Гидроцилиндры двухстороннего действия

В гидроцилиндре двухстороннего действия (встречается и написание «двустороннего») поршень делит гильзу на две полости, и в каждую подводится масло. Шток движется под давлением в обе стороны, а не возвращается грузом или пружиной, как у гидроцилиндра одностороннего действия. Это самый распространённый вид гидроцилиндров в промышленности и на мобильной технике.

Порт A подводит масло в поршневую полость, порт B — в штоковую. Когда гидрораспределитель соединяет A с насосом, а B со сливом, давление действует на всю площадь поршня, и шток выдвигается. После переключения масло идёт в B, давление действует на кольцо между гильзой и штоком, шток втягивается и вытесняет масло из поршневой полости в бак.

Главный параметр такого цилиндра — отношение площади поршня к кольцевой площади: φ = D² / (D² − d²). Для Ø80/Ø45 φ = 1,46. Во столько раз при одинаковом расходе втягивание быстрее выдвижения и во столько же раз усилие втягивания меньше. Есть и третье следствие: при втягивании из поршневой полости на слив уходит в φ раз больше масла, чем подаёт насос. Это учитывают при выборе распределителя и сечения сливной линии.

Если при выдвижении соединить обе полости между собой (дифференциальная схема), масло из штоковой полости добавляется к подаче насоса: шток выходит быстрее, но усилие определяет уже только площадь штока. Так делают быстрый подвод на прессах, а рабочий ход ведут по обычной схеме.

Здесь p — давление в барах, D и d — диаметры поршня и штока в миллиметрах, результат — в ньютонах. Это теоретическое усилие: трение уплотнений и потери давления в линиях его снижают, поэтому к нагрузке добавляют запас 20–30 %.

При давлении 250 бар все значения больше в 250 / 160 = 1,56 раза. Для других давлений и диаметров используйте калькулятор гидроцилиндра.

Выбор между двумя штоками одного поршня — компромисс. Тонкий шток даёт больше тяги, толстый быстрее втягивается при том же расходе и лучше держит сжимающую нагрузку при длинном ходе.

1. Площадь поршня: π × 80² / 4 = 5 027 мм². Усилие выдвижения: 16 Н/мм² × 5 027 мм² = 80 425 Н ≈ 80,4 кН ≈ 8,20 т.
2. Кольцевая площадь: π × (80² − 45²) / 4 = 3 436 мм². Усилие втягивания: 16 × 3 436 = 54 978 Н ≈ 55,0 кН ≈ 5,61 т.
3. Скорость при насосе 30 л/мин: выдвижение 99,5 мм/с, втягивание 145,5 мм/с. При втягивании из поршневой полости вытесняется 43,9 л/мин.
4. Проверка скорости: предел серии FDH — 0,5 м/с. Чтобы достичь его на Ø80, нужен расход 150,8 л/мин, так что при 30 л/мин запас большой.

Итог: с запасом 25 % на трение и динамику такой цилиндр подходит для толкающей нагрузки до 6,6 т и тянущей — до 4,5 т. Если тяги не хватает, переходят на следующий диаметр: Ø100 со штоком Ø56 тянет 8,8 т.

На схеме показан момент выдвижения: масло подаётся в порт A (поршневая полость, голубая), шток выходит, масло из штоковой полости уходит через порт B на слив. При втягивании направления потоков меняются местами.

На принципиальных гидросхемах такой цилиндр изображают прямоугольником с поршнем и штоком и двумя линиями подвода — по одной с каждой стороны поршня. Для вертикальных нагрузок в линию добавляют гидрозамок или тормозной клапан, чтобы груз не опускался из-за утечек в распределителе.

Для изготовления по чертежу нужны диаметры поршня и штока, ход, длина в сложенном состоянии между осями креплений, тип и размеры креплений, резьба и расположение портов, рабочее давление. Подойдёт и эскиз с этими размерами или фото старого цилиндра.

Если поршень подходит к крышке на полной скорости, удар нагружает крепления, раму машины и сам цилиндр. Демпфер решает это на последних миллиметрах хода: втулка на штоке входит в расточку крышки, основной выход масла перекрывается, и оно уходит через регулируемый дроссель. Поршень тормозится плавно, а силу торможения настраивают винтом.

Скорость штока задаёт расход: v = Q / A. Предельная скорость поршня в серии FDH — 0,5 м/с; для Ø80 это расход 150,8 л/мин, для Ø125 — 368,2 л/мин. Нужен ли демпфер в конкретном цилиндре, решают по скорости и массе движущихся частей и фиксируют в техническом предложении. Скорость каждого хода регулируют дросселями с обратным клапаном; при попутной нагрузке дросселируют на выходе из полости, чтобы поршень не проваливался под грузом.

Если груз сам возвращает шток и тянуть не нужно, проще гидроцилиндр одностороннего действия — там же сравнительная таблица двух видов.

Гидроцилиндры двухстороннего действия ставят везде, где усилие нужно в обе стороны: на стрелы, рукояти и ковши экскаваторов, погрузчики и краны, в прессы с принудительным возвратом ползуна, в сельхозтехнику, литьевые машины, металлообрабатывающее оборудование и затворы гидротехнических сооружений. На самосвалах их используют, когда кузов нужно опускать принудительно.