Гидроцилиндры

В зависимости от направления действия рабочей жидкости различают гидроцилиндры двухстороннего (рис. 10.1, а, б, б, д, е) и одностороннего (рис. 10.1, г, ж) действия. У первых движение выходного звена под действием рабочей жидкости возможно в двух направлениях, а у вторых - только в одном, а возврат звена происходит за счет силы пружины, силы тяжести и пр.

Гидроцилиндры классифицируются также в зависимости от устройства рабочей камеры: поршневой (рис. 10.1, а, б, в), плун­жерный (рис. 10.1, г), телескопический (рис. 10.1, д), мембранный (рис. 10.1, е), сильфонный (рис. 10.1, ж).

Поршневой гидродвигатель может быть с односторонним (рис. 10.1, а) или с двухсторонним штоком, расположенным по обе стороны поршня (рис. 10.1, б, в).

Представляют практический интерес следующие специальные конструкции поршневых гидроцилиндров:

Тандем-цилиндр (рис. 10.2, а) применяют при больших нагрузках в случае, если длина цилиндра не ограничена, а диаметр его должен быть не­большим.

Гидроцилиндр со ступенчатым поршнем предназначен для получения не­скольких скоростей. Схема на рис. 10.2, б позволяет иметь три прямых скорости цилиндра 4 (при подаче жидкости с постоянным расходом Q в канал 1 или в ка­нал 2 или в оба одновременно) и одну обратную скорость (подача в канал 3).

Гидроцилиндр с торможением снабжен устройством для торможения выход­ного звена в конце хода и предупреждения жесткого удара движущихся частей о концевой упор. Демпфер простейшего типа показан на рис. 10.2, б.

Гидроцилиндр с фиксацией положения поршня в промежуточном между крайними положениями представлен на рис. 10.2, г. Если обе полости А и Б сообщить с источником подачи жидкости, то плавающий поршень 1 будет пере­мещаться вместе с поршнем 2 вправо до тех пор, пока не упрется в уступ цилиндра. В этом положении шток фиксируется разностью сил давления р(F – f₁ - f ₂).

Под телескопическим цилиндром в общем случае понимают цилиндр, общий ход штоков которого превышает длину корпуса цилиндра. Его применяют для получения большого хода при ограниченном пространстве в транспортном положении, например, в качестве домкрата для подъема и спуска вышек в буровых и нефтепромысловых агрегатах.

Рис. 10.1. Гидроцилиндры

В зависимости от числа поршней телескопические цилиндры подразделяются на двух­ступенчатые, трехступенчатые и т. д., причем ступень с наимень­шим диаметром поршня называется первой, следующая - вто­рой и т. д. Длина хода выходного звена равна сумме длин ходов поршней или плунжеров.

При работе гидроцилиндра возможны три движения: только первой ступени, только второй ступени, обеих ступеней вместе. Последовательность движений зависит от нагрузки и сил трения в уплотнениях.

Обозначим: , - площади поршней; f₁ , f₂ – площади сечения штоков; T₁, T₂ – суммарные силы трения в манжетах цилиндра и поршня соответственно первой и второй ступеней.

Условие равномерного движения поршня первой ступени (см. рис. 10.1, д):

.

То же, для второй ступени, движущейся вместе со штоком:

,

где p_А - давление рабочей жидкости в поршневых полостях А и Б, p_Г - то же, в штоковых полостях Г и В.

При значительной сжимающей нагрузке P первым всегда выдвигается поршень второй ступени со штоком, а затем поршень первой ступени. При постоянном расходе жидкости Q этому переходу соответствует скачок давления от

до

и скачок скоростей движения от к ,

где η ₀ – объёмный к. п. д. цилиндра¹; p_Г - давление слива жидкостей из полостей Г и В.

Рис. 10.2. Гидроцилиндры специальной конструкции

В случае действия растягивающей силы P для обратного движения жидкость подаётся в штоковые полости Г и В.

^{______________ 1}При уплотнении резиновыми манжетами η ₀ = 1, разрезными металлическими кольцами η ₀ = 0, 98 – 0, 99 [2].

В уравнениях равномерного движения силы трения изменяют знак, и соответствующие давления входа жидкости определятся по формулам:

; ,

где p_А – давление слива жидкости из полостей А и Б. Если , то втягивание поршней обычно начинается в первой ступени, в противном случае сначала вдвигается поршень второй ступени.

Аналогично можно рассмотреть случаи хода цилиндров, когда закреплён шток, а также при возвратных движениях ведомого звена [10].

Сила трения во время движения поршня зависит от конструкции цилиндра и качества уплотнений. Она может достигать больших значений (многих сотен ньютонов). При страгивании поршня сила трения в 2 – 3 раза превышает силу трения при движении.