Видове хидравлични цилиндри: Ръководство за оразмеряване и избор

Хидравличните цилиндри осигуряват контролирана линейна сила в багери, селскостопански машини, преси,-системи за обработка на материали, морско оборудване и фабрична автоматизация.

Правилният цилиндър зависи от нещо повече от отвор и ход. Изискваната сила, пространството за монтаж, посоката на натоварването, налягането, околната среда, работният цикъл и геометрията на монтажа влияят върху избора. Това ръководство обяснява основните типове цилиндри, тяхната конструкция, основни размери и информацията, която купувачите от САЩ трябва да съберат, преди да поръчат стандартна или персонализирана единица.

Видове хидравлични цилиндри и къде се използват

Хидравличните цилиндри могат да бъдат класифицирани по метод на задействане, вътрешен дизайн, конструкция и разположение на монтажа. Категориите се припокриват. Един заварен цилиндър, например, може да бъде и с двойно-действие, докато телескопичният цилиндър може да бъде с единично- или двойно-действие.

*Тези цифри са широк диапазон на приложение, а не универсални оценки. Винаги използвайте работното-налягане и изпитателно-налягане на производителя.

Еднодействащи-и двойнодействащи цилиндри

A цилиндър-с едно действие използва хидравлично налягане, за да движи буталото в една посока. Гравитацията, пружина или външно натоварване обикновено осигуряват обратното движение. Тази подредба работи добре за приложения като повдигане-на каросерия, където не е необходимо задвижвано прибиране.

A двойно{0}}действащ цилиндърима отвори за налягане от двете страни на буталото, така че хидравличното масло контролира удължаването и прибирането. Това е по-добрият избор, когато една машина се нуждае от контролирано движение в двете посоки, постоянни времена на цикъла или точно позициониране.

Телескопични цилиндри

A телескопичен хидравличен цилиндърнаричан още многостепенен цилиндър, съдържа няколко вложени тръбни етапа. Основното му предимство е съотношението на хода към прибрана дължина. Сравнително къс затворен цилиндър може да се удължи до няколко пъти първоначалната си дължина.

Този дизайн е често срещан при самосвали, ремаркета, оборудване за отпадъци, повдигащи платформи и други машини с ограничено пространство за монтаж.

Безмоторни цилиндри

Цилиндърът без прът прехвърля движението на буталото към външна каретка без конвенционален прът, излизащ от тялото. Осигурява дълъг ход, където няма достатъчно място както за цилиндър, така и за удължен прът.

Насочването на товара е основното ограничение. Движещият се товар обикновено трябва да има външно насочване, вместо да принуждава цилиндъра да поема големи моменти или странични натоварвания.

Бутало, -закрепващ прът и заварени цилиндри

Бутало или бутален цилиндър създава сила на натиск чрез бутало с голям-диаметър и обикновено се използва за повдигане и натискане.

Цилиндрите с -закрепваща щанга използват пръти с външна резба, за да държат крайните капачки заедно. Техните стандартизирани монтажни размери и удобна за обслужване конструкция ги правят често срещани в индустриалните машини.

Заварените цилиндри използват заварен цилиндър и структура на крайната{0}}капачка. Те имат компактна обвивка и висока структурна здравина, която е подходяща за мобилно хидравлично оборудване.

Компоненти на цилиндъра и монтажни конфигурации

 

Повечето конвенционални хидравлични цилиндри съдържат едни и същи основни части:

- Цилиндърът съдържа налягане и направлява движението на буталото.
- Буталото разделя камерите под налягане и преобразува налягането в сила.
- Буталният прът предава тази сила към машината.
- Цилиндровата глава и капачката затварят цевта и поддържат вътрешните части.
- Лагерът или водачът на пръта поддържа пръта и поддържа центровката.
- Уплътненията на буталото и пръта ограничават вътрешното и външното изтичане на масло.
- Чистачката предпазва мръсотията и влагата от навлизане около пръта.
- Хидравличните портове свързват цилиндъра с клапани, маркучи или тръби.

Диаграма с надпис в разрез до този раздел може да помогне на купувач, който не е инженер, да идентифицира цевта, буталото, пръта, уплътнението, уплътненията и портовете.

Често срещани видове монтаж

Фланцовите стойки осигуряват твърдо закрепване и се справят ефективно с аксиалните натоварвания, когато са правилно подравнени.

Стойки за крака или странични -уши закрепват корпуса на цилиндъра към рамата на машината. Те изискват внимателно подравняване, за да се предотврати странично натоварване.

Скобата и скобите за щифтове-уши позволяват на цилиндъра да се върти, докато механизмът се движи. Те са често срещани при строителна и селскостопанска техника.

Стойките позволяват ъглово движение около фиксиран шарнир и отговарят на механизми, при които цилиндърът променя ъгъла чрез хода.

Краищата на сферичните-лагерни пръти позволяват ограничено ъглово отклонение и са полезни в шарнирни механизми, носещи големи натоварвания.

Който и монтаж да се използва, той трябва да следва действителния път на натоварване. Хидравличният цилиндър е проектиран предимно за аксиална сила, а не като структурен водач. Неправилното центриране може да причини преждевременно износване на уплътненията на пръта, надраскване, неравномерно износване на цевта, увързване, огъване на пръта и умора около заварки или опори.

Закрепените и сферичните стойки обикновено са подходящи за механизми, които се движат по дъга. Твърдият фланец и опорите на крака изискват особено точно подравняване.

Стандартите на NFPA се отнасят за инчови-серийни отвори и размери на пръти, промишлени монтажни размери, портове, изкълчване и методи за-оценка на налягането. Те са особено подходящи, когато оборудването на САЩ изисква взаимозаменяемост.

Изчисления на размери, сила и налягане

Оразмеряването на цилиндъра започва с връзката между налягането, площта на буталото и силата:

**Сила=налягане × площ**

или:

**F = P × A**

където:

- **F**=сила в паундове-сила (lbf)
- **P**=хидравлично налягане в psi
- **A**=ефективна площ на буталото в квадратни инчове

За разширение:

**A=π × Диаметър² ÷ 4**

За прибиране:

**A=Площ на буталото − Площ на пръта**

Тъй като прътът намалява ефективната площ от едната страна на буталото, конвенционален един-прътов, двойно-действащ цилиндър обикновено произвежда по-малко теглителна сила, отколкото бутаща сила при същото налягане.

Пример 1: Необходим отвор за 10 000 lbf при 3 000 psi

Необходима сила:

**F=10,000 lbf**

Налично налягане:

**P=3,000 psi**

Необходима площ на буталото:

**A = F ÷ P**

**A=10,000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Диаметър на отвора:

**Отвор=√(4A ÷ π)**

**Отвор ≈ 2,06 инча**

2,06-инчов отвор е теоретичният минимум. Действителният дизайн трябва също така да позволява триене, загуба на налягане, промяна в натоварването и подходящ резерв на безопасност. Следователно може да бъде избран следващият подходящ стандартен отвор, вместо да се посочи точният теоретичен размер.

Дебит и скорост на цилиндъра

Потокът до голяма степен определя скоростта на цилиндъра:

**Скорост=поток ÷ ефективна площ**

Един американски галон е приблизително 231 кубични инча. Следователно:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/sec**

Пример 2: Приблизително време за удължаване на телескопичния-цилиндър

Помислете за опростен три{0}}степенен, единично{1}}действащ телескопичен цилиндър, доставян при 10 GPM.

| Етап|Ефективен диаметър|Площ|Инсулт |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Етап 1|4,0 инча|12,57 инча|20 в |
| Етап 2|3,0 инча|7,07 инча|20 в |
| Етап 3|2,25 инча|3,98 инча|20 в |

При 38,5 in³/sec Етап 1 се движи при:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 инча/сек**

Времето му за удължаване е:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 сек**

За Етап 2:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 инча/сек**

**Време ≈ 3,7 сек**

За Етап 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 инча/сек**

**Време ≈ 2,1 сек**

Приблизителното общо време за удължаване е:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 секунди**

Това е опростено изчисление. Един действителен дизайн на телескопичен-цилиндър трябва да използва ефективните работни площи на производителя и да отчита последователността, вътрешната геометрия, триенето, загубата на налягане и промените в натоварването.

Често срещани грешки при оразмеряване

Преди да направите поръчка, проверете дали калкулацията не включва:

- Използва се площ на целия отвор вместо пръстеновидна зона за сила на прибиране
- Игнорирана загуба на налягане през клапани и маркучи
- Избрахте цилиндъра единствено от максималното налягане в системата
- Пренебрегнато изкълчване на пръта по време на дълъг ход на компресия
- Неуспешно отчитане на странично зареждане
- Подоразмеряване на хидравличния поток за необходимото време на цикъл
- Пренебрегнато омекотяване в края на хода

Онлайн калкулатор може да опрости тази работа. Полезните данни включват отвор, диаметър на пръта, ход, налягане, поток, натоварване и коефициент на безопасност. Резултатите могат да включват сила на разтягане и прибиране, обем на маслото и очаквано време за пътуване.

Материали, уплътнения, покрития и стандарти

Материалите трябва да отговарят както на механичното натоварване, така и на работната среда. Въглеродната стомана се използва широко за варели и структурни части. Морските, хранително-преработвателните, химическите и силно корозивните приложения може да изискват неръждаема стомана.

Буталните пръти обикновено използват закалена стомана с твърдо хромирано покритие. Сериозната корозия или абразивното обслужване може да наложи индукционно втвърдяване, нитрокарбюризация, неръждаеми прътови материали или HVOF-нанесени износо-устойчиви покрития като WC-CoCr. Боя, прахово покритие, предварителна обработка с фосфат и други защитни системи също се използват върху външните части.

Уплътнителният материал има също толкова голямо значение:

| Уплътнителен материал|Типична якост |
| --- | --- |
| NBR|Общи хидравлични услуги за минерално{0}}масло |
| HNBR|Подобрена устойчивост на температура, износване и стареене |
| Полиуретан (PU)|Силна устойчивост на абразия и екструзия |
| PTFE|Ниско триене и широка химическа съвместимост |
| FKM|Устойчиви на-температура и химикали приложения |

Температурните граници и съвместимостта на течността зависят от съединението, а не само от семейството на полимерите. Ръководството за уплътняване на Parker, например, показва, че NBR, HNBR, FKM, TPU и други материали могат да бъдат избрани по различен начин според типа течност и дали уплътнението е статично или динамично.

Защитата от корозия се нуждае от особено внимание при крайбрежни услуги, морски машини и-снегопочистващо оборудване, изложени на пътна сол.

ASTM B117-26 е настояща практика в САЩ за контролирано тестване със солев-спрей на метали и метали с покритие. ASTM предупреждава да не се третират резултатите от-пръскане със сол като директни прогнози за живота в реалния свят.

Съответните стандарти могат също да включват ISO 6020-2 за определени метрични бутилки с налягане 160 бара и ISO 6022 за серийни бутилки с налягане 250 бара. ISO 6022:2006 остава актуален към момента на писане, докато се разработва заместващо издание. Спецификациите на поръчката трябва да потвърждават текущата редакция, когато поръчката е направена.

Приложения, поддръжка и режими на повреда

Различните среди предпочитат различни дизайни:

- Строителното оборудване обикновено използва компактни заварени, двойно{1}}действащи цилиндри, направени да издържат на ударни натоварвания.
- Селскостопанското оборудване често използва заварени цилиндри със скоба, напречна-тръба или щифтове, тъй като механизмът се движи под променящи се ъгли.
- Самосвалите и ремаркетата използват телескопични цилиндри, за да постигнат дълги ходове на повдигане в ограничено пространство за монтаж.
- Индустриалните преси и фабричното оборудване често използват -закрепваща щанга или тежкотоварни-цилиндри-в стил мелница, където повторяемостта и възможността за обслужване са от значение.
- Морското и пристанищното оборудване се нуждае от допълнителна защита от корозия и внимателен подбор на пръти и уплътнения.

Често срещаните повреди включват теч от външно-уплътнение на пръта, вътрешно изтичане на-уплътнение на бутало, надраскване или корозия на пръта, огънати пръти, износени лагери на пръта, повреда на цевта, пукнатини от умора около заварки или опори, прегряване, аерация или кавитация и-свързано със замърсяване увреждане на уплътненията и повърхностите.

Ако цилиндърът се отклони под натоварване, определете дали маслото заобикаля уплътненията на буталото или изтича през насочващия или управляващия клапан.

Когато се появи външен теч, проверете пръта, преди да смените уплътнението. Ново уплътнение, минаващо върху надраскана или корозирала повърхност, може бързо да се повреди отново.

Възстановяването може да бъде икономично, когато уплътненията и износващите се части са повредени, но цевта, прътът и структурните части остават в допустимите граници. Замяната обикновено е по-привлекателна, когато прътът е силно огънат, цевта има дълбоки надрасквания, структурните заварки са напукани, корозията е силна, частите не са налични или цената на ремонта се доближава до цената на нов цилиндър.

Какво купувачите от САЩ трябва да включат в RFQ

Една полезна заявка за оферта трябва да включва:

- Тип цилиндър
- Диаметри на отвора и пръта
- щрих
- Прибрана и удължена дължина
- Работно и върхово налягане
- Необходима сила на натискане и издърпване
- Работна скорост
- Стил на монтаж и връзка-край на пръта
- Тип, размер и позиция на порта
- Хидравлична течност и работна температура
- Работен цикъл
- Излагане на открито или корозивно излагане
- Количество
- Чертежи или съществуващ партиден номер на цилиндър
- Изисквания за тестване и сертифициране

Стандартните резервни цилиндри може да струват стотици долари. Специализираните заварени, телескопични, неръждаеми, с голям-отвор, оборудвани-сензори и персонализирани-изработени модули могат бързо да струват хиляди.

Времето за изпълнение също варира. Продуктите на склад могат да бъдат доставени бързо, докато цилиндрите по поръчка често отнемат няколко седмици. Настоящите примери на производители показват приблизително 3 до 8 седмици за много персонализирани проекти, с по-дълги графици за необичайно големи или сложни системи.

Когато се снабдявате с персонализиран цилиндър в чужбина, сравнете одобрение на прототип, тестване под налягане, документация, опаковане, превоз по море или въздух, комплекти резервни уплътнения, гаранционна поддръжка и наличност на резервни-части, както и единична цена.

Подготовка за избор на цилиндър

Започнете с пълното приложение, а не само с размера на отвора. Сила, ход, монтажна геометрия, налягане, поток, среда, работен цикъл, стабилност на пръта, уплътнителен материал и налично пространство, всички те влияят върху крайния дизайн.

Подгответе отвора, диаметъра на пръта, хода, монтажните размери, работното налягане, подробностите за приложението и съществуващите чертежи, преди да поискате инженерен преглед или оферта.

Полезни помощни ресурси могат да включват:

- Калкулатор за сила на хидравличен цилиндър
- Шаблон на Excel-оразмеряване на цилиндър
- PDF спецификация на хидравличния цилиндър
- Контролен списък за инсталиране и поддръжка
- Персонализиран-формуляр за запитване за цилиндър

Компаниите, които предлагат гарантирано време за отговор, поддръжка по телефона в САЩ, бързи прототипи или цилиндри за проби, трябва да посочат тези конкретни ангажименти до бутона RFQ, вместо да разчитат на общи твърдения.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между единично-действащи и двойно-действащи цилиндри?

Еднодействащите-цилиндри използват хидравлично налягане в една посока и разчитат на гравитация, пружина или външен товар за връщане. Двойно{2}}действащите цилиндри използват натиск за удължаване и прибиране, което ги прави по-подходящи за контролирано двупосочно движение.

Как се сравняват телескопичните цилиндри със стандартните цилиндри?

Телескопичните цилиндри осигуряват много по-дълъг ход в сравнение с тяхната прибрана дължина. Те са подходящи за инсталации с ограничено пространство, но изискващи дълъг път, въпреки че многостепенната им конструкция прави проектирането и поддръжката по-сложни.

Кога цилиндърът без прът е по-добър избор?

Цилиндърът без прът работи добре, когато се изисква дълъг линеен ход, но няма достатъчно място за удължен бутален прът. Движещият се товар обикновено трябва да има външно насочване, тъй като прекомерните моменти и страничните натоварвания съкращават живота на цилиндъра.

Как да изчисля отвора, размера на пръта и налягането?

Използвайте **F=P × A**, за да намерите площта на буталото, необходима за целевата сила. След това изберете отвора, диаметъра на пръта, системното налягане и коефициента на безопасност, докато проверявате силата на прибиране, изкълчването на пръта, изискванията за поток и загубата на налягане.

Коя монтажна конфигурация минимизира страничното натоварване?

Никой монтаж не е най-подходящ за всяка машина. Закрепващи скоби с скоба, цапфа, щифт-ухо и сферични-лагери отговарят на въртящи се механизми. Стойките на фланеца и краката работят добре, когато товарът е точно подравнен с оста на цилиндъра.

Кои уплътнения и покрития са подходящи за крайбрежна или пътна{0}}солна среда?

Корозивните среди може да изискват неръждаеми компоненти, подобрени прътови и външни покрития и уплътнения, съобразени както с течността, така и с работната температура. Тестването-напръскване на сол може да сравни системите за покритие, но не предсказва директно експлоатационния живот на открито.

Какво трябва да проверя преди да сменя цилиндър?

Проверете за външни течове, набраздяване на пръта, корозия, разместване, огъване, вътрешно изтичане, изтичане на клапана, замърсяване, износване на монтажа, скокове на налягането и необичайни температури. Много повреди,-свързани с уплътненията, са поправими, докато структурни повреди или тежки повърхностни повреди може да оправдаят подмяната.