гидроцилиндр что это такое
Что такое гидроцилиндр?
Гидроцилиндр (гидравлический цилиндр) – объемный гидравлический двигатель, основанный на принципе возвратно поступательного движения, происходящего за счет подачи жидкости под высоким давлением.
В настоящее время они нашли свое широкое применение во всех секторах промышленности. Они входят в устройство практически каждой механической машины, будь то трактор, самосвал, бульдозер или харвестер который занимается валкой леса.
Составные части
Гидроцилиндр состоит из следующих частей:
Камеры в гидравлическом цилиндре обязаны быть герметичными. Для достижения этой цели, на поршень устанавливаются специальные уплотнения – манжеты, которые противодействуют протеканию жидкости сквозь поршень. Также манжеты ставятся на буксе, здесь они выполняют роль уплотнителей. Также букса оборудована грязесъемником для того чтобы во внутрь цилиндра не попадали частицы из внешней среды работы устройства.
Важно: Уплотнители на поршне не работают если внутри гильзы есть шероховатости и царапины. Внутренняя часть гильзы шлифуется специальными станками на заводе, для достижения относительно идеально гладкого состояния.
Основные характеристики
Основной характеристикой любого гидроцилиндра можно назвать номинальное давление, так как количество часов который данный цилиндр отработает напрямую зависит от возложенной на цилиндр нагрузку.
Основным критерием видового разделения гидравлических цилиндров является их принцип работы. Всего выделяют пять основных видов гидроцилиндров:
Гидроцилиндры одностороннего действия.
При нагнетании давления в рабочей камере совершается выдвижение штока. Возвращение штока в данном виде устройств происходи по средствам установленной внутри пружины, либо за счет силы тяжести поднятого груза. Так же возможен вариант возврата штока по средствам другого гидравлического привода. Устройство работы агрегата одностороннего действия схоже с работой домкрата.
Гидроцилиндры двустороннего действия.
Конструкцией таких устройств предусмотрено что рабочая жидкость находится в штоковой и поршневой камерах. Перемещение штока вперед и назад происходит за счет давления рабочей жидкости. При работе она нагнетается в одну из рабочих камер и сливается с другой, за счет чего можно контролировать движение штока в обоих направлениях.
По типу подключения гидравлические цилиндры двустороннего действия разделяют на 2 типа:
Телескопические гидроцилиндры.
Устройство данного вида позволяет при малых размерах совершать большой ход штока. Достигается это тем что оно состоит из нескольких цилиндров размещённых в полости друг друга. На рынке присутствуют модели одностороннего и двустороннего действия.
Какие бывают гидроцилиндры?
Устройство поворотного действия крайне редко применяется в гидроприводах самоходных машин, поэтому рассмотрим лишь гидроцилиндры поступательного действия.
В зависимости от рабочего цикла, скоростей и усилий, которые должны развивать исполнительные механизмы на строительных, дорожных, коммунальных и других самоходных машинах, применяют изделия различных типов с различными способами их включения в объемную гидропередачу.
Гидроцилиндры классифицируются следующим образом:
Условное обозначение или схема
Одностороннего действия
Движение выходного вала под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении
Двустороннего действия
Движение выходного вала под действием рабочей жидкости возможно в двух противоположных направлениях
С торможением
Снабжен демпфирующим устройством, обеспечивающим уменьшение скорости перемещения выходного звена в конце хода
Гидроцилиндры могут быть одностороннего и двустороннего действия, поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические (рис. 1).
Рис.1. Схемы поршневых гидроцилиндров с односторонним (а), двусторонним (б) штоком и телескопического (в)
Для привода рабочих органов самоходных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Усилие на штоке, и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую из полостей нагнетается рабочая жидкость. Обычно противоположная полость при этом соединяется со сливной линией.
Модели с двусторонним штоком применяют в основном для поворота рабочего оборудования навесных экскаваторов, причем подвижным звеном является корпус гидроцилиндра.
Для получения больших ходов применяют телескопические модели, состоящие из двух и более гидроцилиндров. Под телескопическим силовым гидроцилиндром в общем случае понимают силовой гидроцилиндр, общий ход штоков которого превышает длину его корпуса.
Основными параметрами являются:
Диаметры D и d определяют усилие, развиваемое при заданном давлении.
Максимальная скорость штока не должна превышать 0,5 м/с. Если технологический процесс машины требует больших скоростей, то следует применять специальные типы систем уплотнений.
По условиям применения можно выделить три основные группы, предназначенных для:
Основные требования к гидроцилиндрам изложены в ГОСТ 16514-87.
По способу крепления штока и корпуса к элементам машины различают следующие исполнения:
Уплотнения
Уплотнения гидроцилиндров самоходных машин должны быть достаточно герметичными, надежными, удобными для монтажа, создавать минимальный уровень трения, иметь небольшие размеры и совместимость с рабочей жидкостью.
В неподвижных соединениях применяются, как правило, резиновые кольца круглого сечения.
В подвижных соединениях поршня и штока применяют резиновые и резино-тканевые манжеты, которые устанавливаются вместе с защитными кольцами из фторопласта.
Эти кольца препятствуют выдавливанию манжет из посадочных канавок в результате воздействия высокого давления рабочей жидкости.
На передней крышке устанавливают штоковый грязесъемник.
В последнее время широкое распространение получают прогрессивные системы уплотнений.
На рис. 2 приведены системы уплотнения гидравлических цилиндров для средних условий эксплуатации (18 МПа) и тяжелых условий эксплуатации (28 МПа).
Рис. 2. Системы уплотнения гидравлических цилиндров для средних условий эксплуатации (18 МПа) (а) и тяжелых условий эксплуатации (28 МПа) (б)
Поршневое уплотнение двойного действия для средних условий работы (рис. 2а) содержит фигурное резинотканевое кольцо, по бокам которого установлены фасонные кольца противовыдавливания и примыкающие к ним опорно-направляющие кольца из стекло-наполненного полимера.
Этот компактный уплотнительный узел устанавливается в простую по геометрии посадочную канавку с нежесткими допусками. Срок службы таких уплотнений составляет 20 лет.
В качестве штокового уплотнения применяется система из опорно-направляющего (компенсационного) кольца, уплотняющего фасонного резино-тканевого кольца совместно с кольцом противовыдавливания и резинового грязесъемника.
Поршневое уплотнение для тяжелых условий работы (рис. 26) содержит опорно-направляющее кольцо из феноло-альдегидного полимера и специального уплотнения, состоящего из фторопластового динамического уплотнительного элемента, усиливающего элемента из специальной резины и двух колец противовыдавливания.
Такие высокоэффективные уплотнения применяются при высоком давлении (до 60 МПа), требуют незначительных размеров посадочных канавок и легко собираются в моноблочном поршне.
Грязесъемник выполнен из полиуретана с металлическим армированием.
Описанные типы систем уплотнений существенно повышают качество и отвечают современным требованиям эксплуатации.
Наша группа в Telegram
Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!
Что такое гидравлические цилиндры? Их виды и типы
Гидравлические цилиндры
Гидравлические цилиндры являются важным компонентом в области гидравлики, специальной формы передачи энергии, которая использует энергию, передаваемую при перемещении жидкостей под давлением, и преобразует ее в механическую энергию.
Передача энергии, как общий термин, относится к процессу использования технологий для преобразования энергии в практические, пригодные для использования формы. В категории передачи энергии гидравлика попадает в подкатегорию гидравлической энергии, которая зависит от движущихся текучих сред (как газов, так и жидкостей) для производства энергии.
История гидравлического привода и цилиндров
История гидроцилиндров неразрывно связана с историей гидроэнергетики в целом. С технической точки зрения, гидравлику можно отнести к древним временам, когда сила движущейся воды использовалась для различных целей. Основным применением гидравлики было использование движущейся воды для перемещения колес. Древний Рим использовал такую гидравлику для работы мельниц, производящих самые разные продукты (например, муку, древесину и т. д.).
История современной гидравлики восходит к 1648 году, когда французский ученый Блез Паскаль обнаружил, что давление в замкнутой жидкости должно оставаться постоянным и действует одинаково во всех направлениях. Однако этот теоретический принцип (известный как «Закон Паскаля» или «Принцип Паскаля») не нашел практического применения до следующего столетия.
В 1738 году Даниэль Бернулли опирался на работу Паскаля, описывая поведение жидкости при различных условиях потока и высоты (принцип Бернулли) и используя свои идеи для работы с насосами и мельницами. В 1795 году англичанин Джозеф Брама запатентовал первую практичную гидравлическую машину: пресс с гидравлическим приводом.
Почти полвека спустя (1840 г.) Уильям Армстронг разработал более эффективные применения гидравлической энергии, чем водяные мельницы, в том числе кран с гидравлическим приводом. Вместе,
Цилиндры сыграли фундаментальную роль в творчестве Брамы и Армстронга. Практический прорыв Брамы произошел, когда он обнаружил, как приводить в действие движущуюся пластину своего пресса через поток жидкости между меньшим и большим цилиндрами.
Детали гидроцилиндров
Гидравлический цилиндр содержит некоторые из наиболее важных механических компонентов гидравлической системы. Несмотря на их впечатляющую роль в преобразовании кинетической энергии в механическую, основные гидроцилиндры являются относительно простыми устройствами. Основные компоненты гидроцилиндров включены в следующий список:
Типы гидроцилиндров
Как работает гидравлическая энергия?
Суть гидравлики заключается в том, что жидкости несжимаемы (в отличие от газов). Благодаря этому факту и принципу Паскаля сила, приложенная в одной точке замкнутой жидкости, может эффективно передаваться в другую точку этой жидкости и использоваться для приведения в действие различных механизмов.
Как работают гидроцилиндры?
«Закон Паскаля» применим к замкнутым жидкостям. Таким образом, чтобы жидкость действовала гидравлически, она должна работать с замкнутой системой определенного типа.
Закрытая механическая система, в которой гидравлически используется жидкость, известна как гидравлический силовой агрегат или гидравлический силовой агрегат. Эти блоки состоят из резервуара (для хранения неиспользованной гидравлической жидкости), насоса (для подачи жидкости в остальную часть гидравлической системы), различных типов трубок (для транспортировки гидравлической жидкости) и приводов (устройств). которые фактически преобразуют энергию, производимую потоком гидравлической жидкости, в механическую энергию.)
Гидравлические цилиндры образуют основной тип гидравлического привода. Другой основной тип привода — гидравлический двигатель. Основное различие между гидроцилиндрами и гидравлическими двигателями заключается в том, что гидроцилиндры в основном производят линейное механическое движение, тогда как гидравлические двигатели в основном производят вращательное механическое движение.
Хотя гидравлический силовой агрегат в целом спроектирован так, чтобы использовать энергию передачи жидкости, цилиндры представляют собой часть агрегата, в которой действительно происходит преобразование энергии. Внутри цилиндра (или цилиндров, которых иногда бывает несколько) есть зубчатая передача и два клапана рядом с поршнем.
На одном конце находится впускной обратный клапан, а выпускной обратный клапан расположен на противоположном конце. (Как и в случае с цилиндром, в некоторых системах есть только один поршень или шестерня, а в других — несколько.)
В гидравлической системе для хранения и транспортировки жидкости необходимы трубки и сосуд под давлением (или гидравлический насос). Когда гидравлическая жидкость под давлением вводится в сосуд, он давит на поршень и входит в зацепление с прикрепленным к нему штоком.
Когда насос работает, поршень втянут. Это создает вакуум, который всасывает гидравлическую жидкость из резервуара через шланг и впускной клапан и, наконец, в цилиндр. Когда поршень возвращается в исходное положение и обратный клапан закрывается, жидкость находится под давлением.
Это перекачивающее действие повторяется с переменной скоростью до тех пор, пока в цилиндре не будет создано достаточное давление, чтобы заставить жидкость пройти через выпускной клапан. Это создает энергию, необходимую для работы навесного оборудования и перемещения предполагаемого груза.
Направление определяется тем, с какой стороны поршень встречается с жидкостью под давлением. Жидкость над поршнем втягивает шток, а жидкость под ним заставляет его расширяться. Введение различных количеств гидравлической жидкости под давлением с обоих концов управляет движением поршня, штока и прикрепленной нагрузки.
Применение гидроцилиндров
Гидравлические системы и их использование широко используются в самых разных областях, включая строительные, сельскохозяйственные, промышленные, транспортные (например, автомобильную, аэрокосмическую), различные морские рабочие среды и т. д.
Гидравлические цилиндры чрезвычайно разнообразны, что позволяет использовать их в различных отраслях промышленности.
По мере того как отрасли продолжают расти, растут и требуемые возможности гидроцилиндров, промышленного оборудования и машин, частью которых они являются.
Уход за гидроцилиндрами
Несмотря на то, что гидравлические системы проще по сравнению с электрическими или механическими системами, они по-прежнему являются сложными системами, с которыми следует обращаться только осторожно. Для гидроцилиндров особенно важно, чтобы они применялись по назначению, например, для операций линейного толкания или тяги.
Вообще говоря, неразумно широко использовать гидроцилиндры в ситуациях, связанных с изгибающими движениями и боковым давлением. Даже при оснащении соответствующими аксессуарами, которые обеспечивают не только линейное движение (например, вилка), передовой опыт включает использование гидравлического цилиндра для нелинейного движения только в отдельных случаях.
Ранее подчеркивалось, что гидроцилиндры должны быть изготовлены из прочных материалов из-за больших нагрузок, которым они подвергаются. Однако даже такие цилиндры, как гидроцилиндры из нержавеющей стали, со временем могут подвергнуться коррозии или выйти из строя.
Особенности производства гидравлических цилиндров
Хотя гидравлическая передача энергии чрезвычайно полезна в широком спектре профессионального использования, обычно никогда не стоит полагаться на одну форму передачи энергии.
Каждый тип передачи энергии (электрический, механический и гидравлический) лучше всего работает, когда он интегрирован в общую стратегию передачи энергии.
Что касается гидроцилиндров, важно отметить, что все компоненты цилиндров должны быть изготовлены из прочных материалов, которые могут выдерживать трение и тепло, создаваемые при использовании гидроцилиндра.
Вышеупомянутые компоненты также должны быть совместимы с гидравлической жидкостью, которая обычно представляет собой композиционный материал на основе минералов, масел, эфира или воды. Однако выбор подходящего гидроцилиндра для конкретного применения требует не только технологии производства, материала корпуса и жидкости.
Дополнительные соображения включают, среди прочего, максимальное рабочее давление, ход, размер отверстия и диаметр штока. Поскольку рабочая сила, создаваемая гидравликой под давлением, может значительно различаться, важно понимать системные требования, прежде чем выбирать конкретную модель.
Как снизить затраты на ремонт и замену гидроцилиндров
Гидравлические цилиндры, как и обычные воздушные цилиндры, являются источником энергии для большого количества насосов и двигателей. Если ваше промышленное оборудование работает на гидравлическом оборудовании, то вы можете понять, насколько проблематичными могут стать затраты на их ремонт и обслуживание.
Ремонт и замена — это два аспекта, которые, несомненно, вызывают стресс у производственного предприятия. Эта стоимость прибавляется к конечной стоимости производства и определяет окончательную рыночную цену продукта. Следовательно, если вы хотите снизить свои затраты или расходы и установить MRP в соответствии с ожиданиями потребителей, в идеале вам необходимо ограничить затраты на ремонт и замену.
Согласно отраслевым исследованиям, почти каждая десятая промышленная машина не работает должным образом — в частности, из-за конструктивных факторов. Чтобы получить максимальную отдачу от своих машин, вам необходимо убедиться, что выбранная вами машина соответствует вашим производственным требованиям и требованиям к мощности.
Кроме того, источник энергии, например, гидроцилиндр, также следует выбирать в соответствии с техническими характеристиками устройства.
Чтобы держать под контролем затраты на ремонт и замену машин, необходимо выполнять работы по техническому обслуживанию в соответствии с графиком и по мере необходимости.
Своевременное и точное обслуживание — единственный способ повысить эффективность и долговечность вашего промышленного оборудования. Однако никогда не следует упускать из виду осторожное обращение. Эта статья в следующих подразделах предлагает несколько советов по минимизации затрат на обслуживание машины во время технического обслуживания.
Гидроцилиндры
Типы гидроцилиндров
В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.
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.
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 шток | Нейтральное положение | Втянуть 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.
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
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
Гидравлические параметры
Механические параметры
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:
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.