Siłownik hydrauliczny dźwigu ładowanego bocznie: konstrukcja i analiza awarii

Cylinder ślizgowy to element konstrukcyjny, który działa pod łącznym obciążeniem, a nie tylko prosty siłownik

A Siłownik hydrauliczny poślizgu żurawia bocznego różni się funkcjonalnie od standardowego cylindra hydraulicznego, ponieważ działa zarówno jako siłownik, jak i prowadnica konstrukcyjna. Jego głównym zadaniem jest wysuwanie i wsuwanie pośredniej sekcji wysięgnika lub wózka ślizgowego, na którym znajduje się zespół wideł podnoszących, ale po wysunięciu korpus cylindra i drążek muszą wytrzymać moment zginający narzucony przez przesunięte obciążenie — obciążenie, które może wytworzyć siłę boczną odpowiadającą 30% do 60% znamionowego udźwigu, w zależności od długości wysięgnika i odległości środka ładunku . Ten połączony stan obciążenia osiowego i zginającego odróżnia cylinder ślizgowy od czysto osiowego cylindra hydraulicznego w konwencjonalnym dźwigu. Średnica tłoczyska cylindra, rozstaw łożysk podporowych tłoczyska i konstrukcja wewnętrznego pierścienia prowadzącego tłoka zostały zaprojektowane tak, aby utrzymać ruch po linii prostej pod obciążeniem, nie dopuszczając do wygięcia tłoczyska lub tłoka w lufie, co spowodowałoby natychmiastowe przecięcie otworu cylindra i zainicjowanie kaskady uszkodzeń uszczelnień. Cylinder ślizgowy typowej 10-tonowej ładowarki bocznej pracuje przy ciśnieniach roboczych pomiędzy 180 i 250 barów , przy ciśnieniu próbnym sięgającym 375 barów, a korpus cylindra jest zwykle wytwarzany z szlifowanej, ciągnionej na zimno rury stalowej bez szwu, zgodnej z normą DIN 2391 lub ASTM A519, o wykończeniu powierzchni otworu od 0,2 do 0,4 mikrona Ra.

Średnica pręta i stosunek L/R zapobiegający wyboczeniu

Najbardziej krytycznym parametrem konstrukcyjnym hydraulicznego siłownika płozy żurawia ładowanego bocznie jest średnica tłoczyska w stosunku do długości skoku. Kiedy cylinder jest całkowicie wysunięty, pręt jest ściskaną kolumną, a współczynnik smukłości - efektywna długość kolumny podzielona przez promień bezwładności przekroju pręta - musi pozostać poniżej progu wyboczenia Eulera dla przyłożonego obciążenia . W przypadku cylindra ślizgowego o skoku 1,5 metra i średnicy tłoczyska 60 milimetrów współczynnik smukłości w warunkach przegubowych wynosi około 100:1. Jeśli łożysko podporowe pręta na końcu oczka pręta zapewnia skuteczne utwierdzenie boczne, długość efektywna jest zmniejszona, a zdolność do wyboczenia wzrasta nawet czterokrotnie w porównaniu z prętem nieprowadzonym. Z tego powodu tłoczysko siłownika płozy jest zawsze podparte na swoim zewnętrznym końcu przez blok ślizgowy lub wózek rolkowy, który porusza się po wewnętrznych szynach prowadzących konstrukcji wysięgnika — koniec drążka nie może poruszać się w bok, a ten system prowadnic stanowi element nośny zespołu cylindra, a nie tylko wygodę ustawiania. Typowo, gdy blok prowadzący zużywa się powyżej określonego luzu Maksymalnie 0,5 do 1,0 milimetra — koniec drążka zyskuje swobodę boczną, zwiększa się efektywna długość kolumny, a cylinder pracuje poza zaprojektowaną obwiednią wyboczenia.

Grubość chromowania i odporność na wżery

Tłoczysko cylindra poślizgowego jest chromowane do minimalnej grubości 20 mikronów dla zastosowań standardowych i 30 do 50 mikronów dla środowisk morskich lub korozyjnych , nakładany na podkład niklowy, który zapewnia rzeczywistą barierę antykorozyjną. Warstwa chromu nie jest odporna na korozję – jest mikropęknięta i porowata – ale podkład niklowy uszczelnia podłoże stalowe. Kiedy na tłoczysku cylindra płozy pojawiają się powierzchniowe plamy rdzy, oznacza to, że warstwa chromu uległa przetarciu, a podkład niklowy został naruszony, odsłaniając stal. W tym momencie tłoczysko znajduje się we wczesnym stadium uszkodzenia wżerowego i każdy cykl wysuwania i cofania powoduje przeciągnięcie wżerów na powierzchni przez uszczelkę tłoczyska, ścierając wargę uszczelnienia i wprowadzając zanieczyszczenia do płynu hydraulicznego.

Układ łożysk i pierścieni prowadzących wewnątrz cylindra

Wewnątrz hydraulicznego cylindra poślizgowego żurawia bocznego tłok nie styka się bezpośrednio ze ścianką lufy. Jeździ dalej pierścienie prowadzące z PTFE wypełnione fenolem lub szkłem, instalowane w rowkach wyciętych w średnicy zewnętrznej tłoka, zazwyczaj dwa pierścienie prowadzące oddalone od siebie o 30 do 50 milimetrów, z uszczelką tłoka umieszczoną pomiędzy nimi . Te pierścienie prowadzące pochłaniają część obciążenia bocznego połączonego obciążenia cylindra ślizgowego i zapobiegają kontaktowi metalu z metalem pomiędzy tłokiem a lufą. Dławik tłoczyska po stronie głowicy cylindrów zawiera podobną tuleję prowadzącą — często wykonaną z kompozytu PTFE na podłożu z brązu — która zabezpiecza tłoczysko przed obciążeniem bocznym i utrzymuje koncentryczność z uszczelką tłoczyska. Luz pomiędzy pierścieniami prowadzącymi a otworem lufy oraz pomiędzy tuleją pręta a prętem jest określony w punkcie Średnica od 0,10 do 0,25 milimetra dla cylindra o średnicy od 80 do 120 milimetrów . Gdy luz ten podwoi się na skutek zużycia pierścienia prowadzącego, uszczelka tłoka zaczyna wciskać się w szczelinę pod ciśnieniem, a uszczelka tłoczyska poddawana jest niekoncentrycznemu obciążeniu, które przyspiesza jej zużycie. Okres wymiany pierścienia prowadzącego w przypadku siłownika ślizgowego podczas transportu kontenerów o dużej wytrzymałości wynosi zazwyczaj od 3000 do 5000 godzin pracy. Po tym czasie należy zdemontować cylinder, zmierzyć i wymienić pierścienie prowadzące, niezależnie od tego, czy uszczelki wyraźnie przeciekają.

Konfiguracja uszczelnienia i zestaw uszczelek wielowargowych

Uszczelnienie tłoczyska w cylindrze ślizgowym nie jest pojedynczym elementem. Jest to ułożony na sobie układ co najmniej trzech elementów funkcjonalnych: a główna uszczelka z poliuretanu w kształcie litery U, która utrzymuje ciśnienie w układzie, wtórna uszczelka buforowa, która chroni uszczelkę główną przed skokami ciśnienia i stanowi dodatkową wargę uszczelniającą, oraz zewnętrzna uszczelka zgarniająca, która zgarnia zanieczyszczenia z powierzchni tłoczyska, zanim dotrą one do elementów uszczelniających . W butlach pracujących w środowiskach o dużym zanieczyszczeniu cząstkami stałymi – obszary portów z pyłem węglowym, cementem lub wiórami metalowymi – przed wycieraczką można zainstalować czwarty element, metalowy pierścień zgarniający, w celu mechanicznego usuwania związanych zanieczyszczeń, których zgarniacz elastomerowy nie jest w stanie usunąć. Dobór materiału uszczelnienia zależy od rodzaju płynu hydraulicznego i temperatury roboczej: standardowe uszczelnienia poliuretanowe są przystosowane do pracy w temperaturach od -30 do 100 stopni Celsjusza; do zastosowań wysokotemperaturowych powyżej 100 stopni zalecane są uszczelki fluorowęglowe. Najczęstszym rodzajem awarii uszczelnienia w cylindrach ślizgowych jest uszkodzenie uszczelki zgarniającej i umożliwienie przedostania się zanieczyszczeń do głównej miseczki w kształcie litery U, która następnie działa jak masa docierająca pomiędzy wargą uszczelniającą a powierzchnią chromowanego pręta, powodując powstanie rowka w obu przypadkach.

Uszczelka tłoka i nieszczelność wewnętrznego obejścia

Uszczelnienie tłoka, umieszczone na tłoku wewnątrz cylindra, oddziela pełną stronę cylindra od strony pierścienia. Zwykle jest to A Uszczelnienie stopniowe na bazie PTFE z elastomerowym pierścieniem aktywującym zapewniającym promieniową siłę docisku lub uszczelka ślizgowa z PTFE wypełniona szkłem do zastosowań wymagających wyższego ciśnienia. Kiedy uszczelka tłoka ulega zużyciu, płyn hydrauliczny przepływa wewnętrznie ze strony wysokiego ciśnienia na stronę niskiego ciśnienia tłoka, a objawem jest dryf cylindra pod obciążeniem – wózek ślizgowy powoli się cofa, mimo że zawór sterujący znajduje się w położeniu neutralnym. Ten wewnętrzny wyciek nie powoduje zewnętrznego wycieku płynu i nie można go zdiagnozować na podstawie oględzin. Badanie polega na wywołaniu ciśnienia w cylindrze przy całkowicie wysuniętym tłoczysku i zmierzeniu szybkości chowania tłoczyska w określonym przedziale czasowym; prędkość dryfu przekraczająca 5 milimetrów na minutę pod obciążeniem znamionowym zazwyczaj oznacza, że uszczelka tłoka wymaga wymiany .

Zanieczyszczenie płynu hydraulicznego i podatność siłownika płozy

Siłownik ślizgowy żurawia załadowczego bocznego działa poziomo, a to ustawienie sprawia, że jest on bardziej podatny na pewne awarie związane z zanieczyszczeniami niż siłownik montowany pionowo. W pionowym cylindrze grawitacja pomaga osadzić cząstki stałe na dnie cylindra, z dala od uszczelki tłoka. W poziomym cylindrze poślizgowym zanieczyszczenia pozostają zawieszone na całej długości otworu lufy, a każdy skok powoduje przeciągnięcie cząstek po całej powierzchni styku uszczelnienia . Po wysunięciu trzpień jest narażony na działanie pyłu i wilgoci z otoczenia, a każdy cykl wciągania wciąga wszystko, co osiadło na powierzchni trzpienia, do uszczelki zgarniającej. Filtracja układu hydraulicznego powinna utrzymywać czystość płynu ISO 4406 18/16/13 lub lepsza dla cylindra poślizgowego pracującego w porcie lub środowisku przemysłowym , z filtrem powrotnym wychwytującym cząstki o wielkości bezwzględnej do 10 mikronów. Zignorowanie wskaźnika obejścia filtra lub element filtrujący, który nie jest wymieniany w określonych odstępach czasu, powoduje bezpośredni kontakt uszczelek cylindra ślizgowego z cząstkami ściernymi, które skracają żywotność uszczelnienia o 50% do 70% w porównaniu z cylindrem pracującym na czystym płynie.

Prostoliniowość pręta i tolerancja zapobiegająca uszkodzeniu uszczelki

Tłoczysko hydraulicznego cylindra poślizgowego żurawia ładowanego bocznie musi utrzymywać tolerancję prostoliniowości, która jest często określana, ale rzadko weryfikowana w terenie po użytkowaniu cylindra. Standardowa tolerancja prostoliniowości nowego tłoczyska cylindra ślizgowego wynosi 0,2 milimetra na metr długości pręta, mierzone jako całkowity odczyt wskaźnika w punkcie środkowym pręta, z prętem podpartym na obu końcach . Drążek, który został wygięty — zwykle w wyniku uderzenia bocznego w wózek ślizgowy lub w wyniku obsługi żurawia z przeciążonym wysięgnikiem i częściowo wysuniętym siłownikiem ślizgowym — przekroczy tę tolerancję. Wygięty pręt wywiera cykliczne obciążenie boczne na tuleję tłoczyska i uszczelkę przy każdym skoku, powodując charakterystyczny wzór zużycia: tuleja tłoczyska zużywa się, tworząc owalny kształt, a w uszczelce tłoczyska pojawia się nieszczelność, która pojawia się tylko w jednym określonym położeniu przedłużenia tłoczyska — w położeniu, w którym wygięta część przechodzi przez uszczelkę. Sprawdzenie prostości tłoczyska za pomocą czujnika zegarowego i klinów V to etap diagnostyczny, który należy wykonać za każdym razem, gdy cylinder ślizgowy wykazuje niewyjaśnioną awarię uszczelnienia wkrótce po wymianie, ponieważ wygięty pręt zniszczy nowy zestaw uszczelek w ciągu kilku tygodni od montażu.

Wyrównanie montażu i obciążenie boczne, które nigdy nie zostało zaprojektowane

Siłownik ślizgowy jest montowany pomiędzy konstrukcją wysięgnika głównego żurawia a wózkiem ślizgowym za pośrednictwem sworzniowych mocowań na obu końcach. Jeżeli te dwa punkty mocowania nie są ustawione na tej samej osi w ramach określonej tolerancji, cylinder poddawany jest a stałe obciążenie boczne, które działa na łożysko korbowodu i prowadnice tłoka, nawet gdy cylinder nie jest pod obciążeniem roboczym . Tolerancja wyrównania dla instalacji cylindra ślizgowego jest typowa Współosiowość ± 0,5 milimetra pomiędzy sworzniami mocującymi na końcu lufy i na końcu drążka na całej długości skoku . Niewspółosiowość może wystąpić podczas wstępnego montażu lub może rozwijać się z biegiem czasu w miarę zmęczenia konstrukcji żurawia, odkształcania się konstrukcji spawanych lub nierównomiernego zużycia szyn prowadzących ślizgaczy. Wskaźnikiem diagnostycznym niewspółosiowości montażu jest wyciek z cylindra z uszczelki tłoczyska lub wykazanie nierównomiernego zużycia tulei tłoczyska pomimo prostego tłoczyska, czystego płynu i prawidłowo dobranych uszczelek. Działanie naprawcze polega na odłączeniu końcówki drążka, zmierzeniu wyrównania pomiędzy otworami sworzni z cylindrem w połowie skoku za pomocą naprężonego drutu lub laserowego narzędzia do wyrównywania oraz podkładce lub obróbce wsporników montażowych, aby zapewnić wyrównanie zgodnie ze specyfikacją.

Procedury remontowe i krytyczna sekwencja demontażu

Regeneracja siłownika hydraulicznego dźwigu ładowacza bocznego odbywa się w określonej kolejności, która zapobiega uszkodzeniu nowo zainstalowanych komponentów. Przed rozpoczęciem demontażu należy Cylinder musi być całkowicie wsunięty, a przewody hydrauliczne zamknięte, aby zapobiec utracie płynu i przedostawaniu się zanieczyszczeń . Dławik prętowy odkręca się za pomocą klucza kołkowego lub klucza fabrycznego, który wchodzi w otwory klucza dławika – nigdy klucza do rur, który odkształca dławik i tworzy ścieżkę wycieku. Zespół tłoczyska i tłoczyska są wyjmowane z lufy za pomocą kontrolowanego podnośnika od góry, a tłok jest natychmiast podpierany na blokach V, aby zapobiec wygięciu pręta przez ciężar tłoczyska na złączu gwintu tłoka. Nakrętkę mocującą tłok usuwa się – często zabezpiecza się ją środkiem Loctite, a do zwolnienia wymaga podgrzania do 150 stopni Celsjusza – a tłok i dławik zsuwa się z tłoczyska. Otwór lufy sprawdza się za pomocą boroskopu w celu oceny nacięć, a wszelkie rysy głębsze niż 0,5 milimetra, które można wyczuć paznokciem, wymagają honowania lub wymiany lufy. Nowe uszczelnienia montuje się za pomocą specjalnie zaprojektowanych tulei montażowych, które zapobiegają przecięciu warg uszczelniających przez ostre krawędzie gwintów tłoczyska i otwory przelotowe lufy podczas ponownego montażu. Gwinty ustalające dławika i gwinty nakrętki tłoka są czyszczone i pokrywane środkiem przeciwzatarciowym, a dławik dokręcany jest momentem zgodnym ze specyfikacją producenta — zazwyczaj 200 do 400 Newtonometrów dla cylindra o średnicy 100 milimetrów . Po zmontowaniu cylinder poddaje się pięciokrotnym cyklom pod niskim ciśnieniem, aby umożliwić osadzenie uszczelek, a następnie testuje się przy pełnym ciśnieniu w układzie, obserwując, czy nie występują wycieki zewnętrzne i dryf tłoczyska.

Diagnozowanie awarii cylindra i wycieku zaworu sterującego

Gdy wózek ślizgowy dryfuje pod obciążeniem, przyczyną może być wewnętrzny wyciek z cylindra lub może to być kierunkowy zawór sterujący zasilający cylinder. Te dwa stany dają identyczne objawy – wózek porusza się, gdy powinien pozostać nieruchomy – ale wymagają zupełnie innych działań naprawczych. Ostateczną procedurą diagnostyczną jest test izolacji cylindra: przy obciążeniu cylindra przewody hydrauliczne na króćcach cylindra są odłączane i zatykane zaślepkami JIC lub ORFS dostosowanymi do ciśnienia w układzie . Jeśli dryf wózka zatrzyma się natychmiast po zamknięciu przewodów, oznacza to, że wyciek występuje w zaworze sterującym, ponieważ zatkany cylinder utrzymuje ciśnienie. Jeśli dryf będzie się utrzymywał przy zatkanych przewodach, wyciek ma miejsce wewnątrz cylindra, poprzez uszczelkę tłoka. Wykonanie tego testu wymaga zachowania rygorystycznych środków bezpieczeństwa — przed odłączeniem jakiejkolwiek linii hydraulicznej obciążenie musi być podparte niezależnie, a zaślepki muszą być przystosowane do pełnego ciśnienia w układzie, łącznie z skokami ciśnienia. Zastąpienie wtyczki o niższej wartości znamionowej lub wtyczki prowizorycznej może skutkować katastrofalnym uwolnieniem płynu pod wysokim ciśnieniem.

Konserwacja zapobiegawcza wydłużająca żywotność cylindra ślizgowego poza standardowy okres

Żywotność siłownika hydraulicznego dźwigu ładowacza bocznego jest wprost proporcjonalna do konsekwencji trzech czynności konserwacji zapobiegawczej. Po pierwsze, przed każdą zmianą biegów odsłoniętą część tłoczyska należy wytrzeć do czysta niestrzępiącą się szmatką lub po jakimkolwiek okresie, w którym żuraw był bezczynny przez ponad cztery godziny. Pył atmosferyczny osadzający się na tłoczysku w okresach przestoju jest wciągany do uszczelki zgarniającej podczas pierwszego cyklu cofania i gromadzi się we wnęce uszczelki. Po drugie, elementy filtra płynu hydraulicznego należy wymieniać zgodnie z harmonogramem opartym na wskazaniu różnicy ciśnień, a nie według kalendarza — filtr, który osiąga ciśnienie obejściowe po 1500 godzinach, należy wymieniać po 1500 godzinach, a nie po 2000 godzinach kalendarzowych. Po trzecie, luz bloku prowadzącego na końcu drążka należy mierzyć szczelinomierzem przy każdym większym przeglądzie serwisowym , a bloki należy wymienić lub wyregulować, zanim luz przekroczy maksymalną wartość określoną przez producenta cylindra. Ta ostatnia czynność jest często pomijana, ponieważ prowadnice są uważane za część konstrukcji dźwigu, a nie za część cylindra, ale ich funkcja jest integralną częścią wytrzymałości cylindra na wyboczenie i trwałości uszczelnienia.