Một xilanh thủy lực có nhiệt độ cao không được tạo ra chỉ đơn giản bằng cách thay thế các đệm tiêu chuẩn bằng “đệm nhiệt độ cao”. Hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện nóng mùa hè, gần các nguồn nhiệt phát ra, trong chu trình liên tục, hoặc với dầu thủy lực nhiệt độ cao yêu cầu chất lỏng, hệ thống đệm, khoảng trống, hướng dẫn, bề mặt, làm mát, kiểm soát ô nhiễm và thử nghiệm phải hoạt động cùng nhau.
Cải thiện một thành phần sẽ không giải quyết được vấn đề nếu hệ thống tiếp tục quá nóng hoặc xilanh bị tiếp xúc với tải bên, ô nhiễm, áp suất hồi quá mức, hoặc tăng áp suất.
Xác định điều kiện nhiệt độ thực tế
Bước đầu tiên là phân biệt giữa nhiệt độ môi trường, nhiệt độ dầu thủy lực, nhiệt độ bề mặt xilanh và nhiệt độ tiếp xúc đệm địa phương.
Không khí xung quanh có thể là 40°C, trong khi dầu trở nên nóng hơn nhiều sau vài giờ hoạt động. Chuyển động đối xứng nhanh tạo ra nhiệt ma sát xung quanh các đệm của thanh và pít-tông. Các xilanh gần động cơ, nồi hơi, lò, hệ thống xả, hoặc máy sấy cũng có thể nhận được nhiệt phát ra.
Trước khi thiết kế, xác nhận nhiệt độ liên tục và nhiệt độ đỉnh, thời gian hoạt động hàng ngày, tốc độ xilanh, tần số chu trình, áp suất, loại chất lỏng và nguồn nhiệt bên ngoài.
Nhiệt độ tối đa trong danh mục đệm thường là giới hạn trên trong các điều kiện cụ thể. Điều này không có nghĩa là đệm có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ tối đa, áp suất và tốc độ cùng nhau. Hoạt động liên tục yêu cầu một biên độ thiết kế phù hợp.
Kiểm soát sự phát sinh nhiệt trong hệ thống thủy lực
Xilanh hiếm khi là lý do duy nhất cho việc hệ thống quá nóng.
Việc vận hành van giải phóng liên tục, tổn thất do điều tiết, áp suất hồi cao, ống nhỏ, bể chứa nhỏ, bộ chia không hiệu quả và làm mát không đủ đều có thể tạo ra hoặc giữ nhiệt.
Xem xét thể tích bể chứa, công suất làm mát, lưu lượng không khí, cách sắp xếp đường hồi, kích thước ống và tổn thất áp suất của van cùng nhau. Thiết bị hoạt động liên tục có thể cần một bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí hoặc nước.
Phốt chịu nhiệt độ cao có thể làm chậm thất bại, nhưng chúng không thể khắc phục một hệ thống hoạt động liên tục vượt quá nhiệt độ dự kiến.
Chọn dầu theo độ nhớt của nó tại nhiệt độ hoạt động
Việc chọn dầu thủy lực không nên chỉ dựa trên độ cấp ISO VG của nó.
Dầu phải duy trì độ nhớt phù hợp từ nhiệt độ khởi động tối thiểu đến nhiệt độ dầu liên tục tối đa. Dầu trở nên quá loãng sẽ làm tăng hiện tượng rò rỉ qua khe hở của xilanh và van, làm yếu đi lớp dầu bôi trơn giữa các bề mặt chuyển động.
Dầu quá đặc không cần thiết có thể tạo ra vấn đề khởi động lạnh, tăng sức cản hút và làm gia tăng tổn thất áp suất.
Chọn cấp độ nhớt và chỉ số nhớt cho toàn bộ khoảng nhiệt độ, và xác nhận tính tương thích với các phốt, lớp phủ và vật liệu hệ thống khác.
Thiết kế các đệm kín như một hệ thống hoàn chỉnh
Hệ thống niêm phong chịu nhiệt độ cao bao gồm phốt cần, phốt piston, phốt tĩnh, gạt, vòng đệm và bất kỳ vòng chống đùn nào cần thiết.
Tùy thuộc vào chất lỏng, áp suất, tốc độ và nhiệt độ, các vật liệu có thể bao gồm polyurethane, NBR, HNBR, FKM hoặc các tổ hợp dựa trên PTFE.
PTFE cung cấp ma sát thấp và khả năng chịu nhiệt độ rộng, nhưng nó thường yêu cầu một bộ phận lò xo elastomer. Toàn bộ lắp ráp chỉ chịu được nhiệt độ như tất cả các vật liệu của nó.
| Thành phần | Những Cân Nhắc Chính Trong Thiết Kế |
|---|---|
| Phớt thanh | Nhiệt độ, tốc độ, áp suất ngược, bề mặt cần và rò rỉ bên ngoài |
| Phớt piston | Rò rỉ bên trong, đỉnh áp suất, hướng áp suất và việc giữ tải |
| Phớt tĩnh | Tính tương thích của chất lỏng, độ nén, nhiệt độ và khoảng cách đùn |
| Cao su quét | Bụi, nước, heat, ăn mòn, và ô nhiễm cần |
| Vòng đệm dự phòng | Ngăn chặn phốt mềm khỏi việc bị đùn vào các khe hở |
| Đeo vòng | Hỗ trợ tải bên và ngăn chặn tiếp xúc kim loại |
Áp suất, nhiệt độ và tốc độ đánh giá tương tác. Giá trị tối đa trong danh mục của chúng không nên được coi như tất cả đều là điều kiện vận hành liên tục.
Kiểm tra khoảng trống tại điều kiện hoạt động nóng
Ống xilanh, piston, cần, bushing hướng dẫn, vòng đệm, và rãnh thay đổi kích thước khi nhiệt độ tăng.
Các khoảng cách quá nhỏ có thể gây ra ma sát, chuyển động dính trượt, quá nóng phốt, hoặc kẹt lại. Các khoảng cách quá lớn có thể làm tăng rò rỉ bên trong và đùn phốt.
Khoảng cách giữa piston và lỗ, khoảng cách giữa cần và hướng dẫn, kích thước rãnh, và các khe hở đùn do đó nên được kiểm tra ở nhiệt độ liên tục tối đa, không chỉ ở nhiệt độ phòng.
Các ứng dụng áp suất cao có thể yêu cầu vòng đệm hoặc cấu trúc niêm phong có khả năng chống xuyên thủng mạnh hơn.
Cải thiện hướng dẫn và giảm tải trọng bên
Tải bên tạo ra sự tiếp xúc không đều trên các vòng mòn, bushing hướng dẫn, niêm phong và lỗ xi lanh. Điều này gây ra sự mài mòn tập trung và thêm nhiệt ma sát.
Thiết kế có thể được cải thiện bằng cách tăng chiều rộng vòng mòn, tăng khoảng cách giữa các bề mặt hướng dẫn, tối ưu hóa vị trí chốt hoặc trunnion, và cải thiện sự căn chỉnh lắp đặt.
Các chốt, bushing, mắt thanh, clevis và giá đỡ cũng nên được kiểm tra xem có bị mài mòn và biến dạng hay không.
Hướng dẫn tốt giữ cho piston và thanh được căn chỉnh và giảm thiểu sự mài mòn một bên của niêm phong.
Tối ưu hóa bề mặt thanh và bảo vệ bên ngoài
Thanh piston cần có độ cứng, độ nhám, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn phù hợp.
Bề mặt thanh thô có thể nhanh chóng làm hỏng niêm phong của thanh, trong khi hoàn thiện không phù hợp có thể ngăn cản sự hình thành của một lớp dầu bôi trơn ổn định.
Chọn lớp phủ và xử lý bề mặt theo nhiệt độ, độ ẩm, phun muối, bụi, hóa chất và tiếp xúc ngoài trời. Lớp phủ ống, gạt và bảo vệ chống ăn mòn cũng nên phù hợp với môi trường.
Gần các nguồn nhiệt phát ra, thay đổi vị trí lắp đặt, thêm một tấm chắn phản xạ hoặc xem xét làm mát bên ngoài. Vật liệu cách nhiệt không nên giữ nhiệt xung quanh xi lanh.
Giảm nhiệt và sốc áp suất liên quan đến tốc độ
Chu trình nhanh, đảo ngược đột ngột, áp lực trở về cao và va chạm ở cuối hành trình làm tăng tải trọng niêm phong và nhiệt độ cục bộ.
Đối với các xi lanh có chu trình thường xuyên, xem xét kích thước cổng, đường kính ống, khả năng lưu lượng van và giảm chấn. Sự hạn chế quá mức chuyển đổi năng lượng thủy lực thành nhiệt.
Giảm chấn điều chỉnh, kiểm soát giảm tốc, mạch kiểm soát dòng chảy phù hợp hoặc bộ tích trữ có thể giảm các đỉnh áp suất và va chạm.
Một niêm phong hoạt động tốt ở áp suất và tốc độ vừa phải có thể thất bại khi nhiệt độ cao, áp suất đỉnh và chu trình nhanh xảy ra đồng thời.
Tăng cường lọc và kiểm soát độ ẩm
Nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu và yếu đi lớp dầu bôi trơn. Các hạt nhỏ có thể tiếp xúc trực tiếp với các thanh, lỗ, niêm phong và vòng mòn.
Nước làm giảm sự bôi trơn, thúc đẩy ăn mòn và tăng tốc độ oxy hóa. Không khí, độ ẩm và dầu suy giảm cũng có thể góp phần gây ra bọt, cặn, chuyển động không ổn định và thiệt hại liên quan đến hiện tượng xối.
Sử dụng bộ lọc trả về, áp suất hoặc lọc ngoại tuyến phù hợp. Lọc dầu mới trước khi đổ vào, và làm sạch các xi lanh, ống, ống dẫn và bộ điều khiển trước khi lắp ráp.
Các van thông hơi bình chứa nên hạn chế bụi và độ ẩm xâm nhập. Tình trạng dầu, hàm lượng nước, tình trạng bộ lọc và độ sạch của bình chứa nên được theo dõi.
Xác thực xilanh bằng kiểm tra trong trạng thái nóng
Một thử nghiệm áp suất ở nhiệt độ phòng không thể xác nhận hoàn toàn độ tin cậy ở nhiệt độ cao.
Kiểm tra thiết kế cuối cùng ở nhiệt độ dầu, áp suất, tốc độ, tải trọng và tần suất chu trình gần với ứng dụng thực tế. Kiểm tra:
- Tính ổn định chu trình ở nhiệt độ cao
- Rò rỉ bên ngoài và bên trong
- Áp suất trạng thái nóng và giữ tải
- Nhiệt độ xung quanh trục, ống, đầu và gioăng
- Đệm, đảo chiều và chuyển động ở tốc độ thấp
- Khôi phục gioăng sau khi gia nhiệt và làm mát
- Mòn, ép, xước hoặc hư hại bề mặt sau khi tháo rời
Đối với thiết bị hoạt động liên tục, việc thử nghiệm nên mô phỏng thời gian chạy hàng ngày dự kiến. Một vài lần không tải sau khi đạt nhiệt độ mục tiêu là không đủ.
Thông tin cần thiết cho một xilanh nhiệt độ cao
Cung cấp cho nhà sản xuất xi lanh thông tin:
- Nhiệt độ dầu môi trường, dầu liên tục và nhiệt độ dầu cao điểm
- Áp suất làm việc và khả năng xảy ra cú sốc áp suất
- Lỗ, trục, hành trình và cách bố trí lắp đặt
- Hướng tải và khả năng tải bên
- Tốc độ mở rộng và thu hồi
- Tần suất chu kỳ và thời gian vận hành hàng ngày
- Loại chất lỏng thủy lực và nguồn nhiệt bên ngoài
- Yêu cầu giữ tải và rò rỉ
- Điều kiện bụi, nước, ăn mòn và rửa trôi
Dữ liệu ứng dụng chính xác cho phép thiết kế xi lanh, gioăng, dầu, hệ thống làm mát và quy trình thử nghiệm dựa trên điều kiện vận hành thực tế.
Kết luận
Hoạt động ở nhiệt độ cao đáng tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ có xếp hạng nhiệt độ của một gioăng.
Sự phát sinh nhiệt phải được kiểm soát đầu tiên ở cấp hệ thống. Dầu phải duy trì độ nhớt phù hợp. Gioăng, khe hở trạng thái nóng, hướng dẫn, bề mặt trục, bảo vệ chống ăn mòn, kiểm soát ô nhiễm, cổng và đệm sau đó phải được thiết kế như một hệ thống.
Cuối cùng, xy-lanh phải được xác nhận qua thử nghiệm dầu nóng, tải và thử nghiệm chu kỳ liên tục.
Chỉ khi nào xy-lanh và hệ thống thủy lực được tối ưu hóa cùng nhau thì sự rò rỉ, trôi, mài mòn, kẹt và hỏng seal sớm mới có thể giảm thiểu trong thời gian dài.
AiSoar Hydraulics cung cấp các giải pháp xy-lanh thủy lực tùy chỉnh cho các ứng dụng công nghiệp yêu cầu cao về nhiệt độ, tải nặng, chu kỳ thường xuyên và khắt khe.
