Содержание
Гидроцилиндр представляет собой объёмный, цилиндрический двигатель, который подает рабочую жидкость под давлением, приводя в движение какой-либо узел гидросистемы. Данный механизм широко применяется в таких видах спецтехники, как экскаваторы, катки, землеройные, карьерные машины, буровые установки, станки, прессы, подъёмные краны и т. д.
Принцип работы:
В стандартном случае основой конструкции является гильза – труба с тщательно обработанной внутренней поверхностью, внутри которой перемещается поршень, имеющий резиновые манжетные уплотнения, предотвращающие перетекание рабочей жидкости из разделенных поршнем полостей цилиндра. При подаче рабочей жидкости в полость начинает перемещаться жидкость под давлением.
Поршневое усилие создаётся специальным полированным стержнем или штоком. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет: одна предотвращает утечку жидкости, вторая служит грязесъемником. Проушина служит для закрепления корпуса гидроцилиндра. Управление работой гидроцилиндра производится с помощью гидравлического распределителя.
Виды и характеристики гидроцилиндров
При покупке гидроцилиндра следует учитывать ряд параметров и назначение. Основными характеристиками данных устройств является:
- P – номинальное давление рабочей жидкости:
- D – диаметр цилиндра (поршня);
- d – диаметр штока;
- L – ход штока.
Номинальное давление является основным показателем. Технический же ресурс определяется режимом работы двигателя при максимальном давлении, потому данный показатель также важен. Максимальное значение скорости штока не должно превышать 0,5 м/с. При необходимости большей скорости, используются специальные уплотнения.
В зависимости от назначения или сферы применения бывают гидроцилиндры поворота, подъёма стрелы, рукояти, ковша, отвала, опоры и т. д.
В зависимости от принципа работы гидравлические цилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия, телескопические и поршневые с односторонним и двусторонним штоком.
Гидроцилиндры одностороннего действия – выдвижение штока производится за счёт давления в поршневой полости, а возврат – от усилия пружины. Если возврат осуществляется за счет действия привода другого гидроцилиндра или силы тяжести поднятого груза, необходимости в возвратной пружине нет, то есть принцип работы в таком случае аналогичен домкратам.
Гидроцилиндры двустороннего действия – при прямом и при обратном ходе поршня усилие на штоке создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой и штоковой полости. При этом усилие при прямом немного больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе из-за разницы в площадях – эффективной площади поперечного сечения.
Телескопические гидроцилиндры – имеют конструктивное сходство с телескопом. Они представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого. Бывают, как для одностороннего, так и для двустороннего действия.
Поршневые гидроцилиндры с односторонним штоком используют, чаще всего, в самоходных машинах. С двусторонним – для поворота рабочего оборудования навесных экскаваторов. Рабочая жидкость подается в полость, как через корпус, так и через сам шток.
Компания «Гидроник» осуществляет ремонт и восстановление гидроцилиндров любых видов и производителей на выгодных условиях в Москве. У нас также можно получить консультацию по эффективному использованию различных моделей гидравлических двигателей.
Современный мир пестрит множеством технических систем и средств, которые помогают облегчить жизнь человека вот уже не один десяток лет. Причём многие из них настолько вошли в обиход, что мы не замечаем уже их присутствия, но при этом они выполняют важную работу, с которой человек не справился бы в одиночку. Это особенно характерно для механических видов работ, которые преобладают в промышленности.
К таким средствам можно отнести гидроцилиндры. Их область применения очень широка, а конструкция достаточно проста.
Устройство гидроцилиндра
Типовые составляющие
Гидроцилиндр — это объёмный гидравлический двигатель, совершающий обратно-поступательные движения, преобразующий гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую. В зависимости от особенностей условий, в которых он должен работать, его устройство может несколько отличаться, но типовые составляющие сохраняются.
Как видно на схеме, конструкция гидравлического цилиндра проста. Корпус гильзы, гидропоршень, шток выполняются из металла, так как на них приходится большая нагрузка. Штоковое уплотнение, поршневое уплотнение, грязесъёмник изготавливаются из маслостойкой резины, потому что в качестве рабочей жидкости используется масло.
Полость, в которой находится шток, называют штоковой, где же расположен поршень — поршневой. Рабочая жидкость не должна перетекать из поршневой полости в штоковую, для предотвращения этого используются уплотнения.
Принцип работы
Принцип работы гидроцилиндра, как отмечалось ранее, основан на преобразование энергии, то есть жидкость под давлением подаётся в поршневую полость и передаёт усилие на поршень со штоком. Управление подачей жидкости осуществляется распределителем, который входит в состав любой гидросхемы. Задняя и передняя проушины служат для закрепления гидроцилиндра в рабочем положении.
Разновидности двигателей
По положению штока:
По виду рабочего звена:
Поршневые:
- С использованием одностороннего штока.
- С двухсторонним штоком.
По характеру хода поршня:
С учётом условия торможения:
Маркировка по ГОСТ
Из-за большого количества типов и видов гидроцилиндров была принята их стандартизация в соответствии с ГОСТ 2 Г52-1-86. Форма обозначения шифров по ГОСТ состоит из девяти знаков:
- Тип гидравлического цилиндра (1 – поршневой, 2 – плунжерный, 3 – телескопический).
Направление действия (1- одностороннего, 2 – двухстороннего).- По возможности торможения (1 – без торможения, 2 – с торможением).
- Способ крепления (1 – на лапах, 2 – фланцевый, 3 – на проушинах, 4 – на цапфах, 5 – с закладными полукольцами и резьбой на штоке, 6 – с приваркой задней крышки и резьбой на штоке).
- Диаметр поршня в миллиметрах.
- Диаметр штока в миллиметрах.
- Величина хода в миллиметрах.
- Климатическое исполнение.
- Категория размещения.
Назначение и область применения
Гидроцилиндры позволяют использовать значительные усилия для перемещения объектов в разных плоскостях при условии достаточно малых габаритов конструкции таких систем, поэтому область их применения достаточно обширна.
Наиболее распространёнными устройствами, в которых используются гидравлические цилиндры, являются: пресса, гидродомкраты.
Ниже представлена гидросхема пресса с использованием гидроцилиндра одностороннего действия.
Резервуар для рабочей жидкости.
Вентиль.- Плунжер пресса.
- Рабочий цилиндр.
- Трубопровод.
- Манометр.
- Клапан нагнетательный.
- Плунжер насоса.
- Цилиндр насоса.
- Клапан всасывающий.
Прессы используются при производстве вина для отжима жмыха уже довольно долгое время. Они позволяют экономить время и обрабатывать большие объёмы виноградных ягод. Можно также встретить их в установках, которые предназначены для отжима оливкового и подсолнечного масел.
Гидродомкраты широко применяют в автомастерских.
Следует отметить, что использование гидравлических цилиндров зависит от давления, которое развивается насосом, а также от вида рабочей жидкости. Состав этой жидкости и ее физико-химические параметры должны обеспечивать сохранение стенок корпуса в исправном состоянии даже при попадании воды в неё.
Любой гидравлик скажет вам, что гидравлический цилиндр для пресса можно сделать своими руками из старого гидравлического домкрата, так как он фактически является простейшим гидроцилиндром. Это хорошо видно на его разрезе.
Гидравлические цилиндры благодаря своей простоте и надёжности конструкции, возможности использовать их в условиях ограничений по габаритам заняли весомое место среди механических систем, которые использует человек в своём обиходе. Сфера их применения весьма обширна: промышленность, автотранспорт, пищепром, строительство и др. Фактически они стали незаменимы и держат свою позицию уже много десятков лет.
Различают гидроцилиндры поступательного действия: поршневые, плунжерные, телескопические и поворотного действия (моментный). Моментный – это объемный гидродвигатель возвратно-поворотным относительно корпуса движением силового органа, которым часто является пластина, заделанная в вал.
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).
В изделиях одностороннего действия обратный ход совершается под действием внешней нагрузки, а двустороннего действия – под действием рабочей среды (как и прямой ход).
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:
- номинальное давление Р ном.,
- диаметр цилиндра (поршня) D,
- диаметр штока d и ход штока L.
Диаметры D и d определяют усилие, развиваемое при заданном давлении.
Если отношение между диаметром поршня и штока D/ d=v2, то для гидроцилиндров с односторонним штоком можно обеспечить равенство усилий и скоростей при движении в обе стороны. Для этого необходимо при выдвижении штока рабочую жидкость подавать в обе полости, а при обратном – только в штоковую полость. Такой способ включения называют дифференциальным.
Максимальная скорость штока не должна превышать 0,5 м/с. Если технологический процесс машины требует больших скоростей, то следует применять специальные типы систем уплотнений.
Уровень номинального давления – основной параметр при выборе рассмотриваемого нами вида оборудования. Однако, при оценке технического ресурса решающими являются режимы работы при максимальном и пиковом давлениях.
Максимальные давления ограничиваются предохранительными клапанами, а пиковые давления определяются динамической характеристикой предохранительных устройств и жесткостью гидросистемы. В некоторых машинах возникают реактивные давления в гидроцилиндрах, зависящие, от кинематических схем этих машин. Они могут вызвать повреждение уплотнений и, как следствие, нарушение герметичности системы. Поэтому , когда создаются или применяются гидроцилиндры, необходимо учитывать номинальный уровень давления, так как его технический ресурс в конкретной машине будет зависеть от учета влияния этого уровня давления.
По условиям применения можно выделить три основные группы, предназначенных для:
- привода в действие рычажных механизмов рабочего оборудования, совершая повторяющуюся циклически полезную работу (одноковшовые экскаваторы, фронтальные погрузчики, лесопогрузчики и т.п.);
- перемещения рабочих органов, совершая полезную работу в процессе движения (скреперы, автогрейдеры, бульдозеры и другие);
- установки рабочих органов (или всей машины) в определенное положение или выносных опор, обеспечиваю щих устойчивое положение машины.
Следовательно, режим работы, характеризующийся средним уровнем давления за рабочий цикл, скоростью движения штока, максимальным и пиковым давлениями в полостях, а также количеством включений в течение рабочего дня и климатическими условиями, – являются существенными факторами, влияющими на выбор гидроцилиндра и, как следствие, на его эксплуатационные свойства.
Основные требования к гидроцилиндрам изложены в ГОСТ 16514-87.
По способу крепления штока и корпуса к элементам машины различают следующие исполнения:
- на проушинах с шарнирными подшипниками;
- на проушинах с шарнирным подшипником и цапфой на корпусе;
- на проушине с шарнирным подшипником и с подготовкой задней крышки гидроцилиндра под сварку с требуемой деталью;
- с подготовкой наружного конца штока под сварку с требуемой деталью и на проушине с шарнирным подшипни ком;
- с подготовкой наружного конца штока под сварку с требуемой деталью и с креплением;
- с подготовкой под сварку наружного конца штока и задней крышки с требуемыми деталями.
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.
Штоковый уплотнительный узел содержит опорно-направляющее буферное, уплотнительное кольца и грязесъемник. Буферное кольцо содержит фасонный круглый элемент из фторопласта и подпорного круглого резинового кольца. Буферное кольцо служит для компенсации скачков давления, возникающих в рабочих полостях гидроцилиндра. Это кольцо существенно увеличивает срок службы штоковых уплотнений и повышает их надежность. Уплотнительное U – образное манжетное кольцо выполнено из полиуретана.
Грязесъемник выполнен из полиуретана с металлическим армированием.
Описанные типы систем уплотнений существенно повышают качество и отвечают современным требованиям эксплуатации.
