Comment déterminer les dimensions des vérins hydrauliques d'une pelleteuse : alésage, tige, course et pression de service

Le dimensionnement d'un vérin hydraulique d'excavatrice ne se limite pas à faire correspondre les dimensions extérieures d'une ancienne unité. Le processus correct commence par la fonction du vérin, la géométrie de la machine, les forces de poussée et de traction requises, la pression hydraulique disponible, la course, la stabilité de la tige, la vitesse, le cycle de service et les interfaces d'installation. L'alésage, le diamètre de la tige et la course doivent être sélectionnés comme un seul système, puis vérifiés par rapport aux cas de charge réels de l'excavatrice.

Hydraulique Zhenqiang’Le catalogue publié de vérins pour pelles couvre les machines d'excavation de 1,5 à 700 tonnes, avec une plage d'alésage de 50 à 420 mm, un diamètre de tige de 30 à 260 mm, une course de 100 à 3 800 mm et une pression de service de 24,5 à 35 MPa. Les données détaillées des produits répertorient également une poussée allant jusqu'à 4 800 kN, une force de traction allant jusqu'à 2 000 kN et une plage de température de fonctionnement de −40 à 100 °C. Ces valeurs définissent une large gamme de fabrication, et non une sélection automatique pour une machine particulière.

Étape 1 : Identifier la fonction cylindre

Les pelles excavatrices utilisent différents cylindres pour différents mouvements. Les fiches d'application des produits identifient cinq fonctions principales. Un vérin de flèche soulève et abaisse la flèche principale et supporte les principales charges de creusement et de levage. Un vérin de bras ou de balancier contrôle la portée et la profondeur de creusement. Un vérin de godet actionne le godet à l'extrémité de travail. Certaines mini-pelles et pelles sur pneus utilisent un vérin d'orientation pour le positionnement. Les pelles sur chenilles utilisent également un vérin de tension de chenille avec un dispositif d'amortissement à ressort.

Chaque fonction produit un chemin de charge différent. Le vérin d'un godet peut subir des chocs répétés près de l'outil, tandis qu'un long vérin de flèche doit résister à la compression et au flambage à travers des angles de tringlerie variables. Enregistrez la fonction avant d'utiliser toute formule de dimensionnement.

Étape 2 : Collectez les données d'entrée requises

• Fabricant de la pelle, modèle, poids opérationnel et révision de l'équipement.
• Position du vérin : flèche, balancier, godet, orientation ou tension de chenille.
• Numéro de pièce OEM et dernier plan contrôlé, si disponible.
• Charge externe maximale et géométrie de la tringlerie dans la position la plus exigeante.
• Pression de service normale, réglage du limiteur de pression et pics transitoires connus.
• Longueur rétractée, longueur déployée, course utile et encombrement.
• Temps d'extension et de rétraction requis, débit de la pompe et facteur de marche.
• Dimensions de montage, diamètres des axes, détails des paliers, positions des orifices et limites de dégagement des flexibles.
• Fluide hydraulique, température ambiante, contamination et conditions du site.

Étape 3 : Calculer la force théorique

La force de poussée du vérin est basée sur la pression hydraulique multipliée par la surface totale du piston. La force de traction utilise la surface annulaire, c'est-à-dire la surface du piston moins la surface de la tige. Dans des unités SI cohérentes, le calcul est conceptuellement le suivant : force de poussée = pression × surface du piston ; force de traction = pression × (surface du piston − surface de la tige). La force théorique n'est pas la force de conception finale car le frottement, les pertes de charge, la géométrie, l'accélération, l'impact et la marge de sécurité requise doivent être pris en compte.

Utilisez le pire angle de tringlerie, et pas seulement la position de travail la plus facile. La force du vérin requise au niveau de l'axe peut augmenter considérablement lorsque le bras de levier devient court. Pour les mécanismes de flèche et de godet, calculez la force à travers toute la tringlerie ou utilisez le modèle de charge vérifié du constructeur d'origine de la machine. Ne choisissez pas un alésage simplement parce qu'une autre excavatrice a un poids opérationnel similaire.

Étape 4 : Sélectionner l'alésage en fonction de la pression et de la force

Un alésage plus grand produit plus de force à la même pression, mais nécessite également un plus grand volume d'huile et peut ralentir le mouvement pour un débit de pompe donné. Une pression plus élevée peut réduire l'alésage nécessaire pour une force cible, mais elle augmente les contraintes et les exigences en matière d'étanchéité. Sélectionnez une combinaison alésage-pression qui répond à la force requise sans dépasser les limites hydrauliques de la machine ni la conception approuvée du vérin.

La gamme vérifiée Zhenqiang de 50 à 420 mm d'alésage et de 24,5 à 35 MPa de pression de service fournit une enveloppe de faisabilité initiale. L'alésage exact doit provenir du calcul de charge et des contraintes du système. Si la force requise est proche d'un maximum publié, demandez un examen technique officiel plutôt que de traiter le maximum comme une recommandation pour un service continu.

Étape 5 : Dimensionner la tige en fonction de la force de traction, de la contrainte et du flambage

Le diamètre de la tige affecte la force de traction, la contrainte de traction, la stabilité de la colonne et la résistance à la flexion. L'augmentation du diamètre de la tige améliore la stabilité à la compression mais réduit la surface annulaire, ce qui modifie la force de traction et la vitesse de rentrée. Les vérins de flèche ou de balancier à longue course nécessitent une vérification du flambage en utilisant la longueur non soutenue réelle, les conditions d'extrémité et la charge de compression maximale.

Le portefeuille de produits répertorie des diamètres de tige de 30 à 260 mm. Cette plage ne doit être utilisée que pour vérifier si une conception proposée est globalement fabricable. La sélection finale de la tige nécessite des données relatives au matériau, au montage, à l'alignement et aux cas de charge. Les charges latérales doivent être corrigées par la géométrie de la machine et l'alignement des paliers plutôt que d'être “ résolues ” uniquement en augmentant le diamètre de la tige.

Étape 6 : Déterminer la course à partir de la géométrie de la machine

La course est la différence entre les positions de travail déployée et rétractée requises, avec des tolérances définies par la conception de la machine. Mesurez systématiquement à partir de l'axe de l'axe (ou broche) ou des références du dessin. Vérifiez que le vérin ne vient pas en fin de course (talonnage) avant que la tringlerie n'atteigne sa butée mécanique et qu'il ne se déploie pas excessivement lorsque la tringlerie atteint la limite opposée.

Zhenqiang liste une plage de course de 100 à 3 800 mm pour les vérins d'excavatrice. Les projets de remplacement doivent comparer simultanément la course, la longueur rétractée et la longueur déployée. Un vérin avec la bonne course mais une mauvaise longueur rétractée modifie toute l'enveloppe de travail et peut endommager la tringlerie ou les flexibles.

Étape 7 : Vérifier la vitesse, le débit et la charge thermique

La vitesse du vérin dépend du débit divisé par la surface active. Un alésage plus important peut satisfaire au calcul de la force mais exiger un débit plus élevé pour le même temps de cycle. Confirmez les vitesses de sortie et de rentrée, la capacité de la pompe, les limites des distributeurs et si plusieurs fonctions de la machine fonctionnent simultanément. Des cycles fréquents à forte charge peuvent générer de la chaleur même lorsque chaque valeur de pression individuelle semble acceptable.

Étape 8 : Vérifier les interfaces et la compatibilité environnementale

Confirmez les deux fixations d'extrémité, les tolérances des goupilles, le type de palier, les chemins de graissage, les taraudages des orifices, l'orientation des orifices et le jeu sur toute l'amplitude du mouvement. Enregistrez la poussière, la boue, l'eau, le démarrage à basse température, la chaleur ambiante élevée et l'exposition à un matériau abrasif. La plage de température publiée est de −40 à 100 °C, mais le matériau des joints, le fluide hydraulique et la protection de surface nécessitent toujours une confirmation spécifique à l'application.

Étape 9 : Valider avant la production en série

Pour une pièce de rechange d'origine ou conçue par ingénierie inverse, examinez le plan, les hypothèses de calcul et les critères d'acceptation avant la production. Confirmez les dimensions, l'essai de pression, les fuites externes, les fuites internes ou la dérive, la fluidité du mouvement et tout comportement de maintien de charge requis. Les tests d'ajustement et de fonctionnement du prototype sont particulièrement importants lorsque l'unité d'origine a été modifiée ou que l'historique de la machine est incertain.

Feuille de calcul pour le dimensionnement des vérins d'excavatrice

• Fonction de vérin et modèle de machine :
• Charge maximale et position critique de la liaison :
• Pression normale, pression de décharge et condition de pointe :
• Force de poussée et force de traction requises :
• Diamètre d'alésage et de tige sélectionnés :
• Longueur repliée, longueur déployée et course :
• Longueur maximale de tige non soutenue et conditions aux limites :
• Vitesse d'extension/rétraction requise et débit disponible :
• Dimensions de montage et des broches :
• Détails des orifices et exigences relatives aux vannes :
• Température, fluide, contamination et facteur de marche :
• Critères d'inspection et de validation :

Erreurs courantes de dimensionnement

• Correspondance de l'alésage et de la course uniquement, en faisant abstraction de la longueur repliée et des fixations.
• Utilisation de la pression de détente du système comme pression normale de service continu.
• Calcul de la force à un angle de liaison favorable au lieu du pire des cas.
• Négliger le flambage de la tige et la charge latérale sur les vérins à longue course.
• Sélectionner un alésage plus grand sans vérifier le débit et le temps de cycle.
• Copier des joints, des orifices ou des tolérances d'un autre modèle d'excavatrice.
• Traiter un maximum de portefeuille comme un point de fonctionnement recommandé.