Vrste hidrauličkih cilindara: Vodič za dimenzioniranje i odabir

Hidraulički cilindri daju kontroliranu linearnu silu u bagerima, poljoprivrednim strojevima, prešama,-sustavima za rukovanje materijalom, pomorskoj opremi i tvorničkoj automatizaciji.

Pravi cilindar ovisi o više od provrta i hoda. Potrebna sila, prostor za ugradnju, smjer opterećenja, tlak, okolina, radni ciklus i geometrija montaže utječu na izbor. Ovaj vodič objašnjava glavne tipove cilindara, njihovu konstrukciju, osnovne veličine i informacije koje američki kupci trebaju prikupiti prije naručivanja standardne ili prilagođene jedinice.

Vrste hidrauličkih cilindara i gdje se koriste

Hidraulički cilindri mogu se klasificirati prema načinu pokretanja, unutarnjem dizajnu, konstrukciji i rasporedu montaže. Kategorije se preklapaju. Zavareni cilindar, na primjer, također može biti s dvostrukim-radom, dok teleskopski cilindar može biti s jednostrukim- ili dvostrukim-radom.

*Ove brojke su široki rasponi primjene, a ne univerzalne ocjene. Uvijek koristite nazive radnog-tlaka i probnog{2}}tlaka proizvođača.

Cilindri-jednostrukog i dvostrukog{1}}radovanja

A jedno-djelujući cilindar koristi hidraulički tlak za pomicanje klipa u jednom smjeru. Gravitacija, opruga ili vanjsko opterećenje normalno osiguravaju povratno kretanje. Ovaj raspored dobro funkcionira za primjene kao što je-podizanje karoserije, gdje nije potrebno električno uvlačenje.

A dvo{0}}radni cilindarima tlačne otvore na obje strane klipa, tako da hidrauličko ulje kontrolira izvlačenje i uvlačenje. To je bolji izbor kada je stroju potrebno kontrolirano kretanje u oba smjera, dosljedna vremena ciklusa ili točno pozicioniranje.

Teleskopski cilindri

A teleskopski hidraulički cilindartakođer se naziva višestupanjski cilindar, sadrži nekoliko ugniježđenih cjevastih stupnjeva. Njegova glavna prednost je omjer hoda i uvučene duljine. Relativno kratak zatvoreni cilindar može se produžiti nekoliko puta više od svoje izvorne duljine.

Ovaj dizajn je uobičajen u kiperima, prikolicama, opremi za otpad, platformama za podizanje i drugim strojevima s ograničenim prostorom za montažu.

Cilindri bez poluge

Cilindar bez poluge prenosi kretanje klipa na vanjski nosač bez konvencionalne šipke koja se proteže iz tijela. Omogućuje dugo putovanje gdje nema dovoljno mjesta ni za cilindar, ni za produženu šipku.

Glavno ograničenje je usmjeravanje opterećenja. Pokretno opterećenje općenito bi trebalo imati vanjsko vođenje, a ne prisiljavati cilindar da apsorbira velike momente ili bočna opterećenja.

Klip, spona-i zavareni cilindri

Klip ili klipni cilindar stvara silu pritiska kroz klip velikog-promjera i obično se koristi za podizanje i prešanje.

Cilindri -zatezne šipke koriste vanjske navojne šipke za držanje završnih kapica zajedno. Njihove standardizirane dimenzije za ugradnju i konstrukcija koja se može koristiti čine ih uobičajenim u industrijskim strojevima.

Zavareni cilindri koriste zavarenu cijev i strukturu-završnog poklopca. Imaju kompaktnu ovojnicu i visoku strukturnu čvrstoću, što odgovara mobilnoj hidrauličkoj opremi.

Komponente cilindra i konfiguracije montaže

 

Većina konvencionalnih hidrauličkih cilindara sadrži iste osnovne dijelove:

- Cilindrično tijelo sadrži pritisak i usmjerava kretanje klipa.
- Klip odvaja tlačne komore i pretvara tlak u silu.
- Klipnjača prenosi tu silu na stroj.
- Glava cilindra i poklopac zatvaraju cijev i podupiru unutarnje dijelove.
- Ležaj ili vodilica šipke podupire šipku i održava poravnanje.
- Brtve klipa i poluge ograničavaju unutarnje i vanjsko curenje ulja.
- Brisač sprječava ulazak prljavštine i vlage oko šipke.
- Hidraulički priključci povezuju cilindar s ventilima, crijevima ili cijevima.

Označeni dijagram presjeka pored ovog odjeljka može pomoći kupcu koji nije inženjer da identificira cijev, klip, šipku, brtvu, brtve i otvore.

Uobičajene vrste montaže

Nosači s prirubnicom pružaju kruto pričvršćenje i učinkovito se nose s aksijalnim opterećenjima kada su pravilno poravnati.

Nosači ili bočni{0}}nosači učvršćuju tijelo cilindra za okvir stroja. Zahtijevaju pažljivo poravnanje kako bi se spriječilo bočno opterećenje.

Clivis i klinovi-nosači za ušice omogućuju zakretanje cilindra dok se mehanizam pomiče. Česti su na građevinskoj i poljoprivrednoj opremi.

Nosači osovine dopuštaju kutno kretanje oko fiksnog stožera i odgovaraju mehanizmima u kojima cilindar mijenja kut tijekom hoda.

Sferični-krajevi ležajnih šipki prilagođavaju se ograničenom kutnom odstupanju i korisni su u zglobnim mehanizmima koji nose velika opterećenja.

Bez obzira koji se nosač koristi, mora slijediti stvarnu putanju opterećenja. Hidraulički cilindar prvenstveno je dizajniran za aksijalnu silu, a ne kao strukturni vodič. Neusklađenost može prouzročiti prerano trošenje-brtve šipke, brazde, neravnomjerno trošenje cijevi, uvijanje, savijanje šipke i zamor oko zavara ili nosača.

Zabačeni i sferni nosači općenito odgovaraju mehanizmima koji se kreću kroz luk. Čvrsta prirubnica i nosači stopala zahtijevaju posebno precizno poravnanje.

NFPA standardi obrađuju inčne-serije provrta i šipki, dimenzije industrijske montaže, otvore, izvijanje i metode ocjenjivanja-tlaka. Osobito su relevantni kada američka oprema zahtijeva zamjenjivost.

Proračuni veličine, sile i tlaka

Određivanje veličine cilindra počinje odnosom između tlaka, površine klipa i sile:

**Sila=pritisak × površina**

ili:

**F = P × A**

Gdje:

- **F**=sila u funtama-sila (lbf)
- **P**=hidraulički tlak u psi
- **A**=efektivna površina klipa u kvadratnim inčima

Za proširenje:

**A=π × provrt² ÷ 4**

Za povlačenje:

**A=područje klipa − područje šipke**

Budući da šipka smanjuje djelotvornu površinu na jednoj strani klipa, konvencionalni cilindar s dvostrukim-radom s jednom-štapom obično proizvodi manju vučnu silu nego potisnu silu pri istom tlaku.

Primjer 1: Potreban provrt za 10.000 lbf pri 3.000 psi

Potrebna snaga:

**F=10,000 lbf**

Raspoloživi tlak:

**P=3,000 psi**

Potrebna površina klipa:

**A = F ÷ P**

**A=10,000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Promjer provrta:

**Provrt=√(4A ÷ π)**

**Provrt ≈ 2,06 in**

Provrt od 2,06 inča je teoretski minimum. Stvarni dizajn također mora omogućiti trenje, gubitak tlaka, varijacije u opterećenju i odgovarajuću sigurnosnu marginu. Stoga se može odabrati sljedeći odgovarajući standardni provrt umjesto navođenja točne teorijske veličine.

Protok i brzina cilindra

Protok u velikoj mjeri određuje brzinu cilindra:

**Brzina=protok ÷ efektivna površina**

Jedan američki galon je otprilike 231 kubičnih inča. Stoga:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/sec**

Primjer 2: Približno vrijeme istezanja teleskopskog-cilindra

Razmotrite pojednostavljeni tro{0}}teleskopski cilindar s-jednostrukim djelovanjem koji se isporučuje na 10 GPM.

| pozornica|Efektivni promjer|Područje|Moždani udar |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Faza 1|4,0 in|12,57 in²|20 u |
| Faza 2|3,0 in|7,07 in²|20 u |
| Faza 3|2,25 in|3,98 in²|20 u |

Pri 38,5 in³/s, Faza 1 kreće se na:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 in/s**

Njegovo vrijeme produženja je:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 s**

Za fazu 2:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 in/s**

**Vrijeme ≈ 3,7 s**

Za Fazu 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 in/s**

**Vrijeme ≈ 2,1 s**

Približno ukupno vrijeme produženja je:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 sekundi**

Ovo je pojednostavljeni izračun. Stvarna konstrukcija teleskopskog-cilindra mora koristiti efektivna radna područja proizvođača i uzeti u obzir redoslijed, unutarnju geometriju, trenje, gubitak tlaka i promjene opterećenja.

Uobičajene pogreške u određivanju veličine

Prije naručivanja provjerite nema li izračun:

- Korištena površina punog provrta umjesto prstenaste površine za silu uvlačenja
- Zanemaren gubitak tlaka kroz ventile i crijeva
- Odabran je cilindar isključivo prema maksimalnom tlaku sustava
- Previđeno izvijanje šipke tijekom dugog takta kompresije
- Neuspješno računanje bočnog učitavanja
- Podmjerite hidraulički protok za potrebno vrijeme ciklusa
- Zanemarena amortizacija pri kraju zaveslaja

Internetski kalkulator može pojednostaviti ovaj posao. Korisni unosi uključuju provrt, promjer šipke, hod, tlak, protok, opterećenje i faktor sigurnosti. Izlazi mogu uključivati ​​silu istezanja i uvlačenja, količinu ulja i procijenjeno vrijeme putovanja.

Materijali, brtve, premazi i standardi

Materijali trebaju odgovarati i mehaničkom opterećenju i radnom okruženju. Ugljični čelik naširoko se koristi za bačve i konstrukcijske dijelove. Pomorska, -prerada hrane, kemijska i visoko korozivna primjena može zahtijevati nehrđajući čelik.

Klipnjače obično koriste kaljeni čelik s tvrdom kromiranom prevlakom. Teška korozija ili abrazivna upotreba može zahtijevati indukcijsko kaljenje, nitrougljičenje, materijale od nehrđajuće šipke ili HVOF-nanesene premaze-otporne na habanje kao što je WC-CoCr. Boja, praškasti premaz, predtretman fosfatom i drugi zaštitni sustavi također se koriste na vanjskim dijelovima.

Materijal brtve je jednako važan:

| Materijal brtve|Tipična snaga |
| --- | --- |
| NBR|Opći hidraulički servis mineralnog{0}}ulja |
| HNBR|Poboljšana otpornost na temperaturu, habanje i starenje |
| Poliuretan (PU)|Jaka otpornost na habanje i ekstruziju |
| PTFE|Nisko trenje i široka kemijska kompatibilnost |
| FKM|Primjene otporne-na visoke-temperature i kemikalije |

Temperaturna ograničenja i kompatibilnost tekućine ovise o spoju, a ne samo o obitelji polimera. Parkerove smjernice za brtvljenje, na primjer, pokazuju da se NBR, HNBR, FKM, TPU i drugi materijali mogu odabrati različito prema vrsti tekućine i je li brtva statična ili dinamična.

Zaštiti od korozije potrebna je posebna pažnja u obalnim službama, pomorskim strojevima i opremi-za uklanjanje snijega izloženoj soli s cesta.

ASTM B117-26 trenutna je praksa u SAD-u za kontrolirano ispitivanje metala i presvučenih metala-sprejom. ASTM upozorava da rezultate slanog-spreja ne treba tretirati kao izravna predviđanja životnog vijeka u stvarnom svijetu.

Relevantni standardi također mogu uključivati ​​ISO 6020-2 za određene metričke cilindre od 160 bara i ISO 6022 za serije cilindra od 250 bara. ISO 6022:2006 ostaje aktualan u vrijeme pisanja, dok je zamjensko izdanje u razvoju. Specifikacije nabave trebale bi potvrditi trenutnu reviziju prilikom postavljanja narudžbe.

Primjene, održavanje i načini kvarova

Različita okruženja preferiraju različite dizajne:

- Građevinska oprema obično koristi kompaktne zavarene dvostruke-radujuće cilindre napravljene da izdrže udarna opterećenja.
- Poljoprivredna oprema često koristi zavarene cilindre sa spojnicama, poprečnim-cijevnima ili zatičnim nosačima jer se mehanizam pomiče kroz promjenjive kutove.
- Kiperi kamioni i prikolice koriste teleskopske cilindre za postizanje dugih hodova podizanja unutar ograničenog prostora za ugradnju.
- Industrijske preše i tvornička oprema često koriste zateznu-šipku ili teške{2}}cilindre-u stilu mlina gdje su ponovljivost i mogućnost servisiranja važni.
- Pomorskoj i lučkoj opremi potrebna je dodatna zaštita od korozije i pažljiv odabir šipki i brtvila.

Uobičajeni kvarovi uključuju vanjsko propuštanje-brtve klipa, unutarnje klipno-propuštanje brtve, zareze ili koroziju na šipki, savijene šipke, istrošene ležajeve šipki, oštećenje cijevi, pukotine nastale zamorom oko zavara ili nosača, pregrijavanje, prozračivanje ili kavitaciju te oštećenja-povezana s kontaminacijom brtvi i površina.

Ako cilindar pomiče pod opterećenjem, utvrdite zaobilazi li ulje brtve klipa ili curi kroz usmjerivački ili kontrolni ventil.

Kada se pojavi vanjsko curenje, pregledajte šipku prije zamjene brtve. Nova brtva koja prelazi preko izgrebane ili korodirane površine može brzo ponovno zakazati.

Obnova može biti ekonomična kada su brtve i potrošni dijelovi oštećeni, ali cijev, šipka i strukturni dijelovi ostaju unutar tolerancije. Zamjena je obično atraktivnija kada je šipka jako savijena, cijev ima duboke brazde, strukturalni zavari su napukli, korozija je jaka, dijelovi su nedostupni ili se cijena popravka približava cijeni novog cilindra.

Što američki kupci trebaju uključiti u Zahtjev za ponudu

Koristan zahtjev za ponudu treba sadržavati:

- Vrsta cilindra
- Promjer provrta i šipke
- Hod
- Uvučena i produžena duljina
- Radni i vršni tlak
- Potrebna sila guranja i povlačenja
- Brzina rada
- Način montaže i spoj-kraja poluge
- Vrsta priključka, veličina i položaj
- Hidraulična tekućina i radna temperatura
- Radni ciklus
- Izloženost vanjskom ili korozivnom
- Količina
- Crteži ili broj dijela postojećeg cilindra
- Zahtjevi za testiranje i certifikaciju

Standardni zamjenski cilindri mogu koštati stotine dolara. Specijalizirane zavarene, teleskopske, nehrđajuće jedinice, s velikim-provrtom,-opremljene senzorima i prilagođene-projektirane jedinice mogu brzo koštati tisuće.

Vremena isporuke također se razlikuju. Proizvodi sa zaliha mogu se brzo isporučiti, dok za prilagođene cilindre često treba nekoliko tjedana. Trenutačni primjeri proizvođača pokazuju otprilike 3 do 8 tjedana za mnoge prilagođene projekte, s duljim rasporedima za neobično velike ili složene sustave.

Kada nabavljate prilagođeni cilindar u inozemstvu, usporedite odobrenje prototipa, testiranje tlaka, dokumentaciju, pakiranje, prijevoz morem ili zrakom, komplete rezervnih brtvi, jamstvenu podršku i dostupnost zamjenskih-dijelova kao i jediničnu cijenu.

Priprema za odabir cilindra

Započnite s potpunom primjenom, a ne samo s veličinom provrta. Sila, hod, montažna geometrija, tlak, protok, okolina, radni ciklus, stabilnost šipke, materijal brtve i raspoloživi prostor utječu na konačni dizajn.

Pripremite provrt, promjer šipke, hod, ugradbene dimenzije, radni tlak, pojedinosti o primjeni i postojeće crteže prije nego što zatražite inženjerski pregled ili ponudu.

Korisni pomoćni resursi mogu uključivati:

- Kalkulator sile hidrauličkog cilindra
- Excel predložak-veličine cilindra
- PDF specifikacija hidrauličkog cilindra
- Kontrolni popis za instalaciju i održavanje
- Prilagođeni-obrazac zahtjeva za ponudu cilindra

Tvrtke koje nude zajamčeno vrijeme odgovora, telefonsku podršku u SAD-u, brze prototipove ili cilindre za uzorke trebaju navesti te specifične obveze pored gumba Zahtjev za ponudu umjesto da se oslanjaju na generičke zahtjeve.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između-jednodjelajućih i-dvodjelajućih cilindara?

Jedno-radni cilindri koriste hidraulički tlak u jednom smjeru i oslanjaju se na gravitaciju, oprugu ili vanjsko opterećenje za povrat. Dvo-djelujući cilindri koriste pritisak za izvlačenje i uvlačenje, što ih čini prikladnijima za kontrolirano dvosmjerno kretanje.

Kakvi su teleskopski cilindri u usporedbi sa standardnim cilindrima?

Teleskopski cilindri daju puno duži hod u odnosu na njihovu uvučenu duljinu. Odgovaraju instalacijama s ograničenim prostorom, ali zahtjevima dugog putovanja, iako njihova višestupanjska konstrukcija čini dizajn i održavanje složenijima.

Kada je cilindar bez poluge bolji izbor?

Cilindar bez klipnjače dobro funkcionira kada je potreban dugačak linearni hod, ali nema dovoljno prostora za produženu klipnjačicu. Pokretno opterećenje bi normalno trebalo imati vanjsko vođenje jer prekomjerni momenti i bočna opterećenja skraćuju vijek trajanja cilindra.

Kako mogu izračunati provrt, veličinu šipke i pritisak?

Upotrijebite **F=P × A** da pronađete površinu klipa potrebnu za ciljanu silu. Zatim odaberite provrt, promjer šipke, tlak u sustavu i faktor sigurnosti dok provjeravate silu uvlačenja, izvijanje šipke, zahtjeve protoka i gubitak tlaka.

Koja konfiguracija montaže smanjuje bočno opterećenje?

Nijedan nosač nije najbolji za svaki stroj. Nosači s klivovima, osovinama, klin-ušicama i sferičnim-ležajima odgovaraju zakretnim mehanizmima. Nosači prirubnice i stopala dobro funkcioniraju kada je teret točno poravnat s osi cilindra.

Koje brtve i premazi odgovaraju obalnim ili{0}}okruženjima sa soli?

Korozivna okruženja mogu zahtijevati nehrđajuće komponente, poboljšane šipke i vanjske premaze te brtve usklađene s tekućinom i radnom temperaturom. Test-s raspršivanjem soli može usporediti sustave premaza, ali ne predviđa izravno radni vijek na otvorenom.

Što trebam provjeriti prije zamjene cilindra?

Pregledajte vanjska curenja, zareze na šipki, koroziju, neusklađenost, savijanje, unutarnje curenje, curenje ventila, kontaminaciju, istrošenost montaže, skokove tlaka i nenormalne temperature. Mnogi kvarovi-povezani s brtvom mogu se popraviti, dok strukturna oštećenja ili ozbiljna površinska oštećenja mogu opravdati zamjenu.