Vrste hidravličnih cilindrov: Vodnik za določanje velikosti in izbiro

Hidravlični cilindri zagotavljajo nadzorovano linearno silo v bagrih, kmetijskih strojih, stiskalnicah,-sistemih za ravnanje z materialom, pomorski opremi in tovarniški avtomatizaciji.

Pravi valj je odvisen od več kot od izvrtine in giba. Zahtevana sila, prostor za namestitev, smer obremenitve, tlak, okolje, delovni cikel in geometrija namestitve vplivajo na izbiro. V tem priročniku so razloženi glavni tipi cilindrov, njihova konstrukcija, osnovne velikosti in informacije, ki jih morajo zbrati kupci v ZDA, preden naročijo standardno enoto ali enoto po meri.

Vrste hidravličnih cilindrov in kje se uporabljajo

Hidravlične cilindre lahko razvrstimo glede na način aktiviranja, notranjo zasnovo, konstrukcijo in namestitev. Kategorije se prekrivajo. Varjen valj, na primer, je lahko tudi dvojno-delujoč, medtem ko je teleskopski cilinder lahko enojno- ali dvojno-delujoč.

*Te številke so širok obseg uporabe, ne univerzalne ocene. Vedno uporabljajte proizvajalčev delovni-tlak in merilni-tlak.

Eno-delujoči in dvodelujoči valji-

A eno-delujoči valj uporablja hidravlični tlak za premikanje bata v eno smer. Gravitacija, vzmet ali zunanja obremenitev običajno zagotavljajo povratno gibanje. Ta razporeditev dobro deluje pri aplikacijah, kot je dvig-karoserije, kjer ni potrebno uvlekanje z električnim pogonom.

A dvo{0}}delujoči valjima tlačne odprtine na obeh straneh bata, tako da hidravlično olje nadzoruje izteg in umik. Je boljša izbira, ko stroj potrebuje nadzorovano gibanje v obe smeri, dosledne čase ciklov ali natančno pozicioniranje.

Teleskopski cilindri

A teleskopski hidravlični cilinderimenovan tudi večstopenjski valj, vsebuje več ugnezdenih cevastih stopenj. Njegova glavna prednost je razmerje med hodom in uvlečeno dolžino. Relativno kratek zaprt valj se lahko podaljša do nekajkratne prvotne dolžine.

Ta zasnova je pogosta pri tovornjakih prekucnikov, prikolicah, opremi za smeti, dvižnih ploščadih in drugih strojih z omejenim prostorom za namestitev.

Cilindri brez palice

Cilinder brez palice prenaša gibanje bata na zunanji voziček brez običajne palice, ki sega od telesa. Zagotavlja dolgo potovanje, kjer ni dovolj prostora tako za cev valja kot za podaljšano palico.

Vodenje obremenitve je glavna omejitev. Gibljiva obremenitev bi morala na splošno imeti zunanje vodenje, namesto da bi silila valj, da absorbira velike momente ali stranske obremenitve.

Bat, jarm{0}}palica in varjeni cilindri

Bat ali batni valj ustvarja tlačno silo skozi bat velikega-premera in se običajno uporablja za dviganje in stiskanje.

Cilindri za{0}}vezne palice uporabljajo zunanje navojne palice, ki držijo končne pokrove skupaj. Zaradi standardiziranih montažnih dimenzij in uporabne konstrukcije so pogosti v industrijskih strojih.

Varjene jeklenke uporabljajo varjeno strukturo cevi in-kapa. Imajo kompakten ovoj in visoko strukturno trdnost, ki ustreza mobilni hidravlični opremi.

Komponente jeklenke in konfiguracije vgradnje

 

Večina običajnih hidravličnih cilindrov vsebuje enake osnovne dele:

- Valj vsebuje tlak in usmerja gibanje bata.
- Bat ločuje tlačne komore in pretvarja tlak v silo.
- Batnica prenese to silo na stroj.
- Glava valja in pokrov zapirata cev in podpirata notranje dele.
- Ležaj ali vodilo palice podpira palico in ohranja poravnavo.
- Tesnila bata in droga omejujejo notranje in zunanje puščanje olja.
- Brisalec preprečuje vdor umazanije in vlage okoli palice.
- Hidravlični priključki povezujejo valj z ventili, cevmi ali cevmi.

Označen diagram preseka poleg tega razdelka lahko kupcu, ki ni-inženiring, pomaga prepoznati cev, bat, drog, uvodnico, tesnila in odprtine.

Pogoste vrste montaže

Prirobnični nosilci zagotavljajo togo pritrditev in učinkovito obvladujejo osne obremenitve, če so pravilno poravnani.

Nožni ali stranski{0}}nastavki pritrdijo telo cilindra na okvir stroja. Zahtevajo skrbno poravnavo, da se prepreči stranska obremenitev.

Clevis in zatiči-očesa omogočajo, da se valj vrti med premikanjem mehanizma. Pogosti so na gradbeni in kmetijski opremi.

Držala za opornike omogočajo kotno gibanje okoli fiksnega tečaja in ustrezajo mehanizmom, pri katerih valj spreminja kot skozi gib.

Konci sferičnih-ležajev se prilagajajo omejenemu kotnemu odklonu in so uporabni v zgibnih mehanizmih, ki prenašajo velike obremenitve.

Ne glede na to, kateri nosilec se uporablja, mora slediti dejanski poti obremenitve. Hidravlični cilinder je zasnovan predvsem za aksialno silo in ne kot strukturno vodilo. Neusklajenost lahko povzroči prezgodnjo obrabo-tesnila palice, brazgotine, neenakomerno obrabo cevi, zvijanje, upogibanje palice in utrujenost okoli zvarov ali nosilcev.

Pritrjeni in sferični nosilci na splošno ustrezajo mehanizmom, ki se premikajo skozi lok. Toge prirobnice in nosilci za noge zahtevajo posebno natančno poravnavo.

Standardi NFPA obravnavajo dimenzije izvrtin in drogov-serij v palcih, dimenzije industrijske vgradnje, odprtine, upogib in metode-ocenjevanja tlaka. Posebej so pomembni, kadar oprema ZDA zahteva medsebojno zamenljivost.

Izračuni velikosti, sile in tlaka

Dimenzioniranje cilindra se začne z razmerjem med tlakom, površino bata in silo:

**Sila=tlak × površina**

ali:

**F = P × A**

kje:

- **F**=sila v funtih-sila (lbf)
- **P**=hidravlični tlak v psi
- **A**=efektivna površina bata v kvadratnih palcih

Za razširitev:

**A=π × izvrtina² ÷ 4**

Za umik:

**A=območje bata − območje droga**

Ker palica zmanjša učinkovito površino na eni strani bata, običajni valj z eno-palico, dvojno-delujočim običajno proizvaja manj vlečne sile kot potisna sila pri enakem tlaku.

Primer 1: zahtevana vrtina za 10.000 lbf pri 3.000 psi

Zahtevana sila:

**F=10,000 lbf**

Razpoložljivi tlak:

**P=3,000 psi**

Zahtevana površina bata:

**A = F ÷ P**

**A=10.000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Premer izvrtine:

**Vrtina=√(4A ÷ π)**

**Vrtina ≈ 2,06 in**

2,06-palčna izvrtina je teoretični minimum. Dejanska zasnova mora upoštevati tudi trenje, izgubo tlaka, variacijo obremenitve in ustrezno varnostno rezervo. Namesto natančne teoretične velikosti se lahko izbere naslednja primerna standardna izvrtina.

Pretok in hitrost cilindra

Pretok v veliki meri določa hitrost valja:

**Hitrost=pretok ÷ efektivna površina**

Ena ameriška galona je približno 231 kubičnih palcev. Zato:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/s**

Primer 2: Približen čas raztezanja-teleskopskega valja

Razmislite o poenostavljenem tri{0}}stopenjskem,-delujočem teleskopskem valju, ki se dobavlja pri 10 GPM.

| Oder|Efektivni premer|Območje|Možganska kap |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| 1. stopnja|4,0 in|12,57 in²|20 v |
| 2. stopnja|3,0 in|7,07 in²|20 v |
| 3. stopnja|2,25 in|3,98 in²|20 v |

Pri 38,5 in³/s se 1. stopnja premika pri:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 in/s**

Njegov čas podaljšanja je:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 s**

Za 2. stopnjo:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 in/s**

**Čas ≈ 3,7 s**

Za stopnjo 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 in/s**

**Čas ≈ 2,1 s**

Približen skupni čas podaljšanja je:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 sekund**

To je poenostavljen izračun. Dejanska zasnova teleskopskega-cilindra mora uporabljati proizvajalčeve efektivne površine in upoštevati zaporedje, notranjo geometrijo, trenje, izgubo tlaka in spremembe obremenitve.

Pogoste napake pri določanju velikosti

Pred oddajo naročila preverite, ali izračun nima:

- Uporabljena površina polne izvrtine namesto obročaste površine za povratno silo
- Prezrta izguba tlaka skozi ventile in cevi
- Jeklenko ste izbrali samo glede na največji sistemski tlak
- Spregledano upogibanje droga med dolgim ​​stiskalnim gibom
- Stransko nalaganje ni uspelo upoštevati
- Podmerjen hidravlični pretok za zahtevani čas cikla
- Prezrto blaženje ob koncu udarca

Spletni kalkulator lahko poenostavi to delo. Uporabni vnosi vključujejo izvrtino, premer palice, hod, tlak, pretok, obremenitev in varnostni faktor. Rezultati lahko vključujejo silo raztezanja in umika, količino olja in predviden čas potovanja.

Materiali, tesnila, premazi in standardi

Materiali morajo ustrezati mehanski obremenitvi in ​​delovnemu okolju. Ogljikovo jeklo se pogosto uporablja za sode in strukturne dele. Pomorstvo, predelava-živil, kemikalije in zelo jedke aplikacije lahko zahtevajo nerjavno jeklo.

Batnice običajno uporabljajo kaljeno jeklo s trdim kromom. Močna korozija ali abrazivni posegi lahko zahtevajo indukcijsko utrjevanje, nitrokarburiranje, materiale iz nerjavnih palic ali HVOF-nanesene obrabno-premaze, kot je WC-CoCr. Barva, praškasti premaz, predobdelava s fosfati in drugi zaščitni sistemi se uporabljajo tudi na zunanjih delih.

Material za tesnjenje je prav tako pomemben:

| Tesnilni material|Tipična moč |
| --- | --- |
| NBR|Splošni hidravlični servis mineralnega-olja |
| HNBR|Izboljšana odpornost na temperaturo, obrabo in staranje |
| Poliuretan (PU)|Močna odpornost proti obrabi in ekstruziji |
| PTFE|Nizko trenje in široka kemična združljivost |
| FKM|Aplikacije, odporne na-visoke-temperature in kemikalije |

Temperaturne omejitve in združljivost tekočine so odvisne od spojine, ne le od družine polimerov. Parkerjeva navodila za tesnjenje na primer kažejo, da je mogoče NBR, HNBR, FKM, TPU in druge materiale izbrati drugače glede na vrsto tekočine in glede na to, ali je tesnilo statično ali dinamično.

Zaščiti pred korozijo je treba posvetiti posebno pozornost pri obalni službi, pomorskih strojih in opremi-za odstranjevanje snega, ki je izpostavljena soli za ceste.

ASTM B117-26 je trenutna praksa ZDA za nadzorovano preskušanje kovin in prevlečenih kovin-s solnim razprševanjem. ASTM svari pred obravnavanjem rezultatov-razpršila s soljo kot neposrednih napovedi življenjske dobe v resničnem svetu.

Ustrezni standardi lahko vključujejo tudi ISO 6020-2 za nekatere 160-barske metrične jeklenke in ISO 6022 za serije 250-barskih jeklenk. ISO 6022:2006 ostaja veljaven v času pisanja, nadomestna izdaja pa je v razvoju. Specifikacije javnega naročila morajo potrditi trenutno revizijo ob oddaji naročila.

Aplikacije, vzdrževanje in načini napak

Različna okolja dajejo prednost različnim dizajnom:

- Gradbena oprema običajno uporablja kompaktne varjene, dvojno{1}}delujoče cilindre, zgrajene tako, da prenesejo udarne obremenitve.
- Kmetijska oprema pogosto uporablja varjene cilindre z zatiči, prečno-cevjo ali zatiči, ker se mehanizem premika skozi spreminjajoče se kote.
- Tovornjaki prekucniki in prikolice uporabljajo teleskopske cilindre za doseganje dolgih dvigov v omejenem prostoru za namestitev.
- Industrijske stiskalnice in tovarniška oprema pogosto uporabljajo vezne-palice ali težke{2}}mlinske-valje, kjer sta pomembni ponovljivost in možnost servisiranja.
- Pomorska in pristaniška oprema potrebuje dodatno zaščito pred korozijo ter skrbno izbiro drogov in tesnil.

Pogoste okvare vključujejo puščanje zunanjega-tesnila droga, notranje puščanje-tesnila bata, zareze ali korozijo droga, upognjene drogove, obrabljene ležaje droga, poškodbe cevi, razpoke zaradi utrujenosti okrog zvarov ali nosilcev, pregrevanje, prezračevanje ali kavitacijo ter-povezano s kontaminacijo tesnila in površine.

Če valj pod obremenitvijo zanaša, ugotovite, ali olje obide tesnila bata ali pušča skozi smerni ali krmilni ventil.

Ko se pojavi zunanje puščanje, preglejte palico, preden zamenjate tesnilo. Novo tesnilo, ki teče čez opraskano ali korodirano površino, lahko hitro ponovno odpove.

Obnova je lahko ekonomična, če so tesnila in obrabni deli poškodovani, vendar ostanejo cev, palica in strukturni deli znotraj tolerance. Zamenjava je običajno bolj privlačna, če je palica močno upognjena, ima cev globoke zareze, so strukturni zvari razpokani, ko je korozija močna, deli niso na voljo ali se stroški popravila približajo ceni novega cilindra.

Kaj naj kupci iz ZDA vključijo v RFQ

Uporabna zahteva za ponudbo mora vsebovati:

- Vrsta cilindra
- Premeri izvrtin in palic
- Stroke
- Povlečena in podaljšana dolžina
- Delovni in najvišji tlak
- Zahtevana potisna in vlečna sila
- Hitrost delovanja
- Način pritrditve in končna povezava-palice
- Vrsta vrat, velikost in položaj
- Hidravlična tekočina in delovna temperatura
- Delovni cikel
- Izpostavljenost na prostem ali jedka
- Količina
- Risbe ali obstoječa številka dela cilindra
- Zahteve glede testiranja in certificiranja

Standardni nadomestni cilindri lahko stanejo na stotine dolarjev. Specializirane varjene, teleskopske, nerjaveče enote z veliko-izvrtino,-opremljene s senzorji in-izdelane po meri lahko hitro stanejo na tisoče.

Tudi dobavni roki se razlikujejo. Izdelki na zalogi so lahko odposlani hitro, medtem ko jeklenke po meri pogosto trajajo več tednov. Trenutni primeri proizvajalcev navajajo približno 3 do 8 tednov za številne projekte po meri, z daljšimi urniki za nenavadno velike ali kompleksne sisteme.

Ko nabavljate jeklenko po meri v tujini, primerjajte odobritev prototipa, tlačno testiranje, dokumentacijo, embalažo, prevoz po morju ali zraku, komplete rezervnih tesnil, garancijsko podporo in razpoložljivost nadomestnih-delov ter ceno na enoto.

Priprava na izbiro cilindra

Začnite s celotno uporabo in ne samo z velikostjo izvrtine. Sila, hod, geometrija namestitve, tlak, pretok, okolje, delovni cikel, stabilnost palice, tesnilni material in razpoložljivi prostor vplivajo na končno zasnovo.

Pripravite izvrtino, premer palice, hod, montažne mere, delovni tlak, podrobnosti uporabe in obstoječe risbe, preden zahtevate inženirski pregled ali ponudbo.

Uporabni podporni viri lahko vključujejo:

- Kalkulator sile hidravličnega cilindra
- Excelova-predloga velikosti valja
- PDF s specifikacijo hidravličnega cilindra
- Kontrolni seznam za namestitev in vzdrževanje
- Prilagojeni-obrazec za povpraševanje po valju

Podjetja, ki ponujajo zajamčen odzivni čas, telefonsko podporo v ZDA, hitre prototipe ali vzorčne jeklenke, bi morala te posebne zaveze navesti poleg gumba RFQ, namesto da se zanašajo na splošne trditve.

Pogosta vprašanja

Kakšna je razlika med eno-delujočimi in dvo{1}}delujočimi cilindri?

Eno{0}}delujoči cilindri uporabljajo hidravlični tlak v eno smer in se za povratek zanašajo na gravitacijo, vzmet ali zunanjo obremenitev. Dvo{2}}delujoči cilindri uporabljajo pritisk za raztezanje in vlečenje, zaradi česar so bolj primerni za nadzorovano dvosmerno gibanje.

Kakšne so teleskopske jeklenke v primerjavi s standardnimi?

Teleskopski cilindri zagotavljajo veliko daljši hod glede na njihovo potegnjeno dolžino. Ustrezajo napravam z omejenim prostorom, vendar zahtevami dolgega potovanja, čeprav njihova večstopenjska konstrukcija naredi načrtovanje in vzdrževanje bolj zapletena.

Kdaj je valj brez palice boljša izbira?

Cilinder brez palice deluje dobro, ko je potrebna dolga linearna pot, vendar ni dovolj prostora za podaljšano batnico. Premična obremenitev mora običajno imeti zunanje vodenje, ker čezmerni momenti in stranske obremenitve skrajšajo življenjsko dobo cilindra.

Kako izračunam vrtino, velikost palice in tlak?

Uporabite **F=P × A**, da poiščete površino bata, potrebno za ciljno silo. Nato izberite izvrtino, premer droga, sistemski tlak in varnostni faktor, medtem ko preverjate vlečno silo, upogib droga, zahteve glede pretoka in izgubo tlaka.

Katera konfiguracija namestitve zmanjša stransko obremenitev?

Noben nosilec ni najboljši za vsak stroj. Nosilci z zatičem, zatičem, zatičnim-očesom in sferičnimi{2}}ležaji ustrezajo vrtljivim mehanizmom. Nosilci prirobnice in noge dobro delujejo, ko je obremenitev natančno poravnana z osjo cilindra.

Katera tesnila in premazi so primerni za obalna ali cestna{0}}solna okolja?

Korozivna okolja lahko zahtevajo komponente iz nerjavečega jekla, izboljšane palice in zunanje premaze ter tesnila, prilagojena tako tekočini kot delovni temperaturi. Test-s razprševanjem soli lahko primerja sisteme premazov, vendar ne napove neposredno življenjske dobe na prostem.

Kaj naj preverim pred zamenjavo jeklenke?

Preglejte zunanje puščanje, zareze na palici, korozijo, neusklajenost, upogibanje, notranje puščanje, puščanje ventila, kontaminacijo, obrabo vgradnje, skoke tlaka in nenormalne temperature. Številne napake,-povezane s tesnilom, je mogoče popraviti, strukturne poškodbe ali hude površinske poškodbe pa lahko upravičijo zamenjavo.