กระบอกสูบไฮดรอลิกเป็นแกนโครงสร้างและการดําเนินงานของกระบอกสูบไฮดรอลิกทําหน้าที่เป็นทั้งภาชนะความดันและคู่มือความแม่นยําสําหรับการแปลงพลังงานของเหลวไฮดรอลิกให้กลายเป็นการเคลื่อนไหวเชิงเส้นในระบบไฮดรอลิก (ตั้งแต่รถขุดก่อสร้างไปจนถึงเครื่องกดอุตสาหกรรม) ประสิทธิภาพของถังส่งผลกระทบโดยตรงต่อกําลังส่งออกประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของส่วนประกอบซึ่งแตกต่างจากส่วนรอง (เช่นซีล, ลูกสูบแท่ง), การออกแบบและการทํางานของถังไม่สามารถถูกแทนที่ได้: มันต้องมีแรงดันของเหลวที่รุนแรงรักษาการจัดตําแหน่งลูกสูบลดแรงเสียดทานและปกป้องส่วนประกอบภายในทั้งหมดในขณะที่ทนต่อความเครียดแบบวงจรและการสึกหรอของสิ่งแวดล้อมบทความนี้จะแบ่งฟังก์ชั่นหลักของถังความสําคัญทางเทคนิคและวิธีการเลือกการออกแบบ (วัสดุเสร็จสิ้นเรขาคณิต) ช่วยให้บทบาทเหล่านี้
1.บริบทพื้นฐาน: ระบบนิเวศกระบอกไฮดรอลิก
เพื่อชื่นชมฟังก์ชั่นของถังก่อนอื่นจะช่วยให้วางไว้ภายในชุดกระบอกไฮดรอลิกที่กว้างขึ้นกระบอกสูบไฮดรอลิกทั่วไปขึ้นอยู่กับสี่ส่วนประกอบที่พึ่งพาซึ่งกันและกันโดยมีถังเป็นกรอบกลาง:
| ส่วนประกอบ | บทบาทสัมพัทธ์กับถัง |
|---------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|
| ลูกสูบ Piston | ภาพนิ่งภายในรูภายในของถัง แยกถังออกเป็นสองห้องของเหลว (ปลายฝาปิด / ปลายก้าน) |
| ก้านลูกสูบ | ขยายผ่านปลายหัวของถัง; โอนการเคลื่อนไหวลูกสูบไปยังโหลดภายนอก |
| ฝาปิด | ปิดผนึกปลายเปิดของถัง (ปลายฝาปิด; ปลายหัว = ทางออกก้าน); พอร์ตของเหลวบ้าน |
| ระบบซีล|ติดตั้งในฝาปิดปลายและบนลูกสูบ ป้องกันการรั่วไหลของของเหลวระหว่างถังและสภาพแวดล้อมภายนอกและระหว่างสองห้องของถัง|
การออกแบบของบาร์เรลกําหนดว่าส่วนประกอบเหล่านี้ทํางานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพตัวอย่างเช่นถังที่มีความตรงเจาะไม่ดีจะทําให้ลูกสูบผูกพันในขณะที่ความหนาของผนังไม่เพียงพอจะล้มเหลวภายใต้ความกดดัน
ถังทําหน้าที่ห้าหน้าที่ที่ไม่สามารถเจรจาต่อรองได้ซึ่งแต่ละหน้าที่มีความสําคัญต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพของกระบอกสูบฟังก์ชั่นเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้เป็นวัสดุของถังเรขาคณิตและผิวผิว
2.1เรือแรงดันหลัก: มีแรงดันไฮดรอลิกสูง
ระบบไฮดรอลิกทํางานที่แรงดันตั้งแต่ 1,000 psi (69 บาร์) (อุตสาหกรรมเบา) ถึง 10,000 psi (690 บาร์) (ก่อสร้างหนัก)บทบาทแรกและสําคัญที่สุดของถังคือการบรรจุแรงดันเหล่านี้โดยไม่มีการเปลี่ยนรูปการแตกหรือการรั่วไหลทําหน้าที่เป็นเรือแรงดันที่แข็งแกร่ง
- วิศวกรรมสําหรับความต้านทานแรงดัน:
- ความหนาผนัง: คํานวณผ่าน *Barlow's Formula* (สําหรับถังผนังบางที่มีความหนาของผนัง <1/10 ของเส้นผ่าศูนย์กลางรูภายใน) หรือ *Lame's Equations* (สําหรับถังผนังหนาความหนาของผนัง≥1/10 ของเส้นผ่าศูนย์กลางรู) เพื่อให้แน่ใจว่าถังสามารถทนต่อแรงดันในการทํางานสูงสุดของระบบ (MOP) โดยมีปัจจัยความปลอดภัย (โดยปกติ 1.5-2.0)ตัวอย่างเช่น :
- ถังเจาะภายในขนาด 50 มม. สําหรับระบบ 3,000 psi (207 บาร์) ทําจากเหล็ก AISI 1045 (ความเครียดที่อนุญาต = 400 MPa) ต้องมีความหนาของผนังขั้นต่ํา ~ 4 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิด
- เลือกวัสดุ: บาร์เรลทําจากโลหะที่มีความแข็งแรงสูง (เหล็กกล้าคาร์บอน AISI 1045, เหล็กกล้าอัลลอย ST52.3 หรือสแตนเลส AISI 316 สําหรับความต้านทานการกัดกร่อน) ที่มีความต้านทานแรงดึง ≥500 MPa - ทําให้มั่นใจได้ว่าพวกเขาต้านทานการขยายตัวของรัศมีภายใต้ความกดดัน
- ผลที่ตามมาของความล้มเหลว: ถังที่ไม่สามารถบรรจุความดันได้จะแตกทําให้เกิดการปลดปล่อยของเหลวร้ายแรงโหลดล่มสลายหรืออุปกรณ์เสียหายนี่คือเหตุผลที่การออกแบบบาร์เรลต้องเป็นไปตามมาตรฐานเช่น ISO 4413 (กระบอกไฮดรอลิก) และ ASME BPVC (หม้อไอน้ําและภาชนะความดัน)
2.2คู่มือความแม่นยํา: รักษาการจัดตําแหน่งลูกสูบและการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น
เพื่อให้กระบอกสูบสามารถสร้างแรงเชิงเส้นได้อย่างมีประสิทธิภาพลูกสูบจะต้องเลื่อนไปตามรูภายในของถังโดยไม่ต้องผูกมัดสั่นสะเทือนหรือสึกหรอไม่สม่ําเสมอบาร์เรลทําหน้าที่เป็นคู่มือความแม่นยําเพื่อให้แน่ใจว่า:
- ความตรงของเจาะและความโค้งมน:
- ความคลาดเคลื่อนของความตรง: ≤0.05 มม. ต่อเมตรของความยาวกระบอก (ตาม DIN 2393)แม้กระทั่งการโค้งน้อมเล็กน้อย (เช่น0.1 mm / m) จะทําให้ลูกสูบถูกับผนังเจาะเพิ่มแรงเสียดทานและการสึกหรอของซีล
- ความอดทนความโค้งมน: ≤0.0005 มม. (สําหรับกระบอกความแม่นยําสูง)การเจาะนอกรอบจะสร้างช่องว่างระหว่างลูกสูบและถังนําไปสู่การรั่วไหลภายใน (ของเหลวหลีกเลี่ยงลูกสูบ) และลดแรงส่งออก
- เสร็จสิ้นพื้นผิว:
- รูภายในของกระบอกถูกขัดให้เรียบเป็นพิเศษ (Ra = 0.2-0.8μm)ช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างลูกสูบ / ซีลและผนังเจาะลดการสูญเสียพลังงาน (แปลงเป็นความร้อน) และยืดอายุการใช้งานของซีลได้ 2-3 เท่าเมื่อเทียบกับถังที่ไม่ได้ขัด
- ผลที่ตามมาของคําแนะนําที่ไม่ดี: การจัดตําแหน่งที่ไม่เหมาะสมทําให้เกิด "การโหลดด้านข้าง" บนก้านลูกสูบซึ่งดัดก้านเมื่อเวลาผ่านไปและน้ําตาซีลก้านนําไปสู่การรั่วไหลภายนอกและการซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง
2.3ตัวแยกห้องของเหลว: เปิดใช้งานการควบคุมแรงสองทิศทาง
กระบอกสูบไฮดรอลิกแบบ Double-acting (ชนิดที่พบมากที่สุด) อาศัยถังเพื่อแยกห้องของเหลวสองห้องแยก (ห้องปลายฝา = ระหว่างลูกสูบและปลายฝา; ห้องปลายก้าน = ระหว่างลูกสูบและปลายหัว)การแยกนี้เป็นสิ่งสําคัญสําหรับการเคลื่อนไหวสองทิศทาง:
- วิธีการทํางาน:
- เมื่อของเหลวถูกสูบเข้าไปในห้องปลายฝาความดันจะผลักลูกสูบไปทางปลายหัว (จังหวะการขยาย) สร้างแรง
- เมื่อของเหลวถูกสูบเข้าไปในห้องปลายก้านแรงดันจะผลักลูกสูบไปทางปลายฝา (จังหวะการหดตัว)
- โครงสร้างที่แข็งแกร่งของถังช่วยให้มั่นใจได้ว่าห้องยังคงแยก - ไม่มีการผสมของเหลวเกิดขึ้นเนื่องจากซีลของลูกสูบเป็นอุปสรรคที่แน่นหนาต่อรูขุมของถัง
- ผลที่ตามมาของการแยกไม่ดี: หากรูขุมของถังมีรอยขีดข่วนหรือสึกหรอของเหลวจะรั่วซึมระหว่างห้อง (การรั่วซึมภายใน) ลดความเร็วจังหวะและแรงตัวอย่างเช่นการรั่วซึมภายใน 5% สามารถลดประสิทธิภาพกระบอกสูบได้ 15-20%
2.4ที่อยู่อาศัยโครงสร้าง: ปกป้องส่วนประกอบภายใน
บาร์เรลทําหน้าที่เป็น "กระดูกสันหลัง" ของกระบอกสูบที่อยู่อาศัยและป้องกันลูกสูบลูกสูบและซีลภายในจากความเสียหายภายนอก (เช่นเศษผลกระทบ) และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (เช่น,ความชื้นฝุ่น):
- ความทนทานภายนอก:
- ถังมักจะเคลือบ (เช่น,ชุบสังกะสี, เคลือบผง) เพื่อต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งหรือสกปรก (เช่นสถานที่ก่อสร้างทุ่งนาเกษตร)
- การออกแบบผนังหนาดูดซับแรงกระแทก (เช่นก้อนหินที่ตกลงมาตีกระบอกสูบรถขุด) โดยไม่ต้องเจาะฟันเจาะจะทําลายซีลลูกสูบและทําให้เกิดการรั่วไหล
- การเก็บรักษาส่วนประกอบ:
- การเชื่อมต่อเกลียวหรือรอยของถังกับฝาปิดปลายช่วยให้ชุดประกอบทั้งหมดเหมือนเดิมภายใต้ความเครียดแบบวงจร (เช่นการขยาย / การถอนตัวซ้ํา ๆ ในกด)การเชื่อมต่อหลวมจะช่วยให้ของเหลวรั่วไหลและประนีประนอมการจัดตําแหน่ง
2.5การกระจายความร้อน: จัดการพลังงานความร้อน
ระบบไฮดรอลิกสร้างความร้อนจากแรงเสียดทานของของเหลว (ขณะที่ของเหลวไหลผ่านวาล์วและรูรูบาร์เรล) และแรงดันลดลงบาร์เรลมีบทบาทรอง แต่สําคัญในการกระจายความร้อนนี้เพื่อปกป้องส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน (เช่นซีลยาง:
- การนําความร้อน:
- ถังโลหะ (เหล็ก, สแตนเลส) มีการนําความร้อนสูง (15-50 W/m·K) ทําให้ความร้อนสามารถถ่ายโอนจากของเหลวภายในไปยังพื้นผิวด้านนอกของถังซึ่งจะกระจายไปในอากาศ
- สําหรับการใช้งานความร้อนสูง (เช่นกดปลอมโลหะ), ถังอาจมีครีบภายนอกเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวและการกระจายความร้อน
- ผลของการกระจายความร้อนไม่ดี: ความร้อนส่วนเกิน (≥80 °C / 176 °F) ทําให้ซีลยางย่อยสลาย (ทําให้แข็งหรือแตก) และลดความหนืดของของเหลวไฮดรอลิก (เพิ่มการรั่วซึมภายใน)ถังที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถลดอุณหภูมิในการทํางานได้ 5-10 °Cเมื่อเทียบกับถังที่ออกแบบไม่ดี
3.ปัจจัยการออกแบบที่สําคัญที่เปิดใช้งานฟังก์ชันการทํางานของบาร์เรล
ความสามารถของถังในการปฏิบัติหน้าที่หลักขึ้นอยู่กับตัวเลือกการออกแบบที่สําคัญสามประการ:
3.1วัสดุ
- เหล็กกล้าคาร์บอน (AISI 1045, ST52.3): พบมากที่สุด; สมดุลความแข็งแรง (แรงดึง = 515-620 MPa) และความคุ้มค่าเหมาะสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและมือถือ (เช่น,กดโรงงานรถแทรกเตอร์) ในสภาพแวดล้อมที่ไม่กัดกร่อน
- เหล็กกล้าอัลลอย (AISI 4140): มีความแข็งแรงสูงขึ้น (ความต้านแรงดึง = 800-1,000 MPa) และทนต่อความเมื่อยล้าใช้สําหรับกระบอกแรงดันสูง (เช่นอุปกรณ์บ่อน้ํามันเครนหนัก)
- สแตนเลส (AISI 316): ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ใช้ในงานทางทะเลอาหารหรือเคมี (เช่นกระบอกสูบพวงมาลัยเรือ, เครื่องจักรยา)
3.2เครื่องจักรกลเจาะ
- การขัด: มาตรฐานทองคําสําหรับการตกแต่งรูการขัดขัดจะช่วยลบรอยเครื่องมือจากการตัดชิ้นงานเบื้องต้น สร้างพื้นผิวที่เรียบเนียนสม่ําเสมอ (Ra = 0.2-0.8μm) และแก้ไขข้อผิดพลาดเล็กน้อยเกี่ยวกับความตรง / ความกลม
- การวาดภาพเย็น: สําหรับถังไร้รอยต่อการวาดภาพเย็นจะลดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูให้ใกล้กับขนาดสุดท้ายปรับปรุงความหนาแน่นของวัสดุและเสถียรภาพของมิติ
3.3ความหนาของผนัง
- ผนังบาง (t <D/10): ใช้สําหรับระบบแรงดันต่ํา (≤ 2,000 psi / 138 บาร์) และการใช้งานที่มีน้ําหนักเบา (เช่นกระบอกสูบหุ่นยนต์ขนาดเล็ก)
- Thick-Walled (t≥D/10): ใช้สําหรับระบบแรงดันสูง (> 3,000 psi/207 bar) (เช่นอุปกรณ์การทําเหมืองแร่, เครื่องกดไฮดรอลิก)
4.แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการบํารุงรักษาสําหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานของถัง
เพื่อรักษาฟังก์ชั่นการทํางานของถัง (และยืดอายุการใช้งานของกระบอกสูบ) ให้ทําตามขั้นตอนการบํารุงรักษาต่อไปนี้:
1.การตรวจสอบเจาะเป็นประจํา:
- ใช้ borescope เพื่อตรวจสอบรอยขีดข่วนการกัดกร่อนหรือการสึกหรอในรูเจาะแม้แต่รอยขีดข่วน 0.1 มม. ก็สามารถฉีกซีลลูกสูบได้
- วัดความตรง / ความโค้งมนของเจาะเป็นประจําทุกปี (โดยใช้เครื่องมือจัดตําแหน่งเลเซอร์หรือเครื่องวัดเจาะ) เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนรูป
2.การควบคุมคุณภาพของเหลว:
- เก็บของเหลวไฮดรอลิกให้สะอาด (ระดับการปนเปื้อน ≤ ISO 18/15 ต่อ NAS 1638) เพื่อป้องกันอนุภาคกัดกร่อนจากการขีดข่วนเจาะ
- ใช้ของเหลวที่เข้ากันได้กับวัสดุถัง (เช่น,น้ํามันไฮดรอลิกป้องกันการสึกหรอสําหรับถังเหล็ก; น้ํามันเกรดอาหารสําหรับถังสแตนเลส)
3.การป้องกันการกัดกร่อน:
- สําหรับการใช้งานกลางแจ้งให้ทาเคลือบป้องกันใหม่ (เช่นสี, ชุบสังกะสี) ทุก 2-3 ปีเพื่อป้องกันสนิม
- เก็บกระบอกสูบที่ไม่ได้ใช้งานในพื้นที่แห้งและควบคุมสภาพอากาศเพื่อหลีกเลี่ยงความชื้น
4.หลีกเลี่ยงการโหลดเกิน:
- ไม่เคยเกินแรงดัน / แรงเกินพิกัดของกระบอกสูบทําให้เกิดการเปลี่ยนรูปของรูถาวรและลดความสามารถในการควบคุมความดัน
