Хидроцилиндри

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2012

Видове конструкции, особености на захващането

     Хидравличните цилиндри са едни от най-широко разпространените изпълнителни механизми за осъществяване на линейно движение и предаване на сила към работните органи на различни машини. Работата им се основава на преобразуване на потенциалната енергия на работна течност във възвратно-постъпателно движение на работния орган. Сред основните им предимства обуславящи и широкото им разпространение в практиката са широкият диапазон на безстепенно изменение на скоростите, силите и положенията на работните органи; плавното движение; предаването на големи мощности и сили при малки размери и маси на уредбите; лесно осъществяване на автоматично, програмно и дистанционно управление и т. н. Сред предпоставките за широкото използване на хидроцилиндрите в практиката е и голямото разнообразие от конструктивни решения и начин на действие. Изборът на конструкция се определя в зависимост от условията на работа, предназначението и конструкцията на машината, в която се вграждат.

Основни конструкции хидроцилиндри се явяват хидроцилиндрите с едностранно и двустранно действие
При тези с едностранно действие движението по хидравличен път е само в едната посока, а обратният ход се осъществява от външна сила (тежест, пружина или с друг еднодействащ хидроцилиндър). При двойнодействащите хидроцилиндри и двата хода се извършват под въздействието на работния флуид. Те могат да бъдат изпълнени в два варианта - бутален хидроцилиндър с едностранен бутален прът и бутален хидроцилиндър с двустранен бутален прът.

Друга основна конструкция се явяват сдвоените и строени цилиндри. Последователното съединение на цилиндрите (две или три бутала на общ бутален прът) увеличава ефективната площ и следователно силата върху буталния прът. При сдвоените цилиндри може да се получи почти два пъти по-голяма сила при същия диаметър и налягане, но се увеличава двойно и осовата дължина. Двата цилиндъра могат да се захранват независимо, за да се получи увеличена сила само в единия или и в двата хода.

Едно от най-елементарните конструкции хидроцилиндри се явяват плунжерните, които се причисляват към групата на хидроцилиндрите с едностранно действие. Те се отличават и с несложна технология на изработка, тъй като вътрешната повърхност на цилиндровата тръба не подлежи на точна обработка. Обработва се само повърхността на плунжера и част от корпуса, по който се осъществява херметизацията на работното пространство. Най-често се монтират вертикално и обратният ход се осъществява под действие на теглото. Прилагат се за сравнително по-малки сили и премествания.

Телескопични и завъртащи се хидроцилиндри
Телескопичните хидроцилиндри са съставени от няколко концентрично разположени бутала или плунжери, преместващи се един спрямо друг. Общият ход на изходното звено е равен на сумата от ходовете на всеки плунжер или бутало спрямо съседно разположения. Телескопичните хидроцилиндри се използват, когато при неголяма дължина на корпуса е необходимо да се получи голям ход на изходното звено. Движението започва от плунжера (буталото) с най-голям диаметър. Когато той достигне до упор, стартира преместването на следващия и т. н. Характерно за тях е стъпалното изменение (увеличение при разгъване) на скоростта на буталния прът при подаван постоянен дебит. Повечето телескопични цилиндри са с едностранно действие и обикновено се монтират вертикално, като най-малкият плунжер е най-отгоре. Обратният ход се осъществява под действие на теглото. Двойнодействащите телескопични цилиндри са много по-сложни и скъпи, затова е добре приложението им да е достатъчно технико-икономически обосновано. Те могат да се монтират и хоризонтално, когато е необходимо. Броят на стъпалата при телескопичните цилиндри обикновено е между 2 и 6. Най-често се използват в различни мобилни машини и повдигателни уредби, където пространството е ограничено. В последните години е много популярно приложението им в хидравличните асансьори.

В завъртащите хидроцилиндри постъпателното движение на буталото се преобразува във въртеливо движение на изходящото звено чрез подходяща предавка. Завъртането обикновено е на сравнително неголям ъгъл. Принципно е възможно завъртане и на повече от 3600. Подобни хидроцилиндри се използват сравнително рядко.

Начинът на захващане
оказва голямо влияние върху конструкцията, експлоатацията и експлоатационния срок на хидроцилиндрите. При еднакви други параметри се произвеждат и предлагат хидроцилиндри с различно присъединяване. Изборът се прави, като се отчетат конструктивните особености на машините, в които те се вграждат. В зависимост от начина на захващане, хидроцилиндрите могат да се разделят на два типа - твърдо и шарнирно закрепени.

Твърдото закрепване може да се осъществи по няколко начина. Сред най-често използваните са: закрепване с фланец на предния или на задния капак или по средата; с резба на предния капак; с лапи (планки), които са разположени най-често в основата на цилиндъра или в равнина, преминаваща през централната ос на цилиндъра. Планките могат да са поставени в капаците или върху цилиндровата тръба. Също така се изпълняват като един детайл с капака или да са разглобяеми. При хидроцилиндри с правоъгълни капаци е възможно да не се използват. Тогава като основа за закрепването се използват самите капаци, в които са разпробити монтажните отвори. При закрепване с лапи в основата или отвори в капаците, силата не се поема в равнина, преминаваща през централната ос. Това е причина за възникване на въртящ момент, който се стреми да завърти хидроцилиндъра около монтажните болтове, както и да огъне капаците. Резултатът е допълнително натоварване на уплътненията и водещите пръстени на буталото и буталния прът. За да се избегне описаният проблем, ходът на цилиндъра трябва да е най-малко равен на вътрешния диаметър на цилиндровата тръба. Наред с това закрепването към основата следва да е достатъчно стабилно, както и да се спазват препоръките на производителя по отношение на моментите на затягане на монтажните болтове и тяхната якост. В приложения с ударни натоварвания хидроцилиндърът се осигурява срещу изместване с допълнителни средства, например щифтове, което води до по-добро центроване при монтаж и до намаляване на натоварването върху болтовете.

При хидроцилиндри със стягащи шпилки
закрепването може да се осъществи, като шпилките се удължат. Удължението се реализира откъм предния или задния капак, или и от двете страни. В някои приложения захващането на хидроцилиндъра се реализира чрез неподвижно закрепване на буталния прът. Закрепването с удължени шпилки е евтин и елементарен вариант, но той не може да осигури достатъчно точно позициониране. Затова, когато задвижваният орган има твърдо фиксирано направление на движение, това закрепване не следва да се използва.

Изборът на най-подходящото фланцово монтиране се определя в зависимост от това дали по време на работния ход възникващата сила притиска фланеца към опорната повърхнина. Целта е да не се натоварват фиксиращите болтове.

Характерно за твърдото закрепване е праволинейното предаване на силата, като в процеса на работа централната ос на хидроцилиндъра остава неподвижна.
От механична гледна точка, най-доброто решение включва поемане на силата в равнина, преминаваща през централната ос на хидроцилиндъра. Осъществява се при закрепване с удължени шпилки, с фланци или лапи, в равнина през оста. В тези случаи монтажните болтове са подложени само на опън или на срязване.

При твърдо фиксиране и на двата капака могат да възникнат проблеми, ако хидроцилиндрите са с голям ход, тъй като при високо работно налягане те не могат да се удължат свободно.

Шарнирно закрепване
При шарнирното закрепване се предава сила в различни направления, като в процеса на работа на хидроцилиндъра, респективно на централната му ос, те се завъртат около фиксирана точка. Възможното движение се определя в зависимост от вида на шарнирите. Ако се използват цилиндрични стави, движението е само в една равнина. Шарнирното закрепване се използва, когато задвижваният товар се измества по дъга. За поемане на несъосност, когато траекторията на задвижвания товар не лежи само в една равнина, в ухото се монтира сферичен самонагаждащ се лагер. Важно предимство на шарнирното закрепване е, че силата се поема по оста на цилиндъра. От гледна точка на монтажа, това е най-гъвкавият начин на закрепване.

Обикновено шарнирното закрепване се осъществява по следните няколко начина: с ухо без лагер или ухо със сферичен лагер към задния капак, като вместо ухо може да се използва вилка; с цапфи (въртящи стави), които са разположени на предния или задния капак, или в междинно положение (най-често по средата), точното им положение следва да се специфицира при поръчката за доставка, тъй като впоследствие е много трудно или въобще невъзможно да се промени; със сферична опора върху задния капак или на цилиндровата тръба.

Изброените шарнири могат да бъдат един общ елемент с капаците (цилиндровата тръба) или да са разглобяеми.

Шарнирно закрепените цилиндри се използват и за опънови и за натискови приложения в широк диапазон от налягания. Изключение правят хидроцилиндри с голям ход, приложението на които за създаване на натискови усилия се ограничава от якостта на буталния прът. Използването на цапфи по средата на хидроцилиндъра е много добро решение за големи ходове, тъй като предлага възможност да се балансира собственото му тегло, а следователно и да се намали натоварването в цапфите.
Присъединяването на буталния прът към задвижвания механизъм също се осъществява по различни начини. В зависимост от конкретното приложение се използват външна или вътрешна резба, присъединяване без резба, с ухо, без или със сферичен лагер, с вилка и др.

Практиката показва, че внимателният избор на подходящ начин за закрепване на хидроцилиндъра може да добави години към експлоатационния му срок, както и да елиминира за дълъг период пропуските през уплътнението на буталния прът.




Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top