Гидроцилиндры: устройство, разновидности, сфера использования

Гидроцилиндры широко используются в механизмах, обеспечивающих работу строительной техники, машин для дорожных работ, сельскохозяйственных машин. Гидроцилиндр – обязательный элемент конструкции современного подъёмного крана и экскаватора, комбайна и гидромолота – словом, всех конструкций, работа которых подразумевает поднимание и опускание навесных элементов.

• Устройство гидроцилиндра
• Типы Одностороннего действия
• Двустороннего действия
• Телескопические
• Дифференциальные

Главный принцип действия гидравлического цилиндра – переход гидравлической энергии в механическую. Он проходит с помощью поворотно-прямолинейных или возвратно-поступательных движений. Рабочей средой (жидкостью) для гидроцилиндра служит вода, минеральные масла или водно-масляная эмульсия.

Устройство гидроцилиндра

Внешне гидроцилиндр напоминает гильзу: представляет собой трубу с гладкой внутренней поверхностью. Эта труба наполняется жидкостью, которая выкачивается и нагнетается с помощью цилиндрического стержня (штока).

Рабочая жидкость поступает под давлением, что активизирует работу поршня. Кроме поршня и самой гильзы в состав конструкции входят следующие элементы:

• Уплотнительные элементы. Чтобы жидкость не вытекала, конструкция также включает в себя резиновые манжеты и защитные пробки по бокам, в которых присутствуют отверстия для транспортировки жидкости.
• Шток. Имеет максимально гладкую поверхность, передаёт усилие от поршня;
• Грундбукс (букса). Используется как направляющее устройство для штока;
• Грязесъёмник. Используется как дополнительный элемент системы уплотнения, а также служит для защиты манжет от попадания в них твёрдых частиц и лишней влаги.
• Проушина. Соединяет шток с подвижным механизмом.

Гидроцилиндры работают при повышенном давлении, которое может достигать 32МПа. Поэтому требования ко всей системе очень серьёзны: все детали должны максимально соответствовать друг другу, быть как можно более прочными. Высокофункциональность системы возможна только при наличии надёжных деталей и тщательно сработанного механизма.

Проушина штока гидроцилиндра выворота ковша Амкодор 333, 342

Гидроцилиндр выноса тяговой рамы автогрейдера ДЗ-143 фото2

Типы

Существует несколько способов классификации – в зависимости от особенностей конструкции. Так, по количеству положений штока выделяются модели, при работе которых возможны две позиции или много позиций, по типу хода – одноступенчатый и телескопический. Также гидроцилиндр может иметь или не иметь функции торможения. По типу фиксации в системе выделяют гидроцилиндры на шарнирах и на жёстком крепеже.

Одна из классификаций учитывает тип рабочего звена в конструкции. К самым распространённым относятся:

• Поршневые. Стержень для них может быть односторонним и двусторонним;
• Плунжерные. Рабочий элемент – плунжер (монолитный вытеснитель);
• Сильфонные. Рабочий элемент – сильфон. Предназначены для работ при небольшом давлении – до 3 МПа;
• Мембранные. С ними работают при самом небольшом давлении – меньше 1 МПа. Мембрана представляет собой эластичное кольцо, расположенное в корпусе.

Самая распространённая классификация – по типу направления действия жидкости. Согласно этой классификации, выделяют гидравлические цилиндры одностороннего действия, двустороннего действия, телескопические и дифференциальные. Подробнее расскажем о каждом из этих механизмов.

Гидроцилиндры одностороннего действия

Гидроцилиндр выворота ковша погрузчика Амкодор 350, 352
Шток в таком гидроцилиндре перемещается в одном направлении, возвращаясь в исходное с помощью пружинного механизма. Также к устройствам одностороннего действия относятся домкраты, в которых нет пружинного механизма. В таком случае возврат стержня осуществляется благодаря силе тяжести груза, который опускается или поднимается, или же с помощью другого электродвигателя.

Гидроцилиндры двустороннего действия

В таких устройствах используется и прямой, и обратный ход. Усилие на штоке создаётся благодаря тому, что в полостях стержневого или поршневого цилиндра создаётся повышенное давление жидкости. При прямом ходе отмечают большее усиление на старте и относительно невысокую скорость движения в сравнении с обратным ходом. Причина этого – разница площадей, к которым применяется сила давления жидкости.

Телескопические гидроцилиндры

Раздвижной гидроцилиндр, напоминающий телескоп (отсюда это устройство и получило название). Он фактически представляет собой несколько цилиндров разного диаметра, вставляемых друг в друга. Телескопические гидроцилиндры также подразделяются на модели одностороннего и двустороннего действия. Используются в ситуациях, когда размеры устройства ограничены, однако при этом необходим большой ход цилиндра. Распространённый элемент конструкции самосвала.

Дифференциальные гидроцилиндры

В гидравлических цилиндрах такого типа давление на поршень осуществляется сразу с двух сторон, причем при разных площадях давления на разные стороны. Скорость движения в таких условиях соразмерна соотношению площадей поршня – соответственно, обратно пропорциональна итоговому усилию. Чем ниже скорость, тем выше оказываемое усилие, и наоборот.

Если размеры поршней находятся между собой в соотношении 2:1, гидравлический двигатель обеспечивает идентичную скорость в двух направлениях. Цилиндры с поршнем одностороннего движения такими свойствами не обладают – если не оборудованы специальными приспособлениями для регулировки.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция любого гидравлического цилиндра включает в себя следующие элементы:

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.

Технические характеристики

От того, какими параметрами и характеристиками обладают гидроцилиндры, зависит эффективность их применения в конкретной сфере, сроки эксплуатации, в течение которых агрегаты можно эффективно использовать. Чтобы в случае ремонта оперативно подобрать замену детали, нужно разбираться в устройстве гидроцилиндра, иметь представление о его главных рабочих параметрах. Вот эти параметры:

• Диаметр штока. От него зависит сфера использования: изделия различного диаметра устанавливаются в различных механизмах. Конкретный диаметр штока подбирается при расчёте нагрузки на механизмы, грузоподъёмности устройства. Если провести эти расчёты правильно, то при эксплуатации стержень не будет деформироваться. Диаметр штока составляет не более 500 мм;
• Диаметр цилиндрического стержня – устройства, с помощью которого определяется толкающее и тянущее усилие;
• Характеристики хода цилиндрического стержня. От них зависят размеры механизма в рабочем состоянии, характеристики движения поршня. Максимальное значение хода – 10 000 мм;
• Особенности конструкции, определяющие способы крепления гидроцилиндра и расчёт нагрузки на крепеж;
• Тянущее и толкающее усилие на шток (в килограммах);
• Номинальное давление (в мегапаскалях);
• Расстояние по центрам (в нерабочем состоянии). Благодаря этому можно эффективно рассчитать присоединительные размеры;
• Масса, длина и ширина самого изделия.
• Температура окружающей среды при работе гидроцилиндра. Минимальная – минус 40 градусов по Цельсию, максимальная +40.

Рекомендации по эксплуатации

Эффективность и корректность функционирования гидроцилиндров, являющихся основными элементами гидросистем, зависят от качества и технического состояния последних. Именно поэтому к вопросам эксплуатации и технического обслуживания гидравлических цилиндров также следует подходить системно, оценивая все факторы, которые могут оказать влияние на эффективность их использования. Так, необходимо проверять насосы, масляные магистрали, клапанные устройства и фильтры.

Используя прессы, оснащенные гидроцилиндрами, способными развивать усилия, значения которых могут составлять десятки тонн, надо помнить не только о правилах эксплуатации такого оборудования, но и о соблюдении мер безопасности.

Где используются

Гидроцилиндр выворота ковша экскаватора-погрузчика 702ЕМ
В устройствах, имеющих в своей конструкции гидравлические двигатели, работающих при больших нагрузках и нуждающихся в повышении функциональности. Это, к примеру, строительная и ремонтная, дорожная и землеройная техника, очистительные агрегаты. Без гидроцилиндров нельзя представить современные подъемные краны и самосвалы, бульдозеры и большегрузные автомобили. Кроме того, они применяются на производстве: ими оснащают станки, режущие металл, кузнечные агрегаты, прессы.

ГОСТ гидроцилиндров

Все технические характеристики и параметры цилиндров определяются ГОСТ 6540-68, ГОСТ 16514-96. В соответствующих приложениях ГОСТ расположена информация о значениях гидроцилиндров поршневого и штокового типа, их соответствии друг другу. Также положения этого стандарта упоминают гидравлический цилиндр и пневмоцилиндр поршневого и плунжерного типа.

Еще одна важная величина, указанная в ГОСТ – стандартное давление. Это постоянная величина, которую стоит принимать во внимание, рассчитывая возможности эксплуатации.

В стандартах указаны и обозначения гидроцилиндров, которые различаются в зависимости от особенностей конструкции. Вместе с тем стоит помнить, что различные производители цилиндров могут использовать разные условные обозначения.

Покупая гидроцилиндры, нужно учитывать конкретные параметры и критерии, рассчитывать нужные величины, иначе устройство не будет полноценно и бесперебойно выполнять свою работу. К основным параметрам относятся:

• размеры гильзы (наружный и внутренний диаметр);
• диаметр штока;
• ход поршня (плунжера);
• длина цилиндра по осям крепления (установочный размер);
• геометрия вилок и праушин;
• материал, из которого изготовлены элементы гидроцилиндра;
• масса цилиндра в целом и его деталей по отдельности.

Учёт всех перечисленных особенностей облегчит эксплуатацию цилиндра и в случае поломки позволит быстро решить проблему, заменив цилиндр или отдельную деталь.

Основные разновидности

Различные типы гидравлических цилиндров выделяют по целому ряду параметров. Так, в зависимости от числа положений, которые может занимать шток устройства, оно может быть:

В зависимости от характера хода поршня и штока различают следующие виды гидроцилиндров:

• одноступенчатые устройства;
• гидроцилиндры телескопического типа.

Принцип действия гидроцилиндров различного типа

Телескопическое устройство одностороннего типа или телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия применяют в тех случаях, когда необходимо, чтобы величина вылета штока превышала длину корпуса гидравлического цилиндра. Гидроцилиндр телескопического типа состоит из нескольких цилиндров, которые вложены один в другой, при этом корпус каждого последующего из таких цилиндров является штоком предыдущего.