Гидравлические цилиндры являются основными линейными приводами в промышленных, мобильных и строительных системах, преобразующими давление гидравлической жидкости в контролируемую механическую силу и движение для подъема, толкания, тяги или позиции тяжелых грузов (от 100 кг до 100 тонн).Их надежность обусловлена простой, но надежной конструкцией, основанной на законе Паскаля, но их производительность зависит от соответствия правильного типа цилиндра потребностям приложения (например,однодействующие для подъема, телескопические для пространственно ограниченного подвижного оборудования)Чтобы в полной мере использовать их возможности, важно понимать не только то, как они работают, но и их структурные компоненты, вариации типа, соображения дизайна и требования к техническому обслуживанию.В этом руководстве анализируется основной принцип работы гидравлических цилиндров, изучаются их основные типы и излагаются передовые методы проектирования и технического обслуживания для обеспечения долгосрочной эффективности.
Прежде чем погрузиться в принцип работы, важно определить структурные части цилиндра, каждая из которых играет критическую роль в преобразовании давления жидкости в линейное движение:
| Компонент | Функция |
|-------------------------|--------------------------------------------------------------------------|
| Цилиндровая труба (Баррель)| Жесткий, полый сосуд под давлением (обычно из стали или нержавеющей стали), в котором размещается поршн и гидравлическая жидкость.Его внутренняя поверхность (оборот) высокоточная обработка (Ra < 0,8 мкм), чтобы минимизировать трение и предотвратить повреждение уплотнения. |
| Пистон | Цилиндрический компонент, который скользится внутри трубки, разделяя цилиндр на две герметичные камеры (конец крышки и конец стержня).Он имеет канавки для пломб (например,поршнные кольца, U-кушки) для предотвращения утечки жидкости между камерами. |
| Пистонный стерж | Твердый металлический стерж (прикрепленный к поршне), который проходит через одну конечную крышку для соединения цилиндра с нагрузкой.Его внешняя поверхность хромирована для устойчивости к коррозии и износу. |
| Конечные крышки | Две уплотненные пластины (конец крышки и конец стержня), которые закрывают трубку цилиндра.Конец стержня включает в себя железу стержня (с уплотнениями стержня и направляющими кольцами) для предотвращения утечки жидкости и защиты стержня от загрязняющих веществ. |
| Пломби | Критические для удержания давления:
- Поршнные уплотнения: препятствуют потоку жидкости между двумя камерами цилиндра.
- уплотнения стержня: Остановить утечку жидкости из конечного крышка стержня в окружающую среду.
- Утернительные уплотнения: блокируют попадание грязи, пыли или мусора в цилиндр (во избежание повреждения отверстия / стержня). |
| Порты | Резьбовые отверстия в конечных крышках, которые позволяют входить / выходить гидравлической жидкости из цилиндра (управляемые клапанами в гидравлической системе). |
Принцип работы: закон Паскаля в действии
Работа гидравлического цилиндра регулируется законом Паскаля - фундаментальным принципом механики жидкостей, утверждающим, что давление, применяемое к ограниченной, несжимаемой жидкости, передается одинаково во всех направлениях.Этот закон позволяет цилиндру генерировать большую силу от относительно низкого давления жидкости.Вот, как принцип переводится в линейное движение, используя цилиндр двойного действия (наиболее распространенный тип) в качестве примера:
Шаг 1: Расширение цилиндра (движение толкания)
1.Насос гидравлической системы поджимает гидравлическую жидкость (обычно минеральное масло) до требуемого давления (например, 10 - 35 МПа для промышленных систем).
2.Направленный регулирующий клапан направляет под давлением жидкость через конечный порт крышки (порт на конечной крышке, напротив поршневого стержня), в конечную камеру крышки (пространство между поршневым и конечным концом крышки).
3.Давление жидкости действует на всю площадь поршня (поскольку конечная камера крышки не имеет стержня, занимающего пространство).Используя формулу Сила = Давление × Площадь поршня, давление генерирует линейную силу, которая толкает поршн (и прикрепленный стерж) наружу.
4.Когда поршн движется, жидкость в конечной камере стержня (пространство между поршнем и конечным крышкой стержня) смещается и течет обратно в гидравлический резервуар через конечный порт стержня (управляемый направленным клапаном).
Шаг 2: Втягивание цилиндра (движение тяги)
1.Направленный регулирующий клапан сдвигается, перенаправляя жидкость под давлением через конце стержня в конце стержня.
2.Теперь давление действует на * кольцевую площадь * поршня (общая площадь поршня минус площадь поршня, которая занимает пространство в концевой камере стержня).В то время как сила, генерируемая во время втяжения, меньше, чем во время растяжения (из-за меньшей эффективной площади), ее все равно достаточно, чтобы вытянуть стержь назад в цилиндр.
3.Жидкость в концевой камере крышки вытесняется и возвращается в резервуар через концевой порт крышки.
Ключевое замечание: однодействующее движение против двойного действия
- Однодействующие цилиндры используют гидравлическое давление только в одном направлении (например,расширение).Удаление опирается на внешние силы (гравитация, пружины или вес нагрузки) вместо упрощенной конструкции давления жидкости, но ограничивается однонаправленными силами (например,грузовиков, зажимающих инструментов).
- Двухдействующие цилиндры используют давление жидкости как для расширения, так и для втяжения, что позволяет точно управлять движением в обоих направлениях (например,рукава экскаваторов, заводские пресса).
Типы гидравлических цилиндров
Гидравлические цилиндры классифицируются по конструкции для удовлетворения конкретных потребностей применения.Четыре наиболее распространенных типа являются:
1.Однодействующие цилиндры
- Конструкция: один жидкостный порт (для расширения); пружина или гравитация приводят втяжение.
- Преимущества: простая, недорогая, легкая (меньше компонентов).
- Идеальное применение: подъемные нагрузки (например,подъем ножниц), зажимание, или наклона кровати самолеточного грузовика (где гравитация помогает втягиванию).
2.Двойные действия цилиндры
- Конструкция: Два жидкостных порта (один для расширения, один для втяжения); давление жидкости движется в обоих направлениях.
- Преимущества: универсальный, точный контроль скорости и силы в обоих направлениях.
- Идеальное применение: промышленные пресса, роботизированные руки, экскаваторные ведра или любое приложение, требующее движения толкания / тяги.
3.Телескопические цилиндры
- Конструкция: Несколько вложенных, концентрических стадий труб (как телескоп), которые расширяются последовательно.Только самая большая стадия имеет порт жидкости; меньшие стадии расширяются по мере нарастания давления жидкости.
- Преимущества: длинная длина штриха (например, 2-5м) из компактного вытягиваемого размера (критически важно для ограниченного пространства мобильного оборудования).
- Идеальное применение: подъемные цилиндры для само倾лочных грузовиков, подъемники для кранов или руки мусорного грузовика (где требуется длинный ход, но пространство ограничено).
4.Осцилирующиеся гидравлические цилиндры (воротные приводы)
- Дизайн: Поршн с зубчатой шестерни сетится с фиксированной шестерни; давление жидкости приводит поршн в линейную дугу (вместо прямой линии), вращая шестерни (и прикрепленную нагрузку) на 90 - 180°.
- Преимущества: Преобразует давление жидкости в вращательное движение без внешних связей.
- Идеальное применение: приведение клапана в действие, изменение направления конвейерной ленты или вращение роботизированного сустава.
Критические соображения проектирования гидравлических цилиндров
Для обеспечения надежной работы гидравлического цилиндра, конструкция должна соответствовать требованиям применения.Ключевые факторы, которые необходимо определить приоритетность:
1.Силы и давление
- Вычислить требуемое усилие с использованием силы = давление × эффективная площадь поршня.Обеспечить максимальное давление цилиндра (например, 35 МПа) превышает рабочее давление системы, чтобы избежать отказа.
- Для цилиндров двойного действия учитывать уменьшение силы втяжения (из-за кольцевой площади поршненного стержня) при размерах для применения притягивания.
2.Длина штриха
- Определите минимальное / максимальное расстояние, которое нагрузка должна перемещаться (длина хода).Избегайте чрезмерных размеров: длинный ход, чем необходимо, увеличивает вес цилиндра, стоимость и риск изгиба поршня (от увеличения рычага).
3.Стиль монтажа
- Выберите способ монтажа, который соответствует типу нагрузки (осевая против радиальной) и движению:
- Фланцевое крепление: для осевых нагрузок (например,Прессы); обеспечивает стабильную, жесткую поддержку.
- Крепление с трюнином: для вращения (например,рукава экскаватора); равномерно распределяет радиальные нагрузки.
- Клевис крепление: Для применения с незначительным расходом (например,конвейерные подъемники); позволяет угловую регулировку.
4.Выбор материалов
- Цилиндровая трубка: Сталь (высокая прочность для промышленного использования), нержавеющая сталь (стойкость к коррозии для пищевых / медицинских приложений) или алюминий (легкий вес для аэрокосмического / мобильного оборудования).
- Стержня поршня: хромированная сталь (стандартная) или нержавеющая сталь (коррозивная среда).
- уплотнения: Нитрил (стандартные температуры, 0 - 80°C), Витон (высокие температуры, 80 - 200°C), или ЭПДМ (низкие температуры, -40 - 120°C).
5.Экологическое сопротивление
- Для тяжелых условий (например,в строительстве, морском судоходстве), добавить стержники (для блокирования мусора) или коррозионно-стойкие покрытия (например,цинкование для стальных труб).
- Для применения при высоких температурах (например,литейных заводов), используют термостойкие уплотнения и трубные материалы (например,Инконельный сплав).
Лучшие методы технического обслуживания для долгосрочной эффективности
сбои гидравлического цилиндра (например,Утечки, изогнутые стержни или повреждение уплотнения) часто возникают из-за плохого обслуживания, что приводит к дорогостоящим простоям.Следуйте этим методам для продления продолжительности жизни:
1.Регулярные проверки утечек
- Проверяйте уплотнения (стерж, поршн) и соединения портов на предмет утечки жидкости еженедельно.Даже небольшие утечки (1 капель / минута) отработают жидкость и снижают давление системы.Немедленно заменить изношенные уплотнения (используйте уплотнения OEM для совместимости).
2. Rod and bore maintenance
- Ежемесячно проверяйте хромированную поверхность поршненного стержня на наличие царапин, выделок или коррозии (эти повреждения уплотнений).Польская мелкие царапины мелкогрантовой плюсной бумагой; заменить стержники с глубоким повреждением.
- Для цилиндровых труб проверьте отверстие на наличие износа или наброса при замене уплотнения.Отверкают отверстие (точная обработка), если шероховатость поверхности превышает Ra 1,6 мкм.
3.Уход за гидравлической жидкостью
- Поддержание чистоты жидкости: Используйте фильтр 10 - 25 мкм в гидравлической системе для удаления загрязняющих веществ (грязнения, металлические стручки), которые царапают отверстие или повреждают уплотнения.
- Мониторинг уровня жидкости и температуры: держать жидкость между минимальными / максимальными знаками резервуара; избегать перегрева (предел до < 60 °C, поскольку высокие температуры деградации уплотнений и жидкости).
4.Превентивная смазка
- Место монтажа смазочных материалов (например,штифты, болты) ежемесячно с литийной смазкой для уменьшения трения и износа.
5.Своевременный ремонт
- Немедленно решайте проблемы: изогнутый стерж или протекающий уплотнение со временем ухудшается, что приводит к более обширным (и дорогостоящим) повреждениям (например,боевой сбор).Для комплексного ремонта (например,проконсультироваться с сертифицированным гидравлическим техникам.
