Гидравлические цилиндры: Исчерпывающее руководство

Гидравлическое масло, сжимаясь в гидроцилиндре, создает значительное давление. Это давление используется во многих механических устройствах, и сегодня мы обсудим особенности работы гидравлических цилиндров.

Гидроцилиндр - это гидравлический привод, который преобразует гидравлическую энергию в механическую, совершая линейные возвратно-поступательные движения (или колебательные движения). Его конструкция проста, а работа надежна.

Когда он используется для выполнения возвратно-поступательных движений, он позволяет отказаться от использования замедляющих устройств, а отсутствие зазора в передаче обеспечивает плавность движения. Поэтому он широко используется в различных гидравлические системы машин.

Выходное усилие гидравлического цилиндра прямо пропорционально эффективной площади поршня и разности давлений по обе стороны от него. Гидравлический цилиндр состоит из цилиндра и головки цилиндра, поршня и штока, уплотнительного устройства, буферного устройства и выпускного устройства.

Буферные и вытяжные устройства зависят от конкретного применения, в то время как остальные устройства являются незаменимыми.

I. Состав гидравлического цилиндра

Гидравлический цилиндр обычно состоит из задней крышки, цилиндра, поршневого штока, поршня в сборе, передней крышки и других основных компонентов.

Для предотвращения утечки масла из гидроцилиндра или утечки из камеры высокого давления в камеру низкого давления между цилиндром и торцевой крышкой, поршнем и штоком поршня, поршнем и цилиндром, штоком поршня и передней торцевой крышкой устанавливаются уплотнительные устройства.

На внешней стороне передней крышки также устанавливается пылезащитное устройство. Чтобы предотвратить удар поршня о крышку цилиндра при быстром возвращении к концу хода, в конце гидравлического цилиндра устанавливается буферное устройство, а иногда требуется и выхлопное устройство.

1 Цилиндровый ствол;
2- Наружная направляющая втулка цилиндра;
3- Разветвленная труба;
4-Штоковый цилиндр в сборе;
5- Поршень;
6- Внутренний направляющий корпус цилиндра;
7- Поршневой шток.

Цилиндр:

Цилиндр - это основная часть гидравлического цилиндра. Он образует закрытую камеру с крышкой цилиндра и другими деталями, приводящими поршень в движение.

Крышка цилиндра:

Крышка цилиндра устанавливается на обоих концах гидравлического цилиндра, образуя с ним герметичную масляную камеру. Способы соединения обычно включают сварку, резьбу, болты, ключи и стяжные шпильки. Выбор зависит от таких факторов, как рабочее давление, способ соединения цилиндра и условия эксплуатации.

Поршневой шток:

Шток поршня является основным элементом гидравлического цилиндра, передающим усилие. Материалом для него обычно служит среднеуглеродистая сталь (такая как сталь 45#). Во время работы цилиндра шток поршня подвергается нагрузке, растяжению или изгибающему моменту. Необходимо обеспечить его прочность, а его крепление к направляющей втулке, по которой он часто скользит, должно быть соответствующим.

Поршень:

Поршень является основным элементом для преобразования гидравлической энергии в механическую. Его эффективная рабочая площадь напрямую влияет на силу и скорость движения гидроцилиндра. Существует несколько форм соединения поршня со штоком, включая тип стопорного кольца, тип втулки и тип гайки.

Направляющий рукав:

Направляющая втулка направляет и поддерживает поршневой шток. От нее требуется высокая точность, низкое сопротивление трению, хорошая износостойкость и способность выдерживать давление, изгибающее усилие и ударную вибрацию поршневого штока.

Он оснащен уплотнительным устройством для обеспечения герметичности стержневой камеры, а также пылезащитным кольцом снаружи, чтобы загрязнения, пыль и влага не повредили уплотнение.

Буферное устройство:

Когда поршень и шток движутся под гидравлическим давлением, они обладают значительным импульсом. Когда они достигают торцевой крышки и нижней части цилиндра, они могут вызвать механическое столкновение, что приведет к высокому ударному давлению и шуму. Для предотвращения этого столкновения используется буферное устройство.

Принцип работы заключается в преобразовании кинетической энергии гидравлического масла в камере низкого давления цилиндра (полностью или частично) в тепловую энергию за счет дросселирования. Затем тепловая энергия выводится из гидроцилиндра циркулирующим маслом.

Буферное устройство делится на два типа: буферное устройство с постоянной площадью дросселирования и буферное устройство с переменной площадью дросселирования.

II. Принципы гидравлической трансмиссии

Гидравлическая трансмиссия использует масло в качестве рабочей среды, передавая движение за счет изменения объема уплотнения и мощность за счет внутреннего давления внутри масла.

Компонент питания: Преобразует механическую энергию тягача в гидравлическую энергию (энергию давления), например, гидравлический насос.

Приводной компонент: Преобразует гидравлическую энергию, поступающую от насоса, в механическую энергию, приводящую в движение рабочий механизм. Примерами могут служить гидравлические цилиндры и моторы.

Компонент управления: Регулируют и контролируют давление, поток и направление движения нефти. Примерами являются клапаны регулирования давления, клапаны регулирования расхода и клапаны регулирования направления.

Вспомогательный компонент: Соединяет три вышеперечисленных компонента в систему, выполняющую такие функции, как хранение, фильтрация, измерение и герметизация масла. Примеры: трубопроводы и соединительные элементы, масляные баки, фильтры, аккумуляторы, уплотнения и контрольно-измерительные приборы.

III. Классификация гидравлических цилиндров по конструкции

Гидравлический цилиндр поршневого типа:

Гидравлический цилиндр с одним штоком имеет шток только на одном конце. Его впускные и выпускные масляные порты A и B могут передавать масло под давлением или возвращать его обратно, обеспечивая двунаправленное движение, поэтому его называют цилиндром двойного действия.

Телескопический гидравлический цилиндр:

Имеет двухступенчатый или многоступенчатый поршень. В телескопическом гидроцилиндре последовательность выдвижения поршня - от наибольшего к наименьшему, а последовательность втягивания без нагрузки - от наименьшего к наибольшему.

Телескопические цилиндры могут совершать более длинный ход, но их втянутая длина короче, что делает конструкцию компактной. Этот тип гидроцилиндров широко используется в строительной и сельскохозяйственной технике.

Поворотный гидравлический цилиндр:

Компонент, обеспечивающий выходной крутящий момент и возвратно-поступательное движение, также известный как поворотный гидромотор. Поставляется в однолопастном и двухлопастном вариантах. Блок статора закреплен на корпусе цилиндра, а лопатка и ротор соединены между собой. В зависимости от направления притока масла лопасть приводит ротор в движение, совершая возвратно-поступательные движения.

IV. Основные параметры гидравлических цилиндров

К основным параметрам гидроцилиндров относятся давление, расход, размер, ход поршня, скорость движения, сила отталкивания, КПД, мощность гидроцилиндра и другие.

Давление:

Давление - это интенсивность силы, действующей на единицу площади под действием масла. Формула расчета: p=F/A, где F - нагрузка, действующая на поршень, деленная на эффективную рабочую площадь поршня. При одинаковой эффективной рабочей площади поршня, чем больше нагрузка, тем больше давление, необходимое для ее преодоления.

По рабочему давлению гидравлические цилиндры можно разделить на гидравлические цилиндры низкого давления (70 кгс/см² или 7 МПа), среднего давления (140 кгс/см² или 14 МПа) и высокого давления (210 кгс/см² или 21 МПа).

Поток:

Расход - это объем масла, проходящий через эффективную площадь поперечного сечения цилиндра в единицу времени. Формула расчета: Q=V/t=vA, где V - объем масла, расходуемый за один ход поршня гидроцилиндра, t - время, необходимое для одного хода поршня гидроцилиндра, v - скорость движения штока, A - эффективная рабочая площадь поршня.

Ход поршня:

Ход поршня - это расстояние, пройденное поршнем при возвратно-поступательном движении между двумя крайними точками. Как правило, после выполнения требований к устойчивости цилиндра выбирается стандартный ход, близкий к реальному рабочему ходу.

Скорость поршня:

Скорость движения - это расстояние, на которое масло под давлением толкает поршень за единицу времени, представленное как v=Q/A.

Размер Технические характеристики:

Спецификации размеров в основном включают внутренний и внешний диаметры цилиндра, диаметр поршня, диаметр штока и размеры головки цилиндра. Эти размеры рассчитываются, проектируются и проверяются в зависимости от условий эксплуатации гидроцилиндра, способа установки, требуемой силы нажатия и хода.

V. Внутренняя конструкция гидравлического цилиндра

Цель дизайна: Определяется в зависимости от рабочей температуры, рабочей среды и производственных условий на нашем заводе. Размеры внутренней структуры рассчитаны на основе справочника по механическим конструкциям.

• Выбор уплотнения должен основываться на рабочей температуре на объекте, условиях загрязнения окружающей среды и рабочей среде. Полиуретановые уплотнения не могут использоваться с водно-этиленгликолевой средой.
• В идеале в головке гидроцилиндра должно использоваться комбинированное V-образное уплотнение, чтобы компенсировать погрешности в плавности обработки канавок.
• Размеры уплотнительных канавок должны строго соответствовать руководству по проектированию.
• Как правило, в уплотнениях поршней гидравлических цилиндров используются кольца Glyd вместе с направляющими лентами, поскольку кольца Glyd обладают хорошей устойчивостью к высоким температурам и антизагрязняющими свойствами.
• Как правило, в уплотнениях пневмоцилиндров используется японская серия NOK. Не следует использовать отечественные уплотнения для гидроцилиндров, так как они вызывают слишком большое сопротивление при запуске цилиндра, что приводит к нестабильной работе или даже выходу из строя.
• Кольцевое уплотнение между головкой, днищем и корпусом гидроцилиндра в идеале должно иметь блокирующее кольцо, чтобы компенсировать производственные ошибки.
• Соединение между корпусом цилиндра, головкой цилиндра, днищем цилиндра и качающейся частью посередине следует избегать сварки, так как это может привести к деформации корпуса цилиндра. Вместо этого можно использовать резьбовые соединения или другие методы.

VI. Общие проблемы и обслуживание гидравлических цилиндров

Утечка масла из гидравлического цилиндра:

Внешние утечки означают утечку масла из различных негерметичных частей в атмосферу за пределами гидроцилиндра. Наиболее часто внешние утечки происходят из следующих трех мест:

(1) Утечка масла из уплотнения между гильзой гидроцилиндра и крышкой цилиндра (или направляющей гильзой) (Решение: Замените новым уплотнительным кольцом).

(2) Утечка масла в результате относительного движения между поршневым штоком и направляющей втулкой (Решение: Если поршневой шток поврежден, очистите его бензином, высушите, нанесите металлический клей на поврежденное место, затем подвигайте сальник штока поршня вперед-назад, чтобы соскоблить излишки клея.

После полного затвердевания клея его можно снова использовать. Если направляющая втулка изношена, для ее замены можно изготовить направляющую втулку чуть меньшего диаметра).

(3) Утечка масла, вызванная плохим уплотнением соединения труб гидроцилиндра (Решение: Помимо проверки состояния уплотнительного кольца, проверьте, правильно ли собрано соединение, плотно ли оно закручено, нет ли на контактной поверхности царапин и т. д. При необходимости замените или отремонтируйте).

Внутренняя утечка в гидроцилиндре означает внутреннюю утечку масла из камеры высокого давления в камеру низкого давления через различные зазоры.

Внутреннюю утечку сложнее обнаружить, и о ней можно судить только по состоянию системы, например, по недостаточной тяге, снижению скорости, нестабильной работе или повышению температуры масла. Внутренняя утечка в гидроцилиндре обычно возникает в следующих двух местах:

(1) Статическая уплотнительная деталь между штоком и поршнем (Решение: Установите уплотнительное кольцо на уплотнительную поверхность между ними).

(2) The динамическое уплотнение часть между внутренней стенкой гильзы цилиндра и поршнем (Решение: При обнаружении внутренней утечки необходимо провести строгий осмотр каждой сопряженной детали. Ремонт гильзы цилиндра часто заключается в расточке внутреннего отверстия с последующей установкой поршня большего диаметра).