Гидравлические цилиндр отличает высокий КПД (0,96…0,98), предельная простота и компактность, дающая возможность встройки в разнообразнейшие машины и оборудование. Можно сказать, единственным недостатком гидроцилиндров является отсутствие регулируемых исполнений.
Основные детали и узлы типового цилиндра (рис. 1): гильза 11, приваренная к задней крышке 12; поршень 8 с опорно-уплотнительным кольцом 10 и стопором 9; проушина 1 со сферическим подшипником; букса 4; шток 2 с опорным 5 и уплотнительным 6 кольцами и грязесъемником 3. Рабочая жидкость подводится в штоковую и поршневую камеры по резьбовым отверстиям 7.
Рисунок 1 – Типовой гидроцилиндр
Классификация гидроцилиндров основана на следующих признаках (рис. 2):
- направление действия рабочей среды - цилиндры одностороннего действия (д), выходное звено которых приводится в движение давлением рабочего агента только в одном направлении, а возврат штока обеспечивает внешняя сила: пружина, сила тяжести и т.п.; двустороннего действия (а), у которых выходное звено способно двигаться вдоль оси во взаимно противоположных направлениях;
- конструкция рабочей камеры - поршневые цилиндры (а), у которых полости образованы корпусом и поршнем со штоком; плунжерные (е), в которых полость образована корпусом и плунжером; телескопические (з) имеют несколько выдвигающихся друг из друга штоков;
Рисунок 2 – Схемы гидроцилиндров
- число штоков — односторонний (а) или двусторонний (б) шток;
- способ подвода рабочей жидкости — канал в гильзе или в штоке (в);
- способ закрепления — лапами (и), фланцами (к), проушинами (л), цапфами (м) с резьбой на штоке, закладными полукольцами (н) или приваркой задней крышки (при этом следует помнить, что выполнение сварочных работ вблизи окончательно обработанной гильзы может вызвать ее деформацию);
- наличие торможения – гидроцилиндры двустороннего действия оборудуются демпферным устройство, тормозящим выходное звено в конце хода;
- условия применения - привод рычажных механизмов; циклически повторяющаяся полезная работа; перемещение рабочих органов; полезная работа в движении; приведение рабочего органа в заданное положение, обеспечение устойчивости положения машины;
- гидроцилиндры изготавливаются для умеренного (У1), холодного (ХЛ1) , сухого (ТС1) и влажного (ТВ1) тропического климата.
ОСОБЕННОСТИ СИЛОВЫХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
Отметим особенности, свойственные силовым гидроцилиндрам
1) гидроцилиндры способен функционировать как гидродвигатель и как гидронасос;
2) высокая герметичность устройства;
3) и КПД, близкий к 100%;
4) плавность хода штока;
5) низкий уровень шума;
6) продолжительный срок эксплуатации;
7) высокая эксплуатационная надежностью.
В настоящее время ряд производителей предлагают новые подходы к производству цилиндров.
В соответствии с новым технологическим процессом цилиндры изготавливаются из бесшовных холоднотянутых хонингованных или полированных труб и хромированных штоков с окончательно обработанными рабочими поверхностями открывает широкие перспективы, позволяя создавать высококачественные цилиндры по индивидуальному проекту при минимальных трудозатратах. Судя по всему, это единственный пример в приводной технике. Во всяком случае, неизвестны факты аналогичного проектирования электродвигателей.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИХ ВЛИЯНИЕ
Главные параметры гидроцилипдра: номинальное давление рном, диаметр цилиндра D, диаметр d и ход L штока.
Диаметры D и d определяют усилие, которое развивает гидроцилиндр под данном давлением.
Рассмотрим взаимосвязи между основными параметрами цилиндра с односторонним штоком (рис. 4): площадями А, см2; диаметрами D и d, мм; силами F, Н; давлениями р, МПа; скоростями v, м/мин и расходами Q, л/мин.
Рисунок 4 – Основные параметры гидроцилиндра
Площадь поршевой и штоковой полостей:
При движении поршня вправо, когда поршневая камера 1 соединена с напорной линией, а штоковая 2 — со сливной:
Если силу F выразить в кН, а скорость v в м/с, развиваемая цилиндром мощность P = Fv, кВт.
В гидроприводах часто возникает задача получения различных скоростей движения прямого и обратного ходов (v1 < v2), которая может решаться путем применения дифференциальных цилиндров с различными площадями рабочих камер. При постоянном количестве поступающей в цилиндр рабочей жидкости диаметр штока
Если при одностороннем штоке нужно равенство скоростей движения в обе стороны, применяют дифференциальное включение цилиндра с соотношением площадей А1 = 2А2. В этом случае при движении штока вправо обе камеры подключены к напорной линии (р1 = р2 = р), из которой поступает расход Q рабочей жидкости. При движении влево штоковая камера подключена к напорной линии, а поршневая — к сливной. Для дифференциального включения с пренебрежимо малыми потерями давления в трубопроводах справедливы соотношения
Когда поршень движется вправо, шток сжимается силами, под действием которых может возникнуть продольный изгиб (потеря устойчивости), причем определяющим фактором здесь являются величина сжимающего усилия, длина и диаметр штока, способ фиксации цилиндра. Для исключения продольного изгиба рекомендуется по заданной величине хода s и, с учетом максимальной сжимающей силы F1, найти необходимый диаметр d штока.
АНАЛИЗ ФИРМ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ СИЛОВЫХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
Производством гидроцилиндров занимается множество предприятий во всем мире.
Назовем наиболее известные зарубежные фирмы, получившие признание высоким качеством изготавливаемых силовых гидроцилиндров:
Atos, Bosch Rexroth, Duplomatic, Eaton Vickers, Parker.
Отечественные предприятия давно и надежно закрепившие свои позиции в нише создания гидроцилиндров:
1) Омскгидропривод - производство гидроцилиндров на 16МПа для мобильной техники и на меньшее давление для комбайнов.
2) Елецгидроагрегат (г. Елец, Липецкая обл.) - выпускает гидроцилиндры для строительно-дорожной, коммунальной, сельскохозяйственной и лесозаготовительной техники.
3) СтройДорМаш (Орёл) –гидроцилиндры14, 16 и 21 МПа, запчасти и РТИ (резинотехнические изделия) к гидроцилиндрам.
4) Гидроласт (СПб) – выпускает крупные партии гидроцилиндров и встраивают изготовленные гидроцилиндры в конечные изделия.
5) Финарос (СПб) - телескопические ГЦ и гидроцилиндры для гидроманипуляторов.
6) Артиллерийский завод №9 (Екатеринбург) – гидравлические и пневматические силовые цилиндры одностороннего и двустороннего действия до 80МПа, диаметром до 300 мм, длиной до 4000мм.
7) Агрегатный завод (Людиново, Калужская обл.) - гидроприводы, насосные станции, агрегаты и установки, насосы, гидромотор ДП510И, насос НП 120, гидроцилиндры ГУ80Х50Х710, СН75М-63Х50Х90, фильтры, РВД, гидроклапаны).
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И ТИПОВЫЕ РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Конструктивные схемы силовых гидроцилиндров показаны на рис. 5.
Рисунок 5 – Конструктивные схемы гидроцилиндров:
поршневые с односторонним (а) и двусторонним (б) штоком; телескопический (в)
Основные параметры цилиндров регламентированы ГОСТ 6540—68.
Установлены следующие ряды:
номинальных давлений рном, МПа: 0,63; 1; 1,6; 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63;
диаметров поршня D, мм: 10; 12; 16; 20; 25; 32; (36); 40; (45); 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (110); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900);
диаметров штока d, мм: 4; 5; 6; 8; 10; 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (110); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900);
хода поршня (плунжера) s, мм: 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (110); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900); 1000; (1120); 1250; (1400); 1600; (1800); 2000; (2240); 2500; (2800); (3000); 3150; (3350); (3550); (3750); 4000; (4250); (4500); (4750); 5000; (5300); (5600); (6000); 6300; (6700); (7100); (7500); 8000; (8500); (9000); (9500).
В соответствии с ГОСТ 25020—84 присоединительные резьбы штоков и плунжеров следует выбирать из ряда: М3×0,35; М4×0,5; М5×0,5; М6×0,75; М8×1; М10×1,25; М12×1,25; М14×1,5; М16×1,5; М18×1,5; М20×1,5; М22×1,5; М24×2; М27×2; М30×2; М33×2; М36×2; М42×2; М48×2; М56×2; М64×3; М72×3; М80×3; М90×3; М100×3; М110×3; М125×4; М140×4; М160×4; М180×4; М200×4; М220×4; М250×6; М280×6.
В зависимости от назначения гидроцилиндров давления должны соответствовать указанным в табл. 1.
Максимальная скорость штока относительно корпуса гидроцилиндра указана в табл. 2.
Таблица 1 Давление рабочей жидкости
Таблица 2 Допускаемая скорость штока
ИСПЫТАНИЯ
Приемка гидроцилиндров осуществляется по ГОСТ 22976—78, 18464—80 с учетом требований отраслевого стандарта ОСТ 22—1417—79 и имеет целью определение согласованности с чертежами и ТУ. Для гидроцилиндров серийного производства назначаются испытания приемосдаточные, периодические, типовые. Перечень проверяемых показателей приведен в табл. 3.
Таблица 3 Показатели испытаний
Гидравлические схемы стендов под проведение испытаний приемо-сдаточных и периодических изображены на рис.6 и 7.
До испытания следует удостовериться, что гидроцилиндр отвечает требованиям изготовления, осмотреть состояние монтажных поверхностей и присоединительных отверстий и обкатать на холостом ходу.
Рисунок 6 - Стенд испытания ГЦ на прочность при статической нагрузке, наружную герметичность и внутренние утечки, давления страгивания и холостого хода:
1 — испытуемый гидроцилиндр; 2 — манометр; 3 — вентиль; 4 —- мерная емкость; 5 — гидрораспределитель; 6 — фильтрующая ' установка; 7 — термометр; 8 — гидробак; 9 — насос; 10 — теплообменник; 11 — предохранительный клапан; 12 — фильтр
Рисунок 7 - Стенд испытания ГЦ на толкающее и тянущее усилие штока, полный и механический КПД, ресурс и торможение;
1 — испытуемый гидроцилиидр; 2 — динамометр; 3 — конечный выключатель; 4 — нагрузочный гидроцилиндр; 5 — манометр; 6 — крап-демпфер; 7 — обратный клапан; 8 — дроссель; 9 — насосная станция; 10 - гидрораспределитель
ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
Таблица 4 Основные неисправности гидроцилиндров
