Ограничитель хода гидроцилиндра своими руками

Гидравлический поршень. Функции, виды, способы защиты от износа

Шток гидроцилиндра – важная часть многих видов спецтехники, но при этом наиболее уязвимая, ломающаяся чаще всего. Особенно это актуально для тех машин, что задействованы при проведении карьерных и горных работ, которые вынуждают задействовать технику в условиях тяжелой нагрузки. Поэтому изготовление штоков гидроцилиндров и их замена – часто требуются при обслуживании спецтехники разного назначения.

Гидравлические цилиндры

В технике гидравлическими цилиндрами называются устройства, представляющие собой, по сути дела, ни что иное, как объемные гидродвигатели простейшей конструкции. Одними из основных их элементов которых являются поршни, совершающие возвратно-поступательные движения. Основная функция гидроцилиндров состоит в том, чтобы производить преобразование энергии, которой обладает рабочая жидкость, в механическую энергию, с которой поршень перемещается внутри корпуса цилиндра. Основными составными частями любого гидравлического цилиндра являются сам этот корпус, расположенные внутри него шток и поршень, а также закрывающие его снаружи нижняя и верхняя крышки.

Что касается функциональных возможностей, то по этому критерию все гидравлические цилиндры подразделяются на два основных типа: одностороннего действия и двустороннего действия. Гидроцилиндры одностороннего действия характеризуются тем, что рабочая жидкость для выполнения рабочего хода в них подается в одном направлении. В гидроцилиндрах двустороннего действия ее подача осуществляется и при прямом ходе поршня, и при обратном. Соответственно, полезная работа также совершается в обоих этих направлениях.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция любого гидравлического цилиндра включает в себя следующие элементы:

• корпус-гильзу;
• поршень;
• шток поршня.

Несколько отличаются по конструкции плунжерные гидроцилиндры, в которых плунжер одновременно выполняет функции поршня и штока.

Схема гидравлического цилиндра

Принцип работы гидроцилиндра любого типа основан на оказании давления рабочей жидкости на поршень. В результате воздействия на поршень гидроцилиндра шток начинает совершать циклическую работу, передавая усилие на рабочий узел обслуживаемого устройством оборудования. Таким рабочим узлом, функционирование которого обеспечивает цилиндр гидравлический, в зависимости от типа и назначения оборудования может быть уплотняющая платформа, гибочный или прессующий механизм, а также устройство любого другого типа, обеспечивающее передачу усилия гидроцилиндра конечному получателю силовой энергии.

Устройство раздвижного гидравлического цилиндра

Поскольку усилие, создаваемое гидравлическим цилиндром, как уже говорилось выше, формируется за счет давления, оказываемого рабочей жидкостью на поршень, свойства данной жидкости оказывают значительное влияние на эффективность использования, технические и эксплуатационные характеристики самого цилиндра. В качестве рабочей жидкости для гидравлических цилиндров поршневого или плунжерного типа, как правило, используется специальное масло, которое должно отвечать определенным требованиям по целому ряду параметров:

• химическому составу и плотности;
• значениям температур, при которых рабочая жидкость сохраняет свои изначальные характеристики;
• склонности рабочей жидкости к развитию окислительных процессов.

Для приведения в действие гидравлических цилиндров различных типов и моделей рабочую жидкость в их внутреннюю камеру нагнетают при помощи ручного или электрического насоса.

Гидравлические амортизаторы

Конструктивно гидравлические амортизаторы подразделяются на рычажные и телескопические. Автомобильные подвески оборудуются чаще всего телескопическими амортизаторами, имеющими двустороннее действие.

Основным предназначением этих узлов является демпфирование (сглаживание) и гашение тех колебаний, которые кузова машин совершают при движении. Компонентами амортизаторов являются такие детали, как:

• Цилиндр с днищем;
• Направляющая втулка с уплотнителем;
• Поршень со штоком.

Шток закрепляется непосредственно к кузову транспортного средства, а цилиндр – к колесу. Таким образом, при колебаниях машины в вертикальной плоскости происходит перемещение поршня внутри цилиндра.

Требования к поршням и другим деталям гидроцилиндров

Поршень, шток и корпус гильзы в процессе работы испытывают большие нагрузки, поэтому изготавливаются из высокопрочных металлов.

Поршни, контактирующие с внутренними стенками гильзы всей поверхностью, выполняются из материалов с высокими антифрикционными свойствами – латуни, фторопласта или бронзы. Поршни со специальными направляющими и уплотняющими кольцами – из стали.

Поршневые гидроцилиндры должны отличаться:

• Плавностью и равномерностью передвижения поршня по всей длине хода
• Малыми боковыми нагрузками на штоки – во избежание быстрого изнашивания уплотнений, поршней и рабочей поверхности цилиндра
• Отсутствием наружных утечек рабочей жидкости через неподвижные уплотнения (на подвижных поверхностях наличие масляной пленки без каплеобразования допускается)
• Минимальным внутренним перетеканием жидкости из одной полости цилиндра в другую (существует определенная техническая норма)
• Наличием грязесъемников, предотвращающих попадание грязи и пыли в полости цилиндров
• Устойчивостью рабочих поверхностей цилиндро-поршневой группы к коррозии и износу (лучше, если они будут иметь защитные покрытия)

Последнее требование особенно актуально для производителей гидравлического оборудования.

Проблема усиленного износа цилиндров и поршней наиболее эффективно решается с помощью антифрикционных твердосмазочных покрытий. В России они выпускаются под брендом MODENGY.

Покрытия облегчают скольжение контактирующих поверхностей и предотвращают фрикционный износ. Они одновременно выполняют смазочные и защитные функции.

Для обработки гидравлических поршней, штоков и гильз цилиндров используется антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1006.

В состав данного покрытия входят сразу два вида твердых смазок – дисульфид молибдена и поляризованный графит – поэтому оно обладает очень высокой несущей способностью и износостойкостью. MODENGY 1006 может применяться даже в экстремальных условиях эксплуатации поршневых цилиндров.

Материал наносится на штоки, стенки гильз и соприкасающиеся с ними поверхности поршней. Cмазочно-защитная пленка предупреждает возникновение задиров, скачкообразное движение сопряженных элементов и их коррозионный износ.

Под резиновые уплотнения поршней рекомендуется наносить другое покрытие, совместимое с эластомерами – MODENGY 1010.

Перед использованием покрытий металлические поверхности обязательно подготавливаются с помощью Очистителя металла MODENGY и Специального очистителя-активатора MODENGY. Первый эффективно удаляет любые виды загрязнений и обезжиривает детали, второй обеспечивает хорошую адгезию покрытий.

Работа гидропривода при дифференциальном подключении

Рассмотрим как будет работать гидравлический привод при нахождении золотника распределителя в нейтральном положении. Жидкость от насоса будет поступать в обе полости гидроцилиндра, других путей для нее нет, давление в системе будет расти. Рассмотрим, его действие на эффективные площади гидроцилиндра.

Сила определяется как произведение давления эффективную площадь. Усилие действующее со стороны поршневой полости будет равно:

Учитывая, что эффективная площадь со стороны штока в два раза меньше, то значит усилие действующее со стороны штоковой полости будет определяться как:

Получается, что сила, действующая со стороны поршня в два раза больше, и поршень со штоком будут вынуждены начать движение, перемещаясь вправо (по схеме). При этом движении жидкость будет вытесняться из штоковой полости. Так как давление на выходе насоса выше, чем на входе гидроцилиндра (из-за гидравлических потерь), то у жидкости находившейся в поршневой полости нет иного пути, кроме как поступление в поршневую полость цилиндра.

Расход поступающий в поршневую полость будет определяться как:

Чем выше расход, тем быстрее будет заполняться полость, и тем выше будет скорость перемещения поршня.

Следует, понимать, что увеличение скорости при дифференциальном подключении, было получено за счет значительного снижения итогового усилия гидроцилиндра. Усилие которое сможет преодолеть гидроцилиндр, подключенный по дифференциальной схеме будет определяться как:

Составные части

Гидроцилиндр состоит из следующих частей:

Камеры в гидравлическом цилиндре обязаны быть герметичными. Для достижения этой цели, на поршень устанавливаются специальные уплотнения – манжеты, которые противодействуют протеканию жидкости сквозь поршень. Также манжеты ставятся на буксе, здесь они выполняют роль уплотнителей. Также букса оборудована грязесъемником для того чтобы во внутрь цилиндра не попадали частицы из внешней среды работы устройства.

Важно: Уплотнители на поршне не работают если внутри гильзы есть шероховатости и царапины. Внутренняя часть гильзы шлифуется специальными станками на заводе, для достижения относительно идеально гладкого состояния.

Типы гидроцилиндров

В зависимости от конструкции различают несколько видов гидравлических цилиндров.

По числу положений штока
• Двухпозиционные
• Многопозиционные

По характеру хода
• Одноступенчатые
• Телескопические

По направлению действия рабочей жидкости
• Одностороннего действия
• Двухстороннего действия

По возможности торможения
• С торможением
• Без торможения

По виду рабочего звена
• Плунжерные
• Мембранные
• Сильфонные
• Поршневые С односторонним штоком
• С двухсторонним штоком

Типовые конструкции гидроцилиндров

Несмотря на огромное разнообразие конструкций гидравлических цилиндров существуют, типовые решения, применяемые при проектировании гидроцилиндров, рассмотрим некоторые из них.

Гидроцилиндр на шпильках

Передняя и задняя крышка гидроцилиндров этой конструкции связаны шпильками (анкерами), гильза зажата между крышками цилиндра. Уплотнение поршня обеспечивается двумя манжетами.

Круглый гидроцилиндр

В представленной конструкции крышки крепятся к круглым фланцам, закрепленным с помощью сварки или резьбы на гильзе. Показанный на рисунке тип уплотнения поршня обеспечивает уплотнение в обоих направлениях.

Сварной гидроцилиндр

Крышки приварены к гильзе, конструкция неразборная, неремонтопригодная. В цилиндре установлены компактные поршневые уплотнения.

Чертеж гидроцилиндра

Конструкторская документация на гидроцилиндр должна включать в себя:

• сборочный чертеж гидроцилиндра,
• спецификацию,
• рабочие чертежи деталей.

В качестве примера конструкции гидравлического цилиндра предлагаем вам ознакомиться со сборочным чертежом одноштокового гидроцилиндра двухстороннего действия. Передняя крышка данного цилиндра имеет резьбовое соединение с гильзой, задняя крышка с проушиной приварена к гильзе. Поршень зафиксирован на штоке с помощью резьбовых втулок, зафиксированных от поворота с помощью штифта.

Для того, чтобы скачать чертеж гидроцилиндра в формате pdf щелкните по изображению.

Вы также можете скачать чертеж гидроцилиндра в формате dwg.

Основные типы конструкций

Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3.15, 3.16, а

,
б).
Основой конструкции (см. рис. 3.15) является гильза 6,

представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень
2,
имеющий резиновые манжетные уплотнения
8,
которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. Усилие от поршня передает шток
13,
имеющий полированную поверхность. Для его направления служит передняя сквозная крышка (букса)
4.
С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой
11
состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечки жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником
12.
Проушина 5 служит для подвижного закрепления гидроцилиндра. На переднюю часть штока с проушиной обычно крепится деталь, соединяющая гидроцилиндр с подвижным механизмом.

Рис. 3.15. Устройство типового поршневого гидроцилиндра:

• 1 — гайка стопорная; 2 —
  поршень;
  3
  — штуцер;
  4 —
  передняя сквозная крышка (букса); 5 — проушина;
  6 —
  гильза цилиндра; 7 — поршневое уплотнение с направляющими элементами;
  8, 10 —
  статические уплотнения;
  9 —
  опорно-направляющие кольца;
  11 —
  штоковое уплотнение;
  12 —
  грязесъемник;
• 13 — шток с проушиной

Рис. 3.16. Гидроцилиндр с односторонним штоком: а —

внешний вид в разрезе;
б —
конструкция

На рис. 3.17, а, б, в

представлены типовые конструкции цилиндров, применяемых в строительных, путевых, погрузочно-разгрузочных и горных машинах.

Простейшим по конструкции видом являются гидроцилиндры одностороннего действия: плунжерные цилиндры и цилиндры с пружинным возвратом (рис. 3.18, 3.19).

У плунжерных гидроцилиндров поршень отсутствует, а усилие передается непосредственно плунжером, касающимся цилиндра в месте уплотнения (см. рис. 3.18).

Плунжерные цилиндры в большинстве случаев устанавливаются вертикально и опираются на подвижную часть машины. При та-

= 16МПа и р = 20 МПа для машин с легким и средним режимами работы»/>

Рис. 3.17. Типовые конструкции гидроцилиндров на/>ном = 16МПа и ртах = 20 МПа для машин с легким и средним режимами работы (а)

на
pHQM
= 16 МПа и
ртах
= 20 МПа для землеройно-транспортных машин и на ртах = 25—32 МПа для лесозаготовительных машин с тяжелым режимом работы
(б);
на рном = 32 МПа и
ртах
= 40 МПа для одноковшовых универсальных экскаваторов III—VI размерных групп
(в):
1

Рис. 3.18. Плунжерный гидроцилиндр:

Рис. 3.19. Гидроцилиндр с пружинным возвратом:

Рис. 3.20. Гидродомкрат (аутригер) ком расположении рабочий орган поднимается благодаря давлению жидкости, воспринимаемому плунжером и цилиндром, а опускается под действием веса конструкции, связанной с выдвигающейся частью при соединении полости цилиндра с трубопроводом, отводящим рабочую жидкость в бак.

Особым типом гидроцилиндров являются так называемые гидродомкраты, применяемые в качестве аутригеров в транспортных и строительно-дорожных машинах. Один из вариантов представлен на рис. 3.20. Характерной особенностью таких гидроцилиндров является малое отношение диаметра поршня к диаметру штока.

Характеристики гидроцилиндров

Основные параметры гидроцилиндров можно разделить на несколько групп.

Геометрические параметры

Гидравлические параметры

Механические параметры

Расчет гидроцилиндра

Попробуем разабраться как характеристики гидроцилиндра связаны между собой, и как на них влияют параметры работы гидопривода.

При поступлении жидкости в поршневую полость жидкость воздействует на поршень, усилие развиваемое гидроцилиндром в этом случае будет пропорционально давлению и площади поршня:

Скорость перемещения поршня со штоком будет зависеть от диаметра поршня и расхода жидкости:

При подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра, давление будет воздействовать на кольцевую поверхность, образованную наружными диаметрами поршня и штока. Усилие в этом случае можно вычислить, используя зависимость:

Скорость перемещения поршня при подводе жидкости в штоковую полость будет зависеть не только от диаметра поршня и расхода, но и от диаметра штока:

Дифференциальные гидроцилиндры

«Кольцевая», или «дифференциальная» схема подключения. При рабочем ходе (выдвижении штока) жидкость от насоса подается в поршневую полость, вытесняемая-же жидкость из штоковой полости, за счет кольцевого подключения (распределитель 3/2), направляется не в гидробак, а подается также в поршневую полость. В результате выдвижение штока происходит намного быстрее, чем в обычной схеме подключения (распределитель 4/2 или 4/3). Обратный ход (втягивание штока) происходит при подаче жидкости только в штоковую полость, поршневая соединена с гидробаком. При использовании гидроцилиндра с соотношением площадей поршня 2:1 (в некоторых источниках именно такие гидроцилиндры называются дифференциальными) такая схема позволяет получить равные скорости и равные усилия прямого и обратного ходов, что для гидроцилиндров с односторонним штоком без регулирования или дополнительных элементов получить невозможно.

Источник