функции, виды, способы защиты от износа

Наиболее распространенными механизмами управления различного оборудования являются гидравлические системы. Источником привода в них выступают гидроцилиндры – поршневые, плунжерные, телескопические и другие. Преобразовывая энергию давления в механическую энергию, они приводят в движение нужные части машин.

Гидроцилиндры каждого типа имеют свои конструктивные особенности. Самые распространенные – поршневые: простые, удобные и эффективные, они используются в самых разных сферах эксплуатации. Свое название эти устройства получили по основному действующему компоненту – гидравлическому поршню.

Принцип работы гидравлического поршня

Поршень является основным рабочим звеном гидроцилиндра. Под воздействием рабочей среды, которая поступает в его полость, поршень движется возвратно-поступательно. Скорость его перемещения зависит от интенсивности нагнетания жидкости. В результате достигается основная цель работы гидроцилиндра – преобразование и передача энергии.

Усилие поршня передает шток, соединенный с ним посредством пальца. Ход поршня ограничивают крышки цилиндра. Жесткий контакт этой пары предотвращают специальные тормозные устройства – демпферы.

В рабочей камере поршень и шток образуют две полости – поршневую и штоковую. Первая ограничена стенками корпуса и поршня, вторая – поверхностями корпуса, поршня и штока.

Чтобы рабочая жидкость не вытекала из корпуса цилиндра, эти полости должны быть герметичными, поэтому поршень оснащают специальными уплотнениями – манжетами из маслостойкой резины.

Требования к поршням и другим деталям гидроцилиндров

Поршень, шток и корпус гильзы в процессе работы испытывают большие нагрузки, поэтому изготавливаются из высокопрочных металлов.

Поршни, контактирующие с внутренними стенками гильзы всей поверхностью, выполняются из материалов с высокими антифрикционными свойствами – латуни, фторопласта или бронзы.

Поршни со специальными направляющими и уплотняющими кольцами – из стали.

Поршневые гидроцилиндры должны отличаться:

• Плавностью и равномерностью передвижения поршня по всей длине хода
• Малыми боковыми нагрузками на штоки – во избежание быстрого изнашивания уплотнений, поршней и рабочей поверхности цилиндра
• Отсутствием наружных утечек рабочей жидкости через неподвижные уплотнения (на подвижных поверхностях наличие масляной пленки без каплеобразования допускается)
• Минимальным внутренним перетеканием жидкости из одной полости цилиндра в другую (существует определенная техническая норма)
• Наличием грязесъемников, предотвращающих попадание грязи и пыли в полости цилиндров
• Устойчивостью рабочих поверхностей цилиндро-поршневой группы к коррозии и износу (лучше, если они будут иметь защитные покрытия)

Последнее требование особенно актуально для производителей гидравлического оборудования.

Проблема усиленного износа цилиндров и поршней наиболее эффективно решается с помощью антифрикционных твердосмазочных покрытий. В России они выпускаются под брендом MODENGY.

Покрытия облегчают скольжение контактирующих поверхностей и предотвращают фрикционный износ. Они одновременно выполняют смазочные и защитные функции.

Для обработки гидравлических поршней, штоков и гильз цилиндров используется антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1006.

В состав данного покрытия входят сразу два вида твердых смазок – дисульфид молибдена и поляризованный графит – поэтому оно обладает очень высокой несущей способностью и износостойкостью. MODENGY 1006 может применяться даже в экстремальных условиях эксплуатации поршневых цилиндров.

Материал наносится на штоки, стенки гильз и соприкасающиеся с ними поверхности поршней. Cмазочно-защитная пленка предупреждает возникновение задиров, скачкообразное движение сопряженных элементов и их коррозионный износ.

Под резиновые уплотнения поршней рекомендуется наносить другое покрытие, совместимое с эластомерами – MODENGY 1010.

Перед использованием покрытий металлические поверхности обязательно подготавливаются с помощью Очистителя металла MODENGY и Специального очистителя-активатора MODENGY. Первый эффективно удаляет любые виды загрязнений и обезжиривает детали, второй обеспечивает хорошую адгезию покрытий.

Виды поршневых гидроцилиндров

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа работы (движения жидкости) существуют поршневые гидроцилиндры:

• Одностороннего и двустороннего действия
• С односторонним и двусторонним штоком
• С подвижным штоком и подвижным корпусом

В гидроцилиндрах одностороннего действия выдвижение штока осуществляется за счет создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, в исходное положение он возвращается от усилия пружины.

В цилиндрах двустороннего действия усилие на штоке создается и при прямом, и при обратном движении поршня – за счет давления рабочей жидкости в поршневой и штоковой полостях.

При прямом ходе поршня на шток передается больше усилия, а скорость его движения меньше, чем при обратном ходе – из-за разницы в площадях, к которым приложена сила давления рабочей жидкости.

Если существует необходимость в создании одинаковых усилий или одинаковых скоростей перемещения выходных звеньев, используются гидроцилиндры с двухсторонним штоком. В них один поршень связан с двумя штоками. В современной технике применяются две разновидности таких конструкций: с закрепленным цилиндром и с закрепленным штоком.

Существуют также телескопические гидроцилиндры одностороннего и двустороннего действия. Они состоят из нескольких цилиндров, один из которых размещен в полости другого. При сравнительно малых размерах телескопические конструкции имеют большой ход штока, поэтому очень эффективны.

Основные параметры устройств

Все поршневые гидроцилиндры имеют свои геометрические, гидравлические и номинальные параметры.

К геометрическим относятся диаметр поршня (гильзы) и штока, а также ход поршня. Все значения устанавливает ГОСТ 6540-68.

Наиболее распространенные диаметры поршня – 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 620, 800 мм; диаметры штока, помимо тех же размеров, включают 4, 5, 6 и 8 мм.

Ход поршня, т.е. величина его максимально возможного перемещения со штоком, в нормализованных цилиндрах не превышает 10 мм.

К гидравлическим параметрам цилиндра относятся его номинальное рабочее давление и расход жидкости.

Номинальным называют такое давление, при котором гидроцилиндр работает в нужном режиме и сохраняет заявленные производителем свойства. Величина давления определяется нагрузками в цилиндре и может быть ограничена настройками клапанов – предохранительного или редукционного.

Усилие гидроцилиндра и скорость перемещения штока – номинальные параметры гидравлического устройства.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром, пропорционально давлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость. Скорость перемещения штока определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр, и его эффективным диаметром.

Поршень гидроцилиндра одно- и двустороннего действия | Gidrolast

Гидроласт может изготовить поршень для гидроцилиндра

Основные элементы гидроцилиндра

• Корпус (гильза). Выполняется из высококачественной стали, имеет цилиндрическую форму. Внутренняя поверхность гильзы должна обеспечивать плотное прилегание поршня, поэтому её подвергают особой обработке (хонингованию). Торцы корпуса закрыты крышками. Рабочая жидкость подводится через отверстия – одно, если это гидроцилиндр одностороннего действия, или два с обоих концов корпуса, если двустороннего.
• Поршень гидроцилиндра. Элемент цилиндрической формы, который превращает энергию давления жидкости в механическую работу и передаёт усилие на шток (стержень). Поршень может непосредственно прилегать к стенкам гильзы либо иметь диаметр меньше, чем внутренний диаметр гильзы, тогда со стенками соприкасаются кольца из полимерных материалов.
• Шток гидроцилиндра – стержень, передающий усилие на рабочие органы и механизмы. Это единственная деталь гидроцилиндра, которая находится поочерёдно то в полости цилиндра, то снаружи. Поэтому он должен быть а) очень гладким, чтобы избежать стравливания давления из полости цилиндра, б) механически прочным, в) устойчивым к коррозии. Шток, как правило, хромируют и подвергают закалке – температурной и/или ТВЧ, а также тщательно обрабатывают поверхность для придания ей геометрической правильности и гладкости.

В различных участках гидроцилиндра устанавливаются кольца из синтетических полимеров: одни из них обеспечивают герметичность внутренней полости, другие препятствуют проникновению грязи из внешней среды, третьи играют роль демпфера, не давая поршню ударяться о крышку гидроцилиндра в крайних положениях, четвёртые служат направляющими.

Широко распространены плунжерные гидроцилиндры, в которых поршень и шток представляют собой единое целое, а именно толстый стержень, сплошной или полый. Плунжер может, в свою очередь, служить корпусом для гидроцилиндра меньшего диаметра – таким образом устроены

телескопические гидроцилиндры, работающие наподобие выдвижной антенны.

Как работает гидроцилиндр одно- и двустороннего действия

Поршень гидравлического цилиндра

Поршень делит внутренний объём гидроцилиндра на две полости – поршневую и штоковую. Рабочая жидкость (масло или эмульсия) подаётся под давлением в поршневую полость, давя на поршень и выталкивая шток из полости гидроцилиндра. Это прямой ход, во время которого совершается полезная работа.

Обратный ход в цилиндрах одностороннего действия осуществляется пассивно – например, вертикально стоящий гидроцилиндр складывается под действием силы тяжести. В некоторых конструкциях для этого используется возвратная пружина, которая устанавливается в штоковой полости. В гидроцилиндре двустороннего действия при обратном ходе рабочая жидкость подаётся в штоковую полость, двигая поршень гидроцилиндра в противоположную сторону. Таким образом, полезная работа совершается и при прямом, и при обратном ходе.

Следует отметить, что при обратном ходе усилие будет меньшим, чем при прямом: усилие пропорционально площади поршня гидроцилиндра, а так как к поршню крепится шток, то с этой стороны площадь, на которую давит рабочая жидкость, будет меньше.

Гидроцилиндры производства «Гидроласт»

Предприятие «Гидроласт» – отечественный производитель гидроцилиндров и различной гидравлической техники (гидростанции, подъёмники, домкраты и др.). Комплектующие поставляются из стран Западной Европы, сборка ведётся на современных полуавтоматических линиях. На предприятии внедрён ступенчатый контроль качества.

«Гидроласт» изготавливает гидроцилиндры сварные и на болтах, одно-и двустороннего действия, стандартные и по чертежам заказчика.

Основная причина дрейфа гидравлического цилиндра

Распространенное заблуждение относительно гидравлических цилиндров заключается в том, что если уплотнение поршня протекает, цилиндр будет дрейфовать. В то время как негерметичное уплотнение поршня может быть основной причиной дрейфа цилиндра, связанные с этим физические явления часто понимаются неправильно.

Дело в том, что если уплотнение поршня полностью снять с цилиндра двойного действия, цилиндр заполнить маслом, а порты заглушить, то цилиндр будет выдерживать свою нагрузку неопределенное время, если уплотнение штока не даст течи.

В этом состоянии из-за неравного объема по обе стороны от поршня давление жидкости выравнивается, и цилиндр становится гидравлически заблокированным. Как только это происходит, цилиндр может двигаться только в том случае, если жидкость выходит из цилиндра через уплотнение штока или его порты.

Рисунок 1. Двухштоковый цилиндр – объем масла одинаков с обеих сторон поршня

Исключения из правила
Есть два исключения из этой теории. Первый представляет собой двухштоковый цилиндр (рис. 1), в котором объем поршня с обеих сторон одинаков.

Второе исключение касается груза, висящего на цилиндре двустороннего действия (рис. 2). При таком расположении объем жидкости под давлением со стороны штока может быть легко размещен со стороны поршня. Но по мере дрейфа цилиндра на стороне поршня будет образовываться вакуум из-за неравных объемов, и в зависимости от веса груза этот вакуум может в конечном итоге привести к равновесию, которое остановит дальнейший дрейф.

Это не конец цикла, но важно хотя бы понять эту теорию, прежде чем продолжить.

Несмотря на эти два исключения, если сервисные порты цилиндра двойного действия заблокированы золотником, закрытым для привода (рис. 3), а уплотнение поршня перепускает, давление в конечном итоге уравняется с обеих сторон цилиндра. В этот момент происходит гидравлическая блокировка, и дальнейший дрейф невозможен, если только жидкость не будет вытекать из цилиндра или контура цилиндра.

Рис. 2. Груз, висящий на цилиндре двустороннего действия

Потеря полезной площади
Из-за потери полезной площади из-за давления, действующего теперь на площадь кольцевого пространства со стороны штока, статическое давление в цилиндре должно увеличиваться, чтобы выдерживать ту же нагрузку. Помните, что сила, развиваемая цилиндром, является произведением давления на площадь.

Например, если вызванное нагрузкой давление на стороне поршня цилиндра составляло 2000 фунтов на квадратный дюйм, а на стороне штока было равно нулю, когда распределительный клапан был закрыт, при условии отсутствия утечек через золотник, уравновешенное давление может составлять 3000 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от отношения области поршня и кольцевого пространства.

Теперь рассмотрим, что может произойти, если в этом контуре предохранительный клапан сервисного порта (рис. 4) установлен на 2500 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку давление на уплотнении поршня выравнивается, а возрастающее статическое давление со стороны поршня в цилиндре достигает давления срабатывания разгрузочного отверстия порта, однако цилиндр по-прежнему не втягивается.

Аналогичная ситуация может возникнуть в схемах с установленным клапаном управления нагрузкой (уравновешивающим). В этой схеме, показанной на рис. 5, гидрораспределитель имеет поплавковый центральный золотник (сервисные порты A и B открыты для бака).

Как указывалось ранее, если уплотнение поршня протекает, неравные объемы масла на штоке и поршне цилиндра указывают на то, что гидравлический замок предотвратит любой заметный дрейф. Но опять же, из-за потери полезной площади в результате того же давления, которое теперь действует на площади поршня и кольцевого пространства со стороны штока, статическое давление в цилиндре должно увеличиваться, чтобы выдерживать ту же нагрузку.

Величина этого повышения давления зависит от соотношения площадей поршня и кольцевого пространства цилиндра. Если увеличение статического давления превышает установленную максимальную нагрузку уравновешивающего клапана, клапан открывается, позволяя маслу со стороны поршня цилиндра течь в бак, а цилиндр втягиваться.

Диагностика смещения цилиндра
Поэтому, хотя основной причиной проблемы в обоих примерах является негерметичное уплотнение поршня, физика в корне отличается от общепринятого мнения. И если теория понята, манометр может быть полезным инструментом для установления причины дрейфа цилиндра.

В любом из этих примеров, если цилиндр дрейфует, но давление на уплотнении поршня не выравнивается, источником проблемы является распределительный клапан или клапан управления нагрузкой.

Подробнее о передовом опыте работы с гидравлическими системами:

Преимущества гидравлических жидкостей с максимальной эффективностью

Проведение эффективного ремонта гидравлических цилиндров

Плюсы и минусы расположения гидравлического фильтра

Как определить и обеспечить чистоту гидравлической жидкости

Об авторе

9 Наиболее распространенные причины отказа гидравлического цилиндра

• Cylinders, Inc
• Блог

• 9 Наиболее распространенные причины отказа гидравлического цилиндра и причины неисправности гидроцилиндра

Гидроцилиндры представляют собой механические приводы, обеспечивающие функциональность и направленное усилие. Они имеют множество применений, от инженерных транспортных средств до гражданского строительства и производственного оборудования. Регулярные проверки и техническое обслуживание гидравлических цилиндров необходимы для эффективного и действенного функционирования этого точного оборудования.

Хотя они обычно служат годами, даже при проверках, существует множество проблем с гидравлическими цилиндрами, которые могут привести к отказу. Ниже приведены 9 наиболее распространенных причин отказа гидравлического цилиндра, которые необходимо устранить для обеспечения эффективной работы гидравлических систем.

Причины различных отказов гидроцилиндров

Наряду с вышеуказанными причинами, согласно статистическому исследованию, опубликованному MDPI в 2021 году, наиболее распространенными причинами отказов гидроцилиндров являются следующие: Загрязнение жидкости и масла составляют около 41,1% отказов цилиндров. Неправильное техническое обслуживание является причиной примерно 12,6% отказов, в то время как сторонние запчасти и физическое повреждение цилиндра покрывают 10% и 6,5% отказов соответственно. Интенсивная вязкость масла и неправильный выбор фильтра являются причиной 5,2% и 1,7% отказов соответственно, при этом около 1,7% отказов вызваны чрезмерными вибрациями. 9% причин выхода из строя гидроцилиндров неизвестны.

Отказ уплотнения

Уплотнения являются наиболее легко повреждаемым компонентом цилиндра. Уплотнения цилиндра являются самой слабой частью цилиндра и могут выйти из строя по многим причинам, включая царапины на поршневых штоках, разрушение из-за нагрева, загрязненной жидкости или скачков давления.

Абразивы, неправильная установка и химическая эрозия также могут привести к выходу из строя уплотнения поршня гидравлического цилиндра и утечке уплотнения. Гидравлическое уплотнение, которое было повреждено в результате любого из этих происшествий и имело место утечка, может разрушить способность цилиндра поддерживать определенное давление.

Загрязнение жидкости

Одной из наиболее распространенных причин выхода из строя гидроцилиндра является загрязненная жидкость. Когда посторонние абразивные частицы попадают в жидкость, они царапают внутреннюю часть цилиндра, портят покрытие штоков цилиндров, блокируют порты и повреждают уплотнения и фитинги. Хотя гидравлическая жидкость со временем ухудшается, неисправные грязесъемные уплотнения обычно являются причиной ускоренного загрязнения жидкости.

Экстремальные температуры

Экстремальные температуры влияют на работу гидравлических цилиндров:

• В условиях сильной жары полиуретановые уплотнители теряют свою эффективность и форму. На морозе уплотнители станут ломкими, потеряв эластичность.
• Любая экстремальная температура может повредить жидкость в гидравлических цилиндрах. Суровые условия повлияют на вязкость гидравлической жидкости и приведут к утечке и отказу системы.

Боковые нагрузки гидравлического цилиндра

Гидравлический цилиндр предназначен для приложения линейной силы вдоль оси, совпадающей с цилиндром. При неправильной установке гидравлических цилиндров сила прикладывается перпендикулярно предполагаемому направлению и возникает боковая нагрузка. Боковая нагрузка вызывает неравномерный износ, потому что шток цилиндра давит, а поршень тянет с большей силой с одной стороны, чем с другой.

Умеренная боковая нагрузка ускорит износ гидравлического цилиндра, и цилиндр потребуется отремонтировать раньше. Однако чрезмерная боковая нагрузка и неравномерный износ различных компонентов могут иметь более катастрофические последствия, так как приводят к отказу системы и потенциально опасной ситуации. В итоге при неравномерной нагрузке гидроцилиндры выходят из строя.

Повреждение поршня

Существует несколько причин повреждения поршня; возможно, что гайка или удерживающее устройство поршня со временем ослабевают, и поршни часто изнашиваются со временем, как и любое механическое оборудование. Кроме того, боковая нагрузка или загрязненная жидкость могут привести к повреждению поршней и поршневого штока. В конечном итоге повреждение поршня приведет к полному выходу из строя гидроцилиндра, и устройство потеряет мощность.

Неправильное давление

Для эффективной работы важно контролировать и поддерживать точное и контролируемое внутреннее гидравлическое давление. Изменения давления в системе, не соответствующие спецификациям производителя, могут привести к потенциально опасным условиям. Необходимо проводить регулярные проверки и корректировки для соответствия спецификациям системы.

Коррозия

Другой распространенной проблемой гидроцилиндров является коррозия; коррозия проявляется в виде ржавчины и точечной коррозии на штоках поршней и ступенях цилиндра. Оборудование иногда хранится на открытом воздухе с выдвинутыми цилиндрами, подвергая штоки воздействию непогоды.

Со временем пятна ржавчины образуются, а затем превращаются в ямки, и как только цилиндр втягивается, шток разрушает уплотнение цилиндра. Эта проблема может быть устранена путем регулярного использования цилиндра, чтобы на штоке цилиндра могла образовываться микромасляная пленка. В противном случае выход гидроцилиндра из строя неизбежен.

Задиры на стенках цилиндров

Задиры на стенках цилиндров представляют собой глубокие выемки или сильные потертости на внутренней стороне стенок отверстий. Это будет наиболее заметно, когда поршень находится в полностью выдвинутом положении у горловины ствола. В полностью выдвинутом положении опора меньше, что приводит к повышенному трению и силам. Задиры на отверстии цилиндра могут возникнуть, если цилиндры установлены неправильно или не могут приспособиться к изменениям соосности. Увеличенные силы боковой нагрузки, которые приводят к искривлению штока цилиндра, также могут вызывать задиры на стенке цилиндра. Задиры чаще всего встречаются в длинноходных цилиндрах.

Раздельные сварные швы

Раздельные сварные швы представляют собой катастрофические разрушения, о которых свидетельствует разделение или трещины на свариваемых поверхностях, таких как точки крепления. Обычно считается, что они являются признаком того, что к цилиндру была приложена нетипичная или чрезмерная сила.

Существует множество ситуаций, в которых могло произойти такое повреждение, от неправильной эксплуатации до внешнего воздействия и плохого состояния гидравлической системы. Раздельный сварной шов нельзя игнорировать, если его не обработать, это может привести к печальным последствиям, от повреждения оборудования до потенциальных травм персонала.

Заключение

Гидравлические цилиндры могут выйти из строя по ряду причин, от отказа уплотнения до проблем с давлением и температурой, и понимание того, почему цилиндры могут выйти из строя, уменьшит вероятность этого. Регулярные проверки являются важной частью обеспечения безопасной и эффективной работы всей системы.

Однако, если необходимо техническое обслуживание или ремонт, Cylinders, Inc. может помочь вам быстро и недорого отремонтировать наши цилиндры. Если вы заметили проблемы с вашими гидравлическими цилиндрами, поговорите с нашими специалистами, чтобы узнать больше и запланировать ремонт.

Рекомендуемые посты

Руководство по фильтрации гидравлической системы: типы, руководство для покупателя и советы по обслуживанию /29/2023

Цилиндр нужно починить?

ЗАПРОСИТЬ РЕМОНТ

Контакты

Запросить ремонт цилиндра сегодня

Есть вопрос о нашем ремонте пневматического цилиндра?
Свяжитесь с Cylinders, Inc.