Гідроциліндри (пневмоциліндри)

Основою конструкції є гільза 2, що є трубою з ретельно обробленою внутрішньою поверхнею. Усередині гільзи переміщається поршень 6, що має гумові ущільнення манжетів 5, які запобігають перетіканню рідини з порожнин циліндра, розділених поршнем. Зусилля від поршня передає шток 3, що має поліровану поверхню. Для його напряму служить грундбукс 8. З двох сторін гільзи укріплені кришками з отворами для підведення і відведення робочої рідини. Ущільнення між штоком і кришкою складається з двох манжет, одна з яких запобігає витокам рідини з циліндра. Провушина 7 служить для рухливого закріплення гідроциліндра. На нарізану частину штока кріпиться провушина або деталь, що сполучає гідроциліндр з рухливим механізмом.

 

Рис. 5. Гідроциліндр: 1 – брудосприймач; 2 – гільза; 3 – шток; 4 – стопорне кільце; 5 – манжета; 6 – поршень; 7 – провушина; 8 – грундбукса.

 

В нормалізованих циліндрів, що застосовуються в будівельних машинах, діаметр штока складає в середньому 0, 5 D, хід поршня не перевершує 10D. При більшій величині ходу і тисках, що перевищують 20 МПа, шток слід перевіряти на стійкість від дії подовжньої сили.

Для зменшення втрат тиску діаметри прохідних отворів в кришках циліндра для підведення робочої рідини призначають з розрахунку, аби швидкість рідини складала в середньому 5 м/с, але не вище 8 м/с.

Хід поршня обмежується кришками циліндра. У деяких випадках вона досягає 0, 5 м/с. Жорстким ударам поршня об кришку в гідроциліндрах будівельних машинах запобігають демпферам (гальмівні пристрої). Принцип з дії більшості з них заснований на замиканні невеликого об'єму рідини і перетворення енергії рухомих мас в механічну енергію рідини. Із замкнутого об'єму рідина витісняється через канали малого перетину.

На рис. 6 представлені типові схеми демпферних пристроїв. Пружинний демпфер (рис. 6, а) є пружиною 1, що встановлена на внутрішній стороні кришки циліндра 2, гальмівний поршень 3 в кінці ходу.

Демпфер з помилковим штоком (рис. 6, б) є коротким помилковим штоком 1 і виточкою 2 в кришці циліндра. Помилковий шток може мати конічну або циліндрову форму. В кінці ходу поршня рідина закривається помилковим штоком у виточці кришки циліндра і витісняється звідти через вузьку кільцеву щілину. Якщо помилковий шток виконаний у вигляді конуса, то ця щілина зменшується у міру досягнення поршнем кінця свого ходу. При цьому опір руху рідини зростає, а інерція, прискорення і швидкість руху поршня зменшуються.

Регульований демпфер з отвором (рис. 5, в) за принципом дії аналогічний демпферу з помилковим штоком. Конструктивна відмінність полягає в тому, що замикається у виточці кришки циліндра рідина витісняється через канал 1 малого перетину, в якому встановлена голка 2 для регулювання прохідного перетину отвору.

Гідравлічний демпфер (рис. 6, г) застосовується у тому випадку, коли конструкцією гідроциліндра не може бути передбачений пристрій виточки. У гідравлічному демпфері в кінці ходу поршня стакан 1 впирається в кришку циліндра, а рідина витісняється з порожнини 2 через кільцевий зазор між стаканом 1 і поршнем 3. Пружина 4 повертає стакан у вихідне положення при холостому ході поршня.

  

Рис. 7. Принципові схеми демпфером: а – пружинний демпфер; б – демпфер з помилковим штоком; в – демпфер регульований з отвором; г – гідравлічний демпфер.

 

 

Основними параметрами поршневого гідроциліндра є: діаметри поршня D і штока d, робочий тиск P, і хід поршня S.

Розглянемо поршневий гідроциліндр з однобічним штоком (рис. 8). По основних параметрах можна визначити наступні залежності:

- площа поршня в поршневій порожнині 1 і в штоковій порожнині 2 відповідно:

 

- зусилля, що розвивається штоком гідроциліндра при його висуненні і втягуванні відповідно:

 

де kтр = 0, 98 – коефіцієнт, що враховує втрати на тертя, швидкості переміщення поршня:

 

 Рис. 8. Основні і розрахункові параметри гідроциліндра

 

Розрахунками на міцність визначають товщину стінок циліндра, товщину кришок (голівок) циліндра, діаметр штока, діаметр шпильок або болтів для кріплення кришок.

Залежно від співвідношення зовнішнього DН і внутрішнього D діаметрів циліндри поділяють на товстостінні і тонкостінні. Товстостінними називають циліндри, в яких DН/D > 1, 2, а тонкостінними – циліндри, в яких DН/D < 1, 2.

Товщину стінки одношарового товстостінного циліндра визначають по формулі:

 

де Pу – умовний тиск;

[σ] – напруга, що допускається, на розтягування;

µ – коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона), рівний для чавуну 0, для сталі 0, 29; для алюмінієвих сплавів 0, 26. 0, 33; для латуні 0, 35.

Товщину стінки тонкостінного циліндра визначають по формулі:

 

До визначеної по формулах товщини стінки циліндра додається припуск на обробку матеріалу. Для D=30. 180 мм припуск приймають рівним 0, 51 мм.

Товщину кришки циліндра визначають по формулі:

 

 де δк – діаметр кришки.

 

Діаметр штока, що працює на розтягування і стискування відповідно:

 

де [σр] і [σс] – допустима напруга на розтягування і стискування штоку.

 

Штоки, довжина яких більше 10 діаметрів («довгі» штоки), працюють на стискування, розраховують на подовжній вигин по формулі Ейлера:

 

де σкр – критична напруга при подовжньому вигині; f – площа поперечного перетину штока.

Діаметр болтів для кріплення кришок циліндрів:

 

де n – число болтів.

 

 

1. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. – Донецьк: Донбас, 2008.

2. Гiдроприводи та гiдропневмоавтоматика: Пiдручник / В. О. Федорець, М. Н. Педченко, В. Б. Струтинський та iн. За ред. В. О. Федорця. – К: Вища школа, – 1995. – 463 с.