Voorkom uitbreiding van hydraulische slangen:deskundige gids

Door Josh Cosford, bijdragende redacteur

Ik wed dat je niet eens wist dat het uitzetten van slangen een ding was, toch? Natuurlijk weten we dat hydraulische slangen voornamelijk zijn gemaakt van synthetisch rubber, dat buigzaam en zacht is. Het hele punt van het gebruik van rubber is het toevoegen van flexibiliteit aan de leidingopties, letterlijk en figuurlijk. De rubberen binnenband en deklaag zijn het niet zo lekkere broodje bij het verstevigingsvlees van onze slangensandwich. De combinatie is zowel sterk als flexibel, maar niet immuun voor uitzetting.

Uitzetting van de slang vindt plaats wanneer de binnendiameter van de buis onder druk toeneemt, ondanks de achterkant van de verstevigingslaag(en) van staal, synthetische vezels of textiel. Hoewel de versterking een beetje uitrekt, is de uitzetting van de slang zowel lineair als radiaal:naarmate de slang iets langer wordt terwijl de buis onder druk wordt samengedrukt, neemt de interne diameter effectief toe naarmate deze tussen de olie en de versterking wordt gekneld.

Het type binnenste verstevigingslaag heeft de grootste invloed op het beperken van de uitzetting van de slang.

Het uitzetten van slangen is om een aantal redenen slecht nieuws, vooral bij nauwkeurige bewegingsbesturingstoepassingen die onder hoge druk werken. In systemen met snelle en uiterst nauwkeurige actuatoren zorgen lange slangen ervoor dat de hydraulische olie elastischer wordt, waardoor de effectieve bulkmodulus (de weerstand van de olie tegen compressie) afneemt. Bij toepassingen met hoge precisie is soms een beetje van deze door de slang veroorzaakte stijfheidsvermindering goed, omdat het drukpieken helpt verminderen en demping biedt tijdens hoogfrequent gebruik.

Het is echter gemakkelijk om hier te veel van het goede te krijgen, omdat het uitzetten van de slang leidt tot trage prestaties, slechte controle en zelfs meer hitte, omdat het rubber zijn eigen door vervorming veroorzaakte interne wrijving genereert. Door servokleppen bestuurde toepassingen werken niet zoals standaardhydraulica:er wordt altijd druk uitgeoefend op beide zijden van een zuiger, en de beweging werkt door het differentieel te regelen, en niet alleen door de absolute druk die één poort naar de tank afvoert. Hierdoor blijft de actuator in een spanningstoestand die gemakkelijk te versnellen en nauwkeurig te controleren is.

De druk kan tientallen keren per seconde wisselen tussen de doppoort en de werkpoort, waarbij elke keer de buis van de slang uitzet en de prestaties afnemen. Elke keer dat het rubber samendrukt, slaat het ook energie op en geeft deze vrij als de druk verandert. Maar er zijn manieren om het te verzachten, en zelfs één extreme methode om het te elimineren.

Sommige typen slangconstructies zijn gevoeliger voor uitzetting, dus u kunt beginnen met het selecteren van een sterkere slang tijdens de ontwerpfase van de machine. Gevlochten slang is zeer flexibel en moderne versies van de 100R17 gevlochten slang zullen superieur zijn aan de oudere 100R2-constructie, vooral gezien de isobare aard van R17 (alle maten zijn doorgaans geschikt voor 4.000 psi). Voor ultieme uitzettingsweerstand kiest u een 100R12 of 100R13 spiraalgewonden slang met vier of zes versterkingslagen. Spiraalvormige wikkelingen kunnen de radiale kracht beter vasthouden dan gevlochten versterkingen, waardoor een beetje van de buitenwaartse flexibiliteit wordt geëlimineerd.

En uiteraard heeft een kortere slang minder ruimte om uit te zetten. Wanneer u actuatoren installeert, probeer dan de kleppen zo dicht mogelijk bij de actuatoren te installeren. Dit zorgt voor een responsiever systeem, niet alleen vanwege het kleinere oppervlak van het rubber, maar ook omdat het de extra massa olie tussen de klep en de cilinder elimineert die moet worden versneld.

Tot slot, om het uitzetten van de slang volledig te elimineren, hoeft u alleen maar de slang weg te gooien. U kunt uw actuator loodrecht maken met behulp van een zeer sterke stalen buis, die veel stijver is dan een hydraulische slang. Of monteer de servo- of proportionele klep rechtstreeks op de cilinder, waarvoor slechts een korte leiding naar beide werkpoorten nodig is. Het helpt als de werkpoorten van de klep zich op gelijke afstand van de werkpoorten van de cilinder bevinden, waardoor het vloeistofvolume in beide richtingen gelijk blijft.

Slanguitbreiding is een interessant onderwerp, en je zou veel dieper op het onderwerp kunnen ingaan dan ik hier heb kunnen toelichten. Compliance-effecten kunnen worden gemodelleerd om verschillende parameters op te nemen, waaronder de eerder genoemde oliebulkmodulus, belastingsmassa en klepdynamiek, en doe er geen moeite naar om ernaar te kijken als je niet goed bent met differentiaalrekening. Het komt er uiteindelijk op neer dat u bij uw hoogwaardige ontwerpen rekening moet houden met het uitzetten van slangen, en dat u deze, indien nodig, moet tegenhouden.

Misschien vind je dit ook leuk: