Гидравлический поршень и другие элементы гидроцилиндра

Принцип работы гидравлического поршня

В гидравлических системах мобильных машин и промышленного оборудования широко применяются гидроцилиндры – в качестве источника привода или исполнительных механизмов.

Существуют поршневые, плунжерные, телескопические и другие цилиндры, имеющие свои конструктивные особенности. Первые – самые распространенные, они просты и удобны, эффективны в самых различных сферах эксплуатации.

Неотъемлемой частью поршневого гидроцилиндра является та деталь, по которой он получил свое название – гидравлический поршень.

Под воздействием рабочей жидкости, поступающей в полость цилиндра, он совершает направленное возвратно-поступательное движение с определенной скоростью, которая зависит, в основном, от скорости нагнетания жидкости. В результате перемещения поршня гидравлическая энергия преобразовывается в механическую – достигается основная цель работы гидроцилиндра.

Основные элементы поршневого гидроцилиндра

Поршень является основным рабочим звеном гидроцилиндра. В качестве передатчика усилия поршня выступает шток, соединенный с ним посредством пальца.

Ход поршня ограничивается крышками цилиндра, в которых имеются отверстия для подвода рабочей жидкости. Жесткий контакт поршня и крышек предотвращают демпферы (тормозные устройства).

Поршень и шток образуют в рабочей камере две полости: соответственно поршневую и штоковую. Первая ограничена поверхностями корпуса и поршня, вторая – поверхностями корпуса, поршня и штока.

Полости гидравлического цилиндра должны быть герметичными, поэтому на поршень устанавливаются специальные уплотнения – манжеты из маслостойкой резины, которые препятствуют протеканию рабочей жидкости. При одновременно высоком давлении со стороны штока и поршневой полости устанавливается две манжеты, если давление оказывается с одной стороны – одна.

Корпус гильзы, поршень и шток испытывают значительные нагрузки, поэтому изготавливаются из металла.

Поршни, контактирующие с внутренними стенками гильзы всей поверхностью, выполняются из латуни, фторопласта или бронзы – материалов с антифрикционными свойствами. Поршни, оснащенные специальными направляющими и уплотняющими кольцами – как правило, стальные.

К поршневым гидроцилиндрам предъявляется ряд требований:

• Поршни должны передвигаться равномерно и плавно по всей длине хода
• Штоки не должны подвергаться боковым нагрузкам, так как это может привести к быстрому изнашиванию уплотнений, поршней и рабочей поверхности цилиндра
• Не допускается наружных утечек рабочей жидкости через неподвижные уплотнения; на подвижных поверхностях возможно наличие масляной пленки без каплеобразования
• Внутренние перетечки жидкости из одной полости цилиндра в другую должны быть минимальными (существует определенная техническая норма)
• Для предотвращения попадания грязи и пыли в полости цилиндров необходимо применять грязесъемники
• Рабочие поверхности деталей цилиндра должны быть устойчивыми к коррозии и износу, лучше, если они будут иметь защитные покрытия

Последнее требование актуально для многих производителей деталей гидравлического оборудования. Проблема усиленного износа цилиндров и поршней решается применением специальных конструкционных материалов и нанесением на них антифрикционных покрытий.

Виды гидроцилиндров

Поршневые цилиндры подразделяются на несколько разновидностей:

• По направлению действия рабочей жидкости – цилиндры одностороннего и двустороннего действия
• По числу штоков – цилиндры с односторонним и двусторонним штоком
• По виду выходного звена – цилиндры с подвижным штоком и подвижным корпусом

В гидроцилиндрах одностороннего действия выдвижение штока осуществляется за счет создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение происходит от усилия пружины.

Некоторые устройства не содержат возвратного элемента, так как производят возврат за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра или силы тяжести поднятого груза. Такой принцип действия применяется в бутылочных домкратах.

В цилиндрах двустороннего действия усилие на штоке создается как при прямом, так и при обратном ходе поршня – за счет создания давления рабочей жидкости соответственно в поршневой и штоковой полостях.

При прямом ходе поршня усилие на штоке больше, а скорость его движения меньше, чем при обратном ходе – из-за разницы в площадях, к которым приложена сила давления рабочей жидкости. Гидроцилиндры двустороннего действия осуществляют, например, подъем-опускание отвала многих бульдозеров.

Если необходимо создать одинаковые усилия или одинаковые скорости перемещения выходных звеньев, используются гидроцилиндры с двухсторонним штоком. В них один поршень связан с двумя штоками. В современной технике применяются две разновидности конструкций такого типа: с закрепленным цилиндром и с закрепленным штоком.

Существуют телескопические гидроцилиндры одностороннего и двустороннего действия. Такие устройства состоят из нескольких цилиндров, размещенных в полости друг друга. При сравнительно малых размерах они имеют большой ход штока, поэтому очень эффективны.

Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком

Основные параметры

Для поршневых гидроцилиндров установлены следующие основные параметры:

• Геометрические: диаметр поршня (гильзы), диаметр штока, ход поршня
• Гидравлические: номинальное рабочее давление, расход рабочей жидкости
• Номинальные: усилие, развиваемое гидроцилиндром; скорость перемещения штока

Ряды нормальных диаметров поршней и штоков гидроцилиндров устанавливает ГОСТ 6540-68.

Наиболее распространенные диаметры: поршня – 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 620, 800 мм; штока – 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 мм.

У нормализованных цилиндров ход, т.е. величина максимально возможного перемещения поршня со штоком, не превышает 10 мм.

Номинальное рабочее давление – это давление, при котором гидроцилиндр работает в расчетном режиме, сохраняя заявленные производителем параметры. Величина давления в гидроцилнре определяется значением нагрузки, при этом она может быть ограничена настройками предохранительного или редукционного клапана. В отсутствии нагрузки давление в цилиндре обуславливается только потерями на трение.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром, пропорционально давлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.

Скорость перемещения штока определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр, и его эффективным диаметром.