Гидроцилиндр — схемы, расчёт, чертёж, устройство и принцип действия

    Гидравлическим цилиндром называется объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. Гидроцилиндры широко применяются в качестве исполнительных механизмов различных гидравлических машин. По конструкции и принципу действия гидроцилиндры очень разнообразны и классифицируются в соответствии с ГОСТ 17752—81.

   По направлению действия рабочей жидкости все гидроцилиндры подразделяют на две группы: одностороннего и двухстороннего действия. На рабочий орган гидроцилиндра одностороннего действия жидкость может оказывать давление только с одной стороны, как в схемах на рис. 1, а, г, д.

В этих цилиндрах движение поршня в одну сторону обеспечивается за счет жидкости, подводимой в полость, а обратное перемещение — другим способом — за счет пружины (см. рис. 1, а) или веса груза при вертикальном движении поршня (см. рис. 1, д). Перемещение рабочего органа гидроцилиндра двухстороннего действия в обоих направлениях обеспечивается за счет рабочей жидкости (рис. 1, б, в). В таких гидроцилиндрах жидкость подводится как в левую полость, так и в правую.

   Гидроцилиндры подразделяются также по конструкции рабочего органа. Наибольшее распространение получили гидроцилиндры с рабочим органом в виде поршня или плунжера, причем поршневые гидроцилиндры могут быть выполнены с односторонним (см. рис. 1, я, б) или двухсторонним штоком (см. рис. 1, в), а плунжерные гидроцилиндры могут быть только одностороннего действия и с односторонним штоком (см. рис. 1, г).

   По характеру хода выходного звена гидроцилиндры делятся на одноступенчатые и телескопические (многоступенчатые). Одноступенчатые гидроцилиндры показаны на рис. 1, а–г. Телескопические гидроцилиндры представляют собой несколько вставленных друг в друга поршней. В качестве примера на рис. 1, д приведена схема двухступенчатого телескопического гидроцилиндра одностороннего действия. В таком гидроцилиндре поршни выдвигаются последовательно друг за другом.

    Полный КПД гидроцилиндров определяется в первую очередь механическим КПД, который для большинства конструкций составляет 0,85...0,95. Гидравлические потери в цилиндрах практически отсутствуют, и гидравлический КПД ( ηг = 1 ). Объемные потери в рассматриваемых устройствах могут иметь место в зазоре между поршнем и цилиндром. Однако при уплотнении этого места резиноми кольцами или манжетами они малы. Тогда объемный КПД также можно считать равным единице ( η0 = 1 ).

   При расчете перепада давлений на гидроцилиндре используются две основные формулы. Рассмотрим их на примере гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 2). Первая из них связывает силу F на штоке и перепад давлений на гидроцилиндре ( ΔP = Р1 - P2 ). С упрощением она выглядит следующим образом:

F= ΔP*S*ηм

где S – эффективная площадь, на которую действует подводимое давление.

   При движении жидкости слева направо на расчетной схеме (см. рис. 2.) этой площадью является площадь поршня (S = Sп), а при обратном движении — площадь поршня за вычетом площади штока ( S= Sп-Sш ).

   Вторая формула связывает расход и скорость движения поршня:

Q=Vп*Sп*1/η0

или

Q´= Vп*(Sп-Sш)*1/η0

   Формула записана в двух вариантах, так как расходы до гидроцилиндра и после него различны. Для пояснения этого представим, что поршень на расчетной схеме (см. рис. 2.) переместился из начального положения вправо на расстояние ( L ). В таком случае в левую полость гидроцилиндра поступил объем жидкости ( W= Sп*L ), а из правой полости вытеснился меньший объем ( W´= (Sп-Sш)*L ) Из соотношения объемов W и W´ следует, что расходы до и после гидроцилиндра связаны зависимостью Q / Q´ = Sп / (Sп-Sш) Для гидроцилиндра с двухсторонним штоком (см. рис. 1, в) Q = Q´.