Hydraulische cilinders: Een uitgebreide gids

Wanneer hydraulische olie in een hydraulische cilinder wordt samengeperst, genereert deze een aanzienlijke druk. Deze druk wordt gebruikt in tal van mechanische apparaten en vandaag bespreken we de specifieke kenmerken van hydraulische cilinders.

Een hydraulische cilinder is een hydraulische actuator die hydraulische energie omzet in mechanische energie om lineaire heen-en-weerbewegingen (of oscillerende bewegingen) uit te voeren. De structuur is eenvoudig en de werking is betrouwbaar.

Wanneer het wordt gebruikt om heen en weer gaande bewegingen uit te voeren, kan het de noodzaak voor vertragingsapparaten elimineren en is er geen transmissiehiaat, waardoor een soepele beweging wordt gegarandeerd. Daarom wordt het wijd gebruikt in diverse hydraulische systemen van machines.

De uitgaande kracht van een hydraulische cilinder is recht evenredig met het effectieve oppervlak van de zuiger en het drukverschil aan beide zijden ervan. Een hydraulische cilinder bestaat in wezen uit een cilinder en cilinderkop, zuiger en zuigerstang, afdichtingsmechanisme, buffersysteem en uitlaatmechanisme.

De buffer- en uitlaatapparaten hangen af van de specifieke toepassing, terwijl de andere apparaten onmisbaar zijn.

I. Samenstelling van de hydraulische cilinder

Een hydraulische cilinder bestaat meestal uit een achterste eindkap, cilinder, zuigerstang, zuigersamenstel, voorste eindkap en andere hoofdonderdelen.

Om olielekkage uit de hydraulische cilinder of lekkage uit de hogedrukkamer naar de lagedrukkamer te voorkomen, zijn er afdichtingen geïnstalleerd tussen de cilinder en de eindkap, de zuiger en de zuigerstang, de zuiger en de cilinder en de zuigerstang en de voorste eindkap.

Aan de buitenkant van de voorste eindkap is ook een stofbeschermingsinrichting geïnstalleerd. Om te voorkomen dat de zuiger de cilinderkap raakt wanneer hij snel terugkeert naar het einde van de slag, wordt er een buffersysteem aan het einde van de hydraulische cilinder geplaatst en soms is er ook een afzuiginrichting nodig.

1- Cilinderstang;
2- Buitenste cilindergeleidingshuls;
3- Vertakkingspijp;
4-stangencilinder;
5- Zuiger;
6- Binnenste cilindergeleiderhuis;
7- Zuigerstang.

Cilinder:

De cilinder is het belangrijkste onderdeel van de hydraulische cilinder. Hij vormt een gesloten kamer met de cilinderkap en andere onderdelen om de zuiger te laten bewegen.

Cilinderkap:

De cilinderkap wordt aan beide uiteinden van de hydraulische cilinder geïnstalleerd en vormt een hechte oliekamer met de cilinder. Verbindingsmethoden zijn meestal lassen, schroefdraad, bouten, sleutels en trekstangen. De keuze hangt af van factoren zoals werkdruk, cilinderaansluitmethode en bedrijfsomgeving.

Zuigerstang:

De zuigerstang is het belangrijkste element van de hydraulische cilinder voor het overbrengen van kracht. Het materiaal is meestal koolstofstaal van gemiddelde kwaliteit (zoals 45# staal). De zuigerstang wordt tijdens de werking van de cilinder blootgesteld aan stuwkracht, spanning of buigmoment. Er moet voor worden gezorgd dat de zuigerstang sterk is en hij moet goed passen op de geleidebus, waar hij vaak in glijdt.

Zuiger:

De zuiger is het belangrijkste element om hydraulische energie om te zetten in mechanische energie. Het effectieve werkgebied heeft een directe invloed op de kracht en bewegingssnelheid van de hydraulische cilinder. Er zijn verschillende vormen van verbindingen tussen de zuiger en de zuigerstang, waaronder borgringen, bussen en moeren.

Geleidehuls:

De geleidingsbus geleidt en ondersteunt de zuigerstang. Dit vereist hoge precisie, lage wrijvingsweerstand, goede slijtvastheid en het vermogen om de druk, buigkracht en impacttrilling van de zuigerstang te weerstaan.

Het is uitgerust met een afdichtingsmechanisme om de afdichting van de staafkamer te garanderen, en een stofring aan de buitenkant om te voorkomen dat onzuiverheden, stof en vocht de afdichting beschadigen.

Bufferapparaat:

Wanneer de zuiger en zuigerstang onder hydraulische druk bewegen, hebben ze een aanzienlijk momentum. Wanneer ze de eindkap en het onderste deel van de cilinder bereiken, kunnen ze een mechanische botsing veroorzaken, wat resulteert in een hoge botsdruk en veel lawaai. Het buffermechanisme wordt gebruikt om deze botsing te voorkomen.

Het werkingsprincipe is om de kinetische energie van de hydraulische olie in de lagedrukkamer van de cilinder (geheel of gedeeltelijk) om te zetten in warmte-energie door middel van smoren. De warmte-energie wordt vervolgens door de circulerende olie uit de hydraulische cilinder afgevoerd.

Het buffermechanisme is verdeeld in twee types: buffermechanisme met constant smoormechanisme en buffermechanisme met variabel smoormechanisme.

II. Principes van hydraulische transmissie

Hydraulische transmissie gebruikt olie als werkmedium, waarbij beweging wordt overgebracht via veranderingen in het afgesloten volume en vermogen via interne druk in de olie.

Voedingscomponent: Zet de mechanische energie van de primaire aandrijving om in hydraulische energie (drukenergie), bijvoorbeeld de hydraulische pomp.

Actuerende component: Zet de hydraulische energie van de pomp om in mechanische energie, waardoor het werkmechanisme wordt aangedreven. Voorbeelden zijn hydraulische cilinders en motoren.

Besturingscomponent: Regelt en regelt de druk, het debiet en de richting van de olie. Voorbeelden zijn drukregelkleppen, stroomregelkleppen en richtingsregelkleppen.

Hulpcomponent: Verbindt de bovenstaande drie componenten tot een systeem en vervult functies als olieopslag, filtratie, meting en afdichting. Voorbeelden zijn pijpleidingen en koppelingen, olietanks, filters, accumulatoren, afdichtingen en controle-instrumenten.

III. Classificatie van hydraulische cilinders volgens structuur

Zuiger-type hydraulische cilinder:

Een hydraulische cilinder met enkele zuigerstang heeft een zuigerstang aan slechts één uiteinde. Zowel de inlaat- als uitlaatoliepoorten A en B kunnen olie onder druk overbrengen of olie terugvoeren, waardoor beweging in twee richtingen mogelijk is.

Telescopische hydraulische cilinder:

Voorzien van een tweetraps of meertraps zuiger. In een telescopische hydraulische cilinder is de volgorde van het uitschuiven van de zuiger van groot naar klein, terwijl de volgorde van het intrekken zonder belasting meestal van klein naar groot is.

Telescopische cilinders kunnen langere slagen maken, maar hun ingeschoven lengte is korter, waardoor de structuur compacter is. Dit type hydraulische cilinder wordt vaak gebruikt in bouw- en landbouwmachines.

Zwenkbare hydraulische cilinder:

Een component voor het uitvoeren van een uitgaand koppel en een heen-en-weergaande beweging, ook bekend als een hydraulische zwenkmotor. Bestaat in varianten met enkele en dubbele schoepen. Het statorblok zit vast op het cilinderlichaam, terwijl de vaan en de rotor met elkaar verbonden zijn. Afhankelijk van de richting van de olie-instroom drijft de vaan de rotor aan om heen en weer te bewegen.

IV. Belangrijkste parameters van hydraulische cilinders

De belangrijkste parameters van hydraulische cilinders zijn onder andere druk, debiet, groottespecificatie, zuigerslag, bewegingssnelheid, trek-duwkracht, efficiëntie en hydraulisch cilindervermogen.

Druk:

Druk is de intensiteit van de kracht die door de olie wordt uitgeoefend op een oppervlakte-eenheid. De berekeningsformule is p=F/A, waarbij F de belasting is die op de zuiger werkt, gedeeld door het effectieve werkgebied van de zuiger. Op hetzelfde effectieve werkoppervlak van een zuiger geldt: hoe groter de belasting, hoe groter de druk die nodig is om de belasting te overwinnen.

Op basis van de werkdruk kunnen hydraulische cilinders worden ingedeeld in lage druk (70kgf/cm² of 7Mpa), middelhoge druk (140kgf/cm² of 14Mpa) of hoge druk (210kgf/cm² of 21Mpa).

Stroom:

De flow is het volume olie dat per tijdseenheid door de effectieve dwarsdoorsnede van de cilinder stroomt. De berekeningsformule is Q=V/t=vA, waarbij V het volume olie is dat in één slag van de zuiger van de hydraulische cilinder wordt verbruikt, t de tijd is die nodig is voor één slag van de zuiger van de hydraulische cilinder, v de snelheid van de zuigerstang en A het effectieve werkgebied van de zuiger.

Zuigerslag:

De zuigerslag is de afstand die de zuiger aflegt tijdens de heen-en-weergaande beweging tussen twee uitersten. Over het algemeen wordt, nadat aan de stabiliteitseis van de cilinder is voldaan, een standaardslag gekozen die dicht bij de werkelijke werkslag ligt.

Zuiger Snelheid:

De bewegingssnelheid is de afstand waarover de olie onder druk de zuiger per tijdseenheid duwt, weergegeven als v=Q/A.

Maatspecificaties:

De maatspecificaties omvatten voornamelijk de binnen- en buitendiameter van de cilinder, de diameter van de zuiger, de diameter van de zuigerstang en de afmetingen van de cilinderkop. Deze afmetingen worden berekend, ontworpen en gecontroleerd op basis van de bedrijfsomgeving van de hydraulische cilinder, de installatiemethode, de vereiste trek-duwkracht en de slag.

V. Intern ontwerp hydraulische cilinder

Doel van het ontwerp: Bepaald op basis van de bedrijfstemperatuur ter plaatse, het werkmedium en de productieomstandigheden in onze fabriek. Afmetingen van de interne structuur zijn berekend op basis van het Mechanical Design Handbook.

• De afdichtingsselectie moet gebaseerd zijn op de bedrijfstemperatuur ter plaatse, de omgevingsvervuilingsomstandigheden en het werkmedium. Polyurethaanafdichtingen kunnen niet worden gebruikt met een water-ethyleenglycolmedium.
• De hydraulische cilinderkop moet idealiter een V-type combinatieafdichting gebruiken om de fouten in de gladheid van de groefbewerking te compenseren.
• De afmetingen van de afdichtingsgroeven moeten strikt in overeenstemming zijn met het ontwerphandboek.
• Over het algemeen gebruiken zuigerafdichtingen van hydraulische cilinders Glyd ringen samen met geleiderbanden, omdat Glyd ringen een goede weerstand tegen hoge temperaturen en anti-vervuilingseigenschappen hebben.
• Voor luchtcilinderafdichtingen wordt meestal de Japanse NOK-serie gebruikt. Er mogen geen binnenlandse hydraulische cilinderafdichtingen worden gebruikt, omdat deze een te grote aanloopweerstand van de cilinder veroorzaken, wat leidt tot een onstabiele werking of zelfs defecten.
• De O-ringafdichting tussen de hydraulische cilinderkop, cilinderbodem en cilinderhuis zou idealiter een blokkeerring moeten hebben om fabricagefouten te compenseren.
• De verbinding tussen het cilinderlichaam, de cilinderkop, de cilinderbodem en de schommel in het midden mag niet worden gelast, omdat dit vervorming van het cilinderlichaam kan veroorzaken. In plaats daarvan kunnen schroefdraadverbindingen of andere methoden worden gebruikt.

VI. Veelvoorkomende problemen met hydraulische cilinders en onderhoud

Lekkage hydraulische cilinderolie:

Externe lekkage verwijst naar de olie die uit verschillende niet-afgedichte onderdelen naar de atmosfeer buiten de hydraulische cilinder lekt. De meest voorkomende externe lekkages komen van de volgende drie plaatsen:

(1) Er lekt olie uit de afdichting tussen de hydraulische cilinderbus en het cilinderdeksel (of geleidebus) (Oplossing: vervangen door een nieuwe O-ring).

(2) Olielekkage door de relatieve beweging tussen de zuigerstang en de geleidebus (Oplossing: Als de zuigerstang beschadigd is, reinig deze dan met wasbenzine, droog hem, breng metaallijm aan op het beschadigde gebied en beweeg vervolgens de zuigerstangoliekeerring heen en weer op de zuigerstang om overtollige lijm af te schrapen.

Zodra de lijm volledig is uitgehard, kan hij weer in gebruik worden genomen. Als de geleidehuls versleten is, kan ter vervanging een geleidehuls met een iets kleinere diameter worden bewerkt).

(3) Olielekkage door slechte afdichting van de hydraulische cilinderpijpverbinding (Oplossing: Controleer niet alleen de afdichtingsconditie van de afdichtingsring, maar controleer ook of de verbinding correct is gemonteerd, of deze stevig is vastgeschroefd en of het contactoppervlak krassen vertoont, enz. Vervang of repareer indien nodig).

Interne lekkage van de hydraulische cilinder verwijst naar olie in de hydraulische cilinder die intern van de hogedrukkamer naar de lagedrukkamer lekt via verschillende openingen.

Inwendige lekkage is moeilijker te detecteren en kan alleen worden beoordeeld aan de hand van de bedrijfstoestand van het systeem, zoals onvoldoende stuwkracht, snelheidsafname, onstabiele werking of verhoging van de olietemperatuur. Interne lekkage van hydraulische cilinders doet zich meestal op de volgende twee plaatsen voor:

(1) Het statische afdichtingsgedeelte tussen de zuigerstang en de zuiger (oplossing: installeer een O-ring op het afdichtingsoppervlak tussen beide).

(2) De dynamische afdichting deel tussen de binnenwand van de cilindermof en de zuiger (oplossing: Wanneer inwendige lekkage wordt vastgesteld, moet elk bijpassend onderdeel streng worden geïnspecteerd. De reparatie van de cilindermof bestaat vaak uit het boren van het binnengat, gevolgd door het monteren van een zuiger met een grotere diameter).