行业动态

液压缸为建筑和农用车辆以及风力涡轮机变桨控制和起重设备提供动力和精度。然而，由于又长又薄，它们在压力作用下很容易弯曲。由于其突然性和不可预测性，屈曲是一种特别危险的故障模式。此外，由于存在较大的机械力，屈曲可能会给机器操作员带来额外的风险。 

通常，在设计液压缸时，工程师会使用欧拉理论。这预测了细长杆在压缩下的临界屈曲阈值。它广泛应用于结构工程，用于工程师设计建筑物和桥梁的梁和柱的设计规范和方法。 

然而，当应用于液压缸时，欧拉理论会高估抗屈曲阻力。因此，工程师还可以参考美国钢结构协会 (AISC) 和欧洲建筑钢协会 (ECCS) 制定的设计指南。这些提供了评估屈曲强度的方法。 

另一个潜在的指导来源是起重机的设计标准。它涵盖了工程师可以用来评估活塞杆有效长度的过程。这取决于机械支撑的位置，例如，杆是否仅在任一端连接，或者是否在中间有附加的机械支撑。 

双作用气缸的疲劳

金属疲劳是另一种值得注意的失效模式，它影响双作用液压缸。它们在数千次加载循环中经历压缩力和拉伸力。 

疲劳的产生是由于钢中存在微小的非金属颗粒（称为夹杂物）。这些夹杂物周围的钢在负载下承受较高的应力，这导致微观裂纹的形成。这些进一步提高了周围材料的应力，导致裂纹扩展并最终导致突然的灾难性故障。 

金属疲劳最常发生在高应力区域，例如焊接接头处或横截面减小以给圆角或螺纹根部让路的地方。 

高强度轻量化

通常，设计人员会增加安全系数，以减少因屈曲和疲劳而导致故障的潜在风险。然而，另一种策略是使用高性能洁净钢，其具有高屈服强度，可降低屈曲风险，并且具有高疲劳强度，可提供更好的抗循环载荷能力。结果，可以减小活塞杆的尺寸和重量。 

这提供了设计机会，例如将系统安装在尺寸或重量限制内。它还减少了碳足迹，因为它在从制造到物流和处理的每个阶段使用更少的材料和能源。 

钢的机械性能（例如屈服强度和抗拉强度）会根据多种因素而变化。其中包括生产工艺以及合金中使用的元素的数量和类型。 

通常，疲劳强度与拉伸强度成比例增加，但可以通过在生产过程中采取特殊措施减少非金属夹杂物的数量和尺寸来进一步提高疲劳强度。这样就形成了一种干净的钢材，夹杂物周围应力升高的可能性较小，因此不易出现疲劳失效。   

为了获得正确的性能，工程师经常使用 C45E 等牌号的钢材，其屈服强度为 305N/mm2。然而，也可以使用专为液压系统配制的替代钢材。

升级到这样的高性能钢可以增加气缸的承载能力，或者减小其尺寸并减轻重量和材料。 

为了帮助设计人员量化这种抗屈曲潜力，我们在钢制导航器中开发了活塞杆预测器，这是一个包含设计和生产工程师 工具的在线资源。

活塞杆预测器考虑了 AISC 和 ECCS 方法，以帮助工程设计人员在开发液压系统时比较和对比材料。他们还可以评估特定钢种在不影响设计安全系数的情况下减轻重量或提高承载性能的潜力。 

制造设计

可加工性是设计工程师的另一个重要考虑因素。执行车削等加工操作的能力会对车间的效率产生重大影响。 

了解材料的可焊性也很重要，特别是其摩擦焊接的适用性，因为摩擦焊接通常用于液压缸。选择不当的钢材可能会受到焊缝热影响区 (HAZ) 中心偏析现象的影响，并形成脆性成分。此外，当要连接的 两种合金兼容时，焊接通常会更成功。

因此，为了提高生产效率，我们进行了广泛的实验室测试，以确保它们适合高效加工，并且其性能不会受到焊接工艺的影响。 

最终，材料的选择对液压系统的性能和使用寿命具有巨大的潜在影响，因此值得仔细评估这些选择。