Гидроцилиндры

Описание

Гидроцилиндры (демоверсия)

1 Область применения гидроцилиндров

Гидроцилиндр является объемным гидродвигателем, преобразующим энергию потока масла подаваемого под давлением в поступательное движение его выходного звена – штока. Он являются наиболее востребованным и часто применяемым типом гидродвигателя, поскольку позволяет обеспечить привод широкого спектра механизмов машин, оборудования и оснастки с самой разнообразной кинематикой движения. При этом гидроцилиндр позволяет реализовать практически любой цикл (непрерывный или с наличием остановок) и режим работы, обеспечивая различную величину скорости, перемещения и развиваемого усилия выходным звеном приводимого механизма. Независимо от области применения все варианты использования гидроцилиндров можно разделить на два вида:

• гидравлический привод, в котором шток гидроцилиндра непосредственно связан с поступательно перемещающимся выходным звеном приводимого механизма (ползуном, кареткой),
• гидравлический привод, в котором шток гидроцилиндра шарнирно соединен с ведущим звеном приводимого механизма (кривошипом, кулисой, коромыслом), совершающим вращательное, качательное или сложное движение

Рис 1 Общий вид вертикального и горизонтального гидравлических прессов

Примером первого варианта использования гидроцилиндров могут служить различного рода гидравлические пресса. На Рис 1а показан общий вид двухстоечного гидравлического пресса, в котором исполнительный механизм содержит, установленный на верхней траверсе станины гидроцилиндр, шток которого закреплен на ползуне, выполненным в виде горизонтальной плиты с вертикальными цилиндрическими направляющими. На Рис 1б показан общий вид горизонтального пресса усилием 100 т. предназначенного для сборки и разборки прессовых соединений.

Рис 2 Традиционная конструкция схвата манипулятора с гидравлическим приводом

Примером второго варианта использования гидроцилиндров могут служить различные механизмы зажима схватов автоматических манипуляторов и промышленных роботов с приводом от гидроцилиндра. На Рис 2 показана традиционная конструкция зажимного механизма схвата автоматического манипулятора с гидравлическим приводом. Он содержит гидроцилиндр 1, нижняя крышка которого закреплена на кронштейне с проушинами 5, в которых выполнены отверстия для установки осей 6 рычажного механизма, а шток гидроцилиндра соединен с траверсой 2, на которой шарнирно установлены ползушки 3, контактирующие с открытыми пазами ведущих двуплечих рычагов 4, шарнирно соединенных осями 6 с кронштейнами 9, оснащенными сменными прижимными губками 8. Кроме того, кронштейны 9, посредствам осей 6 и тяг 7 шарнирно соединены с проушинами 5, и при этом образуют вместе с ведущими двуплечими рычагами 4 механизм параллелограмма.

При подаче масла под давлением в штоковую полость гидроцилиндра 1, его шток втягивается, и, перемещая при этом траверсу 2, заставляет ведущие двуплечие рычаги 4 поворачиваться, благодаря наличию шарнирного соединения тяг 7 с проушинами 5 и кронштейнами 9 и образования, таким образом, вместе с ведущими двуплечими рычагами 4 и кронштейнами 9 механизма параллелограмма, обеспечивает параллельное сведение прижимных губок 8 и зажим детали подлежащей транспортированию. Для разжима схвата и освобождения перенесенной им детали, масло снова подается в поршневую полость гидроцилиндра 1 и детали рычажного механизма зажима (рычаги 4 и тяги 7) перемещаются в обратном направлении, разводя прижимные губки.

    На Рис 3 показана конструкция рычажного зажимного механизма свата манипулятора с гидравлическим приводом обеспечивающая увеличенное разведение его губок. Он содержит шарнирно установленный на стенках фланца руки манипулятора 3 приводной гидроцилиндр 1, шток которого посредством оси 4 шарнирно соединен с ведущей губкой 5 схвата, также шарнирно установленной на фланце руки манипулятора 3 посредством оси 6 и соединенной с помощью осей 7 и 9 и тяги 8 с ведомой губкой 10 схвата.

Работает схват манипулятора следующим образом. При подаче мала под давлением в штоковую полость гидроцилиндра 1 губки 5 и 10 находятся в исходном разведенном положении, как показано на Рис. 3. Значительное расстояние между губками находящимися в разведенном положении обеспечивается благодаря большому соотношению их ведущих и ведомых плеч. При подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра 1 его шток выдвигается и поворачивает против часовой стрелки ведущую губку 5 схвата, которая, будучи шарнирно соединенной посредством тяги 8 с ведомой губкой 10 , поворачивает последнюю по часовой стрелке, что приводит к сведению обоих губок и зажиму переносимой манипулятором детали.

2 Основные типы гидроцилиндров

Тип гидроцилиндра определяет его конструктивные особенности и соответственно специфику проектирования. Тип цилиндра определяетсяналичием поршня и штока(ов), количеством рабочих полостей в которые подводится масло, способом подвода масла. Основные типы гидроцилиндров показаны на Рис 4

Подавляющая часть гидроцилиндров применяемых в машиностроении делятся на два типа: одностороннего действия и двухстороннего действия. Гидроцилиндры двухстороннего действия содержат поршень(и) и шток(и), которые образуют в корпусе гидроцилиндра две рабочие полости, поршневую и штоковую (см. Рис 4а, б, г, д). Данный тип гидроцилиндров может иметь один (см. Рис. 4а), или два штока (см. Рис. 4г, д), а также неподвижно закрепленный (см. Рис. 4а, д), или подвижный корпус (см. Рис. 4б, г), что соответственно определяет подвод масла в его рабочие полости, или через корпус гидроцилиндра, или через его шток. Гидроцилиндры одностороннего действия делятся на гидроцилиндры с пружинным возвратом и плунжерные гидроцилиндры. Гидроцилиндр с пружинным возвратом (см. Рис 4в) отличается от поршневого гидроцилиндра двухстороннего действия (см. Рис 4а) тем, что в одной из его рабочих полостей (чаще в штоковой), соединенной с атмосферой, установлена пружина возврата. Плунжерный гидроцилиндр (см. Рис. 4е) отличается от гидроцилиндров рассмотренных ранее тем, что вместо поршня со штоком он имеет плунжер образующий только поршневую рабочую полость.

Кинематика работы приводимого гидроцилиндром механизма определяет конструктивное исполнение его крепления на станине или раме машины. На Рис 5 показаны наиболее часто встречающиеся способы крепления корпуса гидроцилиндра:

• крепление корпуса гидроцилиндра на лапах (Рис 5а)
• шарнирное крепление на задней крышке корпусе гидроцилиндра (Рис 5б),
• шарнирное крепление на передней крышке корпуса гидроцилиндра (Рис 5в),
• шарнирное крепление на промежуточной цапфе корпуса гидроцилиндра (Рис 5г),
• крепление передней крышки корпуса гидроцилиндра на плите (Рис. 5д),
• крепление задней крышки корпуса гидроцилиндра на плите (Рис. 5е),В большинстве случаев применение показанных на Рис 4 гидроцилиндров различных типоразмеров, в зависимости от потребного усилия и величины хода, наиболее предпочтительно, но зачастую, разработчику из – за наличия специфических требований и ограничений, накладываемых задачей на проектирование, необходимо создавать конструкцию гидроцилиндра с определенными конструктивными особенностями.

При этом возникает необходимость в решении следующих задач:

• торможение штока в конце хода,
• изменение скорости движения штока в процессе его перемещения,
• изменение усилия создаваемого гидроцилиндром в процессе его работы,
• увеличение количества положений штока гидроцилиндра,
• получение хода штока большего длины гидроцилиндра,
• сложное движение штока гидроцилиндра (выдвижение с параллельным вращением)

Для достижения торможения гидроцилиндра в конце хода в его конструкцию встраиваются дополнительные устройства. Изменение скорости движения штока гидроцилиндра в процессе его перемещения достигается изменением расхода потока масла подаваемого в его рабочую полость или сливаемого из него. Пример конструктивной схемы разноскоростного гидроцилиндра двухстороннего действия показан на Рис 6б. Этот гидроцилиндр дополнительно оснащен неподвижно закрепленной трубой, установленной со стороны поршневой полости и входящей во внутреннюю полость штока гидроцилиндра. Для ускоренного перемещения штока гидроцилиндра влево масло от насоса под давлением подается через отверстие в трубе во внутреннюю полость штока и одновременно под небольшим давлением, например из наполнительного бака масло поступает поршневую полость, при этом масло из штоковой полости гидроцилиндра идет на слив. Для замедленного перемещения штока гидроцилиндра масло от насоса под давлением подается одновременно в поршневую полость гидроцилиндра и во внутреннюю полость штока. Для возврата штока в исходное правое положение масло под давлением от насоса подается в штоковую полость гидроцилиндра, а из поршневой полости и внутренней полости штока идет на слив. Изменение усилия создаваемого гидроцилиндром обеспечивается при использовании тандемных гидроцилиндров, или гидроцилиндров со встроенным мультипликатором. Для получения увеличенного количества положений штока гидроцилиндра могут использоваться дискретные гидроцилиндры, конструктивная схема которого показана на Рис 6в, в состав которого входит несколько последовательно установленных в корпусе поршней со штоками с кратной величиной хода. Для получения хода штока гидроцилиндра больше его длины используются телескопические гидроцилиндры (см. Рис 6а), увеличенный ход в которых обеспечивается за счет наличия в их конструкции несколько соосно расположенных один внутри другого поршней различного диаметра, выполненных за одно с соответствующими штоками. Для получения сложного движения штока гидроцилиндра (выдвижение с параллельным вращением) в поршень встраивается лопастной неполноповоротный гидродвигатель, ротор которого выполнен за одно целое со штоком, а на корпусе гидроцилиндра закреплены две неподвижные лопасти, при этом в образовавшиеся четыре рабочие полости гидродвигателя через шток подводится масло под давлением и осуществляется его слив, в тоже время в рабочие полости гидроцилиндра масло под давлением поступает через отверстия в корпусе. (см. Рис. 6г)

3 Гидроцилиндры двухстороннего и одностороннего действия

На Рис. 7 показана типовая конструкция поршневого гидроцилиндра двухстороннего действия, который состоит их корпуса 1, передней буксы 13, поршня 2, штока 3, гайки 4 и стопорной шайбы 5, а также поршневых направляющих колец 6, комплекта уплотнений поршня 7, уплотнения соединения штока с поршнем 8, штоковых направляющих колец 9, уплотнения 10 места соединения корпуса 1 гидроцидиндра с передней буксой 13, комплекта уплотнений штока 11 и грязесъемника 12.

На Рис 8 показана конструкция гидроцилиндра двустороннего действия с закрепленным штоком и подвижным корпусом. Основное отличие его конструкции от гидроцилиндра рассмотренного ранее состоит в том, что его корпус имеет возможность поступательно перемещаться, а шток, который крепится на корпусной детали посредствам организованного на его выступающем конце фланца, выполнен с двумя отверстиями для подвода масла, одно из которых расположено по оси штока и соединено с поршневой полостью, а второе выполнено эксцентрично и соединено со штоковой полостью.

 

                      В данном разделе полной версии статьи содержится 8               примеров           конструкци гидроцилиндров одностороннего и двустороннего действия          (см. Рис. в таб.)

 

4 Гидроцилиндры с торможением

Высокоскоростные механизмы тяжело нагруженных машин и оборудования в процессе работы испытывают значительные инерционные нагрузки, в ряде случаев соизмеримые с технологическими усилиями. Поэтому гидроцилиндры, приводящие такие механизмы, должны обеспечивать плавное торможение в конце хода, и в тоже время, быстрый возврат в исходное положение.

Торможение гидроцилиндра может быть достигнуто двумя способами:

• изменением расхода масла подаваемого в его соответствующую рабочую полость, что достигается установкой регулятора потока с механическим управлением в магистраль, по которой подается масло в рабочую полость гидроцилиндра,
• установкой в гидроцилиндре демпферных устройств, которые гидравлическим способом обеспечивают торможение поршня и соответственно связанного с ним штока приводящего в движение механизм.
• 

Применяются следующие способы торможения поршня:

• торможение при помощи дросселя встроенного в крышку гидроцилиндра (см. Рис. 15а)
• торможение за счет плавного изменения величины кольцевого зазора между выступающей конусной частью штока и отверстием в крышке гидроцилиндра (см. Рис. 15а),
• торможение за счет последовательного перекрытия радиальных дроссельных отверстий, выполненных в выступающей части штока (см. Рис. 15в),
• торможение за счет постепенного перекрытия продольных дросселирующих канавок выполненных на выступающей части штока (см. Рис. 15в),
• торможение при помощи плунжера с конусной поверхностью, или продольными дросселирующими канавками, встроенного в крышку (см. Рис. 15б),
• торможение при помощи двойного поршня (см. Рис.16).

Чаще всего демпфер встраивается в крышку 3 гидроцилиндра и обеспечивает торможение поршня 1 за счет плавного перекрытия основного сливного канала 4 – 7 выступающей конической частью 2 штока и последующего слива потока масла из рабочей полости гидроцилиндра через дроссель 8 (см. Рис. 15а). При этом ускоренный возврат поршня в исходное положение осуществляется при подаче масла под давлением в поршневую полость гидроцилиндра через канал 7. обратный клапан 10 и канал 9.

Второй, наиболее часто применяемый тип демпфера (см. Рис. 5б) содержит расположенный в центральном отверстии крышки 4 гидроцилиндра плунжер 5, поджатый пружиной 7 к упорной шайбе 8 и имеющий с левого торца толкатель 6, выступающий на величину тормозного пути поршня 1 за левый торец крышки 4, при этом в последней выполнен канал 9 соединяющий через камеру 11 поршневую полость гидроцилиндра с маслоподводящим отверстием 10 . В конце хода поршня 1 выступ 3 штока 2 воздействует на толкатель 6 плунжера 5, и преодолевая усилие пружины 7 перемешает его вправо уменьшая при этом проходное сечение камеры 11и соответственно поток масла сливающегося через отверстие 10.

В данном разделе полной версии статьи содержится 6 примеров конструкции гидроцилиндров с торможением (см. Рис. в таб.)

5. Гидроцилиндры с несколькими ступенями скорости движения.

Цикл работы многих механизмов предусматривает наличие ускоренного холостого хода ведущего звена, затем рабочий ход с пониженной скоростью и обычно с увеличенным усилием, и быстрый возврат механизма в исходное положение. Поэтому достаточно востребованы гидроцилиндры, конструкция которых обеспечивает их автоматическую работу в этих трех режимах. Необходимо отметить, что наиболее часто применяемым способом увеличения скорости перемещения поршня гидроцилиндра без изменения потока масла поступающего от гидростанции является его дифференциальное подключение, которое предусматривает, что масло из штоковой полости гидроцилиндра не сливается в бак, а дополнительным потоком поступает в его поршневую полость соединенную в данный момент с напорной магистралью гидропривода. Рассмотрим несколько примеров конструкций таких гидроцилиндров.

На Рис 22 показана конструкция гидроцилиндра, позволяющая иметь две скорости перемещения и развивать два различных по величине усилия без использования дополнительной гидроаппаратуры управления. Он состоит из корпуса 1, в котором установлен полый поршень 4 со штоком 5 и крышек с подводящими каналами 15 и 16, которые образуют поршневую полость 2 и штоковую 3. В расточке 6 поршня 4 соединенной с атмосферой, установлен ступенчатый золотник 7, поджатый пружиной 8 к стопорному стержню 14, а в кольцевой проточке 9 поршня 4, которая сообщается с каналами 10 и 11 находятся клапаны 12 и 13. Для получения увеличенной скорости перемещения поршня 4 со штоком 5 масло подается в обе рабочие полости гидроцилиндра 2 и 3, при этом за счет разности эффективных площадей поршня 4 давление в полости 3 будет больше, что приведет к смещению клапанов 12 и 13 вверх до упора в стержень 14, а золотник 7 под действием давления в полости 2, преодолевая усилие пружины 8, смещается вниз и тем самым открывая проточку 9, соединяет полости 2 и 3 между собой, и гидроцилиндр начинает работать в дифференциальном режиме. Для обеспечения движения поршня 4 со штоком 5 с пониженной скоростью и увеличенным усилием масло подается в полость 2 и сливается из полости 3, при этом золотник 7 и клапаны 12 и 13 перемещаются в крайнее нижнее положение, полости гидроцилиндра разобщаются и его дифференциальный режим работы прекращается. Для возврата поршня 4 со штоком 5 в исходное положение масло подается в полость 3 и сливается из полости 2, при этом проточка 9 перекрыта и полости 2 и 3 разобщены.

В данном разделе полной версии статьи содержится 5 примеров конструкции гидроцилиндров с
несколькими ступенями скорости движения (см. Рис. в таб.)

6 Гидроцилиндры развивающие увеличенное усилие

В ряде случаем в механизме приводимым гидроцилиндром в течении цикла его работы необходимо развивать различные по величине усилия, или обеспечить создание увеличенного усилия без увеличения диаметра поршня гидроцилиндра. Рассмотрим конструкции таких гидроцилиндров.

На Рис 29 показана конструкция гидроцилиндра с плавающим поршнем, позволяющая изменять усилие на штоке в функции пути. Он содержит сборный корпус 1 состоящий из гильзы и двух крышек с размещенными в нем поршнями 2 и 3, установленными на полом штоке 4, расположенный между ними плавающий поршень 5, в центральное отверстие 6 которого проходит шток 4, а в отверстии штока 4 установлена ступенчатая цилиндрическая вставка 17 с центральным каналом 15 и наклонным 14, при этом, поршни 2 и 3 образуют внутри корпуса 1 рабочие полости – поршневую 7 и штоковую 8. В крышках сборного корпуса 1 выполнены отверстия 9 и 10 для подвода масла. Центральная перемычка плавающего поршня 5 вместе с поршнями 2 и 3 образует камеру 11, которая посредством каналов 13 и 14 во вставке 17 и каналов 18 и 19 в штоке 4 соединена со сливом, и камеру 12, которая посредством каналов 16 и 15 соединена с поршневой полостью 7.

Работает гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла через отверстие 9 в поршневую полость 7, оно через канал 15 попадает в камеру 12, в результате чего поршни 2 и 3 вместе со штоком 4 перемещаются вправо, при этом усилие, возникающее на штоке пропорционально сумме эффективных площадей этих поршней. Одновременно масло находящийся в камере 11, через канал 13, 14, 18 и 19 идет на слив. Перемещение штока 4 будет происходить до тех пор, пока поршень 2 не упрется в центральную перемычку плавающего поршня 5. После этого вместе с поршнями 2 и 3 начинает двигаться вправо плавающий поршень 5, при этом усилие на штоке 4 уменьшается пропорционально сумме площадей поршня 2 и 5. Дальнейшее движение штока 4 вправо происходит до упора в правую крышку корпуса 1 гидроцилиндра. При подаче масла через отверстие 10 в штоковую полость 8 гидроцилиндра и его сливу через отверстие 9 из поршневой полости шток 4 вместе с поршнями 2, 3 и 5 перемещается влево и занимает исходное положение.

           В данном разделе полной версии статьи содержится 5 примеров конструкции гидроцилиндров развивающих увеличенное

усилие (см. Рис. в таб.)

7 Многопозиционные гидроцилиндры

В машинах, технологическом оборудовании и транспортирующих устройствах (автоматических манипуляторах), механизмы которых приводятся гидроприводом, зачастую возникает необходимость иметь несколько (три и более) промежуточных положений штока гидроцилиндра, что накладывает на его конструкцию требования, сводящиеся к введению дополнительных конструктивных элементов, что в ряде случаев приводит к существенному изменению его конструкции в целом.
На Рис 33 показана конструкция трехпозиционного гидроцилиндра. Он содержит корпус 1, в котором с образованием торца 2 выполнены две полости 3 и 4 различного диаметра, при этом в полости 4 установлен поршень 5 со штоком 6, а в полости 7 поршня 5 установлен плунжер 8, с возможностью взаимодействия своим буртом с торцем 9 поршня 5 и торцем 2 корпуса 1. Шток 6 выполнен с центральным отверстием 10, которое постоянно разгружает полость 7 поршня 5 от давления. Поршень 5, шток 6 и плунжер 8 имеют соответственно уплотнения 11 – 13. Корпус 1 закрыт крышками 14 и 15. Подвод масла в полости 3 и 4 гидроцилиндра осуществляется посредствам отверстий 16 и 17. Уплотняемая площадь F1 плунжера 8 больше площади F2 поршня 5 со стороны расточки 4, а площадь F2 поршня 5 больше площади F3 поршня 5 со стороны полости 3.
Работает трехпозиционный гидроцилиндр следующим образом. В нейтральном положении полости 3 и 4 соединены через отверстия 16 и 17, напорной магистралью и поршень 5 удерживается от движения влево силой равной R1 = р(F1 + F3 – F2), а от движения вправо – силой равной R2 = р(F2 – F3), где р давление масла подаваемого в гидроцилиндр. При соединении полости 3 через отверстие 16 со сливом шток 6, поршень 5 и плунжер 8 перемещаются влево под действием силы действующей со стороны полости 4, величина которой равна R3 = рF2. Следующее положение штока 6 обеспечивается при соединении со сливом полости 4 через отверстие 17. При этом плунжер 8 остается на месте, а поршень 5 и шток 6 перемещаются вправо под действием силы, величина которой равна R4 = рF3

                      В полной версии статьи содержится 6 примеров конструкции                      многопозиционных гидроцилиндров (см.Рис. в таб.)

8. Телескопические гидроцилиндры

В подъемных механизмах машин, имеющих гидравлический привод, таких как самосвалы, краны, подъемники, манипуляторы, возникает необходимость иметь длину хода штока гидроцилиндра больше чем длина его корпуса. В этом случае используются так называемые телескопические гидроцилиндры. Рассмотрим примеры их конструкции.

На Рис 39 показана конструкция телескопического гидроцилиндра. Он состоит из трех тех телескопических секций, которые включают корпус 1 с подводящими каналами 11 и 12, стаканы 2, 3, поршень 14 со штоком 15, при этом стаканы выполнены с буртами 4 – 8 и 17 – 19, а корпус 1 с уступом 13, а в правом торце стакана 3 выполнено отверстие 16 для подвода масла в штоковую полость гидроцилиндра первой секции, образованного стаканом 3 поршнем 14 и штоком 15. Стаканы 2, 3 и шток 15 образуют в гидроцилиндре поршневую полость 9 и штоковую 10 третьей секции.
Работает телескопический гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла через канал 11 в поршневую полость 9 гидроцилиндра стаканы 2, 3 и поршень 14 со штоком 15 перемещаются вправо, при этом перемещение стакана 2 ограничивается его буртом 4 и выступом 13 корпуса 1, перемещение стакана 3 – его буртом 7 и буртом 6 стакана 2, перемещение поршня 14 ограничивается уступом 18 стакана 3. При подаче масла через канал 12 в штоковую полость 10 гидроцилиндра стаканы 2, 3 и поршень 14 со штоком 15 перемещаются влево, при этом перемещение стакана 2 ограничивается его буртом 5 и буртом 13 корпуса 1, перемещение стакана 3 ограничивается его буртом 8 и буртом 19 стакана 2, перемещение поршня 14 ограничивается упором17 стакана 2.

В данном разделе полной версии статьи содержится 4 примера конструкции телескопических гидроцилиндров (см. Рис. в таб.)

9. Гидроцилиндры со сложным движением штока

Различные агрегаты машин и оборудования, приводимые в движение гидроприводом, помимо поступательного движения требуют параллельно или последовательно производить дополнительный поворот, и даже вращение штока гидроцилиндра. Такое сложное движение штока приводного гидроцилиндра достаточно часто используется в механизме поступательного перемещения руки манипулятора, который доложен параллельно обеспечивать поворот схвата вокруг продольной оси.

На Рис 43 показана конструкция гидроцилиндра, полый шток которого снабжен валом совершающим вместе со штоком поступательное перемещение и дополнительное вращение. Он содержит корпус 1 с крышкой 2, которая крепится на базовой плите 3 посредствам винтов 4, а также поршень 5, соединенный винтами 7 с полым штоком 6, в центральном отверстии которого на подшипниках 10 и 11 установлен полый вал 8 с фигурным пазом 9, зафиксированный в осевом направлении стопорным кольцом 12, а в отверстии полого вала 8 расположена штанга 13, выступающий конец которой жестко соединен с корпусом 1 посредствам штифта 14, при этом на противоположном конце штанги 13 закреплен палец 15 контактирующий с боковой поверхностью винтового паза 9.
Работает гидроцилиндр следующим образом. При поступлении масла под давлением в поршневую полость гидроцилиндра поршень 5 со штоком перемещаются влево. В начале хода палец 5 контактирует с прямолинейным участком паза 9, поэтому вал 8 поступательно перемещается вместе со штоком 6. Затем при взаимодействии пальца 15 с винтовым участком паза 9 вал 8 вместе с поступательным движением осуществляет поворот, величина которого определяется формой и длиной винтового участка паза 9 (до 360 град и более). В конце хода поршня 5 винтовой паз 9 имеет второй прямолинейный участок, в результате чего вал 8 снова перемешается вместе со штоком 6 только поступательно. При подаче масла в штоковую полость гидроцилиндра, шток 6 и вал 8 совершают движение в обратной последовательности.

В данном разделе полной версии статьи содержится 4 примера конструкции гидроцилиндров со сложным движением штока (см. Рис. в таб.)

10. Уплотнения гидроцилиндра

Важным элементом, обеспечивающим надежную работу гидроцилиндра является уплотнение поршня и штока. В настоящее время наметилась устойчивая тенденция замены резиновых уплотнений гидроцилиндров на уплотнения из пластмасс с улучшенными антифрикционными свойствами и комбинированные уплотнения из пластмасс и резинового эспандера, который улучшает контакт с трущейся поверхностью, за счет увеличения их эластичности.

В таких уплотнениях функция скольжения поршня и штока относительно корпуса гидроцилиндра и функция непосредственно уплотнения разделены между элементами комплекта уплотнения, который и для уплотнения поршня и для уплотнения штока гидроцилиндра состоит из двух направляющих колец и одного или двух, в зависимости от давления в цилиндре, уплотнительных колец. Комплекты уплотнений такого типа производит фирма RGC, которые изготавливаются по ТУ2539 – 001 – 18258615 – 01 и предназначены для использования в гидроцилиндрах диаметром 25 – 250 мм, работающих с давлением до 50 МПа, скоростью перемещения до 10,0 м/сек и температурой масла от – 55 до + 200 град.

В данном разделе полной версии статьи приведены рекомендации по применению уплотнений типа RGC (см.Рис. в таб.)

11. Соединения гидроцилиндра с трубопроводами и
рукавами высокого давления

Еще одним важным элементом, обеспечивающим надежную работу гидроцилиндра является соединение маслоподводящего трубопровода с гидроцилиндром, для чего используются так называемые концевые соединения. Тип концевого соединения выбирается в зависимости от расположения и степени подвижности соединяемых отводов на гидропанели и на гидроцилиндре. Общие технические требования к соединениям трубопроводов определяются ГОСТ 15763 – 2005. Конструкция наиболее часто применяемых стандартных концевых соединений приведены в таб. 1.

             Для соединения маслоподводящей магистрали с подвижным корпусом гидроцилиндра используются рукава высокого давления (РВД), которые состоят из резинового рукава 1 с оплеткой(ми) опрессованного с двух сторон концевыми соединениями, каждое из которых состоит из муфты 2 соединяющей рукав с ниппелем (фитингом) 3 и накидной гайки 4, соединяющих рукав с гидроцилиндром (см. Рис. 51г). Основные параметры и размеры резиновых рукавов для РВД определены ГОСТ 6286 – 2017 и ГОСТ 25452 – 2017. На Рис. 51 показаны наиболее часто применяемые концевые соединения (фитинги) для РВД.

                             Рис. 51. Наиболее часто применяемые фитинги для РВД.

На Рис. 51а показан фитинг, состоящий из ниппеля с внутренним конусом и накидной гайки, на Рис. 51б – фитинг состоящий из шарового ниппеля и накидной гайки, на Рис. 51в – фитинг, выполненный в виде ниппеля для фланцевого соединения, на Рис. 51г – фитинг, выполненный в виде штуцера поворотного соединения, на Рис. 51д – фитинг, выполненный в виде штуцера с наружным конусом, на Рис. 51е – фитинг, выполненный в виде штуцера с внутренним конусом.

 

12. Расчеты гидроцилиндров

Содержание и объем расчетов выполняемых при проектировании гидроцилиндра зависит от его конструктивных особенностей. Если гидроцилиндр одностороннего или двухстороннего действия имеет традиционную конструкцию, и приводит в действие тихоходные механизмы то обычно выполняется расчет его основных геометрических размеров (диаметр поршня, диаметр штока, величина хода), которые потом округляются до величин установленных ГОСТ 6540 – 68. После этого конструктор на основе имеющегося опыта проектирования выбирает тип покупного гидроцилиндра с рассчитанными параметрами, который в максимальной степени соответствует требованиям задачи на проектирование.
Если гидроцилиндр имеет оригинальную конструкцию, что исключает использова-ние покупного образца и предусматривает его проектирование в полном объеме, то со-держание и объем выполняемых при этом расчетов значительно расширяется. В общем случае при проектировании гидроцилиндра имеющего оригинальную конструкцию вы-полняются следующие виды расчетов:
–  расчет основных параметров гидроцилиндра (диаметр поршня, диаметр штока, величина хода),
–  расчет потребной производительности насоса подающего масло в рабочие полости гидроцилиндра, и диаметра маслоподводящих трубопроводов,
–  прочностной расчет элементов конструкции гидроцилиндра (корпуса, штока, крепежных деталей),
–  расчет тормозного устройства при его наличии в гидроцилиндре.

В данном разделе полной версии статьи приведены формулы для
выполнения вышеперечисленных расчетов гидроцилиндров

13. Конструкция типовых деталей гидроцилиндра

Основными деталями гидроцилиндра являются следующие: корпус 1, поршень 2, шток 3, направляющая втулка 4, крышки нижняя 5 и верхняя 6 и гайки 7 и 8 (см. Рис. 55).

Корпус гидроцилиндра является корпусной деталью трубчатой формы, в отверстии которой располагаются поршень, шток и направляющая втулка, а с торцев устанавливаются крышки герметизирующие рабочие полости гидроцилиндра. При давлении масла в гидроцилиндре до 16МПа его корпус изготавливается из горячедеформируемых стальных труб по ГОСТ8734 – 78 и холоднодеформируемых стальных труб по ГОСТ 8732 – 75. Такой корпус обычно состоит из гильзы с приваренной к одному из торцев задней крыш-кой гидроцилиндра, которая в данном случае является его дном (см. Рис. 8, 11 – 14), а другой торец гильзы обязательно содержит элементы крепления, в том числе:
–  приваренный фланец со сквозными отверстиями для крепления посредствам болтов передней крышки гидроцилиндра
(см. Рис. 8),
–  приваренный фланец с резьбовыми отвер-
стиями для фиксации осевого положения направляющей втулки гидроцилиндра (см. Рис. 9, 12),
–  с наружной или внутренней резьбой для установки гайки (крышки) для фиксации осевого положения направляющей втулки гидрпоцилиндра ( см. Рис. 13, 14).

При давлении масла более 16МПа корпус гидроцилиндра обычно изготавливается из по-ковки. В этом случае корпус гидроцилиндра представляет собою полый толстостенный цилиндр с точно обработанными торцами на которых выполнены резьбовые отверстия для крепления торцевых крышек, или внутренняя резьба для фиксирующих крышки гаек (см. Рис. 55). В качестве материала для изготовления корпуса используются следующие стали: сталь 35, 45, 20Х, 40Х, 30ХГСА и др. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка корпуса подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.

Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его корпусу (см. Рис. 56) предъявляются следующие требования по точности:
–  допуск на отверстие корпуса под установку поршня D,
–  допуск на угол α конусного отверстие под установку направляющей втулки,
–  допуск на резьбу под установку стопорной гайки М,
–  допуск на длину корпуса L,
–  допуск на расстояние от правого торца корпуса до упорного бурта h,
–  погрешность формы отверстия D,
–  биение торцев корпуса
–  биение конусной поверхности отверстие под установку направляющей втулки,
–  торцевое биение бурта в отверстии корпуса под установку нижней крышки,
–  шераховатость поверхностей.
Центральное отверстие корпуса D под установку поршня выполняется по посадке Н7. Резьба М под установку стопорной гайки, обычно выполняется метрической с мелким шагом с полем допуска по 6H. Длина корпуса L и расстояние h выполняются по посадке h12. Угол конуса α отверстия под установку направляющей втулки устанавливается в пределах 10 – 15 град. и выполняется по 7 – 8 квалитету ГОСТ 25307 – 82 . Прямолинейность отверстия D устанавливается равной 0,03/500мм, а некруглость – равна половине поля допуска отверстия (H7/2). Биение торцев корпуса относительно отверстия D устанавливается по 8 – 9 степени ГОСТ 34643 – 81. Торцевое биение бурта в отверстии корпуса под установку нижней крышки устанавливается по 7 – 8 степени ГОСТ 34643 – 81 Биение конусной поверхности отверстие под установку направляющей втулки устанавливается равной половине поля допуска отверстия (H7/2). Шераховатость перечисленных поверхностей корпуса гидроцилиндра указана на чертеже.

В данном разделе полной версии статьи приводятся рекомендации по проектированию основных деталей гидроцилиндра (см. Рис. в таб.)

 

14. Сборка гидроцилиндров.

Сборка гидроцилиндра имеющего традиционную конструкцию (см. Рис 7) состоит из следующих операций:
–  установка в переднюю крышку уплотнительтных и направляющихколец колец, а ткже грязесъемника,
–  установка в поршень уплотнительтных и направляющихколец колец,
–  установка передней крышки на шток гидроцилиндра и его сборка с поршнем,
– сборка комплекта состоящего из поршня, штока на котором установлена передняя крышка с корпусом гидроцилиндра,
– крепление передней крышки с корпусом
гидроцилиндра путем затяжка соединяю-
щих их болтов, или установка и затяжка
гаек на шпильках.

        На Рис 66 показана конструкция оснастки для установки уплотнительного резинового кольца по ГОСТ 9833 – 73 в наружную канавку поршня гидроцилиндра. Она состоит из конической оправки 4 и цанговой насадки 5. При установке кольца 3 в наружную канавку поршня 1, которая выполняется после его сборки со штоком 2, коническая оправка 4 устанавливается на торец поршня 1, а кольцо 3, подлежащее установке в наружную канавку поршня, располагается на краю цанговой насадки 5, после чего последняя одевается на конусную оправку 4 и перемещается вдоль нее по направлению к поршню 1. В результате этого цанговая наставка 5 скользит по конусной оправе 4 и разводит свои лепестки, которые заставляют расположенное на их наружной поверхности резиновое кольцо 3 увеличиваться в диаметре. В конце хода цанговой наставки 5 кольцо 3 сначала переходит на наружную поверхность поршня 4, а затем заходит в его наружную канавку. После чего цанговая насадка 5 смещается назад и сходит с конусной оправки 4, а затем оправка и насадка снимаются с поршня 1, в канавке которого остается установленное кольцо 3.

           На Рис 67а показана конструкция оснастки для установки уплотнительного резинового кольца во внутреннюю канавку базовой детали 2, которая представляет собою щипцы 3 имеющие три цилиндрических стержня 4, расположенные на их торцевой поверхности, при этом центральный стержень является соединительной осью для рукояток щипцов. Перед установкой кольца 1 во внутреннюю канавку крышки 2, оно деформируется, как показано на Рис 65в, при этом значительно уменьшая свой наружный размер (форма кольца перед установкой в канавку показана на Рис 67б), что позволяет свободно ввести его в отверстие крышки 2 . После введения кольца в отверстие базовой детали его часть с большим радиусом вводится в канавку, а затем рукоятки щипцов поворачиваются в обратную сторону разводя при этом стержни 4, а освободившееся при этом кольцо входит в канавку.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамов Е. И. Элементы гидропривода Справочник Киев Технiка 1977г.
2. Игнатьев Н. П. Основы проектирования, часть 2 Проектирование механизмов и систем. Учебно – методическое пособие Азов 2011г.
3. Левитский Н. И. Расчет управляющих устройств для торможения гидроцилиндров. М.: Машиностроение 1971г
4. Муратов В. А. Гидроцилиндры. М Машиностроение 1966г

Полная версия статьи, содержит 64 страниц текста и 69 рисунков.

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину

Стоимость полной версии статьи 300 рублей.