Проблемы в гидравлических цилиндрах

7.0. ПРОБЛЕМЫ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЦИЛИНДРАХ

7.1. ПРОБЛЕМА ВОЗДУХА В МАСЛЕ

Проблема воздуха в масле очень распространена, особенно в мобильной гидравлике. Присутствие воздуха в масле имеет три важных эффекта. Эти; Эффект струйной резки – это эффект Дизеля и кавитация.

7.1.1. ЭФФЕКТ струйной резки

Воздух присутствует в масле в растворенном или нерастворенном виде. Молекулярно растворенный воздух присутствует во всех гидравлических маслах. Молекулы газа либо смешаны с молекулами нефти, либо прикреплены к ним. В зависимости от типа жидкости количество воздуха, в котором она может раствориться, варьируется. Такой растворенный воздух не оказывает отрицательного влияния на сжимаемость, вязкость и эффективность герметика масла.

Нерастворенный воздух в масле заставляет жидкость вести себя совсем по-другому, особенно при низком давлении (около 60 бар). Например, если скорость жидкости увеличивается, воздух в ней уносится в виде пузырьков.

Если жидкость под давлением содержит нерастворенный воздух, этот воздух задерживается и попадает в корпус уплотнения. Затем, когда давление здесь падает, сжатые пузырьки высвобождаются и расширяются с огромной энергией. При этом страдает не только уплотнительный элемент, но и металлические поверхности поршня, увеличивается шероховатость поверхности.

Если царапины на уплотнительном элементе в результате этих взрывов продольные, то эти капиллярные каналы выполняют роль сопла. Пока жидкость ускоряется, она создает в этих патрубках эффект струи и открывает в этих местах прорези. При этом частицы жидкости быстро проходят через зазор, достигают задней части уплотнительного элемента и изнашивают заднюю поверхность уплотнительного элемента. Если в жидкости имеется большое количество нерастворенного воздуха, это расширение может расколоть уплотнение на две части. Чаще всего такого рода повреждения возникают в уплотнительных элементах, изготовленных из прорезиненной ткани. Причина этого в том, что его структура более пористая, чем у однородного резинового уплотнительного элемента, и его воздухопроницаемость выше.

Этого ущерба можно избежать, увеличив разрыв текучести на этапе проектирования. Потому что здесь не поток изнашивает уплотнительный элемент, а выходящий за уплотнительный элемент сжатый воздух. Пузырьки сжатого воздуха также проникают в однородные эластомерные уплотнительные элементы и изнашивают уплотнительный элемент при расширении. Когда это уплотнение снято, обычно видно, что изнашивается поверхность кромки динамического уплотнения уплотнительного элемента.Объем уплотнительного элемента увеличился, а его материал размягчился.

В гидравлических системах удары давления также могут возникать при коротких ходах, а пузырьки воздуха в системе нагружаются очень высокой тепловой энергией. В уравнении идеального газа давление и температура прямо пропорциональны, а при увеличении давления увеличивается температура.Когда нагретые частицы воздуха расширяются, они расплавляют поверхность уплотнительного элемента высокой температурой и силой натяжения и отрывают от него куски. . Исследования показали, что температура этих пузырьков воздуха значительно превышает 200°С и может достигать даже 1000°С. Эта температура меняется в зависимости от размера воздушного пузыря до сжатия, давления, скорости и нагрузки.

7.1.2. ДИЗЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

Наиболее серьезные повреждения гидроцилиндров вызваны взрывом дизеля под воздействием воздуха в масле. Быстро сжатый воздух внезапно достигает такой высокой температуры, что вызывает возгорание и взрыв воздушно-масляной смеси в окружающей среде. Это чаще встречается в цилиндрах, работающих с переменными нагрузками. Во время этого взрыва давление в зоне взрыва приводит к увеличению номинального рабочего давления в 5–6 раз, что приводит к повреждению материалов подшипников и металлических поверхностей, особенно уплотнительного элемента. Повреждение уплотнительного элемента и термопластических деталей проявляется в виде локального подгорания и плавления.

В заключение, учитывая ущерб, вызванный эффектом дизельного топлива, понятно, что контроль количества воздуха в масле очень важен. По этой причине следует принять меры предосторожности, чтобы предотвратить попадание воздуха в масляный бак, насос, клапаны и цилиндры. При замене или вводе в эксплуатацию баллона необходимо убедиться в отсутствии в нем воздуха. В противном случае эффект струи и дизельного топлива приведет к разрушению уплотнительного элемента.

Система подвергается опасности, как только точка насыщения масла воздухом будет превышена при нормальном давлении. Даже ниже точки насыщения вакуум, который образуется в системе, может отделить воздух от масла путем конденсации и повредить уплотнительный элемент (см. Катион). При снятии поврежденного уплотнения в проблемном цилиндре его необходимо проверить вместе с разработчиком поршня и производителем уплотнения. Потому что замена уплотнительного элемента на новый проблему не решит.

7.1.3. КАВИТАЦИЯ

Когда жидкость под давлением проходит через горло, например клапан, скорость жидкости увеличивается. Согласно уравнению Бернулли (Pst+Pdyn = константа), когда динамическое давление увеличивается из-за скорости, уменьшение статического давления может продолжаться до тех пор, пока не образуется вакуум. В результате насыщенный воздух из масла выделяется в виде капель пара. Это явление называется катионом. Когда эти капли пара проходят через горло и попадают в зону давления, они взрываются. Если этот взрыв произойдет на уплотнении или металлической поверхности, большие силы, возникающие при взрыве, разрушат их поверхности. Это состояние называется струйной эрозией.

В системах, работающих на гидравлическом масле, возможность кавитации очень мала, поскольку давление паров масла очень низкое (1,5-2,5 Торр) и этого может быть достаточно для шлифовки ровных поверхностей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наличие нерастворенного воздуха в масле представляет большую опасность для гидравлических систем. Почему в масле воздух? Как мы можем это предотвратить?

1. Воздух образуется в системе при вводе в эксплуатацию, разборке и сборке. Когда насос, клапан или поршень вновь подключаются к системе или разбираются из-за неисправности или технического обслуживания, воздух необходимо удалить. Например; Насосы следует эксплуатировать после удаления воздуха из вентиляционных пробок путем ручного поворота с вала двигателя или шкива, поскольку воздух должен быть выпущен из поршней, а соединения труб или шлангов должны быть выполнены правильно.

2. Ослабленные фитинги приводят к попаданию воздуха в систему. Важным фактором является использование некачественного крепежа. Кроме того, в системах с ударными нагрузками и вибрациями (например, строительных машинах) часто ослабевают крепления. По этой причине следует проводить частые проверки и по возможности использовать в соединениях таких машин химические комбайнеры.

3. Факторы конструкции могут привести к попаданию воздуха в масло. Многие проектировщики машин работают с минимальными размерами по объему гидробака и размещению насоса из-за проблем с пространством. Объем масляного бака, для всех пользователей макс.
При использовании масла оно должно обеспечивать необходимый безопасный уровень масла для всасывания насоса. Кроме того, возврат масла в бак не должен осуществляться слишком высоко, быстро и таким образом, чтобы масло встряхивалось, и это не следует делать вблизи места всасывания насоса. Следует использовать уплотнительные элементы для тяжелых условий эксплуатации, особенно при изготовлении некоторых поршней, которые будут подвергаться ударным воздействиям и вибрации, например, строительной техники, и в то же время пространство для утечки уплотнительного элемента должно оставаться чрезмерным, и уплотнительный элемент должен поддерживаться кольцом подшипника.

7.2. ЗАДАЧА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Одной из проблем, с которыми мы часто сталкиваемся в гидравлических цилиндрах, является гидродинамическое давление. Кратчайшее определение гидродинамического давления; Это когда давление в пространстве между уплотнительными элементами в гидроцилиндрах и несущим элементом достигает значения, значительно превышающего давление в системе, что приводит к необратимой деформации уплотнительного элемента. Прежде чем мы опишем формирование гидродинамического давления, нам хотелось бы определиться с некоторыми терминами, которые мы будем использовать.

AB: Впускные и выпускные отверстия гидравлической жидкости в цилиндре C: Головка поршня D
: Подушка
E: Шток
F: Направляющий
элемент G: Уплотнение горловины
H: Уплотнение поршня
I: Пылезащитное уплотнение
S: Зазор между штоком и элементом подшипника

На изображении гидроцилиндра двойного действия, который вы видите на рисунке 10, жидкость под давлением, поступающая из соединения А, перемещает шток вправо. При этом жидкость под давлением заполняет пространство «S» между опорным элементом и штоком и пространство перед элементом уплотнения горловины. При подаче жидкости под давлением в линию Б гидроцилиндра и превращении линии А в резервуар шток начинает перемещаться влево и перемещается по ходу цилиндра под действием давления.

В то же время, если в зазоре «S» применены жесткие допуски, очевидно, что большая часть гидравлической жидкости, остающейся здесь и на передней части уплотнения, не может быть заправлена ​​из линии А. На каждом этапе этого процесса количество скопившейся здесь гидравлической жидкости будет увеличиваться, работая подобно насосу, создавая давление, во много раз превышающее давление в системе, и вызывая деформацию горловины уплотнительного элемента и даже цилиндра.

На рисунке 11 взята горловина конструкции гидроцилиндра, а таблица внутри показывает повышение гидродинамического давления (ph). Возрастающее значение при повторении движения можно рассчитать по эмпирическому выражению, приведенному ниже.

Ф= 6В.ЛИ.1/С2

Как видно из приведенного выше уравнения, на гидродинамическое давление напрямую влияют скорость сдвига, длина подшипника, динамическая вязкость жидкости и объем пространства между штоком и подшипником.

V=Скорость скольжения (м/сек)
Iy=Длина подшипника (м)
I=Динамическая вязкость (Па·сек)
S=Зазор между направляющей и стержнем (мм)

Некоторые предложения по решению проблемы гидродинамического давления приведены ниже. Хотя уменьшение значений числителя (скорость скольжения, длина подшипника, динамическая вязкость), приведенных в формуле гидродинамического давления, кажется решением, эти значения не следует изменять в основном из-за конструкции гидравлической системы. Если увеличить расстояние между несущим элементом в знаменателе и стержнем, то видно, что произойдет уменьшение величины гидродинамического давления прямо пропорционально квадрату его. В результате расширения пространства «S» оно не сможет выполнять роль направляющего элемента в гидроцилиндре и могут возникнуть гораздо более серьезные проблемы с действием вертикальных сил, приходящих на ось в гидроцилиндре.

Ниже приведены детали, используемые в качестве несущих элементов в гидроцилиндрах;
1. Подшипники из фенольной смолы (волокно)
2. Голубиные подшипники
3. Бронзовые подшипники
4. Подшипники из полиацеталя (POM) или полиамида (PA) 5. Подшипники с добавлением тефлона (бронза, углерод и т. д.)
6. Специальные металлические кольца с добавлением тефлона

Очевидно, что решения различаются в зависимости от типа несущего элемента. Скопление жидкости, которое может возникнуть на передней поверхности уплотнительного элемента, можно предотвратить, открыв винтовые каналы на чугунном или бронзовом подшипниковом элементе, показанном на рисунке 12.

В случаях, когда открыть эти спиральные каналы невозможно, гидродинамическое давление можно сбросить, открыв дренажное отверстие в канале элемента горловины, как показано на рисунке 13.

Если в качестве элемента подстилки используется ленточная подстилка, как показано на рисунке 14, наиболее важным моментом, который следует учитывать, является то, что подкладочная лента должна быть соединена встык по окружности. Как показано на рисунке 13, между ними следует оставить пространство по окружности, равное интервалу «k». Гидравлическая жидкость, оставшаяся на передней части уплотнения во время работы, должна вернуться в систему через этот зазор. 

Рекомендуемые величины зазора относительно значения окружного зазора (k), которые следует указывать при использовании направляющих элементов ремня, приведены ниже; 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гидродинамическое давление может привести к выходу из строя деталей гидроцилиндра вместе с гидроуплотнительным элементом, поэтому при проектировании и применении гидроцилиндров не следует допускать образования гидродинамического давления. 

8.0. УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ

8.1. Окружающая среда, влажность и температура
Изделия из резины, пластика и полиуретана следует хранить в прохладном и сухом месте. Температура хранения должна быть около 15°С и не превышать 25°С; относительная влажность должна быть менее 65%. Необходимо исключить контакт уплотнительных элементов с воздухом при упаковке.

8.2. Свет и ультрафиолетовые лучи
Важно защищать продукцию от прямых солнечных лучей и сильного искусственного света с высоким уровнем ультрафиолета. 

8.3. В зоне хранения кислорода и озона
не должно быть никаких устройств, генерирующих озон, таких как электродвигатели или устройства высокого напряжения.

8.3. Деформация
Резиновые изделия не должны подвергаться растяжению, давлению или изгибу. Размещение продукта в горизонтальном положении во избежание смятия защищает его от растяжения и снижает вероятность деформации.

8.4. Контакт с маслами и гидравлическими жидкостями Следует избегать контакта
с жидкостями и полутвердыми материалами, особенно с растворителями, такими как масла или смазки. 

8.5. Контакт с металлами Металлы,
такие как марганец, железо и медь или медные сплавы, могут повредить резину. Поэтому также необходимо избегать контакта с опасными металлами или химическими веществами.