Vrste hidrauličnih cilindara: vodič za dimenzioniranje i odabir

Hidraulički cilindri daju kontrolisanu linearnu silu u bagerima, poljoprivrednim mašinama, prese,{0}}sistemima za rukovanje materijalom, pomorskoj opremi i fabričkoj automatizaciji.

Pravi cilindar zavisi od više od provrta i hoda. Potrebna sila, prostor za ugradnju, pravac opterećenja, pritisak, okruženje, radni ciklus i geometrija montaže sve utiču na izbor. Ovaj vodič objašnjava glavne tipove cilindara, njihovu konstrukciju, osnovne dimenzije i informacije koje američki kupci trebaju prikupiti prije naručivanja standardne ili prilagođene jedinice.

Vrste hidrauličnih cilindara i gdje se koriste

Hidraulički cilindri se mogu klasifikovati prema načinu aktiviranja, unutrašnjem dizajnu, konstrukciji i rasporedu montaže. Kategorije se preklapaju. Zavareni cilindar, na primjer, također može imati dvostruko-smjerno djelovanje, dok teleskopski cilindar može biti jednostrukog- ili dvostrukog-smjera.

*Ove brojke su široki rasponi primjene, a ne univerzalne ocjene. Uvijek koristite radne-pritiske i dokazni{2}}pritisci proizvođača.

Cilindri jednosmjernog{0}} i dvostrukog{1}} djelovanja

A cilindar jednosmjernog{0}} koristi hidraulički pritisak za pomicanje klipa u jednom smjeru. Gravitacija, opruga ili vanjsko opterećenje obično osiguravaju povratno kretanje. Ovaj raspored dobro funkcionira za aplikacije kao što je-podizanje karoserije, gdje uvlačenje nije neophodno.

A cilindar{0}}dvostrukog djelovanjaima priključke za pritisak na obe strane klipa, tako da hidraulično ulje kontroliše izvlačenje i uvlačenje. To je bolji izbor kada je stroju potrebno kontrolirano kretanje u oba smjera, konzistentna vremena ciklusa ili precizno pozicioniranje.

Teleskopski cilindri

A teleskopski hidraulični cilindartakođer se naziva višestepeni cilindar, sadrži nekoliko ugniježđenih cijevnih stupnjeva. Njegova glavna prednost je omjer hoda i uvučene dužine. Relativno kratak zatvoreni cilindar može se proširiti na nekoliko puta svoju prvobitnu dužinu.

Ovaj dizajn je uobičajen kod kiper kamiona, prikolica, opreme za smeće, podiznih platformi i drugih mašina sa ograničenim prostorom za montažu.

Cilindri bez poluge

Cilindar bez šipke prenosi kretanje klipa na vanjski nosač bez konvencionalne šipke koja se proteže iz tijela. Pruža dug put gdje nema dovoljno mjesta i za cilindar i za produženu šipku.

Vodenje opterećenja je glavno ograničenje. Pokretno opterećenje bi općenito trebalo imati vanjsko vođenje umjesto da prisiljava cilindar da apsorbira velike momente ili bočna opterećenja.

Klip, an{0}}utikač i zavareni cilindri

Klip ili cilindrični cilindar stvara pritisnu silu kroz klip velikog -prečnika i obično se koristi za podizanje i pritiskanje.

{0}}Cilindri anglijske šipke koriste šipke sa vanjskim navojem da drže krajnje poklopce zajedno. Njihove standardizovane montažne dimenzije i upotrebljiva konstrukcija čine ih uobičajenim u industrijskim mašinama.

Zavareni cilindri koriste zavarenu cijev i strukturu završne{0}}čepove. Imaju kompaktan omotač i visoku strukturnu čvrstoću, što odgovara mobilnoj hidrauličnoj opremi.

Komponente cilindara i montažne konfiguracije

 

Većina konvencionalnih hidrauličnih cilindara sadrži iste osnovne dijelove:

- Cev cilindra sadrži pritisak i vodi kretanje klipa.
- Klip odvaja tlačne komore i pretvara pritisak u silu.
- Klipnjača prenosi tu silu na mašinu.
- Glava cilindra i poklopac zatvaraju cijev i podupiru unutrašnje dijelove.
- Ležaj ili vođica šipke podržava šipku i održava poravnanje.
- Zaptivke klipa i šipke ograničavaju unutrašnje i vanjsko curenje ulja.
- Brisač sprečava ulazak prljavštine i vlage oko šipke.
- Hidraulički priključci povezuju cilindar sa ventilima, crijevima ili cijevima.

Označeni dijagram presjeka pored ovog odjeljka može pomoći kupcu koji nije-inženjerski da identifikuje cijev, klip, šipku, žljebove, brtve i priključke.

Uobičajeni tipovi montaže

Prirubnički nosači obezbeđuju kruto pričvršćivanje i efikasno podnose aksijalna opterećenja kada su pravilno poravnati.

Nožni ili bočni{0}} nosači pričvršćuju tijelo cilindra za okvir mašine. Oni zahtijevaju pažljivo poravnavanje kako bi se spriječilo bočno opterećenje.

Nosači za ušice i klinove{0}}omogućavaju cilindar da se okreće dok se mehanizam kreće. Uobičajeni su na građevinskoj i poljoprivrednoj opremi.

Nosači klipa omogućavaju ugaono pomicanje oko fiksne osovine i mehanizama odijela u kojima cilindar mijenja ugao kroz hod.

Krajevi šipki sferičnog-ležaja prihvataju ograničeno ugaono odstupanje i korisni su u zglobnim mehanizmima koji nose velika opterećenja.

Koji god nosač se koristi, on mora pratiti stvarnu putanju opterećenja. Hidraulični cilindar je prvenstveno dizajniran za aksijalnu silu, a ne kao strukturno vodilicu. Neusklađenost može uzrokovati prijevremeno habanje -brtvila šipke, zarezivanje, neravnomjerno trošenje cijevi, vezivanje, savijanje šipke i zamor oko zavara ili nosača.

Zakačeni i sferični nosači uglavnom odgovaraju mehanizmima koji se kreću kroz luk. Čvrsti prirubnički i nožni nosači zahtevaju posebno precizno poravnanje.

NFPA standardi se odnose na inčne{0}}serijske dimenzije provrta i šipke, industrijske montažne dimenzije, priključke, izvijanje i metode{1}}ocjenjivanja pritiska. Posebno su relevantni kada oprema SAD-a zahtijeva zamjenjivost.

Proračun veličine, sile i pritiska

Dimenzioniranje cilindra počinje odnosom između pritiska, površine klipa i sile:

**Force=Pritisak × Površina**

ili:

**F = P × A**

gdje:

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

Za proširenje:

**A=π × Otvor² ÷ 4**

Za povlačenje:

**A=Područje klipa − Područje šipke**

Budući da šipka smanjuje efektivnu površinu na jednoj strani klipa, konvencionalni cilindar s jednom-šipkom, dvosmjernog-cilindara obično proizvodi manju vučnu silu od sile guranja pri istom pritisku.

Primjer 1: Potreban provrt za 10.000 lbf pri 3.000 psi

Potrebna snaga:

**F=10,000 lbf**

Raspoloživi pritisak:

**P=3,000 psi**

Potrebna površina klipa:

**A = F ÷ P**

**A=10,000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Prečnik otvora:

**Otvor=√(4A ÷ π)**

**Otvor ≈ 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 specificiranja tačne teorijske veličine.

Protok i brzina cilindra

Protok u velikoj mjeri određuje brzinu cilindra:

**Brzina=Protok ÷ Efektivna oblast**

Jedan američki galon je otprilike 231 kubni inč. dakle:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/sec**

Primjer 2: Približno vrijeme produžetka teleskopskog{1}}cilindra

Razmotrite pojednostavljeni teleskopski cilindar sa tri-stepena, jednosmjernog-kota koji se isporučuje pri 10 GPM.

| Stage|Efektivni prečnik|Područje|Moždani udar |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Faza 1|4.0 in|12.57 in²|20 in |
| Faza 2|3.0 in|7.07 in²|20 in |
| Faza 3|2.25 in|3.98 in²|20 in |

Pri 38,5 in³/sec, Faza 1 se kreće na:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 in/sec**

Njegovo vrijeme produženja je:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 sek**

Za 2. fazu:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 in/sec**

**Vrijeme ≈ 3,7 s**

Za Fazu 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 in/sec**

**Vrijeme ≈ 2,1 s**

Približno ukupno vrijeme produženja je:

**{0}} sekundi**

Ovo je pojednostavljena računica. Stvarni teleskopski-dizajn cilindra mora koristiti efektivne površine faza proizvođača i uzeti u obzir sekvencioniranje, unutrašnju geometriju, trenje, gubitak pritiska i promjene u opterećenju.

Uobičajene greške u dimenzioniranju

Prije narudžbe provjerite da kalkulacija nije:

- Korišteno područje punog provrta umjesto prstenastog područja za silu uvlačenja
- Zanemareni gubitak pritiska kroz ventile i crijeva
- Odabrao cilindar isključivo na osnovu maksimalnog pritiska sistema
- Previđeno izvijanje štapa tokom dugog kompresijskog hoda
- Nije uspjelo obračunavanje bočnog učitavanja
- Poddimenzioniran hidraulički protok za potrebno vrijeme ciklusa
- Ignorirano amortiziranje pri kraju zaveslaja

Online kalkulator može pojednostaviti ovaj posao. Korisni ulazi uključuju provrt, prečnik šipke, hod, pritisak, protok, opterećenje i faktor sigurnosti. Izlazni podaci mogu uključivati ​​silu proširenja i uvlačenja, zapreminu ulja i procijenjeno vrijeme putovanja.

Materijali, brtve, premazi i standardi

Materijali treba da odgovaraju i mehaničkom opterećenju i radnom okruženju. Ugljični čelik se široko koristi za bačve i strukturne dijelove. Pomorske, prehrambene{2}}prerađivačke, hemijske i visoko korozivne aplikacije mogu zahtijevati nehrđajući čelik.

Klipnjače obično koriste kaljeni čelik sa tvrdim hromiranim slojem. Teška korozija ili abrazivni servis može zahtijevati indukcijsko očvršćavanje, nitrougljičenje, materijale od nehrđajućeg čelika ili HVOF-premaze otporne na habanje-kao što je WC-CoCr. Boje, praškasti premazi, fosfatni predtretman i drugi zaštitni sistemi se također koriste na vanjskim dijelovima.

Materijal zaptivača je jednako važan:

| Zaptivni materijal|Tipična snaga |
| --- | --- |
| NBR|Opći servis mineralnog-ulja i hidraulike |
| HNBR|Poboljšana otpornost na temperaturu, habanje i starenje |
| Poliuretan (PU)|Jaka otpornost na habanje i ekstruziju |
| PTFE|Nisko trenje i široka hemijska kompatibilnost |
| FKM|Primene otporne na visoke-temperature i hemikalije- |

Temperaturne granice i kompatibilnost fluida zavise od jedinjenja, a ne samo od porodice polimera. Parker-ovo uputstvo za zaptivanje, na primer, pokazuje da se NBR, HNBR, FKM, TPU i drugi materijali mogu birati različito u zavisnosti od tipa fluida i da li je zaptivač statičan ili dinamičan.

Posebnu pažnju treba posvetiti zaštiti od korozije u obalskim službama, brodskim mašinama i opremi za{0}}uklanjanje snijega izloženoj soli s puta.

ASTM B117-26 je trenutna praksa u SAD-u za kontrolirano-testiranje metala i obloženih metala sprejom soli. ASTM upozorava da se rezultati slanog spreja-ne tretiraju kao direktna predviđanja životnog vijeka u stvarnom svijetu.

Relevantni standardi mogu takođe uključiti ISO 6020-2 za određene metričke cilindre od 160 bara i ISO 6022 za cilindre serije od 250 bara. ISO 6022:2006 ostaje aktuelan u vrijeme pisanja, dok je zamjensko izdanje u razvoju. Specifikacije nabavke treba da potvrde trenutnu reviziju kada se naruči.

Aplikacije, održavanje i načini kvara

Različita okruženja preferiraju različite dizajne:

- Građevinska oprema obično koristi kompaktne zavarene,-cilindre dvostrukog djelovanja napravljene da izdrže udarna opterećenja.
- Poljoprivredna oprema često koristi zavarene cilindre sa spojnicama, poprečnim-cijevnim držačima ili pinovima jer se mehanizam kreće kroz promjenjive uglove.
- Kiperi i prikolice koriste teleskopske cilindre za postizanje dugih koraka podizanja unutar ograničenog prostora za instalaciju.
- Industrijske prese i fabrička oprema često koriste cilindre-sa vrpcom ili teškim-mlinskim-cilindarima gdje su ponovljivost i upotrebljivost važni.
- Pomorskoj i lučkoj opremi potrebna je dodatna zaštita od korozije i pažljiv odabir šipki i brtvi.

Uobičajeni kvarovi uključuju vanjsko curenje-zaptivke, unutrašnje curenje klipa{1}}propuštanje zaptivke, zarezivanje ili koroziju šipke, savijene šipke, istrošene ležajeve šipke, oštećenje cijevi, pukotine od zamora oko zavara ili nosača, pregrijavanje, aeraciju ili kavitaciju, te kontaminaciju i oštećenje površine zaptivača-

Ako cilindar ponese pod opterećenjem, utvrdite da li ulje zaobilazi zaptivke klipa ili curi kroz smjerni ili kontrolni ventil.

Kada se pojavi vanjsko curenje, pregledajte šipku prije zamjene brtve. Nova brtva koja ide preko izgrebane ili korodirane površine može ponovo brzo pokvariti.

Obnova može biti ekonomična kada su zaptivke i habajući dijelovi oštećeni, ali cijev, šipka i strukturni dijelovi ostaju unutar tolerancije. Zamjena je obično privlačnija kada je šipka loše savijena, cijev ima duboke zareze, strukturalni zavari su napukli, korozija je jaka, dijelovi su nedostupni ili se cijena popravke približava cijeni novog cilindra.

Šta bi američki kupci trebali uključiti u RFQ

Koristan zahtev za ponudu treba da sadrži:

- Vrsta cilindra
- Prečnici provrta i šipke
- Moždani udar
- Uvučena i produžena dužina
- Radni i vršni pritisak
- Potrebna sila guranja i povlačenja
- Radna brzina
- Način montaže i kraj-veza šipke
- Tip, veličina i pozicija porta
- Hidraulična tekućina i radna temperatura
- Radni ciklus
- Izloženost na otvorenom ili korozija
- Količina
- Crteži ili postojeći broj dijela cilindra
- Zahtjevi za testiranje i certifikaciju

Standardni zamjenski cilindri mogu koštati stotine dolara. Specijalizovane zavarene, teleskopske, nerđajuće, velike-otvorene, senzorske-opremljene i prilagođene{3}}jedinice mogu brzo koštati hiljade.

Vremena isporuke takođe variraju. Proizvodi sa zaliha mogu se brzo isporučiti, dok prilagođenim cilindrima često treba nekoliko sedmica. Aktuelni primjeri proizvođača ukazuju na otprilike 3 do 8 sedmica za mnoge prilagođene projekte, sa dužim rasporedima za neobično velike ili složene sisteme.

Kada nabavljate prilagođeni cilindar u inostranstvu, uporedite odobrenje prototipa, testiranje pod pritiskom, dokumentaciju, pakovanje, transport morem ili zrakom, rezervne komplete zaptivki, garancijsku podršku i dostupnost zamjenskih{0}}dijelova kao i jediničnu cijenu.

Priprema za izbor cilindara

Počnite s potpunom primjenom, a ne samo s veličinom otvora. Sila, hod, geometrija montaže, pritisak, protok, okruženje, radni ciklus, stabilnost šipke, materijal zaptivke i raspoloživi prostor sve utiču na konačni dizajn.

Pripremite provrt, prečnik šipke, hod, montažne dimenzije, radni pritisak, detalje o primeni i postojeće crteže pre nego što zatražite tehnički pregled ili ponudu.

Korisni resursi podrške mogu uključivati:

- Kalkulator sile hidrauličnog cilindra
- Excel šablon- veličine cilindra
- PDF specifikacija hidrauličnog cilindra
- Kontrolna lista za instalaciju i održavanje
- Prilagođeni-obrazac RFQ za cilindar

Kompanije koje nude zagarantovano vrijeme odgovora, telefonsku podršku u SAD-u, brze prototipove ili uzorke cilindara trebale bi navesti te specifične obaveze pored dugmeta RFQ umjesto da se oslanjaju na generičke tvrdnje.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između cilindara jednosmjernog{0}}odnosnog i-smjernog djelovanja?

Cilindri sa jednim{0}}im djelovanjem koriste hidraulički pritisak u jednom smjeru i oslanjaju se na gravitaciju, oprugu ili vanjsko opterećenje za povratak. Cilindri dvostrukog-okretanja koriste pritisak za proširenje i uvlačenje, što ih čini pogodnijim za kontrolirano dvosmjerno kretanje.

Kako se teleskopski cilindri mogu usporediti sa standardnim cilindrima?

Teleskopski cilindri pružaju mnogo duži hod u odnosu na njihovu uvučenu dužinu. Odgovaraju instalacijama s ograničenim prostorom, ali zahtjevima dugog putovanja, iako njihova višestepena konstrukcija čini dizajn i održavanje složenijim.

Kada je cilindar bez šipke bolji izbor?

Cilindar bez poluge dobro radi kada je potrebno dugo linearno kretanje, ali nema dovoljno prostora za produžetak klipnjače. Pokretno opterećenje bi normalno trebalo imati vanjsko vođenje jer preveliki momenti i bočna opterećenja skraćuju vijek trajanja cilindra.

Kako da izračunam provrt, veličinu šipke i pritisak?

Koristite **F=P × A** da pronađete područje klipa potrebno za ciljnu silu. Zatim odaberite provrt, prečnik šipke, sistemski pritisak i faktor sigurnosti dok provjeravate silu uvlačenja, izvijanje šipke, zahtjeve protoka i gubitak tlaka.

Koja konfiguracija montaže minimizira bočno opterećenje?

Nijedan nosač nije najbolji za svaku mašinu. Nosači zgloba, klina, klina{1}}ušica i sferni- ležajevi odgovaraju mehanizmima koji se okreću. Prirubnički i nožni nosači rade dobro kada je opterećenje tačno poravnato sa osom cilindra.

Koje brtve i premazi odgovaraju priobalnom ili cestovnom{0}}slanom okruženju?

Korozivna okruženja mogu zahtijevati komponente od nerđajućeg čelika, poboljšane šipke i vanjske premaze, te zaptivke usklađene i s tekućinom i radnom temperaturom. Testiranje-slanog spreja može uporediti sisteme premaza, ali ne predviđa direktno radni vijek na otvorenom.

Šta trebam provjeriti prije zamjene cilindra?

Pregledajte ima li vanjskih curenja, zarezivanja šipke, korozije, neusklađenosti, savijanja, unutrašnjeg curenja, curenja ventila, kontaminacije, trošenja montaže, skokova tlaka i abnormalnih temperatura. Mnoge greške povezane sa-brtvom se mogu popraviti, dok strukturna oštećenja ili teška površinska oštećenja mogu opravdati zamjenu.