8. Конструкция и расчет узлов и деталей

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА

8.1. Цилиндры

Основные типы цилиндров разделяются на плунжерные, дифференциально-плунжерные и поршневые.

Рис. 34. Виды цилиндров:

а - плунжерного типа; б - дифференциально-плунжерного

типа; в - поршневого типа

Плунжерные цилиндры являются цилиндрами простого действия. Дифференциально-плунжерный цилиндр применяется, когда через рабочий плунжер должна проходить игла (например, трубо-прутковый пресс). Цилиндры могут устанавливаться с опорой на фланец или на дно.

Рис. 35. Рабочий цилиндр:

1 - цилиндр; 2 – буфер; 3 – плунжер; 4 – направляющая втулка; 5 – уплотнение; 6 – кольцо; 7 – кольцо нажимное;

8 – втулка нажимная

По особенностям напряженного состояния различают цилиндрическую (среднюю зону), зону фланца и зону днища.

Цилиндрическая зона в средней части рассматривается как толстостенная труба и рассчитывается по формулам Ламе. При этом оцениваются радиальные напряжения _r, тангенциальные _ и осевые _z .

, (87)

, (88)

. (89)

где р - давление в цилиндре;

r_Н - наружный радиус гидроцилиндра;

z - текущее значение радиуса.

В случае опоры цилиндра на дно _z = 0.

Наибольшие напряжения возникают на внутренней поверхности гидроцилиндра. Эквивалентное напряжение определяется по энергетической теории прочности:

, (90)

Подставляя значения _ и _z для r = r_ВН, которое соответствует наибольшим  получим:

, (91)

где - предел текучести материала цилиндра;

n = 2 - запас прочности.

Рис. 36. Схема действия напряжений

Далее получаем

. (92)

Определяем соотношение между и р, при котором наружный диаметр цилиндра будет наименьшим:

,

.

Подставляя в (92) получим:

. (93)

Из выражения следует, что r_Н  min, если знаменатель будет  мах.

Обозначим:

, (94)

. (95)

Подставляя, получим:

. (96)

Практически при выборе оптимальных давлений принимают:

.

В сечениях цилиндра, приближающихся к дну или фланцу, напряженное состояние в стенках становится более сложным из-за дополнительных напряжений от изгиба. Теоретическая оценка этого состояния достаточно сложна, поэтому обычно размеры донной и фланцевой части выбирают по установившимся на практике соотношениям.

Толщина дна обычно принимается t_дн = 2t_ст, и радиус изгиба R = (0,2  0,5)t_ст.

Размеры фланца имеют соотношения t_ф = 1,5t_ст, В = 0,7t_ст.

Рис. 37. Размеры зоны фланца и дна

Гидроцилиндры могут изготавливаться литьем, ковкой, кованно-сварными, у которых днища привариваются электрошлаковой сваркой.

8.2. Плунжеры

Плунжеры рабочих цилиндров выполняются сплошными или пустотелыми с внутренней полостью, обращенной к дну цилиндра. При этом рекомендуется полость оставлять открытой для того, чтобы посторонние частицы, появляющиеся в рабочей жидкости имели возможность оседать на дне полости и не попадать на рабочую поверхность.

Плунжер передает усилие на подвижную поперечину и работает на сжатие. Соединение плунжера с поперечиной может быть жестким через шаровую пяту и через пест с шаровой головкой.

Рис. 38. Виды соединений плунжера

Жесткое соединение целесообразно в прессах с одним плунжером, так как для многоцилиндровых гидропрессов узел крепления плунжеров к поперечине потребовал бы изготовления с высокой степенью точности. При жестком соединении плунжер испытывает нагружение от изгибающего момента при эксцентричных нагрузках, что может привести к задирам и износу направляющих. С этой точки зрения более благоприятны соединения через шаровую пяту и с помощью песта.

Плунжеры изготавливаются коваными из углеродистой стали (сталь 45, 40Х), поверхность подвергается последующей шлифовке.