유압 실린더의 피스톤 로드 좌굴 방지

Mattias Awad는 기계 공학 설계자가 고강도 특수 피스톤 로드 강철을 사용하여 유압 실린더의 좌굴 저항을 높이는 방법을 설명합니다.

유압 실린더는 건설 차량, 리프팅 장비, 농업 기계, 풍력 터빈 및 기타 산업 응용 분야에서 높은 정밀도로 무거운 하중을 제어합니다. 설계자는 유압 실린더가 압축력을 받을 때 피스톤 로드가 좌굴 실패를 방지할 수 있도록 주의를 기울여야 합니다.

좌굴은 심각한 결과를 초래하는 갑작스럽고 예측할 수 없는 형태의 파손입니다. 이는 푸시 모드의 과도한 하중으로 인해 발생합니다. 이것이 바로 엔지니어가 피스톤 로드를 설계할 때 압축 응력에 세심한 주의를 기울이는 이유입니다.

미는 힘을 제공하는 단동 실린더에서는 피스톤 로드가 압축됩니다. 축 응력을 중요한 좌굴 임계값 아래로 유지하도록 설계해야 합니다.

복동식 실린더는 또한 압축과 인장을 번갈아 반복하는 수천 번의 사이클로 인해 발생할 수 있는 피로를 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 주기는 미세한 결함 주변에 응력을 증가시켜 균열이 확산되고 결국 파손됩니다. 피로는 일반적으로 나사 뿌리나 필렛과 같이 단면이 감소된 위치나 용접 조인트의 결함에서 발생합니다.

강철을 신중하게 선택하면 좌굴과 피로로 인한 파손 위험을 줄일 수 있습니다. 가느다란 막대가 있는 원통을 설계할 때 엔지니어는 탄성 좌굴 모델인 오일러 이론을 적용할 수 있습니다. 그러나 덜 가는 막대의 경우 오일러 이론은 좌굴 저항을 크게 과대평가하므로 엔지니어는 항복 강도가 더 높은 재료를 사용하여 좌굴을 방지할 수 있습니다.

이 관행은 미국 철강 건설 협회(AISC)와 유럽 건설 철강 협약(ECCS)의 방법론을 통해 건설 및 건축 산업의 기둥 설계 규정에 통합되었습니다.

또한 크레인 표준 prEN 13001-3-6A는 유용한 리소스입니다. 여기에는 유압 실린더의 좌굴 강도를 평가하는 프로세스와 피스톤 로드의 유효 길이를 계산하는 방법이 포함됩니다. 유효 길이는 실린더가 맨 끝 부분에만 연결되어 있는지 아니면 글랜드 중앙에 지지대가 있는지 여부에 따라 달라집니다.

특수 피스톤 로드 강철은 Ovako의 Cromax 180X 및 Cromax 280X와 같은 유압 장치용으로 특별히 개발되었습니다. Cromax 180X는 경질 크롬 도금 바 형태로 제공되며 중탄소 미세 합금강을 기반으로 합니다. 합금 혼합 및 가공에 대한 세심한 제어 덕분에 최소 항복 강도는 500N/mm2입니다. 이는 C45E 등급의 305N/mm2와 비교됩니다.

항복 강도가 높다는 것은 피스톤 로드가 좌굴을 더 잘 견딜 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서 설계자는 피스톤 로드의 직경을 줄여 전체 실린더의 무게를 줄일 수 있습니다.

또는 C45E 피스톤 로드를 Cromax 180X의 동일한 피스톤 로드로 교체하여 실린더의 크기가 더 높은 힘/압력에 맞게 조정된 경우 좌굴에 대해 동일한 안전 여유로 더 큰 하중을 전달할 수 있습니다.

엔지니어는 Ovako 웹사이트의 Steel Navigator 도구의 일부인 피스톤 로드 예측기를 사용하여 다양한 등급의 피스톤 로드 강철을 비교할 수 있습니다. 피스톤 로드 예측기는 AISC 및 ECCS 방법을 모두 사용하여 다양한 등급이 좌굴 저항에 어떤 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

엔지니어는 피로 모델링을 사용하여 이중 동작 피스톤 로드를 설계할 수 있습니다. 일반적으로 피로강도는 봉재의 인장강도에 따라 증가합니다. 안전이 중요한 응용 분야에서는 보장된 충격 인성을 고려해야 할 수도 있습니다.

다른 요인들도 마찬가지로 Cromax 180X의 더 높은 인장 강도는 C45E보다 훨씬 더 나은 피로 성능을 제공합니다. 좌굴 저항과 마찬가지로 Cromax 180X를 사용하면 피스톤 로드의 크기를 줄이거나 동일한 로드 크기로 피로 수명을 향상시킬 수 있습니다.