Der Sicherheitszylinder (auch Auslösezylinder genannt) ist ein zentrales Sicherheitselement von Kegelbrechern und in erster Linie verantwortlich für Schutz der Geräte vor Überlastungseinwirkungen. Wenn nicht zerkleinerbare Materialien (wie z. B. Eisenblöcke) in den Brecher gelangen oder die Materiallast den Grenzwert überschreitet, wird das Hydrauliköl im Sicherheitszylinder schnell über das Überdruckventil abgelassen, wodurch der bewegliche Kegel nach oben gedrückt wird, um den Spalt in der Brechkammer zu vergrößern und das Ausstoßen von Fremdkörpern zu ermöglichen. Nachdem die Fremdkörper ausgestoßen wurden, wird das Hydrauliksystem zurückgesetzt und der bewegliche Kegel kehrt in seine Arbeitsposition zurück, wodurch ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb der Anlage gewährleistet wird.
Der Sicherheitszylinder ist ein hydraulisch angetriebenes zylindrisches Bauteil, bestehend aus folgenden Kernteilen:
Der Zylinderkörper Dient als Behälter für Hydrauliköl und Kolben und hält dem inneren Hydraulikdruck stand. Er hat eine hohlzylindrische Struktur, und seine Innenwand erfordert eine hochpräzise Bearbeitung, um die Dichtleistung und reibungslose Kolbenbewegung zu gewährleisten. Typische Materialien sind hochfestes Gusseisen oder Stahlguss.
Der Kolben überträgt hydraulische Kraft, um die Verschiebung des beweglichen Kegels anzutreiben. Es handelt sich um eine zylindrische Struktur, die der Innenwand des Zylinderkörpers entspricht und deren Oberseite mit der Pleuelstange des beweglichen Kegels verbunden ist. Die Oberfläche ist üblicherweise verschleißfest behandelt.
Der Dichtungsbaugruppe verhindert Hydrauliköllecks (sowohl intern als auch extern). Es besteht aus O-Ringen, Verbunddichtungen (wie Glyd-Ringen, U-Cup-Dichtungen) und Staubdichtungen, die am Kolben und am Ende des Zylinderkörpers angebracht sind.
Der Öleinlass/-auslass wird an die Hydraulikleitung angeschlossen, um das Einspritzen und Ablassen von Hydrauliköl zu ermöglichen. Es befindet sich an der Seitenwand des Zylinderkörpers und verfügt über eine Gewindeschnittstelle (z. B. britisches Rohrgewinde), die zum Hydrauliksystem passt.
Der Führungshülse gewährleistet die Koaxialität der Kolbenbewegung und verringert den exzentrischen Verschleiß. Es ist auf der Außenseite des Kolbens mit einer Hülse aus verschleißfestem Gusseisen oder einer Kupferlegierung versehen und weist eine Innenbohrungspräzision der Güteklasse IT7 auf.
Einige Modelle sind ausgestattet mit einem Puffergerät um Stöße beim schnellen Rücksetzen des Kolbens zu reduzieren. Es besteht aus einer Pufferhülse und einer Drosselbohrung, befindet sich am Boden des Zylinderkörpers und erreicht eine Pufferung durch Hydrauliköldrosselung.
Kernkomponenten wie Zylinderkörper und Kolben des Sicherheitszylinders werden meist im Gussverfahren hergestellt, wobei der spezifische Ablauf wie folgt ist:
Materialauswahl
Zylinderkörper: Es wird hochfestes Graugusseisen (HT300) oder Sphärogusseisen (QT500-7) ausgewählt, das eine Zugfestigkeit von ≥ 500 MPa und eine Härte von 180–240 HBW erfordert, um eine hohe Druckfestigkeit und Verformungsbeständigkeit zu gewährleisten.
Kolben: Üblicherweise wird duktiles Eisen (QT600-3) oder Gussstahl (ZG35CrMo) verwendet, wobei eine hohe Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erforderlich ist.
Formenbau und -herstellung
Sandformen (Harzsand oder Natriumsilikatsand) werden nach Teilezeichnungen hergestellt, wobei eine Bearbeitungszugabe von 3–5 mm berücksichtigt wird. Sinnvolle Steigrohre und Anschnitte werden so konstruiert, dass Lunker und Porosität vermieden werden. Bei Zylinderkörperformen muss die Zylindrizität des inneren Hohlraums gewährleistet sein, um eine Elliptizität oder Biegung nach dem Gießen zu verhindern.
Schmelzen und Gießen
Gusseisenschmelze: Es wird ein Mittelfrequenz-Induktionsofen verwendet, wobei die Temperatur des geschmolzenen Eisens auf 1450–1500 °C geregelt wird. Die chemische Zusammensetzung (z. B. Kohlenstoff: 3,2–3,6 %, Silizium: 1,8–2,2 %) wird angepasst, um Fließfähigkeit und mechanische Eigenschaften sicherzustellen.
Gießen: Es wird ein Bodengießsystem verwendet, wobei die Gießgeschwindigkeit auf 5–8 kg/s geregelt wird, um das Mitreißen von Schlacke zu vermeiden. Nach dem Gießen wird das Gussstück im Ofen langsam auf unter 200 °C abgekühlt, um innere Spannungen abzubauen.
Ausschütteln und Reinigen
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Sandform durch Vibrationsausschütteln entfernt. Die Steigrohre und Anschnitte werden durch Brennschneiden oder Schleifen gereinigt, wobei eine Resthöhe von ≤ 1 mm erforderlich ist.
Wärmebehandlung
Zylinderkörper: Das Spannungsarmglühen erfolgt durch Erhitzen auf 550–600 °C, Halten für 2–3 Stunden und langsames Abkühlen auf 200 °C vor dem Gießen, um Gussspannungen zu beseitigen und Verformungen nach der Bearbeitung zu verhindern.
Kolben: Bei Gussstahl wird die Normalisierung durch Erhitzen auf 850–900 °C, Halten für 1 Stunde und Luftkühlung durchgeführt, um die Körner zu verfeinern und die Zähigkeit zu verbessern.
Gussteilprüfung
Sichtprüfung: Sicherstellen, dass keine Risse, Lunker oder Sandlöcher vorhanden sind.
Zerstörungsfreie Prüfung: Die Ultraschallprüfung (UT) wird auf kritische Bereiche (z. B. Zylinderinnenwand) mit 100 % Abdeckung angewendet, wodurch Poren oder Einschlüsse ≥φ3 mm verhindert werden.
Um die Konstruktionsgenauigkeit zu erreichen, müssen Gussrohlinge bearbeitet werden. Der spezifische Prozess ist wie folgt:
Schruppbearbeitung
Zylinderkörper: Drehen des Außenkreises, der Endfläche und des inneren Hohlraums, wobei eine Endbearbeitungstoleranz von 1–2 mm belassen wird; Bohren und Gewindeschneiden der Öleinlass-/Auslassgewinde (z. B. G1/2).
Kolben: Außenkreis und Stirnfläche drehen, Nuten für Dichtungen einarbeiten (Breiten- und Tiefentoleranz ±0,05mm).
Fertigbearbeitung
Zylinderinnenwand: Honen, um eine Oberflächenrauheit von Ra0,8–1,6 μm, eine Zylindrizität ≤0,01 mm/m und eine Durchmessertoleranz der Klasse IT7 zu erreichen.
Äußerer Kolbenkreis: Präzisionsschleifen auf Ra1,6 μm, wobei das Passungsspiel zur Zylinderinnenwand auf 0,03–0,08 mm kontrolliert wird (angepasst an die Viskosität des Hydrauliköls).
Führungshülse: Feinbohren + Honen der Innenbohrung, um Passgenauigkeit zum Kolben zu gewährleisten.
Oberflächenbehandlung
Zylinderaußenfläche: Lackierung (Grundierung + Decklack) oder Galvanisierung (Verzinkung und Passivierung) für Korrosionsschutz; der innere Hohlraum bleibt unbehandelt (mit Hydrauliköl geschmiert).
Kolbenoberfläche: Hartverchromung (Dicke 0,05–0,1 mm), gefolgt von Präzisionsschleifen, um Maßgenauigkeit zu gewährleisten und die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
Montage
Einbau der Dichtungsbaugruppe: Nacheinander Staubdichtungen, Hauptdichtungen (z. B. Glyd-Ringe) und Führungsringe montieren und dabei darauf achten, dass keine Verformungen oder Kratzer entstehen.
Zusammenbau von Kolben und Zylinder: Langsames Drücken des Kolbens, um eine Beschädigung der Dichtungen zu vermeiden, und Prüfung auf Leichtgängigkeit (kein Verklemmen).
Die Qualität des Sicherheitszylinders wirkt sich direkt auf die Sicherheitsleistung des Brechers aus und erfordert eine strenge Kontrolle in den folgenden Bereichen:
Rohstoffprüfung
Analyse der chemischen Zusammensetzung: Verwendung eines Spektrometers zum Erkennen von Elementen wie Kohlenstoff, Silizium und Mangan in Gusseisen/Gussstahl, um die Einhaltung der Materialnormen sicherzustellen.
Prüfung mechanischer Eigenschaften: Probenahme für Zugversuche (Messung von Zugfestigkeit und Dehnung) und Härteprüfungen (Brinell-Härteprüfgerät).
Prüfung der Bearbeitungsgenauigkeit
Maßgenauigkeit: Verwendung von Innen- und Außenmikrometern zur Prüfung des Zylinderinnendurchmessers und des Kolbenaußendurchmessers mit Toleranzen innerhalb der Klasse IT7.
Geometrische Toleranz: Verwenden Sie ein Rundheitsmessgerät, um die Rundheit der Zylinderinnenwand zu überprüfen, und eine Messuhr, um die Geradheit des Kolbens zu testen (≤0,02 mm/m).
Oberflächenqualität: Messung der Ra-Werte mit einem Rauheitsmessgerät und visuelle Überprüfung zur Sicherstellung, dass die Chrombeschichtung keine Abblätterungen oder Nadellöcher aufweist.
Hydraulische Leistungsprüfung
Dichtungstest: Halten des Drucks bei Nennbetriebsdruck (normalerweise 10–20 MPa) für 30 Minuten, mit einer Leckage von ≤ 0,1 ml/min.
Funktionstest: Simulation von Überlastbedingungen, Einspritzen von Hydrauliköl, Beobachten des gleichmäßigen Anhebens/Absenkens des Kolbens und Rücksetzgenauigkeitsfehler ≤ 0,5 mm.
Ermüdungslebensdauerprüfung
Probenahme für über 100.000 Hubzyklen, Überprüfung des Dichtungsverschleißes nach dem Test und Erkennung von Zylinderrissen mittels Magnetpulverprüfung.
Fabrikinspektion
Jedem Sicherheitszylinder muss ein Prüfbericht mit Maß- und Leistungsprüfdaten beiliegen. Nicht qualifizierte Produkte dürfen das Werk nicht verlassen.
Der Sicherheitszylinder ist die zentrale Sicherheitsbarriere von Kegelbrechern. Seine Konstruktion muss Festigkeit und Dichtleistung in Einklang bringen. Guss- und Bearbeitungsverfahren gewährleisten hohe Präzision und Verschleißfestigkeit. Die Qualitätskontrolle umfasst den gesamten Prozess von der Rohstoffgewinnung über die Verarbeitung bis hin zur Montage. Ein durchdachtes Prozesskonzept stellt sicher, dass der Sicherheitszylinder schnell auf Überlastungen reagiert und so die Lebensdauer des Brechers verlängert.
