Гидроцилиндры

Силовые гидроцилиндры в гидросистемах применяются как исполнительные механизмы, преобразующие энергию жидкости в поступательные или поворотные движения элементов привода. По конструкции они делятся на несколько разновидностей: поршневые, плунжерные, мембранные и сильфонные, каждая из которых обладает своими рабочими характеристиками и областью применения, обеспечивая определённый диапазон усилий и перемещений.

Исполнительные механизмы с гибкими перегородками

К устройствам с гибкими разделителями относятся мембраны, мембранные гидроцилиндры и сильфоны. Плоские мембраны (см. рис. ZSK.15.1, а) используют преимущественно при небольших ходах и давлениях до 1 МПа. Они представляют собой эластичное кольцо 1, закреплённое по периметру корпуса. Под действием давления в рабочей камере 2 кольцо деформируется и соприкасается с верхней частью корпуса 3, передавая движение штоку 4. Обратное перемещение штока осуществляется с помощью возвратной пружины 5, которая возвращает мембрану и шток в исходное состояние.

Рис. ZSK.15.1. Схемы мембран: а - плоская с эластичным кольцом; б - гофрированная металлическая

Гофрированные металлические мембраны (см. рис. ZSK.15.1, б) широко используются в гидропневмоавтоматике. Деформация этих элементов возникает под действием перепада давления ΔP = P₁-P₂ и внешней нагрузки R.

Мембранные гидроцилиндры (рис. ZSK.15.2) обеспечивают значительные перемещения штока. Когда поршень 1 смещается под действием давления жидкости (рис. ZSK.15.2, а), мембрана 3 изгибается и перекатывается с поверхности поршня на стенки цилиндра 2, прижимаясь к ним под давлением рабочей среды (рис. ZSK.15.2, б). Возврат штока реализуется с помощью встроенной пружины.

Рис. ZSK.15.2. Схемы работы мембранного гидроцилиндра

Сильфоны

Сильфоны (рис. ZSK.15.3, а) применяют для работы при давлениях до 3 МПа. Их изготавливают как из металлов, так и из полимерных материалов, включая резину и пластик. Металлические варианты бывают однослойными или многослойными (до пяти слоёв). Применение сильфонов особенно важно в условиях экстремальных температур, которые определяются свойствами корпуса. Они могут быть цельными или сварными: цельные сильфоны формуют методом развальцовки бесшовной тонкостенной трубы, что обеспечивает высокую прочность и герметичность конструкции.

Типология гидроцилиндров

Гидроцилиндры относятся к объёмным гидромашинам и преобразуют энергию жидкости в механическую работу штока. Они рассчитаны на давление до 32 МПа и выпускаются в различных исполнениях: одностороннего или двухстороннего действия, с одним или двумя штоками, а также телескопические модели, позволяющие увеличить ход штока при компактных габаритах.

Таблица 1. Классификация гидроцилиндров

Поршневые цилиндры прямого действия

Для управления механизмами мобильной техники обычно используют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. ZSK.15.4).

Основой конструкции является гильза — цилиндрическая труба с тщательно обработанной внутренней поверхностью, по которой свободно скользит поршень. На поршне установлены манжеты, предотвращающие перетекание жидкости между его полостями. Сила, создаваемая поршнем, передаётся на шток с полированной поверхностью, который направляется с помощью грундбуксы, обеспечивая точное и плавное движение.

Крышки цилиндра имеют отверстия для подачи и отвода жидкости. Уплотнение штока осуществляется двумя манжетами: одна препятствует утечкам, вторая удаляет загрязнения. Для крепления гидроцилиндра предусмотрена проушина, а на нарезной участок штока возможно крепление соединительных деталей для интеграции с механизмами.

Рис. ZSK.15.4. Гидроцилиндр: 1 - грязесъемник; 2 - гильза; 3 - шток; 4 - стопорное кольцо; 5 - манжета; 6 - поршень; 7 - проушина; 8 – грундбукса

В стандартных гидроцилиндрах строительной техники диаметр штока составляет примерно половину диаметра цилиндра, а ход поршня редко превышает десятикратный диаметр. При увеличенных ходах и давлениях свыше 20 МПа необходимо проверять шток на продольную устойчивость.

Диаметры проходных отверстий в крышках подбирают так, чтобы средняя скорость жидкости не превышала 5–8 м/с. Ограничение хода поршня выполняется крышками, а скорость перемещения штока в отдельных случаях достигает 0,5 м/с.

Демпферы

Резкие удары поршня о крышку предотвращаются демпферами, преобразующими кинетическую энергию в гидравлическую, вытесняя жидкость через узкие каналы. На рис. ZSK.15.5 приведены основные конструкции демпферов:

• Пружинный демпфер (рис. ZSK.15.5, а) замедляет поршень в конце хода с помощью пружины, установленной на внутренней стороне крышки.
• Демпфер с ложным штоком (рис. ZSK.15.5, б) оснащён коротким штоком и выточкой в крышке; жидкость вытесняется через кольцевую щель, создавая регулируемое сопротивление и снижая инерцию.
• Регулируемый демпфер с отверстием (рис. ZSK.15.5, в) работает аналогично, но проходное сечение канала малого диаметра регулируется иглой.
• Гидравлический демпфер (рис. ZSK.15.5, г) применяется при отсутствии выточки. В конце хода поршень упирается в стакан, вытесняя жидкость через кольцевой зазор; возврат стакана осуществляется пружиной.

Рис. ZSK.15.5. Принципиальные схемы демпферов: а - пружинный демпфер; б - демпфер с ложным штоком; в - демпфер регулируемый с отверстием; г - гидравлический демпфер