Зошто е важна отпорноста на корозија за земјоделските хидраулични цилиндри?

Во типична сезона на берба, земјоделски хидрауличен цилиндар може да кружи до 20.000 пати, работејќи под притисок поголем од 200 бари. Цилиндерската шипка постојано се протега и се повлекува низ остатоците од културите, прашината од почвата и хемиските остатоци. Ѓубривата содржат амониумови соли кои се многу корозивни. Пестицидите често имаат сулфурни соединенија кои ги напаѓаат металните површини. Влагата од утринската роса и водата за наводнување создава совршена средина за електрохемиска корозија. Комбинацијата на повторено механичко возење велосипед и постојана хемиска изложеност ги прави земјоделските цилиндри меѓу најсложените хидраулични апликации во која било индустрија.

Податоците од индустријата покажуваат дека дефектите поврзани со корозија сочинуваат приближно 35% од сите замени на хидраулични цилиндри во земјоделската опрема. Економското влијание се протега многу подалеку од цената на замените компоненти. Неуспешниот цилиндар за време на шпицот на сезоната на берба може да го извади комбајнот надвор од работа за 8-12 часа, што претставува изгубен приход од 1.500-3.000 долари на час време на застој. Оваа статија дава систематска техничка анализа за тоа зошто отпорноста на корозија е критична за земјоделствотохидраулични цилиндри. Ги испитува механизмите за корозија, нивното влијание врз перформансите на цилиндрите, стратегиите за избор на материјали, технологиите за заштитна обвивка и односот помеѓу отпорноста на корозија и вкупните трошоци на сопственост. Анализата се заснова на податоци за дефект на теренот, лабораториско тестирање на корозија и индустриски стандарди за земјоделски хидраулични компоненти.

Содржина

• 1. Механизми на корозија и фактори на животната средина
• 2. Влијание на корозија врз перформансите и безбедноста на хидрауличниот цилиндар
• 3. Избор на материјал за отпорност на корозија
• 4. Технологии за заштита на површината и системи за обложување
• 5. Отпорност на корозија и вкупни трошоци на сопственост
• 6. Често поставувани прашања (ЧПП)
• 7. Заклучок

1. Механизми на корозија и фактори на животната средина

Земјоделските хидраулични цилиндри се изложени на уникатна агресивна комбинација на еколошки стресови. За разлика од индустриските хидраулични апликации каде условите на животната средина се релативно контролирани, земјоделската опрема работи на отворени полиња каде изложеноста на влага, хемикалии и абразивни материјали е континуирана. Следнава анализа ги идентификува примарните механизми на корозија и специфичните фактори на животната средина кои ги забрзуваат.

Механизам за корозија 1: униформа корозија (општо рѓосување).Ова е најчестата форма на корозија на површините на цилиндрите, која се јавува кога голиот челик е изложен на влага и кислород. Брзината на реакцијата се забрзува со присуството на електролити, како што се солите кои се наоѓаат во ѓубривата. Производот од корозија (рѓа) е порозен и не формира заштитна бариера, што овозможува процесот на корозија да продолжи неконтролирано. Во тестот спроведен од нашата фабрика, стандардна шипка од јаглероден челик изложена на 5% раствор на амониум сулфат на 25°C покажа мерливо дупчење на површината во рок од 72 часа.

Механизам за корозија 2: Корозија со дупчење.Питинг е локализирана форма на корозија која создава мали шуплини или дупки на металната површина. Тој е особено опасен бидејќи може длабоко да навлезе во металот додека околната површина останува во голема мера недопрена. Питирањето е иницирано со локално распаѓање на заштитниот оксиден слој на челичната површина, често предизвикан од јони на хлорид од ѓубрива или пестициди. Откако ќе се започнат, јамите можат брзо да се пропагираат под комбинираните ефекти на механички стрес и корозивни напади. За хидрауличен цилиндар на жетварот кој работи во услови со висок циклус, една јама може да дејствува како точка на концентрација на напрегањето, што доведува до започнување на пукнатината на замор и евентуална фрактура на прачката.

Механизам на корозија 3: Напукнување од корозија на стрес (SCC).SCC е комбиниран ефект на напрегање на истегнување и корозивна средина. Посебно е релевантно за шипки на хидраулични цилиндри, кои се под континуиран напон на истегнување за време на работата. SCC може да пропагира пукнатини со стапки значително побрзо од чисто механички замор, што доведува до ненадеен и неочекуван дефект. Познато е дека хлоридните јони и средини со висока pH вредност промовираат SCC кај одредени видови челик.

Механизам на корозија 4: Галванска корозија.Ова се случува кога два различни метали се во електричен контакт во присуство на електролит. Во хидрауличен цилиндар, галванска корозија може да се појави помеѓу шипката на цилиндерот (обично стврднат челик) и клипот или крајната капа (често леано железо или алуминиум). Тежината зависи од електрохемиската потенцијална разлика помеѓу металите и спроводливоста на електролитот. Во земјоделските средини, каде опремата е често изложена на ѓубрива полни со сол, галванската корозија може да биде значаен фактор.

Податоци од теренот: Стапки на корозија во различни земјоделски средини.

Во Raydafon Technology Group Co., Limited, ги анализиравме податоците за дефект на корозија од над 500 враќања на земјоделски цилиндри во период од пет години. Податоците покажуваат дека најчестите места за корозија се површината на клипната шипка (особено во областа што останува изложена кога цилиндерот се повлекува), нишките за очи на шипката и жлебовите за заптивки. Врз основа на оваа анализа, развивме спецификација за отпорност на корозија која се однесува на секоја од овие неуспешни зони. Спецификацијата вклучува избор на материјал, површинска обработка и модификации на дизајнот кои го минимизираат ризикот од оштетување од корозија.

2. Влијание на корозија врз перформансите и безбедноста на хидрауличниот цилиндар

Корозијата не е само козметичко прашање; има директни, квантитативни ефекти врз перформансите, доверливоста и безбедноста на земјоделските хидраулични цилиндри. Следнава анализа ги идентификува примарните механизми за деградација на перформансите и нивните последици за операциите на бербата.

Деградација на перформансите 1: дефект на заптивките и внатрешно истекување.Корозијата на површината на шипката на цилиндерот создава микроскопски несовршености што ги тријат заптивките на шипката за време на секој циклус на продолжување и повлекување. Овие честички од абење на заптивките, заедно со производите од корозија, влегуваат во хидрауличниот систем и предизвикуваат дополнително оштетување на пумпите и вентилите. Студијата спроведена од нашата фабрика покажа дека шипката на цилиндрите со површинска дупчење поголема од 0,05 mm длабочина може да ја зголеми стапката на абење на заптивките до 400% во споредба со мазна површина без корозија. Резултирачкото внатрешно истекување ја намалува ефикасноста на цилиндерот, барајќи поголем хидрауличен притисок за да се постигне истата излезна сила. Ова значи зголемена потрошувачка на гориво и намалена моќност достапна за други хидраулични функции на жетварот.

Деградација на перформансите 2: зголемено триење и лепење.Производите од корозија, особено железен оксид (рѓа), се абразивни честички кои го зголемуваат триењето помеѓу клипната шипка и лежиштето на цилиндерот. Ова зголемено триење може да предизвика лепење или брборење на цилиндерот за време на работата, што доведува до непредвидливо движење и намалена прецизност на контролата. За опремата за берба која бара непречено, прецизно позиционирање (како што е контрола на висината на заглавјето), оваа деградација може значително да влијае на квалитетот на културата и ефикасноста на бербата. Во тешки случаи, зголеменото триење може да ја надмине достапната хидраулична сила, предизвикувајќи цилиндерот да не се прошири или повлече.

Намалување на перформансите 3: Намалена статичка сила.Корозијата го намалува пресекот за носење товар на шипката и цевката на цилиндерот. За шипки со цилиндри со дијаметар од 50 mm, униформниот корозивен слој од 0,5 mm претставува намалување од 2% во површината на напречниот пресек, што го намалува затегнувачкиот капацитет на шипката за приближно 2%. Сепак, локализираното дупчење создава фактори на концентрација на стрес (Kt) кои можат да ја намалат јачината на замор на шипката за 50% или повеќе, во зависност од длабочината и геометријата на јамата. Ова е механизмот што доведува до ненадејни фрактури на прачка во опремата за берба, често без значително претходно предупредување.

Деградација на безбедноста: бегство од масло под висок притисок.Кога корозијата продира во ѕидот на цевката на цилиндерот или го оштетува заптивката на шипката, таа создава патека за бегство на хидрауличкото масло под висок притисок. Овој млаз со масло може да предизвика сериозни повреди на операторите доколку се наоѓаат на патеката на прскањето. Дополнително, истекувањето на нафта на теренот создава проблеми со контаминација на животната средина и потенцијални опасности од лизгање. Индустрискиот стандард за дефект на хидрауличниот цилиндар е дека режимот на дефект мора да биде „безбеден за дефект“, што значи дека цилиндерот не смее да создава услови што може да ги повреди операторите или да ја оштети соседната опрема. Неуспесите предизвикани од корозија кои се случуваат без претходно предупредување се јасно прекршување на овој принцип.

Економско влијание: застој и трошоци за поправка.

** Врз основа на комбајн во вредност од 500.000 американски долари што работи 24 часа за време на сезоната на жетва на пченица.

3. Избор на материјал за отпорност на корозија

Изборот на материјали за земјоделски хидраулични цилиндри мора да ја балансира отпорноста на корозија, механичката сила, отпорноста на абење и трошоците. Не постои единствен материјал кој ги оптимизира сите овие фактори, поради што процесот на селекција вклучува компромиси врз основа на специфичната примена и работната средина. Овој дел ги испитува материјалите што се користат во компонентите на хидрауличниот цилиндар на Жетварот и нивните карактеристики на отпорност на корозија.

Материјали за клипни прачки:Клипната шипка е најкритичната компонента од корозија на хидрауличниот цилиндар на Жетвар бидејќи е директно изложена на надворешната средина. Најчестиот материјал за шипки за земјоделски цилиндри е јаглероден челик стврднат со индукција и тврдо хромиран (обично AISI 1045 или еквивалент). Ова обезбедува добра рамнотежа на силата и заштита од корозија по умерени трошоци. Отпорноста на корозија на овој систем е првенствено обезбедена од тврдото хромирање, кое има дебелина од типично 20-40μm. Сепак, хромираната облога има својствени микро пукнатини кои можат да овозможат корозивниот напад да стигне до основниот челик, што доведува до дупчење и евентуален дефект.

За посложени апликации, достапни се алтернативни материјали. Оценките од не'рѓосувачки челик, како што е 316L, обезбедуваат супериорна отпорност на корозија, но имаат помала цврстина и повисока цена на материјалот од јаглеродниот челик. За апликации каде корозијата е голема грижа, често препорачуваме прачки од не'рѓосувачки челик со третман на пасивација по обработката. Трета опција е употребата на никел-хромирани шипки, кои обезбедуваат двослоен систем за заштита со подобрена отпорност на корозија во споредба со стандардното хромирање. Следната табела ја споредува отпорноста на корозија на обичните материјали за прачки.

Материјали за цилиндрични цевки:Цилиндерската цевка вообичаено се произведува од ладно влечена челична цевка без шевови (ST52.4 или еквивалентно) со брусена внатрешна површина. Цевката е заштитена од надворешна корозија со боја или прав. Внатрешната корозија е генерално помалку загрижувачка бидејќи цевката постојано се навлажнува со хидраулично масло, што обезбедува одреден степен на заштита. Меѓутоа, ако маслото се загади со вода (кондензат од температурни флуктуации), може да дојде до внатрешна корозија.

Материјали на клипот и завршната капа:Овие компоненти обично се произведуваат од еластично железо (GJS 400-15) или ковано челик. Отпорноста на корозија на овие материјали е помалку критична од шипката бидејќи тие не се директно изложени на надворешната средина. Сепак, корозијата во жлебовите на заптивките може да го загрози интегритетот на заптивката, што ќе доведе до истекување.

Споредба на отпорност на корозија на материјалите на цилиндрите.

Нашата фабрика во Raydafon одржува материјални спецификации кои ја дефинираат минималната прифатлива отпорност на корозија за секоја компонента. За стандардни земјоделски примени, препорачуваме употреба на челични шипки 1045 стврднати со индукција со тврда хромирана облога и подлога од никел. За апликации каде што цилиндерот ќе биде изложен на ѓубриво, пестициди или солени услови, препорачуваме да се надградат на шипки и цевки од нерѓосувачки челик 316L.

4. Технологии за заштита на површината и системи за обложување

Покрај изборот на материјали, технологиите за заштита на површината играат клучна улога во отпорноста на корозија на земјоделските хидраулични цилиндри. Ефективноста на системот за обложување зависи од неколку фактори: составот на облогата, подготовката на подлогата, процесот на нанесување и дебелината на облогата. Овој дел ги разгледува примарните технологии за обложување што се користат во индустријата и ги прикажува резултатите од забрзаното тестирање на корозија спроведено од нашата фабрика.

Тврдо хромирање (позлатен хром).Тврдото хромирање е индустриски стандард за шипки за хидраулични цилиндри. Хромираниот слој обезбедува одлична отпорност на абење, ниско триење и умерена отпорност на корозија. Дебелината на хромираниот слој е типично 20-40μm. Недостаток на тврдото хромирање е вродената порозност на депозитот на хром. Микропукнатините во хромираниот слој можат да овозможат влагата да стигне до челичната подлога, што доведува до локализирана корозија на пукнатините. За да го ублажат ова, некои производители нанесуваат подлога од никел пред хромираниот слој, што обезбедува корозивна бариера. Комбинацијата на никел-хром позлата обезбедува значително подобра отпорност на корозија отколку само хром.

Позлата (никел без електро).Позлата со никел без електроника е процес на хемиско таложење што произведува униформа, тврда и отпорна на корозија облога. Никелната обвивка е непорозна и обезбедува одлична заштита од корозија. Никел без електроника често се нанесува на компоненти кои бараат висока отпорност на корозија, но не се предмет на сериозно абење. Дебелината на облогата е типично 10-25μm. За хидрауличниот цилиндар на жетварот, понекогаш се користи никел без електроника на површината на шипката на единиците со висока класа.

Термички премази со спреј (керамички, карбид, метал).Процесите на термичко прскање, како што е HVOF (окси-гориво со висока брзина), таложат облоги со придвижување на стопени или полустопени честички на подлогата. Облогите од волфрам карбид обезбедуваат одлична отпорност на абење и добра отпорност на корозија кога се правилно запечатени. Керамичките премази (хром оксид, алуминиум оксид) обезбедуваат исклучителна отпорност на корозија и цврстина, но може да бидат покршливи од металните облоги.

Системи за обложување со боја и прав.За надворешните површини на цевката на цилиндерот и на завршните капачиња, системите за обложување со боја и прав обезбедуваат примарна заштита од корозија. Системот за обложување обично се состои од прајмер, среден слој и завршен слој. Прајмерот обезбедува адхезија и почетна заштита од корозија, средниот слој обезбедува дебелина и својства на бариера, а горниот слој обезбедува отпорност на УВ и естетски изглед. Вкупната дебелина на облогата за земјоделски цилиндри е типично 80-120μm.

Табелата подолу ги сумира резултатите од тестот за отпорност на корозија за различни системи за обложување, врз основа на тестирање со прскање со сол (ASTM B117) и тестирање на циклична корозија (ISO 11997).

Врз основа на овие резултати од тестот и податоци за перформансите на теренот, нашата фабрика разви стандардна спецификација за обложување за хидрауличниот цилиндар на жетварот. За шипката, препорачуваме систем за обложување со никел-хром со дебелина на долниот слој од никел од 10-12μm и хромиран горен слој од 25-30μm. За надворешните површини препорачуваме трислоен систем за боја (прајмер богат со цинк, епоксиден меѓупроизвод и полиуретан) со вкупна дебелина од 100-120μm. Оваа спецификација обезбедува оптимална рамнотежа помеѓу заштитата од корозија и трошоците, а ние го документиравме работниот век на теренот кој надминува 5.000 часа со овој систем.

5. Отпорност на корозија и вкупни трошоци на сопственост

Одлуката да се инвестира во зголемена отпорност на корозија за земјоделски хидраулични цилиндри е фундаментално економска. Додека материјалите со повисоки спецификации и системите за обложување имаат повисоки почетни трошоци, тие можат да ги намалат вкупните трошоци за сопственост во текот на животниот циклус на опремата. Овој дел претставува методологија за проценка на економското влијание на отпорноста на корозија и дава квантитативна анализа врз основа на реалните работни услови.

Модел на вкупни трошоци на сопственост:TCO за хидрауличен цилиндар ги вклучува првичните набавни трошоци, трошоците за превентивно одржување, трошоците за поправка на делови, трошоците за работна сила за поправки и економското влијание на застојот. Отпорноста на корозија влијае на секој од овие елементи на трошоците. Цилиндарот со слаба отпорност на корозија ќе има повисоки трошоци за одржување, почести поправки, пократок работен век и повеќе прекини од цилиндерот со засилена заштита од корозија. Анализата на TCO, исто така, треба да ги земе предвид индиректните трошоци поврзани со дефекти на теренот, како што се оштетување на посевите поради дефект на опремата и безбедносни инциденти.

Економска анализа на инвестиции во отпорност на корозија:Спроведовме TCO анализа за три конфигурации на хидраулични цилиндри на жетварите што се користат на комбајн со 300 КС што работи во типична земјоделска средина на Среден Запад на САД. Конфигурациите беа: (а) стандардна заштита од корозија (1045 прачка + тврд хром; стандардна боја); (б) засилена заштита од корозија (1045 прачка + никел-хром; прав); и (в) максимална заштита од корозија (шипка 316L + никел без електроника; премиум систем за боја).

Анализата беше спроведена во текот на 10-годишен животен циклус на опремата, претпоставувајќи 500 часа работа годишно (2.500 часа по сезона, при што 5 сезони претставуваат типичен век на комбајн пред замена). Трошоците за застој беа проценети на 1.500 долари на час врз основа на просечните оперативни трошоци за комбајн со 300 КС.

Анализата покажува дека инвестирањето во подобрена заштита од корозија дава значителен економски принос. Цилиндарот за максимална заштита, и покрај тоа што има повеќе од двојно повисока почетна цена од стандардниот цилиндар, го намали TCO за 38.250 долари во текот на 10-годишниот период. Цилиндарот за засилена заштита обезбеди намалување на TCO за 25.500 долари. Овие заштеди се постигнуваат првенствено преку помалку замени и намалени трошоци за застој. НаRaydafon Technology Group Co., Limited, им обезбедуваме на нашите клиенти TCO анализи за нивните специфични апликации за да им помогнеме да донесат информирани одлуки за набавки.

6. Често поставувани прашања (ЧПП)

Прашање 1: Како можам да кажам дали корозијата почнува да влијае на мојот цилиндар пред да не успее?

Одговор: Постојат неколку визуелни и перформанси индикатори за почеток на корозија. На клипната шипка, побарајте ги следните знаци: присуство на ленти или дамки во боја на 'рѓа на површината на шипката кога цилиндерот е повлечен; видливи дупчиња, кои ќе се чувствуваат груби на допир и може да бидат видливи како мали темни дамки; и намалена мазност на површината на шипката, што може да се почувствува со лизгање на ноктот преку шипката. Во однос на перформансите, може да забележите зголемено истекување на заптивките, што се појавува како плачење на маслото од заптивката на шипката на цилиндерот, зголемен работен шум поради поголемо триење и намалена работна брзина. Ако некој од овие знаци е присутен, цилиндерот треба да се прегледа и, доколку е потребно, да се сервисира.

Прашање 2: Кој е типичниот работен век на земјоделски хидрауличен цилиндар отпорен на корозија?

Одговор: Работниот век на добро дизајниран и произведен земјоделски хидрауличен цилиндар со соодветна заштита од корозија е типично 3.000-5.000 часа работа. За цилиндрите со засилена заштита од корозија (како што се шипки од никел-хром и облога во прав), работниот век може да се продолжи на 7.000-10.000 часа. Овие бројки се засноваат на податоците за теренските перформанси собрани од нашата фабрика и се предмет на специфичните работни услови и практиките за одржување на корисникот. Редовното одржување е од суштинско значење за да се максимизира работниот век.

Прашање 3: Може ли да доградам стандарден цилиндар со компоненти отпорни на корозија?

Одговор: Да, можно е да се догради стандарден цилиндар со компоненти отпорни на корозија, но обемот на доградбата зависи од степенот на потребната заштита. Најкритична компонента за надградба е клипната шипка. Заменувањето на стандардната хромирана прачка со шипка од никел-хром или од нерѓосувачки челик може значително да ја подобри отпорноста на корозија. Дополнително, надворешноста може да се пребои или обложена во прав за да се подобри заштитата на цевката. Сепак, целосното доградба може да чини речиси исто колку и нов цилиндар, така што економската оправданост мора да се оценува од случај до случај. Нашата фабрика нуди и целосна замена на цилиндрите и опции за надградба на компоненти.

Прашање 4: Дали земјоделските цилиндри од нерѓосувачки челик се секогаш подобри од јаглеродниот челик со премази?

Одговор: Не мора. Цилиндрите од нерѓосувачки челик (316L или 17-4PH) нудат одлична отпорност на корозија и можат да бидат исплатливи во тешки корозивни средини. Сепак, тие се значително поскапи од јаглеродниот челик со заштитни облоги и можеби не се неопходни за сите апликации. Дополнително, нерѓосувачкиот челик има помала цврстина на замор од јаглеродниот челик на споредливи нивоа на цврстина, што може да влијае на работниот век на цилиндерот при апликации со висок циклус. Нашата препорака е да го изберете материјалот и системот за обложување врз основа на специфичната работна средина и очекуваниот век на траење. Можеме да спроведеме проценка на ризикот од корозија за да го водиме овој избор.

Прашање 5: Кои практики за одржување го продолжуваат животниот век на земјоделските хидраулични цилиндри?

Одговор: Следниве практики за одржување се ефективни за продолжување на животниот век на земјоделските хидраулични цилиндри: по секој работен ден, избришете ја изложената прачка со чиста крпа за да ги отстраните остатоците од корозијата; нанесете тенок филм со лесно масло или инхибитор на корозија на изложената површина на шипката; проверувајте ја површината на шипката месечно за знаци на дупчење или бодирање; редовно проверувајте ја надворешноста на цевката на цилиндерот за знаци на корозија; распоред за замена на заптивки и бришачи на прачки врз основа на препораките на производителот; и спроведете програма за тестирање на хидраулично масло за следење на состојбата на маслото и откривање на контаминација. Овие практики, во комбинација со употребата на висококвалитетни цилиндри отпорни на корозија, може значително да го продолжат работниот век.

7. Заклучок

Отпорноста на корозија е основен услов за земјоделските хидраулични цилиндри кои работат во тешките средини на модерните земјоделски операции. Комбинацијата на механички стрес, хемиска изложеност и влага во околината создава услови кои можат брзо да ги деградираат незаштитените цилиндри, што доведува до намалени перформанси, зголемени трошоци за одржување и неочекувано време на застој за време на критичните периоди на берба. Како што покажа анализата во овој напис, економското влијание на дефектите поврзани со корозија се протега многу подалеку од цената на резервните делови. Вкупните трошоци за сопственост на цилиндрите отпорни на корозија обично се пониски отколку за стандардните цилиндри кога се зема предвид целосниот животен циклус.

Клучот за постигнување соодветна отпорност на корозија лежи во комбинација од фактори: избор на материјали кои се компатибилни со специфичното опкружување за работа, нанесување соодветни заштитни облоги и дизајнирање на цилиндерот за да се минимизираат областите на ранливост. Нашата фабрика во Raydafon Technology Group Co., Limited разви сеопфатен пристап за отпорност на корозија што се однесува на секој од овие фактори, што резултира со земјоделски хидраулични цилиндри кои обезбедуваат сигурен работен век во најсложените апликации. Продолжуваме да истражуваме и имплементираме нови технологии за заштита од корозија за дополнително да го продолжиме работниот век на нашите производи.

Контактирајте со Raydafon Technology Group Co., Limitedда разговараат за вашите специфични барања за отпорност на корозија.