Гидроцилиндры

Гидромоторы — объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного звена.

Поворотные гидродвигатели — объемные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена;

Гидроцилиндры — объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного звена;

В гидравлическом двигателе происходит преобразование энергии потока жидкости в механическую работу.

К нему подводится жидкость под давлением, а на выходе имеет место возвратно-поступательное или вращательное движение выходного звена.

По характеру движения выходного звена из объемных гидродвигателей выделяют две большие группы:

гидравлические цилиндры (гидроцилиндры, силовые цилиндры);

гидравлические моторы (гидромоторы).

Гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. Гидроцилиндры широко применяются в качестве исполнительных механизмов различных машин. По конструкции и принципу действия гидроцилиндры очень разнообразны и классифицируются в соответствии с ГОСТ 17752-81.

Гидроцилиндры применяются в гидравлических приводах как двигатели, в которых подведённая энергия потока жидкости преобразуется в энергию поступательного перемещения поршня или плунжера.

Рис. 13. Схемы гидроцилиндров

По конструктивному выполнению силовые цилиндры можно разделить на силовые цилиндры простого (одиночного), двойного и дифференциального действия.

Силовые цилиндры простого действия применяются сравнительно редко. Поршень (плунжер) таких силовых цилиндров возвращается в исходное положение под действием либо собственного веса (при вертикальном расположении цилиндра), либо противовеса, либо пружины. Принципиальная схема силового цилиндра простого действия представлена на рис. 13, а.

Из схемы видно, что подъём поршня осуществляется под действием давления жидкости, подводимой с помощью распределительного устройства к нижней полости цилиндра. При её соединении с линией слива поршень опускается под действием собственного веса.

У силовых цилиндров двойного действия обе полости цилиндра являются рабочими (рис. 13, б). Для изменения направления движения поршня изменяют положение распределительного органа управления, благодаря чему одна полость силового цилиндра соединяется с линией высокого давления, а другая — с линией слива.

У силовых цилиндров дифференциального действия (рис. 13, в) рабочей полостью является одна полость; вторая постоянно соединена с линией высокого давления, поэтому в принципе силовые цилиндры дифференциального действия ничем не отличаются от силовых цилиндров простого действия (роль пружины здесь выполняет жидкость). Однако в конструктивном отношении силовые цилиндры дифференциального действия существенно отличаются от силовых цилиндров простого действия.

Если одна (штоковая) полость постоянно соединена с линией высокого давления, то силовой цилиндр работает по принципу силового цилиндра дифференциального действия.

Бывают силовые цилиндры с односторонним и двусторонним штоком, с подвижным поршнем и неподвижным цилиндром, с неподвижным поршнем и подвижным цилиндром. При неподвижном поршне (штоке) и перемещающемся цилиндре жидкость подводится в полости силового цилиндра либо через шток, либо с помощью гибких шлангов через отверстия в цилиндре.

Для силового цилиндра двойного действия при установившемся движении (рис. 13, б) давление, необходимое для перемещения поршня, зависит от преодолеваемых усилий и может быть определено по формуле:

, (5)

где F — преодолеваемое усилие, включая силы трения; D и D _ш — соответственно диаметры поршня и штока.

Скорость перемещения поршня зависит от количества жидкости, поступающей в полость силового цилиндра в единицу времени:

. (6)

Так как силовые цилиндры с двусторонним штоком имеют большие габариты, то часто применяют силовые цилиндры с односторонним штоком. Если при этом расход Q величина постоянная, то скорости перемещения поршня в обоих направлениях незначительно отличаются друг от друга при диаметре поршня много большем диаметра штока.

Если по условиям прочности диаметр штока должен быть большим, то для получения одинаковых скоростей перемещения поршня в обоих направлениях площадь штока принимают в два раза меньше площади поршня, и силовые цилиндры включают по схеме, показанной на рис. 14, а и б.

Рис. 14. Схемы включения гидроцилиндров

В соответствии с рис. 14, а жидкость подводится к левой полости цилиндра, куда вытесняется также жидкость из правой полости силового цилиндра. Поэтому скорость перемещения поршня слева направо равна

(7)

При соединении силового цилиндра по схеме, представленной на рис. 14, б, скорость перемещения поршня справа налево равна

. (8)

Если площадь штока в два раза меньше площади поршня, то и . Следовательно, при постоянном Q скорость υ₁ равна скорости υ₂. Легко видеть, что при таком включнии силового цилиндра поршень развивает небольшие усилия.

Для получения больших усилий при рабочем ходе поршня и больших скоростей обратного хода применяются силовые цилиндры со штоком малого диаметра. При рабочем ходе поршня (справа налево) жидкость подводится к правой полости силового цилиндра. При обратном ходе, когда необходимо иметь большую скорость перемещения поршня, а усилия, приложенные к нему, невелики, силовой цилиндр включают по схеме, представленной на рис. 14, в. В этом случае скорость перемещения поршня

, (9)

откуда следует, что скорость обратного хода тем больше, чем меньше диаметр штока.

Выбор типа силового цилиндра зависит от цикла работы машины, для которой проектируется гидравлический привод, величины скорости перемещения поршня, от усилия, которое он должен преодолевать, способа регулирования скорости (см. ниже) и от других обстоятельств.

Если заданы скорость перемещения поршня и величина усилий, которые он должен преодолевать, то прежде всего необходимо выбрать рабочее давление. Его величина определяется с учётом следующих соображений.

1. С увеличением давления в гидросистеме уменьшаются размеры силового цилиндра, насоса, аппаратуры распределения и управления, а также диаметры трубопроводов. Однако при больших рабочих давлениях ухудшаются условия работы гидроаппаратуры, увеличивается её стоимость, уменьшаются сроки эксплуатации гидросистемы, возникают затруднения, связанные с герметизацией узлов гидропривода.

2. С уменьшением давления увеличиваются размеры силовых цилиндров, насоса, гидроаппаратуры, трубопроводов. Однако при низком давлении упрощаются конструктивные решения узлов уплотнения, увеличивается надёжность гидросистемы, удлиняются сроки её эксплуатации, уменьшается стоимость гидропривода.

Исходя из общих соображений, рабочее давление следует назначать возможно малым, с учётом целесообразных габаритов силовых цилиндров, аппаратуры управления и распределения, насосов и трубопроводов.

Внутренний диаметр силового цилиндра должен быть выбран в соответствии с нормальным рядом диаметров цилиндров (мм): 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 35; 40; 45; 50; 55; 65; 75; 90; 105; 125; 150; 180; 210; 250; 300; 360; 420; 500; 600; 710.

Предельное отношение длины цилиндра к его диаметру рекомендуется принимать не более 20. Соединение гильзы цилиндра с боковыми крышками осуществляется по наружному посадочному диаметру гильзы с длиной направляющей части не менее 20 мм.

Уплотнение гильзы достигается применением уплотнительных колец круглого или прямоугольного сечения, сделанных из маслостойкой резины, которые располагают на наружном диаметре гильзы цилиндра. Боковые крышки соединяются с гильзой с помощью стальных полуколец или шпилек.

Шток выбирают, исходя из скоростей и усилий, с учётом принятой схемы силового цилиндра.

Окончательный диаметр штока должен быть принят в соответствии с приведённым нормальным рядом диаметров.

Для уплотнения поршня обычно применяют чугунные поршневые кольца, долговечность которых значительно выше, чем мягких уплотнений из кожи или маслостойкой резины.

Отверстие для подвода и отвода жидкости должно находиться в самой верхней точке силового цилиндра, тогда обеспечивается выход воздуха из цилиндра. В других случаях в наиболее высоко расположенных точках цилиндра надо ставить специальные краники для выпуска воздуха.

Скорость перемещения поршня в период торможения может регулироваться дросселем, поворотом которого изменяют величину проходного отверстия.

Дата добавления: 2014-01-03