Как определить штоки гидравлического поршня: выбор материала, покрытия и отделки

Гидравлический экскаватор был выведен из эксплуатации через 3000 часов, поскольку шток его цилиндра был изъеден и повредил сальниковое уплотнение. Первоначальная проектная цель составляла 8000 часов. Измерения показали, что шероховатость поверхности в зоне износа увеличилась вдвое, а слой хрома в двух местах протерся до базовой стали. Неисправность не является производственным дефектом. Это была проблема со спецификацией стержня.

Шток поршня является единственным компонентом, который в наибольшей степени определяет срок службы гидроцилиндра. Он передает усилие, направляет поршень и обеспечивает уплотнительную поверхность для сальника штока. Как только поверхность штока ухудшается, быстро возникают утечки и загрязнения уплотнений. Инженеры, которые подбирают материал, покрытие и отделку стержня в соответствии с реальной рабочей средой, избегают этих ранних сбоев. В этой статье рассматриваются эти три решения и практические допуски, стоящие за ними.

Для чего нужен шток гидравлического поршня

A гидравлический шток поршня соединяет поршень внутри цилиндра с внешней нагрузкой. Он преобразует давление жидкости в линейную механическую силу. В эксплуатации он должен:

• Передача осевой нагрузки без изгиба за пределы допуска.
• Поддерживайте уплотнительную поверхность сальникового уплотнения в течение миллионов циклов.
• Устойчивость к коррозии со стороны рабочей среды и самой гидравлической жидкости.
• Воспринимают боковые нагрузки и изгибающие моменты от тяг машины.

Шток — единственный компонент цилиндра, подвергающийся воздействию как гидравлического контура, так и внешней атмосферы. Именно это двойное воздействие является причиной того, почему выбор материала и обработка поверхности имеют такое большое значение.

Основной материал и обработка

Выбор стали

Большинство штоков гидравлических поршней изготавливаются из среднеуглеродистой стали, такой как C45 или ее эквивалента. Заготовка подвергается индукционной закалке перед шлифовкой, чтобы создать износостойкую поверхность, сохраняя при этом сердечник достаточно прочным, чтобы поглощать ударные нагрузки. Марки нержавеющей стали используются, когда коррозионная стойкость превышает стоимость, но их более низкая твердость обычно означает, что для приемлемого износа необходимо добавить покрытие.

Последовательность обработки

Последовательность изготовления задает потолок качества. Стержни подвергаются токарной обработке, термообработке, шлифовке, а затем полировке. Шлифование устраняет деформации, возникающие в результате термообработки, и обеспечивает округлость и прямолинейность, необходимые для уплотнений. Полировка снижает шероховатость поверхности до уровня, с которым уплотнение может справиться в течение длительного срока службы.

Прямолинейность имеет такое же значение, как и отделка. Прямолинейный стержень с точностью до 0,05 мм на метр, но имеющий шероховатую шлифованную поверхность, все равно будет быстро изнашивать уплотнения. Стержень с зеркальной поверхностью, но с изгибом 0,2 мм, создает неравномерную нагрузку на сальник и приводит к утечкам. Оба параметра должны сохраняться, поэтому прецизионная обработка штока поршня заслуживает пристального внимания перед написанием спецификации.

Цельная и полая конструкция стержня

Цельные штоки используются по умолчанию для большинства цилиндров, поскольку они обеспечивают самую высокую жесткость на изгиб на единицу стоимости. Полые стержни появляются в двух ситуациях: когда важно снижение веса, например, в стрелах мобильного оборудования, или когда сам стержень должен иметь внутренний масляный канал. Полый стержень значительно экономит вес, сохраняя при этом большую часть жесткости на изгиб при том же внешнем диаметре.

Если конструкция требует твердого стержня с строго контролируемой отделкой и геометрией, указание твердого стержня с прецизионной отделкой устанавливает четкий базовый уровень качества. Для применений, требующих внутреннего масляного канала или уменьшенной массы, лучше подходит полый шток поршня.

Твердый поршневой шток из легированной стали с прецизионной отделкой Этот цельный стержень обеспечивает высокую точность размеров и гладкую шлифованную поверхность, обеспечивая надежную работу уплотнения в требовательных гидравлических и механических системах, а также возможность индивидуальной обработки согласно чертежам. Посмотреть продукт →

Полый шток поршня с твердым хромированием Облегчающая полая конструкция с внутренними каналами, доступная с твердым хромированием для обеспечения износостойкости, подходит для компактных гидравлических систем, где необходимы уменьшенная масса и прокладка. Посмотреть продукт →

Качество поверхности и срок службы уплотнения

Уплотнения штока располагаются непосредственно на поверхности штока поршня. Поверхность кромки уплотнения должна быть достаточно гладкой, чтобы избежать абразивного износа, но с достаточной микрошероховатостью, чтобы на ней оставалась смазочная пленка. На практике штоки гидравлических поршней шлифуют и полируют до шероховатости примерно Ra от 0,2 до 0,4 мкм. Все, что более грубое, изнашивает кромку уплотнения; все, что значительно более гладкое, может привести к истощению масляного уплотнения и увеличению трения.

Округлость и прямолинейность контролируют зазор между стержнем и сальником. Чрезмерная овальность создает широкий зазор с одной стороны и помехи с другой. Со временем сальниковый подшипник и уплотнение подвергаются неравномерной нагрузке, что приводит к локальному износу и, в конечном итоге, к появлению видимых путей утечки. Вот почему производители удилищ придерживаются округлости и прямолинейности в пределах нескольких сотых миллиметра, а не полагаются только на текстуру поверхности.

Системы покрытий от коррозии и износа

Стали с голой шлифовкой, даже индукционной закалки, недостаточно для большинства гидравлических применений. Стержень подвергается воздействию влаги, соляных брызг, чистящих химикатов и абразивной пыли. Система покрытия должна обеспечивать твердость, износостойкость, защиту от коррозии основной стали и совместимость с материалом уплотнения.

Твердое хромирование

Твердый хром является основой отрасли. Он твердый, от 800 до 1000 HV, имеет низкий коэффициент трения по сравнению с типичными уплотнительными смесями и может наноситься с контролируемой толщиной от 20 до 50 мкм. Для чистых помещений твердый хром является самым дешевым вариантом с хорошо изученными характеристиками.

Композитные и дуплексные покрытия

В морском и уличном оборудовании дуплексный слой молочно-белого хрома, за которым следует твердый хром, обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, чем однослойный твердый хром. Системы никель плюс твердый хром ведут себя аналогичным образом в условиях, содержащих соли. Эти покрытия стоят дороже, но они продлевают интервалы обслуживания в условиях агрессивного воздействия.

Альтернативы для экстремальных условий

Керамические покрытия обеспечивают значительно более высокую твердость и коррозионную стойкость в условиях сильного износа и коррозии. Лазерная наплавка представляет собой металлургически связанную накладку, а также является стандартным способом ремонта поврежденных стержней. Азотирование QPQ (закалка-полировка-закалка) представляет собой более дешевую альтернативу с хорошими износостойкими свойствами, хотя закаленный корпус тоньше.

Для большинства цилиндров общего назначения шток с твердым хромовым покрытием остается практическим стандартом, поскольку его технологические характеристики хорошо документированы, а стоимость часа работы невелика.

Поршневой шток с твердым хромированием Гальваническое хромирование обеспечивает высокую твердость и устойчивость к коррозии, что делает этот стержень практичным стандартом для цилиндров общего назначения, где важны документально подтвержденная производительность и низкая стоимость часа работы. Посмотреть продукт →

Выбор подходящего стержня для применения

Выбор покрытия меняет диаметр обрабатываемого стержня, совместимость уплотнений и стоимость единицы продукции. Твердый хром наносится толщиной от 20 до 50 мкм на каждую сторону, поэтому базовая сталь обрабатывается меньшего размера для получения слоя покрытия. Керамическая и лазерная наплавка требуют различной подготовки поверхности и, как правило, шлифовки после нанесения покрытия для восстановления окончательных размеров. Пакет уплотнений также должен быть совместим с химическим составом покрытия.

На практике сначала укажите операционную среду, во-вторых, частоту циклов и в-третьих, целевую стоимость. Стандартный стержень из твердого хрома хорошо работает в чистых внутренних гидравлических прессах. Один и тот же стержень рано выходит из строя на драге или карьерной лопате. Это не материальный дефект; это несоответствие спецификации.

Поиск гидравлических поршневых штоков

При выборе удилищ обращайте внимание не только на цену за единицу. Контроль процесса влияет на гарантийную стоимость конечного цилиндра. Спросите о консистенции индукционной закалки, возможности шлифовки и полировки, однородности толщины покрытия и задокументированных протоколах проверок. Сертификация ISO 9001 является основой, а не отличительным признаком.

Поставщик, который управляет собственными линиями шлифовки, полировки и гальванопокрытия, напрямую контролирует параметры, определяющие срок службы стержня, вместо того, чтобы координировать работу нескольких субподрядчиков. Уси Цюньке Машины следует этой интегрированной модели, поставляя прецизионные поршневые штоки, штоки с покрытием и комплектные гидравлические цилиндры с одного предприятия площадью более 25 000 квадратных метров.

В машиностроительном оборудовании шток входит в цилиндр в качестве поставляемого компонента, и установку системы уплотнений необходимо планировать заранее. Подбор масляных цилиндров в машиностроительном оборудовании — практическое пособие для групп, совместно определяющих спецификации штока и уплотнения.