Hydraulische cilinder
Dempingsontwerp
Einde slag · Vertraging · Drukpiek

ZONDER
KUSSEN

De zuiger raakt de eindkap mechanisch. Afhankelijk van de samendrukbaarheid van de olie en de reactietijd van de overdrukventiel kan de impactbelasting 3 tot 10 keer de werkdruk bedragen, met een piek van 2 tot 5 ms. Deze piek wordt gelijktijdig doorgegeven via de lasnaden van de eindkap, de cilinder en alle poortaansluitingen. Bij een machine met een hoge cyclusfrequentie is elke ongedempte impact een vermoeiingsgebeurtenis: scheurvorming in de lasnaden, vermoeiing van de schroefdraad van de poorten en vervorming van de eindkap stapelen zich op bij elke cyclus totdat er zichtbare schade optreedt, vaak duizenden cycli voordat de afdichting of stang anders aandacht nodig zou hebben.

MET
KUSSEN

Het kussen zet kinetische energie om in een gecontroleerde hydraulische tegendruk over de lengte van het contactvlak. De vertragingskracht werkt in de richting tegengesteld aan de beweging – waardoor de zuiger en de last tot bijna nul snelheid worden afgeremd voordat ze mechanisch contact maken met de eindkap. De piekdruk van het kussen is doorgaans 1,5 tot 3 keer de werkdruk en wordt gedurende 20 tot 80 mm beweging aangehouden in plaats van als een piek van 2 ms. De cumulatieve vermoeidheidsschade aan de hefcilinderconstructie wordt met een tot drie ordes van grootte verminderd in vergelijking met gebruik zonder kussen.

①

Kinetische energie bij het ingaan van de band: E = ½ × 1500 × 0,4² = 120 J

②

Toelaatbare maximale druk op de kussens: 1,8 × 20 = 36 MPa

③

Diameter van de kussenboring (ringvormig, tap Ø 70 mm in boring Ø 100 mm): A = π/4 × (0,10² − 0,07²) = 4,00 × 10⁻³ m²

④

Beschikbare vertragingskracht: F = P × A = 36 × 10⁶ × 4,00 × 10⁻³ = 144 000 N

⑤

Vereiste kussenlengte: L = E / F = 120 / 144 000 = 0,00083 m = 0,83 mm

⑥

Ontwerp de kussenlengte met een veiligheidsfactor van 30: 0,83 × 30 = 25 mm — kies een standaard 30 mm remblok. De grote veiligheidsfactor houdt rekening met een niet-uniforme drukverdeling tijdens het afremmen en de aanname van een constante piekdruk, wat de efficiëntie overschat. In de praktijk is 25-40 mm voldoende voor deze toepassing.

HYDRAULISCH
KLOP

Symptoom: Een scherp metaal-op-metaal tikgeluid aan het einde van de slag van een hefcilinder die voorheen geruisloos werkte. Oorzaak: De naaldklep van de dempingsinrichting is door trillingen opengegaan, de terugslagklep van de dempingsinrichting is blijven openstaan ​​(waardoor de naaldklep wordt omzeild), de tap van de dempingsinrichting is versleten en de speling is buiten de specificaties vergroot, of vervuiling heeft de zitting van de terugslagklep geblokkeerd. Actie: Stel de naaldklep opnieuw af indien deze bereikbaar is; als het kloppende geluid aanhoudt wanneer de naald volledig gesloten is, moet de terugslagklep of aftapkraan worden gecontroleerd en waarschijnlijk vervangen.

LANGZAAM
BEGINNEN

Symptoom: De hefcilinder accelereert zeer langzaam vanuit de eindpositie voordat hij de normale snelheid bereikt — dit is vooral merkbaar tijdens de terugslag vanuit de gedempte eindpositie. Oorzaak: De terugslagklep van het dempingsmechanisme opent niet goed tijdens de omgekeerde slag — de olie die de dempingsholte vult, moet door het vernauwde naaldkanaal stromen in plaats van door het vrije kanaal van de terugslagklep. De terugslagklep kan vastzitten, er kan vuil in de zitting zitten of de veer kan gebroken zijn. Actie: Verwijder en inspecteer de terugslagklep; vervang de terugslagklepcartridge.

ZEER LANGZAAM
EINDBENADERING

Symptoom: De hefcilinder vertraagt ​​aanzienlijk naarmate hij het einde van zijn slag nadert — de cyclustijd is veel langer dan gespecificeerd en de last lijkt in het laatste deel van de beweging nauwelijks te bewegen. Oorzaak: De verstelbare naaldklep met demping is te ver dichtgedraaid — de doorstroming is zo beperkt dat de olie nauwelijks uit de dempingsholte kan ontsnappen. Dit komt vaak voor na onderhoud door personeel dat de naaldklep "voor de zekerheid" heeft dichtgedraaid zonder de kwartslagafstellingsprocedure te volgen. Actie: Stel de naaldklep opnieuw in volgens de procedure stap 1-4 in paragraaf 3 van deze handleiding.

EINDKAP
LASSCHEUR

Symptoom: Olielekkage uit de lasnaad van de eindkap, met name bij de lasvoet – de verbinding tussen de loopbuis en het oppervlak van de eindkap. Dit kan gepaard gaan met roestvlekken of een zichtbare scheur onder de coating. Oorzaak: Langdurige vermoeiingsscheurgroei wordt veroorzaakt door herhaalde, niet-gedempte drukpieken aan het einde van de slag. Elke piek zorgt ervoor dat de lasnaad van de hefcilinder afwisselend onder hoge spanning en teruggaande spanning komt te staan ​​– een klassiek voorbeeld van hoogcyclische vermoeiing in de warmtebeïnvloede zone van de lasnaad. Actie: De hefcilinder moet onmiddellijk buiten gebruik worden gesteld. De lasnaad zal zich verder uitbreiden en onder aanhoudende bedrijfsdruk leiden tot een volledige breuk van de cilinderwand. De defecte cilinder moet worden vervangen door een nieuwe met de juiste eindslagdemping — de hoofdoorzaak (ontoereikende demping) moet worden verholpen, niet alleen het defecte onderdeel.

Vraag 01

Kan er demping worden toegevoegd aan een bestaande hefcilinder die zonder demping is gebouwd?

Het is mogelijk om demping toe te voegen aan een bestaande hefcilinder die oorspronkelijk zonder demping is gebouwd, maar dit vereist volledige demontage en het bewerken van nieuwe eindkappen met dempingsboringen, evenals een nieuwe zuiger of zuigerbus met de juiste dempingsgeometrie. In de meeste gevallen zijn de kosten van deze revisie vergelijkbaar met de aanschaf van een nieuwe hefcilinder met ingebouwde demping – met name voor cilinders met een kleine boring, waar de bewerkingskosten een groot deel van de totale componentkosten uitmaken. Een uitzondering hierop vormen cilinders met een grote boring en een lange slag, waarbij de cilinderwand en de stang het grootste deel van de waarde vertegenwoordigen – in deze gevallen kan het achteraf aanbrengen van dempingskappen kosteneffectief zijn als de cilinderwand en de stang in goede staat verkeren. Een meer praktische aanpak voor bestaande hefcilinders zonder demping is het verlagen van de bedrijfssnelheid met behulp van debietregelkleppen, zodat de kinetische energie aan het einde van de slag onder de drempelwaarde komt die structurele vermoeidheid veroorzaakt. Dit is een geldige tijdelijke maatregel, maar verkort de cyclustijd – de juiste oplossing voor de lange termijn is een nieuwe hefcilinder met ingebouwde demping.

Vraag 02

Onze hefcilinder heeft dempers aan beide uiteinden, maar maakt toch een kloppend geluid, alleen aan het einde van de uitschuifbeweging. Het intrekken verloopt soepel. Waarom slechts aan één uiteinde?

De asymmetrie in dempingsprestaties tussen het uitschuiven en intrekken van de zuiger aan het einde van de slag is bijna altijd het gevolg van een verschil in zuigersnelheid of effectieve massa aan beide uiteinden. Bij een dubbelwerkende hefcilinder is het effectieve ringvormige oppervlak aan het stanguiteinde kleiner dan aan het volledig gesloten uiteinde. Bij hetzelfde pompdebiet is de intreksnelheid van het stanguiteinde dus hoger dan de uitschuifsnelheid van het gesloten uiteinde. Als de dempingskussens aan beide uiteinden identiek zijn, moet het intrekbare dempingskussen per tijdseenheid meer kinetische energie absorberen dan het uitschuifbare dempingskussen, terwijl het beschikbare dempingsoppervlak aan het stanguiteinde kleiner is. Een hefcilinder die soepel uitschuift aan het gesloten uiteinde, maar bonkt bij het intrekken aan het stanguiteinde, heeft een langer dempingskussen of een kleinere speling nodig aan het stanguiteinde dan aan het gesloten uiteinde. Controleer de specificaties van de dempingskussens van de hefcilinder voor elk uiteinde afzonderlijk, rekening houdend met de werkelijke zuigersnelheid en belasting in die slagrichting. Ga er niet van uit dat symmetrische dempingsafmetingen correct zijn wanneer de oppervlakken en snelheden verschillen.

Vraag 03

Wat is het verschil tussen een buffer en een externe vertragingsklep – en wanneer moet je welke gebruiken?

Een geïntegreerd dempingskussen in de eindkap van de hefcilinder en een externe vertragingsklep (gemonteerd in het hydraulische circuit) bereiken beide hetzelfde doel: de zuiger afremmen vóór het einde van de slag. Ze werken echter via verschillende mechanismen en op verschillende punten in het circuit. Een geïntegreerd dempingskussen werkt in op de olie die tussen de zuiger en het eindkapvlak is opgesloten. Het is altijd correct gepositioneerd ten opzichte van de werkelijke positie van de zuiger, ongeacht de circuitconfiguratie. Een externe vertragingsklep werkt in op de olie die door het circuit naar de hefcilinder stroomt en wordt geactiveerd door een positienok of naderingsschakelaar. Deze klep kan de zuiger vanaf elk punt in de slag afremmen, niet alleen vanaf de laatste dempingslengte. Externe vertragingskleppen hebben de voorkeur wanneer de vertragingszone langer moet zijn dan een praktische dempingsgeometrie toelaat (bijvoorbeeld bij het afremmen van een snel bewegende bovenloopkraanwagen over 200-300 mm), wanneer de cilinder niet gemakkelijk een dempingsnippel kan bevatten (cilinders met een zeer korte slag), of wanneer het vertragingspunt instelbaar moet zijn zonder de cilinder te openen. Geïntegreerde dempers hebben de voorkeur voor standaard hefcilinders, waar de vertragingseisen bescheiden zijn en de slaggeometrie het mogelijk maakt om een ​​standaard demperholte met tap en boring in de eindkap te frezen. Veel hoogwaardige hefcilindersystemen gebruiken beide: de externe klep vermindert de snelheid en de geïntegreerde demper absorbeert de resterende kinetische energie aan het einde van de slag.

Vraag 04

Heeft een lage temperatuur invloed op de prestaties van de kussens? Moeten we de naaldventielinstelling in de winter aanpassen?

Ja, de viscositeit van hydraulische olie neemt aanzienlijk toe naarmate de temperatuur daalt, en dit heeft direct invloed op de werking van de demping. Een naaldklep van de demping van een hefcilinder, ingesteld op een warme bedrijfstemperatuur (50-60 °C, waarbij ISO 46-olie een viscositeit heeft van ongeveer 10 cSt), zal een veel hogere tegendruk genereren bij koude starttemperaturen (0-10 °C, waarbij dezelfde olie een viscositeit van 200-400 cSt kan hebben). Door de verhoogde viscositeit stroomt de olie veel langzamer uit de dempingsholte bij dezelfde naaldopening – de effectieve dempingsweerstand is bij koude temperaturen vele malen hoger dan bij bedrijfstemperatuur. Een hydraulische hefcilinder met een verstelbare demping waarvan de naald correct is ingesteld op bedrijfstemperatuur, kan bij een koude start bijna hydraulisch geblokkeerd raken aan het einde van de slag, waardoor de eerste paar cycli van de dag ernstig worden beperkt. Voor machines die vanaf een koude start in koude omstandigheden moeten werken, moet de naaldklep van de demping van de hefcilinder worden ingesteld op koude temperatuur in plaats van warme temperatuur, en moet een olie met een hoge viscositeitsindex (HV-klasse) worden gebruikt om het viscositeitsverschil tussen koude en bedrijfstemperaturen te minimaliseren. Als alternatief kan een opwarmcyclus op lagere snelheid worden opgenomen in de opstartprocedure van de machine voordat de productie op volle snelheid begint.