Продукция Производители

Почему допуск прямолинейности становится более строгим по мере увеличения длины стержня

Большинство людей полагают, что допуск прямолинейности — это фиксированная величина, но для удлиненный шток гидравлического поршня на самом деле он должен пропорционально уменьшаться по мере увеличения длины, а не оставаться постоянным. Удилище, которое вполне приемлемо на расстоянии 2 метров с определенным отклонением на метр, может стать механически нестабильным на расстоянии 6 или 8 метров, если вместо более жесткого значения на метр применяется тот же абсолютный допуск. Вот почему для сверхдлинных стержней обычно указывается прямолинейность, выраженная как отклонение на метр длины, а не как одно общее число, поскольку небольшая угловая погрешность значительно увеличивается при увеличении пролета.

Эффект компаундирования имеет наибольшее значение при полном выдвижении, когда длина стержня без опоры максимальна, и даже небольшой изгиб приводит к неравномерному контактному давлению уплотнения. В течение тысяч циклов этот неравномерный контакт ускоряет износ одной стороны уплотнения задолго до того, как на остальной части уплотнения появятся какие-либо признаки разрушения.

Гидравлические поршневые штоки стрелы регулируют углы нагрузки, а не только вес груза

Распространенное недоразумение с гидравлические поршневые штоки стрелы рассматривает номинальную нагрузку как чисто вертикальную силу. На практике цилиндры стрелы испытывают постоянное изменение угла нагрузки по мере того, как стрела поворачивается в рабочем диапазоне, что создает изгибающий момент на штоке в дополнение к осевой сжимающей или растягивающей силе, на которую он изначально был рассчитан. Именно из-за этой комбинированной нагрузки стержням стрелы обычно требуется больший диаметр по сравнению с их ходом, чем требуется стержню, используемому в простом прямолинейном подъеме.

Где концентрируется дополнительный стресс

Изгибающее напряжение от наклонной нагрузки не распределяется равномерно вдоль стержня. Он концентрируется вблизи точки максимальной длины без опоры, обычно близкой к полному выдвижению, где риск потери устойчивости уже самый высокий. Именно из-за этого перекрытия вероятность выхода из строя штанги стрелы, когда она возникает, непропорционально высока во время выдвинутой работы под углом, а не во время втягивания или нейтрального положения.

Коэффициент гибкости: число, которое на самом деле предсказывает коробление

Для гидравлические поршневые штоки удлиненной стрелы Единственная наиболее полезная инженерная цифра — это не диаметр или марка материала сами по себе, а коэффициент гибкости, рассчитанный как эффективная длина стержня, деленная на его радиус вращения. Высокий коэффициент гибкости означает, что стержень гораздо более склонен к короблению под действием сжимающей нагрузки, чем более короткий и коренастый стержень того же диаметра, даже если оба они изготовлены из идентичного материала.

Это один из расчетов, которые мы проводим на ранней стадии проектирования всякий раз, когда разрабатываем сверхдлинный шток гидравлического поршня стрелы, поскольку предположение о диаметре, основанное только на длине хода, имеет тенденцию либо излишне удлинять шток, либо делать его уязвимым для коробления в реальных условиях работы.

Толщина покрытия и твердость — это не один и тот же компромисс

Удивительное количество покупателей полагают, что более толстое покрытие автоматически означает более прочный шток поршня гидроцилиндра, но толщина покрытия и твердость подложки решают две разные проблемы. Более толстый слой твердого хрома повышает коррозионную стойкость и может продлить срок службы самого покрытия, но если лежащая под ним сталь не была закалена посредством индукционной закалки или аналогичного процесса, стержень остается уязвимым для деформации при сильной боковой нагрузке, поскольку покрытие не добавляет структурной прочности материалу сердечника.

• Более толстые покрытия повышают устойчивость к поверхностной коррозии и абразивному износу с течением времени.
• Твердость сердечника определяет, насколько хорошо стержень сопротивляется изгибу или вмятинам при механическом воздействии.
• Чрезмерно толстые покрытия могут фактически увеличить риск отслаивания, если во время нанесения покрытия не контролируется должным образом адгезия.
• Стержень с закаленным сердечником и достаточно тонким, хорошо прилипающим покрытием обычно превосходит стержень с толстым покрытием поверх мягкого сердечника.

Промежуточное расстояние между опорами изменяет эффективную длину потери устойчивости

В многоступенчатых узлах стрелы эффективная длина продольного изгиба стержня — это не просто его полная физическая длина — это неопорное расстояние между направляющими точками. Добавление промежуточных опор вдоль траектории перемещения штока гидравлического поршня стрелы может значительно уменьшить эффективную длину, используемую при расчетах потери устойчивости, поэтому некоторые конструкции сверхдлинной стрелы включают дополнительные направляющие втулки или опорные кронштейны, а не полагаются исключительно на больший диаметр штока для выдерживания нагрузки.

Этот компромисс имеет значение в таких приложениях, как сваебойные машины и экскаваторы, где геометрия стрелы часто ограничивается общим размером машины. Вместо того, чтобы бесконечно увеличивать диаметр стержня, что приводит к увеличению веса и стоимости, проектирование опорной конструкции вокруг стержня часто является более эффективным способом контроля риска коробления, сохраняя при этом управляемый бюджет веса сборки.

Транспортировка и погрузочно-разгрузочные работы причиняют больший ущерб, чем ожидает большинство людей

Легко предположить, что после того, как сверхдлинный шток гидравлического поршня проходит окончательную проверку, за ним возникает риск повреждения, но транспортировка и погрузочно-разгрузочные работы составляют значительную долю поверхностных дефектов, обнаруживаемых у длинных штоков еще до их установки. Удилище, остающееся без поддержки по всей своей длине во время транспортировки, может слегка прогнуться под действием собственного веса, особенно если оно не закреплено в нескольких точках по всей длине.

• Во время транспортировки стержни должны поддерживаться в нескольких точках, а не только на двух концах.
• Защитная оболочка помогает предотвратить появление царапин на поверхности от контакта с упаковочными материалами или соседними стержнями.
• Вертикальное хранение иногда предпочтительнее горизонтального хранения для очень длинных стержней, чтобы избежать постепенного провисания в течение длительного периода хранения.
• Точки подъема следует определить заранее, поскольку неправильный подъем может привести к изгибу, который будет невидим до тех пор, пока стержень не окажется под нагрузкой.

В течение многих лет производя поршневые штоки для водохозяйственного, морского и горнодобывающего оборудования на нашем заводе в Уси, мы обнаружили, что процедуры упаковки и транспортировки сверхдлинных штоков часто требуют такого же внимания, как и сам процесс механической обработки.

Усталостная жизнь – это другой вопрос, чем статическая прочность

A шток поршня гидроцилиндра может легко пройти испытание на статическую нагрузку и все же выйти из строя задолго до ожидаемого срока службы, если не были должным образом учтены усталостные характеристики. Испытания на статическую прочность подтверждают, что стержень может выдержать заданную нагрузку один раз, а усталостная долговечность описывает, как стержень выдерживает повторяющиеся циклические нагрузки, что является состоянием, которое он фактически испытывает в реальной эксплуатации. Качество отделки поверхности играет здесь огромную роль, поскольку микроскопические неровности поверхности действуют как точки концентрации напряжений, где усталостные трещины имеют тенденцию возникать в течение тысяч циклов.

Это одна из причин, почему требования к шероховатости поверхности поршневых штоков часто более строгие, чем те, которые необходимы исключительно для совместимости уплотнений. У стержня, который отлично герметизирует слегка более шероховатую поверхность, все же может развиться усталостное растрескивание раньше, чем у стержня, обработанного и отполированного до более тонкого допуска, особенно в высокоцикловых приложениях, таких как цилиндры стрелы экскаватора, которые постоянно выдвигаются и втягиваются в течение рабочего дня.