Гідраўлічны цыліндр з'яўляецца прывадам гідраўлічнай сістэмы, і надзейнасць яго канструкцыі непасрэдна вызначае прадукцыйнасць і тэрмін службы ўсёй сістэмы. У гэтым артыкуле разглядаюцца асноўныя прынцыпы праектавання гідраўлічных цыліндраў, пачынаючы з яго ключавых кампанентаў, каб даць паглыблены аналіз такіх важных аспектаў, як асновы канструкцыі, крытэрыі выбару і найважнейшы кантроль вытворчых дапушчэнняў яго сістэм ушчыльнення і накіравання.
1. Прынцып працы і асноўныя кампаненты
Гідраўлічны цыліндр — гэта, па сутнасці, прылада, якая пераўтварае гідраўлічную энергію ў лінейную механічную энергію. Яго асноўныя кампаненты ўключаюць:
- Цыліндравы ствол:Асноўны сасуд пад ціскам — полая сталёвая трубка з добра апрацаванай унутранай паверхняй.
- Поршань і шток поршня:Кампаненты перадачы магутнасці, якія выконваюць зваротна-паступальны рух пад дзеяннем алею пад ціскам.
- Тарцавыя накладкі (галоўка і вечка):Герметычна зачыніце ствол і забяспечыце накіроўвалыя і мантажныя інтэрфейсы.
- Сістэма герметызацыі:«Выратавальны круг» цыліндру, які адказвае за прадухіленне ўнутранай і знешняй уцечкі.
- Сістэма навядзення:Забяспечвае канцэнтрычнасць рухомых дэталяў, вытрымлівае радыяльныя нагрузкі і прадухіляе кантакт металу з металам.
У залежнасці ад спосабу прывада, цыліндры класіфікуюцца якАднабаковы(расцягваецца пад уздзеяннем ціску, сціскаецца пад уздзеяннем знешняй сілы або гравітацыі) абоПадвойнага дзеяння(як выцягванне, так і ўцягванне кантралююцца ціскам алею). Гэта фундаментальнае адрозненне непасрэдна ўплывае на выбар ушчыльненняў поршня.
2. Гідраўлічная сістэма ўшчыльнення: функцыя, выбар і схема
Ушчыльненні падзяляюцца на «дынамічныя» (паміж дэталямі, якія рухаюцца адносна адзін аднаго) і «статычныя» (паміж нерухомымі дэталямі).
2.1 Тлумачэнне асноўных дынамічных ушчыльненняў:
- Ушчыльненне поршня:Крытычна важнае дынамічнае ўшчыльненне прадухіляе ўнутраную ўцечку праз поршань.
- U-вобразнае ўшчыльненне: Аднабаковае ўшчыльненне; ціск прымушае край пашырацца і датыкацца з паверхнямі, якія спалучаюцца. Для двухбаковых цыліндраў патрабуюцца дзве U-вобразныя ўшчыльняльнікі, устаноўленыя спіна да спіны.
- Двухбаковае ўшчыльненне (кампактнае ўшчыльненне):Звычайна складаецца з эластамернага энергазапаўняльніка і слізгальнага кольца (напрыклад, з PTFE). PTFE мае вельмі нізкі каэфіцыент трэння і працяглы тэрмін службы, падыходзіць для выкарыстання пры высокай хуткасці і высокім ціску. Высокакласныя версіі інтэгруюць антыэкструзійныя кольцывытрымліваць экстрэмальны ціск (напрыклад, 690 бар).
- Ушчыльняльнае кольца з апорнымі кольцамі:Падыходзіць толькі для прымянення пры нізкім ціску (<100 бар).Запасныя кольцынеабходныя для прадухілення ўціскання мяккага ўшчыльняльнага матэрыялу ў зазор кампанента пад высокім ціскам — з'явы, вядомай як «экструзійнае разбурэнне».
- Ушчыльненне штока: Асноўнае ўшчыльненне сістэмы, размешчанае ў пярэдняй вечку, якое прадухіляе ўцечку алею пад ціскам у атмасферу. Звычайна гэта ўшчыльненне аднаразовага дзеяння, напрыклад, U-вобразнае.
- Буфернае ўшчыльненне:Размешчаны перад ушчыльненнем штока, ён прызначаны не для забеспячэння ідэальнага ўшчыльнення, а для гашэння скокаў ціску, тым самым абараняючы асноўнае ўшчыльненне штока і падаўжаючы тэрмін яго службы. Звычайна ён выраблены з больш мяккага матэрыялу, чым асноўнае ўшчыльненне.
- Ушчыльняльнік шклоачышчальніка (скрабок):Першая лінія абароны, размешчаная на самым вонкавым баку тарцавой крышкі. Яна саскрабае забруджванні са штока поршня падчас яго ўцягвання, абараняючы ўсе ўнутраныя кампаненты.
2.2 Статычныя ўшчыльненні:Выкарыстоўваецца паміж нерухомымі злучэннямі (напрыклад, шток поршня з поршнем, вечка поршня з ствалом), звычайна ў выглядзе ўшчыльняльных кольцаў.
2.3 Накіроўвальныя кольцы:Іх функцыя —кіраўніцтва, а не герметызацыяВырабленыя з матэрыялаў з нізкім каэфіцыентам трэння і зносаўстойлівасці (напрыклад, поліаміду, PTFE), яны вытрымліваюць радыяльныя нагрузкі і прадухіляюць непасрэдны кантакт металу з металам. Поршні часта выкарыстоўваюць накіроўвальныя кольцы на абодвух канцах для аптымальнай стабільнасці.
3. Крытычны параметр праектавання: аналіз зазору экструзіі і дапушчальных адхіленняў
Гэта сутнасць канструкцыі цыліндра і непасрэдна вызначае тэрмін службы ўшчыльнення.
- Экструзійная шчыліна (E-Gap):Максімальна дапушчальны радыяльны зазор паміж поршнем і адтулінай цыліндру (або паміж штоком поршня і тарцавой вечкам). Празмерны зазор можа прывесці да выціскання ўшчыльняльнай абзы ў зазор пад высокім ціскам, што прывядзе да незваротнага паломкі.
- Максімальна дапушчальны электронны зазор:Гэта значэнне залежыць ад таго,матэрыял ўшчыльнення, цвёрдасць, працоўны ціск і тэмпература, і гэтыя дадзеныя павінны быць атрыманы з тэхнічнага пашпарта вытворцы ўшчыльнення. Напрыклад, пэўнае ўшчыльненне можа дапускаць зазор 0,6 мм пры 100 бар, але толькі 0,2 мм пры 350 бар.
- Аналіз талерантнасці на практыцы:
- Вызначце дапушчальныя адхіленні кампанентаў: напрыклад, адтуліна цыліндру часта складае H7, шток поршня — f8.
- Разгледзім найгоршы сцэнар (найменш матэрыяльны стан – LMC):Гэта калі поршань мае найменшы дыяметр, а дыяметр цыліндру — найбольшы.
- Зваротны разлік памераў канструкцыі:Каб максімальна магчымы зазор не перавышаў зазор E, мінімальна дапушчальны дыяметр поршня павінен быць разлічаны зыходзячы з максімальна магчымага памеру адтуліны. Затым адпаведна вызначаюцца вытворчыя допускі для поршня.
4. Патрабаванні да вытворчасці і апрацоўкі паверхні
- Дыяметр цыліндру:Аздабленне паверхні павінна быць Rz 0,4–2 мкм, звычайна гэта дасягаецца шляхам хонінгавання або вальцовкі.
- Поршневы шток:Апрацоўка паверхні павінна быць Ra 0,4 – 2 мкм. Яна павінна быцьзагартаваны (цвёрдасць ≥ 50 HRC, глыбіня 1,2-2,5 мм)іцвёрдае храмаванае пакрыццё (20-30 мкм)каб забяспечыць устойлівасць да зносу і карозіі.
5. Прыклад праектавання і логіка арганізацыі
У якасці прыкладу выкарыстоўваем цыліндр падвойнага дзеяння грузападымальнасцю 20 тон і рабочым ціскам 100 бар (дыяметр цыліндру: 180 мм, шток: 80 мм):
- Выбар ушчыльняльніка поршня:Эканамічна эфектыўныя і лёгкадаступныя U-вобразныя ўшчыльняльнікі, якія ўсталёўваюцца спіна да спіны.
- Кіраванне поршнем:Спецыяльныя накіроўвалыя кольцы поршня размешчаны на абодвух канцах поршня, а ўшчыльняльнікі знаходзяцца паміж імі. Такое размяшчэнне забяспечвае аптымальную стабільнасць накіравання і гарантуе, што накіроўвальныя кольцы заўсёды змазваюцца.
- Размяшчэнне галоў шатуна (звонку ўнутр):
- Ушчыльняльнік шклоачышчальніка
- Ушчыльненне штока
- Буфернае ўшчыльненне(у гэтым прыкладзе не абавязкова, паказана для дэманстрацыі)
- Напраўляльнае кольца стрыжня
Выснова
Паспяховае праектаванне гідраўлічных цыліндраў — гэта сістэматычны інжынерны працэс, які павінен прытрымлівацца наступнай асноўнай логікі:
- Вызначце ўмовы эксплуатацыі:Вызначце ціск, хуткасць, нагрузку, навакольнае асяроддзе і г.д.
- Дакладны выбар кампанентаў:Выберыце адпаведныя рашэнні для ўшчыльнення і накіравання ў залежнасці ад умоў. Настойліва рэкамендуецца азнаёміцца з каталогамі і кіраўніцтвамі па ўжыванні ад буйных вытворцаў (напрыклад, SKF, Parker).
- Дакладны разлік:Правядзіце дбайны аналіз дапушчальных адхіленняў, каб пераканацца, што «экструзійны зазор» адпавядае патрабаванням ва ўсіх вытворчых варыяцыях.
- Строгі кантроль вытворчасці:Вызначыць і забяспечыць патрабаванні да апрацоўкі паверхні і цвёрдасці для крытычна важных кампанентаў.
Сістэматычна ўжываючы гэтыя прынцыпы, можна распрацаваць гідраўлічныя цыліндры, якія будуць эфектыўнымі, надзейнымі і даўгавечнымі.
Час публікацыі: 09 кастрычніка 2025 г.