Гідроциліндри прямолінійної дії

Для привода робочих органів мобільних машин найбільш широко застосовують поршневі гідроциліндри двосторонньої дії з одностороннім штоком (рисунок 4.4).

Основою конструкції є гільза 2, що являє собою трубу з ретельно обробленою внутрішньою поверхнею. Усередині гільзи переміщується поршень 6, що має гумові манжетні ущільнення 5, які запобігають перетіканню рідини з порожнин циліндра, розділених поршнем. Зусилля від поршня передає шток 3, що має поліровану поверхню. Для його направлення служить втулка. З двох сторін гільзи укріплені кришки з отворами для підведення й відведення робочої рідини. Ущільнення між штоком і кришкою складається із двох манжет, одна з

Таблиця 4.1 – Класифікація гідроциліндрів

Гідроциліндр	Конструктивне виконання	Умовне позначення
Односторонньої дії	Без указання способу повернення штока
З поверненням штока пружиною
Плунжерний
Телескопічний
Двосторонньої дії	З одностороннім штоком
З двостороннім штоком
Телескопічний
З гальмуванням	З постійним гальмуванням наприкінці ходу з одного боку
З постійним гальмуванням наприкінці ходу з двох боків
З регульованим гальмуванням наприкінці ходу з одного боку
З регульованим гальмуванням наприкінці ходу з двох боків

яких запобігає витоку рідини із циліндра, а інша служить брудознімачем 1. Вушко 7 – для рухливого закріплення гідроциліндра. На нарізану частину штока кріпиться вушко або деталь, що з’єднує гідроциліндр із рухливим механізмом.

Рисунок 4.4 – Гідроциліндр:

1 – брудознімач; 2 – гільза; 3 – шток; 4 – стопорне кільце; 5 – манжета;

6 – поршень; 7 – вушко; 8 – втулка

У нормалізованих циліндрів, що застосовуються в будівельних машинах, діаметр штока становить у середньому 0,5 діаметра D поршня, хід поршня не перевершує 10D. При більшій величині ходу й тисках, що перевищують 20 МПа, шток варто перевіряти на стійкість від дії поздовжньої сили.

Для зменшення втрат тиску діаметри прохідних отворів у кришках циліндра для підведення робочої рідини призначають із розрахунку, щоб швидкість рідини становила в середньому 5 м/с, але не вище 8 м/с.

Хід поршня обмежується кришками циліндра. У деяких випадках швидкість поршня досягає 0,5 м/с. Твердому удару поршня об кришку в гідроциліндрах будівельних машин запобігають демпфери (гальмові пристрої). Принцип дії більшості з них заснований на запиранні невеликого об’єму рідини й перетворення енергії мас, що рухаються, на механічну енергію рідини. Із замкненого об’єму рідина витісняється через канали малого перетину.

На рисунку 4.5 зображені типові схеми демпферних пристроїв. Пружинний демпфер (рисунок 4.5, а) являє собою пружину 1, установлену на внутрішній стороні кришки циліндра 2, що гальмує поршень 3 наприкінці ходу.

Демпфер із помилковим штоком (рисунок 4.5, б) являє собою короткий помилковий шток 1 і виточення 2 у кришці циліндра. Помилковий шток може мати конічну або циліндричну форму. Наприкінці ходу поршня рідина запирається помилковим штоком у виточенні кришки циліндра й витісняється звідти через вузьку кільцеву щілину. Якщо помилковий шток виконаний у вигляді конуса, то ця щілина зменшується в міру досягнення поршнем кінця свого ходу. При цьому опір руху рідини зростає, а інерція, прискорення й швидкість руху поршня зменшуються.

Рисунок 4.5 – Принципові схеми демпферів:

а – пружинний демпфер; б – демпфер із помилковим штоком;

в – демпфер регульований з отвором; г – гідравлічний демпфер

Регульований демпфер з отвором (рисунок 4.5, в) за принципом дії аналогічний демпферу з помилковим штоком. Конструктивна відмінність полягає в тому, що рідина, котра замикається у виточенні кришки циліндра, витісняється через канал 1 малого перетину, у якому встановлена голка 2 для регулювання прохідного перетину отвору.

Гідравлічний демпфер (рисунок 4.5, г) застосовується в тому випадку, коли конструкцією гідроциліндра не може бути передбачений пристрій виточування. У гідравлічному демпфері наприкінці ходу поршня стакан 1 упирається в кришку циліндра, а рідина витісняється з порожнини 2 через кільцевий зазор між стаканом 1 і поршнем 3. Пружина 4 повертає стакан у вихідне положення при холостому ході поршня.

Розрахунок гідроциліндрів

Основними параметрами поршневого гідроциліндра є: діаметри поршня D і штока d, робочий тиск P та хід поршня S.

Рисунок 4.6 – Основні й розрахункові параметри гідроциліндра

Розглянемо поршневий гідроциліндр з одностороннім штоком (рисунок 4.6). За основними параметрами можна визначити такі залежності:

площа поршня в поршневій порожнині 1 і в штоковій порожнині 2 відповідно

та , (4.1)

зусилля, що розвивається штоком гідроциліндра при його висуванні й втягуванні, відповідно

і , (4.2)

де k_тр = 0,9...0,98 – коефіцієнт, що враховує втрати на тертя;

швидкості переміщення поршня

та . (4.3)

Розрахунки на міцність. Розрахунками на міцність визначають товщину стінок циліндра, товщину кришок (головок) циліндра, діаметр штока, діаметр шпильок або болтів для кріплення кришок.

Залежно від співвідношення зовнішнього Dз і внутрішнього D діаметрів циліндри ділять на товсто- й тонкостінні. Товстостінними називають циліндри, у яких D_з/D>1,2, а тонкостінними – циліндри, у котрих D_з/D≤1,2.

Товщину стінки одношарового товстостінного циліндра визначають за формулою

, (4.4)

де p_у – умовний тиск, рівний (1,2…1,3)P;

[σ] – напруга, що допускається, на розтягання, Па (для чавуну 2,5х х10⁷, для високоміцного чавуну 4×10⁷, для сталевого лиття (8…10)×10⁷, для легованої сталі (15…18)×10⁷ , для бронзи 4,2×10 ⁷);

μ – коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона), рівний для чавуну 0, для сталі 0,29; для алюмінієвих сплавів 0,26...0,33; для латуні 0,35.

Товщину стінки тонкостінного циліндра обчислюють за формулою

. (4.5)

До визначеної за формулами товщини стінки циліндра додається припуск на обробку матеріалу. Для D = 30…180 мм припуск приймають рівним 0,5...1 мм.

Товщину кришки циліндра обчислюють за формулою

, (4.6)

де d_к – діаметр кришки.

Діаметр штока, що працює на розтягнення й стискання, відповідно

і , (4.7)

де [σ_р] та [σ_с] – допустиме напруження на розтягнення й стискання штока.

Штоки, довжина яких більше 10 діаметрів ("довгі" штоки), що працюють на стискання, розраховують на поздовжній вигин за формулою Эйлера

, (4.8)

де σ_кр – критичне напруження при поздовжньому вигині;

f – площа поперечного перерізу штока.

Діаметр болтів для кріплення кришок циліндрів

, (4.9)

де n – кількість болтів.