Гидроцилиндр: устройство, принцип работы и виды

Гидроцилиндр (гидравлический цилиндр) — исполнительный механизм гидропривода. Насос создаёт поток масла, гидрораспределитель направляет его в нужную полость, а цилиндр превращает энергию потока в поступательное движение и усилие на штоке. Вращательное движение в том же гидроприводе дают гидромоторы, прямолинейное — гидроцилиндры.

Работа гидроцилиндра основана на законе Паскаля: давление в замкнутом объёме жидкости передаётся во все стороны одинаково. Поэтому насос, создающий 160 бар, через поршень площадью 78,5 см² (Ø100 мм) развивает на штоке 12,8 т. Получить такое усилие механической передачей того же размера очень трудно.

Назначение гидроцилиндра — двигать и удерживать тяжёлые рабочие органы: стрелы, ковши, кузова, ползуны прессов, затворы. Он движется плавно, может остановиться и держать нагрузку в любой точке хода, выдерживает частые реверсы, а его усилие легко ограничить предохранительным клапаном.

Большинство промышленных гидроцилиндров собраны по одной схеме: труба-гильза, закрытая с двух сторон крышками, внутри — поршень на штоке. На схеме показан гидроцилиндр двухстороннего действия со стяжками; номера позиций совпадают с таблицей.

Полость за поршнем называют поршневой (на схеме она голубая), полость вокруг штока — штоковой. Давление в поршневой полости действует на всю площадь поршня, в штоковой — только на кольцо между гильзой и штоком. Из этой разницы площадей следуют и разные усилия, и разные скорости выдвижения и втягивания.

В серии FDH гильза — хонингованная труба St52BK+S, шток — сталь Ck45 с твёрдым хромированием не менее 20 мкм и допуском f7, уплотнения — NBR или Viton. Грязесъёмник и хромированный шток отвечают за ресурс: царапина на штоке быстро выводит из строя уплотнение, и цилиндр начинает течь.

Гидроцилиндр работает циклами «выдвижение — втягивание», а управляет им гидрораспределитель. Цикл цилиндра двухстороннего действия выглядит так:

Пример. Гидроцилиндр с поршнем Ø100 мм и штоком Ø56 мм, давление 160 бар, насос 40 л/мин. Площадь поршня 7 854 мм², усилие выдвижения 16 Н/мм² × 7 854 мм² = 125 664 Н ≈ 125,7 кН, или 12,8 т. Кольцевая площадь 5 391 мм², поэтому при втягивании усилие меньше — 8,8 т.

Скорость выдвижения v = Q / A = 84,9 мм/с, втягивания — 123,7 мм/с: при одинаковом расходе шток возвращается быстрее, чем выходит. Ход 500 мм займёт около 5,9 с вперёд и 4,0 с назад, а гидравлическая мощность составит p × Q / 600 = 10,7 кВт.

Давление в цилиндре определяет нагрузка, а не насос. Насос создаёт поток, давление растёт ровно до того значения, которое нужно, чтобы сдвинуть груз, а верхнюю границу задаёт предохранительный клапан. Его настраивают не выше рабочего давления цилиндра: для серии FDH это 160 бар, по заказу — 250 бар.

Единого формата маркировки у гидроцилиндров нет: каждый производитель кодирует параметры по-своему. Но почти в любом обозначении есть три числа — диаметр поршня, диаметр штока и ход. Запись вида «80×45×500» читается как поршень Ø80 мм, шток Ø45 мм, ход 500 мм; часто к ним добавляют давление и код крепления.

У Fenitsa код заказа серии FDH строится так: FDH-[диаметр]-[ход]-[крепление]-[уплотнение]-[шток].

Пример: FDH-80-500-RSM-NS-CR — гидроцилиндр серии FDH с поршнем Ø80 мм, ходом 500 мм, задней проушиной, уплотнениями NBR и хромированным штоком из стали Ck45. Диаметра штока в коде нет: для Ø80 в каталоге два штока, Ø45 / Ø56 мм, поэтому его указывают в заказе отдельно. Полный размерный ряд — на странице гидроцилиндры FDH.

Строго говоря, гидравлический поршень — это деталь гидроцилиндра: диск на штоке, который разделяет полости и воспринимает давление масла. Но в разговорной речи, в объявлениях и в запросах поставщикам «гидравлическим поршнем» часто называют весь цилиндр. Когда механик говорит «потёк поршень на погрузчике», он почти всегда имеет в виду гидроцилиндр.

Путаница мешает при заказе. Если нужен поршень как запчасть, указывают диаметр гильзы, посадку на шток и тип уплотнений. Если нужен цилиндр, добавляют ход, длину в сложенном состоянии, крепления и давление.

Гидроцилиндру, в отличие от домкрата, нужен внешний источник давления — насосная станция или гидросистема машины. Зато он работает в составе системы с распределителями, клапанами и датчиками и выполняет автоматический цикл.

Усилие толкания и втягивания для любого диаметра и давления посчитает калькулятор гидроцилиндра. Если нужна замена старому цилиндру, пришлите его размеры или фото — инженеры Fenitsa подберут подходящее исполнение.