Hydraulický šmykový valec žeriavu s bočným nakladačom: Dizajn a analýza porúch

Smykový valec je konštrukčný prvok, ktorý funguje pri kombinovanom zaťažení, nie len jednoduchý pohon

A hydraulický sklzový valec žeriavu s bočným nakladačom je funkčne odlišný od štandardného hydraulického valca, pretože funguje ako pohon aj ako konštrukčné vedenie. Jeho hlavnou úlohou je vysúvať a zasúvať strednú časť výložníka alebo klzný vozík, ktorý nesie zostavu zdvíhacej vidlice, ale keď je vysunutý, telo valca a tyč musia odolávať ohybový moment spôsobený posunutým zaťažením – zaťaženie, ktoré môže vyvolať bočnú silu zodpovedajúcu 30 % až 60 % menovitej nosnosti v závislosti od dĺžky výložníka a vzdialenosti ťažiska nákladu . Tento stav kombinovaného axiálneho a ohybového zaťaženia je to, čo odlišuje šmykový valec od čisto axiálneho hydraulického valca na bežnom žeriave. Priemer ojnice valca, rozteč ložísk podpery ojnice a dizajn vnútorného vodiaceho krúžku piestu sú navrhnuté tak, aby udržiavali priamy pohyb pri zaťažení bez toho, aby sa ojnica vybočila alebo aby sa piest natiahol vo vnútri hlavne, čo by okamžite spôsobilo poškodenie vŕtania valca a spustilo kaskádu zlyhania tesnenia. Smykový valec na typickom 10-tonovom bočnom nakladači pracuje pri pracovných tlakoch medzi nimi 180 a 250 barov so skúšobnými tlakmi dosahujúcimi 375 barov a telo valca je typicky vyrobené z leštenej bezšvíkovej oceľovej rúrky ťahanej za studena v súlade s DIN 2391 alebo ASTM A519 s povrchovou úpravou vŕtania 0,2 až 0,4 mikrónov Ra.

Priemer tyče a pomer L/R, ktorý zabraňuje vybočeniu

Jediným najdôležitejším konštrukčným parametrom pre hydraulický valec žeriavu s bočným nakladačom je priemer tyče vo vzťahu k dĺžke zdvihu. Keď je valec úplne vysunutý, tyč je stlačený stĺpik a pomer štíhlosti – efektívna dĺžka stĺpika delená polomerom otáčania prierezu tyče – musí zostať pod Eulerovým prahom vybočenia pre aplikované zaťaženie . Pre sklznicový valec so zdvihom 1,5 metra a priemerom tyče 60 milimetrov je pomer štíhlosti približne 100:1 v podmienkach s kolíkovým koncom. Ak podporné ložisko tyče na konci s okom tyče poskytuje účinné bočné obmedzenie, efektívna dĺžka sa zníži a kapacita vzperu sa zvýši až štvornásobne v porovnaní s neriadenou tyčou. To je dôvod, prečo je tyč klzného valca vždy podopretá na svojom vonkajšom konci klzným blokom alebo valčekovým vozíkom, ktorý sa pohybuje na vnútorných vodiacich koľajniciach konštrukcie výložníka – koniec tyče sa nemôže voľne pohybovať do strán a tento vodiaci systém je nosným komponentom zostavy valca, nie je to len pohodlné nastavenie. Keď sa vodiaci blok opotrebuje nad rámec určenej vôle – zvyčajne Maximálne 0,5 až 1,0 milimetra — koniec tyče získava bočnú voľnosť, efektívna dĺžka stĺpika sa zväčšuje a valec pracuje mimo svojej navrhnutej obálky vybočenia.

Hrúbka chrómovania a odolnosť proti prehĺbeniu

Piestna tyč na klznom valci je pochrómovaná na minimálnu hrúbku 20 mikrónov pre štandardné služby a 30 až 50 mikrónov pre morské alebo korozívne prostredie aplikovaný na niklový podklad, ktorý poskytuje skutočnú bariéru proti korózii. Vrstva chrómu nie je odolná voči korózii – je mikroprasknutá a pórovitá – ale niklový podklad utesňuje oceľový podklad. Keď sa na klznej tyči valca objavia povrchové hrdzavé škvrny, znamená to, že chrómová vrstva je opotrebovaná a niklový podklad je porušený, čím sa odkryje oceľ. V tomto bode je tyč v počiatočnom štádiu zlyhania jamkovej jamky a každý cyklus vysúvania-zaťahovania ťahá jamkovú plochu cez tesnenie tyče, obrusuje okraj tesnenia a vnáša nečistoty do hydraulickej kvapaliny.

Systém ložísk a vodiacich krúžkov vo vnútri valca

Vo vnútri hydraulického šmykového valca žeriavu s bočným nakladačom sa piest nedotýka priamo steny hlavne. Jazdí sa ďalej fenolové alebo sklom plnené PTFE vodiace krúžky, ktoré sú inštalované v drážkach obrobených do OD piestu, zvyčajne dva vodiace krúžky vzdialené od seba 30 až 50 milimetrov s tesnením piesta umiestneným medzi nimi . Tieto vodiace krúžky absorbujú zložku bočného zaťaženia kombinovaného zaťaženia šmykového valca a zabraňujú kontaktu kov na kov medzi piestom a valcom. Upchávka tyče na konci hlavy valca obsahuje podobné vodiace puzdro – často z kompozitu PTFE s bronzovým podkladom – ktoré podopiera tyč proti bočnému zaťaženiu a zachováva sústrednosť s tesnením tyče. Vôľa medzi vodiacimi krúžkami a vývrtom hlavne a medzi puzdrom tyče a tyčou je špecifikovaná na 0,10 až 0,25 mm priemer pre valec s otvorom 80 až 120 mm . Keď sa táto vôľa zdvojnásobí v dôsledku opotrebovania vodiaceho krúžku, tesnenie piestu sa začne vytláčať do medzery pod tlakom a tesnenie tyče je vystavené nekoncentrickému zaťaženiu, ktoré urýchľuje jeho opotrebovanie. Interval výmeny vodiaceho krúžku pre protišmykový valec pri manipulácii s ťažkými kontajnermi je zvyčajne 3 000 až 5 000 prevádzkových hodín, v tomto bode by sa mal valec rozobrať a vodiace krúžky zmerať a vymeniť bez ohľadu na to, či tesnenia viditeľne netesnia.

Konfigurácia tesnenia a zväzok tesnení tyče s viacerými okrajmi

Tesnenie tyče na klznom valci nie je samostatný komponent. Ide o naskladané usporiadanie najmenej troch funkčných prvkov: a primárne polyuretánové tesnenie v tvare U, ktoré udržuje tlak v systéme, sekundárne tlmiace tesnenie, ktoré chráni primárne tesnenie pred tlakovými špičkami a poskytuje záložnú tesniacu manžetu, a vonkajšie stieracie tesnenie, ktoré zoškrabuje nečistoty z povrchu tyče skôr, ako sa dostanú k tesniacim prvkom . Vo fľašiach prevádzkovaných v prostrediach s vysokou kontamináciou časticami – v oblastiach otvorov s uhoľným prachom, cementom alebo kovovými hoblinami – môže byť pred stierač nainštalovaný štvrtý prvok, kovový stierací krúžok, aby sa mechanicky odstránili prilepené nečistoty, ktoré elastomérový stierač nemôže uvoľniť. Výber materiálu tesnenia závisí od typu hydraulickej kvapaliny a prevádzkovej teploty: štandardné polyuretánové tesnenia sú dimenzované na -30 až 100 stupňov Celzia; pre vysokoteplotné aplikácie nad 100 stupňov sú špecifikované fluorokarbónové tesnenia. Jediným najbežnejším spôsobom zlyhania tesnenia v klzných valcoch je degradácia tesnenia stierača a umožnenie, aby sa kontaminácia dostala do primárnej misky tvaru U, ktorá potom pôsobí ako lapovacia zmes medzi okrajom tesnenia a povrchom chrómovej tyče, pričom do oboch má drážku.

Tesnenie piestu a netesnosť vnútorného obtoku

Tesnenie piestu, umiestnené na pieste vo vnútri valca, oddeľuje stranu valca s plným otvorom od strany prstenca. Zvyčajne je to a Stupňovito rezané tesnenie na báze PTFE s elastomérnym energizujúcim krúžkom, ktorý poskytuje radiálnu kontaktnú silu alebo sklom plnené PTFE tesnenie pre vysokotlakové aplikácie. Keď sa tesnenie piestu opotrebuje, hydraulická kvapalina vnútorne obchádza z vysokotlakovej strany na nízkotlakovú stranu piestu a príznakom je unášanie valca pri zaťažení – klzný vozík sa pomaly zasúva, aj keď je riadiaci ventil v neutrálnej polohe. Tento vnútorný únik nespôsobuje vonkajší únik tekutiny a nemožno ho diagnostikovať vizuálnou kontrolou. Skúškou je natlakovanie valca s úplne vysunutou tyčou a meranie rýchlosti zaťahovania tyče v časovom intervale; rýchlosť driftu presahujúca 5 milimetrov za minútu pri menovitom zaťažení zvyčajne indikuje tesnenie piestu, ktoré si vyžaduje výmenu .

Znečistenie hydraulickou kvapalinou a zraniteľnosť šmykového valca

Smykový valec na žeriave s bočným nakladačom funguje horizontálne a táto orientácia ho robí zraniteľnejším voči určitým poruchovým režimom súvisiacim s kontamináciou ako vertikálne namontovaný valec. Vo vertikálnom valci pomáha gravitácia usadzovať kontamináciu časticami na dne hlavne, preč od tesnenia piestu. V horizontálnom klznom valci je kontaminácia zostáva rozptýlená po celej dĺžke vývrtu hlavne a každý úder ťahá častice cez celú kontaktnú plochu tesnenia . Keď je tyč vysunutá, je vystavená okolitému prachu a vlhkosti a každý cyklus sťahovania vtiahne všetko, čo sa usadilo na povrchu tyče, do tesnenia stierača. Filtrácia hydraulického systému by mala udržiavať čistotu kvapaliny ISO 4406 18/16/13 alebo lepšia pre šmykový valec pracujúci v prístave alebo v priemyselnom prostredí , s filtrom spätného vedenia zachytávajúce častice až do absolútnej veľkosti 10 mikrónov. Indikátor obtoku filtra, ktorý sa ignoruje, alebo prvok filtra, ktorý sa v špecifikovanom intervale nevymieňa, privádza tesnenia klzného valca do priameho kontaktu s abrazívnymi časticami, ktoré znižujú životnosť tesnenia o 50 % až 70 % v porovnaní s valcom pracujúcim s čistou kvapalinou.

Rovnosť tyče a tolerancia, ktorá zabraňuje poškodeniu tesnenia

Piestna tyč na hydraulickom klznom valci žeriavu s bočným nakladačom musí udržiavať toleranciu priamosti, ktorá je často špecifikovaná, ale zriedka sa overuje v teréne po tom, čo bol valec v prevádzke. Štandardná tolerancia priamosti pre novú klznú tyč valca je 0,2 milimetra na meter dĺžky tyče, merané ako celková hodnota indikátora v strede tyče s tyčou podopretou na oboch koncoch . Tyč, ktorá bola ohnutá – zvyčajne pri bočnom náraze na sklznicu alebo pri prevádzke žeriavu s preťaženým výložníkom a čiastočne vysunutým protišmykovým valcom – prekročí túto toleranciu. Ohnutá tyč cyklicky zaťažuje puzdro a tesnenie tyče pri každom zdvihu, čím vzniká charakteristický vzor opotrebovania: puzdro tyče sa opotrebováva do oválneho tvaru a tesnenie tyče vytvára netesnosť, ktorá sa objavuje len v jednej špecifickej polohe vysunutia tyče – v polohe, kde ohnutá časť prechádza cez tesnenie. Kontrola priamosti tyče pomocou číselníka a V-blokov je diagnostický krok, ktorý by sa mal vykonať vždy, keď klzný valec vykazuje nevysvetliteľnú poruchu tesnenia krátko po výmene, pretože ohnutá tyč zničí novú sadu tesnení v priebehu týždňov od inštalácie.

Zarovnanie montáže a bočné zaťaženie, ktoré nebolo nikdy navrhnuté

Sklzový valec je namontovaný medzi konštrukciou hlavného výložníka žeriavu a posuvným sklznicovým vozíkom prostredníctvom klinových závesov na oboch koncoch. Ak tieto dva montážne body nie sú zarovnané na rovnakej osi v rámci špecifikovanej tolerancie, valec je vystavený trvalé bočné zaťaženie, ktoré pôsobí na ojnicové ložisko a vedenie piestu aj vtedy, keď nie je valec zaťažený pracovným zaťažením . Tolerancia vyrovnania pre inštaláciu klzného valca je zvyčajne ±0,5 milimetra súosovosť medzi montážnymi kolíkmi na konci hlavne a na konci tyče po celej dĺžke zdvihu . Vychýlenie sa môže vyskytnúť počas počiatočnej montáže alebo sa môže časom vyvinúť v dôsledku únavy konštrukcie žeriavu, deformácie zvarencov alebo nerovnomerného opotrebovania vodiacich líšt. Diagnostickým indikátorom nesúosovosti montáže je valec, ktorý uniká z tesnenia tyče alebo vykazuje nerovnomerné opotrebovanie puzdra tyče napriek tomu, že má rovnú tyč, čistú kvapalinu a správne špecifikované tesnenia. Nápravným opatrením je odpojiť koniec tyče, zmerať zarovnanie medzi otvormi pre kolíky s valcom v strede zdvihu pomocou pevného drôtu alebo laserového vyrovnávacieho nástroja a podložiť alebo opracovať montážne konzoly, aby sa zarovnanie dostalo do špecifikácie.

Postupy generálnej opravy a kritická postupnosť demontáže

Prestavba hydraulického šmykového valca žeriavu s bočným nakladačom sa riadi špecifickou sekvenciou, ktorá zabraňuje poškodeniu novo nainštalovaných komponentov. Pred začatím demontáže sa valec musí byť úplne zasunutý a hydraulické vedenia zakryté, aby sa predišlo strate kvapaliny a vniknutiu kontaminácie . Upchávka tyče sa odskrutkuje pomocou kolíkového kľúča alebo vyrobeného kľúča, ktorý zapadne do otvorov pre kľúč upchávky – nikdy nie kľúčom na potrubie, ktorý deformuje upchávku a vytvorí cestu úniku. Zostava tyče a piestu je vytiahnutá z hlavne pomocou riadeného horného zdvihu a piest je okamžite podopretý V-blokmi, aby sa zabránilo ohýbaniu tyče závažím tyče v mieste spojenia závitu piestu. Prídržná matica piestu je odstránená – často je zaistená pomocou Loctite a vyžaduje zahriatie na 150 stupňov Celzia, aby sa uvoľnila – a piest a upchávka sa skĺznu z tyče. Vývrt hlavne sa skontroluje boroskopom na ryhovanie a akýkoľvek škrabanec hlbší ako 0,5 milimetra, ktorý možno nahmatať nechtom, vyžaduje vybrúsenie alebo výmenu hlavne. Nové tesnenia sa inštalujú pomocou špeciálne vyrobených inštalačných objímok, ktoré zabraňujú prerezaniu okrajov tesnenia ostrými hranami závitov tyče a otvorov valcového otvoru počas opätovnej montáže. Závity upchávky upchávky a závity piestových matíc sú vyčistené a potiahnuté zmesou proti zadieraniu a upchávka je utiahnutá podľa špecifikácie výrobcu – zvyčajne 200 až 400 Newtonmetrov pre valec s vŕtaním 100 milimetrov . Po zostavení sa valec päťkrát zacyklí pri nízkom tlaku, aby tesnenia dosadli, a potom sa testuje pri plnom tlaku systému, pričom sa pozoruje vonkajší únik a posun tyče.

Diagnostika medzi poruchou valca a netesnosťou riadiaceho ventilu

Keď sa šmykový vozík pri zaťažení posunie, príčinou môže byť vnútorný únik z valca alebo to môže byť smerový riadiaci ventil, ktorý zásobuje valec. Tieto dva stavy spôsobujú rovnaké symptómy – vozík sa pohybuje, keď by mal zostať nehybný – ale vyžadujú si úplne odlišné nápravné opatrenia. Definitívnym diagnostickým postupom je skúška izolácie valca: pri zaťažení valca sú hydraulické vedenia na otvoroch valca odpojené a uzavreté záslepkami JIC alebo ORFS dimenzovanými na tlak v systéme . Ak sa posun vozíka zastaví ihneď po uzatvorení vedení, únik je v riadiacom ventile, pretože zakrytý valec drží tlak. Ak drift pokračuje s uzavretými vedeniami, únik je vnútorný vo valci cez tesnenie piestu. Vykonanie tohto testu si vyžaduje prísne bezpečnostné opatrenia – záťaž musí byť podopretá nezávisle pred odpojením akéhokoľvek hydraulického vedenia a záslepky musia byť dimenzované na plný tlak systému vrátane tlakových špičiek. Nahradenie zátky s nižšou hodnotou alebo provizórnej zátky môže mať za následok katastrofické uvoľnenie vysokotlakovej kvapaliny.

Preventívna údržba, ktorá predlžuje životnosť šmykového valca nad rámec štandardného intervalu

Životnosť hydraulického šmykového valca žeriavu s bočným nakladačom je priamo úmerná súladu troch preventívnych úkonov údržby. po prvé, odkrytá časť piestnej tyče sa musí pred každou zmenou utrieť handričkou, ktorá nepúšťa vlákna alebo po akomkoľvek období, keď bol žeriav nečinný dlhšie ako štyri hodiny. Atmosférický prach, ktorý sa usadzuje na tyči počas nečinnosti, je nasávaný do tesnenia stierača pri prvom cykle sťahovania a hromadí sa v dutine tesnenia. Po druhé, Filtračné prvky hydraulickej kvapaliny sa musia meniť podľa plánu na základe indikácie tlakového rozdielu, nie podľa kalendára — filter, ktorý dosiahne obtokový tlak po 1 500 hodinách, by sa mal meniť po 1 500 hodinách, nie v 2 000-hodinovom kalendárnom intervale. Po tretie, Vôľa vodiaceho bloku na konci tyče sa musí merať pomocou spáromerov pri každom väčšom servisnom intervale a bloky sa musia vymeniť alebo nastaviť skôr, ako vôľa prekročí maximálnu hodnotu špecifikovanú výrobcom valca. Táto posledná akcia je často prehliadaná, pretože vodiace bloky sa považujú skôr za súčasť konštrukcie žeriavu než za súčasť valca, ale ich funkcia je neoddeliteľnou súčasťou odolnosti valca proti vybočeniu a životnosti tesnenia.