2. Силовые цилиндры

Силовой цилиндр является двигателем, преобразующим энергию жидкости или газа в механическую энергию перемещения поршня. Поршень в силовом цилиндре совершает возвратно-поступательное движение.

По конструкции силовые цилиндры можно объединить в следующие группы.

Силовой цилиндр с односторонним выходом штока поршня (рис.52, а). Движущее усилие на поршневом штоке при движении на выпуск штока

P = pf,

где р — рабочее давление (перепад давлений р₁ и р₂ в полостях цилиндра, разделенного поршнем, р = р₁ – p₂) f — рабочая площадь (площадь живого сечения) поршня

где D — диаметр поршня; d — диаметр штока.

Если давление р₂ на сливе значительно ниже давления p_l нагнетания и им можно пренебречь, то

где р_н — давление нагнетания, р_н = р₁.

Движущее усилие на поршневом штоке при движении на уборку штока

Если давлением слива (в этом случае р₁) можно пренебречь, то

Силовой цилиндр с двусторонним выходом штоков поршня (рис.52, б). Движущее усилие такого цилиндра

Усилие на штоках поршней при прямом и обратном ходе зависит только от перепада давлений на поршне.

Силовой цилиндр одностороннего действия с одинаковым давлением в полостях цилиндра (рис.52, в). Движущее усилие на поршневом штоке такого цилиндра при прямом ходе

Рис.52. Схемы силовых цилиндров:

а — с односторонним выходом штока поршня; б — с двусторонним выходом штоков поршня;

в — одностороннего действия; г — дифференциальный

Возвратное движение поршня в данном случае осуществляется за счет пружины.

Дифференциальный силовой цилиндр (рис.52, г). При одинаковом давлении в обоих полостях цилиндра р₁= р₂ = p. Тогда

Для того чтобы Р_{выпуска} = Р_уборки, реобходимо выполнение следующего равенства:

откуда . При этом:

максимальные усилия на выпуск и на уборку равны;

при одинаковом давлении в полостях цилиндра поршень занимает любое промежуточное положение;

рабочая площадь цилиндра .

На практике из-за механических потерь усилие на штоке поршня Р_эф меньше величины Р, рассчитанной по формуле Р = pf:

где — механический КПД силового цилиндра, = 0,99... 0,85 (среднее значение = 0,95).

Скорость перемещения поршня гидравлического цилиндра зависит от расхода жидкости и площади живого сечения:

где Q — расход жидкости, поступающей в рабочий цилиндр; η_об — объемный КПД силового цилиндра, учитывающий перетечку жидкости (при уплотнении металлическими кольцами η_об = 0,98); f — площадь живого сечения поршня.

Выход штока гидравлического цилиндра практически не зависит от нагрузки на штоке. Шток выходит плавно без толчков по мере расхода поступающей в цилиндр жидкости. Скорость выхода штока можно регулировать постановкой жиклера на входе в рабочую полость цилиндра.

Условия работы пневматического цилиндра совершенно иные вследствие двух факторов: сжимаемости газа и различного усилия трения в уплотнении поршня (коэффициент трения покоя больше коэффициента трения движения). В пневматическом цилиндре шток выходит резко или с толчками даже при медленном нарастании давления в цилиндре.