Ontwerp van hydraulische slangen:een complete gids voor ingenieurs

Door Josh Cosford, bijdragende redacteur

Net als hun fitting- en adapterbroeders zijn hydraulische slangassemblages vaak een bijzaak voor de hydraulisch ontwerper. Ik zou ook liever werken aan het ontwerpen van een uniek hydraulisch circuit, maar we mogen het belang van een holistische benadering van machineontwerp niet vergeten. Uw vloeistofkrachttechnici zijn een essentieel stukje van de puzzel om ervoor te zorgen dat slangen vakkundig worden vervaardigd en geïnstalleerd, maar uw vooruitziende blik helpt u veel kosten te besparen, de installatie te vereenvoudigen en de betrouwbaarheid te verbeteren.

Ervan uitgaande dat u de hydraulisch ontwerper bent en niet de ingenieur die verantwoordelijk is voor de machine zelf, zijn er veel overwegingen bij het plannen van de slangassemblages. Over het algemeen moet u drie dingen in overweging nemen bij het selecteren en plannen van de slangmontage van uw machine:slangconstructie, selectie van het slanguiteinde en routeringsopties.

Eerst en vooral:slangconstructie

Het selecteren van de juiste slangconstructie speelt de belangrijkste rol bij het bieden van een effectieve en veilige hydraulische machine aan klanten. Drukcompatibiliteit is de belangrijkste factor waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van uw slang, en uw startpunt zou de onderstaande tabel met SAE J517-normen voor hydraulische slangen moeten zijn.

Hydraulische slangconstructienorm SAE J517

U moet uw hydraulische slang selecteren op basis van het maximale werkdrukbereik dat uw machine ervaart. Het assortiment houdt rekening met de grootste diameter (laagste druk) en de kleinste diameter (hoogste druk), die de kern vormen van de hydrauliek. Door hun aard kan een kleine slang gemakkelijker hoge druk aan dan een slang met een grote diameter. Vraag daarom bij uw slangleverancier naar de drukwaarde van de diameter die u nodig heeft voor het debiet van uw machine.

Alle hydraulische slangen zijn geclassificeerd voor hun werkdruk, die de helft is van de proefdruk en nog eens half zo hoog als de barstdruk. Als uw systeem gevoelig is voor drukpieken, moet u mogelijk een slang kiezen die geschikt is voor iets hoger dan uw nominale werkdruk. Proefdruk beschrijft het punt waarop een hydraulische slang onderhevig is aan permanente schade. Het is dus het beste om die markering op de manometer niet te kussen.

In veel gevallen wilt u misschien de eerbiedwaardige 100R1- en 100R2-normen vermijden als uw machine verschillende slangformaten heeft en een werkdruk van ten minste 3.000 psi heeft. Veel machinefabrikanten standaardiseren op een van de isobare slangaanduidingen, zoals 100R17, waarbij elke slang van 3/16 tot 1 inch geschikt is voor 3.000 psi. Hun toenemende populariteit heeft de productiekosten verlaagd, aangezien veel slangenfabrikanten zijn opgeschaald naar dit ontwerp.

Het is erg belangrijk om een slang met de juiste binnendiameter te gebruiken, omdat het veranderen van de binnendiameter van de slang mogelijk is. kan de systeemdruk veranderen. Als de vervangende slang te klein is voor de doorstroming, heeft u een nieuwe beperking geïntroduceerd. De systeemdruk zal stijgen.
Afbeelding met dank aan LunchBox Sessions

Als u een slang met een groot kaliber en een druk van meer dan 3.000 psi nodig heeft, moet u opties als 100R12, 100R13 en 100R15 onderzoeken, waarbij gebruik wordt gemaakt van spiraalgewonden versterkingsdraden met vier of zes lagen. Sommige mensen suggereren dat u een slang kiest die 25-50% boven uw werkdruk ligt, maar in werkelijkheid houden de strikte slangrichtlijnen al rekening met drukpieken, en fabrikanten bouwen dienovereenkomstig.

Stroomoverwegingen

Nadat u een slangconstructie heeft gekozen, heeft u de diameter nodig die het beste bij de stroom past. Houd rekening met unieke situaties, zoals differentiële cilinders en de additiefstroom die tijdens het terugtrekken uit de doppoort wordt gegenereerd. In gevallen waar de oppervlakteverhouding groot is, kan het debiet meer dan het dubbele zijn, dus zorg ervoor dat de slang de juiste maat heeft.

Er bestaat geen absolute beschrijving van de doorstroomcapaciteit van een hydraulische slang, omdat vier scenario's de maximale vloeistofsnelheid bepalen, wat meestal onze beperkende factor is in plaats van iets dat moeilijker te berekenen is, zoals drukval. Begin aan de lage kant en voorkom overmatige snelheid door zuigleidingen, waar vacuüm zou kunnen resulteren in de spontane vorming van gasbellen die we cavitatie noemen. Als vuistregel geldt dat de zuigleidingen nooit sneller mogen zijn dan 3-4 ft/sec; lager is altijd beter, dus het kan geen kwaad om te streven naar 1 ft/sec als de ruimte dit toelaat.

Links staat de minimaal toegestane buigradius voor deze slang. Aan de rechterkant is de slangbocht (rood aangegeven) veel krapper dan de minimale buigradius die door de fabrikant is toegestaan ​​(weergegeven in groen).
Afbeelding met dank aan LunchBox Sessions

Zorg er ook voor dat de afvoer- en pilotleidingen van de behuizing beperkt zijn tot een snelheid van 1 ft/sec of langzamer. U wilt onder geen enkele omstandigheid het risico lopen dat de interne onderdelen of bedieningselementen van de pomp beschadigd raken. Je kunt voor het grootste deel liberaler zijn met de snelheden van druk- en retourleidingen. Drukleidingen, zoals pompdruk- en werkleidingen, kunnen variëren van 20 tot 30 ft/sec en zijn afhankelijk van de druk. Hogere druksystemen zijn geschikter voor hogere snelheden omdat er minder vloeistof verloren gaat als drukval ten opzichte van de maximale druk. Een snelheid van 30 ft/sec in een systeem van 4000 psi is bijvoorbeeld minder problematisch dan een snelheid van 30 ft/sec in een systeem van 1000 psi.

Houd er rekening mee dat de retourleidingen ook zo groot moeten zijn dat ze de snelheid beperken, maar niet zoveel als de zuigleidingen. In dit geval is het redelijk om met een snelheid van ongeveer 1,8 tot 10 meter per seconde te werken, en het primaire doel is om de tegendruk in de tankleidingen van kleppen en behuizingsafvoeren te beperken, maar ook om overmatige druk bij de retourfilterbehuizingen te voorkomen. Er moet enige aandacht worden besteed aan de leidinggrootte, ondanks de ideale vloeistofsnelheid. Kleine leidingen zijn van nature gevoeliger voor drukval, dus zorg ervoor dat u zeer kleine zuig-, druk- en retourleidingen vermijdt, zelfs als deze binnen het ideale snelheidsbereik passen.

Een kleine binnendiameter van de slang is onderhevig aan hogere wrijvingskrachten van de vloeistof die onevenredig door de grenslaag stroomt. Omgekeerd zorgt een grotere slang voor stroming door het midden en weg van de binnenbuiswanden. Ook hebben retour- en drukleidingen meer kans op turbulente stroming en energiedissipatie, wat leidt tot drukval. Als u twijfelt, bezuinig dan niet op de diameter en riskeer de problemen die voortvloeien uit te kleine slangassemblages. In de praktijk is het gebruikelijk om bij het maken van een set slangassemblages voor een hydraulische machine een aanzuigslang van 2 inch, een drukslang van 3/4 inch, een retourslang van 1 inch en een afvoerslang van 1/2 inch te zien.

Laat de slanguiteinden niet over het hoofd zien

We hebben nu het constructietype gevonden dat het beste past bij de hydraulische druk van onze machine en hebben onze interne diameter verfijnd om te passen bij de systeemstroom; we moeten nu onze slanguiteinden kiezen. Je bent een hydraulisch ontwerper in 2025, dus laten we de bullebak snijden; we gaan alleen lekvrije verbindingen selecteren met afdichtingen van synthetisch rubber. Sorry, NPT en JIC – jullie zijn geweldig geweest, en ik koester al onze herinneringen, maar jij bent het en ik niet. O-ring Face, O-ring Boss en flenzen bieden zoveel meer in deze relatie.

ORFS is snel de voorkeursverbinding geworden en biedt alle voordelen van de JIC-stijl met een lekvrije verbinding. Het is verkrijgbaar in verschillende maten, met slanguiteinden van 45° en 90°, en de vrouwelijke uiteinden zijn draaibaar voor gemakkelijke installatie. De gemakkelijk vervangbare O-ring bevindt zich aan de voorkant van het mannelijke uiteinde, waardoor service snel kan worden uitgevoerd als er toch lekkages optreden.

Flensfittingen, zoals de gebruikelijke SAE Code 61- en Code 62-stijlen, worden vaak gebruikt voor hogedruk- en/of high-flow-verbindingen. Dankzij de gesplitste flensverbindingen kan de technicus het slanguiteinde op de juiste manier uitlijnen om vastlopen of draaien te voorkomen, en net als bij de ORFS-fitting bevindt de O-ring zich op het mannelijke uiteinde (er is geen "vrouwelijke" flens omdat de mannetjes zich hechten aan het platte verbindingsoppervlak waar de poort zich bevindt).

Normaal gesproken wordt de O-ring-noffitting gebruikt als tussenverbinding met het slanguiteinde. Net als bij BSPP of Metrisch, gebruiken deze een polymeerafdichting aan de bovenkant van de poortschroefdraad, afgedicht door een holte in de poortdraad (ORB) of door een gebonden ring (BSPP en Metrisch). ORB wordt echter zelden gebruikt als slanguiteinde omdat de mannelijke fitting een dure draaikoppeling vereist. Ze zijn verkrijgbaar in rechte of 90°-richting, maar veel ontwerpers geven de voorkeur aan vrouwelijke slangaansluitingen.

Om de haatmail te verzachten moet ik vermelden dat sommige machines graag JIC- en NPT-fittingen gebruiken, en dat is prima. De handleiding van deze ontwerper is echter gericht op superieure technologie, en ik zou nalaten niets anders te duwen dan slanguiteinden met vervangbare afdichtingen. ORFS en flensfittingen zijn gewoonweg beter, dus ga met de tijd mee en gebruik ze. Dus ondanks het feit dat JIC eenvoudig te gebruiken is met buisflaringsystemen, bieden veel fabrikanten tweedelige buisverbindingen voor ORFS, en flensfittingen kunnen ook aan buizen worden gelast. Bovendien gaat dit artikel eigenlijk over slangassemblages, niet over leidingwerk.

Omdat de slang onder een hoge drukstoot van lengte kan veranderen, is het belangrijk om voldoende speling te bieden voor uitzetting.
Afbeelding met dank aan LunchBox Sessions

Indeling en routing

De laatste overweging voor hydraulische ontwerpers heeft betrekking op de fysieke lay-out van de slangassemblages op de machine zelf. Slangen verdienen beter dan simpelweg het verbinden van punt A met punt B. Hun oriëntatie, lay-out en montage moeten wrijvingsslijtage, overmatige gewrichtsdruk en torsie-/koppelkrachten voorkomen. Afgebeeld zijn verschillende onjuiste en correcte methoden om hydraulische slangassemblages te monteren om buigen bij de krimpverbinding te voorkomen. Het gewicht van de slang mag nooit het buigen bevorderen op het punt waar het stalen slanguiteinde de slangafdekking klemt. Als het gewicht van een slang ervoor zorgt dat de slang doorbuigt, gebruik dan slanguiteinden van 90° om de bocht te ondersteunen en de slang op natuurlijke wijze te laten hangen.

De slanglengte moet voldoende zijn om spanning tijdens het aansluiten en vastdraaien te voorkomen, maar niet zo lang dat deze tegen een slang of ander oppervlak schuurt of trilt. Lange slangenslangen moeten met behulp van een van de vele technologieën tegen de machine worden geklemd. Fabrikanten bieden blokken, zadels, klemmen en verschillende technologieën aan, gelast of vastgeschroefd aan de machine, om de slang netjes vast te klemmen.

Er moeten klemmen worden gebruikt om de slang goed te ondersteunen. dit voorkomt dat ze gaan zwaaien als ze onder druk staan ​​en er wordt geen onnodige spanning op de fittingen uitgeoefend. Afbeelding met dank aan LunchBox Sessions

Wanneer u slanglengtes op dergelijke systemen installeert, zorg er dan voor dat u zowel de klem als de slang tussen de aansluitingen niet te strak aandraait. Om de cycli van druk en temperatuur te beheersen, moet er een lichte speling zijn tussen elk verbindingspunt, terwijl overmatige klemming wordt voorkomen die de afdek- of verstevigingslaag zou kunnen beschadigen. Als niet kan worden voorkomen dat slangen tegen harde oppervlakken of andere slangen schuren, installeer dan elke slang met een beschermende verpakking die is ontworpen om slijtage en wrijving te verminderen. Deze kunnen ook beschermen tegen omgevings- of milieuschade, zoals industriële neerslag of UV-straling, en moeten ook worden gebruikt wanneer slangen door kanalen of balken worden geleid.

Wanneer de hydraulische ontwerper zijn rol als veelomvattend beschouwt, moet elke laag van het machineontwerp – van het oorspronkelijke schema tot het eindproduct – op intelligente wijze worden gepland en georganiseerd voor het meest efficiënte, economische en effectieve ontwerp dat mogelijk is. Slangassemblages lijken elementair, maar de rest van de machine doet er weinig toe als gebarsten of beschadigde slangen uw hydraulische systeem teisteren.

Misschien vind je dit ook leuk: