I. Опасност: Кога цилиндарот „3.000 psi“ откажува на 1.200 psi
Вообичаена и скапа грешка во хидрауличниот дизајн е пресметувањето на силата на туркање на цилиндерот чисто користејќи хидрауличен притисок и површината на клипот:
F = P × Апистон
Според оваа едноставна формула, цилиндар со отвор од 4 инчи на 3.000 psi ќе турка со приближно 37.700 lbs (167,7 kN) потисок. Ако ударот на цилиндерот е само 12 инчи, шипката лесно се справува со тој товар.
Меѓутоа, продолжете го истиот цилиндар до удар од 60 инчи или 80 инчи, а примената на истиот притисок од 37.700 lbs честопати ќе ја откине или трајно ќе ја наведне клипната шипка како чепкалка за заби - често кога притисокот на системот достигнува само 1.500 до 1 psi.
Овој катастрофален режим на неуспех не е неуспех на принос при истегнување на материјалот; тоа е еластично свиткување на столбот. При апликации со долг удар, структурната стабилност на тенката клипна шипка целосно го надминува рејтингот на притисокот на цевката.
II. Физиката наХидрауличен цилиндарСвиткување: Теорија на Ојлеровата колона
Кога ахидрауличен цилиндарсе протега под оптоварување на притисок, склопот се однесува како долг, тенок структурен столб. Максималното теоретско оптоварување на притисок што може да го издржи тенок столб пред да се појави латерална нестабилност е регулирано со Ојлеровата формула за критичко свиткување:
Fcr = π² E I / Le² = π² E I / (K · L)²
Каде:
- Fcr = Критично оптоварување на свиткување на Ојлер (N или lbf)
- E = Модул на еластичност на материјалот на прачката (за типичен јаглероден/легиран челик, E ≈ 200 до 210 GPa или 29 × 106 psi)
- I = Површински момент на инерција на пресекот на цврстата тркалезна прачка (m4 или во4)
- L = Вкупно продолжено растојание за инсталација помеѓу точките за монтирање (m или in)
- K = Ефективен фактор на должина на колоната врз основа на условите за монтирање на цилиндарот
- Le = K · L = Ефективна должина на свиткување
III. Пресметување момент на инерција за цврсти прачки:
За цврста тркалезна клипна прачка со дијаметар dr:
I = π dr4 / 64
Забележете дека моментот на инерција зависи од четвртата моќност на дијаметарот на шипката (dr4). Ова значи дека малото зголемување на дијаметарот на шипката создава огромно зголемување на отпорот на свиткување:
- Зголемувањето на дијаметарот на шипката од 2,0 на 2,5 инчи (25% зголемување на дијаметарот) го зголемува отпорот на свиткување за 144% (2,44×).
IV. Пресметување безбеден работен товар и препорачани безбедносни фактори
Никогаш не ракувајте ахидрауличен цилиндарблиску до неговата критична граница на свиткување Fcr. Во работењето во реалниот свет,хидраулични цилиндриискусете мали ексцентричности, мало играње со иглички, скокови на забрзување и неизбежни странични оптоварувања.
Дозволениот проектен потисок Fallow мора да вклучува ригорозен безбедносен фактор Sf:
Лопатар = Fcr / Sf
Препорачани упатства за безбедносни фактори:
- Стационарни индустриски машини (чисти, водени): Минимум Sf ≥ 2,5 до 3,0
- Општи мобилни машини (депонии, натоварувачи, отпадна опрема): Минимум Sf ≥ 3,0 до 3,5
- Висок ризик / дигање на персонал (воздушни платформи, камиони со бум, мобилни кранови): Минимум Sf ≥ 3,5 до 4,5
V. Сооднос на витка и транзиција кон формулата на Џонсон
Ојлеровата формула претпоставува чисто еластично свиткување и важи само за тенки столбови каде што односот на виткоста λ го надминува прагот на транзиција на колоната λc.
λ = Le / rg = (K · L) / (dr / 4) = 4 K L / dr
Каде што rg = √I/A = dr / 4 е радиусот на вртење.
За типичен хромиран челик 1045 или 4140, преодниот праг λc ≈ 85 до 105:
- Ако λ > λc (Долги тенки прачки): Користете ја Ојлеровата формула (неуспех поради еластична нестабилност).
- Ако λ ≤ λc (кратки-до-средни прачки): Користете ја параболичната формула на Џонсон или стандардната цврстина на отстапување (неуспех со притискање на притисок или нееластично свиткување).
VI. 4 Вообичаени OEM инженерски превиди кои предизвикуваат свиткани прачки
-
Пресметување на свиткување при повлечена должина наместо целосно продолжена должина:Најранливиот момент се случува кога шипката е на 100% удар каде што L е на својот максимум.
-
Игнорирање на хоризонталното попуштање под мртва тежина:На долги хоризонтални цилиндри (потези од 2 метри), тешката хромирана шипка благо попушта под гравитацијата, создавајќи вградено ексцентрично оптоварување што го забрзува свиткувањето.
-
Претпоставувајќи дека прицврстувачите на пиновите остануваат без триење:Со текот на времето, рѓосаните или ненамачканите клинови за вртење се зафаќаат, трансформирајќи го стожерниот држач во делумно заклучен спој со напрегање од вртежен момент што предизвикува моменти на свиткување.
-
Занемарување на кола за регенерација:Диференцијалните / кола за регенерација ги изложуваат двете страни на капачето и шипката на целосен притисок на пумпата, одржувајќи ја целосната сила на туркање на столбот додека ја намалува структурната маргина.
VII. Што да се испрати при одредување на големината на цилиндрите со долг удар со HCIC
За да добиете целосна верификација на свиткување и преглед на колоната FEA од инженерите на HCIC, обезбедете:
- Работен отвор на цилиндарот, удар и максимален хидрауличен притисок за ослободување
- Геометрија за монтирање на машината и цртеж на држачот за вртење (за да се потврди К-фактор)
- Ориентација на монтирање (хоризонтално, вертикално туркање нагоре/надолу или аголен лак)
- Надворешни водечки ограничувања (слободно неводено оптоварување наспроти прецизни линеарни лизгачки шини)
- Работен циклус, брзини на работниот циклус и услови на животната средина
VIII. Партнер со HCIC за тешко инженерство и прилагодени цилиндри
HCIC обезбедува сертифицирано хидраулично инженерство, 3D CAD моделирање и сопствено производство на цилиндри за тешка мобилна и индустриска опрема ширум светот.
