Гидравлические цилиндры

Гидравлический цилиндр — это гидравлический двигатель возвратно-поступательного движения. В конструкциях сельскохозяйственных машин применяются поршневые, плунжерные, телескопические и мембранные гидравлические цилиндры одностороннего и двустороннего действия.

Поршневые и плунжерные гидроцилиндры одностороннего действия состоят из корпуса 2, внутри которого находится поршень 4 (рисунок 3.1, а), соединенный со штоком 1, или плунжер 1 (рисунок 3.1, б). Герметизация поршня осуществляется двумя манжетами, а плунжера — резиновыми и защитными уплотнительными кольцами 3 и манжетой. Цилиндр имеет поршневую, или рабочую А и штоковую Б полости. При работе гидравлического цилиндра одностороннего действия поршневая полость А соединяется с напорной линией гидравлического насоса и под действием давления рабочей жидкости поршень (плунжер) перемещается, поднимая какой-либо рабочий орган. Штоковая полость Б поршневого гидравлического цилиндра одностороннего действия через сапун 5 сообщается с атмосферой. В обратном направлении поршень (плунжер) перемещается под действием веса машины, рабочего органа или пружины.

Рисунок 3.1 – Гидравлические цилиндры одностороннего действия:

а — поршневой: 1 — шток; 2 — корпус; 3 — уплотнительное кольцо;

4 — поршень; 5 — сапун;

б — плунжерный: 1 — плунжер; 2 — корпус; 3 — уплотнительное кольцо

В гидравлических цилиндрах двустороннего действия (рисунок 3.2) имеются две рабочие полости: поршневая и штоковая. Перемещение поршня со штоком под давлением рабочей жидкости возможно в двух направлениях. Такие гидроцилиндры могут иметь два или один шток 1, герметизированный уплотнительными манжетами и кольцами 3, установленными в крышках гидроцилиндра. В проушинах 6 штока и нижней крышки могут быть установлены подшипники скольжения или качения. Рабочая жидкость подводится и отводится по каналам А и Б. В некоторых гидравлических цилиндрах для ограничения хода поршня (штока) в сливном канале А установлен запорный клапан 4, связанный с упором 5, который закреплен на штоке.

Рисунок 3.2 – Гидравлические цилиндры двустороннего действия:

1 — шток; 2 — корпус; 3 — кольцо; 4 — запорный клапан;

5 — упор; 6, 7 — проушина

Принцип работы гидравлического цилиндра двустороннего действия заключается в следующем. При подводе рабочей жидкости под давлением в полость Б поршень со штоком 1 переместится влево. Одновременно рабочая жидкость вытесняется из полости. В тот момент, когда упор 5 достигает штока клапана и клапан 4 перекроет сливную магистраль А, за счет повышения давления в линии нагнетания золотник автоматически выключает управление (распределитель) и гидроцилиндр остановится. Шток может перемещаться под действием давления рабочей жидкости в двух направлениях.

Телескопический гидроцилиндр состоит из корпуса 3 (рисунок 3.3), нижней крышки 2 с проушиной 6 или опорной пятой, концентрично расположенных поршней 4 разного диаметра, перемещающихся относительно друг друга и штока 5. При подводе рабочей жидкости в подпоршневую магистраль, происходит последовательное выдвижение поршней 4 и штока 5. В этом случае максимальное перемещение (подъем) осуществляется на длину, равную сумме ходов всех поршней и штока.

Рисунок 3.3 – Телескопический гидроцилиндр:

1 — напорная магистраль; 2 — нижняя крышка; 3 — корпус;

4 — поршень; 5 — шток; 6 — проушина

При расчете гидроцилиндров необходимо учитывать номинальное давление рабочей жидкости р_н, диаметры цилиндра D и штока d, ход штока L.

Усилие, которое может развить гидроцилиндр:

(3.1)

где S_н — площадь поршня со стороны нагнетания;

— коэффициент, учитывающий сухое, жидкостное трение и потери, =0,85...0,95.

Площадь поршня со стороны безштоковой полости , а площадь со стороны штока .

При работе гидроцилиндра двустороннего действия усилие, развиваемое гидроцилиндром:

, (3.2)

где р_с — давление слива рабочей жидкости;

S_c — площадь поршня в полости слива.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром, идет на преодоление веса орудия G = mg, силы трения R_тр в конструктивных элементах и шарнирах, и силы инерции R_и, т. е.:

, (3.3)

где К_п — коэффициент, учитывающий плечи шарниров рычагов, которые передают движение.

Расчетная скорость движения штока:

, (3.4)

где Q — расход рабочей жидкости.

Теоретическая мощность гидравлического цилиндра:

. (3.5)