液压元件的轻量化为制造商提供了新的机遇
发布时间:2022-07-21 10:38:32 浏览次数:585

由于可以实现的许多好处,越来越多的重量更轻的液压元件正在增加。移动机械尤其可以受益于轻量元件的使用,因为它们可以帮助减轻车辆的整体重量,从而提高燃油效率。

随着电气化的不断发展,对轻量化组件的需求也将持续增长。它们的使用不仅可以减轻车辆的整体重量,还可以补偿电池和电动机等较重的部件。RAM Industries 的高级设计技术专家 Dwayne Skurat 说:“如果你可以用轻质铝制油缸来抵消重量的减轻,尤其是在运输行业,它可以让你运输更多的产品。” “最后,它可以让你拥有更小的碳足迹,因为现在你在相同重量的情况下拖运更多磅。”




开发轻量化的元件


由于 OEM 对可用于拖车应用的轻型油缸的需求不断增加,RAM 开发了其铝油缸技术。该公司可以与客户合作创建用于拖车和各种其他应用的定制版本。它还根据这一市场需求创建了标准油缸,并提供各种选项,客户可以从中选择自己独特的版本。




斯库拉特说,RAM 的油缸采用铝制机身,内部有多个铝制部件,使其重量更轻。油缸也有一个空心杆,提供额外的重量减轻。




虽然市场上还有其他铝制油缸,但他指出其中许多不像 RAM 油缸那样提供选项或定制。定制是 RAM 工作的很大一部分,这使其能够更好地满足客户的特定应用需求。

Skurat 说,铝制油缸具有一些独特的功能,其中之一是位于油缸底部的端口。这样可以实现更清洁的安装并缩短管路长度,并根据其安装方式为油缸管路提供更多保护。




油缸也有一个内置的止回阀,它将油缸锁定在适当的位置,因此如果它的管路爆破,它就不能移动。由于止回阀内置于油缸中,因此无需使用单独的阀块,从而可以进一步减轻重量。




增材制造(也称为 3D 打印)是用于制造重量更轻的液压部件的方法之一。Aidro Hydraulics & 3D Printing 总裁兼首席执行官 Valeria Tirelli 表示,增材制造的秘诀在于能够改变制造商处理其组件设计的方式并采用增材制造的理念,这实质上意味着只在需要的地方添加材料。




她解释说,大多数传统的液压系统制造都是从加工金属块开始的,以创建所需的设计。然而,通过增材制造 (AM),原材料(一种金属粉末)被不断添加以制造产品。与传统方法相比,这使得使用的材料更少,从而减轻了部件的重量。

“真正重要的是对增材制造方法进行正确的设计,因为我们完全改变了设计零件的方式,”Tirelli 说。由于传统制造方法的限制,通常与液压设计相关的约束可以完全消除,从而允许更多的设计自由度。




她说,Aidro 通过使用增材制造发现,设计可以从通过组件的所需油流开始。“我们创建渠道,然后只在需要的地方添加材料。” 根据需要的压力,可以根据需要添加更多或更少的材料。




“方法完全不同,我们有很大的自由度来精确地创建我们需要的形状以及适合最终液压系统的形状,”Tirelli 说。零件现在可以更轻、更紧凑,并且更适合液压系统、连接和工具所需的形状。




材料选择是一个重要因素


材料的选择会对轻量级组件的创建产生很大影响。RAM 表示它选择使用铝,因为它不仅重量更轻,而且还提供良好的防腐蚀保护。此外,它不需要任何油漆,这也进一步减轻了重量。




Skurat 说,市场上很容易买到各种各样的铝牌号。有了许多可用选项,RAM 可以加工不同的组件和不同强度的材料,以确保它们在给定的应用程序中运行良好。




与目前市场上的一些复合材料不同,铝也易于加工。他指出,与其他一些可用的轻质材料(如高强度钢或复合材料)相比,铝也更具成本效益,这也是有益的。

集成计算材料工程 (ICME) 技术提供商 QuesTek Innovations, LLC 业务发展经理 Jeff Grabowski 在美国国家流体动力协会 (NFPA) 流体动力工业联盟 (FPIC) 2022 年 3 月活动上的演讲中说,流体动力行业对重量更轻、壁更薄的管材和棒材有着强烈的需求。但是,抗弯能力可能会成为一个问题。




为了克服这个问题,他说公司可以使用更高强度的钢材。流体动力元件制造商还可以使用用陶瓷颗粒改性的钢,这可以提高刚度和弹性模量,同时保持强度。这将有助于抵抗屈曲并能够产生更薄的壁管或圆柱体。




然而,成本是一个需要考虑的因素。钢可能很贵,制造商需要确定使用这种成本较高的材料是否值得他们的应用。Grabowski 说:“我们在许多具有某些组件的行业中发现,花更多的钱来获得更好的材料来解决您的问题是值得的。”




QuesTek 已经为需要增加成本的应用开发了钢材,例如用于航空航天和国防。对于这些,重量是一个因素,但强度也是一个因素,这使得更高的成本是值得的。




例如,铁 C61 和 C64 可渗碳钢的开发使军用直升机的传动齿轮的重量比以前使用的钢轻 20% 以上。QuesTek 还能够将钢设计为具有更高的耐温性,从而使齿轮在不使用油的情况下运行更长时间。“这很重要,”格拉博夫斯基说。“如果油箱被击中,漏油,传统钢材的微观结构就会破坏,你可能有 10 或 15 分钟的时间,直到它变成黄油,直升机坠毁,但这种材料可以持续近 90 分钟。”




Grabowski 表示,该公司还在开展一个铸铁项目,看看它是否可以提高轻量化的强度-韧性组合。该项目目前处于早期阶段,但他表示,尽管过去几个世纪以来该材料在许多应用中都有使用,但铸铁开发仍有改进的机会。




他说,对于一些常用的球墨铸铁,公司相信有机会修改化学成分以提高强度或延展性,从而实现轻量化或提高功率密度。

增长轨道上的轻量化


由于从乘用车到农业机械再到航空航天的各种行业和应用都可以从使用更轻的部件中受益,特别是随着电气化的加速,它们的发展将在未来几年继续增长。




Skurat 说,目前轻量化是一个小众应用,但预计制造商将在未来几年寻找更轻量化的解决方案。他说,RAM 希望为其铝制油缸设计创造替代尺寸和不同组合的杆,以便可用于各种应用。




此外,该公司可能会考虑基于液压设计制造一种轻型油缸。他预计许多组件将相似,但密封和布局不同。虽然许多应用中的许多气缸已经由铝制成,但进一步轻量化的推动可能会增加其使用量。




RAM Industries 的工程经理 Darrell Mirva 总结道:“我们将看到对 [轻量化] 的需求不断增长。” “我们认为这是一个非常有前途的领域,我们看到了最终用户的巨大利益。”