¿Por qué el cilindro hidráulico de carrera ultralarga adopta el proceso de perforación por raspado y rodado? ¿El primer anillo guía de tela fenólica recomendado puede evitar ruidos y vibraciones?

2025,09,17

En la producción y fabricación de cilindros hidráulicos telescópicos con carrera ultralarga (>8 metros), es común encontrar vibraciones y ruidos en los cilindros. A través de un extenso análisis de datos, se encontró que después de excluir otros factores, se identificaron los siguientes problemas típicos:

1. La probabilidad de que se produzcan sacudidas y ruidos en el tubo del cilindro procesado mediante tecnología de perforación por raspado y laminación utilizando anillos guía de POM es alta, mientras que reemplazarlos con anillos guía de tela fenólica puede eliminar en gran medida las sacudidas y el ruido;

2. La probabilidad de sacudidas y ruidos al utilizar anillos de soporte de POM para cilindros procesados mediante tecnología de bruñido de orificios internos y perforación por rodadura con raspado es muy baja.

La estrecha integración de la tecnología de fabricación de cilindros hidráulicos, la tribología de materiales y las aplicaciones prácticas se debe fundamentalmente a la microestructura de la superficie de la pared interior del cilindro y su compatibilidad con diferentes pares de fricción de materiales de anillos guía.

Analicemos y exploremos las razones juntos:

一、 La razón principal es que la morfología de la microsuperficie del cilindro procesado mediante bruñido interno, raspado y taladrado por laminación es completamente diferente a la de la pared interna.

1. Proceso de raspado y laminación · Características de la superficie: El raspado y laminación es un proceso compuesto de una sola vez (mandrinado, laminación). Las herramientas rodantes utilizan una presión tremenda para aplanar y compactar las partes que sobresalen de la superficie metálica, creando un flujo plástico y llenando las depresiones, formando así una superficie muy suave, similar a un espejo.

·Ventajas: Rugosidad superficial extremadamente baja (normalmente hasta Ra0,2-0,4 μ mo incluso menos), buen rendimiento de sellado y resistencia al desgaste.

·Desventaja: Poca capacidad de almacenamiento de petróleo en superficie. Porque la superficie es demasiado lisa y carece de micro hoyos (valles de aceite) para almacenar aceite lubricante. A los pares de fricción les resulta difícil formar una película de aceite lubricante estable y continua durante el movimiento relativo.

2. Proceso de bruñido interno · Características de la superficie: El bruñido se logra mediante la rotación a baja velocidad y el movimiento alternativo de una piedra de aceite incrustada en el cabezal de bruñido, que realiza un corte transversal en la pared interior.

·Ventajas: Formará una estructura típica de "malla cruzada". Estos patrones de malla se componen de innumerables ranuras pequeñas y uniformemente profundas, que forman un tanque de almacenamiento de petróleo ideal.

·Desventajas: La rugosidad de la superficie es relativamente alta (pero controlable, normalmente Ra0,4-0,8 μ m es adecuado para cilindros hidráulicos). El bruñido de precisión puede alcanzar 0,2 μm

二、 Características del material del anillo guía: POM versus tejido sándwich fenólico.

1. Anillo guía de POM (polioximetileno)

Ventajas: 1) Extremadamente alta resistencia mecánica y rigidez: El POM es uno de los materiales con mayor resistencia y rigidez en los plásticos de ingeniería, capaz de soportar grandes cargas radiales y resistencia a la compresión, evitando el contacto directo entre el vástago o pistón y el cilindro, y brindando un excelente soporte. 2）. Propiedades autolubricantes y de baja fricción: el POM tiene una superficie muy lisa y lubricidad natural, con un bajo coeficiente de fricción con las superficies metálicas. Esto puede reducir la resistencia de arranque, mejorar la eficiencia general del cilindro hidráulico y reducir el desgaste y el consumo de energía. 3）. Excelente resistencia al desgaste: POM tiene una excelente resistencia al desgaste y una larga vida útil en condiciones de aceite limpio y buenas condiciones de trabajo. 4）. Buena estabilidad dimensional: el POM tiene baja absorción de agua y no se expande fácilmente en aceite, lo que mantiene una buena estabilidad dimensional y garantiza espacios de sellado estables. 5）. Buena economía: en comparación con los anillos de soporte sándwich fenólicos, el material POM tiene un costo menor y un procesamiento más simple (generalmente moldeo por inyección), por lo que el precio del producto suele ser más ventajoso. 6）. Resistencia al aceite y a los productos químicos: Tiene buena resistencia al aceite hidráulico, al aceite lubricante y a la mayoría de los disolventes.

Desventajas: 1) Mala resistencia a altas temperaturas: esta es la mayor debilidad del POM. Su temperatura de funcionamiento continuo generalmente no supera los 90 °C (194 °F), y el valor máximo a corto plazo también es preferiblemente inferior a 100 °C. A altas temperaturas, se ablandará y su resistencia y rigidez disminuirán drásticamente, lo que provocará deformación y fallas. 2）. No resistente a ácidos y álcalis fuertes: puede sufrir corrosión en ciertos medios químicos especiales. 3）. Sensibilidad a los espacios: para diseños con espacios en las esquinas pronunciados, se pueden producir grietas por tensión bajo cargas de impacto. 4）. El rendimiento de funcionamiento en seco es medio: aunque tiene buenas propiedades autolubricantes, depende en gran medida de las condiciones de lubricación. En ausencia de una película continua de aceite lubricante, su coeficiente de fricción aumentará significativamente y es propenso al fenómeno de "deslizamiento", lo que provoca sacudidas y ruidos anormales. La textura del material es relativamente uniforme.

2. Anillo guía de tela sándwich fenólica

Ventaja: 1) Resistencia extremadamente excelente a altas temperaturas: esta es la ventaja más destacada de los anillos de soporte tipo sándwich fenólicos. Puede funcionar de forma estable durante mucho tiempo en entornos de alta temperatura superiores a 120 °C, incluso entre 150 °C y 200 °C, sin una degradación significativa del rendimiento. Un cilindro hidráulico muy adecuado para condiciones de trabajo de alta temperatura. 2）. Excelente resistencia a la compresión y capacidad de carga: La estructura de tela de fibra laminada le confiere una altísima resistencia mecánica y resistencia a la carga de impacto, capaz de soportar presiones de impacto instantáneas extremas sin ruptura ni deformación permanente. 3）. Excelente funcionamiento en seco y rendimiento de lubricación límite: incluso en condiciones difíciles, como daños a la película de aceite lubricante o escasez extrema de aceite, su estructura de fibra puede proporcionar un cierto grado de lubricación y almacenamiento de aceite, proporcionando un rendimiento de fricción relativamente estable y evitando fenómenos severos de deslizamiento por adherencia. La rotura y el desgaste de las propias fibras también pueden influir en cierta medida en la lubricación sólida. Evita el bloqueo y el desgaste severo, con una confiabilidad extremadamente alta. 4）. Buena incrustación: su material es relativamente blando, lo que permite que pequeños contaminantes duros queden incrustados en el material en lugar de rayar la superficie metálica correspondiente, protegiendo así costosos vástagos de pistón y cilindros. 5）. Especificaciones de tamaño flexibles: generalmente se fabrican girando materiales de barras o tuberías, especialmente adecuadas para la personalización de tamaños grandes, lotes pequeños o tamaños no estándar.

Desventajas: 1) Alto costo: El costo de las materias primas y el procesamiento (laminación+torneado) es mayor que el de los anillos de POM formados mediante moldeo por inyección. 2. Absorción y expansión de agua: los materiales de tela tipo sándwich fenólicos tienen un cierto grado de absorción de agua y se debe prestar atención durante el almacenamiento y la instalación, ya que pueden ocurrir ligeros cambios de tamaño después de la absorción de humedad. Pero tiende a estabilizarse después de una inmersión prolongada en aceite. 3. Coeficiente de fricción relativamente alto: en condiciones normales de funcionamiento, su coeficiente de fricción suele ser mayor que el del POM, lo que puede provocar una resistencia de arranque ligeramente mayor del cilindro hidráulico. 4. Altos requisitos de limpieza: se pueden generar pequeños restos de fibra durante el proceso de desgaste, y los sistemas con requisitos estrictos de limpieza del aceite deben considerarse cuidadosamente (pero este problema ya no es importante con materiales sándwich fenólicos de alta calidad).

Análisis integral: ¿Por qué deben coincidir el proceso y los materiales? Ahora combinemos la superficie del cilindro hidráulico eléctrico con el material del anillo de soporte para ver:

Escenario 1: Perforación por raspado y rodadura (superficie del espejo)+anillo de soporte POM=propenso a ruidos y sacudidas

El cilindro espejo producido mediante raspado y perforación por rodadura tiene una capacidad de almacenamiento de aceite extremadamente pobre.

Cuando el cilindro hidráulico largo (más de 8 metros) de la grúa se extiende y retrae, la carrera es larga, la velocidad puede ser desigual y la película de aceite lubricante se daña fácilmente o no se puede formar.

El material POM entra en contacto directamente con una superficie metálica lisa en condiciones de aceite pobre, el coeficiente de fricción aumenta bruscamente y el fenómeno de "deslizamiento por adherencia" es muy fácil de ocurrir.

Sticky ": La fuerza de fricción estática es alta y se requiere una gran fuerza para que el vástago del pistón arranque instantáneamente.

Deslizamiento: una vez activado, la fuerza de fricción dinámica disminuye repentinamente y el vástago del pistón se desliza repentinamente.

Este patrón de movimiento de "una tarjeta, una tarjeta" produce sacudidas notables y ruidos anormales.

El peso y la deformación por deflexión del cilindro largo exacerbarán este movimiento desigual.

Escenario 2: Raspado y perforación rodante (superficie de espejo)+anillo de soporte de sujeción de tela=funcionamiento suave

En las mismas malas condiciones de aceite, la estructura de fibra del anillo de soporte de sujeción puede hacer frente mejor a una mala lubricación.

Su material es más blando y tiene mejor tenacidad, lo que puede absorber y amortiguar pequeñas vibraciones generadas por la tendencia "stick slip", evitando que se conviertan en sacudidas severas.

Por lo tanto, incluso en superficies lisas de procesos de raspado y laminado, el anillo de soporte de sujeción puede garantizar un funcionamiento suave.

Escenario 3: bruñido interno (superficie de malla)+anillo de soporte POM=funcionamiento suave

El patrón de malla cruzada generado por el bruñido interno es un micro depósito de aceite natural que puede proporcionar continuamente aceite lubricante para el par de fricción.

Las excelentes propiedades autolubricantes del POM dependen en gran medida de una buena lubricación. Con una película de aceite suficiente, el coeficiente de fricción entre el POM y las superficies metálicas se puede mantener en un nivel muy bajo y estable.

Una película de aceite estable evita la aparición del "fenómeno de deslizamiento", lo que resulta en un funcionamiento suave, silencioso y sin vibraciones.

En estas condiciones ideales de lubricación, las ventajas de la resistencia al desgaste del POM y la baja fricción se aprovechan al máximo, y su rendimiento suele ser superior al del anillo de soporte de sujeción.

En definitiva, la razón fundamental reside en la garantía de las condiciones de lubricación:

Proceso de perforación por raspado y rodadura: incapaz de proporcionar buenas condiciones de lubricación por sí solo, perteneciente a un entorno de fricción con "pobre aceite". Por lo tanto, es necesario utilizar un anillo de soporte de sujeción que sea insensible a la lubricación y que tenga buenas propiedades antivibración para compensar.

Proceso de bruñido interno: su estructura de malla cruzada puede crear y mantener activamente buenas condiciones de lubricación. Por lo tanto, puede combinar perfectamente con los anillos de soporte de POM que requieren una buena lubricación pero tienen un mejor rendimiento de fricción. Para cilindros hidráulicos con carrera ultra larga (más de 8 metros), la planitud y la deformación por peso propio del cilindro del cilindro tienen un mayor impacto, y los requisitos de estabilidad para el par de fricción también son mayores. Por lo tanto, la selección adecuada de este proceso y materiales es crucial.

Por supuesto, las condiciones de trabajo reales son complejas e intrincadas y requieren un análisis específico basado en factores como las condiciones de trabajo y la tecnología de procesamiento para seleccionar el anillo guía de manera razonable. Este artículo es sólo para referencia.

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Autor:

Mr. guoyue

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