 |
Механические параметры. Расчет гидроцилиндра. Типовые конструкции гидроцилиндров. Гидроцилиндр на шпильках. Круглый гидроцилиндр
|
|
|
|
Механические параметры
- Усилие развиваемое гидроцилиндром - пропорционально давдлению и эффективной площади, на которую воздействует жидкость.
- Скорость перемещения штока - определяется величиной расхода жидкости, поступающей в гидроцилиндр и его эффективным диаметром.
Расчет гидроцилиндра
Попробуем разабраться как характеристики гидроцилиндра связаны между собой, и как на них влияют параметры работы гидопривода
.При поступлении жидкости в поршневую полость жидкость воздействует на поршень, усилие развиваемое гидроцилиндром в этом случае будет пропорционально давлению и площади поршня:
Скорость перемещения поршня со штоком будет зависеть от диаметра поршня и расхода жидкости:
При подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра, давление будет воздействовать на кольцевую поверхность, образованную наружными диаметрами поршня и штока. Усилие в этом случае можно вычислить, используя зависимость:
Скорость перемещения поршня при подводе жидкости в штоковую полость будет зависеть не только от диаметра поршня и расхода, но и от диаметра штока:
Типовые конструкции гидроцилиндров
Несмотря на огромное разнообразие конструкций гидравлических цилиндров существуют, типовые решения, применяемые при проектировании гидроцилиндров, рассмотрим некоторые из них.
Гидроцилиндр на шпильках
Передняя и задняя крышка гидроцилиндров этой конструкции связаны шпильками (анкерами), гильза зажата между крышками цилиндра. Уплотнение поршня обеспечивается двумя манжетами.
Круглый гидроцилиндр
В представленной конструкции крышки крепятся к круглым фланцам, закрепленным с помощью сварки или резьбы на гильзе. Показанный на рисунке тип уплотнения поршня обеспечивает уплотнение в обоих направлениях.
|
|
|
Сварной гидроцилиндр
Крышки приварены к гильзе, конструкция неразборная, неремонтопригодная. В цилиндре установлены компактные поршневые уплотнения.
Чертеж гидроцилиндра
Конструкторская документация на гидроцилиндр должна включать в себя:
- сборочный чертеж гидроцилиндра,
- спецификацию,
- рабочие чертежи деталей.
В качестве примера конструкции гидравлического цилиндра предлагаем вам ознакомиться со сборочным чертежом одноштокового гидроцилиндра двухстороннего действия. Передняя крышка данного цилиндра имеет резьбовое соединение с гильзой, задняя крышка с проушиной приварена к гильзе. Поршень зафиксирован на штоке с помощью резьбовых втулок, зафиксированных от поворота с помощью штифта.
Для того, чтобы скачать чертеж гидроцилиндра в формате pdf щелкните по изображению.
Практическая работа №4. Типы, конструкции и принцип действия гидравлических распределителей.
Цель работы – ознакомиться с типами и конструкциями гидравлических распределителей.
Теоретическая часть
Распределительные устройства предназначены для распределения и изменения направления потока жидкости между узлами и элементами гидропривода. По конструктивным признакам распределители разделяют на золотниковые, крановые и клапанные. По количеству фиксированных положений различают двух-, трех- и многопозиционные распределители. Наибольшее распространение в объемных гидроприводах получили золотниковые распределители (золотники).
Золотники - это управляемые элементы гидроаппаратуры при помощи которых осуществляется распределение жидкости, реверсирование движения и переключение трубопроводов. Подвижное звено золотника, рис. 5. 1, выполнено в виде плунжера 1 с проточками для прохода жидкости и цилиндрического корпуса 2 с отверстиями для подвода и отвода жидкости. Путем смещения плунжера 1 относительно корпуса золотника 2 в процессе работы гидропривода можно изменять направление движения жидкости за счет соответствующего перекрытия рабочих окон золотниковой пары.
|
|
|
Управление движением золотника может осуществляться ручным, кулачковым, электромагнитным и гидравлическим приводом.
На рис. 5. 2 условно изображен реверсивный золотник типа Г-72 с гидравлическим управлением, который состоит из корпуса, плунжера (позиция подвижного элемента изображается квадратом), дросселей 1 и обратных (шариковых) клапанов 2. Плунжер золотника может занимать два крайних положения - правое и левое, соответствующие двум направлениям движения рабочего органа гидродвигателя (промежуточное положение подвижного элемента - плунжера изображают штриховыми линиями). Перемещение плунжера из одного положения в другое осуществляется давлением жидкости, которая подводится под торцы плунжера (линии управления, по которым подводится давление, изображают пунктиром). Скорость перемещения плунжера регулируется при помощи дросселей 1. Обратные клапаны 2 обеспечивают независимое регулирование.
Золотниковые распределители применяют при больших расходах рабочей жидкости в гидроприводах, для которых герметичность не играет решающей роли.
Крановый распределитель изображен на рис. 5. 3. Этот тип распределителей наиболее простой по устройству, однако требует приложения значительного момента для поворота рабочего органа. Приспособления, уменьшающие крутящий момент, усложняют конструкцию.
Клапанные распределительные устройства имеют преимущества перед золотниковыми при малых расходах, но больших давлениях благодаря высокой герметичности, компактности и легкости управления.
Клапан - самый распространенный элемент гидроприводов. При помощи клапанов предохраняют узлы гидроприводов от перегрузок, устанавливают определенную последовательность работы узлов, создают определенное направление потока, устанавливают заданное давление, разделяют потоки, создают постоянный перепад давления и др. В связи с разнообразностью видов клапаны классифицируют по назначению, принципу действия и конструкции. Часто один и тот же клапан в зависимости от подключения его к системе и настройки может выполнять различные функции.
|
|
|
Принято различать три группы клапанов: обратные, предохранительные (переливные и подпорные) и редукционные.
Обратные клапаны предназначены для пропуска жидкости только в одном направлении. При изменении направления потока обратный клапан закрывается и пропуск жидкости прекращается. В открытом состоянии обратные клапаны должны иметь минимальное сопротивление, а в закрытом - обеспечивать герметичность. Усилие пружины обратного клапана должно быть минимальным, достаточным лишь для надежной посадки клапана на седло, так как клапан открывается и закрывается силой давления жидкости.
На рис. 5. 4, а показан плунжерный обратный клапан типа Г-51 (на рис. 5. 4, б - его условное обозначение), который состоит из корпуса 1, крышки 2, плунжера 3, пружины 4 и седла 5. Плунжер 3 своим коническим торцом прижимается к седлу 5, цилиндрическая боковая поверхность плунжера входит в направляющее отверстие корпуса.
При работе клапана подводимая к отверстию 6 жидкость приподнимает плунжер над седлом и открывает проход в отверстие 7. При изменении направления потока плунжер 3 под давлением жидкости плотно прижимается к седлу 5. Это давление действует на все поперечное сечение клапана, так как жидкость через отверстие 8 в плунжере попадает в надклапанную полость. Усилие прижима плунжера к седлу возрастает с повышением давления, вследствие чего проход жидкости в обратном направлении прекращается. Пружина 4 служит лишь для преодоления силы трения плунжера о корпус.
Предохранительные клапаны в отличие от обратных имеют пружину с большим усилием прижима. Принцип действия клапанов этой группы основан на уравновешивании силы давления жидкости усилием пружины или противодавлением жидкости. По конструкции их можно разделить на прямодействующие, дифференциальные и клапаны с серводействием.
|
|
|
Когда гидропривод необходимо защитить от чрезмерного повышения давления, применяют предохранительные клапаны, открывающиеся эпизодически при повышении давления выше установленного предельного значения. Прямодействующие предохранительные клапаны могут быть шариковыми, конусными и плунжерными.
Наиболее простым является шариковый предохранительный клапан. Область его применения ограничена гидросистемами с малыми давлениями и расходами, испытывающими редкие перегрузки. Надежное уплотнение между шариком и седлом трудно осуществить, поэтому через шариковый клапан в закрытом состоянии происходят утечки жидкости. Кроме того, при перепуске жидкости шарик совершает колебания и периодически ударяет по седлу.
В конусном предохранительном клапане шарик заменен конической головкой. Обязательным условием обеспечения герметичности является соблюдение строгой соосности конусной и цилиндрической частей клапана, направляющего цилиндра корпуса и конусного седла под клапан.
Наибольшее распространение в гидроприводах получили плунжерные клапаны. В зависимости от подключения в системе и настройки их можно применять для предохранения гидропривода от перегрузки, либо для поддержания определенного постоянного давления. Один и тот же клапан можно использовать как предохранительный, переливной или подпорный.
На рис. 5. 5 схематически показан плунжерный клапан типа Г-54 и его условное обозначение, который состоит из нижней крышки 1, корпуса 2, плунжера 3, верхней крышки 4, регулировочного винта 5 и пружины 6.
Пружина 6 отжимает плунжер 3 в его крайнее положение, разъединяя камеру а, связанную с насосом, и камеру в, которая соединяется со сливной линией. Одновременно через калиброванное отверстие 7 давление передается на нижний торец плунжера 3. Когда давление в системе возрастает настолько, что преодолевает усилие пружины 6, плунжер 3 перемещается вверх. Камеры а и в соединяются, и жидкость перепускается на слив. Для стабилизации работы клапана, т. е. для демпфирования колебаний плунжера, предназначено калибровочное отверстие 7. Настройка клапана на заданное давление осуществляется винтом 5, при помощи которого изменяется усилие пружины 6.
При больших давлениях жесткость пружины должна быть увеличена. Чтобы не применять пружины большой жесткости и тем самым уменьшить частоту свободных колебаний плунжера, применяют дифференциальные клапаны. В дифференциальных клапанах часть силы давления жидкости, действующей на плунжер, уравновешивается гидравлически (см. рис. 5. 6) за счет разности площадей рабочей S1 и уравновешивающей S2 части плунжера. Несмотря на применение демпфирующих устройств, плунжер клапана совершает колебания, вызывая периодические изменения давления в системе. Этот недостаток свойственен всем прямодействующим клапанам. Для стабилизации давления применяют универсальные предохранительные клапаны с серводействием, которые при определенном подключении в системе и соответствующей настройке пружины могут быть использованы и как переливные и как подпорные.
|
|
|
При помощи клапанов с серводействием можно предохранять гидропривод от перегрузок и поддерживать определенное постоянное давление независимо от расхода жидкости.
По конструкции клапан с серводействием (рис. 5. 7; 5. 8) представляет собой комбинированный клапан, в котором сочетается основной плунжерный клапан 2 с демпфером и шариковый сервоклапан 4. Рассмотрим принцип действия клапана с серводействием на примере наиболее распространенного клапана типа Г-52. Клапан состоит из следующих деталей: корпуса 1, плунжера 2, пружин 3, 5, шарового сервоклапана 4 и крышки 6. Рабочая жидкость от насоса подводится в полость а и отводится от клапана в бак через полость в. Плунжер 2 нагружен слабой пружиной 3 и удерживается в нижнем положении. В центральное отверстие плунжера 2 ввернут демпфер 8 (винт с калиброванным отверстием малого диаметра), при помощи которого камера б постоянно сообщается с камерой а. Кроме того, камера а сообщается с камерой г. Через центральное отверстие 9 осуществляется подвод жидкости из камеры д в камеру б и под шарик 4. Шарик прижимается к седлу пружиной 5. Усилие сжатия пружины можно регулировать при помощи винта 7.
Пока сила давления жидкости, действующая на шарик 4, не превышает величины усилия, на которое отрегулирована пружина 5, шарик прижат к седлу и давление в камере б равно давлению в системе. При этом плунжер 2 находится в нижнем положении под действием пружины 3, так как силы давления на него со стороны полости б уравновешиваются силами давления со стороны полостей д и г. При таком положении плунжера полости а и в разъединены, поэтому проход жидкости из системы в бак закрыт.
Как только сила давления жидкости преодолеет усилие пружины 5, шарик 4 отойдет от своего седла и некоторое количество жидкости поступит из камеры б черезшариковый клапан в камеру в.
Из камеры д жидкость начинает двигаться через демпфер 8 в камеру б. Калиброванное отверстие демпфера 8 создает сопротивление, которое приводит к потери давления при движении жидкости. Это приводит к тому, что давление в камере б окажется ниже, чем в камерах а и д. В результате образовавшейся разности давлений равновесие нарушается. Под действием высокого давления в камерах д и г плунжер поднимется вверх и откроет проход жидкости из полости а в полость в. Подъем плунжера происходит до тех пор, пока не наступит новое состояние равновесия, т. е. пока суммарное усилие давления жидкости в камерах д и г не уменьшится настолько, что станет равным суммарному усилию пружины 3 и силы давления жидкости в камере б.
После наступления равновесия плунжера давление жидкости в полости а поддерживается постоянным, а небольшое количество жидкости непрерывно протекает через демпфер и открытый шариковый сервоклапан из полости а в полость в.
Если давление в полости а по какой-то причине увеличится, то равновесие сил нарушится, поскольку возрастет сила давления на плунжер со стороны камер д и г. Плунжер поднимется еще на некоторую величину, что приведет к увеличению щели между корпусом и кромкой плунжера. Следствием этого будет снижение давление в полости а и увеличение потока жидкости, поступающей в полость в. Давление уменьшится до такого значения, при котором установится новое состояние равновесия. В случае снижения давления в полости а пружина 5 закроет шаровой сервоклапан и отвод жидкости из полости б прекратится. Давление в камерах д, б и г выравнивается, пружина 3 опускает плунжер 2, что приводит к закрытию клапана.
Регулирование клапана производится изменением натяжения пружины 5 путем поворота винта 7. Клапан типа Г-52 отличается большой чувствительностью, работает стабильно без колебаний и шума, так как демпфер тормозит движение плунжера, поглощая энергию сжатой пружины.
Для снижения давления применяются редукционные клапаны. В отличие от предохранительного, управляющим воздействием редукционного клапана, является давление на выходе, т. е. он срабатывает при изменения давления на выходе из клапана. До срабатывания плунжер редукционного клапана удерживается в открытом положении пружиной. Если давление на выходе из редукционного клапана превысит установленную величину, сила давления жидкости на клапан сожмет пружину, и плунжер начнет перемешаться в сторону закрытия, затрудняя проход жидкости через клапан. Движение плунжера в сторону закрытия будет происходить до тех пор, пока не установится заданное пониженное давление на выходе из клапана. В гидроприводах применяются плунжерные редукционные клапаны.
На рис. 5. 9 показан редукционный клапан с серводействием типа Г-57 (а на рис. 5. 10 его условное обозначение), который предназначен для снижения давления, развиваемого насосом, и поддержания его в заданных пределах. Клапан состоит из корпуса 1, плунжера 2, пружин 3 и 5, шарового сервоклапана 4 и крышки 6. Рабочая жидкость подводится в полость а, и отводится через камеру в. Плунжер нагружен слабой пружиной 3, которая удерживает его в нижнем положении.
В центральное отверстие плунжера ввернут демпфер 8, через который камера в постоянно сообщается с камерой б. Камера г сообщается с камерой в через демпфер 9. Шарик 4 прижимается к седлу пружиной 5.
Усилие сжатия пружины 5 можно регулировать винтом 7. Пока давление жидкости, действующее на шарик 4, не превышает величины усилия, на которое отрегулирована пружина 5, шарик прижат к седлу. При этом плунжер 2 находится в нижнем положении под действием пружины 3.
В нижнем положении плунжера полости а и в соединены, поэтому жидкость из системы свободно проходит через редукционный клапан и давление в полости в равно давлению, развиваемому насосом.
Когда сила давления на выходе из клапана преодолевает силу пружины 5, шаровой клапан 4 открывается, и жидкость из камеры д начинает поступать через демпфер 8 в камеру б, откуда через шаровой клапан удаляется в сливную магистраль. В отверстии демпфера 8 при течении жидкости происходит потеря давления, поэтому давление в камере б будет ниже, чем в камерах д и г. Вследствие этого перепада давления плунжер начнет подниматься.
Поднимаясь, плунжер затрудняет проход жидкости из полости а в полость в, в результате чего происходит повышение давления в полости а, по сравнению с давлением в полости в. Когда давление в камерах д и г уравновесит силу давления в камере б и усилие пружины 3, плунжер займет новое равновесное положение.
Если давление в камере в по какой-либо причине начнет снижаться, равновесие сил, действующих на плунжер 2, нарушится, так как уменьшатся силы давления на плунжер со стороны камер д и г, сообщающихся с камерой в. Пружина 3 отожмет плунжер 2 вниз, что приведет к увеличению щели между корпусом и кромкой плунжера. Следствием этого станет увеличения притока жидкости в камеру в и повышение давления в ней до значения, соответствующего новому состоянию равновесия плунжера.
При работе клапана Г-57 из его дренажного отверстия непрерывно вытекает небольшое количество жидкости, а в магистрали после клапана поддерживается постоянное давление, меньшее, чем в напорной магистрали насоса.
Примерный вид характеристики редукционного клапана приведен на рис. 5. 11. Из него видно, что степень падения давления р2 на выходе при возрастании расхода Q тем больше, чем меньше давление р1 на входе в редуктор.
|
|
|
