Тема 10. Расчет и выбор гидроцилиндров

Составим уравнение сил, действующих на цилиндр:

Рисунок 23 – Схема расчета гидроцилиндра.

(25)

где и - площади поршня поршневой и штоковой полостей, м².

Решим это уравнение относительно усилия на штоке:

(26)

В уравнении (26) силы трения поршня и штока опре­деляют механические потери на трение и оцениваются механическим КПД гидроцилиндра, а произведение дав­ления штоковой полости на ее площадь определяет гидравлические потери. В инженерных расчетах уравнение (26) обычно записывают в таком виде:

(27)

где - гидромеханический КПД гидроцилиндра. В практических расчетах гидромеханический КПД выбира­ют в пределах 0,92—0,98. Меньшие значения его реко­мендуется выбирать для давления рабочей жидкости до 10 МПа, а большие — для давления свыше 20 МПа.

Выразив в уравнении (27) площадь поршня через его диаметр, определим усилие на штоке:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(28)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(29)

Скорость перемещения поршня определим:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(30)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(31)

где - подача насоса, м³/с; D и d - диаметры поршня и штока, м.

При расчете гидропривода часто требуется при задан­ной скорости определить требуемый поток жидкости:

— при подаче жидкости в поршневую полость

(32)

— при подаче жидкости в штоковую полость

(33)

Продолжительность хода поршня из одного крайнего положения в другое

Продолжительность одного двойного хода поршня оп­ределим

(34)

где - время переключения распределителя, выбирает­ся в пределах 0,1 – 0,2 с.

Для гидроцилиндров, используемых в грузоподъемных машинах, возникает необходимость торможения (демпфи­рования) и замедления скорости поршня с последующей остановкой. Это выполняется для исключения удара пор­шня о заднюю стенку цилиндра и удара подвижных час­тей рабочего оборудования о раму машины или друг о друга. Кроме того, при торможении значительно снижа­ются динамические нагрузки в гидроприводе.

Конструктивное исполнение демпферов различно, но принцип действия их -основан на образовании запертого (отсеченного) объема жидкости и пропускании его через небольшое отверстие, как правило, кольцевой формы. Происходит дросселирование жидкости, за счет чего и осуществляется торможение гидроцилиндpa.

На рис. 24 приведена схема демпфера, содержащего коническое углубле­ние 1 в задней стенке, выступ 2 также коничес­кой формы на штоке со стороны поршня 3 и об­ратный клапан 4. Наличие конуса обеспечивает плавное изменение зазора в демпфере и, как следст­вие, плавное нарастание торможения до полной остановки поршня. При входе конуса в углубление запер­тый в нем объем жидкости дросселирует через кольцевой зазор между конусом и углублением, который, плавно уменьшаясь, создает тормозной эффект. Следует помнить, что плавность торможения зависит от угла наклона обра­зующей конуса относительно оси гидроцилиндра. По этим соображениям угол наклона образующей должен быть минимальным. Расчет демпфера сводится к определению площади кольцевого канала между углублением и высту­пом, в котором за счет тормозного эффекта должна быть погашена кинетическая энергия:

(35)

где - приведенная к штоку масса движущихся час­тей, кг; - скорость поршня, м/с.

Гидроцилиндры, выпускаемые для самоходных машин различного технологического назначения, различаются по своему конструктивному оформлению. Эти различия вы­званы сложившимися в отдельных отраслях традициями

Рисунок 24 – Схема демпфера: 1 – углубление; 2 – конус; 3 – поршень; 4 – обратный клапан.

Таблица 16 – Параметры гидроцилиндров Ψ=1,33.

Площадь полости, см2				Ход поршня, мм						Усилие на штоке при Рном=16 МПа
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой							при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
32	16	8	6	60	80	100	125	160	200	128	96,5
40	20	12,6	9,5	80	100	125	160	200	250	200	150
50	25	19,6	14,8	100	125	160	200	250	320	315	235
60	32	28,4	21,3	125	160	200	250	320	400	450	320
70	36	38,5	29,6	160	200	250	320	400	500	615	460
80	40	50	37,5	160	200	250	320	400	500	810	500
90	40	63,5	47,6	200	250	320	400	500	630	1020	815
100	50	78,5	59	200	250	320	400	500	630	1260	940
110	50	95	71,5	250	320	400	500	630	800	1520	1210
125	60	122	92	250	320	400	500	630	800	1960	1500
140	70	154	116	320	400	500	630	800	1000	2460	1850
160	80	200	150	329	400	500	630	800	1000	3210	2410
180	80	255	192	400	500	630	800	1000	1250	4070	3280
200	100	314	236	400	500	630	800	1000	1250	5020	3760
220	110	380	286	500	630	800	1000	1250	1600	6250	4560

Таблица 17 – Параметры гидроцилиндров Ψ=1,65.

Площадь полости, см2				Ход поршня, мм			Усилие на штоке при Рном=16 МПа
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой				при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
32	20	8	4,85	250	320	400	128	78,5
40	25	12,5	7,6	320	400	500	200	122,5
50	32	19,6	11,8	400	500	630	315	185
60	40	28,4	17,2	500	630	710	450	250
70	40	38,5	24,0	630	710	800	615	415
80	50	50	30,3	630	800	1000	810	490
90	50	63,5	38,5	800	900	1120	1020	700
100	60	78,5	47,6	800	1000	1250	1260	810
110	70	95	57,6	1000	1120	1400	1520	910
125	80	122	74	1000	1250	1600	1960	1150
140	80	154	93,5	1250	1400	1800	2460	1660
160	100	200	121	1250	1600	2000	3210	1960
180	110	225	155	1600	1800	2240	4070	2550
200	125	314	190	1600	2000	2500	5020	3060
220	140	380	230	2000	2240	2800	6250	3610

Таблица 18 – Унифицированные гидроцилиндры для одноковшовых экскаваторов.

Площадь полости, см2				Ход поршня, мм								Усилие на штоке при Рном=32 МПа
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой									при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
Гидроцилиндры с разгрузочными клапанами
125	80	122	74	400	500	630	800	1000	1250	-	-	3904	2368
140	90	154	91	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	4928	2912
160	100	200	121	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	6400	3872
180	110	255	155	400	500	630	800	1000	1250	1400	1600	8169	4260
Гидроцилиндры с демпферами
125	80	122	74	400	500	630	800	1000	1250	-	-	3904	2368
140	90	154	91	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	4928	2912
160	100	200	121	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	6400	3872
180	110	255	155	400	500	630	800	1000	1250	1400	1600	8160	4260
Гидроцилиндры без разгрузочных клапанов и демпферов
125	80	122	74	400	500	630	800	1000	1250	-	-	3904	2368
140	90	154	91	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	4928	2912
160	100	200	121	400	500	630	800	1000	1250	1400	-	6400	3872
180	110	255	155	400	500	630	800	1000	1250	1400	1600	8160	4960

Таблица 19 – Специальные гидроцилиндры для автомобильных кранов.

Площадь полости, см2					Усилие на штоке при Р=16 МПа		Примечание
D, мм	d, мм	поршневой	штоковой	Ход поршня, мм	при выталкивании, Н · 102	при втягивании, Н · 102
80	63	50,2	19	4000	803	304	Крепление на цепфах и проушине с шарнирным подшипником
100	80	78,5	28,3	4000	1256	453	Крепление на накидном фланце и сферой
100	80	78,5	28,3	500	1256	453	Крепление на накидном фланце и грибком
140	125	154	31,2	1400	2462	499	Крепление на проушинах с шарнирными подшипниками
160	140	200	47,1	1400	3216	754
160	140	200	47,1	1600	3216	754
200	160	314	113	1400	5024	1808	Крепление на фланце и сферой
160	140	200	47,1	360	3216	754	Крепление на цапфах и проушине с шарнирным подшипником
140	120	154	31,2	6000	2462	499

Р исунок 25 - Гидроцилиндр.

1 - поршень; 2 - гильза; 3 - шток; 4 - передняя проушина; 5 - задняя проушина; 6 - втулка скольжения; 7 - манжета; 8 - манжетодержатель; 9 - кольцо круглого поперечного сечения; 10 - грязесъемник; 11 - кольцо демпфера; 12 - корпус демпфера; 13 - задняя крышка; 14 - передняя крышка; 15 - контргайка; 16 - стопорная шайба; 17 - гайка штока; 18 - направляющая; 19 - крышка грязесъемника.

Рисунок 26 – Гидроцилиндр 1 типа: 1 - шток; 2 - гильза; 3 - передняя проушина; 4 - задняя проушина; 5 - корпус направляющей штока; 6 - поршень; 7 - корпус демпфера; 8 - направляющая; 9 - манжета; 10 - кольцо круглого поперечного сечения; 11 - грязесъемник; 12 - гайка штока; 13 - задняя крышка; 14 - демпфер; 15 - втулка; 16 - контргайка; 17 – манжетодержатель.