Гидроцилиндр устройство в разрезе

Гидроцилиндры

Гидравлический цилиндр позволяет преобразовать гидравлическую энергию потока жидкости в механическую — выходного звена, которым может являться шток, плунжер, поршень.

Типы гидроцилиндров

В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.

По числу положений штока
• Двухпозиционные
• Многопозиционные

По характеру хода
• Одноступенчатые
• Телескопические

По направлению действия рабочей жидкости
• Одностороннего действия
• Двухстороннего действия

По возможности торможения
• С торможением
• Без торможения

По виду рабочего звена
• Плунжерные
• Мембранные
• Сильфонные
• Поршневые
  • С односторонним штоком
  • С двухсторонним штоком

Устройство гидроцилиндра двухстороннего действия

Гидравлические цилиндры двухстороннего действия имеют две разделенные герметичные рабочие полости, в которые по разным трубопроводам подводится жидкость. Гидроцилиндры двухстороннего действия могут передавать развиваемое усилие как в прямом, так и в обратном направлениях.

Устройство гидроцилиндра двухстороннего действия рассмотрим на примере самой распространенной конструкции с односторонним штоком.

Гидроцилиндр с односторонним штоком

Основные элементы конструкции двухстороннего гидроцилиндра с односторонним штоком показаны на рисунке.

1. шток
2. передняя крышка
3. гильза
4. поршень
5. гайка
6. задняя крышка
7. грязесъемник
8. манжета штоковая
9. кольцо направляющее штоковое
10. манжета поршневая
11. кольцо резиновое
12. кольцо направляющее поршневое

Принцип работы гидроцилиндра

Рабочая жидкость от насоса, через распределитель направляется в одну из полостей (поршневую или штоковую), противоположная полость соединятся со сливом.

При поступлении жидкости в поршневую полость шток гидроцилиндра выдвигается, при необходимости преодолевая усилие нагрузки. При поступлении рабочей жидкости в штоковую полость шток гидроцилиндра втягивается.

При поступлении жидкости в поршневую полость усилие, развиваемое гидроцилиндром можно вычислить по формуле:

При поступлении жидкости в штоковую полость эффективная площадь изменится, из площади поршня необходимо вычесть площадь штока.

Герметичность рабочих камер обеспечивается манжетными уплотнениями, не позволяющими перетекать жидкости из поршневой полости в штоковую. В крышке гидроцилиндра также устанавливают манжету для уплотнения штока, и грязесъемник для предотвращения попадания частиц загрязнения в полость цилиндра.

Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Усилие и скорость перемещения поршня со штоком при прямом и обратном ходе будут различными. Если необходимы одинаковые усилия или одинаковы скорости перемещения выходных звеньев, то используют гидроцилиндры с двухсторонним штоком.

В гидравлических цилиндрах этого типа один поршень связан с двумя штоками.

Для вычисления скорости и усилия гидроцилиндра с двусторонним штоком, можно применять формулы:

В современной технике применяются конструкции гидроцилиндров с двухсторонним штоком с закрепленным цилиндром и с закрепленным штоком.

Устройство гидроцилиндров одностороннего действия

Гидроцилиндры одностороннего действия способны развивать усилие лишь в одном направлении. Обратный ход таких цилиндров осуществляется под действием пружины, силы тяжести, или внешнего воздействия на шток.

Плунжерный гидроцилиндр

В гидроцилиндрах этого типа жидкость воздействует на плунжер, расположенный в рабочей камере. Обратный ход осуществляется за счет внешних сил или силы тяжести.

Плунжер способен передавать только усилие сжатия, величину усилия можно вычислить используя зависимость:

Скорость перемещения плунжера будет зависеть от диаметра плунжера и расхода рабочей жидкости.

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

Гидроцилиндр с пружинным возвратом показан на рисунке.

При поступлении рабочей жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход, пружина, расположенная в штоковой полости сжимается — шток выдвигается.

Обратный ход осуществляется за счет усилия пружины, поршневая полость при этом соединяется со сливом. Пружина может устанавливаться как в поршневой, так и в штоковой полости.

Гидроцилиндры специального исполнения

Рассмотрим несколько особых конструкций гидроцилиндров.

Телескопические гидроцилиндры

В телескопических гидроцилиндрах один шток размещен в полости другого штока. Это позволяет получить большую величину перемещения выходного звена при неизменных габаритах, так как в телескопических цилиндрах ход может превышать длину гильзы.

Телескопический гидроцилиндр одностороннего действия

Рабочая жидкость подводится в полость цилиндра через заднюю крышку. Секции выдвигаются последовательно — в первую очередь движение начнет секция с наибольшей эффективной площадью, затем с меньшей. Скорость при выдвижении каждой последующей секции будет увеличиваться, а усилие падать, в связи уменьшением эффективной площади. По этой причине расчетным должно быть усилие на секции с минимальной эффективной площадью.

Обратный ход осуществляется под действием внешних сил, рабочая полость при этом соединяется со сливом.

Телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия

Подвод рабочей жидкости в представленной на рисунке конструкции осуществляется через шток.

Выдвижение секций, осуществляется в том же порядке, что и в телескопических гидроцилиндрах одностороннего действия.

Обратный ход обеспечивается подводом рабочей жидкости в штоковую полость, поршневая полость при этом соединяется со сливом.

Комбинированные гидроцилиндры

Для увеличения усилия на штоке гидроцилиндра, при отсутствии возможности увеличения наружного диаметра, используют тандемные или последовательно установленные гидроцилиндры. Схема сдвоенного гидроцилиндра показана на рисунке.

В данном случае увеличение усилия достигается за счет добавления второй рабочей камеры и дополнительного поршня, что позволяет увеличить эффективную площадь гидроцилиндра.

Характеристики гидроцилиндров

Основные параметры гидроцилиндров можно разделить на несколько групп.

Геометрические параметры

• Диаметр поршня (гильзы), иногда его называют диаметром гидроцилиндра, наиболее распространненными являются диаметры: 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 620, 800 миллиметров.
• Диаметр штока, стандартизированы следующие диаметры штоков гидравлических цилиндров: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 миллиметров.
• Ход — величина максимально возможного перемещания поршня со штоком или плунжера гидроцилиндра

Гидравлические параметры

• Номинальное рабочее давление — давление, при котором гидроцилиндр будет работать в номинальном, расчетном режиме, при этом сохраняя параметры работы и надежности, гарантированные произодителем. Величина давления в гидроцилнре опредяляется значением нагрузки, при этом она может быть ограничена настройки предохранительного или редукционного клапана. При отсутвии нагрузки давление в цилиндре обуславливается только потерями на трение.
• Расход жидкости, поступающий в гидроцилинлдр.

Механические параметры

• Усилие развиваемое гидроцилиндром — пропорционально давдлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.
• Скорость перемещения штока — определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр и его эффективным диаметром.

Расчет гидроцилиндра

Попробуем разабраться как характеристики гидроцилиндра связаны между собой, и как на них влияют параметры работы гидопривода.

При поступлении жидкости в поршневую полость жидкость воздействует на поршень, усилие развиваемое гидроцилиндром в этом случае будет пропорционально давлению и площади поршня:

Скорость перемещения поршня со штоком будет зависеть от диаметра поршня и расхода жидкости:

При подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра, давление будет воздействовать на кольцевую поверхность, образованную наружными диаметрами поршня и штока. Усилие в этом случае можно вычислить, используя зависимость:

Скорость перемещения поршня при подводе жидкости в штоковую полость будет зависеть не только от диаметра поршня и расхода, но и от диаметра штока:

Типовые конструкции гидроцилиндров

Несмотря на огромное разнообразие конструкций гидравлических цилиндров существуют, типовые решения, применяемые при проектировании гидроцилиндров, рассмотрим некоторые из них.

Гидроцилиндр на шпильках

Передняя и задняя крышка гидроцилиндров этой конструкции связаны шпильками (анкерами), гильза зажата между крышками цилиндра. Уплотнение поршня обеспечивается двумя манжетами.

Круглый гидроцилиндр

В представленной конструкции крышки крепятся к круглым фланцам, закрепленным с помощью сварки или резьбы на гильзе. Показанный на рисунке тип уплотнения поршня обеспечивает уплотнение в обоих направлениях.

Сварной гидроцилиндр

Крышки приварены к гильзе, конструкция неразборная, неремонтопригодная. В цилиндре установлены компактные поршневые уплотнения.

Чертеж гидроцилиндра

Конструкторская документация на гидроцилиндр должна включать в себя:

• сборочный чертеж гидроцилиндра,
• спецификацию,
• рабочие чертежи деталей.

В качестве примера конструкции гидравлического цилиндра предлагаем вам ознакомиться со сборочным чертежом одноштокового гидроцилиндра двухстороннего действия. Передняя крышка данного цилиндра имеет резьбовое соединение с гильзой, задняя крышка с проушиной приварена к гильзе. Поршень зафиксирован на штоке с помощью резьбовых втулок, зафиксированных от поворота с помощью штифта.

Для того, чтобы скачать чертеж гидроцилиндра в формате pdf щелкните по изображению.

Вы также можете скачать чертеж гидроцилиндра в формате dwg.

Устройство гидроцилиндра

Гидроцилиндр – это самый простой образец двигателя. Выходное (подвижное) звено, которым может быть шток, плунжер или же сам корпус цилиндра, осуществляет возвратно-поступательное движение.

Основные параметры, которыми характеризуют все гидроцилиндры – это внутренний диаметр, ход поршня, диаметр штока и номинальное давление рабочей жидкости.
Гидроцилиндры бывают нескольких видов: поршневые, телескопические, плунжерные, двустороннего и одностороннего действия. По типу закрепления гидроцилиндры делятся на модели с шарнирным креплением и жестким.

Гидроцилиндр одностороннего действия совершает усилие на подвижном звене, которое направлено только в одну сторону (рабочий ход цилиндра). В противоположном направлении подвижное звено просто перемещается обратно под действием силы тяжести или возвратного механизма, например, пружины. У этих цилиндров есть лишь одна рабочая плоскость.

У гидроцилиндров двустороннего действия возможностей несколько больше. У них две рабочих плоскости, то есть рабочие усилия на выходном звене они могут создавать в двух направлениях. Чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение жидкость поочередно поступает под давлением в полости цилиндра. Когда одна из полостей наполняется жидкостью, другая соединяется со сливом. У гидроцилиндра две полости: штоковая полость, в которой располагается шток, и поршневая.

Теперь подробнее разберем устройство гидроцилиндра на примере цилиндра двустороннего действия.
Основные части, из которых состоит цилиндр – это корпус гидроцилиндра, состоящий из гильзы (19) и задней крышки, привинченной к гильзе, передней крышки (9), которая имеет отверстие под шток и навинчена на гильзу, шток (18) с проушиной (2), поршень (15).

На рисунке изображено строение гидроцилиндра. Он состоит из сферического подшипника (1), проушины штока (2), грязесъемника (3), уплотнительных колец (4, 5, 8 и 13), манжеты (6 и 14), манжетодержателя (7 и 12), передней крышки (9), контргайки (10), демпфера (11), поршня (15), гайки (16), шплинта (17), штока (18), гильзы цилиндра с задней крышкой (19), втулки (20) и гайки грязесъемника (21).

С помощью поршня с манжетами (14) и уплотнительного кольца (13) поршневая и штоковая полости герметично разделены, и усилие, создаваемое давлением в рабочей полости, передается на шток. Поршень крепится на внутреннем конце штока с помощью гайки (16), которая фиксируется шплинтом (17). Манжетодержатели (12) удерживают манжеты от перемещения вдоль оси поршня. Передняя крышка (9) крепится на резьбе гильзы цилиндра с помощью контргайки (10). В крышку (9) вставлена втулка (20), которая служит направляющей для штока. Чтобы избежать утечки рабочей жидкости из полости штока, в проточке крышки (9) установлены кольца (8), также для этой цели служат манжеты (6), уплотнительные кольца (4) и (5) во втулке. Во избежание осевого смещения при движении штока манжета сдерживается манжетодержателем (7). Со стороны внешнего торца крышки стоит грязесъемник (3), удерживающийся гайкой (21), которая ввернута во внутреннюю резьбу крышки. Если механизм, который приводится в движение цилиндром, лишен упоров, ограничивающих его ход, которые бы фиксировали его в крайних положениях, то возможны жесткие соударения поршня и крышки гидроцилиндра. Чтобы смягчить эти удары, посредством демпфирования или торможения поршня на подходе к крышке, применяют разные типы демпфирующих устройств. В конструкции цилиндра, которая представлена на рисунке выше, эту функцию выполняет демпфер (11), установленный рядом с поршнем (15) на шток. Демпфер (11) смягчает соударение поршня и передней крышки цилиндра по окончании полного хода. Щель в конце хода штока, находящаяся между конической поверхностью демпфера и кромкой крышки (9) , через которую поршнем рабочая жидкость из штоковой полости выжимается в отверстие «А», уменьшается. В процессе этого, благодаря дросселированию жидкости через щель, движение поршня затормаживается.

Даже если вы прекрасно знаете устройство гидроцилиндра, осуществить его ремонт в кустарных условиях или же собрать свой собственный цилиндр – довольно нелегкая задача. Для этого нужно специальное оборудование и навыки. Поэтому с такими вопросами лучше обратиться к опытным профессионалам. Фирма ООО «Гидравлика» специализируется на ремонте гидроцилиндров, а также изготовлении гидроцилиндров по вашим заказам. Наша компания занимается всем спектром работ, связанных с гидроцилиндрами. Наши работники занимаются ремонтом штока гидроцилиндров, ремонтируют гидроцилиндры для спецтехники, такой как погрузчики, асфальтоукладчики, экскаваторы, бетононасосы, автокраны и краны манипуляторы. Также мы можем изготовить гидроцилиндр по предоставленным вами чертежам или образцам. Мы гарантируем высокое качество и короткие сроки работы.

Гидроцилиндр: что это такое, как работает, где используется и ГОСТ

Содержание статьи

Что такое гидроцилиндр?

Гидравлический цилиндр – это механизм гидравлической системы, являющийся неотъемлемым рабочим элементом техники разного назначения, главным принципом действия которого является трансформация гидравлической силы в механическую — выходного звена. Процесс превращения силы осуществляется с помощью возвратно-поступательных либо поворотно-прямолинейных движений.

Как выглядит гидроцилиндр

Гидроцилиндр используется при изготовлении строительной, дорожной и сельскохозяйственной техники, располагающей приводами подъёма и опускания конструкций навесного типа – кранов-манипуляторов, ковшей, лопат, сеялок, гидромолотов, плугов, ковшей и т.п. Также часто используются гидроцилиндры для дровокола.

Как устроен гидроцилиндр

Конструктивно механизм гидравлического цилиндра выглядит как гильза – прямая труба с идеально гладкой и чистой внутренней поверхностью изделия. Она наполнена жидкостью, вокруг которой вращается подвижной цилиндрический стержень для её нагнетания или выкачивания. Чтобы исключить протекание имеющейся жидкости, в нём предусмотрены манжеты, изготовленные из пластичной, но прочной резины.

Устройство гидроцилиндра в разрезе

Работа поршня активизируется при поступлении в цилиндр жидкости под достаточно высоким давлением. По бокам гильзы вкручены защитные пробки, предотвращающие вытекание и располагающие специальными отверстиями для транспортировки жидкости в гильзе. Усилие от цилиндрического стержня передаётся предустановленным штоком, характеризующимся полированной, а значит максимально гладкой, поверхностью. В нужном направлении определяет его грундбукс.

Основные узлы, которыми комплектуется механизм в зависимости от области применения техники:

• сама гильза;
• поршень;
• манжеты резиновые;
• грязесъёмник;
• шток и его направляющий грундбукс;
• стопорное кольцо;
• проушина.

На резьбовой стороне штока фиксируется приспособленная для этой функции деталь или проушина, которая соединяет его с подвижным механизмом.

Принцип действия гидроцилиндра

Объёмным гидродвигателем управляют элементы регулировки гидропривода или непосредственно сам гидрораспределитель. Так как гидравлические цилиндры работают на условиях повышенного давления (до 32 Мпа), к функционирующей системе предъявляются повышенные требования. Должна быть максимальная прочность и высокая работоспособность системы, тогда гарантируется надёжная работа гидроцилиндра.

Типы гидроцилиндров

Варианты изделий предполагают разную комплектацию и варианты применяемости. И для удобства их принято подразделять на конкретные типы.

По типу направления действия жидкости:

• Одностороннего действия;
• Двустороннего действия;
• Телескопические модели;
• Дифференциальные;

• количество положений штока: две позиции и много позиций;
• по типу хода: телескопические или одноступенчатые;
• по направлению давления жидкости: одно- или двустороннего действия;
• по наличию торможения: с торможением или без него.

Классификация гидроцилиндров в зависимости от применяемого рабочего звена:

• поршневые с одно- или двусторонним стержнем;
• сильфонные – с рабочим звеном в виде сильфона;
• плунжерные – в которых в качестве поршня используется плунжер;
• мембранные – располагают звеном в виде мембраны.

По типу фиксации в системе агрегаты делятся на варианты с креплениями на шарнирах или более жёстких крепежах.

Одностороннего действия

Такие гидродвигатели характеризуются определённым направлением перемещения штока в нём при повышении давления жидкости. В обычное положение его возвращает пружина, создающая для этого определённые усилия.

Чертеж гидроцилиндра одностороннего действия

В нём осуществляется сопротивление стандартной силе упругости пружины при ровном движении цилиндрического стержня. Функции механизма возвратного типа в таком механизме выполняет пружина. Немного другой способ функционирования наблюдается в домкратах, не располагающие пружиной возвратного типа. При приведении механизма в действие выполняется возврат стержня за счёт привлечения функций другого гидродвигателя или силы тяжести поднимаемого или опускаемого груза.

Двустороннего действия

При обычном движении поршня усилие на штоке достигается путём обеспечения повышенного давления имеющейся жидкости в полостях цилиндра стержневого и поршневого типов.

Чертеж гидроцилиндра двустороннего действия

Прямой ход по сравнению с обратным, характеризуется повышенным усилением на стержне и низкой скоростью движения. Это обусловлено разницей в площадях, к которым применяется сила давления имеющейся жидкости. Этот тип гидродвигателей привлекается для выполнения работ по подъёму и опусканию отвалов во многих марках бульдозеров.

Телескопические

Названы так ввиду особенностей строения конструкции, визуально напоминающей небольшой телескоп и благодаря характерному принципу работы.

Чертеж телескопического гидроцилиндра

Конструктивно механизм выглядит как несколько цилиндров разных диаметров вставленных один в другой. Актуально применять подобные механизмы в ситуациях, в которых необходим большой ход цилиндрического стержня, но размер самого изделия должен быть небольшим. Этот тип механизмов может встречаться в виде одно- и двустороннего действия. Активно эксплуатируется в самосвалах.

Дифференциальные

Этот вид механизмов характеризуется непростой конструкцией, где на поршень, толкающий жидкость, давление оказывается сразу с двух сторон. Площади давления на цилиндрический стержень с разных сторон разные. Скорость движения в соотношении к усилиям в ходах разной направленности является соразмерной соотношению площадей поршня. Соответственно между усилием и скоростью наблюдается взаимосвязь: чем выше скорость, тем ниже усилие и чем ниже скорость, тем выше усилие.

Чертеж дифференциального гидроцилиндра

При эксплуатации гидродвигателя, размеры поршней, которые имеют соотношение 2 к 1 (дифференциальные), обеспечивают идентичную скорость и варианты хода стержня в двух направлениях. Подобные функции для гидроцилиндров с поршнем одностороннего типа без вспомогательных элементов или специальной регулировки не встречаются.

Технические характеристики гидроцилиндров

От характеристик и параметров агрегата зависит сфера применения механизма, а также срок его беспроблемной эксплуатации. Важно знать, из чего он состоит, чтобы при необходимости можно было с лёгкостью приобрести замену неисправной детали.

Главные рабочие параметры:

• Диаметр штока – достаточно важный параметр, который определяет сферу эксплуатации изделия. При выборе важно ориентироваться на тип техники, в которой он будет функционировать. При проектировании гидросистемы конкретной техники обязательно следует учитывать динамику нагрузки на механизм, а также его грузоподъёмность. Это позволяет исключать изгибы стержня при эксплуатации гидроцилиндра.
• Диаметр цилиндрического стержня, главной функцией которого является определение значения тянущего и толкающего усилия;
• характеристики хода цилиндрически стержня – параметра, определяющего движение поршня и размеры механизма в рабочем состоянии.
• конструктивные особенности, которые позволяют определить способы крепления гидроцилиндра.
• тянущее усилие (кг).
• расстояние в нерабочем состоянии по центрам, которые обеспечивают эффективную оценку присоединительных размеров агрегата.
• номинальное давление, исчисляемое в Мпа.
• усилие толкающее (кг).
• масса самого изделия.

Гидравлический цилиндр – устройство, принцип работы, расчет усилия

Работоспособность многих видов силового оборудования как промышленного, так и бытового назначения обеспечивает такое устройство, как гидравлический цилиндр. Выступая в роли приводного двигателя возвратно-поступательного действия, такой механизм при минимальных затратах энергии обеспечивает полный цикл работы силового оборудования, используемого в строительстве, в различных отраслях промышленности, на предприятиях сельскохозяйственной отрасли и в быту. Наибольшее распространение гидравлические цилиндры получили в качестве основного элемента оснащения прессового оборудования, активно используемого для решения различных задач.

Гидроцилиндр представляет собой объемный гидродвигатель, преобразующий энергию потока жидкости в механическую энергию

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция любого гидравлического цилиндра включает в себя следующие элементы:

Несколько отличаются по конструкции плунжерные гидроцилиндры, в которых плунжер одновременно выполняет функции поршня и штока.

Схема гидравлического цилиндра

Принцип работы гидроцилиндра любого типа основан на оказании давления рабочей жидкости на поршень. В результате воздействия на поршень гидроцилиндра шток начинает совершать циклическую работу, передавая усилие на рабочий узел обслуживаемого устройством оборудования. Таким рабочим узлом, функционирование которого обеспечивает цилиндр гидравлический, в зависимости от типа и назначения оборудования может быть уплотняющая платформа, гибочный или прессующий механизм, а также устройство любого другого типа, обеспечивающее передачу усилия гидроцилиндра конечному получателю силовой энергии.

Устройство раздвижного гидравлического цилиндра

Поскольку усилие, создаваемое гидравлическим цилиндром, как уже говорилось выше, формируется за счет давления, оказываемого рабочей жидкостью на поршень, свойства данной жидкости оказывают значительное влияние на эффективность использования, технические и эксплуатационные характеристики самого цилиндра. В качестве рабочей жидкости для гидравлических цилиндров поршневого или плунжерного типа, как правило, используется специальное масло, которое должно отвечать определенным требованиям по целому ряду параметров:

• химическому составу и плотности;
• значениям температур, при которых рабочая жидкость сохраняет свои изначальные характеристики;
• склонности рабочей жидкости к развитию окислительных процессов.

Для приведения в действие гидравлических цилиндров различных типов и моделей рабочую жидкость в их внутреннюю камеру нагнетают при помощи ручного или электрического насоса.

Основные разновидности

Различные типы гидравлических цилиндров выделяют по целому ряду параметров. Так, в зависимости от числа положений, которые может занимать шток устройства, оно может быть:

В зависимости от характера хода поршня и штока различают следующие виды гидроцилиндров:

• одноступенчатые устройства;
• гидроцилиндры телескопического типа.

Принцип действия гидроцилиндров различного типа

Телескопическое устройство одностороннего типа или телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия применяют в тех случаях, когда необходимо, чтобы величина вылета штока превышала длину корпуса гидравлического цилиндра. Гидроцилиндр телескопического типа состоит из нескольких цилиндров, которые вложены один в другой, при этом корпус каждого последующего из таких цилиндров является штоком предыдущего.

В зависимости от того, в скольких направлениях действует рабочая жидкость гидравлического цилиндра, это может быть:

• гидроцилиндр одностороннего действия;
• устройство с двухсторонним штоком.

Гидроцилиндры с двухсторонним штоком ЦГ1 и ЦГ2, предназначенные для монтажных работ и проведения спасательных операций

Рабочая жидкость в гидравлических цилиндрах одностороннего действия действует на поршень только в одном направлении. Для выполнения обратного действия с односторонним штоком, то есть осуществления его движения в обратном направлении, используются пружинные элементы. Применение возвратной пружины в конструкции гидравлических цилиндров одностороннего действия приводит к тому, что они создают меньшие усилия, чем двусторонние гидроцилиндры, поршням которых не приходится преодолевать силу упругости пружинного элемента.

Конструктивная схема гидравлических цилиндров двухстороннего действия разработана таким образом, что рабочая жидкость оказывает воздействие сразу на две противоположно расположенные плоскости. Одной из модификаций гидроцилиндра двухстороннего действия является устройство, оснащенное сразу двумя штоками, располагаемыми с противоположных сторон поршня. Схема подключения гидравлического цилиндра двухстороннего действия предусматривает, что одна часть его внутренней камеры соединяется с напорной магистралью гидравлической системы, а вторая – со сливной.

Схема гидроцилиндра двухстороннего действия

При использовании двухстороннего гидравлического цилиндра, оснащенного одним штоком, следует учитывать тот факт, что такое устройство при движении поршня в прямом направлении создает большее усилие, чем при обратном движении. Объясняется это тем, что площади рабочих плоскостей поршня со стороны расположения штока и с его обратной стороны различаются, соответственно, при воздействии рабочей жидкости на эти плоскости создается давление различной величины.

Устройство гидроцилиндра может предусматривать наличие специального механизма, отвечающего за торможение штока. В зависимости от наличия или отсутствия такого механизма в конструкции среди гидравлических цилиндров выделяют устройства с торможением и без него.

Традиционная конструкция гидроцилиндра с торможением в конце хода

Разделение гидравлических цилиндров на разные виды осуществляется и в зависимости от типа основного рабочего элемента, который использован в их конструкции. Так, выделяют:

• плунжерный гидроцилиндр;
• устройство, которое работает за счет установленной в нем мембраны;
• гидроцилиндр сильфонного типа;
• гидроцилиндр поршневого типа, который, как уже говорилось выше, может быть оснащен одним или двумя рабочими штоками.

Конструктивное исполнение оказывает непосредственное влияние на характеристики гидравлических цилиндров. Это следует учитывать при подборе таких устройств для оснащения оборудования определенного назначения.

Цилиндр вытяжной гидравлический JTC, развивающий усилие в 10 тонн

Основные характеристики

Осуществляя подбор гидроцилиндра, следует ориентироваться на его параметры, которые можно разделить на две основные группы:

• характеризующие силовой потенциал гидравлического цилиндра;
• относящиеся к конструктивным особенностям устройства.

С точки зрения силового потенциала важнейшим параметром гидравлического цилиндра является создаваемое им усилие. Различные модели гидравлических цилиндров, предлагаемых на современном рынке, способны создавать давление, значение которого варьируется в диапазоне от 2 до 50 тонн, при этом минимальные усилия (до 10 тонн) создают односторонние гидроцилиндры, а максимальные – двухсторонние.

Гидроцилиндры выпускаются с гравитационным, гидравлическим или с пружинным возвратом штока, а также с фиксирующей гайкой

Зная размеры гидроцилиндров, а также давление, которое оказывает рабочая жидкость на их поршень, можно выполнить расчет усилия, создаваемого на штоке. Для того чтобы выполнить расчет гидроцилиндра с целью определения усилия, создаваемого штоком, достаточно перемножить значения давления рабочей жидкости и площади поршня, на которую она воздействует. При выполнении таких расчетов важно учесть потери на трение, для чего используется специальный коэффициент, который подставляется в используемую формулу.

Расчет основных параметров гидроцилиндра

Чтобы определить геометрические параметры выбираемого устройства, не обязательно изучать чертежи гидроцилиндра, для этого достаточно разобраться в его маркировке. Так, маркировка гидроцилиндров, требования к которой оговариваются положениями соответствующего ГОСТа, содержит информацию о следующих геометрических параметрах:

• диаметре рабочей поверхности поршня;
• диаметре и ходе штока насоса.

Кроме того, маркировка гидроцилиндров содержит сведения о:

• конструктивном исполнении насоса;
• типе устройства (одно- или двухстороннего действия).

Ориентируясь на обозначения гидроцилиндров, можно также определить, для каких климатических условий предназначена та или иная модель.

Маркировка поршневых гидроцилиндров по ОСТ 22-1417-79

Эффективность работы гидравлического цилиндра обеспечивается не только его конструктивным исполнением и техническими параметрами, но и характеристиками элементов гидравлической системы, работающей в связке с таким устройством. Гидроцилиндр, состоящий из рабочей камеры, поршня и штока, нуждается в подаче рабочей жидкости в требуемом объеме и под определенным давлением, степень чистоты и другие характеристики которой должны соответствовать определенным требованиям.

Соблюдение таких требований обеспечивают элементы гидравлических систем, выбору и техническому обслуживанию которых, как и выбору самого гидравлического цилиндра, следует уделять особое внимание.

Гидроцилиндр: принцип работы, устройство и применение

Данный прибор в общем смысле представляет из себя объемный двигатель с возвратно-поворотными или возвратно-поступательными движениями. Принципы работы гидроцилиндра широко используются в космонавтике, авиации, строительстве дорог, а также на подъемно-транспортных машинах и в землеройной отрасли. Механизм нашел применение в различном оборудовании, включая кузнечнопрессовые машины и металлорежущие станки.

Описание устройства

Если рассмотреть простейший случай, то можно сказать, что гидроцилиндр — это гильза в форме цилиндрической трубки с внутренней поверхностью, подвергшейся тщательной обработке. Внутри устройства находится специальный поршень с манжетами в виде уплотнений из резины. Последние служат для того, чтобы рабочая жидкость не перетекала через разделенные полости цилиндра. В эксплуатации применяются особые минеральные масла. Устройство и принцип работы гидроцилиндра подразумевают подачу жидкости в полость. Поршень получает определенное давление и начинает перемещаться.

Правильный подбор устройства предполагает знание некоторых важных характеристик. Для начала следует выбрать подходящий диаметр поршня, то есть значение толкающего или тянущего усилия гидроцилиндра. Немалую роль играет также и значение диаметра штока. Выбирается этот параметр в зависимости от требуемой грузоподъемности и уровня динамической нагрузки. При неверно подобранном значении возможно изгибание штока в процессе эксплуатации. Ход поршня, в свою очередь, влияет на направление движения рабочего органа и общие размеры устройства в разложенном состоянии. В собранном виде габариты определяются расстояниями по центрам. Способ крепления гидроцилиндра зависит от его конструктивного исполнения.

Общий принцип работы

На полированную поверхность стержня передается усилие от поршня через шток. Правильное направление определяется при помощи грундбукса. Процессы подвода и отведения рабочей жидкости в цилиндре происходят через две укрепленных в гильзе крышки. Также у штока присутствует уплотнение из нескольких манжет. Первая из них служит для предотвращения утечки рабочей жидкости из гидроцилиндра, а вторая собирает попадающую внутрь грязь. Подвижный механизм и шток на резьбе соединяются специальной деталью или проушиной, которая обеспечивает подвижное закрепление корпуса агрегата.

Существует два основных принципа работы гидроцилиндра — с управлением при помощи гидрораспределителя или благодаря определенным средствам для регулировки гидравлического привода. При этом все действующие механизмы изготавливаются с повышенными показателями прочности и надежности. Конструктивные элементы вроде цилиндра и блока управления функционируют при высоких давлениях до 32 МПа. Для того чтобы лучше понять механизмы действия таких агрегатов, следует рассмотреть их основные актуальные разновидности.

Гидроцилиндры одностороннего действия

В таких устройствах шток выдвигается посредством давления рабочей жидкости в полости поршня. Возвращение в исходное положение осуществляется пружинным усилием. Если сравнивать с принципом работы двухстороннего гидроцилиндра, то можно отметить один важный нюанс. При прочих равных усилие в одностороннем агрегате создается меньшее. Это происходит за счет того, что прямой ход штока подразумевает необходимость преодоления силы упругости пружины в рассматриваемом механизме.

Ярким примером гидроцилиндра одностороннего действия может служить обыкновенный домкрат. В данном случае пружина применяется в качестве основного возвратного элемента. При этом в ряде случаев вовсе нет нужды в использовании этой детали. К примеру, возврат может происходить за счет силы тяжести поднятого груза, другого агрегата или же посредством приводного механизма.

Гидроцилиндры двустороннего действия

Здесь рабочая жидкость также создает давление на шток. В качестве полости гидроцилиндра выбирается, соответственно, поршневая или штоковая. Прямой ход способен создавать большее усилие, однако скорость движения рабочей жидкости получается меньшей. При обратном движении картина ровно противоположная.

Такой принцип работы гидроцилиндра двухстороннего действия основывается на разнице в площадях, к которым происходит непосредственное приложение силы давления рабочей жидкости. Подобные устройства повсеместно встречаются, к примеру, при операциях подъема и опускания отвалов у большинства бульдозеров. Главную роль при этом играет эффективная площадь поперечного сечения.

Функционирование гидрозамков

Конструктивное исполнение данного элемента базируется на том, к какому типу принадлежит гидроцилиндр. Для одностороннего устройства характерно наличие седла, запорно-регулирующего элемента в форме шарика, поршня с толкателем, а также пружины. Принцип работы гидроцилиндра и его замка заключается в том, что при отсутствии давления в линии управления рабочая жидкость перетекает из одного канала в другой, тем самым сдвигая шарик. Однако обратного хода не происходит, потому как под действием потока запорно-регулирующий элемент крепко прижимается к седлу. Если же давление в линии управления присутствует, то рабочая жидкость беспрепятственно перемещается между двумя каналами.

В сдвоенном гидрозамке совмещаются сразу два обратных клапана. Они располагаются в одном корпусе так, что линия управления каждого из них соединяется со входом другого. Принцип работы гидрозамка гидроцилиндра в таком случае основан на том, что рабочая жидкость движется в обратном направлении только при наличии давления в отсеке. При этом каждая из двух сторон механизма работает независимо.

Варианты конструкции

Среди основных типов отмечают плунжерные, поршневые и телескопические устройства. Принцип работы плунжерного гидроцилиндра подразумевает подачу рабочей жидкости в полость, где плунжер начинает свое смещение из-за действия повышенного давления. Вернуться в исходное состояние агрегат способен благодаря воздействию внешнего усилия на торец штока.

Поршневые гидроцилиндры наиболее распространены. Основным отличием таких устройств от плунжерных является возможность к созданию толкающего или тянущего усилия. Штоковая полость сообщается через сапун с атмосферой, однако попадания частиц пыли и грязи на рабочую поверхность не происходит.

Телескопические гидроцилиндры

Свое название эти устройства получили за счет внешнего сходства с телескопами или подзорными трубами. Универсальность данных гидроцилиндров позволяет применять в их основе как односторонние, так и двухсторонние механизмы. Наиболее часто используются для операций подъема и опускания кузовов самосвалов. Принципы работы гидроцилиндра телескопического типа предполагают наличие большого хода поршня при относительно компактных габаритных размерах самого устройства.

Какие бывают гидроцилиндры

В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.

По числу положений штока:

По характеру хода:

По направлению действия рабочей жидкости:

• Одностороннего действия
• Двухстороннего действия

По возможности торможения:

По виду рабочего звена:

• Плунжерные
• Мембранные
• Сильфонные
• Поршневые:
  • С односторонним штоком
  • С двухсторонним штоком

Гидроцилиндр с односторонним штоком

Основные элементы конструкции двухстороннего гидроцилиндра с односторонним штоком показаны на рисунке:

1. шток
2. передняя крышка
3. гильза
4. поршень
5. гайка
6. задняя крышка
7. грязесъемник
8. манжета штоковая
9. кольцо направляющее штоковое
10. манжета поршневая
11. кольцо резиновое
12. кольцо направляющее поршневое

Рабочая жидкость от насоса, через распределитель направляется в одну из полостей (поршневую или штоковую), противоположная полость соединятся со сливом.

При поступлении жидкости в поршневую полость шток гидроцилиндра выдвигается, при необходимости преодолевая усилие нагрузки.

При поступлении рабочей жидкости в штоковую полость шток гидроцилиндра втягивается.

Герметичность рабочих камер обеспечивается манжетными уплотнениями, не позволяющими перетекать жидкости из поршневой полости в штоковую. В крышке гидроцилиндра также устанавливают манжету для уплотнения штока, и грязесъемник для предотвращения попадания частиц загрязнения в полость цилиндра.

Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Усилие и скорость перемещения поршня со штоком при прямом и обратном ходе будут различными. Если необходимы одинаковые усилия или одинаковы скорости перемещения выходных звеньев, то используют гидроцилиндры с двухсторонним штоком.

В гидравлических цилиндрах этого типа один поршень связан с двумя штоками.

Устройство гидроцилиндров одностороннего действия

Гидроцилиндры одностороннего действия способны развивать усилие лишь в одном направлении. Обратный ход таких цилиндров осуществляется под действием пружины, силы тяжести, или внешнего воздействия на шток.

Плунжерный гидроцилиндр

В гидроцилиндрах этого типа жидкость воздействует на плунжер, расположенный в рабочей камере. Обратный ход осуществляется за счет внешних сил или силы тяжести.

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

При поступлении рабочей жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход, пружина, расположенная в штоковой полости сжимается — шток выдвигается. Обратный ход осуществляется за счет усилия пружины, поршневая полость при этом соединяется со сливом. Пружина может устанавливаться как в поршневой, так и в штоковой полости.

Телескопические гидроцилиндры

В телескопических гидроцилиндрах один шток размещен в полости другого штока. Это позволяет получить большую величину перемещения выходного звена при неизменных габаритах, так как в телескопических цилиндрах ход может превышать длину гильзы.

Телескопический гидроцилиндр одностороннего действия

Рабочая жидкость подводится в полость цилиндра через заднюю крышку. Секции выдвигаются последовательно — в первую очередь движение начнет секция с наибольшей эффективной площадью, затем с меньшей. Скорость при выдвижении каждой последующей секции будет увеличиваться, а усилие падать, в связи уменьшением эффективной площади. По этой причине расчетным должно быть усилие на секции с минимальной эффективной площадью.

Обратный ход осуществляется под действием внешних сил, рабочая полость при этом соединяется со сливом.

Телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия

Подвод рабочей жидкости в представленной на рисунке конструкции осуществляется через шток. Выдвижение секций, осуществляется в том же порядке, что и в телескопических гидроцилиндрах одностороннего действия. Обратный ход обеспечивается подводом рабочей жидкости в штоковую полость, поршневая полость при этом соединяется со сливом.

Комбинированные гидроцилиндры

Для увеличения усилия на штоке гидроцилиндра, при отсутствии возможности увеличения наружного диаметра, используют тандемные или последовательно установленные гидроцилиндры. Схема сдвоенного гидроцилиндра показана на рисунке.

В данном случае увеличение усилия достигается за счет добавления второй рабочей камеры и дополнительного поршня, что позволяет увеличить эффективную площадь гидроцилиндра.

Характеристики гидроцилиндров

Основные параметры гидроцилиндров можно разделить на несколько групп.

Геометрические параметры

Диаметр поршня (гильзы), иногда его называют диаметром гидроцилиндра, наиболее распространенными являются диаметры: 10, 12, 16, 20, 25, 28, 30, 32, 35, 38, 40, 45, 50, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 миллиметров и т.д. кратное 5мм.

Диаметр штока, стандартизированы следующие диаметры штоков гидравлических цилиндров: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 миллиметров.

Ход — величина максимально возможного перемещения поршня со штоком или плунжера гидроцилиндра

Гидравлические параметры

Номинальное рабочее давление — давление, при котором гидроцилиндр будет работать в номинальном, расчетном режиме, при этом сохраняя параметры работы и надежности, гарантированные производителем. Величина давления в гидроцилиндре определяется значением нагрузки, при этом она может быть ограничена настройки предохранительного или редукционного клапана. При отсутствии нагрузки давление в цилиндре обуславливается только потерями на трение.

Расход жидкости, поступающий в гидроцилиндр.

Механические параметры

Усилие развиваемое гидроцилиндром — пропорционально давлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.

Скорость перемещения штока — определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр и его эффективным диаметром, а также диаметром отверстий для подачи масла.