行業動態

液壓缸為建筑和農用車輛以及風力渦輪機變槳控制和起重設備提供動力和精度。然而，由于又長又薄，它們在壓力作用下很容易彎曲。由于其突然性和不可預測性，屈曲是一種特別危險的故障模式。此外，由于存在較大的機械力，屈曲可能會給機器操作員帶來額外的風險。 

通常，在設計液壓缸時，工程師會使用歐拉理論。這預測了細長桿在壓縮下的臨界屈曲閾值。它廣泛應用于結構工程，用于工程師設計建筑物和橋梁的梁和柱的設計規范和方法。 

然而，當應用于液壓缸時，歐拉理論會高估抗屈曲阻力。因此，工程師還可以參考美國鋼結構協會 (AISC) 和歐洲建筑鋼協會 (ECCS) 制定的設計指南。這些提供了評估屈曲強度的方法。 

另一個潛在的指導來源是起重機的設計標準。它涵蓋了工程師可以用來評估活塞桿有效長度的過程。這取決于機械支撐的位置，例如，桿是否僅在任一端連接，或者是否在中間有附加的機械支撐。 

雙作用氣缸的疲勞

金屬疲勞是另一種值得注意的失效模式，它影響雙作用液壓缸。它們在數千次加載循環中經歷壓縮力和拉伸力。 

疲勞的產生是由于鋼中存在微小的非金屬顆粒（稱為夾雜物）。這些夾雜物周圍的鋼在負載下承受較高的應力，這導致微觀裂紋的形成。這些進一步提高了周圍材料的應力，導致裂紋擴展并最終導致突然的災難性故障。 

金屬疲勞最常發生在高應力區域，例如焊接接頭處或橫截面減小以給圓角或螺紋根部讓路的地方。 

高強度輕量化

通常，設計人員會增加安全系數，以減少因屈曲和疲勞而導致故障的潛在風險。然而，另一種策略是使用高性能潔凈鋼，其具有高屈服強度，可降低屈曲風險，并且具有高疲勞強度，可提供更好的抗循環載荷能力。結果，可以減小活塞桿的尺寸和重量。 

這提供了設計機會，例如將系統安裝在尺寸或重量限制內。它還減少了碳足跡，因為它在從制造到物流和處理的每個階段使用更少的材料和能源。 

鋼的機械性能（例如屈服強度和抗拉強度）會根據多種因素而變化。其中包括生產工藝以及合金中使用的元素的數量和類型。 

通常，疲勞強度與拉伸強度成比例增加，但可以通過在生產過程中采取特殊措施減少非金屬夾雜物的數量和尺寸來進一步提高疲勞強度。這樣就形成了一種干凈的鋼材，夾雜物周圍應力升高的可能性較小，因此不易出現疲勞失效。   

為了獲得正確的性能，工程師經常使用 C45E 等牌號的鋼材，其屈服強度為 305N/mm2。然而，也可以使用專為液壓系統配制的替代鋼材。

升級到這樣的高性能鋼可以增加氣缸的承載能力，或者減小其尺寸并減輕重量和材料。 

為了幫助設計人員量化這種抗屈曲潛力，我們在鋼制導航器中開發了活塞桿預測器，這是一個包含設計和生產工程師 工具的在線資源。

活塞桿預測器考慮了 AISC 和 ECCS 方法，以幫助工程設計人員在開發液壓系統時比較和對比材料。他們還可以評估特定鋼種在不影響設計安全系數的情況下減輕重量或提高承載性能的潛力。 

制造設計

可加工性是設計工程師的另一個重要考慮因素。執行車削等加工操作的能力會對車間的效率產生重大影響。 

了解材料的可焊性也很重要，特別是其摩擦焊接的適用性，因為摩擦焊接通常用于液壓缸。選擇不當的鋼材可能會受到焊縫熱影響區 (HAZ) 中心偏析現象的影響，并形成脆性成分。此外，當要連接的 兩種合金兼容時，焊接通常會更成功。

因此，為了提高生產效率，我們進行了廣泛的實驗室測試，以確保它們適合高效加工，并且其性能不會受到焊接工藝的影響。 

最終，材料的選擇對液壓系統的性能和使用壽命具有巨大的潛在影響，因此值得仔細評估這些選擇。