Гидроцилиндрлердің құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: студенттерге гидроцилиндрлердің жұмыс істеу принциптерін түсіндіре отырып, олардың қолдану ортасы мен құрылымын сипаттау.

Гидроцилиндр – бұл шығыс буынын ілгері-кейінді қозғалысқа келтіретін көлемді гидроқозғалтқыш.

Гидроцилиндрлер көлемді машина болып табылады және жұмыс сұйықтығы ағысының энергиясын шығыс буынның механикалық энергиясына айналдыру үшін пайдаланылады. Гидроцилиндрлер жоғары қысымда (32 МПа-ға дейін) жұмыс істейді.

Гидроцилиндр әдетте артқы қақпақтан, гильзадан, поршень мен штоктан, алдыңғы қақпақтан және алдыңғы қақпақтың подшипнигі мен тығыздағышынан тұрады.

1-сурет– Гидроцилиндр құрамы:

1 – артқы қақпақ; 2,5 – саңылаулар; 3 – поршень тығыздағышы; 4 – шток; 6 – алдыңғы қақпақ; 7 - кіртазалағыш (грязесъемник); 8 – поршень; 9 - поршеньді бағыттаушы сақина; 10 – гильза; 11 – алдыңғы қақпақтың подшипнигі.

Гидроцилиндлердің әртүрлі негізгі типтері шығарылады. Гидроцилиндрлердің барынша кең тараған түрлерінің мынадай ерекшеліктері болады:

Бір жақты әрекет ету – плунжерлі, поршенсіз штокты немесе пружина асты цилиндрлі; бір жақтан қозғалатын, бір жақтан ғана қысым берілетін және штокты болып келеді.

2-сурет - Біржақты әсерлі гидроцилиндрдің схемасы

Бір жақтан әрекет ететін гидроцилиндр тәртіп бойынша, қозғалу бағытымен, тек бір бағытта ғана жұмыс істейді (әдетте «+» белгісі қойылады). Кері бағытта ол сыртқы күштердің әсерінен, мысалы, салмақтың немесе пружинаның әсерінен ығыса алады. Бұл гидроцилиндр конструктивті түрде егер бір жағында дренажды саңылау болса немесе бакка құйылса, екі жақты әрекет ететін цилиндрге айналуы мүмкін. Егер цилиндрдің төменгі қысымды жағын бакка жалғамаған жағдайда, оған қоқыс толып кету қаупі туындайды. Бұл гильза мен тығыздағыштың істен шығуына әкеліп соқтырады.

Бір жақты әрекет ететін цилиндр сонымен бірге «плунжерлі» немесе «поршенсіз штокты» болуы да мүмкін. Мұндай цилиндрде поршеннің тиімді ауданы штоктың, плунжердің немесе поршенсіз штоктың ауданынан тұрады. Плунжерлі немесе поршенсіз штокты гидроцилиндр үшін штокты бағыттап отыратын өте ұзын сақина немесе көлденең күштерге қарсы әрекет ететін тіректер қажет болады.

Штокты жылжыту поршень қуысында жұмыс сұйықтығының қысымын тудыру арқылы жүргізіледі, ал қалыпты жағдайына қайтару пружинаның күшіне байланысты болады. Бұл типтегі гидроцилиндрлер тудырған күштер, теңбе-тең жағдайда екі жақты әсерлі гидроцилиндрлер тудырған күштен төмен болып келеді, бұл штоктың тікелей жүрісінде пружинаның серпімділігі күшін жеңу қажет дегенді білдіреді. Пружина бұл жерде қайтару элементінің рөлін ойнайды. Ал қайтару жетекті механизмнің, басқа гидроцилиндрдің әсерінен немесе көтерілген жүктің ауырлығынан жүргізілген болса, онда гидроцилиндрде қажеттілік тумағандықтан қайтару пружинасы болмайды.

Екі- немесе бірштокты цилиндрдің екі жақты әрекет ету кезінде, жұмыс сұйықтығы поршеннің кез келген жағында қозғалысқа түсуі мүмкін.

а) б)

3-сурет – Екі жақты әсерлі гидроцилиндрдің схемалары:

а) бір штокты б) екі штокты

Екі жақты әрекет ететін гидроцилиндр (4 сурет) – ол өнеркәсіп орындарының гидроқұралдарында қолданылатын, өте кең таралған гидроцилиндр болып табылады. Екі жақты әрекет ететін гидроцилиндр екі бағытта жұмыс істейді.

4-сурет - Екі жақты әрекет ететін гидроцилиндр (ойықты)

Екі жақты әрекет ететін бірштокты гидроцилиндрдің әртүрлі жылдамдығы және қозғалу бағытындағы (+) және қайтару/тарту (-) күштері болады. Бұл қайтару/тарту бағытында поршеннің тиімді ауданын (жұмыс көлемін) азайтатын штоктың болуынан орын алады.

5-сурет – Гидроцилиндрдің құрамы

Бірдей жылдамдық пен екі бағыттағы күштер екі штокты гидроцилиндрді немесе регенеративті контурмен басқарылатын гидроцилиндрді 2:1 таңдау кезінде алынуы мүмкін (6-сурет).

6-сурет - 2:1 деп аталатын гидроцилиндр

Телескопиялық цилиндр – бір жақты немесе екі жақты әрекет етеді, бір-біріне штоктың түтікті сегменттерімен орнатылады, қысқаша созылған күйінде ұзақ жұмыс жүрісін қамтамасыз етіп отырады.

7-сурет – Телескопиялық гидроцилиндрлер

Телескопиялық гидроцилиндрлер (8-сурет) ұзақ жұмыс жүрісі қажет етілетін шектелген кеңістік жағдайында пайдаланылады. Бұл гидроцилиндрлер көбінесе біржақты әрекет етеді, бірақ кейбір жүйелерде екі жақты әрекет ететін телескопиялық гидроцилиндрлер қолданылады.

8-сурет - Телескопиялық гидроцилиндр

Типтік телескопиялық гидроцилиндрдің бір ерекшелігі - күш пен жылдамдықтың сол сәтте қозғалысқа түсіп отырған секцияның немесе «сатының» қандай екендігіне тәуелділігі болып табылады. Бұл бір секцияның диаметрі үлкен келесі бір секцияның ішінде қозғалысқа түсетін цилиндрдің конструкциясына байланысты. Телескопиялық цилиндр салыстырмалы түрде қозғалыстың басында төменгі жылдамдықта күштің көп түсуі және жұмыс жүрісінің соңында жоғары жылдамдықта күштің аз түсуін тудырып отырады. Егер гидроцилиндрдің барлық жүрісі кезінде тұрақты жылдамдық қажет етілсе, синхрондалған телескопиялық гидроцилиндрді пайдалану қажет. Мұндай гидроцилиндрде секциялар бір мезгілде қозғалысқа түседі.

ГИДРОЦИЛИНДРЛЕРДІ ЕСЕПТЕУ

Поршеньді гидроцилиндрлердің негізгі параметрлері поршень D  мен шток d диаметрлері, жұмыс қысымы P және поршень жүрісі S болып табылады.

Біржақты штокты поршеньді гидроцилиндрді қарастырайық (9-сурет). Негізгі параметрлері бойынша келесі байланыстарды анықтауға болады:

Поршень қуысындағы 1 және штокты қуыстағы 2 поршеньнің ауданы тиісінше

және . (1)

Гидроцилиндр штогынан оны жылжыту және созу кезінде пайда болатын күштер тиісінше

және , (2)

мұнда k_тр = 0,9…0,98 – үйкелістен болатын жоғалтуларды есептейтін коэффициент

Поршеньнің қозғалу жылдамдықтары:

және (3)

9-сурет - Гидроцилиндрлердің негізгі және есептік параметрлері

Беріктігін есептеу. Беріктік есептеулерімен цилиндр қабырғаларының қалыңдығын, цилиндр қақпақтарының қалыңдығын, шток диаметрін, қақпақтарды бекітетін болттар мен түйреуіштердің (шпилька) диаметрлерін анықтайды.

Цилиндрлердің сыртқы D_с және ішкі D_і диаметрлерінің қатынастарына қарай қалың қабырғалы және жұқа қабырғалы болып бөлінеді. Қалың қабырғалы цилиндрлер деп D_с / D > 1,2, ал жұқа қабырғалы деп D_с / D   1,2 айтамыз.

Бірқабатты қалың қабырғалы цилиндрдің қабырғасының қалыңдығы келесі формуламен анықталады:

, (4)

мұнда P_у - (1,2…1,3)P тең болатын шартты қысым;

[σ] – созуға қажетті кернеу, Па (шойын үшін 2,5·10⁷, беріктілігі жоғары шойын үшін 4·10⁷, болатты құймалар үшін (8…10)·10⁷, қоспалы болаттар үшін (15…18)·10⁷, қола үшін 4,2·10 ⁷;

μ – көлденең деформацияның коэффициенті (Пуассон коэффициенті), шойын үшін 0, болат үшін 0,29; алюминийлі қоспалар үшін 0,26...0,33; жез үшін 0,35.

Жұқа қабырғалы цилиндрдің қабырғасының қалыңдығын мына формула бойынша анықтайды:

. (5)

Формулалар бойынша анықталған цилиндрдің қабырғасының қалыңдықтарына материалды өңдеу үшін жону қорысы (припуск) қосылады. D = 30…180 мм үшін жону қорысы 0,5…1 мм аралығында қабылданады.

Цилиндр қақпағының қалыңдығын мына формула бойынша анықтайды:

, (6)

мұнда d_к – қақпақ диаметрі

Созылу мен қысылуға жұмыс істейтін шток диаметрі, тиісінше

және , (7)

Мұнда [σ_р] және [σ_с] – штоктың созылуы мен қысылуына жіберілетін қажетті кернеу.

Ұзындығы 10 диаметрден асатын («ұзын» штоктар), қысуға жұмыс істейтін штоктардың бойлық иілуі Эйлер формуласы бойынша анықталады:

, (8)

Мұнда σ_кр – бойлық иілу кезіндегі қауіпті кернеу;

f – штоктың көлденең қимасының ауданы.

Цилиндрлердің қақпақтарын бекітетін болттардың диаметрі

(9)

Мұнда n – болттар саны

Бақылау сұрақтары:

1. Гидроцилиндр дегеніміз не?

2. Гидроцилиндрлердің жұмыс істеу принципі

3. Гидроцилиндрлердің түрлері.

4. Гидроцилиндрлердің негізгі параметрлері.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. М.С.Овчаров, И.С.Өтебаев. Гидравлика және гидрожетек негіздері. - Қарағанды: ҚарМУ баспасы, 2004.

2. В.Г.Гейер и др. Гидравлика и гидропривод. - М.:Недра, 1991.

3. Т.М.Башта и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982.

4. Д.Шольц. Электрогидроавтоматика. - Германия, Фесто, 2002.

5. А.А. Митусов, О.С. Решетникова. Расчет и проектирование гидропневмосистем. - Караганда, КарГТУ, 2007.

6. Р.Р.Чугаев. Гидравлика. - Ленинград: Энергия, 1975.

7. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Майрановский Ф.Г. и др. Примеры расчетов по гидравлике: Учебное пособие. - М.: Стройиздат, 1976.- 256с.

8. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан Н.В. и др. Гидро- пневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи. - Минск: Высшая школа, 1987. - 310с.

9. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1972. - 648с.

10. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301с., ил.

11. Некрасов Б.Б., Фатеев И.В., Беленков Ю.А. и др.; Под ред. Б.Б.Некрасова. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу: Учебное пособие. - М.: Высш.шк., 1989. - 192с.: ил.

12. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. - Красноярск: ПИК "Офсет", 1997. - 384с.

13. Каминер А.А., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике. - К.: Техника, 1987. - 175с.

14. Копырин М.А. Гидравлика и гидравлические машины. - М.: Высшая школа, 1961. - 302с.

ТМ және Ж кафедрасының мәжілісінде ҚАРАЛДЫ «__» ______________ 2014 ж № _____ хаттама Кафедра меңгерушісі ______________ Н.С. Малыбаев

Тау-кен факультетінің оқу әдістемелік кеңесінде БЕКІТІЛДІ «__» ______________ 2014 ж № _____ Оқу-әдістемелік кеңесінің төрағасы ______________ Ж.Н. Нокина

5В072400, 5В071300, 5В071200 мамандықтарының студенттері үшін «Гидро- және пневможетек», «Гидропневматикалық машиналар және жетектер» пәндері бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған

ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР

Құрастырғандар: Нокина Ж.Н.,

Окимбаева А.Е.

Редакторы Жақыпханова Г.Қ.