazuju smjesom protiv zapinjanja, a brtva se zateže prema specifikaciji proizvođača—obično 200 do 400 Newton-metara za cilindar promjera 100 milimetara . Nakon sastavljanja, cilindar se pet puta okreće pri niskom tlaku kako bi se omogućilo brtvama da nasjednu, zatim se testira pri punom tlaku sustava uz promatranje vanjskog curenja i pomaka šipke.

Dijagnosticiranje između kvara cilindra i curenja kontrolnog ventila

Kada klizna kolica zanose pod opterećenjem, uzrok može biti unutarnje curenje iz cilindra ili to može biti ventil za upravljanje smjerom koji opskrbljuje cilindar. Ova dva stanja proizvode identične simptome - kolica se pomiču kada bi trebala ostati nepomična - ali zahtijevaju potpuno različite korektivne radnje. Konačna dijagnostička procedura je test izolacije cilindra: dok je cilindar pod opterećenjem, hidraulički vodovi na otvorima cilindra su odspojeni i začepljeni s JIC ili ORFS slijepim čepovima naznačenim za tlak sustava . Ako zanošenje kolica odmah prestane kada su vodovi začepljeni, curenje je u kontrolnom ventilu, jer zatvoreni cilindar drži tlak. Ako se pomicanje nastavi s zatvorenim vodovima, curenje je unutar cilindra preko brtve klipa. Izvođenje ovog testa zahtijeva stroge sigurnosne mjere—teret mora biti neovisno podržan prije odvajanja bilo kojeg hidrauličkog voda, a slijepi čepovi moraju biti ocijenjeni za puni tlak u sustavu, uključujući skokove tlaka. Zamjena čepa s nižom nominalnom oznakom ili improviziranog čepa može rezultirati katastrofalnim ispuštanjem tekućine pod visokim pritiskom.

Preventivno održavanje koje produljuje vijek trajanja kliznog cilindra preko standardnog intervala

Životni vijek hidrauličkog kliznog cilindra dizalice s bočnim utovarivačem izravno je proporcionalan dosljednosti tri preventivne radnje održavanja. Prvo, izloženi dio klipnjače mora se obrisati krpom koja ne ostavlja dlačice prije svake smjene , ili nakon bilo kojeg razdoblja u kojem je dizalica bila u stanju mirovanja dulje od četiri sata. Atmosferska prašina koja se taloži na šipki tijekom razdoblja mirovanja uvlači se u brtvu brisača tijekom prvog ciklusa uvlačenja i nakuplja se u šupljini brtve. Drugo, elementi filtra hidrauličke tekućine moraju se mijenjati prema rasporedu koji se temelji na indikaciji razlike tlaka, a ne prema kalendaru — filtar koji dostigne svoj premosni tlak nakon 1500 sati treba mijenjati nakon 1500 sati, a ne u kalendarskom intervalu od 2000 sati. Treće, zazor bloka vodilice na kraju šipke mora se mjeriti mjeračima u svakom većem servisnom intervalu , a blokovi se moraju zamijeniti ili namjestiti prije nego što zazor prijeđe najveću specificiranu vrijednost proizvođača cilindra. Ova zadnja radnja često se zanemaruje jer se blokovi vodilica smatraju dijelom strukture dizalice, a ne dijelom cilindra, ali njihova je funkcija sastavni dio otpora cilindra na izvijanje i vijeka trajanja brtve.