Основные причины выхода из строя гидроцилиндров.

Гидроцилиндры являются агрегатами которые в процессе эксплуатации, на практике дают довольно большую часть отказов в работе гидравлических систем. В основном их отказы происходят из-за неправильной эксплуатации или пренебрежения к обслуживанию. Внешние повреждения и их последствия очевидны и могут быть обнаружены при ежедневных осмотрах машины (вмятины на корпусе, царапины, забоины на штоке, масляное истощение штока и т.д.). А вот внутренние утечки и нормальный износ требуют более тщательного внимания.

Основные причины неисправностей, возникающих в гидроцилиндрах

К наиболее распространенным причинам появления неисправностей в гидроцилиндрах:
• Нарушение периодичности технического обслуживания гидросистем.
• Использование низкосортных гидравлических масел (зачастую смесей различных масел.)
• Наличие механических примесей в маслах, вследствие чего происходит засорение фильтров и жиклеров, зависание золотников и клапанов, нарушение целостности уплотнительных элементов (манжет, колец, грязесъемников) гидроцилиндров, и в итоге нарушение нормальной работы гидросистемы эксплуатируемой машины.
• Нарушение параметров установки в узлах и агрегатах, т.е. такие случаи, когда в конструкции возникает эффект изгиба штока г/цилиндра.
• Нарушение правил эксплуатации (превышение грузоподъёмности, механические повреждения и т.п.)

Последствия очевидны и неизбежны:

– нарушение герметичности, за счёт интенсивного износа уплотнений;
– механические повреждения штоков, гильз, поршней - задиры, сколы, излом, изгиб;
– износ посадочных мест подшипников, втулок в проушинах;
– нарушение целостности опорно-уплотнительных элементов.

Работоспособность гидроцилиндра обычно снижается постепенно во времени, а износ может быть больше 20 %, когда это осознает работник, замечая замедленность и увеличение временных циклов.
Основным способом оценки технического состояния гидросистемы является ее тестирование, что в настоящее время из-за плохой оснащенности данным видом оборудованием неприемлемо для наших эксплуатационников.
Поэтому вполне уместно в таких случаях воспользоваться рекомендациями старшего учебного консультанта «Caterpillar» г-на Руди Урбано по определению внутренней утечки через уплотнительные элементы поршня гидроцилиндра, суть которых заключается в следующем: выдвинуть шток на максимальную длину рабочего хода и ждать при работающей гидросистеме в течение трех минут, и если шток подвинется более чем на 0,5 дюйма (примерно 15 мм), то значит, имеется внутренняя утечка через уплотнительные элементы поршня.
Эксплуатация гидроцилиндра должна производиться в соответствии с "Техническим описанием и инструкцией по эксплуатации" изделия, на которое он устанавливается. Монтаж, демонтаж и эксплуатация гидроцилиндра на изделии должны производиться персоналом, ознакомленным с "Техническим описанием и инструкцией по эксплуатации" на машину и гидроцилиндр.

Общие требования при проведении монтажа и установки гидроцилиндров

• Разборку, сборку гидроцилиндров и замену опорно-направляющих и уплотнительных элементов производить согласно «Инструкции по обслуживанию и ремонту цилиндров гидравлических».
• При монтаже и эксплуатации гидроцилиндров должны соблюдаться правила безопасной работы, приведенные в ГОСТ 16028, ГОСТ 12.2.086, а также в инструкции по эксплуатации машины.
• Перед установкой гидроцилиндра на машину необходимо не менее чем за 12 часов его расконсервировать.
• При монтаже гидроцилиндра необходимо обеспечить соблюдение направления действия усилия с осью штока на всем пути его движения, а также надежность закрепления гидроцилиндра.
• При монтаже гидроцилиндров необходимо обеспечить жесткую фиксацию штока (плунжера) относительно гильзы для предотвращения его самопроизвольного выдвижения. Монтаж гидроцилиндров массой до 30 кг осуществляют вручную, свыше 30 кг - с применением подъемно-транспортных средств.
• Монтаж гидроцилиндра на изделие (машину) рекомендуется производить съемными грузозахватными приспособлениями, например, грузовым текстильным ленточным стропом типа СТП или СТК, необходимой грузоподъемности.

Схемы строповки

• При установке гидроцилиндров на шарнирных подшипниках отклонение (неперпендикулярность) его геометрической оси не должна превышать 2 град. в одном направлении. При смазке шарнирных подшипников через опорный палец смазочные канавки на опорных пальцах должны совпадать с отверстиями для смазки во внутреннем кольце подшипника. При монтаже шарнирного подшипника в проушину разъем на его наружном кольце (паз) должен устанавливаться перпендикулярно направлению действующей нагрузки. Основные правила монтажа гидроцилиндров:
• Радиальные нагрузки на шток (плунжер) должны быть минимальными.
• Следует обеспечить соосность штока (плунжера) и соединяющегося с ним вала ведомого механизма. Для проверки соосности устанавливают монтажные струны, отвесы и другие приспособления. Непараллельность оси штока и направления перемещения ведомых штоков узлов не должна превышать 0,1 мм на длине 150 мм.
• Крепление гидроцилиндров должно быть прочным и жестким (за исключением специальных случаев), а для сочленения штока (плунжера) с приводом рекомендуется применять шарнирное соединение.
• Величину рабочего хода штока (плунжера) гидроцилиндра следует выбирать несколько большей по сравнению с величиной максимального хода ведомого механизма во избежание возможных ударов поршня о крышку.
• Не допускается нагружать шток в крайних положениях дополнительной силой, превышающей номинальную.
• При возникновении в крайних положениях штока динамических нагрузок, превышающих максимально допустимые, в гидросистеме необходимо предусмотреть устройства для торможения и демпфирования поршня.
• Должен быть обеспечен удобный доступ к гидроцилиндру для текущего обслуживания и наблюдения за его работой.

Внутренние диаметры трубопроводов

Для подключения гидроцилиндра к гидравлической системе внутрение диаметры трубопроводов должны быть приняты из условия обеспечения необходимого времени срабатывания на основе расчетных или опытных данных. Для уменьшения сопротивления потоку необходимо избегать большого числа изгибов и применять трубопроводы малой длины. Трубы перед монтажом должны быть тщательно очищены от загрязнений.

При работе в запыленных условиях шток (плунжер) гидроцилиндра следует защищать от попадания пыли и грязи, что предотвратит преждевременный выход из строя уплотнений.

После установки гидроцилиндра шарнирные подшипники нужно смазать универсальной среднеплавкой смазкой УС-1 ГОСТ 1033 или другими аналогами до ее появления в зазорах подшипников.

После монтажа гидроцилиндра и подключения его к гидравлической системе нужно обязательно удалить воздух из гидроцилиндра и гидросистемы.

Проверка работы гидроцилиндра состоит из перемещения штока (плунжера) в режиме рабочего хода и возврата вхолостую и под нагрузкой. Шток (плунжер) должен передвигаться плавно, без вибраций и заеданий.

В течение первых 8 часов работы давление в гидроцилиндрах нe должно превышать 50% номинального значения.

Техническое обслуживание гидроцилиндра

Техническое обслуживание гидроцилиндров заключается в своевременной замене уплотнений при появлении утечек.

При быстром выходе уплотнений из строя следует найти и устранить причины их повышенного износа. Такими причинами могут быть: попадание загрязнений в полость цилиндра; работа на загрязненной рабочей жидкости; появление коррозии на штоке и гильзе (при длительных остановках гидропривода); наличие царапин и за¬зубрин на штоке и гильзе.

Правила замены уплотнений следующие: перед установкой уплотнительных элементов очистить всю систему от загрязнений; уплотнения не должны проходить над острыми кромками, выступами штока, резьбой, посадочными канавками и т.п. (эти места перед монтажом уплотнений должны быть закрыты в соответствии с рекомендациями по монтажу уплотнений); уплотнения и детали уплотнительного узла должны быть смазаны, отсутствие смазки или недостаточная смазка уплотнений и прилегающих к ним деталей перед сборкой могут,' несмотря на хорошие монтажные условия и предосторожность, вызвать повреждение уплотнений; для монтажа уплотнений необходимо использовать специальный инструмент, изготовленный из пластмассового прямоугольного профиля с хорошо закругленными кромками и оправками в соответствии с существующими рекомендациями.

Особенности оотладки гидроцилиндров

При отладке гидроцилиндров запрещается:

– производить работы на цилиндрах, находящихся под давлением;
– включать гидропривод со слабо закрепленным или незакрепленным цилиндром;
– подтягивать штуцера, крепежные детали во время работы цилиндра;
– устанавливать детали с дефектами, влияющими на прочность конструкции;
– устанавливать цилиндр без технического паспорта, подтверждающего его годность к эксплуатации.

Движение штока (плунжера) гидроцилиндра рывками указывает на недостаточный размер или засорение подводящих труб, падение давления в гидросистеме, неправильно выбранный размер гидроцилиндра, нарушение правил монтажа цилиндра или нарушение состояния трущихся поверхностей штока и гильзы.

При отказе в работе гидроцилиндра нужно проверить правильность сборки и установки уплотнений поршня и штока, а также состояние деталей.

Характерные неисправности в работе гидроцилиндров

Наиболее характерные неисправности в работе гидроцилиндров, причины их возникновения и способы устранения приведены в таблице 1.

Важным моментом является правильный выбор рабочей жидкости для гидроцилиндров. Основными исходными параметрами, определяющими выбор типа рабочей жидкости, являются:
– диапазон температур окружающей среды и характер изменения температур в этом диапазоне;
– максимально возможная температура в установившемся режиме работы;
– давление рабочей жидкости в гидроприводе;
– допустимая длительность эксплуатации гидравлической системы без замены масла;
– допустимая в процессе эксплуатации загрязненность рабочей жидкости (с учетом требований к элементам гидропривода, возможных источников загрязненности и тонкости фильтрации);
– трудоемкость замены масла;
– характеристики применяемых материалов, в частности, материалов уплотнительных устройств;
– стоимость рабочей жидкости.

При выборе рабочей жидкости необходимо также учитывать следующие особенности рабочих жидкостей и их влияние на работоспособность гидроприводов.

Для обеспечения герметичности и заданного ресурса гидросистем, эксплуатирующихся при положительных температурах, целесообразно применять минеральные масла с кинематической вязкостью 20-40 сСт при давлениях до 70 кг/см2 и 60-100 сСт при давлениях 70—200 кг/см2.

Практически длительная работа с относительно высоким КПД может быть обеспечена при кинематической вязкости не менее 20-25 сСт. В станках, горных машинах, прессах широко применяются масла высокой степени очистки: АУ, турбинные 22 и 30, индустриальные (ГОСТ 20799). Недостатком масел по ГОСТ 20799 является склонность их к окислению и выделению смол.

Нормальная эксплуатация гидросистем возможна при кинематической вязкости рабочей жидкости не более 1500 сСт. Хотя запуск гидросистем возможен при кинематической вязкости 3000-5000 сСт, для гидросистем немедленной готовности кинематическая вязкость не должна превышать 2000 сСт.

Длительная стабильность характеристик минеральных масел может быть обеспечена при температурах, не превышающих 70° С. Работа при более высоких температурах приводит к резкому снижению срока службы рабочих жидкостей. При высоких температурах (до 200 O С) целесообразно применять кремнийорганические жидкости (например, 7-50С-3). При этом необходимо учитывать, что эти жидкости имеют высокую текучесть, низкие смазывающие свойства. В них растворяются пластификаторы синтетических каучуков. В связи с этим особое внимание следует уделить выбору конструкции и материалов уплотнений и трущихся пар.

Таблица 1. Наиболее характерные неисправности в работе гидроцилиндров, причины их возникновения и способы устранения

Технические требования к рабочей жидкости гидросистем и рекомендуемые рабочие жидкости и их параметры

Технические требования к рабочей жидкости гидросистем представлены в таблице 2.

Рекомендуемые рабочие жидкости и их параметры для гидропривода строительно-дорожных машин, коммунальной и сельскохозяйственной техники приведены в таблице 3.

Таблица 2. Технические требования к рабочей жидкости гидросистем

Таблица 3. Рекомендуемые рабочие жидкости и их параметры для гидропривода строительно-дорожных машин, коммунальной и сельскохозяйственной техники

* - только для районов особо холодного климата

Рабочие жидкости при длительной работе в условиях высоких давлений и температур изменяют свои физико-химические свойства, поэтому их необходимо периодически заменять. Увеличить срок службы рабочих жидкостей можно при применении масел с присадками, обеспечении теплового режима с максимальной температурой масла не более 60–70O С, защите системы от попадания извне загрязнений и воды, а также надлежащей фильтрацией масла.

Контроль за состоянием масла. Загрязненность рабочих жидкостей

Контроль за состоянием масла в процессе эксплуатации осуществляется по изменению следующих основных параметров: стабильности кислотного числа, вязкости и уровня загрязненности.

• Загрязненность рабочей жидкости.
Под частицами загрязнения понимают все посторонние частицы, включая смолообразование, органические частицы, колонии бактерий и продукты их жизнедеятельности. Размер этих частиц, кроме волокон, принимается по наибольшему измерению. Волокнами считаются частицы толщиной не более 30 мкм при отношении длины к толщине не менее 10:1.
• Степень загрязненности рабочих жидкостей может быть оценена весовым способом по ГОСТ 6370, в соответствии с которым содержание в жидкости механических примесей до 0,005% включительно оценивается как отсутствие их. Однако весовая концентрация лишь косвенно характеризует опасность загрязнений для работы гидросистемы, так как при одной и той же весовой концентрации характер загрязнений (размеры и количество) могут быть различными.
Более точной является оценка степени загрязненности по ГОСТ 17216, которым установлено 17 классов отличающихся друг от друга по количеству и размерам находящихся в жидкости частиц загрязнения.
Жидкости классов 0—2 целесообразно использовать для прецизионных приборов, особо точных лабораторных и контрольных работ, классов 3—12 — для испытательных и промывочных стендов, ответственных систем (гидросистемы самолетов, прецизионные станки и т. д.), классов 13-17— для гидросистем грубого силового оборудования в общем машиностроении.
По ГОСТ 17216 наличие в жидкостях частиц размером более 200 мкм (не считая волокон) не допускается.
• Контроль размеров и количества частиц загрязнений.
Контроль размеров и количества частиц загрязнений (по гранулометрическому составу) основан на визуальном подсчете частиц, находящихся в пробе жидкости, либо с помощью микроскопа с пятидесятикратным увеличением, либо по микрофотографии пробы. Недостатком этих методов является их длительность (после отстоя пробы в течение суток подсчет частиц длится 2—3 ч). Применение фотоэлектронных приборов позволяет автоматизировать этот процесс.
В современных гидросистемах, агрегаты которых имеют малые зазоры в подвижных соединениях, наличие в жидкости примесей, соизмеримых с величинами зазоров, может привести не только к снижению ресурса, но и к выходу из строя системы из-за существенного повышения трения или заклинивания трущихся пар. Для очистки от примесей, содержащихся в самой жидкости или попадающих в нее в виде продуктов износа, коррозии и разложения материалов гидропривода, применяется фильтрация.
Фильтрация осуществляется при протекании жидкости через поры фильтрующего материала, размер которых определяет тонкость фильтрации. Фильтрующие элементы делятся на поверхностные (сетчатые, проволочные, бумажные, тканевые) и объемные (пластинчатые, войлочные, фетровые, многослойные сетчатые и тканевые, пластмассовые, металлокерамические и др.).
Тонкость фильтрации оценивается по наименьшему размеру частиц, задерживаемых фильтром.
В процессе эксплуатации необходимо сливать скопившиеся загрязнения из корпуса фильтра, промывать сетчатые или заменять загрязненные бумажные фильтроэлементы.

Автор статьи: Тимошкин С.И