1. Inleiding
Pozaplanar stop van de druklijn op een staalbedrijf in Zaporiyje begon met het verschijnen van een olieplas onder de hoofdhydraulische cilinder met kracht van 250 ton. De operator constateerde een daling van het werkende drukniveau in het systeem van 280 bar naar 210 bar tijdens het vormcyclus. Een externe inspectie toonde een intensieve lekking van het werkende medium via het stokseal. De tijd tot faal (MTBF) was slechts 1 450 uren in plaats van de berekende 8 000 uren volgens het onderhoudsprogramma. Dit geval initieerde een dieper technisch onderzoek om de ware oorzaak van het vernietigen van de polyurethaan ringen te bepalen.
2. Overzicht van de component
Hydrocilinder met dubbele werking werkt in zware kovende machines. Technische kenmerken van het onderdeel:
- Werkingdruk: nominale — 250 bar, piek — 380 bar.
- Diameter piston/stang: 200/140 mm.
- Werkingsvloeistof: mineraalvet HLP 46 volgens norm DIN 51524 deel 2.
- Temperatuur bereik: van +15 °C tot +65 °C (lokaal tot +80 °C).
- Snelheid van de stangbeweging: tot 0,5 m/s.
Dichtingsset bestaat uit een stappenstoelvormig stangdichting van polyurethaan (TPU), een metaalplastiek ondersteuningsring en een tweestaps vuilafvoerder van nitrile rubber (NBR). Het beheer van hydraulische distributoren en het controleren van de stangpositie in deze systeem is geïntegreerd via industriële controllers, met name modules van het type Schneider Electric TSXBLY01, die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van signalen van inductieve positie- en encoder sensoren.
3. Bewijs van falen
Demontage en defectanalyse van een hydraulische cilinder in de herstelatelier gaven de volgende feitelijke gegevens:
- Op de werkoppervlakte van de stang (hard chromering met een dikte van 30 µm) zijn verticale scheuren tot een diepte van 0,15 mm vastgelegd in de onderste vormingszone.
- Dynamische rand van het polyurethaan-voegsel heeft lokale slijtage op 360 graden met asymmetrische diktevermindering van de richtingsteek (slijtageexcentriciteit 0.4 mm).
- Analyse van de olieproef (ISO 4406) toonde een schoonheidsklasse 21/19/16, wat hoger is dan de toegestane waarde ISO 18/16/13 voor deze type seals.
- De telemetriegegevens registreerden regelmatige hydraulische slagen met een amplitude tot 410 bar en een duur van 15–25 milliseconden.
4. Oorzaakonderzoek
Voor het bepalen van de enige oorzaak is de methode van de Ishikawa-diagram (Ishikawa diagram) en de analyse "5 waarom" (5 Whys) gebruikt. Drie hoofdhypothese zijn overwogen:
- Verontreiniging van de werkvocht met harde slijpdeeltjes (ijzer-oxiden, zand).
- Mechanische uitwijking van de stang door slijtage van de leidingschijven of ongecentreerde montage.
- Hydraulische slagen en drukpieken die de sterkte van het polyuretaan overschrijden.
Laboratoriumspectrale analyse van deeltjesverschijnselen bevestigde de aanwezigheid van kwartsstof in het olie. Tegelijkertijd toonde microscopische analyse van het snedeoppervlak van de band een plastische vervorming van het vijfde sealing, kenmerkend voor extrusie in het kanaal onder invloed van overmatige druk. Metingen van geometrische parameters van de couplings toonden slijtage van de bronsen richtingsteek aan van één kant.
5. Gedefinieerde oorzaak(en)
| Oorzaak | Kans (%) | Bevestigende bewijsstukken |
|---|---|---|
| Scheefstand van de stang en leidingen | 45 | Asymmetrische slijtage van de buis, schuren op de stang in één vlak, slijtage van de buis |
| Verontreiniging van olie | 35 | Abrasiieve schade op een chromverzegelde laag, gegevens van de analyse ISO 4406 |
| Drukstoten (hydrostoten) | 20 | Sporen van extrusie van deelingsmateriaal in de radiale kloof |
6. Correctieacties
Om de gevonden defecten te verhelpen zijn een complex van directe en langdurige maatregelen uitgevoerd:
- Direct herstel: De stang is geslepen en herchromd. De sealingset is vervangen door een hoge temperatuur polymeer met ondersteunende ringen van PTFE om extrusie te voorkomen. Nieuwe bronsen richtingssneden zijn gemonteerd volgens ISO 3320.
- Langdurige preventie: Een extra offline-filterstatioon is geïnstalleerd (offline filtratie) met een filtratiefinerheid van 3 µm (beta-coëfficiënt $eta_3 \ge 200$). De bevestigingskoppelingen van de cilinder zijn afgesteld om vervormingen te voorkomen. De veiligheidskleppen van de hydraulische installatie zijn afgesteld om piekdrukken te dempen.
7. Snel diagnose checklist
Deze checklist is bedoeld voor technische specialisten op de productievloer om de toestand van hydraulische cilinders direct bij het uitrusting te controleren:
- [ ] Controleer op externe olielekking langs de stang en in de statische aansluitingen.
- [ ] De temperatuur van de cilinderlichaam meten met een pyrometer (norm tot +65 °C; overschrijding wijst op interne lekkages).
- [ ] Een visueel onderzoek van de stangoppervlakken op het ontbreken van corrosie, schade en slijtage van de lassen.
- [ ] Controleer de staat van de vuilnisbak op schade en op aanwezigheid van abraziemeis in de rand.
- [ ] Meet de radiale speling van de stang met een klokindicator in de uiteindelijke standposities (tolerantie volgens het paspoort van het onderdeel).
- [ ] Controleer de drukindicatoren van de manometers en de logboeken van het besturingsysteem op pieken.
- [ ] Probeer een werkingsvloeistof te nemen voor een express-test op het voorkomen van water en vervuiling.
- [ ] Controleer de werking van de filterelementen (controleer de drukval op de filterindicatoren).
8. Preventie-strategie
Om de betrouwbare exploitatie van hydraulisch uitrusting en het bereiken van het ontwerpparameter MTBF boven de 8 000 uren te waarborgen, moet men de volgende regels naleven:
- Implementeer een continu reinigingsmonitoren van het olie volgens de standaard ISO 4406 met behulp van deeltelijst tellers.
- Filterelementen vervangen op basis van het signaal van de drukvalsensor, maar niet vaker dan elke 1 000 werkklokken.
- Planmatige controle van de stanguitlijning en de spelingen in de leidingen uitvoeren elke 6 maanden.
- Gebruik gecertificeerde originele verstopmateriaal dat bestand is tegen de werkvloeistof en temperatuurmodaliteiten van het specifieke bedrijf. De behoeften van ondernemingen aan kwalitatieve componenten en verstopmateriaal kunnen worden gedekt via UNITEC-D E-Catalog.
9. Conclusie
Vroegtijdige slijtage van de seals van de hydraulische cilinder is het gevolg van een complexe invloed van mechanische vervorming en verontreiniging van de werkstof. Een systematische aanpak bij de diagnose, naleving van de tolerances volgens standaard ISO 3320 en kwaliteitscontrole van het olieproduct zorgt voor het voorkomen van noodstoppen op industriële ondernemingen. Het kiezen van betrouwbare vervangende onderdelen en accessoires is beschikbaar via UNITEC-D E-Catalog.
10. Referentie
- ISO 4406: Hydraulische stroomkracht — Vloeistoffen — Methode voor het coderen van het niveau van vervuiling door vaste deeltjes.
- ISO 3320: Fluid power systems and components — Cylinder bores and piston rod diameters — Metric series.
- DIN 51524-2: Drukfluiden — Hydraulische oliën — Deel 2: HLP-oliën, minimale eisen.
- DS TU GOST 17752: Hydraulische sturing en luchtsturing. Termen en definities.
- Technische documentatie van de fabrikant van hydraulisch uitrusting en instructies voor het gebruik van controllers van de serie Schneider Electric TSXBLY01.
