гидроцилинды

Гидроцилиндры

250 руб.

Описание товара

Гидроцилиндры

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.

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.

Рис 2 Традиционная конструкция схвата манипулятора с гидравлическим приводом

На Рис 3 показана конструкция рычажного зажимного механизма схвата 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 масла 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 определяется наличием 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.

На Рис. 9 показана конструкция гидроцилиндра двустороннего действия с двухсторонним неподвижно закрепленным штоком и подвижным корпусом. Он содержит подвижный в осевом направлении корпус со сквозным гладким отверстием, на обоих торцах которого установлены втулки с уплотнительными манжетами и направляющими кольцами, в которых располагается выполненный за одно целое с поршнем двусторонний шток, оба конца которого имеют канавки для установки в них стопорных полуколец для его жесткого крепления (крепление с помощью стопорных полуколец показано на Рис. 12). Кроме того в штоке выполнены продольные отверстия, через которые масло подводится в рабочие полости гидроцилиндра, а на корпусе гидроцилиндра приварены цилиндрические цапфы для привода ведущего звена механизма совершающего качательное движение.

  • На Рис 10 показана конструкция гидроцилиндра двухстороннего действия с неподвижным корпусом и двумя аппозитно расположенными штоко – поршневыми группами. Такая конструкция гидроцилиндра используется тогда, когда необходимо обеспечить одновременное перемещение двух ползунов или кареток на одинаковую величину в противоположные стороны. Его конструкция отличается от рассмотренной ранее тем, что в средине корпуса выполнена перемычки, с пазом для фиксации его осевого положения, разделяющая его на две рабочие камеры, в каждой из которых расположена независимая штоко – поршневая группа.

На Рис 11 показана конструкция гидроцилиндра двухстороннего действия, корпус которого при выдвижении штока качается на угол 30 – 〖60〗^0. Он содержит сварной корпус, состоящий из толстостенной гильзы, сваренной в передней части с фланцем, а в задней части с крышкой, имеющей массивную проушину, шарнирно соединенную со специальной осью, направляющую втулку с массивным буртом, поджатую к фланцу гильзы комплектом винтов, а также поршень и шток, соединенные посредствам разрезной гайки. Специальная ось выполнена с двумя кольцевыми канавками герметично отделенными друг от друга кольцевыми уплотнениями и двумя сверловками для подвода масла к этим канавкам, при этом она установлена в отверстии неподвижного кронштейна и зафиксирована от проворота стопорной планкой. В задней крышке гидроцилиндра выполнены две сверловки, одна прямая, соединяющая одну из канавок оси с поршневой полостью, а вторая угловая, соединяющая другую канавку оси через два штуцера и трубопровод со штоковой полостью гидроцилиндра. Такая конструкция позволят обеспечить подачу масла в обе полости подвижного цилиндра, исключая применение гибких шлангов и подвижных соединений трубопроводов, что очень важно для ответственных, силовых гидроцилиндров работающих с высоким давлением масла.

  • На Рис.12 показана конструкция гидроцилиндра двустороннего действия, шток которого воспринимает значительные нагрузки направленные перпендикулярно его продольной оси. Он состоит из сварного корпуса, в расточке которого установлен поршень со штоком, при этом последний расположен во втулке с уплотнениями и направляющими кольцами. Для снижения нагрузок действующих на направляющие кольца штока втулка, в которой они установлены, имеет увеличенную длину, что позволяет сделать большим расстояние между направляющими кольцами. Крепление корпуса гидроцилиндра на раме осуществляется посредствам двух стопорных полуколец, стянутых кольцом
  • На Рис 13 показана конструкция гидроцилиндра одностороннего действия с пружинной в поршневой полости и шарнирном креплении на задней проушине корпуса. Он состоит из сварного корпуса с отверстием в задней проушине, в расточке которого установлен поршень, выполненный за одно со штоком, при этом последний расположен во втулке с уплотнениями и направляющими кольцами, которая зафиксирована в корпусе гидроцилиндра посредствам накидной гайки. Для ограничения положения поршня со штоком во втянутом положении и соответственно степени сжатия пружины со стороны поршневой полости поршень снабжен упором определенной длины, упирающимся в крайнем левом положении поршня в дно корпуса гидроцилиндра.
  • На Рис. 14. показана конструкция плунжерного гидроцилиндра. Он содержит сварной корпус, состоящий из нижнего фланца с каналом для подвода масла и гильзы, в отверстии которой расположен плунжер, установленный в направляющей втулке с уплотнениями и направляющими кольцами, зафиксированной в осевом положении посредствам гайки.

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, 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 (см. Рис. 15б). 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.

На Рис 16 показана конструкция гидроцилиндра, торможение которого в конце хода его поршня вправо и влево осуществляется за счет наличия дополнительного поршя организованного за счет наличия на штоке 5 двух буртов 6 и 7, который при этом имеет возможность осевого перемещения в отверстии поршня 4. В отверстии гильзы 1 вместе с крышками 2 и 3 установлены ограничительные втулки 8 и 9, длина которых соответствует длине участка торможения. При движении штока 5 вместе с поршнем 4 вправо, последний в конце хода упирается во втулку 9 и останавливается, а шток 5 продолжает движение до упора бурта 7 в левый торец поршня 4. Поскольку при этом эффективная площадь поршня, на которую воздействует масло, значительно уменьшается, снижается и сила развиваемая на штоке 5, что приводит к торможению перемещаемой гидроцилиндром массы. При простоте конструкции демпфера от имеет существенный недостаток, вызванный невозможностью получить требуемый закон торможения и отсутствием возможности регулировки интенсивности процесса торможения.

На Рис 17 показана традиционная конструкция гидроцилиндра с торможением. Он состоит из сварного корпуса содержащего гильзу 1 с приваренной крышкой 2 и фланцем 3, поршня 4 и штока 5, соединенных между собой разрезной гайкой 6, и установленной в отверстии гильзы 1 направляющей втулки 7 зафиксированной в осевом направлении гайкой 8. Для обеспечения торможения поршня 4 при его движении вправо и влево на штоке 5 установлена тормозная втулка 9 с конусной поверхностью, а выступающий из поршня конец штока 5 выполнен конусным, при этом в крышке 2 и фланце 3 выполнены ответные отверстия. При подходе поршня 4 к крайнему правому положению конусная часть тормозной втулки 9 входит с некоторым зазором, в отверстие фланца 3, создавая дополнительное сопротивление вытеканию масла из штоковой полости, которое увеличивается при дальнейшем перемещении поршня вправо, за счет уменьшения величины зазора, при этом часть масла из штоковой полости начинает вытекать по магистрали 11 – 12 – 13 – 15 – 14 проходя при этом через дроссель 10. Это приводит к снижению скорости и гашению инерции движущихся масс. При подходе поршня к крайнему левому положению процесс торможения осуществляется аналогичным образом с той лишь разницей, что в отверстие задней крышки 2 входит конусный конец штока 5. Для ускорения начала движения поршня 4 со штоком 5 в крышке 2 и фланце 3 гидроцилиндра предусмотрены обратные клапаны 16, установленные между маслоподводяшим отверстием 14 и каналом 17 соединенным с рабочей (поршневой или штоковой) полостью гидроцилиндра.

На Рис 18 показана конструкция, встроенного в гидроцилиндр тормозного устройства, позволяющего менять сопротивление в сливой магистрали в процессе торможения. Он содержит крышку 1, в расточке 2 которой установлен плунжер 3, имеющий со стороны торца 13 осевой ступенчатый канал 4, а на наружной цилиндрической поверхности канавку 5 переменного сечения, а также радиальный канал 17, который при определенном положении стакана, сообщающийся с полостью 16 в крышке 1. Со стороны торца 8 в плунжере 3 выполнена полость 19 в которой установлена пружина 14, постоянно поджимающая его влево, а в стенке 6 выполнен радиальный канал 7 соединяющий поршневую полость 10 гидроцилиндра, образованную поршнем 11 гильзой 20 и крышкой 1, через канал 9 и камеру 18 в крышке 1 с полостью 16 и маслоподводящим каналом 12. В ступенчатом канале 4, плунжера 3 установлен обратный клапан 15.

Работает тормозное устройство следующим образом. При движении поршня 11 вправо масло из поршневой полости 10 через канал 9, полости 18 и 19, отверстия 7 и полость 16 сливается через маслоподводящий канал 12. После упора поршня 11 в торец 13 плунжера 3, последний начинает перемещаться вправо вместе с поршнем 11, сжимая при этом пружину 14, что приводит к разъединению отверстия 7 и полости 16. В результате этого слив масла из поршневой полости 10 осуществляется через канавку 5 переменного сечения, полость 16 и канал 12, что приводит к плавному торможению поршня 1. В конце хода поршня 11 и плунжера 3 радиальный канал 17 соединяется с маслоподводящим каналом 12. При подаче масла в маслоподводящий канал 12 и далее через полость16, радиальный канал 17 и обратный клапан 15 в поршневую полость 10 гидроцилиндра, обеспечивается перемещение поршня 11 влево. В результате этого под действием пружины 14 плунжер 3 начинает перемещаться влево и занимает свое исходное положение. До начала разъединения радиального канала 17 с полостью 16, с последней соединяются отверстия 7 и масло из полости 16 через эти отверстия, полость 19 и полость 18 поступает в канал 9 и далее в поршневую полость 10, обеспечивая тем самым перемещение поршня 11 с заданной скоростью.

На Рис 19 показан гидроцилиндр со встроенным тормозным устройством, конструкция которого упрощена за счет исключения плунжерной пары. Он содержит гильзу 1, на торце которой расположена крышка 2, закрепленная посредствам гайки 3, полый поршень 4 с расположенным в его центральном отверстии стаканом 6, поджатым к стопорному кольцу 9 пружиной 8, находящейся в расточке стакана, а в центральном отверстии стакана 6, выполненном. На левом торце стакана 6 посредствам стопорного кольца 17 с зазором установлен тарельчатый клапан 7, что дает ему возможность своей плоской поверхностью плотно прилегать к правому торцу полого выступа 10 крышки 2, отделяя при этом полость 11 крышки 2 от поршневой полости 16 гидроцилиндра. В крышке 2 выполнен канал 12, соединяющий через дроссель 13 поршневую полость 16 гидроцилиндра с маслоподводящим каналом 14, в котором установлен штуцер 18, а полость 11 крышки 2 посредствам канала 15 также соединена с маслоподводящим каналом 14. Осевое положение дросселя 13, определяющего интенсивность торможения поршня 4, фиксируется контргайкой 1

Работает тормозное устройство следующим образом. При движении поршня 4 влево масло из поршневой полости 16 гидроцилиндра свободно сливается через полость 11 крынки 2, канал 14 и маслоподводящий канал 14. При подходе поршня 4 к крайнему левому положению на расстояние, определяющее участок тормозного пути, тарельчатый клапан своим торцем прижимается к ответ- ному торцу выступа 10 крышки 2, и таким образом отделяет поршневую полость 16 гидроцилиндра от полости 11 и слив масла через канал 15 прекращается. После этого оставшееся в поршневой полости 16 гидроцилиндра масло начинает сливаться через канал 12 дроссель 13, что приводит к увеличению сопротивления и соответственно снижению скорости движения поршня 4, вместе со штоком гидроцилиндра (на Рис 19 не показан) связанным с ведущим звеном приводимого механизма, скорость движения которого, при этом, также снижается. Интенсивность торможения поршня 4 определяется настройкой дросселя 13, а величина тормозного участка зависит от длины выступов поршня 4, стакана 6 и выступа 10 крышки 2. При подаче масла под давлением через штуцер 18 в маслоподводящий канал 14 оно по каналу 15 поступает в полость 11 крышки 2, и преодолевая усилие пружины 8, перемещает стакан 6 вправо, отрывая тарельчатый клапан 7 от торца выступа 10 крышки 2, и таким образом, соединяя полость 11 с поршневой полостью 16 гидроцилиндра. В результате этого поршень 4 начинает ускоренно перемещаться вправо. Данное тормозное устройство, имея более простую конструкцию по сравнению с рассмотренными ранее (см. Рис. 17 и 18) позволяет исключить изготовление точных плунжерных пар, но при этом значительно снижает диапазон регулирования закона торможения, особенно по сравнению с устройством показанном на Рис. 18.

На Рис 20 показана конструкция тяжело нагруженного гидроцилиндра с тормозным устройством. Он содержит гильзу 1, крышки 2 и 3 с подводящими отверстиями 4 и 5, шток 6, поршень 7. В крышке 3 расположено регулирующее дроссельное устройство, выполненное в виде стакана 8, поджатого пружиной 12 к выступу 11 втулки 9, имеющей ряд дроссельных отверстий 10, при этом сопрягаемые поверхности стакана 8 и втулки 9 герметизированы уплотнениями 13. На наружной поверхности втулки 9 выполнен ряд продольных и кольцевых пазов 14 и 15, обеспечивающих постоянное соединение отверстия 5 с поршневой полостью гидроцилиндра. На штоке 6 со стороны штоковой полости гидроцилиндра смонтировано второе регулирующее дроссельное устройство, выполненное в виде стакана 16 поджатого пружиной 20 к выступу 19 на штоке 6 и втулки 17, имеющей ряд дроссельных отверстий 18, при этом сопрягаемые поверхности стакана 16 и втулки 17 герметизированы уплотнениями 23, 24. На наружной поверхности втулки 17 выполнен ряд продольных и кольцевых пазов 21 и 22, обеспечивающих постоянное соединением отверстия 4 со штоковой полостью гидроцилиндра.

Работает гидроцилиндр следующим образом. При движении поршня 7 вправо он входит в контакт с торцем стакана 8 и смещает его вправо относительно втулки 9, сжимая при этом пружину 12, что приводит к перекрытию отверстий 10 и как следствие к уменьшению потока масла вытесняемого из внутренней полости, ограничиваемой стаканом 8 и втулкой 9 и снижению скорости перемещения поршня 7, обеспечивая тем самым его торможение. Для перемещения поршня 7 из крайнего правого положения влево масло подается в отверстие 5 крышки 3, которое по пазам 14 и 15 во втулке 9 беспрепятственно попадает в поршневую полость гидроцилиндра и воздействует на поршень 7, перемещая его вправо. При этом пружина 12 сдвигает стакан 8 влево, перемещая его в исходное положение, что приводит к последовательному открыванию отверстий 10 и заполнению внутренней полости маслом. При перемещении поршня 7 влево стакан 16 упирается в торец крышки 2 и останавливается, а втулка 17 при дальнейшем движении поршня 7 перемещается влево относительно стакана 16, последовательно перекрывая при этом ряд отверстий 18, что приводит к изменению потока масла, вытесняемого из внутренней полости ограниченной стаканом 16 и втулкой 17 и соответственно снижению скорости перемещения поршня 7, обеспечивая его торможение. Для перемещения поршня 7 из крайнего левого положения масло подается в отверстие 4 крышки 2, которое по пазам 21 и 22 поступает в штоковую полость гидроцилиндра и воздействует на поршень 7 сдвигая его вправо. При этом, пружина 20 сдвигает стакан 16 в исходное положение, последовательно открывая отверстия 18, в результате чего внутренняя полость заполняется маслом. При дальнейшем перемещении поршня 7 со штоком 6 вправо стакан 16 вступает в контакт с выступом 19 штока и далее вместе со втулкой 17 и поршнем 7 перемещаются вместе. Таким образом, осуществляется плавное торможение поршня в крайних положениях и его трогание с требуемой скоростью без каких либо дополнительных устройств, типа обратного клапана, поскольку подводящие отверстия 4 и 5 в крышках 2 и 3 гидроцилиндра постоянно связаны с его рабочими полостями.

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.

На Рис 23 показана конструкция гидроцилиндра, в котором скорость перемещения поршня со штоком меняется в зависимости от величины внешней нагрузки. Он содержит корпус 1, поршень 2 с полым штоком 3, расположенный внутри него золотник 4 с пружиной 5 и упорным стержнем 15, регулируемый упор 6 и ограничитель хода 7. Поршень 2 образует в корпусе 1 гидроцилиндра поршневую 8 и штоковую 9 полости. В золотнике 4 выполнена кольцевая канавка 10, а в штоке 3 каналы 11 и 12, сообщающие штоковую полость 9 с поршневой полостью 8 и подводящим отверстием 13. Подвод масла в поршневую полость гидроцилиндра осуществляется через отверстие 14. При подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра через отверстие 14 поршень движется с максимальной скоростью, поскольку поршневая полость 9 соединена со штоковой полостью 8 через канал 11 (гидроцилиндр работает по дифференциальной схеме), канал 12 при этом перекрыт. При воздействии на упорный стержень 15 жестко соединенный с золотником 4 внешней нагрузки, последний перемещается влево до упора в ограничитель 7. При этом кольцевая канавка 10 золотника 4 соединяет штоковую полость 9 со сливом через канал 12 и отверстие 13, а золотник 4 перекрывает канал 11 и поршень 2 начинает перемещаться с пониженной скоростью, при этом, гидроцилиндр развивает большее усилие.

На Рис 24 показана конструкция гидроцилиндра имеющего две скорости движения штока, изменяющиеся в функции пути. Он содержит корпус 1, поршень 2 выполненный за одно со штоком 3, в котором выполнена дополнительная полость 4, образующие поршневую 5 и штоковую 6 полости. Кроме того в корпусе 1 со стороны поршневой полости 5 установлен дополнительный шток 7, с продольной канавкой 8 на наружной цилиндрической поверхности, отделяющий поршневую полость 5 от дополнительной полости 4. Также в корпусе 1 расположены обратные клапаны 10, 13 и дроссели 11, 14, соединенные с рабочими полостями 5 и 6 гидроцилиндра каналами 9, 12, 17, а в вертикальной расточке корпуса 1 расположен подпружиненный пружиной 16стакан 15 с дросселем 14, образующий полость 20. Подвод масла в поршневую полость 5 гидроцилиндра осуществляется через отверстие 18, а в штоковую полость 6 через отверстие 19.

Работает двухскоростной гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла в штоковую полость 6 поршень 2 со штоком 3 начинают двигаться влево, а масло из поршневой полости 5, через продольную канавку 8 в дополнительном поршне 7 перетекает в дополнительную полость 4 и вместе с маслом из этой полости через канал 9, дроcсель 11 и отверстие 18 сливается в бак, при этом обратные клапаны 10 и 13 закрыты давлением масла, а выход из канала 12 перекрыт иглой дросселя 14. Скорость перемещения поршня 2 со штоком 3 в этом время определяется настройкой дросселя 11. После прохождения поршнем 2 определенного участка пути канал 17 соединяется со штоковой полостью 6 и одновременно разобщаются поршневая полость 5 и дополнительная полость 4. В результате этого масло по каналу 17 поступает в полость 20 под нижний торец стакана 5, который преодолевая усилие пружины 16, перемещается вверх и тем самым соединяет канал 12 с отверстием 18, в результате чего масло из поршневой полости 5 через канал 12, дроссель 14 и отверстие 18 сливается в бак. Поскольку проходное сечения дросселя 14 меньше проходного сечения дросселя 11, скорость движения поршня 2 снижается. При подаче масла в отверстие 18, оно через обратный клапан 10 и канал 9 поступает в дополнительную полость 4, а через обратный клапан 13 и канал 12 в поршневую полость 5, что приводит к ускоренному перемещению вправо поршня 2 со штоком 3, при этом масло из штоковой полости 6 через отверстие 19 сливается в бак

На Рис 25 показана конструкция гидроцилиндра с двумя скоростями при постоянном расходе масла. Он содержит корпус 1, в котором расположены каналы 2 – 6 и расточка 7, а также шток 8 выполненный за одно целое с поршнем 9, при этом шток 8 является корпусом встроенного дополнительного гидроцилиндра, шток которого 10, выполненный за одно с поршнем 11, закреплен на днище корпуса 1 основного гидроцилиндра. Шток 10 содержит канал 12 соединяющий поршневую полость дополнительного гидроцилиндра с каналом 2 основного гидроцилиндра, и канал 13 соединяющий штоковую полость дополнительного гидроцилиндра с каналом 3 основного. В расточке корпуса 1 размещен подпружиненный пружиной 17 клапан 14 с каналами 15 и 16.
Работает гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла в канал 2 оно по каналам 4 и 5 поступает соответственно в поршневую и штоковую полости основного гидроцилиндра, а через канал 12 в поршневую полость дополнительного гидроцилиндра. Поскольку, при этом, клапан 14 удерживается пружиной 17 в левом положении, эффективная площадь поршня 9 основного гидроцилиндра равна площади поперечного сечения его штока 8, в результате этого поршень 9 со штоком 8 движутся вправо с увеличенной скоростью. В это время масло из штоковой полости дополнительного гидроцилиндра по каналам 13 и 3 сливается в бак. При подходе к крайнему правому положению поршень 9 воздействует на клапан 14 и перемещает его вправо, а несколько позже, поршень перекрывает канал 5, отсекая штоковую полость основного гидроцилиндра от поршневой, в результате этого масло из штоковой полости начинает сливаться в бак через канал 6. После этого эффективная площадь гидроцилиндра становится равной площади его поршне-вой полости, что приводит к снижения скорости движения вправо поршня 9 со штоком 8, при этом усилие на штоке 8 возрастает. В это время масло из штоковой полости дополнительного гидроцилиндра через каналы 13 и 3 продолжает сливаться в бак. Для возврата поршня 9 со штоком 8 в исходное левое положение масло через канал 3 подается в штоковую полость дополнительного гидроцилиндра, а из поршневых полостей основного и дополнительного гидроцилиндров по каналу 2 сливается в бак, при этом развивается максимальная скорость перемещения. В это время штоковая полость основного гидроцилиндра через канал 5 также связана со сливом, поэтому клапан 14 под действием пружины 16 возвращается в исходное левое положение

На Рис 26 показана конструкция плунжерного цилиндра гидравлического пресса, цикл работы которого состоит их холостого хода с увеличенной скоростью, рабочего хода с пониженной скоростью и максимальным усилием и быстрого возврата в исходное положение. Этот гидроцилиндр состоит из сборного корпуса включающего гильзу 1 и фланец 2, втулку 3 с направляющими кольцами и уплотнениями, расположенную в отверстии гильзы 1, плунжер 5 в центральном отверстии которого установлен неподвижный шток 4 с поршнем 6 с направляющими кольцами и уплотнениями, при этом, шток 4 закреплен на внутреннем торце фланца 2 и контактирует с втулкой 8 с направляющими кольцами и уплотнением, установленной в плунжере 5 и зафиксированной гайкой 9. Поршень 6, шток 4 и втулка 8 образуют в центральном отверстии плунжера 5 поршневую 16 и штоковую 7 полости, а между нижним торцем плунжера 5 и верхним торцем фланца 2 образована рабочая полость 15 гидроцилиндра. Для подвода масла в штоковую полость 16 в плунжере 5 выполнен канал 10, для подвода масла в рабочую полость 15 гидроцилиндра в гильзе 1 предусмотрено отверстие 11, а для подвода масла в штоковую полость 7 во фланце 2 имеется канал 12, соединяющийся с каналами 13 и 14 выполненными в штоке 4.
Для быстрого перемещения плунжера 5 вверх масло от гидроагрегата под рабочим давлением подается через канал 10 в поршневую полость 16 в плунжере 5, в результате чего последний совершает холостой ход и останавливается при возрастании действующего на него технологического усилия. Параллельно с этим масло под низким давлением, например из пополнительного бака, через отверстие 11 заполняет рабочую полость 15 гидроцилиндра. Затем в системе гидропривода пресса срабатывает реле давления и масло под рабочим давлением начинает поступать в полость 15 гидроцилинлиндра, при этом скорость движения плунжера 5 снижается, но возрастает развиваемое им усилие, пропорционально увеличению его эффективной площади. После выполнения технологической операции подается команда на возврат плунжера 5 в нижнее исходное положение, при этом масло под рабочим давлением через каналы 12 13 и 14 в штоковую полость 7, а из полости 15 идет на слив, что приводит к ускоренному движению плунжера 5 вниз.

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 27 показана конструкция тандемного гидроцилиндра позволяющая создать гидропривод с удвоенным усилием без увеличения его диаметра. Это бывает необходимо, когда пространство, в проектируемом изделии, выделенное для размещения гидроцилиндра, имеет ограниченный размер по диаметру, но неограниченно по длине. Конструкция такого гидроцилиндра состоит из сборного корпуса, выполненного из соединенных посредствам резьбовых соединений двух гильз 1, верхней 2 и нижней 3 крышек, промежуточной буксы 4 и двух одинаковых комплектов поршней 5 и штоков 6. При этом в буксе 4 выполнено отверстие 12 для подвода масла в штоковую полость 8 верхнего гидроцилиндра и отверстие 13 для подвода масла в поршневую полость 9 нижнего гидроцилиндра, а также отверстие 14 в верхней крышке 2 для подвода масла в поршневую полость 10 верх-него гидроцилиндра и отверстие 11 в нижней крышке 3 для подвода масла в штоковую полость 7 нижнего гидроцилиндра. При подаче масла через отверстия 13 и 14 в поршневые полости 9 и 10 тандемного гидроцилиндра его оба поршня 5 со штоками 6 перемещаются вниз, при этом, усилие создаваемое на штоке нижнего гидроцилиндра равно сумме усилий обоих цилиндров, определяемых площадью поршня и давлением жидкости. При подаче масла через отверстия 11 и 12 в штоковые полости 7 и 8 тандемного гидроцилиндра его поршни 5 и штоки 6 возвращаются в верхнее исходное положение.

На Рис 28 показана конструкция двухступенчатого гидроцилиндра с переменным усилием. Он содержит корпус 1, в котором располагается поршень 2 первой ступени выполненный за одно с полым штоком 3, которые образуют поршневую 12 и штоковую 13 полости, а во внутренней полости штока 3 расположен поршень 4 второй ступени, выполненный за одно целое со штоком 5, образующие поршневую полость 14 и штоковую полость 15, в которой выполнена радиусная канавка 25. Кроме того во внутренней полости штока 3 установлен фиксирующий плунжер 6 с конусной поверхностью 26, который поджат к бурту штока 3 пружиной 7, образуя при этом полость 16 соединенную с атмосферой посредствам отверстия 24. В поршне 4 гидроцилиндра второй ступени выполнены радиальные отверстия, в которых установлены фиксирующие шарики 11, а в корпусе 1 установлены золотник 8, подпружиненный пружиной 9 и обратный клапан 10, расположенный между каналами 21 и 22, при этом левый торец золотника 8 соединен с каналом 18, а его наружная цилиндрическая поверхность имеет возможность соединять или разъединять каналы 19 и 20. Подвод масла в поршневую полость 12 гидроцилиндра первой ступени и поршневую полость 14 второй ступени осуществляется через канал 17, в штоковую полость 13 – через канал 21 и обратный клапан 10, в штоковую полость 15 гидроцилиндра второй ступени – через канал 23.

Работает двухступенчатый гидроцилиндр следующим образом. Для перемещения вправо масло через канал 17 подается в поршневую полость 12 первой ступени и далее в поршневую полость 14 второй ступени гидроцилиндра, при этом каналы 21 и 23 соединены со сливом. В результате этого шток 5 второй ступени выдвигается вправо, развивая усилие холостого хода, величина которого пропорциональна площади поршня 4 второй ступени. При этом, шток 3 первой ступени остается неподвижным поскольку масло из штоковой полости 13 не может сливаться по причине перекрытия канала 22, обратным клапаном 10 и канала 19 золотником 8, удерживаемым в крайнем левом положении пружиной 9. В крайнем правом положении фиксирующие шарики 11 находят на конусную поверхность 26 плунжера 6 и при этом заходят в радиусную канавку 25 во внутренней полости 15 штока 3, что приводит к фиксации поршня 4 в штоке 3. После этого давление масла в поршневых полостях 14 и 12 и каналах 17 и 18 растет, что приводит к перемещению золотника 8 вправо, который преодолевает при этом усилие пружины 9, и тем самым, соединяет канал 22 через каналы 19 и 20 с каналом 21 соединенный в это время со сливом. Это позволяет поршню первой ступени 2 вместе со штоком 3 начать перемещаться вправо развивая увеличенное усилие, величина которого пропорциональна сумме площадей поршня 2 первой ступени и поршня 4 второй ступени. Вместе со штоком 3 вправо перемещается и поршень 4 второй ступени вместе со штоком 5, будучи заклиненным шариками 11 находящимися в канавке 25. При подаче масла в штоковые полости 13 и 15 через каналы 21и 23 происходит возврат штоков обеих ступеней гидроцилиндра в исходное положение

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.

На Рис 30 показана конструкция гидроцилиндра позволяющая автоматически увеличивать усилие на штоке при возрастании нагрузки на него. Он состоит из корпуса 1, в котором установлена крышка 3 и шток – поршень 2, образующий рабочие полости поршневую 4 и штоковую 5, подвод масла в которую осуществляется посредствам канала 6. В крышке 3 имеющей форму стакана расположен шток 7 с центральным отверстием 9, выполненный за одно целое с поршнем 8, в котором установлено седло 10, в котором расположен клапан 11, состоящий из головки 12 и хвостовика 13, имеющего торцевые пазы 14 и входной канал 15, при этом на верхнем торце крышки 3 установлен фланец 16, поверхность 17 расточки 18 которого упирается в верхний торец хвостовика 13 клапана 11. Фланец 16 вместе с поршнем 8, седлом 10 и хвостовиком 13 клапана 11 образуют поршневую полость 19, соединенную с полостью расточки 18 фланца 16 посредствам обратного клапана 20 и дросселя 21, а крышка 3 и шток 7 с поршнем 8 образуют штоковую полость 24. При упоре поршня 8 в нижний торец фланца 16, а хвостовика 13 клапана 11 в поверхность 17 расточки 18 фланца между головкой 12 клапана 11 и седлом 10 образуется зазор А, в результате чего, поршневая полость 4 через отверстие и отверстия 22 и 23 в хвостовике 13 клапана 11 соединяется с каналом 15. Штоковая полость 24 посредствам канала 26 соединена с атмосферой. В верхней части центрального отверстия 9 штока 7 установлена пружина 25 поддерживающая клапан 11 в крайнем верх-нем положении, при котором верхний торец его хвостовика 13 упирается в поверхность 17 расточки 18 фланца 16.
Работает гидроцилиндр следующим образом. В исходном положении шток 2 и 7 находятся в крайнем верхнем положении. Для осуществления движения штока 2 вниз штоковая полость 5 посредствам канала 6 соединяется со сливом, а в канал 15 подается масло, которое, поступая в канал 23, воздействует на клапан 11, перемещая его вниз до упора в соответствующую поверхности поршня 8, и далее через радиальные отверстия 22 и канал 9 поступает в поршневую полость 4 гидроцилиндра. В результате этого шток – поршень 2 начинает двигаться вниз. Одновременно масло через дроссель 21 из полости расточки 18 начинает поступать в поршневую полость 19, в результате чего поршень 8 вместе со штоком 7 начинают двигаться вниз со скоростью, величина которой определяется настройкой дросселя 21. Перемещаясь вниз хвостовик 13, выходит из отверстия во фланце 16, обеспечивая, таким образом, свободное поступление масла из канала 15 в полость расточки 18 фланца. При резком возрастании нагрузки на шток 2, его движение останавливается, давление в полостях 4 и 19 выравнивается и пружина 25 прижимает головку 12 клапана 11 к седлу 10, разобщая, таким образом, поршневую полость 4 с подводом масла. Масло, воздействуя на поршень 8, заставляет его перемещаться, создавая при этом в поршневой полости 4 давление, увеличенное на коэффициент отношение площади поршня 8 к площади штока 7. Таким образом, за счет эффекта мультипликации, на штоке 2 создается увеличенное усилие и последний совершает рабочий ход, для выполнения которого предназначен гидроцилиндр. Для возврата в исходное положение масло через канал 6 подается в штоковую полость 5 гидроцилиндра, а канал 15 соединяется со сливом, при этом шток 2 начинает ускоренно подниматься вверх, вытесняя масло из поршневой полости 4, а поскольку головка 12 клапана 11 прижата к седлу 10, то масло, вытесняемое из поршневой полости 4, воздействует на шток 7, заставляя его также подниматься вверх. До тех пор пока полость 19 не отделена от канала 15 хвостовиком 13 клапана 11, масло из нее свободно поступает на слив. Как только верхний торец хвостовика 13 прижимается к поверхности 17 фланца 16 масло из полости 19 начинает идти на слив через обратный клапан 20 и торцевые пазы 14 хвостовика 13. При этом шток 7, испытывая давление масла со стороны поршневой полости 4, продолжает движение вверх, до упора поршня 8 в нижний торец фланца 16, образуя зазор А между головкой 12 клапана 11 и седлом 10, в результате чего масло из штоковой полости 4 идет на слив через канал 9 штока 7, радиальные и осевые отверстия 22 и 23. Шток 2 движется вверх до упора в крышку 3, при этом все подвижные элементы гидроцилиндра возвращаются в исходное положение.

На Рис 31 показана конструкция гидроцилиндра с упрощенной системой управле-ния, позволяющая автоматически увеличивать усилие на штоке при возрастании действующей на него нагрузки. Он состоит из гильзы 1, нижней крышки 2 и верхней крышки 3, основного штока 4, с центральным отверстием 5 и поршня 6, образующих поршневую 8 и штоковую 7 полости гидроцилиндра. С основным штоком 4 жестко соединен дополни-тельный шток 9, в котором выполнено центральное ступенчатое отверстие 10 диаметр которой больше диаметра отверстия 5 выполненного в основном штоке 4. В верхней части дополнительного штока 9 установлен поршень 11, размещенный во внутренней полости стакана 12, являющегося корпусом дополнительного гидроцилиндра, с образованием поршневой полости 14 и штоковой 13. Стакан 12 закреплен на верхней крышке 3 гидроцилиндра, а его стык с верхним торцем крышки 3 герметизирован уплотнениями 15 и 16 с образованием полости 17, которая соединяет канал 19 с отверстиями 18, выполненными в крышке 3, кроме того, в стакане 12 выполнен паз 20 соединяющий канал 19 с поршневой полостью 14. В дополнительном штоке 9 установлен обратный клапан 21, вход которого соединен с расточкой 10, а выход с радиальными отверстиями 22, которые через штоковую полость 13 и паз 23 соединены с каналом 24, выполненным в стакане 12. Посредствам радиальных отверстий 25 и 26 рабочие полости 7 и 8 гидроцилиндра соединены с отверстиями 5 и 10, основного 4 и дополнительного 9 штоков. В отверстиях 5 и 10 штоков 4 и 9 установлен золотник 27, поясок 28 которого совместно с отверстием 5 основного штока 4 образует первую сливную полость 29, а поясок 30 совместно с отверстием 10 дополнительного штока 9 образует вторую сливную полость 31, соединенную с первой посредствам канала 32 в золотнике 27. В отверстии 10 установлена пружина 33, постоянно поджимающая золотник 27 к торцу 34 отверстия 5 основного штока 4. Наружная кольцевая проточка 35 выполненная между поясками золотника 27 охватывает радиальные отверстия штоков 4 и 9.
Работает гидроцилиндр следующим образом В исходном положении штоки 4 и 9 с поршнями 6 и 11 находятся в исходном верхнем положении. Для ускоренного перемещения штока 4 вниз масло по каналу 19 и пазу 20 подается в поршневую полость 14 дополнительного гидроцилиндра, а также в полость 17 и далее через отверстия 18 в поршневую полость 8 основного гидроцилиндра, при этом масло из штоковой полости 7 основного гидроци-линдра через радиальные отверстия 25 перетекает в кольцевую проточку 35 золотника 27 и далее черадиальные отверстия 26 перетекает в поршневую полость 8 основного гидроцилиндра (реализуется дифференциальная схема работы основного гидроцилиндра). Таким образом, шток 4 основного гидроцилиндра быстро выдвигается при малом потребном расходе. При возрастании нагрузки на шток 4 его ускоренное выдвижение прекращается, и давление масла в поршневой полости 14 дополнительного гидроцилиндра и рабочих полостях 7 и 8 основного гидроцилиндра и соединяющей из кольцевой проточке 35 золотника 27 начинает возрастать. При определенном значении давления масла золотник 27, преодолевая усилие пружины 33, перемещается вверх до упора в торец полости 31, и находясь в этом положении, разобщает радиальные отверстия 25 и 26 основного и дополнительного штоков 4 и 9, в тоже время соединяет штоковую полость 7 основного гидроцилиндра с полостью 29, которая в свою очередь посред-ствам каналов 32, полости 31, обратного клапана 21, штоковой полости 13, паза 23 и канала 24 соединена со сливом. При этом на штоке 4 создается максимальное усилие, величина которого определяется давлением масла и суммой эффективных площадей поршней 6 и 11. Для возврата в исходное верхнее положение масло подается по каналу 24, а канал 19 соединяется со сливом. При этом давление масла в полостях 14, 17, 8 и проточке 35 золотника 27 падает и воздействующая на него пружина 33 перемещает его в нижнее исходное положение, упирая в торец 34 отверстия 5. Масло из канала 24 поступает в штоковую полость 13 дополнительного гидроцилиндра и воздействуя на поршень 11 ускоренно возвращает его вместе с поршнем 6 и штоками 4 и 9 в верхнее исходное положение. При этом масло из поршневой полости 14 дополнительного гидроцилиндра идет на слив, а масло из поршневой полости 8 основного гидроцилиндра через кольцевую проточку 35 в золотнике 27 и радиальные отверстия 25 и 26 перетекает в штоковую полость 7. В результате этого происходит ускоренный возврат в верхнее исходное положение. Поскольку объем поршневой полости 8 незначительно превышает объем штоковой полости 7, излишки масла сливаются через канал 19. При возврате в исходное положение потребный расход масла определяется объемом штоковой полости 13 дополнительного гидроцилиндра и соответственно может считаться минимальным.

На Рис 32 показана конструкция гидроцилиндра привода механизма зажима инструмента в шпинделе металлорежущего станка. со встроенным устройством для увеличенния усилия. Этот гидроцилиндр для зажима инструмента в конусе шпинделя 1 состоит из сборного корпуса, состоящего из фланца 2, гильзы 3 и крышки 4, полого поршня 5 установленного в отверстии гильзы 3 и поджатого пружиной 6 в крайнее верхнее положение. Во внутренней полости поршня 5 расположен сборный шток, состоящего из чашки 8, контактирующей с дном поршня 5 посредствам упорного подшипника 7, и соединенной посредствам резьбового соединения со стаканом 9, внутри которого расположена опора 10. Нижний торец опоры 10 посредствам болтов закреплен на шпинделе 1, а в верхней части она посредствам осей 11 шарнирно соединена с рычажным механизмом. Рычажный механизм содержит два комплекта рычагов 12 шарнирно соединенных между собою осями 13 на которых также установлены ролики 14 имеющие возможность контакта с внутренней конусной поверхностью 19 стакана 9, которая поджата к ним посредствам мощных тарельчатых пружин 17. При этом, верхняя пара рычагов 12 посредствам осей 11 шарнирно соединена с тягой 15 противоположный конец которой связан с зажимаемым инструментом. В тяге 15 выполнен продольный паз, в который входит шпонка 16, закрепленная в опоре 10, которая препятствует вращению тяги 15. Стакан 9 установлен на верхнем торце шпинделя 1 посредствам промежуточной втулки 18.
При установке инструмента конический хвостовик которого вставляется в конусное отверстие шпинделя станка масло под давлением подается в поршневую полость гидроцилиндра, при этом поршень 5, преодолевая усилие пружины 6, перемещается вниз, и воздействуя через упорный подшипник 7 на чашку 8 штока, также смещает его вниз, сжимая при этом тарельчатые пружины 17. Это приводит к тому, что между внутренняя конусная поверхность 19 не передает усилие тарельчатых пружин 17 роликам 14 рычажного механизма, в результате чего тяга 15 освобождается, позволяя произвести установку инструмента. Для зажима инструмента масло из штоковой полости гидроцилиндра подается на слив и поршень 5 под действием пружины 6 возвращается в верхнее исходное положение. Одновременно с этим тарельчатые пружины 17 поднимают вверх стакан 9 штока, который воздействуя внутренней конусной поверхностью 19 на ролики 14 рычажного механизма, сводит его рычаги 12, заставляющие при этом подниматься вверх тягу 15, осуществляющую зажим инструмента. Наличие встроенного в шток гидроцилиндра рычажного механизма позволяет в несколько раз увеличить усилие зажима инструмента, а наличие тарельчатых пружин гарантировать его надежную фиксацию, независимо от наличия давления в маслоподводящей магистрали станка.

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 F1плунжера 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

На Рис 34 показана конструкция трехпозиционного гидроцилиндра, позволяющая упростить систему управления за счет замены двух гидрораспределителей одним. Он содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, причем последняя выполнена с удлиненным левым торцем 4, который служит упором для промежуточного поршня 5 выполненного за одно целое со штоком 6, во внутренней полости 8 которого установлен выполненный вместе со штоком 18 поршень 7 и стопорное кольцо 10. Подвод масла в полости гидроцилиндра осуществляется через отверстия 11 и 12, соединенные с соответствующими каналами гидрораспределителя. На наружной поверхности штока 6 выполнено занижение, которое образует вместе с отверстием в крышке 2 полость 15, а отверстия 16 в штоке 6 соединяют ее с полостью 8 в котором находится поршень 7. Подвод масла к поршню 5 со стороны штока 6 осуществляется через канал 17 в крышке 2, соединенное с маслоподводящим отверстием 11. При нахождении гидрораспределителя в положении показанном на Рис масло одновременно поступает в оба маслоподводящих отверстия 11 и 12, при этом поршень 7 со штоком 18 выдвинут в крайнее левое положение, а поршень 5 со штоком 6 находится в крайнем правом положении, поскольку его площадь на которую давит масло слева больше, чем справа. При переключении гидрораспределителя в левое положение масло подводится к отверстию 12 и сливается из отверстия 11, при этом поршни 5 и 7 перемещаются в крайнее правое положение. При переключении гидрораспределилителя в правое положение масло подводится к отверстию 11 и сливается из отверстия 12, при этом поршни 5 и 7 перемещаются в крайнее левое положение.

На Рис 35 показана конструкция дискретного гидроцилиндра с увеличенным количеством положений штока при неизменном количестве поршней. Традиционная конструкция дискретного гидроцилиндра содержит общий корпус, в котором последовательно расположено n поршней и имеет количество позиций М равное М = 2^n Поэтому при количестве позиций более трех такой гидроцилиндр имеет необоснованно большую длину и содержит большое количество маслоподводящих трубопроводов. Конструкция предлагаемого дискретного гидроцилиндра содержит корпус 1 с последовательно расположенными в нем поршнями 2 – 4, снабженными ограничителями 5 – 7, выходной шток 8, поршневые полости 9 – 11 и возвратную полость 12. В дне корпуса 1 выполнен выступ с упором 14 и аналогичные упоры 16 и 18 выполнены на штоках поршней 2 и 3, а также на ограничителях 5 – 7 организованы выступы 13, 15, 17, кроме того на выступе корпуса и штоках поршней установлены ограничительные втулки 19 – 21 с буртами и пружинами сжатия 22 – 24 постоянно поджимающими их влево. Ход втулки 19 равный S определяется перемещением ограничителя 5, ход втулки 20 поршня 3 равный 3S (тройной величине хода втулки 19) определяется перемещением ограничителя 6, а ход втулки 21 поршня 4 равный 9S (тройной величине хода втулки 20) определяется перемещением ограничителя 7. Управление дискретным гидроцилиндром осуществляется путем подачи масла с двумя уровнями давления P_1 и P_2 При этом, величина давления P_1 выбирается исходя из усилия необходимого для перемещения штока 8, воспринимающего внешнее усилие, а давление P_2 должно быть больше усилия необходимого для полного сжатия пружин 22 – 24 .
Работает дискретный гидроцилиндр следующим образом. При подаче давления P_1 в возвратную полость 12 поршни 2 – 4 занимают исходное левое положение. При подаче давления P_1 в поршневую полость 9 поршень 2, а вместе с ним и выходной шток 8 переместятся вправо на величину движения ограничителя 5 до упора во втулку 19, которое равно S. Если давление в поршневой полости 9 увеличется до величины P_2 то втулка 19, преодолевая усилие пружины 22, переместится вправо до упора 14, а вместе с ней переместятся в том же направлении на величину S поршень 2 и шток 8. При подаче давлении P_1 в поршневую полость 10 поршень 3 и шток 8 переместятся вправо на величину 3S, а при увеличении давления в поршневой полости 10 до величины P_2 произойдет перемещение поршня 3 и штока 8 на величину 6S. Максимальная величина перемещения штока 8 будет равно сумме перемещений ограничителей 5 – 7 и втулок 19 – 21, а максимальное количество перемещений штока 8 при трех поршнях равно 26
На Рис 36 показана конструкция гидроцилиндра с регулируемой величиной хода, Он содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, который выполнен со сквозным отверстием 4 и двумя продольными пазами 5, ходовой винт 10 с ходовой гайкой 12, снабженной двумя шпонками 13, гайку 14, установленную с торца поршня 2, а также крышки 6 и 7. Ходовой винт 10 зафиксирован от осевого перемещения в крышке 6 с одной стороны за счет наличия в нем упорного бурта, а с другой стопорным винтом 11. Шток 3 соединен посредствам резьбового соединения с проушиной 8, которая снабжена упорной втулкой 9, и герметично закрывает его внутреннюю полость с размещенными там ходовым винтом 10 и гайкой 12. Подача масла в поршневую полость гидроцилиндра осуществляется через отверстие 15 в крышке 6, а в штоковую полость через отверстие 16 в корпусе 1. При подаче масла через отверстие 15 поршень 2 начинает перемещаться и останавливается, когда гайка 14 упрется в торец ходовой гайки 12. Обратный ход поршня осуществляется при подаче масла в штоковую полость гидроцилиндра через отверстие 16. Регулировка величины хода поршня 2 осуществляется вращением ходового винта 10, при этом гайка 12, зафиксированная от проворота шпонками 13 размещенными в пазах 5 штока 3 поступательно перемещается, удаляясь или приближаясь к гайке 14 и тем самым изменяя ход поршня 2.
На рис 37 показана конструкция гидроцилиндра с регулируемой величиной хода и возможностью иметь боле двух точных положений штока. Он содержит корпус 1, полый поршень 5 с ограничительным кольцом 7, выполненный за одно со штоком 6 и крышку 2, которые образуют пеоршневую 3 и штоковую 4 полости гидроцилиндра, а также стакан 8 со шлицами 9 и зубчатым венцом 10, рейку – плунжер 11, ходовой винт 12 с ходовой гайкой 13, хвостовик которой 14 выполнен со шлицами 15. При этом, ограничительное кольцо 7 выполнено с открытыми пазами 16 ответными выступам 17 на ходовой гайке 13. Ходовая гайка 13, стакан 8 с зубчатым венцом 10 и рейка – плунжер 11 выполняют функции механизма фиксации поршня 5 со штоком 6 в промежутjчном положении. При подаче масла в полость 3 гидроцилиндра поршень 5 со штоком 6 перемещаются в крайнее положение совершая полный ход (см. Рис 37б). Если повернуть стакан 8 в положение когда выступы гайки 17 будут упираться в ограничительное кольцо 7, что выполняется за счет рейки – плунжера 11 и зубчатого венца 10, то при подаче масла в полость 3 гидроцилиндра поршень 5 со штоком 6 в конце хода остановятся в среднем положении (см. Рис 37в). При подаче масла в полость 4 гидроцилиндра в зависимости от положения выступов 17 гайки 13 поршень 5 со штоком 6 переместятся в исходное или промежуточное положения (см Рис 37а, г). Регулировка среднего положения осуществляется вращением ходового винта 12, что позволяет переместить гайку 13 в требуемое положение.
На Рис 38 показана конструкция многопозиционного гидроцилиндра со встроенным механизмом фиксации штока в произвольном положении. Он состоит из сборного корпуса включающего гильзу 1 фланец 2 переднюю зайку 3 и заднюю 4, а также поршень 5, закрепленный на штоке 6 посредствам гайки 13, и образующие вместе с передней крышкой гильзой и фланцем поршневую и штоковую полости гидроцилиндра. Во фланце 2 выполнена ступенчатая расточка, в которой размещены радиально – упорные подшипники 7, с установленным в них ходовым винтом 8, дисковая фрикционная муфта – тормоз и односторонний гидроцилиндр управляющий ею. На резьбовой части ходового винта 8 установлена ходовая гайка 9, закрепленная на штоке 6, а на цапфе ходового винта посредствам шпоночного соединения крепится ступица 11 муфты – тормоза, наружные шлицы которой зацепляются с внутренними шлицами ведомых дисков 12 муфты, при этом ведущие диски 12 своими наружными шлицами зацепляются с ответной шлицевой поверхностью выполненной в расточка фланца 2. Гидроцилиндр управления муфтой состоит из неподвижной перемычки 14 установленной в расточке буксы 2, поршня 15 выполненного за одно со щтоком торец которого взаимодействует ведомыми дисками 12, а также задней крышки 4, в которой установлены пружины 16 с регулировочными винтами 17. Подвод масла в рабочие полости гидроцилиндра осуществляется через отверстие 18 в поршневую полость и через отверстие 19 в штоковую полость, в гидроцилиндр управления муфтой через отверстие 20. Параметры резьбы ходового винта и гайки (диаметр и шаг) выбраны таким образом, что поступательное движении поршня гидроцилиндра вместе со штоком вызывает вращение винта в соответствующую сторону. Работает гидроцилиндр следующим образом. В исходном положении масло через отверстие 20 подается в штоковую полость гидроцилиндра управления, в результате чего поршень 15 сжимает пружины 16, что приводит к растормаживанию дисков муфты – тормоза и освобождению ходового винта 8. Для перемещения штока 6 влево масло через отверстие 18 подается в поршневую полость гидроцилиндра, а через отверстие 19 из штоковой полости идет на слив, при этом поступательное движение штока 6 с поршнем 5, посредствам гайки 9 заставляет вращаться расторможенный ходовой винт 8. Для остановки штока 6 в требуемом положении масло через отверстие 18 из поршневой полости гидро-цилиндра и через отверстии 20 из поршневой полости гидроцилиндра управления идет на слив и освобожденные при этом пружины 16 сжимают диски 12 муфты – тормоза, который в свою очередь останавливает вращение ходового винта 8, а последний стопорит шток 6 с разгруженным поршнем 5. Для перемещения штока 5 вправо масло через отверстие 20 снова подается в поршневую полость гидроцилиндра управления, а затем через отверстие 19 в штоковую полость гидроцилиндра, и последний работает аналогично описанному ранее.

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.

На Рис 40 показана конструкция телескопического гидроцилиндра с механической фиксацией секций штока в выдвинутом положении. Он содержит корпус 1, телескопические секции, состоящие из поршней 2 и штоков 12, распорные стаканы 3, кольца замка 4, пружины 5, соединительные гайки 6, запорные цилиндры 7, резьбовое кольцо 8, направляющие штоков 9, фиксирующие шарики 10 и уплотнения 11. При этом в гидроцилиндре образованы поршневые 13 и штоковые 14 рабочие полости.
Работает гидроцилиндр следующим образом. В исходном положении гидроцилиндр находится как показано на Рис 40. Для выдвижения телескопических секций масло через отверстие А в корпусе 1 гидроцилиндра подается в поршневые полости 13 и через отверстие 14 в корпусе 1 гидроцилиндра сливается из штоковых полостей 14. При подходе поршней 2 к крайнему положению фиксирующие шарики 10 упираются в конусные вы-ступы распорных стаканов 3, и возникающие при этом горизонтально направленные силы сжимают пружины 5 и смещают вправо распорные стаканы 3, а возникающие при этом радиально направленные силы заставляют фиксирующие шарики 10 заходить в гнезда замков 4. Таким образом, осуществляется механическая фиксация телескопических секций гидроцилиндра в выдвинутом положении. Для возврата телескопических секций гидроцилиндра во втянутое исходное положение масло через отверстия Б и В подается в штоковые полости 14 гидроцилиндра. При этом, давление масла, возникающее между поршнями 2 и распорными стаканами 3, сжимает пружины 5 и сдвигает стаканы 3 вправо, что дает возможность фиксирующим шариками 10 выйти из гнезд замков 4. После этого освобожденные поршни 2 вместе со штоками 12 телескопических секций движутся влево и занимают втянутое исходное положение.
На Рис 41 показана конструкция телескопического гидроцилиндра двухстороннего действия. Он содержит набор телескопических ступеней, в который входит корпус первой ступени 1, размещенный в нем с возможностью возвратно – поступательного перемещения полый шток первой ступени 2, с установленным в нем корпусом второй ступени 3 с выступами 17 на его концах и с закрепленным на нем поршнем первой ступени 4, который образует поршневую 5 и штоковую 6 полости первой ступени, ограниченные крышками 7 и 26. В корпусе второй ступени 3 установлен с возможностью возвратно – поступательного перемещения составной полый шток второй ступени 8 с цапфами 22 и 23 на обеих концах, в которых выполнены отверстия 24 и 25 для подвода и слива масла. Поршень второй ступени 9, соединяет обе части составного штока второй ступени 8 разделяя его внутреннюю полость на две части 18 и 19, при этом поршень 9 образует поршневую 10 и штоковую 11 полости второй ступени, ограниченные крышками 12 и 27. Между штоками телескопических ступеней гидроцилиндра образованы осевые каналы 13, а в самих штоках выполнены радиальные каналы 20 для подвода масла в соответствующие полости гидроцилиндра. На сопряженных поверхностях телескопических секций гидроцилиндра выполнены соответствующие проточки 15, в которых установлены уплотнения 16. На наружной поверхности корпуса 1 гидроцилиндра посредствам разрезного кольца закреплена цапфа 14 для установки гидроцилиндра на объекте.
При работе гидроцилиндра в составе объекта цапфы 22 и 23 штока 8 второй ступени неподвижно крепятся на раме, а перемещение приводимого гидроцилиндром механизма осуществляется при возвратно – поступательном перемещении корпуса 1. Работает гидроцилиндр следующим образом. В начале цикла работы гидроцилиндра масло через отверстие 25 цапфы 22, радиальные каналы 20 и осевые 13 подается в поршневую полость 5 первой ступени, при этом посредствам давления масла на поршень 4 первой ступени и крышку 26, корпус первой ступени 1 начинает перемещаться вниз. При достижении корпусом первой ступени 1 крайнего нижнего положения масло через радиальные 20 и осевые 13 каналы начинает поступать в поршневую полость второй ступени 10, при этом посредствам давления масла на поршень второй ступени 9 и крышку второй ступени 27 корпус 3 второй ступени, оснащенный выступами 17, полый шток первой ступени 2 и корпус первой ступени 1 перемещаются вниз относительно поршня 9 второй ступени и доходят до крайнего нижнего положения. Для перемещения телескопических секций гидроцилиндра в обратном направлении масло через отверстие 23 в цапфе 23 подается в полость 18 составного штока 8 второй ступени, при этом масло через радиальные 20 и осевые 13 каналы поступает в штоковую полость 6 первой ступени. Посредствам давления рабочей жидкости на поршень 4 первой ступени и крышку первой ступени 7, корпус первой ступени 1 начинает перемещаться вверх относительно поршня 4. При достижении корпусом первой ступени 1 крайнего верхнего положения масло через радиальные 20 и осевые 13 каналы начинает поступать в штоковую полость 11. Посредствам давления масла на поршень второй ступени 9 и крышку 12, корпус 3 второй ступени, оснащенный уступами 17, а также полый шток первой ступени 2 и корпус первой ступени 1 перемещаются вверх относительно поршня 9 и возвращаются в крайнее верхнее положение.
На Рис 42 показана конструкция телескопического гидроцилиндра с независимым включением ступеней. Он содержит набор телескопических ступеней, в который входит цилиндр 1 малой ступени, цилиндр 2 большой ступени и шток – поршень 3 малой ступени с подводящими каналами 4 и 5. Цилиндр 1 малой ступени совмещен с двусторонним штоком большой ступени, содержащим поршень 6 и два штока 7 и 8, последний из которых снабжен посадочным выступом большего диаметра. Телескопический набор ступеней гидроцилиндра выполнен так, что образует малую штоковую 9 и большую поршневую 10 полости малой ступени, а также малую штоковую 11 и большую поршневую 12 полости большой ступени, при этом полость 9 сообщается с полостью 12 посредствам канала 13, а полость 10 сообщается с полостью 11 посредствам канала 14 с образованием объединенных полостей. Малая полость 11 большой ступени по функциональному назначению соответствует штоковой полости этой ступени, а поршневая полость гидроцилиндра составлена поршневыми полостями каждой ступени, соответственно большой поршневой полостью 10, малой ступени и большой полостью 12 большой ступени. Поршень 6 двустороннего штока большой ступени выполнен с неравными рабочими (эффективными) площадями так, что рабочая площадь поршня со стороны полости 12 превышает рабочую площадь со стороны полости 11, при этом диаметр посадочного выступа штока 8 превышает диаметр штока 7. Цилиндр 2 большой ступени выполнен в виде ступенчатой гильзы сопряженной с возможностью перемещения в осевом направлении со штоками 7 и 8, имеющими различные диаметры. Все сопряженные поверхности телескопического гидроцилиндра снабжены уплотнениями.

Работает телескопический гидроцилиндр следующим образом. В исходном положении объем большой полости 10 малой ступени минимален, а объем большой полости 12 большой ступни максимален, поэтому крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе, при этом разноименные полости гидроцилиндра (поршневые и штоковые) попарно гидравлически соединены посредствам отверстий 13 и 14 с образованием объединенных полостей (см. Рис 42а). Для выдвижения телескопических секций гидроцилиндра на максимальную величину масло подается по каналу 4 и идет на слив по каналу 5. При этом оно поступает в полость 10, и далее по каналу 14 в полость 11, а масло из полости 12 через канал 13 и из полости 9 идет на слив через канал 5. В результате этого цилиндры 1 и 2 перемещаются влево в противоположные стороны друг относительно друга, при этом объем объединенной полости 10 и 11 находящихся под давлением масла максимален, а объем объединенной полости 9 и 12 минимален и соединен со сливом (см. Рис 42в). Для получения среднего положения телескопического гидроцилиндра масло одновременно подается в каналы 4 и 5, по которым оно поступает в полости 9 и 10, а через каналы 13 и 14 в полости 12 и 11, что приводит к выдвижению только цилиндра 1. При этом объемы полостей 10 и 12 максимальны, а в объединенные полости 9, 12 и 10, 11 поступает масло под давлением (см. Рис 42б). Для возврата телескопического гидроцилиндра в исходное положение масло через канал 5 подается в полость 9, а по каналу 13 оно поступает в полость 12, при этом масло из полости 11 через канал 14, вместе с маслом из полости 10 идет на слив через канал 4. В результате этого цилиндры 1 и 2 сдвигаются, при этом объем большей полости 12 максимален, а объем большей полости 10 минимален (см. Рис. 42а). В этом положении телескопических ступеней объединенные полости 9 и 12 находятся под давлением, а объединенные полости 10 и 11 соединены со сливом через канал 4.

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 по-средствам 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〗^0 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.
На Рис 44 показана конструкция гидроцилиндра со встроенной реверсивной винтовой передачей,. Он содержит корпус гидроцилиндра 1, поршень 2, состоящий из двух частей 3, скрепленных винтом 4, винтовой шток 5, установленный в поршне 2 с возможностью поворота, крышки 7, в которой смонтированы гайки 8 и 9, взаимодействующие с винтовой частью 6 штока 5, которая имеет правую и левую резьбу. Гайки 8 и 9 имеют на наружной поверхности пазы 10 в которые входят фиксаторы 11, выполненные в штоках, совмещенных с поршнями 12 поджатыми пружинами 13 и расположенными в расточках 14 корпуса 1, выполняющих роль рабочей камеры гидроцилиндров фиксации. Поршень 2 делит рабочее пространство гидроцилиндра на поршневую полость 15 и штоковую полость 16. Между поршнем 2 и крышкой 7 установлен уплотнительный телескопический кожух 17, который герметизирует в штоковой полости 16 винтовой механизм состоящий из штока 5 с винтовой частью 6 и гаек 8 и 9.

Работает гидроцилиндр следующим образом. Перед началом работы гидроцилиндра масло подается в одну из рабочих полостей 14 гидроцилиндров фиксации, при этом один фиксатор 11 за счет выдвижения соответствующего поршня 12 фиксирует, например гайку 9, а второй фиксатор отводится от гайки 8 за счет пружины 13. После этого масло по-дается в поршневую полость 15 гидроцилиндра, что приводит к перемещению поршня 2 вправо, а шток 5 за счет взаимодействия его винтовой части 6 с гайкой 8 или 9 помимо поступательного движения совершает еще и вращательное. Для обеспечения одностороннего вращения штока при его обратном ходе, который осуществляется при подаче жидко-сти в штоковую полость 16 гидроцилиндра, гайку 9 расфиксируют, а гайку 8 фиксируют, а для обеспечения двухстороннего вращения остается зафиксированной та же гайка 9. При фиксации обоих гаек 8 и 9 шток 5 совершает только поступательное перемещение.

На Рис 45 показана конструкция гидроцилиндра с независимым поступательным и вращательным движением штока. Он содержит корпус 1, с двух сторон закрытый фланцами 2, шток 5, выполненный за одно целое с шестерней 8, на котором установлены соединенные между собой поршни 3 и 4, образующие рабочие полости гидроцилиндра 6 и 7, а также поворотный зубчатый сектор 9, расположенный между поршнями 3 и 4. При этом корпус 1, поршни 3 и 4 и зубчатый сектор 9 образуют неполноповоротный гидродвигатель, с полостями 10 и 11 и перегородкой 12, выполненной за одно целое с поршнем 3. Валом поворотного гидродвигателя является шток 5, шестерня 8 которого постоянно находится в зацепляется с поворотным зубчатым сектором 9. Рабочие полости гидроцилиндра 6 и 7 соединены с гидроприводом посредствам отверстий 13 и 14 в корпусе 1, а полости поворотного гидродвигателя 10 и 11 – посредствам каналов 15 и 16 в штоке 5.

Работает гидроцилиндр следующим образом. При подаче масла в полости 6 или 7 через отверстия 13 или 14 в корпусе 1 поршни 3 и 4 перемещают шток 5 вправо или влево до соприкосновения с торцем крышек 2. При подаче масла в одну из полостей 10 или 11 через каналы 15 или 16 в штоке 5 поворотный зубчатый сектор 9 поворачивается на определенный угол до упора в соответствующую стенку перегородки 12, приводя во вращение шестерню 8 и шток 5. Угол поворота штока 5 пропорционален передаточному отношению между зубчатым сектором 9 и шестерней 8.

На Рис 46 показана конструкция вращающегося гидроцилиндра для привода зажимных патронов гидрофицированных токарных станков. Он содержит расположенный в корпусе 1 поршень 2 с двумя комплектами тарельчатых пружин 5 и штоком 3, на левом конце которого 4 смонтировано и жестко зафиксировано в осевом направлении маслоподводящее устройство 13. При этом шток 3 снабжен диском 6, в котором расположен гидрозамок 8 и отверстия 9, контактирующие со скалками 10, закрепленными в корпусе 1. Маслоподводящее устройство 13 снабжено удлиненными штуцерами 16, препятствующими его вращению вместе со штоком 3. Для подвода масла в каналы 19, выполненные в левой части 4 штока, в маслоподводящем устройстве 13 предусмотрены канавки 22-23, кроме того на его корпусе установлен упор 17, взаимодействующий в крайних положениях с микропереключателями 18. Гидрозамок 8, расположенный в расточке 7 диска 6 содержит управляющий поршень 15 и два клапана 14 поджатых к седлам пружинами 27. Каналы 19 выполненные в левой части 4 штока через канавки 22, 23 маслоподводящего устройства 13 соединены с камерами 20,21 гидрозамка 8, а камеры 24, 25 гидрозамка 8 соединены с камерами 11, 12 гидроцилиндра. Крышка 26 гидроцилиндра крепится к шпинделю токарного станка (на Рис не показан), а правый конец штока 3 через тягу, проходящую в центральном отверстии шпинделя, соединен с кулачками зажимного патрона (на Рис не показан).

Работает гидроцилиндр следующим образом. При зажиме детали в патроне масло через штуцер 16 подается в канавку 22 и через один из каналов 19 поступает в камеру 20 гидрозамка 8 и далее через левый клапан 14, который открывается под давлением масла, в камеру 24 и рабочую камеру 12 гидроцилиндра через канал 19 в штоке 3. При этом управляющий поршень 15 гидрозамка 8 под давлением масла смещается вправо и открывает правый канал 14, что дает возможность слива масла из камеры 11 гидроцилиндра через второй канал 19 камеру 25, правый клапан 14, камеру 21 гидрозамка 8 и канал 19 в штоке 3 и канавку 23. В результате поршень 2 со штоком 3 перемещается влево, и деталь зажимается в патроне. Далее давление в полости 12 увеличивается, что приводит к сжатию левого комплекта пружин 5 и срабатыванию реле давления, установленному в напорной магистрали подводящей масло к канавке 22 маслоподводящего устройства 13, которое через систему управления дает команду на вращение шпинделя станка вместе с гидроцилиндром привода зажима. Разжим детали осуществляется при перемещении поршня 2 со штоком 3 вправо, что обеспечивается при подаче масла через канавку 23 второй канал 19 в камеру 21 гидрозамка 8 и далее через правый клапан 14, который открывается под давлением масла, в камеру 25 и рабочую камеру 11 гидроцилиндра через канал 19 в штоке 3. При этом управляющий поршень 15 гидрозамка 8 под давлением масла смещается влево и открывает левый клапан 14, что дает возможность слива масла из камеры 12 через канал 19 в штоке 3, камеру 24, левый клапан 14, камеру 20 гидрозамка 8, канал 19 в штоке 3 и канавку 22. Левый микропереключатель 18 блокирует команду на включение вращения шпинделя при сведении губок патрона без зажимаемой детали, а правый микропереключатель включает экстренное торможение шпинделя при падении давления в рабочей полости 12 гидроцилиндра и самопроизвольном смещении штока 3 вправо (например, при обрыве шланга подводящего масло в канавку 22 маслоподводящего устройства 13).

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〗^0.
На Рис 47 показана конструкция уплотнений поршня типа Р1, Р2, Р4, Р6, которые изготавливаются из графитонаполненных полиамидов и применяются в комплекте с резиновыми кольцами (эспандерами).
На Рис 48 показаны манжеты для уплотнения штока типа R2, R3, R4, которые изго-тавливаются из графитонаполненного фторопласта и применяются также в комплекте с резиновыми кольцами (эспандерами).

На Рис 49 показаны направляющие кольца для поршней типа G1, G3, G4, изготавливаемые из графитонаполненного фторопласта с добавлением дисульфида молибдена, что улучшает их антифрикционные свойства и позволяет работать при повышенных скоростях перемещения поршня и штока и высокой температуре масла.

На Рис 50 показаны грязесъемники типа W50, WR, W52 также изготавливаемые из графитопаполненных полиамидов и применяемых, как в комплекте с резиновыми кольцами, так и без них.

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.

Таблица 1

Для соединения с маслоподводящей магистрали с подвижным корпусом гидроцилиндра используются рукава высокого давления (РВД), которые состоят из рукава, опрессованного с двух сторон концевыми соединениями, каждое из которых состоит из фитинга, непосредственно соединяющего рукав с гидроцилиндром или гидропанелью и муфты, которая герметизирует соединения рукава с фитингом. На Рис. 51 показаны наиболее часто применяемые концевые соединения (фитинги) для РВД.

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 использование покупного образца и предусматривает его проектирование в полном объеме, то содержание и объем выполняемых при этом расчетов значительно расширяется. В общем случае при проектировании гидроцилиндра имеющего оригинальную конструкцию выполняются 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.

12.1 Расчет основных параметров гидроцилиндра

Основными параметрами гидроцилиндра, определяющими его соответствие задаче на проектирование являются следующие:
D, диаметр поршня, который определяет развиваемое гидроцилиндром усилие при прямом ходе штока,
d, диаметр штока, который определяет усилие гидроцилиндра при обратном ходе штока,
S, ход поршня, который определяет возможность получения требуемой величины перемещения ведущего звена приводимого гидроцилиндром механизма,
p, давления масла, поступающего в гидроцилиндр,
P, усилие развиваемое гидроцилиндром.
Давление масла p, подаваемого в гидроцилиндр устанавливается на основе опыта проектирования, и может уточняется после расчета диаметра поршня D, после чего принимается ближайшая по ГОСТ 12445 – 80. Выбор чрезмерно высокого давления, позволяет уменьшить диаметр поршня гидроцилиндра, но в тоже время существенно удорожает стоимость гидропривода в целом, а выбор слишком низкого давления увеличивает диаметральный размер гидроцилиндра. Усилие, развиваемое гидроцилиндром должно быть не менее потребного, для обеспечения работы приводимого механизма в заданном режиме, которое зависит от массы (момента инерции) подвижных частей приводимого объекта и времени на его перемещение из одной крайней точки в другую. В общем случае время t перемещения гидроцилиндром объекта весом G состоит из времени разгона t_1 времени установившегося движения t_2 и времени торможения t_3. Таким образом, время равно:

При разгоне объекта гидроцилиндр должен развить усилие P_p, которое рассчитывается по следующей формуле:

При установившемся движении объекта гидроцилиндр должен развить усилие P_y,
которое рассчитывается по следующей формуле: P_y = G∙ f
При торможении объекта гидроцилиндр должен развить усилие P_m, которое рассчитывается по следующей формуле:
Если усилие, которое необходимо развить гидроцилиндру при разгоне намного превосходит усилие необходимое для перемещения объекта в установившемся режиме, особенно если время и путь разгона намного меньше времени и пути установившегося движения, то необходимо увеличить время и путь разгона, что позволит при незначительном увеличении общего времени перемещения объекта существенно снизить диаметр поршня гидроцилиндра, и как следствие уменьшить расход насоса, в целом сократив мощность гидропривода.

Зная величину усилия необходимого для перемещения объекта и задавшись давлением масла подаваемого насосом в гидроцилиндр можно найти диаметр поршня D по следующей формуле:

Полученная величина диаметра поршня гидроцилиндра округляется до ближайшего большего размера по ГОСТ 6540 – 68
Диаметр штока d первоначально устанавливается из конструктивных соображений, после чего рассчитывает на прочность (см. раздел 7.3) и округляется до ближайшего большего размера по ГОСТ 6540 – 68
Ход S штока гидроцилиндра устанавливается из конструктивных соображений, в зависимости от потребной величины перемещения ведущего звена механизма и округляется до ближайшего размера по ГОСТ 6540 – 68. При этом фактическая величина хода штока гидроцилиндра определяется величиной перемещения ведущего звена приводимого механизма, положения которого обычно регулируются упорами. Из прочностных и технологических соображений рекомендуется величину хода штока S гидроцилиндра устанавливать не более десяти диаметров гидроцилиндра. Таким образом, должно выдерживаться соотношение между диаметром гидроцилиндра и ходом его штока, равное: S ≤ 10D
Рекомендуемые величины основных параметров гидроцилиндра: диаметра поршня D, диаметра штока d, и хода S штока для гидроцилиндров применяемых в машиностроении приведены в табл. 2

Таблица 2

12.2 Расчет потребной производительности насоса

Для расчета потребной производительности насоса подающего масло в гидроцилиндр необходимо знать объем V рабочей камеры гидроцилиндра при перемещении его поршня из одного крайнего положения в другое и время, за которое необходимо переместить объект (рычаг, каретка, ползун) приводимый гидроцилиндром. Исходя из этого потребная производительность насоса Q определяется по следующей формуле:

Величина перемещения поршня S определяется кинематикой приводимого механизма и непосредственно равна ходу перемещаемой каретки (ползуна) или рассчитывается через передаточное отношение звеньев (рычагов) приводимого механизма.
Время t перемещения штока гидроцилиндра определяется производительностью проектируемой машины или оборудования и уточняется расчетным путем. При расчете времени перемещения поршня при заданной величине его перемещения S рекомендуется принимать скорость перемещения v ≤ 5 м/сек . Таким образом, потребная производительности насоса, обеспечивающая перемещение поршня гидроцилиндра из одного крайнего положения в другое с требуемой скоростью определяется по следующим формулам:
Для обеспечения установленного скоростного режима работы гидроцилиндра необходимо при рассчитанной производительности насоса установить необходимый диаметр проходного сечения маслоподводящих трубопроводов, соединяющих гидроцилиндр с насосом. Диаметр проходного сечения трубопровода d (внутренний диаметр), обеспечивающий необходимый расход масла определяется по следующей формуле:

Величина скорости жидкости протекающей по трубопроводу в зависимости от давления приведена в таб. 2

12.3 Прочностной расчет элементов конструкции гидроцилиндра

При проектировании гидроцилиндра выполняется следующие прочностные расчеты:
– расчет корпуса гидроцилиндра,
– расчет штока гидроцилиндра,
– расчет резьбовых соединений гидроцилиндра,
– расчет элементов крепления деталей гидроцилиндра
Расчет стенки b и дна h корпуса гидроцилиндра производятся по следующим формулам:

Расчет штока гидроцилиндра выполняется на прочность и на продольную устойчивость. Расчетная схема штока гидроцилиндра приведена на Рис 52

В общем случае диаметр d штока гидроцилиндра, выбранный из конструктивных соображений и округленный до ближайшей большей величины по ГОСТ 6540 – 68 проверяется из условия прочности на изгиб и сжатие (растяжение) по следующей формуле:

Расчет диаметра штока гидроцилиндра на устойчивость производится по критическому усилию на основе формулы Эйлера.

Расчет резьбовых соединений деталей гидроцилиндра (штока с поршнем, крышек корпуса гидроцилиндра с гильзой, штока с проушиной) осуществляется из условия прочности резьбы на срез и смятие по следующим формулам:

Ось шарнирного соединения штока с перемещаемым звеном приводимого гидроцилиндром механизма рассчитывается из условия прочности на срез и смятие по следующим формулам:

Расчет втулок скольжения устанавливаемых в шарнирном соединении осуществляется по критерию p по следующей формуле:

При креплении корпуса гидроцилиндра к станине или раме посредствам стопорных полуколец (см. Рис. 53), последние рассчитываются на срез и смятие, а корпус гидроцилиндра на разрыв в опасном сечении. Расчеты выполняются по следующим формулам:

12.4 Расчет тормозного устройства встроенного в гидроцилиндр.

Расчет тормозного устройства встроенного в гидроцилиндр сводится к определению величины зазора z между тормозным плунжером и ответным отверстием в крышке гидроцилиндра (см. Рис. 54). Исходными данными для расчета зазора в тормозном устройстве являются:

v, скорость поршня в начале торможения,
l, длина пути торможения,
D, диаметр поршня,d, диаметр тормозного плунжера,
m_1 – m_i, масса перемещаемых частей,
Расчет зазора, необходимого для торможения подвижных частей гидроцилиндра и приводимого им механизма, выполняется из условия, что кинетическая энергия перемещаемых частей должна быть поглощена сопротивлением жидкости, перетекающей через зазор за время торможения.

Масса движущихся частей приведенная к штоку гидроцилиндра определяется по следующей формуле: Скорость перемещения при параболическом законе ее изменения определяется по следующей формуле:

Исходя из последнего выражения время t необходимое для выдавливания масла через зазор определяется по следующей формуле: t = 2mV/aP

Величина радиального зазора кольцевой щели тормозного устройства определяется по следующей формуле:

Расход масла вытесняемого из рабочей камеры гидроцилиндра через щель определяется по следующей формуле:

Падение давления масла при прохождении щели определяется по следующей формуле:

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 крышкой 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 отверстиями 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 поковки. 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〗^0 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.
Поршень гидроцилиндра имеет форму толстостенной втулки, на наружной поверхности которой установлены контактирующие с отверстием корпуса гидроцилиндра направляющие кольца и уплотнения, образующие рабочие полости, а ступенчатое отверстие предназначено для точной установки посадочной шейки поршня на штотк и размещения гайки для его крепления на штоке гидроцилиндра. В качестве материала поршня используются следующие стали: сталь 35, 45, 40Х. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка поршня подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240– 280 ед.
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его поршню (см. Рис. 57) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на центральное отверстие поршня под установку штока D,
– допуск на посадочное место под установку уплотнения D_1,
– допуск на посадочное место под установку направляющих колец D_2,
– допуск на наружный диаметр поршня D_3,
– допуск на длину поршня H,
– допуск на ширину канавки под установку направляющего кольца a,
– допуск на ширину канавки под установку уплотнения b,
– радиальное биение диаметров поршня D_1, D_2, D_3,
– биение торцев поршня,
– торцевое биение поверхности поршня контактирующей с гайкой его крепления со штоком,
Отверстие поршня D под установку штока выполняется по посадке Н8, посадочное место под установку уплотнения D_1 и посадочное место под установку направляющих колец D_2 – по посадке h9. Наружный диаметр поршня D_3 выполняется с занижением по отношению к диаметру отверстия корпуса гидроцилиндра на величину 0,5мм по посадке h9. На длину поршня H устанавливается допуск по посадке h12 а торцевое биение – по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Ширина канавки под установку уплотнения b и направляющего кольца a – выполняется по посадке h12. Радиальное биение диаметров поршня D_1, D_2, D_3, устанавливается по 7 степени точности ГОСТ 34643 – 81.Торцевое биение поверхности поршня контактирующей с гайкой его крепления со штоком устанавливается по 8 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Шераховатость перечисленных поверхностей поршня гидроцилиндра указана на чертеже.
Шток гидроцилиндра имеет форму ступенчатого цилиндра, направляющая поверхность которого, имеющая больший диаметр, при работе гидроцилиндра поступательно перемещается в направляющих кольцах втулки, а на поверхности меньшего диаметра располагается поршень. В качестве материала штока используются следующие стали: сталь 35, 45, 40Х, 9Х. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка штока подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед., а его поверхность, контактирующая с направляющими кольцами втулки, подвергается закалке до твердости 56 – 62 HRC
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его штоку (см. Рис. 58) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на диаметр направляющей поверхности штока D,
– допуск на диаметр поверхности для установки поршня d,
– допуск на резьбу для монтажа гайки крепления поршня М,
– погрешность формы направляющей поверхности штока D,
– радиальное биения поверхности d,
– торцевое биение поверхности штока, в которую упирается поршень,
– биение левого торца штока контактирующего с ведущим звеном механизма,
– требования по точности к канавкам А для установки уплотнительных колец
Диаметр направляющей поверхности штока D устанавливается по посадке f7, а диаметр поверхности под установку поршня d – по посадке h6. Резьба М под установку стопорной гайки, обычно выполняется метрической с мелким шагом с полем допуска по 6g. Прямолинейность отверстия D устанавливается равной 0,03/500мм, а некруглость – равна половине поля допуска отверстия (f7/2). Радиальное биение поверхности d устанавливается по 7 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Торцевое биение поверхности штока, в которую упирается поршень устанавливается по 8 степени точности, а биение левого торца штока по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Требования к точности и шераховатости канавок А для установки уплотнительных колец регламентируются ГОСТ 9833 – 73. Шераховатость перечисленных поверхностей штока гидроцилиндра указана на чертеже.
Однако в ряде случаев, особенно в гидроцилиндрах большого диаметра имеющих значительную величину хода, в том числе в телескопических гидроцилиндрах, штоки изготавливаются сварными, как отдельно от поршня, так и вместе с ним (см. Рис 59)
Основным элементов сварных штоков является толстостенная труба, наружная поверхность которой подвергается точной механической обработке, поскольку в последствии она служит направляющей поверхностью штока. На Рис. 59а показана конструкция сварного штока длинноходового гидроцилиндра состоящего из толстостенной трубы, с обоих торцев которой приварены вставки, правая с резьбовым концом для соединения с ведущим звеном приводимого механизма, а левая с посадочным диаметром для установки поршня и резьбовым концом для установки гайки крепления поршня. На Рис. 59б показана конструкция сварного штока выполненного за одно с поршнем, которые в совокупности являются штоко – поршневой группой первой ступени телескопического гидроцилиндра, масло в штоковую полость которой подается через шток. Он состоит из трубы по торцам которой приварены вставки, правая вставка представляет собою поршень, в котором выполнены сверловки для подвода масла и канавки для установки уплотнения и направляющих колец, а левая вставка также содержит отверстия для подвода масла и резьбовое отверстие для установки проушины. На Рис. 59в показана конструкция сварного штока выполненного за одно с поршнем, который обеспечивает подвод масла в обе рабочие полости гидроцилиндра. Он состоит из трубы по торцам которой приварены вставки, правая вставка представляет собою поршень, в котором выполнено центральное отверстие для подвода масла в поршневую полость гидроцилиндра и канавки для установки уплотнения и направляющих колец, а левая вставка, выполненная в виде проушины также содержит отверстия для подвода масла в обе рабочие полости гидроцилиндра и отверстие для соединения штока с ведущим звеном приводимого механизма. Кроме того, между вставками расположена труба для соединения отверстия в левой вставке, через которое масло должно поступать в поршневую полость гидроцилиндра, с центральным отверстием в поршне. На Рис. 59г показана аналогичная конструкция сварного штока выполненного за одно целое с поршнем, с тем отличием, что в данном случае шток крепится неподвижно. Для этого на его конце предусмотрена канавка, в которую при его креплении вставляются стопорные полукольца. При этом подвод масла в поршневую полость гидроцилиндра осуществляется через центральную трубу, а подвод масла в штоковую полость – через пространство между этой трубой и наружной трубой образующей направляющую поверхность штока, на конце которой выполнена канавка герметизированная уплотнениями и радиальные отверстия для подвода масла. На Рис. 59д показана сварная конструкция двухстороннего штока, выполненного за одно с поршнем, который состоит их двух толстостенных труб, приваренных с обоих сторон к поршню и двух вставок с резьбовыми отверстиями для подвода масла, приваренными с торцев труб.

Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его сварному штоку выполненному за одно целое с поршнем (см. Рис. 60) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на диаметр направляющей поверхности штока D,
– допуск на посадочное место под установку уплотнения D_1,
– допуск на посадочное место под установку направляющих колец D_2,
– допуск на наружный диаметр поршня D_3,
– допуск на диаметр отверстия в проушине d,
– допуск на длину поршня H,
– допуск на ширину канавки под установку направляющего кольца a,
– допуск на ширину канавки под установку уплотнения b,
– радиальное биение диаметров поршня D_1, D_2, D_3, биение торцев поршня,
– погрешность формы направляющей поверхности штока D,
– допуск неперпендикулярности оси отверстия d к направляюoей поверхности D,
– допуск на непересечение осей отверстий d и D
Диаметр направляющей поверхности штока D устанавливается по посадке f7, посадочное место под установку уплотнения D_1 и посадочное место под установку направляющих колец D_2 – по посадке h9. Наружный диаметр поршня D_3 выполняется с занижением по отношению к диаметру отверстия корпуса гидроцилиндра на величину 0,5мм по посадке h9. На длину поршня H устанавливается допуск по посадке h12, а торцевое биение – по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Ширина канавки под установку уплотнения b и направляющего кольца a – выполняется по посадке h12. Радиальное биение диаметров поршня D_1, D_2, D_3, устанавливается по 7 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Неперпендикулярность оси отверстия d к направляюoей поверхности D устанавливается по 8 степени точности ГОСТ 34643 – 81, а непересечение осей отверстий d и D должно быть не более 0,1/100мм. Шераховатость перечисленных поверхностей поршня гидроцилиндра указана на чертеже.

Направляющая втулка гидроцилиндра содержит на наружной поверхности канавку для установки уплотнения и канавки для установки направляющих колец и уплотнения расположенные в ее отверстии, в котором располагается направляющая поверхность штока. В качестве материала поршня используются следующие стали: сталь 35, 45 , 40Х. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка направляющей втулки подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.

Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его направляющей втулке (см. Рис. 61) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на диаметр отверстия направляющей втулки под установку штока D,
– допуск на посадочное место под установку направляющих колец D_1,
– допуск на посадочное место под установку уплотнения D_2,
– допуск на посадочный диаметр втулки D_3
– допуск на длину направляющей втулки L ,
– допуск на ширину канавки под установку направляющего кольца a,
– допуск на ширину канавки под установку уплотнения b,
– радиальное биение поверхностей втулки D_1, D_2, D_3,
– биение торцев втулки,
– погрешность формы поверхностей D и D_3,
– требования по точности к канавкам А для установки уплотнительных колец
Диаметр отверстия направляющей втулки под установку штока D по отношению к диаметру направляющей поверхности штока увеличивается на величину 0,5мм и выполняется по посадке H9. Посадочные места под установку направляющих колец D_1, и под установку уплотнений D_2 выполняются по посадке H9. Ширина канавки под установку уплотнения b и направляющего кольца a – выполняется по посадке h12. Радиальное биение диаметров поршня D_1, D_2, D_3, устанавливается по 7 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Биение торцев направляющей втулки устанавливается по 8 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Погрешность формы поверхностей D и D_3 устанавливается равной половине поля допуска этих отверстий. Требования к точности и шераховатости канавок А для установки уплотнительных колец регламентируются ГОСТ 9833 – 73. Шераховатость перечисленных поверхностей направляющей втулки гидроцилиндра указана на чертеже.

Нижняя крышка гидроцилиндра вместе с его корпусом и поршнем образует герметичную поршневую полость, для чего имеет цилиндрический поясок, на котором выполнена канавка под установку уплотнения. В качестве материала нижней крышки используются следующие стали: сталь 35, 45. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка нижней крышки подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его нижней крышке (см. Рис. 62) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на диаметр центрирующего пояска D,
– допуск на расстояние между торцевыми поверхностями крышки h,
– торцевое биение упорного бурта крышки,
– допуск паралельности торцевых поверхностей крышки,
– требования по точности к канавкам А для установки уплотнительных колец
Диаметр центрирующего пояска D выполняется по посадке h6. Расстояние между торцевыми поверхностями крышки h, выполняется по посадке h12. Торцевое биение упорного бурта крышки и допуск параллельности ее торцевых поверхностей назначается по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81. Требования к точности и шераховатости канавок А для установки уплотнительных колец регламентируются ГОСТ 9833 – 73. Шераховатость перечисленных поверхностей нижней крышки гидроцилиндра указана на чертеже.

Верхняя крышка гидроцилиндра вместе с его корпусом и штоком образует герметичную штоковую полость, для чего имеет центрирующее отверстие контактирующее с направляющей поверхностью штока, в котором выполнена канавка для установки грязесъемника. В качестве материала нижней крышки используются следующие стали: сталь 35, 45. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка верхней крышки подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его верхней крышке (см. Рис. 63) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на диаметр центрирующего отверстия D,
– допуск на расстояние между базовыми поверхностями крышки h,
– допуск на диаметр отверстия канавки под установку грязесъемника D_1 ,
– допуск на ширину канавки под установку грязесъемника с ,
– допуск перпендикулярности отверстия D к базовой поверхности Б,
– допуск перпендикулярность отверстия канавки под установку грязесъемника D_1 к базовой поверхности Б
– допуск параллельности упорной плоскости крышки к базовой поверхности Б
– неплоскостность базовой поверхности Б
Диаметр центрирующего отверстия D и диаметр отверстия канавки под установку грязесъемника D_1 устанавливаются по посадке H9, расстояние между базовыми поверхностями крышки h и ширина канавки под установку грязесъемника c по посадке H12 Допуск перпендикулярности центрирующего отверстия D и отверстия канавки под установку грязесъемника D_1 к базовой поверхности Б устанавливается по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81, а неплоскостность базовой поверхности Б половине поля допуска на допуск параллельностьи Шераховатость перечисленных поверхностей нижней крышки гидроцилиндра указана на чертеже.

Гайка крепления нижней крышки гидроцилиндра представляет собою толстостенную втулку с наружной резьбой. В качестве материала нижней крышки используются следующие стали: сталь 35, 45, 40Х. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка направляющей втулки подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его гайке для крепления нижней крышки (см. Рис. 64) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на наружную резьбу гайки М,
– биение торца гайки упирающегося в нижнюю крышку гидроцилиндра
Наружная резьба гайки М выполняется по 6 классу точности и посадке Н6. Биение торца гайки упирающегося в нижнюю крышку гидроцилиндра устанавливается по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81.
Гайка крепления поршня со штоком гидроцилиндра представляет собою толстостенную втулку с наружной резьбой. В качестве материала ниж-
ней крышки используются следующие стали: сталь 35, 45, 40Х. Перед чистовой механической обработкой базовых поверхностей заготовка направляющей втулки подвергается термической обработке – улучшению для получения твердости HB 240 – 280 ед.
Для обеспечения работоспособности гидроцилиндра к его гайке крепления поршня со штоком (см. Рис. 65) предъявляются следующие требования по точности:
– допуск на внутреннюю резьбу гайки М,
– биение торца гайки упирающегося в поршень гидроцилиндра
Наружная резьба гайки М выполняется по классу точности Н6. Биение торца гайки упирающегося в поршень гидроцилиндра устанавливается по 9 степени точности ГОСТ 34643 – 81.

14. Сборка гидроцилиндров.

Сборка гидроцилиндра имеющего традиционную конструкцию (см. Рис 7) состоит из следующих операций:
– установка в переднюю крышку уплотнительтных и направляющих колец колец, а ткже грязесъемника,
– установка в поршень уплотнительтных и направляющих колец 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.
Наиболее трудоемкой и ответственной операцией при сборке гидроцилиндра
является введение поршня в комплекте со штоком и передней крышкой в отверстие
корпуса гидроцилиндра. Размерная цепь, определяющая собираемость корпуса гидроцилиндра с вышеперечисленными деталями показана на Рис 68

Размерная цепь Б, определяющая собираемость гидроцилиндра состоит из следующих звеньев:
Б_1, несоосность оси отверстия направляющей втулки относительно оси центрирующего пояска передней крышки,
Б_2, зазор между отверстием корпуса гидроцилиндра и направляющими втулками его поршня (звено – компенсатор),
Б_3, несоосность оси отверстия в поршне к наружной цилиндрической поверхности направляющего кольца,
Б_4, несоосность посадочных поверхностей штока гидроцилиндра,
Б_Δ, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину несоосности оси штока и оси отверстия в направляющей втулке передней крышки.

В серийном производстве, особенно при сборке крупногабаритных гидроцилиндров, для повышения качества и снижения трудоемкости процесса установки поршня со штоком в отверстие корпуса (гильзы) гидроцилиндра применяют сборочные стенды. На Рис 69 показана конструкция стенда для сборки гидроцилиндров. Он содержит станину 1, на которой установлен привод 2, состоящий из мотор – редуктора 3, цепной передачи (на Рис 69не показана), шпинделя 4 с зажимным патроном 5, состоящим из корпуса 6, в котором размещены подпружиненные пружинами 7 фиксаторы 8, а также защитные кожухи 9 и подвижную плиту 10, на которой установлена призма 11 и фиксатор 12, с пазом 13 под бурт собираемого гидроцилиндра. Гидроцилиндр состоит из гильзы 15, штока – рейки 14 и напрессованных на нее двух поршней и крышек, имеющих по четыре шлицевых паза для накручивания на гильзу. Кроме того на станине установлены ловители 16, механизм 20 для ориентации гильзы и поршня и механизм 24 для установки штока. Ловители 16 состоят из корпуса 17 и подпружиненных пружиной 18 фиксаторов 19. Механизм 20 для взаимной ориентации собираемых деталей, состоит из корпуса 21, подвижной втулки 22, выполненной с конусной поверхностью для направления поршня и цилиндрической проточкой для фиксации гильзы 15, а также неподвижного ложемента 23 для штока 14. Механизм 24 для установки штока 14 состоит из корпуса 25, упора 26, установленного на оси 27 и подвижного ложемента 28, имеющего шариковые фиксаторы 29. Корпус гидроцилиндра 31 закреплен на станине 1, а его шток соединен с подвижной плитой 10. Корпус гидроцилиндра 32 также закреплен на станине 1, а его шток соединен с механизмом 24. Привод гидроцилиндров 31 и 32 осуществляется от гидростанции 30, а скорость перемещения их штоков регулируется дросселями 33.
Работает стенд следующим образом. В исходном положении гидроцилиндра 31 устанавливают детали собираемого гидроцилиндра, таким образом, чтобы бурт гильзы 15 попал в паз 13 фиксатора 12, а другой ее конец оказался на призме 11. При этом шток гидроцилиндра 32 находится в крайнем правом положении, а шток 14 собираемого гидроцилиндра устанавливается одним концом на неподвижный ложемент 23, а другим концом на ложемент 28 механизма 24 для установки штока. Цикл работы стенда начинается с вы-движения штока гидроцилиндра 31 вправо, который перемещает плиту 10 с гильзой 15 собираемого гидроцилиндра в том же направлении, в результате чего конец гильзы входит в цилиндрическую проточку втулки 22 и фиксируется. После этого включается гидроцилиндр 32, который начинает перемещать механизм 24 для заталкивания штока 14 в левое положение. В результате этого шток 14 собираемого гидроцилиндра, оказывается установленным в гильзу 15 посредствам оси 27, а подвижный ложемент 28 шариковыми фиксаторами 29 сцепляется с неподвижным ложементом 23. Затем гидроцилиндры 31 и 32 возвращаются в исходное положение, где на гильзу 15 наживляются крышки на 2 – 3 витка резьбы, после этого опускаются защитные кожухи 9 и вновь включается автоматический цикл работы стенда, в результате чего шток гидроцилиндра 31 выдвигается и перемещает плиту 10 с подсобранным гидроцилиндром 15 к приводу вращения крышек. При этом патрон 5 привода 2 зажимает фиксаторами 8 одну из крышек, а другая оказывается закрепленной на плите 10 фиксаторами 19. Далее включается привод 2 и навинчивает крышки на гильзу собираемого гидроцилиндра 15. При достижении момента затяжки привод останавливается (срабатывает муфта предельного момента), после чего штоки гидроцилиндра 31 и 32 возвращаются в исходное положение. На этом цикл работы стенда заканчивается, и собранный гидроцилиндр снимается с него цеховыми подъемно – транспортными средствами.

15. Рекомендации по проектированию гидроцилиндров.

Гидроцилиндр является одним из основных элементов гидропривода, поэтому от правильного расчета и последующего выбора его параметров и конструктивного исполнения его элементов, а в ряде случаев, оснащения его дополнительными устройствами, зависит стабильность и долговечность работы приводимого им механизма и машины в целом. В общем случае исходными данными для проектирования гидроцилиндра являются следующие:
– усилие, которое необходимо создать гидроцилиндром для привода механизма,
– перемещение ведущего звена приводимого механизма, которое должен обеспечить гидроцилиндр,
– скорость ведущего звена приводимого механизма, которую должен обеспечить гидроцилиндр,
– траектория движения ведущего звена приводимого механизма,
– режим работы механизма (изменение скорости и усилия в процессе работы, наличие остановок),
– инерционность приводимого механизма (приведенная масса и момент инерции),
– установленное при проектировании гидроагрегата давление и расход масла подаваемого в гидроцилиндр,
– допустимые варианты расположения гидроцилиндра относительно ведущего звена приводимого механизма и возможные варианты его крепления на станине или раме машины

ПЕРВЫЙ ЭТАП. На первом этапе проектирования гидроцилиндра выполняется уточненный расчет (предварительный расчет выполнялся при проектировании приводимого механизма и гидроагрегата машины) его основных параметров (диаметра поршня и штока) и времени перемещения штока на заданную величину. Для этого используются формулы приведенные в разделе 12.
ВТОРОЙ ЭТАП. На основании анализа исходных данных и результатов расчетов конструктор должен выбрать тип гидроцилиндра, на выбор которого оказывают влияние следующие факторы:
– величина хода и траектория ведущего звена приводимого механизма,
– необходимость изменения скорости и усилия приведенного к ведущему звену механизма в цикле его работы,
– необходимость торможения в конечных положениях штока гидроцилиндра,
– место и количество остановок ведущего звена в процессе работы механизма.
При этом в конструкции гидроцилиндра могут появиться дополнительные устройства, а в ряде случае случаев его конструкции может быть полностью изменена (см. примеры оригинальной конструкции гидроцилиндров, позволяющих учитывать влияние вышеперечисленных факторов в разделах 4– 9).

ТРЕТИЙ ЭТАП. После выбора типа гидроцилиндра и проведения расчетов его основных параметров разрабатывается его конструкция, в результате чего определяются габаритные размеры гидроцилиндра, которые позволяют установить его оптимальное рас-положение относительно ведущего звена приводимого механизма. При этом конструктор должен определить, какой элемент конструкции гидроцилиндра (корпус или шток) будет подвижным, а какой нет, что позволит установить способ крепления неподвижного эле-мента (см. Рис. 5, 8, 9,11). Способ крепления гидроцилиндра существенным образом определяет конструкцию концевых соединений, а также размеры и форму маслоподводящих трубопроводов или рукавов высокого давления. В этом случае, наибольшую сложность вызывает подвод масла к подвижному корпусу, особенно если он совершает качательное движение, и подвод масла в рабочие полости непосредственно через корпус не возможен (см. Рис 11).

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Выполняются расчеты конструктивных элементов гидроцилиндра (см. раздел. 12), после чего разрабатываются рабочие чертежи входящих в него деталей. При этом выбирается материал, из которого они будут изготавливается и его термообработка, а также устанавливаются требования по точности (см. раздел 13), на основании которых, производится расчет собираемости гидроцилиндра (см. раздел 14.)

ПЯТЫЙ ЭТАП. Выполняется конструкторский и технологический контроль разработанной конструкторской документации гидроцилиндра.

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

Статья написана на основе соотвествующих раздеджов учебно – методичепского пособия “Оcновы проектирования” написанного Игнатьевым Н П и изданного в 2011г, в котором содержится вся необходимая информация для проетирования гидропривода

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 250 рублей.