Hidraulikus hengerek típusai: Méretezési és kiválasztási útmutató

A hidraulikus munkahengerek szabályozott lineáris erőt biztosítanak a kotrógépekben, mezőgazdasági gépekben, présekben, anyagmozgató rendszerekben-, tengeri berendezésekben és a gyárautomatizálásban.

A megfelelő henger nem csak a furattól és a lökettől függ. A szükséges erő, a beépítési hely, a terhelés iránya, a nyomás, a környezet, a munkaciklus és a szerelési geometria egyaránt befolyásolja a választást. Ez az útmutató elmagyarázza a főbb hengertípusokat, azok felépítését, alapvető méretezését, valamint azokat az információkat, amelyeket az egyesült államokbeli vásárlóknak össze kell gyűjteniük, mielőtt szabványos vagy egyedi egységet rendelnének.

A hidraulikus hengerek típusai és használatuk helye

A hidraulikus munkahengereket működési mód, belső kialakítás, felépítés és szerelési elrendezés szerint lehet osztályozni. A kategóriák átfedik egymást. Például egy hegesztett henger is lehet kettős-működésű, míg a teleszkópos henger lehet egyszeres- vagy kettős-működésű.

*Ezek az adatok széles alkalmazási tartományra vonatkoznak, nem általános minősítésekre. Mindig használja a gyártó üzemi-nyomását és megbízható-nyomásértékeit.

Egy-és kettős-működésű hengerek

A egy-működésű henger hidraulikus nyomással mozgatja a dugattyút egy irányba. Általában a gravitáció, egy rugó vagy egy külső terhelés biztosítja a visszatérő mozgást. Ez az elrendezés jól működik olyan alkalmazásoknál, mint például a testemelés{2}}, ahol nincs szükség az elektromos visszahúzásra.

A kettős-működésű hengerA dugattyú mindkét oldalán nyomónyílások vannak, így a hidraulikaolaj szabályozza a kinyújtást és a visszahúzást. Ez a jobb választás, ha a gépnek mindkét irányban irányított mozgásra, egyenletes ciklusidőre vagy pontos pozicionálásra van szüksége.

Teleszkópos hengerek

A teleszkópos hidraulikus hengertöbblépcsős hengernek is nevezik, több egymásba ágyazott cső alakú fokozatot tartalmaz. Fő előnye a löket és a visszahúzott hossz aránya. Egy viszonylag rövid zárt henger eredeti hosszának többszörösére is meghosszabbodhat.

Ez a kialakítás gyakori dömperekben, pótkocsikban, szemétszállító berendezésekben, emelőállványokon és más, korlátozott beépítési hellyel rendelkező gépeken.

Rúd nélküli hengerek

A rúd nélküli henger átviszi a dugattyú mozgását egy külső kocsira anélkül, hogy hagyományos rúd nyúlna ki a testből. Hosszú utazást tesz lehetővé, ahol nincs elég hely egy hengercsőnek és egy meghosszabbított rúdnak sem.

A terhelési vezetés a fő korlátozás. A mozgó terhelésnek általában külső vezetése kell, hogy legyen, ahelyett, hogy a hengert nagy nyomatékok vagy oldalsó terhelések felvételére kényszerítené.

Dugattyú, hajtórúd-és hegesztett hengerek

A dugattyú vagy a henger nyomóerőt hoz létre egy nagy{0}}átmérőjű dugattyún keresztül, és általában emelésre és nyomásra használják.

A kötőrúd{0}}hengerek külső menetes rudakat használnak a végsapkák összetartására. Szabványos beépítési méreteik és használható felépítésük általánossá teszik az ipari gépekben.

A hegesztett hengerek hegesztett hengert és{0}}végsapkát használnak. Kompakt burkolattal és nagy szerkezeti szilárdsággal rendelkeznek, ami megfelel a mobil hidraulikus berendezéseknek.

Henger alkatrészek és szerelési konfigurációk

 

A legtöbb hagyományos hidraulikus henger ugyanazokat az alapvető alkatrészeket tartalmazza:

- A hengerhenger nyomást tartalmaz, és megvezeti a dugattyú mozgását.
- A dugattyú elválasztja a nyomáskamrákat, és a nyomást erővé alakítja.
- A dugattyúrúd átadja ezt az erőt a gépnek.
- A hengerfej és sapka lezárja a hengert, és megtámasztja a belső részeket.
- A rúdcsapágy vagy -vezető megtámasztja a rudat, és fenntartja a beállítást.
- A dugattyú- és rúdtömítések korlátozzák a belső és külső olajszivárgást.
- Az ablaktörlő megakadályozza, hogy szennyeződés és nedvesség kerüljön a rúd köré.
- A hidraulikus csatlakozók a hengert szelepekhez, tömlőkhöz vagy csövekhez kötik.

A szakasz mellett található címkés metszeti diagram segíthet a nem{0}}mérnöki vevőnek azonosítani a csövet, a dugattyút, a rudat, a tömszelencét, a tömítéseket és a csatlakozókat.

Általános szerelési típusok

A karimás rögzítések merev rögzítést biztosítanak, és hatékonyan kezelik az axiális terheléseket, ha helyesen vannak beállítva.

Láb- vagy oldalsó{0}}fültartók rögzítik a hengertestet a gépvázhoz. Az oldalirányú terhelés elkerülése érdekében gondos igazítást igényelnek.

A kapocs és a csapos{0}}szemtartók lehetővé teszik a henger elfordulását a mechanizmus mozgása közben. Gyakoriak az építőipari és mezőgazdasági berendezéseken.

A tengelycsonk-tartók lehetővé teszik a szögletes mozgást egy rögzített forgócsap körül, és olyan mechanizmusokat alkalmaznak, amelyekben a henger a löket során megváltoztatja a szöget.

A gömb alakú-csapágyrúdvégek korlátozott szögeltéréseket tesznek lehetővé, és hasznosak a nagy terhelést hordozó csuklós mechanizmusokban.

Bármelyik rögzítést is használjuk, annak követnie kell a tényleges terhelési útvonalat. A hidraulikus munkahengert elsősorban axiális erőre tervezték, nem szerkezeti megvezetésként. A helytelen beállítás a rúd-tömítésének idő előtti kopását, horzsolást, egyenetlen hordókopást, bekötést, rúdhajlítást és kifáradást okozhat a hegesztési varratok vagy rögzítések körül.

A rögzített és gömb alakú tartók általában olyan mechanizmusokhoz illeszkednek, amelyek ívben mozognak. A merev karima és lábtartók különösen pontos beállítást igényelnek.

Az NFPA szabványok a hüvelykes{0}}sorozat furat- és rúdméreteire, az ipari szerelési méretekre, a csatlakozókra, a kihajlásra és a nyomás-besorolási módszereire vonatkoznak. Különösen fontosak, ha az egyesült államokbeli berendezések cserélhetőséget igényelnek.

Méretezési, erő- és nyomásszámítások

A hengerméretezés a nyomás, a dugattyúfelület és az erő összefüggésével kezdődik:

**Erő=nyomás × terület**

vagy:

**F = P × A**

Ahol:

- **F**=erő fontban-erő (lbf)
- **P**=hidraulikus nyomás psi-ben
- **A**=effektív dugattyúfelület négyzethüvelykben

Bővítéshez:

**A=π × Furat² ÷ 4**

Visszavonáshoz:

**A=Dugattyú terület − Rúd terület**

Mivel a rúd csökkenti a dugattyú egyik oldalán a hatásos területet, a hagyományos egy-rudas, kettős-működésű henger általában kisebb húzóerőt hoz létre, mint a tolóerő azonos nyomáson.

1. példa: Furat szükséges 10 000 lbf-hez 3000 psi nyomáson

Szükséges erő:

**F=10,000 font**

Elérhető nyomás:

**P=3,000 psi**

Szükséges dugattyúfelület:

**A = F ÷ P**

**A=10,000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Furat átmérő:

**Fúrás=√(4A ÷ π)**

**furat ≈ 2,06 hüvelyk**

A 2,06 hüvelykes furat az elméleti minimum. A tényleges tervezésnek figyelembe kell vennie a súrlódást, a nyomásveszteséget, a terhelés változását és a megfelelő biztonsági ráhagyást. Ezért a pontos elméleti méret megadása helyett a következő megfelelő szabványos furat is kiválasztható.

Áramlás és henger fordulatszám

Az áramlás nagymértékben meghatározza a henger fordulatszámát:

**Sebesség=áramlás ÷ effektív terület**

Egy amerikai gallon körülbelül 231 köbhüvelyk. Ezért:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 hüvelyk/mp**

2. példa: Hozzávetőleges teleszkópos{1}}henger meghosszabbítási idő

Vegyünk egy egyszerűsített, három-fokozatú, egy-működésű teleszkópos hengert, amelyet 10 GPM-en szállítanak.

| Stage|Hatásos átmérő|Terület|Stroke |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| 1. szakasz|4,0 hüvelyk|12,57 in²|20 hüvelyk |
| 2. szakasz|3,0 hüvelyk|7,07 in²|20 hüvelyk |
| 3. szakasz|2,25 hüvelyk|3,98 in²|20 hüvelyk |

38,5 hüvelyk³/s sebességgel az 1. szakasz a következő sebességgel mozog:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 hüvelyk/s**

Hosszabbítási ideje:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 mp**

A 2. szakaszhoz:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 hüvelyk/s**

**Idő ≈ 3,7 mp**

A 3. szakaszhoz:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 hüvelyk/s**

**Idő ≈ 2,1 mp**

A hozzávetőleges teljes meghosszabbítási idő:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 másodperc**

Ez egy egyszerűsített számítás. A tényleges teleszkópos{1}}henger-kialakításnak fel kell használnia a gyártó tényleges felületi területeit, és figyelembe kell vennie a sorrendet, a belső geometriát, a súrlódást, a nyomásveszteséget és a terhelés változásait.

Gyakori méretezési hibák

Megrendelés előtt ellenőrizze, hogy a számítás nem tartalmazza:

- Teljes furatfelületet használt a gyűrű alakú terület helyett a visszahúzó erőhöz
- Figyelmen kívül hagyták a szelepeken és tömlőkön keresztüli nyomásveszteséget
- Kizárólag a maximális rendszernyomásból választotta ki a hengert
- Figyelmen kívül hagyott rúd kihajlása hosszú kompressziós löket során
- Nem sikerült figyelembe venni az oldalsó betöltést
- Alulméretezte a hidraulikus áramlást a szükséges ciklusidőhöz
- Figyelmen kívül hagyta a párnázást a körvonal végén

Egy online számológép leegyszerűsítheti ezt a munkát. A hasznos adatok közé tartozik a furat, a rúdátmérő, a löket, a nyomás, az áramlás, a terhelés és a biztonsági tényező. A kimenetek tartalmazhatják a nyújtási és visszahúzási erőt, az olajmennyiséget és a becsült menetidőt.

Anyagok, tömítések, bevonatok és szabványok

Az anyagoknak meg kell felelniük a mechanikai terhelésnek és a működési környezetnek. A szénacélt széles körben használják hordókhoz és szerkezeti alkatrészekhez. A tengeri, élelmiszer-feldolgozó{2}}, vegyi és erősen korrozív alkalmazásokhoz rozsdamentes acélra lehet szükség.

A dugattyúrudak általában edzett acélt használnak kemény krómozással. Súlyos korróziós vagy kopásos karbantartás esetén szükség lehet indukciós keményítésre, nitrokarburálásra, rozsdamentes rúdanyagokra vagy HVOF-kopásálló-bevonatokra, például WC-CoCr-re. Festéket, porbevonatot, foszfátos előkezelést és egyéb védőrendszereket is alkalmaznak a külső részeken.

A tömítés anyaga ugyanilyen fontos:

| Tömítés anyaga|Jellemző szilárdság |
| --- | --- |
| NBR|Általános ásványi{0}}olaj-hidraulika szerviz |
| HNBR|Jobb hőmérséklet-, kopás- és öregedésállóság |
| Poliuretán (PU)|Erős kopás- és extrudálásállóság |
| PTFE|Alacsony súrlódás és széles körű kémiai összeférhetőség |
| FKM|Magas-hőmérséklet- és vegyszerálló-alkalmazások |

A hőmérsékleti határok és a folyadékkompatibilitás a vegyülettől függ, nem csak a polimer családtól. A Parker tömítési útmutatója például azt mutatja, hogy az NBR, HNBR, FKM, TPU és más anyagokat a folyadék típusától és attól függően, hogy a tömítés statikus vagy dinamikus-e, eltérően lehet megválasztani.

A korrózióvédelemre különös figyelmet kell fordítani a part menti szolgáltatások, a tengeri gépek és az útsó hatásának kitett hó-eltávolító berendezések esetében.

Az ASTM B117-26 egy jelenlegi amerikai gyakorlat a fémek és bevont fémek ellenőrzött só{5}}permetezési vizsgálatára. Az ASTM óva int attól, hogy a sós{6}}permetezési eredményeket a valós élettartam közvetlen előrejelzéseként kezeljék.

A vonatkozó szabványok közé tartozhat az ISO 6020-2 bizonyos 160 bar-os metrikus hengerekre és az ISO 6022 a 250 bar-os sorozatú hengerekre is. Az ISO 6022:2006 még mindig aktuális a cikk írásakor, míg a helyettesítő kiadás fejlesztés alatt áll. A beszerzési előírásoknak meg kell erősíteniük az aktuális változatot a megrendelés leadásakor.

Alkalmazások, karbantartás és hibamódok

A különböző környezetek általában a különböző kialakításokat részesítik előnyben:

- Az építőipari berendezések általában kompakt hegesztett, kettős-működésű hengereket használnak, amelyek ellenállnak az ütési terhelésnek.
- A mezőgazdasági felszerelések gyakran használnak hegesztett hengereket kapcsos, kereszt-cső- vagy tüskés rögzítéssel, mivel a mechanizmus változó szögben mozog.
- A dömperek és pótkocsik teleszkópos hengereket használnak a hosszú emelési löketek eléréséhez korlátozott beépítési helyen.
- Az ipari prések és a gyári berendezések gyakran használnak kötőrudat- vagy nehéz-malom-stílusú hengereket, ahol az ismételhetőség és a használhatóság számít.
- A tengeri és kikötői berendezésekhez további korrózióvédelemre, valamint a rudak és tömítések gondos kiválasztására van szükség.

A gyakori meghibásodások közé tartozik a külső rúd-tömítés szivárgása, a belső dugattyú-tömítés szivárgása, a rúd horzsolása vagy korróziója, hajlított rudak, kopott rúdcsapágyak, hegesztési sérülések, fáradási repedések hegesztések vagy tartók körül, túlmelegedés, levegőztetés vagy kavitáció, valamint a tömítések és a kapcsolódó felületi károsodások-.

Ha egy henger terhelés alatt elsodródik, ellenőrizze, hogy az olaj megkerüli-e a dugattyútömítéseket, vagy szivárog-e az irány- vagy vezérlőszelepen keresztül.

Ha külső szivárgás jelenik meg, ellenőrizze a rudat a tömítés cseréje előtt. A karcos vagy korrodált felületen futó új tömítés gyorsan ismét meghibásodhat.

Az újjáépítés akkor lehet gazdaságos, ha a tömítések és a kopó alkatrészek sérültek, de a henger, a rúd és a szerkezeti részek tűréshatáron belül maradnak. A csere általában vonzóbb, ha a rúd erősen meg van hajlítva, a henger mélyen horzsolt, a szerkezeti varratok megrepedtek, a korrózió erős, az alkatrészek nem állnak rendelkezésre, vagy a javítási költség megközelíti az új henger árát.

Mit kell az egyesült államokbeli vásárlóknak belefoglalniuk az ajánlatkérésbe

A hasznos árajánlatkérésnek tartalmaznia kell:

- Henger típusa
- Furat- és rúdátmérők
- Strok
- Behúzott és kinyújtott hossz
- Üzemi és csúcsnyomás
- Szükséges toló- és húzóerő
- Működési sebesség
- Rögzítési mód és rúd{1}}végcsatlakozás
- Port típusa, mérete és pozíciója
- Hidraulikafolyadék és üzemi hőmérséklet
- Üzemciklus
- Kültéri vagy korrozív expozíció
- Mennyiség
- Rajzok vagy egy meglévő henger cikkszám
- Tesztelési és tanúsítási követelmények

A normál cserehengerek több száz dollárba kerülhetnek. A speciálisan hegesztett, teleszkópos, rozsdamentes, nagy-furatú, érzékelővel-felszerelt és egyedi-tervezésű egységek gyorsan több ezerbe kerülhetnek.

Az átfutási idők is változnak. A raktáron lévő termékek kiszállítása gyorsan előfordulhat, míg az egyedi palackok esetében gyakran több hét is eltarthat. A jelenlegi gyártói példák nagyjából 3-8 hetet jeleznek sok egyedi projekt esetében, hosszabb ütemezéssel a szokatlanul nagy vagy összetett rendszerek esetében.

Egyedi palack tengerentúli beszerzésekor hasonlítsa össze a prototípus-jóváhagyást, a nyomáspróbát, a dokumentációt, a csomagolást, a tengeri vagy légi szállítást, a tartalék tömítéskészleteket, a garanciális támogatást, a cserealkatrészek rendelkezésre állását-, valamint az egységárat.

Felkészülés a henger kiválasztására

Kezdje a teljes alkalmazással, ne csak a furatmérettel. Az erő, a löket, a rögzítési geometria, a nyomás, az áramlás, a környezet, a munkaciklus, a rúd stabilitása, a tömítés anyaga és a rendelkezésre álló hely mind befolyásolják a végső kialakítást.

Készítse elő a furatot, a rúdátmérőt, a löketet, a szerelési méreteket, az üzemi nyomást, az alkalmazás részleteit és a meglévő rajzokat, mielőtt mérnöki felülvizsgálatot vagy árajánlatot kérne.

Hasznos támogató források lehetnek:

- Hidraulikus henger erő-kalkulátor
- Henger-méretezésű Excel-sablon
- A hidraulikus henger specifikációjának PDF-fájlja
- Telepítési és karbantartási ellenőrzőlista
- Egyéni-hengeres ajánlatkérési űrlap

Azoknak a vállalatoknak, amelyek garantált válaszidőt, amerikai telefonos támogatást, gyors prototípusokat vagy mintahengereket kínálnak, ezeket a konkrét kötelezettségvállalásokat az RFQ gomb mellett kell feltüntetniük, ahelyett, hogy általános állításokra hagyatkoznának.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a különbség az egyszeres-és a kettős-működésű hengerek között?

Az egy{0}}működésű hengerek egyirányú hidraulikus nyomást használnak, és a gravitációra, egy rugóra vagy egy külső terhelésre támaszkodnak a visszatéréshez. A kettős-működésű hengerek nyomást használnak a kinyújtáshoz és visszahúzáshoz, így jobban megfelelnek a szabályozott kétirányú mozgásnak.

Hogyan viszonyulnak a teleszkópos hengerek a szabványos hengerekhez?

A teleszkópos hengerek sokkal hosszabb löketet biztosítanak a visszahúzott hosszukhoz képest. Alkalmasak a korlátozott helyigényű, de hosszú utazási igényű telepítésekhez, bár többlépcsős felépítésük bonyolultabbá teszi a tervezést és a karbantartást.

Mikor jobb választás a rúd nélküli henger?

A rúd nélküli henger akkor működik jól, ha hosszú lineáris útra van szükség, de nincs elég hely a meghosszabbított dugattyúrúdnak. A mozgó terhelésnek általában külső megvezetéssel kell rendelkeznie, mert a túlzott nyomatékok és oldalirányú terhelések lerövidítik a henger élettartamát.

Hogyan számíthatom ki a furatot, a rúdméretet és a nyomást?

A **F=P × A** segítségével keresse meg a célerőhöz szükséges dugattyúterületet. Ezután válassza ki a furatot, a rúdátmérőt, a rendszernyomást és a biztonsági tényezőt, miközben ellenőrizze a visszahúzási erőt, a rúd kihajlását, az áramlási követelményeket és a nyomásveszteséget.

Melyik szerelési konfiguráció minimalizálja az oldalsó terhelést?

Egyetlen rögzítő sem a legjobb minden géphez. Clevis, tengelycsap, csap-szem és gömb alakú-csapágytartók illeszkednek a forgó mechanizmusokhoz. A karima és a lábtartók jól működnek, ha a terhelés pontosan a henger tengelyéhez van igazítva.

Mely tömítések és bevonatok felelnek meg a tengerparti vagy közúti{0}}sós környezetnek?

A korrozív környezet rozsdamentes alkatrészeket, továbbfejlesztett rudat és külső bevonatot, valamint a folyadékhoz és az üzemi hőmérséklethez igazodó tömítéseket igényelhet. A sós{1}}permetezési tesztek összehasonlíthatják a bevonatrendszereket, de nem jósolják meg közvetlenül a kültéri élettartamot.

Mit kell ellenőrizni hengercsere előtt?

Vizsgálja meg a külső szivárgásokat, a rúd horzsolását, a korróziót, a hibás beállítást, a hajlítást, a belső szivárgást, a szelepszivárgást, a szennyeződést, a szerelési kopást, a nyomástüskéseket és a rendellenes hőmérsékletet. Sok tömítéssel kapcsolatos hiba javítható, míg a szerkezeti sérülések vagy a súlyos felületi sérülések indokolttá tehetik a cserét.