Wanneer eenhydraulische cilinderbeweegt een mechanisme van meerdere tonnen met snelheden boven 0,1 tot 0,2 m/s (4 tot 8 in/s), waardoor het abrupt tot stilstand brengen van die massa tegen de eindkap van de cilinder een enorme vernietigende schok veroorzaakt.
Veel ontwerpers van apparatuur gaan ervan uit dat het instellen van de ontlastklep van het hoofdsysteem op 3.000 psi de gehele actuator beschermt. In werkelijkheid heeft de opgesloten olie, zodra de zuiger de primaire uitgangspoort passeert en de kussenzone binnengaat, slechts één kleine ontsnappingsroute: een gekalibreerde naaldklep of precisie-opening.
Als de geometrie van het kussen te klein is of niet goed is afgesteld, kan de opgesloten vertragingsdruk achter de kussenspeer gedurende enkele milliseconden gemakkelijk oplopen tot 6.000 tot 10.000+ psi (400 tot 700 bar).
Gedurende duizenden cycli leiden deze gewelddadige druktransiënten tot:
Een intern hydraulisch kussen zet de kinetische energie van de bewegende massa (plus de continue voortstuwingskracht van de pomp) om in warmte door een opgesloten volume olie door een beperkte opening te persen over een korte vertragingsslag sc (typisch 20 tot 40 mm of 0,75 tot 1,5 inch).
Een goed ontworpen kussensamenstel omvat drie mechanische kernelementen:
Stapsgewijze berekening van kussenenergie en -druk Om te bepalen of een intern kussen uw lading veilig kan verwerken zonder de barst- of vermoeidheidsdrempel van de cilinder te overschrijden, berekent u de totale op te nemen energie:
Ek = ½ mv²
Waar:
m = Totale bewegende massa (inclusief zuiger, stang, hulpstukken en extern laadvermogen in kg of lb)
v = Maximale snelheid op het moment dat de kussenspeer de holte raakt (m/s of in/s)
Als de pompstroom tijdens het vertragen aanhoudt, blijft de systeemdruk de zuiger over de kussenslag sc duwen:
Wprop = Fprop × sc = (Psys × Apiston) × sc
Waar:
Psys = Aandrijfsysteemdruk (Pa of psi)
Apiston = Effectief oppervlak van de rijzijde (m² of in²)
sc = Effectieve lengte van de kussenspeer (m of in)
Etotaal = Ek + Wprop ± Wzwaartekracht
(Tel de zwaartekrachtarbeid mg sc sinθ op of trek deze af als u verticaal of op een helling beweegt).
De gemiddelde benodigde vertragingskracht Fdec is:
Fdec = Etotaal / sc
De resulterende gemiddelde hydraulische druk in de kussenkamer Pcushion is:
Pkussen = Fdec / Ackussen
Waar Acushion het ringvormige gebied is van de opgesloten oliekolom in de kussenzak (Abore - Aspear of Arod).
Technische vuistregel: De piekdruk tijdens de initiële speerinvoer bedraagt doorgaans 1,5 tot 2,2× de berekende gemiddelde kussendruk. Als de berekende piek groter is dan 1,5× de maximale nominale vermoeidheidsdruk van de cilinder, is een externe proportionele vertragingsklep of een langere, op maat gemaakte kussenspeer vereist.
1. De naaldklep volledig naar binnen draaien (nulstroom): Operators die het geluid van de eindslag proberen te elimineren, sluiten de naaldklep soms volledig. Dit creëert een totale hydraulische vergrendeling in de kussenzak, waardoor de olie langs de speeropening wordt geperst en de pakkingbusafdichtingen worden opgeblazen.
2. Negeren van horizontale traagheid op vrij rollende karren: Ontwerpers berekenen alleen de aandrijfdruk en vergeten de kinetische energie van een rollende kar van 10 ton. Zelfs bij lage druk zal een hoge traagheid een intern kussen verpletteren.
3. Gebruik van standaardkussens met water-glycol of koude olie met een hoge viscositeit: Dikkere vloeistoffen of brandwerende vloeistoffen met een lage viscositeit veranderen de stroom door de doseernaald aanzienlijk, waardoor ernstige overdruk ontstaat tijdens het opstarten in de winter in de ochtend.
4. Het verwaarlozen van vloeistofontluchting: Sponsachtige, beluchte olie die het kussen binnendringt, wordt samengedrukt als een veer, waardoor stuiteren, dieselen en onregelmatige vertraging ontstaat.
Wanneer u technische gedempte cilinders bij HCIC aanvraagt, dient u het volgende te verstrekken:
De hierboven gepresenteerde kussenberekeningen bieden fundamentele schattingen van de afmetingen op basis van de mechanica van het starre lichaam. De werkelijke maximale dynamische druk is afhankelijk van de bulkmodulus van de hydraulische olie, de leidingcapaciteit, de ontladingscoëfficiënten van de naaldopening en de responstijden van de kleppen. De uiteindelijke apparatuurontwerpen moeten worden geverifieerd door middel van druktransducertests en transiëntensimulatie.*
HCIC ontwerpt op maat gemaakte industriële en mobiele hydraulische cilinders met op maat gemaakte kussenprofielen voor toepassingen met hoge impact wereldwijd.
