Принцип работы телескопического гидроцилиндра - Motokomo.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Принцип работы телескопического гидроцилиндра

Гидроцилиндры

Гидравлический цилиндр позволяет преобразовать гидравлическую энергию потока жидкости в механическую – выходного звена, которым может являться шток, плунжер, поршень.

Типы гидроцилиндров

В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.

    По числу положений штока
  • Двухпозиционные
  • Многопозиционные

    По характеру хода
  • Одноступенчатые
  • Телескопические
    По направлению действия рабочей жидкости
  • Одностороннего действия
  • Двухстороннего действия
    По возможности торможения
  • С торможением
  • Без торможения
    По виду рабочего звена
  • Плунжерные
  • Мембранные
  • Сильфонные
  • Поршневые
    • С односторонним штоком
    • С двухсторонним штоком

Устройство гидроцилиндра двухстороннего действия

Гидравлические цилиндры двухстороннего действия имеют две разделенные герметичные рабочие полости, в которые по разным трубопроводам подводится жидкость. Гидроцилиндры двухстороннего действия могут передавать развиваемое усилие как в прямом, так и в обратном направлениях.

Устройство гидроцилиндра двухстороннего действия рассмотрим на примере самой распространенной конструкции с односторонним штоком.

Гидроцилиндр с односторонним штоком

Основные элементы конструкции двухстороннего гидроцилиндра с односторонним штоком показаны на рисунке.

  1. шток
  2. передняя крышка
  3. гильза
  4. поршень
  5. гайка
  6. задняя крышка
  7. грязесъемник
  8. манжета штоковая
  9. кольцо направляющее штоковое
  10. манжета поршневая
  11. кольцо резиновое
  12. кольцо направляющее поршневое

Принцип работы гидроцилиндра

Рабочая жидкость от насоса, через распределитель направляется в одну из полостей (поршневую или штоковую), противоположная полость соединятся со сливом.

При поступлении жидкости в поршневую полость шток гидроцилиндра выдвигается, при необходимости преодолевая усилие нагрузки. При поступлении рабочей жидкости в штоковую полость шток гидроцилиндра втягивается.

Выдвинуть штокНейтральное положениеВтянуть шток

При поступлении жидкости в поршневую полость усилие, развиваемое гидроцилиндром можно вычислить по формуле:

При поступлении жидкости в штоковую полость эффективная площадь изменится, из площади поршня необходимо вычесть площадь штока.

Герметичность рабочих камер обеспечивается манжетными уплотнениями, не позволяющими перетекать жидкости из поршневой полости в штоковую. В крышке гидроцилиндра также устанавливают манжету для уплотнения штока, и грязесъемник для предотвращения попадания частиц загрязнения в полость цилиндра.

Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Усилие и скорость перемещения поршня со штоком при прямом и обратном ходе будут различными. Если необходимы одинаковые усилия или одинаковы скорости перемещения выходных звеньев, то используют гидроцилиндры с двухсторонним штоком.

В гидравлических цилиндрах этого типа один поршень связан с двумя штоками.

Для вычисления скорости и усилия гидроцилиндра с двусторонним штоком, можно применять формулы:

В современной технике применяются конструкции гидроцилиндров с двухсторонним штоком с закрепленным цилиндром и с закрепленным штоком.

Устройство гидроцилиндров одностороннего действия

Гидроцилиндры одностороннего действия способны развивать усилие лишь в одном направлении. Обратный ход таких цилиндров осуществляется под действием пружины, силы тяжести, или внешнего воздействия на шток.

Плунжерный гидроцилиндр

В гидроцилиндрах этого типа жидкость воздействует на плунжер, расположенный в рабочей камере. Обратный ход осуществляется за счет внешних сил или силы тяжести.

Плунжер способен передавать только усилие сжатия, величину усилия можно вычислить используя зависимость:

Скорость перемещения плунжера будет зависеть от диаметра плунжера и расхода рабочей жидкости.

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

Гидроцилиндр с пружинным возвратом показан на рисунке.

При поступлении рабочей жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход, пружина, расположенная в штоковой полости сжимается – шток выдвигается.

Обратный ход осуществляется за счет усилия пружины, поршневая полость при этом соединяется со сливом. Пружина может устанавливаться как в поршневой, так и в штоковой полости.

Гидроцилиндры специального исполнения

Рассмотрим несколько особых конструкций гидроцилиндров.

Телескопические гидроцилиндры

В телескопических гидроцилиндрах один шток размещен в полости другого штока. Это позволяет получить большую величину перемещения выходного звена при неизменных габаритах, так как в телескопических цилиндрах ход может превышать длину гильзы.

Телескопический гидроцилиндр одностороннего действия

Рабочая жидкость подводится в полость цилиндра через заднюю крышку. Секции выдвигаются последовательно – в первую очередь движение начнет секция с наибольшей эффективной площадью, затем с меньшей. Скорость при выдвижении каждой последующей секции будет увеличиваться, а усилие падать, в связи уменьшением эффективной площади. По этой причине расчетным должно быть усилие на секции с минимальной эффективной площадью.

Обратный ход осуществляется под действием внешних сил, рабочая полость при этом соединяется со сливом.

Телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия

Подвод рабочей жидкости в представленной на рисунке конструкции осуществляется через шток.

Выдвижение секций, осуществляется в том же порядке, что и в телескопических гидроцилиндрах одностороннего действия.

Обратный ход обеспечивается подводом рабочей жидкости в штоковую полость, поршневая полость при этом соединяется со сливом.

Комбинированные гидроцилиндры

Для увеличения усилия на штоке гидроцилиндра, при отсутствии возможности увеличения наружного диаметра, используют тандемные или последовательно установленные гидроцилиндры. Схема сдвоенного гидроцилиндра показана на рисунке.

В данном случае увеличение усилия достигается за счет добавления второй рабочей камеры и дополнительного поршня, что позволяет увеличить эффективную площадь гидроцилиндра.

Характеристики гидроцилиндров

Основные параметры гидроцилиндров можно разделить на несколько групп.

Геометрические параметры

  • Диаметр поршня (гильзы), иногда его называют диаметром гидроцилиндра, наиболее распространненными являются диаметры: 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 620, 800 миллиметров.
  • Диаметр штока, стандартизированы следующие диаметры штоков гидравлических цилиндров: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 миллиметров.
  • Ход – величина максимально возможного перемещания поршня со штоком или плунжера гидроцилиндра

Гидравлические параметры

  • Номинальное рабочее давление – давление, при котором гидроцилиндр будет работать в номинальном, расчетном режиме, при этом сохраняя параметры работы и надежности, гарантированные произодителем. Величина давления в гидроцилнре опредяляется значением нагрузки, при этом она может быть ограничена настройки предохранительного или редукционного клапана. При отсутвии нагрузки давление в цилиндре обуславливается только потерями на трение.
  • Расход жидкости, поступающий в гидроцилинлдр.

Механические параметры

  • Усилие развиваемое гидроцилиндром – пропорционально давдлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.
  • Скорость перемещения штока – определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр и его эффективным диаметром.

Расчет гидроцилиндра

Попробуем разабраться как характеристики гидроцилиндра связаны между собой, и как на них влияют параметры работы гидопривода.

При поступлении жидкости в поршневую полость жидкость воздействует на поршень, усилие развиваемое гидроцилиндром в этом случае будет пропорционально давлению и площади поршня:

Скорость перемещения поршня со штоком будет зависеть от диаметра поршня и расхода жидкости:

При подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра, давление будет воздействовать на кольцевую поверхность, образованную наружными диаметрами поршня и штока. Усилие в этом случае можно вычислить, используя зависимость:

Скорость перемещения поршня при подводе жидкости в штоковую полость будет зависеть не только от диаметра поршня и расхода, но и от диаметра штока:

Типовые конструкции гидроцилиндров

Несмотря на огромное разнообразие конструкций гидравлических цилиндров существуют, типовые решения, применяемые при проектировании гидроцилиндров, рассмотрим некоторые из них.

Гидроцилиндр на шпильках

Передняя и задняя крышка гидроцилиндров этой конструкции связаны шпильками (анкерами), гильза зажата между крышками цилиндра. Уплотнение поршня обеспечивается двумя манжетами.

Круглый гидроцилиндр

В представленной конструкции крышки крепятся к круглым фланцам, закрепленным с помощью сварки или резьбы на гильзе. Показанный на рисунке тип уплотнения поршня обеспечивает уплотнение в обоих направлениях.

Сварной гидроцилиндр

Крышки приварены к гильзе, конструкция неразборная, неремонтопригодная. В цилиндре установлены компактные поршневые уплотнения.

Чертеж гидроцилиндра

Конструкторская документация на гидроцилиндр должна включать в себя:

  • сборочный чертеж гидроцилиндра,
  • спецификацию,
  • рабочие чертежи деталей.

В качестве примера конструкции гидравлического цилиндра предлагаем вам ознакомиться со сборочным чертежом одноштокового гидроцилиндра двухстороннего действия. Передняя крышка данного цилиндра имеет резьбовое соединение с гильзой, задняя крышка с проушиной приварена к гильзе. Поршень зафиксирован на штоке с помощью резьбовых втулок, зафиксированных от поворота с помощью штифта.

Для того, чтобы скачать чертеж гидроцилиндра в формате pdf щелкните по изображению.

Вы также можете скачать чертеж гидроцилиндра в формате dwg.

Телескопические гидроцилиндры

В мобильной гидравлике зачастую необходимо применять гидравлические цилиндры с большим ходом, но малыми габаритными размерами, таким требованиям наилучшим образом соответствуют телескопические гидроцилиндры.

Длина стандартного телескопического цилиндра в сложенном состоянии обычно колеблется в пределах от 20% до 40% длины цилиндра в разложенном состоянии. Поэтому когда пространство для установки ограничено, но при этом требуется обеспечить большой ход – телескопический гидравлический цилиндр является наилучшим выходом из положения.

Например, для разгрузки самосвала требуется наклонить кузов под углом 60 градусов. Если оснастить кузов грузовика-самосвала стандартным гидроцилиндром, то кузов не сможет снова принять горизонтальное положение, т.к. ему будет мешать длина гидроцилиндра, даже если шток цилиндра приэтом будет полностью втянут. Телескопический цилиндр позволяет легко решить эту проблему.

Телескопические гидравлические цилиндры, по сути, являются простыми механизмами, но их успешное функционирование во взаимодействии с другими компонентами системы зависит от понимания принципов их работы. Понимание принципов работы телескопических цилиндров позволит технически надежно и экономически выгодно встроить их в имеющееся оборудование.

Конструкции телескопических гидроцилиндров

Телескопические цилиндры, как и следует из их названия, сконструированы по принципу телескопа – секции металлической трубы как бы вложены друг в друга. Секция наибольшего диаметра называется главной, секции меньшего диаметра, которые вдвигаются в главную, часто называются ступенями, секцию наименьшего диаметра иногда называется плунжером.

На практике редко используются цилиндры с общим количеством секций большим шести. Существует возможность сконструировать гидроцилиндр и с большим количеством секций, но такая конструкция будет нестабильна.

Телескопический цилиндр обычно раздвигается от большей секции к меньшей. То есть сначала выдвигается секция большего диаметра (со всеми вложенными в нее секциями меньшего диаметра), как только она полностью выдвинется – начнет выдвижение секция меньшего диаметра. Эта процедура будет повторяться с каждой секцией, пока не выдвинется секция наименьшего диаметра. И наоборот: при втягивании сначала полностью втягивается секция меньшего диаметра, затем начинает втягиваться следующая и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока все секции не втянутся в главную секцию.

Основные типы телескопических гидроцилиндров

Как и стандартные гидравлические цилиндры, телескопические гидроцилиндры бывают одностороннего действия и двустороннего действия.

Гидроилиндры одностороннего действия выдвигаются под действием гидравлического


Конструкция телескопического гидроцилиндра
одностороннего действия

давления, а втягиваются под воздействием гравитации или внешней механической силы. Цилиндры одностороннего действия используются там, где на цилиндр всегда воздействует какая-то нагрузка, возвращающая его в исходное положение. Классические телескопические цилиндры одностороннего действия устанавливаются, например, на грузовиках-самосвалах. Масло под давлением заставляет секции цилиндра выдвигаться, поднимая кузов самосвала. Когда подача давления прекращается, давление веса кузова заставляет цилиндры втягиваться.

Гидравлические цилиндры двустороннего действия выдвигаются и втягиваются под воздействие давления масла. Они применяются в тех условиях, когда никакая внешняя сила не воздействует на гидроцилиндр, заставляя шток втягиваться. Одним из классических примеров применения гидроцилиндров двойного действия можно считать их использование в конструкции кузова мусоровоза. Горизонтально установленный телескопический гидроцилиндр сжимает загруженный мусор, воздействуя на плиту в кузове, затем шток втягивается в исходное положение, плита отодвигается, обеспечивая возможность загрузить дополнительный мусор.

Секции телескопического гидроцилиндра поддерживаются подшипниками. Расстояние между подшипниками определяет степень перекрытия одной секции цилиндра другой секцией. В целом, это расстояние должно возрастать с возрастанием общей длины хода для того чтобы предотвратить изгиб цилиндра под действием веса выдвинутых секций, а также веса нагрузки.

В конструкции телескопического гидроцилиндра используются несколько различных типов уплотнений. Тип используемых уплотнений и место их расположения зависит от конструкции гидроцилиндра и различается у каждого отдельного производителя.

Телескопические гидравлические цилиндры двустороннего действия

Выдвижение цилиндра двустороннего действия происходит так же, как и выдвижение цилиндра одностороннего действия.

Втягивание цилиндра двустороннего действия происходит при участии уплотнений на каждой


Конструкция телескопического гидроцилиндра
двустороннего действия

движущейся секции – на внешней стороне каждой выдвигающейся области и внутренней стороне той области, из которой она выдвигается. Отверстия для подачи масла расположены выше поршня в теле секции. Порт втягивания обычно расположен наверху секции наименьшего диаметра. Через этот порт масло попадает внутрь самой маленькой секции. Масло проникает между внешним диаметром меньшей секции и внутренним диаметром большей секции. Создаваемое в этом объеме давление в этом объеме заставляет меньшую секцию вдвинуться в большую секцию. Как только эта секция полностью втянется, открывается порт подачи масла в следующей секции. Процесс втягивания автоматически продолжается до тех пор, пока все секции не будут вдвинуты в главную секцию.

Расположения порта втягивания на вершине наименьшей секции типично для конструкций телескопических гидроцилиндров двустороннего действия, однако, такое расположение порта требует наличие различных шлангов, систем защиты шлангов и специальных катушек подачи шлангов для транспортировки масла на вершину выдвигающейся секции. Большинство конструкций телескопических гидроцилиндров двустороннего действия предусматривают расположение обоих портов подачи масла в наименьшей секции или плунжере, эти цилиндры проектируются таким образом, что наименьшая секция или плунжер остаются стационарными, а наибольшая и самая тяжелая секция движется, когда цилиндр выдвигается. В некоторых случаях телескопические цилиндры двойного действия проектируются таким образом, что оба порта располагаются в стационарной большей секции. Возможность такого исполнения гидроцилиндра определяют размеры цилиндра (диаметр, ход), а также количество секций.

Комбинирование особенностей телескопических гидроцилиндров одностороннего и двустороннего действия

Существует несколько необычных типов телескопических гидроцилиндров, предназначенных для специфических условий эксплуатации. Например, производители оборудования для добычи нефти используют специальную комбинацию секций одностороннего и двустороннего действия для позиционирования буровой установки. Буровые установки транспортируются в горизонтальном положении в трейлерах. Для перевода буровой установки в вертикальное положение используются специальные телескопические гидроцилиндры. Когда буровая установка заканчивает работу, телескопический гидроцилиндр возвращает ее в горизонтальное положение. Как только буровая установка начинает крениться, к ней больше не требуется прилагать силу, т.к. она примет горизонтальное положение под действием гравитации и собственного веса, что также заставит цилиндр втянуться. Иными словами, гидроцилиндру требуется подача давления только на первом этапе хода втягивания, затем он работает, как гидроцилиндр одностороннего действия. В таких случаях наименьшая секция гидроцилиндра проектируется как секция гидроцилиндра двустороннего действия, остальные же секции – как одностороннего. Наименьшая секция обеспечивает и подъем буровой установки, и возврат ее в горизонтальное положение. Такой тип телескопических гидроцилиндров зачастую проектируется «с пропуском секции». Пропуская секцию в конструкции телескопического гидроцилиндра, удается увеличить эффективную площадь и силу втягивания наименьшей секции.

Постоянная скорость и постоянное значение усилия

Специальный дизайн телескопического гидравлического цилиндра, при котором все секции выдвигаются одновременно, позволяет достичь постоянной скорости и постоянной тяги во все время процесса выдвижения или втягивания. Такой тип гидроцилиндров используется в буровых головках при поземных разработках полезных ископаемых, где необходимо обеспечить именно такие параметры при малом занимаемом пространстве.

Статьи

Контакты

Тел/факс:(3519) 30-57-00
Моб. телефон:8-904-804-55-30

Мы с удовольствием ответим на все Ваши вопросы! Наши менеджеры быстро помогут Вам подобрать решение, которое лучше всего соответствует Вашим потребностям и финансовым возможностям.

Гидравлический цилиндр – устройство, принцип работы, расчет усилия

Работоспособность многих видов силового оборудования как промышленного, так и бытового назначения обеспечивает такое устройство, как гидравлический цилиндр. Выступая в роли приводного двигателя возвратно-поступательного действия, такой механизм при минимальных затратах энергии обеспечивает полный цикл работы силового оборудования, используемого в строительстве, в различных отраслях промышленности, на предприятиях сельскохозяйственной отрасли и в быту. Наибольшее распространение гидравлические цилиндры получили в качестве основного элемента оснащения прессового оборудования, активно используемого для решения различных задач.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция любого гидравлического цилиндра включает в себя следующие элементы:

Несколько отличаются по конструкции плунжерные гидроцилиндры, в которых плунжер одновременно выполняет функции поршня и штока.

Принцип работы гидроцилиндра любого типа основан на оказании давления рабочей жидкости на поршень. В результате воздействия на поршень гидроцилиндра шток начинает совершать циклическую работу, передавая усилие на рабочий узел обслуживаемого устройством оборудования. Таким рабочим узлом, функционирование которого обеспечивает цилиндр гидравлический, в зависимости от типа и назначения оборудования может быть уплотняющая платформа, гибочный или прессующий механизм, а также устройство любого другого типа, обеспечивающее передачу усилия гидроцилиндра конечному получателю силовой энергии.

Поскольку усилие, создаваемое гидравлическим цилиндром, как уже говорилось выше, формируется за счет давления, оказываемого рабочей жидкостью на поршень, свойства данной жидкости оказывают значительное влияние на эффективность использования, технические и эксплуатационные характеристики самого цилиндра. В качестве рабочей жидкости для гидравлических цилиндров поршневого или плунжерного типа, как правило, используется специальное масло, которое должно отвечать определенным требованиям по целому ряду параметров:

  • химическому составу и плотности;
  • значениям температур, при которых рабочая жидкость сохраняет свои изначальные характеристики;
  • склонности рабочей жидкости к развитию окислительных процессов.

Для приведения в действие гидравлических цилиндров различных типов и моделей рабочую жидкость в их внутреннюю камеру нагнетают при помощи ручного или электрического насоса.

Основные разновидности

Различные типы гидравлических цилиндров выделяют по целому ряду параметров. Так, в зависимости от числа положений, которые может занимать шток устройства, оно может быть:

В зависимости от характера хода поршня и штока различают следующие виды гидроцилиндров:

  • одноступенчатые устройства;
  • гидроцилиндры телескопического типа.

Телескопическое устройство одностороннего типа или телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия применяют в тех случаях, когда необходимо, чтобы величина вылета штока превышала длину корпуса гидравлического цилиндра. Гидроцилиндр телескопического типа состоит из нескольких цилиндров, которые вложены один в другой, при этом корпус каждого последующего из таких цилиндров является штоком предыдущего.

В зависимости от того, в скольких направлениях действует рабочая жидкость гидравлического цилиндра, это может быть:

  • гидроцилиндр одностороннего действия;
  • устройство с двухсторонним штоком.

Рабочая жидкость в гидравлических цилиндрах одностороннего действия действует на поршень только в одном направлении. Для выполнения обратного действия с односторонним штоком, то есть осуществления его движения в обратном направлении, используются пружинные элементы. Применение возвратной пружины в конструкции гидравлических цилиндров одностороннего действия приводит к тому, что они создают меньшие усилия, чем двусторонние гидроцилиндры, поршням которых не приходится преодолевать силу упругости пружинного элемента.

Конструктивная схема гидравлических цилиндров двухстороннего действия разработана таким образом, что рабочая жидкость оказывает воздействие сразу на две противоположно расположенные плоскости. Одной из модификаций гидроцилиндра двухстороннего действия является устройство, оснащенное сразу двумя штоками, располагаемыми с противоположных сторон поршня. Схема подключения гидравлического цилиндра двухстороннего действия предусматривает, что одна часть его внутренней камеры соединяется с напорной магистралью гидравлической системы, а вторая – со сливной.

При использовании двухстороннего гидравлического цилиндра, оснащенного одним штоком, следует учитывать тот факт, что такое устройство при движении поршня в прямом направлении создает большее усилие, чем при обратном движении. Объясняется это тем, что площади рабочих плоскостей поршня со стороны расположения штока и с его обратной стороны различаются, соответственно, при воздействии рабочей жидкости на эти плоскости создается давление различной величины.

Устройство гидроцилиндра может предусматривать наличие специального механизма, отвечающего за торможение штока. В зависимости от наличия или отсутствия такого механизма в конструкции среди гидравлических цилиндров выделяют устройства с торможением и без него.

Разделение гидравлических цилиндров на разные виды осуществляется и в зависимости от типа основного рабочего элемента, который использован в их конструкции. Так, выделяют:

  • плунжерный гидроцилиндр;
  • устройство, которое работает за счет установленной в нем мембраны;
  • гидроцилиндр сильфонного типа;
  • гидроцилиндр поршневого типа, который, как уже говорилось выше, может быть оснащен одним или двумя рабочими штоками.

Конструктивное исполнение оказывает непосредственное влияние на характеристики гидравлических цилиндров. Это следует учитывать при подборе таких устройств для оснащения оборудования определенного назначения.

Основные характеристики

Осуществляя подбор гидроцилиндра, следует ориентироваться на его параметры, которые можно разделить на две основные группы:

  • характеризующие силовой потенциал гидравлического цилиндра;
  • относящиеся к конструктивным особенностям устройства.

С точки зрения силового потенциала важнейшим параметром гидравлического цилиндра является создаваемое им усилие. Различные модели гидравлических цилиндров, предлагаемых на современном рынке, способны создавать давление, значение которого варьируется в диапазоне от 2 до 50 тонн, при этом минимальные усилия (до 10 тонн) создают односторонние гидроцилиндры, а максимальные – двухсторонние.

Наиболее важными параметрами, которыми определяются конструктивные особенности гидравлических цилиндров, являются:

  • диаметр рабочей поверхности поршня;
  • объем рабочей камеры гидравлического насоса;
  • диаметр штока насоса и величина его рабочего хода.

Зная размеры гидроцилиндров, а также давление, которое оказывает рабочая жидкость на их поршень, можно выполнить расчет усилия, создаваемого на штоке. Для того чтобы выполнить расчет гидроцилиндра с целью определения усилия, создаваемого штоком, достаточно перемножить значения давления рабочей жидкости и площади поршня, на которую она воздействует. При выполнении таких расчетов важно учесть потери на трение, для чего используется специальный коэффициент, который подставляется в используемую формулу.

Чтобы определить геометрические параметры выбираемого устройства, не обязательно изучать чертежи гидроцилиндра, для этого достаточно разобраться в его маркировке. Так, маркировка гидроцилиндров, требования к которой оговариваются положениями соответствующего ГОСТа, содержит информацию о следующих геометрических параметрах:

  • диаметре рабочей поверхности поршня;
  • диаметре и ходе штока насоса.

Кроме того, маркировка гидроцилиндров содержит сведения о:

  • конструктивном исполнении насоса;
  • типе устройства (одно- или двухстороннего действия).

Ориентируясь на обозначения гидроцилиндров, можно также определить, для каких климатических условий предназначена та или иная модель.

Эффективность работы гидравлического цилиндра обеспечивается не только его конструктивным исполнением и техническими параметрами, но и характеристиками элементов гидравлической системы, работающей в связке с таким устройством. Гидроцилиндр, состоящий из рабочей камеры, поршня и штока, нуждается в подаче рабочей жидкости в требуемом объеме и под определенным давлением, степень чистоты и другие характеристики которой должны соответствовать определенным требованиям.

Соблюдение таких требований обеспечивают элементы гидравлических систем, выбору и техническому обслуживанию которых, как и выбору самого гидравлического цилиндра, следует уделять особое внимание.

Гидроцилиндр: что это такое, как работает, где используется и ГОСТ

Содержание статьи

Что такое гидроцилиндр?

Гидравлический цилиндр – это механизм гидравлической системы, являющийся неотъемлемым рабочим элементом техники разного назначения, главным принципом действия которого является трансформация гидравлической силы в механическую – выходного звена. Процесс превращения силы осуществляется с помощью возвратно-поступательных либо поворотно-прямолинейных движений.

Как выглядит гидроцилиндр

Гидроцилиндр используется при изготовлении строительной, дорожной и сельскохозяйственной техники, располагающей приводами подъёма и опускания конструкций навесного типа – кранов-манипуляторов, ковшей, лопат, сеялок, гидромолотов, плугов, ковшей и т.п. Также часто используются гидроцилиндры для дровокола.

Как устроен гидроцилиндр

Конструктивно механизм гидравлического цилиндра выглядит как гильза – прямая труба с идеально гладкой и чистой внутренней поверхностью изделия. Она наполнена жидкостью, вокруг которой вращается подвижной цилиндрический стержень для её нагнетания или выкачивания. Чтобы исключить протекание имеющейся жидкости, в нём предусмотрены манжеты, изготовленные из пластичной, но прочной резины.

Устройство гидроцилиндра в разрезе

Работа поршня активизируется при поступлении в цилиндр жидкости под достаточно высоким давлением. По бокам гильзы вкручены защитные пробки, предотвращающие вытекание и располагающие специальными отверстиями для транспортировки жидкости в гильзе. Усилие от цилиндрического стержня передаётся предустановленным штоком, характеризующимся полированной, а значит максимально гладкой, поверхностью. В нужном направлении определяет его грундбукс.

Основные узлы, которыми комплектуется механизм в зависимости от области применения техники:

  • сама гильза;
  • поршень;
  • манжеты резиновые;
  • грязесъёмник;
  • шток и его направляющий грундбукс;
  • стопорное кольцо;
  • проушина.

На резьбовой стороне штока фиксируется приспособленная для этой функции деталь или проушина, которая соединяет его с подвижным механизмом.

Принцип действия гидроцилиндра

Объёмным гидродвигателем управляют элементы регулировки гидропривода или непосредственно сам гидрораспределитель. Так как гидравлические цилиндры работают на условиях повышенного давления (до 32 Мпа), к функционирующей системе предъявляются повышенные требования. Должна быть максимальная прочность и высокая работоспособность системы, тогда гарантируется надёжная работа гидроцилиндра.

Типы гидроцилиндров

Варианты изделий предполагают разную комплектацию и варианты применяемости. И для удобства их принято подразделять на конкретные типы.

По типу направления действия жидкости:

  • Одностороннего действия;
  • Двустороннего действия;
  • Телескопические модели;
  • Дифференциальные;
  • количество положений штока: две позиции и много позиций;
  • по типу хода: телескопические или одноступенчатые;
  • по направлению давления жидкости: одно- или двустороннего действия;
  • по наличию торможения: с торможением или без него.

Классификация гидроцилиндров в зависимости от применяемого рабочего звена:

  • поршневые с одно- или двусторонним стержнем;
  • сильфонные – с рабочим звеном в виде сильфона;
  • плунжерные – в которых в качестве поршня используется плунжер;
  • мембранные – располагают звеном в виде мембраны.

По типу фиксации в системе агрегаты делятся на варианты с креплениями на шарнирах или более жёстких крепежах.

Одностороннего действия

Такие гидродвигатели характеризуются определённым направлением перемещения штока в нём при повышении давления жидкости. В обычное положение его возвращает пружина, создающая для этого определённые усилия.

Чертеж гидроцилиндра одностороннего действия

В нём осуществляется сопротивление стандартной силе упругости пружины при ровном движении цилиндрического стержня. Функции механизма возвратного типа в таком механизме выполняет пружина. Немного другой способ функционирования наблюдается в домкратах, не располагающие пружиной возвратного типа. При приведении механизма в действие выполняется возврат стержня за счёт привлечения функций другого гидродвигателя или силы тяжести поднимаемого или опускаемого груза.

Двустороннего действия

При обычном движении поршня усилие на штоке достигается путём обеспечения повышенного давления имеющейся жидкости в полостях цилиндра стержневого и поршневого типов.

Чертеж гидроцилиндра двустороннего действия

Прямой ход по сравнению с обратным, характеризуется повышенным усилением на стержне и низкой скоростью движения. Это обусловлено разницей в площадях, к которым применяется сила давления имеющейся жидкости. Этот тип гидродвигателей привлекается для выполнения работ по подъёму и опусканию отвалов во многих марках бульдозеров.

Телескопические

Названы так ввиду особенностей строения конструкции, визуально напоминающей небольшой телескоп и благодаря характерному принципу работы.

Чертеж телескопического гидроцилиндра

Конструктивно механизм выглядит как несколько цилиндров разных диаметров вставленных один в другой. Актуально применять подобные механизмы в ситуациях, в которых необходим большой ход цилиндрического стержня, но размер самого изделия должен быть небольшим. Этот тип механизмов может встречаться в виде одно- и двустороннего действия. Активно эксплуатируется в самосвалах.

Дифференциальные

Этот вид механизмов характеризуется непростой конструкцией, где на поршень, толкающий жидкость, давление оказывается сразу с двух сторон. Площади давления на цилиндрический стержень с разных сторон разные. Скорость движения в соотношении к усилиям в ходах разной направленности является соразмерной соотношению площадей поршня. Соответственно между усилием и скоростью наблюдается взаимосвязь: чем выше скорость, тем ниже усилие и чем ниже скорость, тем выше усилие.

Чертеж дифференциального гидроцилиндра

При эксплуатации гидродвигателя, размеры поршней, которые имеют соотношение 2 к 1 (дифференциальные), обеспечивают идентичную скорость и варианты хода стержня в двух направлениях. Подобные функции для гидроцилиндров с поршнем одностороннего типа без вспомогательных элементов или специальной регулировки не встречаются.

Технические характеристики гидроцилиндров

От характеристик и параметров агрегата зависит сфера применения механизма, а также срок его беспроблемной эксплуатации. Важно знать, из чего он состоит, чтобы при необходимости можно было с лёгкостью приобрести замену неисправной детали.

Главные рабочие параметры:

  • Диаметр штока – достаточно важный параметр, который определяет сферу эксплуатации изделия. При выборе важно ориентироваться на тип техники, в которой он будет функционировать. При проектировании гидросистемы конкретной техники обязательно следует учитывать динамику нагрузки на механизм, а также его грузоподъёмность. Это позволяет исключать изгибы стержня при эксплуатации гидроцилиндра.
  • Диаметр цилиндрического стержня, главной функцией которого является определение значения тянущего и толкающего усилия;
  • характеристики хода цилиндрически стержня – параметра, определяющего движение поршня и размеры механизма в рабочем состоянии.
  • конструктивные особенности, которые позволяют определить способы крепления гидроцилиндра.
  • тянущее усилие (кг).
  • расстояние в нерабочем состоянии по центрам, которые обеспечивают эффективную оценку присоединительных размеров агрегата.
  • номинальное давление, исчисляемое в Мпа.
  • усилие толкающее (кг).
  • масса самого изделия.
Допустимые значения гидроцилиндров

НаименованиеЗначение
Ход штокане более 10000 (мм)
Диаметр штокане более 500 (мм)
Рабочая нормане более 70 (Мпа)
Усилие на шток (толкающее/тянущее)не более 70 (Н)
Температура окружающей средыот -40° до +40°
Рабочая средавода, водно-масленная имульсия, минеральные масла.

Назначение гидроцилиндров

Использование агрегатов такого вида актуально в дорожной, очистительной, строительной и ремонтной технике, в землеройных, разгружающих, подъёмных и транспортирующих грузы машинах. Также выполняется оснащение гидродвигателями станков, режущих металл, выполняющих кузнечные работы и работающих в качестве пресса.

В этих системах гидроцилиндры являются одними из самых важных агрегатов, обеспечивающих повышение функциональности гидросистемы, а также эксплуатацию в условиях повышенной нагрузки.

ГОСТ 6540-68 определяет параметры и технические характеристики гидравлических пневматических цилиндров. Приложение ГОСТа знакомит с соотношениями значений цилиндров штокового и поршневого типа. Стандарт охватывает поршневые и плунжерные гидро- и пневмоцилиндры.

Стандартное давление гидроцилиндра имеет постоянную величину, которая определяет возможности эксплуатации данного агрегата.

Характерные обозначения гидроцилиндров зависят от особенностей конструктивного исполнения. Но следует отметить, что у разных производителей они могут быть разные.

Покупка устройства для конкретной техники должна определяться конкретными критериями, которые следует соблюдать, чтобы оно исправно и продолжительно работало без перебоев.

  • параметры гильзы;
  • размер окружности и ход цапф, штока, шаров;
  • длина по осям в рабочем и нерабочем состоянии;
  • состав материала, из которого изготовлены элементы изделия;
  • диаметр вилок.

Важно учитывать вес гидроцилиндра и марку стали, из которой он изготовлен. Все эти параметры помогут с лёгкостью подобрать замену неисправному агрегату и без сложностей заменить его на исправный.

Сталь для гидроцилиндра используется высоких марок: 20, 35, 45, 30ХГСА, 40Х.

Какие бывают гидроцилиндры

В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.

По числу положений штока:

По характеру хода:

По направлению действия рабочей жидкости:

  • Одностороннего действия
  • Двухстороннего действия

По возможности торможения:

По виду рабочего звена:

  • Плунжерные
  • Мембранные
  • Сильфонные
  • Поршневые:
    • С односторонним штоком
    • С двухсторонним штоком

Гидроцилиндр с односторонним штоком

Основные элементы конструкции двухстороннего гидроцилиндра с односторонним штоком показаны на рисунке:

1. шток
2. передняя крышка
3. гильза
4. поршень
5. гайка
6. задняя крышка
7. грязесъемник
8. манжета штоковая
9. кольцо направляющее штоковое
10. манжета поршневая
11. кольцо резиновое
12. кольцо направляющее поршневое

Рабочая жидкость от насоса, через распределитель направляется в одну из полостей (поршневую или штоковую), противоположная полость соединятся со сливом.

При поступлении жидкости в поршневую полость шток гидроцилиндра выдвигается, при необходимости преодолевая усилие нагрузки.

При поступлении рабочей жидкости в штоковую полость шток гидроцилиндра втягивается.

Герметичность рабочих камер обеспечивается манжетными уплотнениями, не позволяющими перетекать жидкости из поршневой полости в штоковую. В крышке гидроцилиндра также устанавливают манжету для уплотнения штока, и грязесъемник для предотвращения попадания частиц загрязнения в полость цилиндра.

Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Усилие и скорость перемещения поршня со штоком при прямом и обратном ходе будут различными. Если необходимы одинаковые усилия или одинаковы скорости перемещения выходных звеньев, то используют гидроцилиндры с двухсторонним штоком.

В гидравлических цилиндрах этого типа один поршень связан с двумя штоками.

Устройство гидроцилиндров одностороннего действия

Гидроцилиндры одностороннего действия способны развивать усилие лишь в одном направлении. Обратный ход таких цилиндров осуществляется под действием пружины, силы тяжести, или внешнего воздействия на шток.

Плунжерный гидроцилиндр

В гидроцилиндрах этого типа жидкость воздействует на плунжер, расположенный в рабочей камере. Обратный ход осуществляется за счет внешних сил или силы тяжести.

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

При поступлении рабочей жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход, пружина, расположенная в штоковой полости сжимается – шток выдвигается. Обратный ход осуществляется за счет усилия пружины, поршневая полость при этом соединяется со сливом. Пружина может устанавливаться как в поршневой, так и в штоковой полости.

Телескопические гидроцилиндры

В телескопических гидроцилиндрах один шток размещен в полости другого штока. Это позволяет получить большую величину перемещения выходного звена при неизменных габаритах, так как в телескопических цилиндрах ход может превышать длину гильзы.

Телескопический гидроцилиндр одностороннего действия

Рабочая жидкость подводится в полость цилиндра через заднюю крышку. Секции выдвигаются последовательно – в первую очередь движение начнет секция с наибольшей эффективной площадью, затем с меньшей. Скорость при выдвижении каждой последующей секции будет увеличиваться, а усилие падать, в связи уменьшением эффективной площади. По этой причине расчетным должно быть усилие на секции с минимальной эффективной площадью.

Обратный ход осуществляется под действием внешних сил, рабочая полость при этом соединяется со сливом.

Телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия

Подвод рабочей жидкости в представленной на рисунке конструкции осуществляется через шток. Выдвижение секций, осуществляется в том же порядке, что и в телескопических гидроцилиндрах одностороннего действия. Обратный ход обеспечивается подводом рабочей жидкости в штоковую полость, поршневая полость при этом соединяется со сливом.

Комбинированные гидроцилиндры

Для увеличения усилия на штоке гидроцилиндра, при отсутствии возможности увеличения наружного диаметра, используют тандемные или последовательно установленные гидроцилиндры. Схема сдвоенного гидроцилиндра показана на рисунке.

В данном случае увеличение усилия достигается за счет добавления второй рабочей камеры и дополнительного поршня, что позволяет увеличить эффективную площадь гидроцилиндра.

Характеристики гидроцилиндров

Основные параметры гидроцилиндров можно разделить на несколько групп.

Геометрические параметры

Диаметр поршня (гильзы), иногда его называют диаметром гидроцилиндра, наиболее распространенными являются диаметры: 10, 12, 16, 20, 25, 28, 30, 32, 35, 38, 40, 45, 50, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 миллиметров и т.д. кратное 5мм.

Диаметр штока, стандартизированы следующие диаметры штоков гидравлических цилиндров: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 миллиметров.

Ход – величина максимально возможного перемещения поршня со штоком или плунжера гидроцилиндра

Гидравлические параметры

Номинальное рабочее давление – давление, при котором гидроцилиндр будет работать в номинальном, расчетном режиме, при этом сохраняя параметры работы и надежности, гарантированные производителем. Величина давления в гидроцилиндре определяется значением нагрузки, при этом она может быть ограничена настройки предохранительного или редукционного клапана. При отсутствии нагрузки давление в цилиндре обуславливается только потерями на трение.

Расход жидкости, поступающий в гидроцилиндр.

Механические параметры

Усилие развиваемое гидроцилиндром – пропорционально давлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.

Скорость перемещения штока – определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр и его эффективным диаметром, а также диаметром отверстий для подачи масла.

Читайте также:  Нижнеклапанный двигатель принцип работы
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector