Гидравлические цилиндры являются основными приводами в гидравлических системах, преобразуя давление гидравлической жидкости в контролируемую линейную силу и движение.Они широко распространены во всех отраслях промышленности - от строительных экскаваторов до роботов высокоточного производства - благодаря их способности обеспечивать высокое соотношение силы к размеру, точное управление и надежную производительность в суровых условиях.Однако не все гидравлические цилиндры одинаковы; каждый тип разработан для удовлетворения конкретных эксплуатационных потребностей, таких как длина хода, направление силы, ограничения пространства и доступность технического обслуживания.В данной статье представлен технический обзор наиболее распространенных типов гидравлических цилиндров, их принципов конструкции, характеристик производительности и отраслевых применений, а также ключевые критерии отбора для руководства инженерными решениями и решениями о закупках.
1.Основные компоненты гидравлического цилиндра
Прежде чем изучить типы цилиндров, важно понять основные компоненты, которые определяют их функциональность.Эти детали едины в большинстве конструкций, хотя их конфигурация варьируется в зависимости от типа:
| Компонент | Функция | Критические соображения дизайна |
|---------------------|--------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cylinder Barrel| Полая трубка, содержащая гидравлическую жидкость и направляющая движение поршня. | Материал (углеродистая сталь для промышленного использования, нержавеющая сталь для коррозионной стойкости); толщина стенки (для выдержания внутреннего давления). |
| Пистон | Цилиндрический компонент, разделяющий бочковое устройство на две жидкостные камеры; преобразующий давление жидкости в линейное движение. | Совместимость уплотнения (с гидравлической жидкостью); материал (литой желез, сталь или полимер для низкого трения); диаметр (определяет выходную силу: * Сила = Давление × Площадь поршня *). |
| Пистонный стерж | Соединяет поршн с внешней нагрузкой; передает линейное движение из ствола. | Поверхностная отделка (Ra 0,2 - 0,8 мкм для уменьшения износа уплотнения); материал (плавная сталь с твердым хромированием для долговечности). |
| End Caps (Head & Caps)| Опечатывает концы бочка; «голова» содержит железу стержня (для уплотнения стержня), в то время как «шапка» является закрытым концом. | Расположение порта (для входа / выхода жидкости); монтажные элементы (фланцы, штычки или клизы); интеграция уплотнения (для предотвращения утечки). |
| Система уплотнения| Предотвращает утечку жидкости между компонентами (опломки стержня, уплотнения поршня, уплотнения ститер) и поддерживает разделение давления. | Материал (нитрил для общего использования, Viton® для высоких температур, PTFE для химической стойкости); дизайн (U-кушки, О-кольца или уплотнения губ). |
| Гидравлические порта| Резьбовые отверстия в конечных крышках для потока жидкости; размеры, соответствующие расходам системы (для минимизации падения давления). | Размер порта (например,½" NPT, M16x1.5); location (varies by cylinder type-single-acting vs. double-acting). |
2.Основные типы гидравлических цилиндров
Гидравлические цилиндры классифицируются по направлению силы, методу конструкции или дизайну хода.Ниже перечислены наиболее широко используемые типы, каждый оптимизированный для конкретных приложений:
2.1Однодействующие цилиндры (SAC)
Однодействующие цилиндры генерируют силу только в одном направлении (обычно расширение) с использованием гидравлического давления; удаление зависит от внешних сил (гравитация, вес нагрузки, пружины или вспомогательные механические системы).
Особенности дизайна
- Один гидравлический порт (на "конец крышки"), нет порта на "конец головы" (поскольку удаление не требует жидкости под давлением).
- Дополнительная внутренняя пружина (для применения с легкой нагрузкой, например,малых дверных приводов) или внешнего веса (для тяжелых нагрузок, например,грузовиков).
- Упрощенная уплотнительная система (требуются только уплотнения поршня; нет уплотнения стержня для втяжения).
Характеристики производительности
- Выходная сила: Ограниченная расширением (сила удаления зависит от внешней нагрузки / силы пружины).
- Стоимость: 30 - 50% ниже, чем цилиндры двойного действия (меньше компонентов, более простая конструкция).
- Эффективность: более низкое падение давления (меньше портов / клапанов); идеально подходит для применения с низким циклом.
Идеальные приложения
- Кровать для само倾倒ного грузовика (гравитация удерживает цилиндр после расширения поднимает кровать).
- Подъем транспортного средства (паужина или сила тяжести удерживают цилиндр при снятии давления).
- Устройства зажимания (паружина втягивает поршн для освобождения зажима).
- Сельскохозяйственная техника (например,трактор-плав подъемники, где гравитация помогает в удалении).
2.2Двухдействующие цилиндры (DAC)
Двухдействующие цилиндры генерируют силу в обоих направлениях расширения и втяжения с использованием гидравлического давления - каждый удар питается жидкостью под давлением.
Особенности дизайна
- Два гидравлических порта (один на конец крышки для расширения, один на конец головки для втяжения).
- Полная уплотнительная система (опломки поршня разделяют две камеры; уплотнения стержня предотвращают утечку во время обоих ударов).
- Симметричная или асимметричная конструкция поршня:
- Симметричный: равная площадь поршня с обеих сторон (равное усилие при расширении / удалении; более медленное удаление из-за смещения стержня).
- Асимметричный: Большая площадь поршня на конец крышки (более высокая сила растяжения; более быстрое втяжение из-за меньшего объема жидкости на конец головки).
Характеристики производительности
- Выходная сила: Управляемая в обоих направлениях (силия расширения = Давление × Площадь поршня; сила втяжения = Давление × (Площадь поршня - Площадь стержня)).
- Универсальность: Подходит для высокого цикла, двунаправленного движения (например,робототехнические руки, конвейерные лифты).
- Сложность: Выше, чем однодействующий (требуется 4-направленный клапан для переключения потока жидкости).
Идеальные приложения
- Строительное оборудование (руковые соединения экскаватора, удлинения ствола крана - требуют точного двунаправленного управления).
- Производство пресс-прессов ( штампывание, ковка-требует равной силе в обоих направлениях для зажима и освобождения деталей).
- Обработка материалов (цилиндры подъема вилочных погрузчиков, приводы конвейера - требуют плавного, контролируемого движения вверх / вниз).
- Автомобильные сборочные линии (роботы-сварщики, системы позиционирования деталей-высокий цикл, двунаправленное движение).
2.3Силиндры с с стержнем
Силиндры с связующими стержнями определяются способом их конструкции: высокопрочные резьбовые стержня (стержнями) крепивают головку и крышку к стволу, заменяя сварные соединения.
Особенности дизайна
- 4 - 12 связывающих стержней (равномерно расположенных вокруг ствола), закрепленных жирками; затянуты для предварительной нагрузки ствола и предотвращения разделения под давлением.
- Модульная конструкция: легко демонтировать (просто удалить связывающие стерги) для замены уплотнения или обслуживания.
- Стандартные размеры (по ISO 6022, NFPA T3.6.7) для взаимозаменяемости между производителями.
Характеристики производительности
- Номинальное давление: до 3000 psi (207 бар) для стандартных моделей; варианты высокого давления (до 5000 psi / 345 бар) используют более толстые стерги.
- Техническое обслуживание: низкая стоимость и быстрая (не требуется сварка для доступа к внутренним компонентам).
- Размер: более объемный, чем сварные цилиндры (стычки добавляют внешний диаметр), ограничивая использование в ограниченных пространствах.
Идеальные приложения
- Промышленное оборудование (заводские пресса, машины для литья впрысками - простое обслуживание имеет решающее значение для высокого времени работы).
- Стационарное оборудование (гидравлические подъемники, конвейеры материала - не ограничивается пространство для связывающих стержней).
- Водоочистные сооружения (коррозионно-стойкие варианты с нержавеющими связывающими стержнями).
2.4Сварные цилиндры корпуса
Сварные цилиндры корпуса (или «сварные цилиндры») используют постоянные сварные сварки для прикрепления головки и крышки непосредственно к стволу, устраняя связывающие стершки.
Особенности дизайна
- Бесшивные сварные швы от ствола до конца (обычно сварные швы TIG или MIG) для обеспечения структурной жесткости; отсутствие внешних крепежей.
- Компактный размер (на 30 - 50% меньший наружный диаметр, чем цилиндры с связывающим стержнем того же размера отверстия).
- Тяжелая конструкция: сварные соединения равномерно распределяют напряжение, что позволяет повысить давление.
Характеристики производительности
- Номинальное давление: до 5000 psi (345 бар) для стандартных моделей; варианты сверхвысокого давления (до 10 000 psi / 690 бар) для тяжелого использования.
- Прочность: устойчивая к вибрациям и ударам (идеальная для мобильного оборудования).
- Техническое обслуживание: более сложное, чем цилиндры с стержнем (требует резки и повторной сварки для демонтажа - лучше оставить на усмотрение профессионалов).
Идеальные приложения
- Мобильное оборудование (строительные экскаваторы, сельскохозяйственные тракторы - пространственные ограничения требуют компактной конструкции).
- Внедорожная техника (добывающие грузовики, лесное оборудование - удар / вибрационная стойкость имеет решающее значение).
- Системы высокого давления (оборудование нефтяных месторождений, тяжелые подъемники сварные конструкции обрабатывают экстремальное давление).
2.5Телескопические цилиндры (многоступенчатые цилиндры)
Телескопические цилиндры имеют несколько вложенных стадий (концентрические бочки уменьшающегося диаметра), которые последовательно расширяются для доставки длинных ударов с компактной втянутой длины.
Особенности дизайна
- 2 - 6 ступеней (каждая ступень действует как поршн для следующей, более крупной ступени); втянутая длина составляет 20 - 30% от расширенной длины.
- Одно- или двойные действия:
- Однодействующий: наиболее распространенный (расширение при давлении, втяжение при тяжести / нагрузке).
- Двойное действие: редко (требует внутренних проходов жидкости на каждой стадии для давления втяжения).
- Легкие материалы (алюминий или сплавная сталь) для минимизации веса сцены.
Характеристики производительности
- Длина хода: до 10 раз больше, чем стандартные цилиндры (например, 10 футов расширенной длины от 1 фута удалённой длины).
- Выходная сила: уменьшается с каждой удлиненной ступенью (меньшие ступень имеют меньшие площади поршня).
- Стабильность: Требует тщательного выравнивания (длинные удлиненные длины склонны к изгибению при боковых нагрузках).
Идеальные приложения
- Самосалочные машины (поднимают кроватку на 45 - 60° с длинной ходом с компактной подпожной установки).
- Заводние ворота транспортных средств (расширяются для погрузки / разгрузки тяжелых грузов без внешних ramps).
- Строительные краны (расширяют секции стрелки до высоких отметк).
- Сельскохозяйственные опрыскиватели (расширяют бумы, чтобы покрыть широкие ряды урожая).
Для нишевых приложений, требующих уникальных возможностей движения или силы, специализированные цилиндры спроектированы для удовлетворения конкретных потребностей:
3.1 Cylinders for Plungers (Ram Cylinders)
- Дизайн: Использует твердый поршн большого диаметра (вместо поршня) без уплотнения поршня; сила создается только при растяжении (вытягивании при внешней нагрузке).
- Ключевая особенность: исключительная высокая грузоподъемность (до 200 + тонн) за счет большой площади поршня.
- Применение: Мостные подъемки, прессы бетона, поддержка тяжелых машин.
3.2Воротные приводы (гидравлические "воротные цилиндры")
- Конструкция: преобразует гидравлическое давление в вращательное движение (вместо линейного) через механизм передачи или лопатка.
- Ключевая черта: Ограниченное вращение (90 - 360°) с высоким крутящим моментом.
- Применение: приведение в действие клапана (нефтяные / газовые трубопроводы), соединения роботизированных рук, изменение направления конвейера.
3.3Дифференциальные цилиндры
- Дизайн: Асимметричная площадь поршня / стержня создает различные скорости хода (более быстрое втяжение, более медленное расширение) при одном расходе жидкости.
- Ключевая особенность: оптимизирует время цикла для приложений с высокой пропускной способностью.
- Применение: Упаковочные машины, автоматизированные сборочные линии, обработка материалов.
3.4Полые поршневые цилиндры
- Конструкция: Поршн и стерж имеют центральное отверстие для прохода жидкости или кабеля (например,для подачи охлаждающей жидкости инструменту или маршрутизации кабелей через цилиндр).
- Ключевая черта: интегрирует вторичные функции без внешних шлангов / кабелей.
- Применение: Резательные машины для металла, роботизированные сварочные инструменты, медицинское оборудование.
4.Специфические отраслевые применения гидравлических цилиндров
Выбор гидравлического цилиндра сильно зависит от требований отрасли - ниже приведены общие варианты использования в ключевых секторах:
| Промышленность | Типичный тип цилиндра | Примеры применения |
|------------------------|--------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Строительство | Сварный, двойной, телескопический | Подъемки экскаватора, расширения подъема крана, корректировка лопастей бульдозеров. |
| Промышленное | Дифференциальная стержня, двойная, дифференциальная| Зажимы для машин для литья впрысками, пресса для штамповки металла, роботизированные сборные руки. |
| Сельское хозяйство | Однодействующий сварный, телескопический | Подъемники для тракторов, корректировка головки уборщиков, расширенные стволы распылителя. |
| Автомобильные | Двухдействующий, компактный сварный | Системы подвески транспортных средств, тормозные каллиперы, приводы подъемных дверей. |
| Нефть и газ | Высокодавленный сварочный поршн | Испытания на давление на скважине, приведение в действие клапана трубопровода, оборудование для фрекинга. |
| Морской | Нержавеющая сталь связка / сварный | Системы управления судов, приводы люков, цилиндры лебедки (коррозионная стойкость). |
5.Ключевые критерии выбора гидравлического цилиндра
Чтобы выбрать правильный цилиндр для вашего применения, оценивайте следующие технические и эксплуатационные факторы:
5.1Требования к силе и давлению
- Вычислить требуемое усилие с использованием * Сила = Давление системы × Площадь поршня * (убедитесь, что номинальное давление цилиндра превышает давление системы на 10 - 20% для безопасности).
- Для двунаправленного движения приоритетное внимание следует уделять двусторонне действующим цилиндрам; для однонаправленного движения однодействующие или поршвенные цилиндры более экономичны.
5.2Длина штриха и ограничения пространства
- Стандартные цилиндры (сварные / сварные) работают для коротких и умеренных ударов (0,5 - 6 футов); телескопические цилиндры необходимы для длинных ударов (6 + футов) в узких пространствах.
- Сварные цилиндры предпочтительнее используются для ограниченного пространства мобильного оборудования; цилиндры с связывающим стержнем лучше подходят для стационарных применений без ограничений по размеру.
5.3Стиль монтажа
- Выберите конструкцию монтажа, которая соответствует направлению нагрузки и геометрии машины:
- Клевис крепление: для вращения (например,экскаваторные вооружения).
- Фланцевое крепление: Для стационарных, высокоусиливающих применений (например,пресс-релизы).
- Крепление на колонке: Для установки на среднем цилиндре (например, crane booms).
- Подкрепитель для ноги: для вертикальных нагрузок (например,Лифты).
5.4Операционная среда
- Коррозия: Используйте цилиндры из нержавеющей стали (AISI 316) для морских, химических или пищевых приложений.
- Температура: Выберите уплотнения Viton® для высоких температур (> 120°C / 248°F) или низкотемпературного нитрила для холодной среды (< -20°C / -4°F).
- Загрязнение: Добавьте уплотнения для стирателя и пылевые сапоги для грязных условий (строительство, добыча полезных ископаемых).
5.5Обслуживание и взаимозаменяемость
- Силиндры с стержнями идеально подходят для применения, требующего частой замены уплотнения (легкая разборка).
- Сварные цилиндры лучше подходят для потребностей в низком обслуживании и высокой надежности (нет необходимости ослабления связывающих стержней).
- Выберите цилиндры, стандартизированные по стандартам ISO / NFPA, для взаимозаменяемости (сокращает время простоя при необходимости замены).
