Классификация. Общие сведения

Гидроцилиндры в системах гидроприводов являются гидродвигателями, преобразующими энергию давления рабочей жидкости в механическую энергию прямолинейного поступательного или возвратно - поступательного движения.

Классификация гидроцилиндров, применяемая в практике горного машиностроения, приведена на рис. 1.25 [10].

По назначению гидроцилиндры делятся на четыре группы:

1) гидростойки механизированных крепей;

2) гидроцилиндры передвижения (механизированных крепей, струговых установок, забойных конвейеров и др.);

3) гидроцилиндры регулирования положения исполнительных органов горных машин;

4) гидроцилиндры общего назначения.

По способу действия гидроцилиндры делятся на одно- и двусторонего действия, а по раздвижности – на цилиндры с одинарной и двойной (или более) раздвижностью. В гидроприводах применяются еще и гидростойки комбинированной гидровинтовой или гидромеханической раздвижности.

По конструкции силового элемента, передающего усилия все гидроцилиндры подразделяются на плунжерные (рис. 1.26, а), поршневые одноштоковые (рис. 1.26, б) и поршневые двухштоковые (рис.1.26, в).

Кроме того, для регулирования положения шнековых исполнительных органов комбайнов применяются гидроцилиндры с встроенным амортизатором (рис.1.26, г)

Рисунок 1.25 – Схема классификации гидроцилиндров горного оборудования

Простота устройства силового гидроцилиндра, надежность в работе, возможность передачи значительных усилий, простота канализации энергии, легкость регулирования скорости движения штока, независимость расположения в пространстве, высокое значение объемного к. п. д., большой срок службы и относительно малая стоимость обусловили широкое применение различных типов гидроцилиндров в системах гидропривода горного оборудования.

В любой горной машине для осуществления поступательных и возвратно-поступательных перемещений, особенно там, где требуются большие усилия, лучшим конструктивным решением является применение гидроцилиндров. Это упрощает конструкцию данного узла и горной

Рисунок 1.26 – Гидроцилиндры с различными силовыми элементами:

а – с плунжерными; б – с поршневыми одноштоковыми; в – с поршневыми двуштоковыми; г – с встроенным амортизатором

машины в целом, улучшает ее эксплутационные качества и повышает надежность.

В практике горного машиностроения гидроцилиндры широко используются в механизированных гидрофицированных крепях; гидравлических забойных и посадочных стойках; гидропередвижчиках забойных конвейеров и струговых установок; устройствах для регулирования положения в пространстве исполнительных органов комбайнов, забойных конвейеров, секций механизированных крепей; натяжных устройствах и др.

Расход жидкости Q (м³/с), необходимый для перемещения поршня цилиндра с заданной скоростью, для поршневой полости

(2.42)

где D – диаметр гидроцилиндра, м, - скорость поршня, ^м/с.

В гидроцилиндрах горных машин поршни и штоки уплотнены манжетными уплотнениями или кольцами из резиносмесей и пластмасс, что предотвращает утечки жидкости. Для таких гидроцилиндров объемный к. п. д. η_об = 1.

Эффективное движущее усилие Т_п (Н) возникающее на штоке поршня, при подаче жидкости в поршневую полость под давлением составляет

(2.43)

где Р_п – давление в поршневой полости Па, η_мех – механический к. п. д. гидроцилиндра.

При расчете силовых цилиндров, применяющихся в горном машиностроении с манжетными уплотнениями или уплотнениями резиновыми и пластмассовыми кольцами, рекомендуется принимать η_мех =0,95.

Эффективное движущее усилие Т_ш (Н), при подаче жидкости под давлением в штоковую полость

(2.44)

В гидроцилиндрах двустороннего действия на практике имеет место перемещение поршня при наличии давления рабочей жидкости как в поршневой, так и в штоковой полости. В этом случае эффективное движущее усилие будет равно: при движении поршня в сторону штоковой полости (р_н > р_ш).

(2.45)

при движении поршня в сторону поршневой полости (Р_ш>Р_п)

(2.46)

где Р_п и Р_ш – давление в полости соответственно поршневой и штоковой, Па; D и d – диаметр соответственно цилиндра и штока, м.

При соединении поршневой или штоковой полости цилиндра со сливной магистралью давление подпора, связанное с вытеснением рабочей жидкости из поршневой или штоковой полости, рассчитывается по расходу жидкости, полученному с учетом коэффициента мультипликации в гидроцилиндре и гидравлических потерь в сливной магистрали.

Гидроцилиндры характеризуются параметрами, основные из которых следующие: диаметры цилиндра и штока D, d; ход штока S; рабочее дав-ление Р.

С учетом сложности технологической подготовки при изготовлении цилиндров, связанной с изготовлением специальных инструментов (резцовой головки, головки для раскатки и др.) и пресс-форм для уплотнений, в целях минимизации затрат и сроков технологической подготовки производства диаметры цилиндров и штоков следует выбирать по ограниченному параметрическому ряду.

Толщина стенок гидроцилиндра рассчитывается по формуле, предложенной Центральным котлотурбинным институтом им. Ползунова и одобренной Госинспекцией котлонадзора [10]:

(2.47)

где S – толщина стенки, мм; Р_пр – пробное давление, которым осуществляется гидравлическое испытание цилиндра, кгс/см²; D – внутренний диаметр цилиндра, мм; σ_s – предел текучести материала цилиндра, кгс/см²; n – коэффициент запаса прочности; φ – коэффициент прочности (при изготовлении гидроцилиндров из цельнотянутой трубы φ = 1); С – прибавка к расчетной толщине стенки, включающая минусовый допуск на толщину стенки и добавки на коррозию наружной поверхности цилиндра, мм.

Гидроцилиндры и штоки в практике горного машиностроения изготовляются по ГОСТу из стали марки 35 и стали марки 30ХГСА.

Цилиндры и штоки из стали марки 35 подвергаются улучшению до твердости НВ=197÷241, а из стали марки 30ХГСА улучшению до твердости НВ=268÷321.

Толщину донышка гидроцилиндра можно определить по формулам:

а) для плоского донышка

(2.48)

где S – толщина донышка, м; D – внутренний диаметр цилиндра, м; Р_пр – пробное давление жидкости,Па; σ – допускаемое напряжение на растяжение для материала донышка гидроцилиндра, Па;

б) для сферического донышка

(2.49)

В главе 6 (п.6.9) на примере экскаватора HUNDAUказана методика расчета на прочность гидроцилиндров при возникновении несоостности усилий относительно оси цилиндра.