Гидроцилиндр: устройство, принцип работы и виды

Гидроцилиндр — это объёмный гидродвигатель, который превращает давление рабочей жидкости в прямолинейное движение штока. Масло от насоса поступает в полость цилиндра и давит на поршень, а усилие на штоке равно давлению, умноженному на площадь поршня. Например, гидроцилиндр с поршнем Ø80 мм при 160 бар развивает около 8,2 т.

Fenitsa делает гидроцилиндры с 1979 года. Стандартная серия FDH — поршни Ø40–Ø200 мм, штоки Ø25–Ø125 мм, ход до 5 000 мм, рабочее давление 160 бар.

Гидроцилиндры Fenitsa

Что такое гидроцилиндр

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.

Устройство гидроцилиндра

Из каких деталей состоит гидроцилиндр и зачем нужна каждая из них.

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.

Схема устройства гидроцилиндра двухстороннего действия со стяжками в разрезе с пронумерованными деталями1234567891011121314151617
Устройство гидроцилиндра — Схематичный рисунок (без масштаба).
  1. Задняя крышка
  2. Заднее проушинное крепление
  3. Порт A — поршневая полость
  4. Гильза (хонингованная труба)
  5. Стяжки с гайками
  6. Поршень
  7. Уплотнение поршня
  8. Направляющие кольца поршня
  9. Шток (твёрдое хромирование)
  10. Передняя крышка (букса)
  11. Направляющая втулка штока
  12. Уплотнение штока
  13. Грязесъёмник
  14. Порт B — штоковая полость
  15. Демпфер (втулка) и регулировочный винт
  16. Статические уплотнительные кольца
  17. Проушина штока

Поршневая полость — давление действует на всю площадь поршня · Штоковая полость — давление действует на кольцевую площадь

Детали гидроцилиндра и их назначение
ДетальПоз.Назначение
Гильза4Корпус цилиндра: по хонингованной внутренней поверхности скользит поршень
Задняя крышка (дно)1Закрывает гильзу, несёт порт A и заднее крепление
Передняя крышка (букса)10Закрывает гильзу со стороны штока, несёт направляющую втулку и уплотнения штока
Поршень6Разделяет полости и передаёт усилие давления на шток
Уплотнение поршня7Не пропускает масло из одной полости в другую
Направляющие кольца поршня8Центрируют поршень и не дают металлу касаться гильзы
Шток9Передаёт усилие на нагрузку, работает на сжатие и растяжение
Направляющая втулка11Воспринимает поперечные нагрузки на шток
Уплотнение штока12Удерживает масло в штоковой полости
Грязесъёмник13Счищает грязь и влагу со штока при втягивании
Порты A и B3, 14Подвод и отвод масла к поршневой и штоковой полостям
Демпфер15Тормозит поршень в конце хода и смягчает удар о крышку
Стяжки5Стягивают крышки с гильзой; у сварных цилиндров их заменяет сварной шов
Статические уплотнительные кольца16Герметизируют неподвижные стыки крышек и гильзы
Крепления2, 17Проушины, фланцы, цапфы или лапы для установки на машину

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.

Принцип работы гидроцилиндра

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

  1. 1

    Выдвижение

    Распределитель соединяет порт A с насосом, порт B — с баком. Масло давит на всю площадь поршня, шток выдвигается, а масло из штоковой полости уходит в бак.

  2. 2

    Втягивание

    Распределитель переключается: насос подаёт масло в порт B, порт A соединён с баком. Давление действует на кольцевую площадь, и шток втягивается.

  3. 3

    Остановка и удержание

    В среднем положении распределитель запирает обе линии. Масло практически несжимаемо, поэтому поршень стоит под нагрузкой; медленное смещение возможно только из-за внутренних перетечек.

  4. 4

    Торможение в конце хода

    Если в цилиндре есть демпфер, втулка на штоке входит в расточку крышки, выход масла сужается, и поршень плавно подходит к упору.

Fвыдв = p × π × D² / 4Fвтяг = p × π × (D² − d²) / 4v = Q / A

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.

Виды гидроцилиндров

Гидроцилиндры различают по способу действия, по конструкции корпуса и по рабочему элементу.

Классификация гидроцилиндров
ПризнакВиды
Способ действияОдностороннего действия; двухстороннего действия
Конструкция корпусаСо стяжками; сварные; с резьбовой или фланцевой крышкой
Рабочий элементПоршневые; плунжерные; телескопические
Число штоковС односторонним штоком; двухштоковые (шток через обе крышки)
Число поршнейОднопоршневые; тандемные (два поршня в одном корпусе)
  • Одностороннего действия

    Масло выдвигает шток, назад его возвращает груз или пружина. Один рабочий порт, одна напорная линия. Подробнее — гидроцилиндры одностороннего действия.

  • Двухстороннего действия

    Масло работает в обе стороны: через порт A шток выдвигается, через порт B — втягивается. Самый распространённый вид, см. гидроцилиндры двухстороннего действия.

  • Со стяжками

    Крышки притянуты к гильзе наружными стальными шпильками, поэтому цилиндр легко разобрать для замены уплотнений. Гидроцилиндры Fenitsa со стяжками выпускаются на Ø40–Ø200 мм и 160 бар.

  • Сварные

    Задняя крышка приварена к гильзе, стяжек нет. Корпус компактнее, поэтому такие цилиндры ставят на мобильную технику. Пример — серия THS со сварным корпусом.

  • Телескопические

    Несколько вложенных ступеней дают большой ход при короткой длине в сложенном состоянии. Классическое применение — подъём кузова самосвала, см. телескопический гидроцилиндр.

  • Плунжерные

    Поршня нет: рабочий элемент — сам плунжер, его диаметр и определяет усилие. Работают только на выдвижение; их ставят в подъёмники, домкраты и прессы.

Основные характеристики и маркировка

Основные характеристики гидроцилиндра
ПараметрЧто определяетСерия FDH (каталог Fenitsa)
Диаметр поршня DУсилие выдвиженияØ40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 мм
Диаметр штока dУсилие втягивания и устойчивость штока на продольный изгибØ25–Ø125 мм, два или три варианта на каждый диаметр поршня
Ход SРасстояние, на которое выдвигается штокСтандарт 100, 200, 300, 400, 500 мм; максимум 5 000 мм
Рабочее давлениеДавление длительной работы160 бар (16 МПа); по заказу 250 бар (25 МПа)
Испытательное давлениеДавление испытания — с запасом выше рабочего240 бар (24 МПа)
Скорость поршняПредельная скорость без ударов и ускоренного износа уплотненийДо 0,5 м/с
Жидкость и температураСовместимость уплотненийМинеральное масло; −20…+80 °C, со спецуплотнениями −30…+200 °C
КреплениеСпособ установки на машинуФланцы, проушины, цапфа, лапы; присоединительные размеры по CETOP RP 58 H

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].

Код заказа гидроцилиндра FDH
ПозицияЧто указываютВарианты
FDHСерияСтандартная промышленная серия Fenitsa
ДиаметрДиаметр поршня, мм40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200
ХодХод штока, ммСтандарт 100–500; нестандартный — до 5 000
КреплениеСпособ установкиFFM — передний фланец; RFM — задний фланец; RSM — задняя проушина; RHM — задняя проушина со сферическим подшипником; FSM — шарнирное крепление штока; FRM — сферический наконечник штока; CTM — цапфа посередине; FMM — лапы
УплотнениеМатериал уплотненийNS — NBR (стандарт); VS — Viton
ШтокИсполнение штокаHR — закалённый и хромированный; SS — нержавеющий; CR — Ck45 хромированный

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.

Контроль размеров с помощью индикатора на заводе Fenitsa
Контроль размеров на заводе Fenitsa . Каждый гидроцилиндр проходит испытание на внутренние и внешние утечки.

Где используется гидроцилиндр

Там, где нужно большое усилие при небольших размерах привода и плавное управляемое движение.

  • Строительная техника

    Стрелы, рукояти и ковши экскаваторов, погрузчики, краны-манипуляторы; важны стойкость к ударам и защита штока.

  • Самосвалы и прицепы

    Подъём кузова телескопическими или обычными гидроцилиндрами. См. гидроцилиндры для самосвалов.

  • Прессы

    Гидроцилиндр — главный привод гидравлического пресса: усилие задают давление и диаметр поршня. См. гидроцилиндры для прессов.

  • Сельхозтехника

    Навеска тракторов, фронтальные погрузчики, прицепные орудия. См. гидроцилиндры для сельхозтехники.

  • Станки и промышленное оборудование

    Зажим заготовок, подача, литьевые машины, линии металлообработки — здесь ставят цилиндры со стяжками со стандартными креплениями.

  • Подъёмники и гидротехника

    Подъёмные столы и платформы, затворы плотин и шлюзов, где цилиндр работает с длинным ходом.

Гидроцилиндр и гидравлический поршень: в чём разница

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.

Гидроцилиндр, поршень, плунжер и домкрат
ТерминЧто этоЧто указать в запросе
ГидроцилиндрУзел целиком: гильза, поршень, шток, крышки, уплотнения, крепленияДиаметры поршня и штока, ход, давление, крепления
Гидравлический поршень (деталь)Диск на штоке с уплотнениями и направляющими кольцамиДиаметр гильзы, посадку на шток, тип уплотнений
«Гидравлический поршень» (в быту)То же, что гидроцилиндрКак для гидроцилиндра
ПлунжерРабочий элемент плунжерного цилиндра, он же поршень и штокДиаметр плунжера, ход, давление
ГидродомкратЦилиндр со встроенным ручным или электрическим насосомГрузоподъёмность и высоту подъёма

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.

Как выбрать гидроцилиндр

Подбор начинается с нагрузки, а не с каталога.

  1. 1

    Усилие

    Определите максимальную нагрузку и добавьте запас на трение и динамику — обычно 20–30 %.

  2. 2

    Давление

    Узнайте рабочее давление гидросистемы. Для серии FDH это до 160 бар, по заказу — 250 бар.

  3. 3

    Диаметр поршня

    Рассчитайте D = √(4F / (π·p)) и возьмите ближайший больший стандартный диаметр. Для 10 т при 160 бар получается 88,3 мм, значит, нужен Ø100 мм (12,8 т).

  4. 4

    Шток и ход

    Ход берут с запасом на монтаж. Чем длиннее ход и больше толкающая нагрузка, тем толще нужен шток: его проверяют на продольный изгиб по Эйлеру.

  5. 5

    Крепление и среда

    Крепление выбирают по кинематике машины, уплотнения — по температуре и жидкости: NBR или Viton.

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.

Отправьте параметры цилиндра

Диаметр поршня и штока, ход, рабочее давление, крепления и количество — или чертёж либо фото цилиндра, который нужно заменить. Инженеры Fenitsa подготовят техническое и коммерческое предложение. Тел.info@fenitsa.com.

Запросить цену

Гидроцилиндр — частые вопросы

Короткие ответы инженеров Fenitsa.

Какое давление выдерживает гидроцилиндр?

Столько, на сколько он рассчитан: стандартные гидроцилиндры Fenitsa серии FDH — на рабочее давление 160 бар и испытательное 240 бар, по заказу — на 250 бар. Предохранительный клапан гидросистемы настраивают не выше рабочего давления цилиндра, чтобы при перегрузке масло уходило в бак, а не выдавливало уплотнения.

Почему шток втягивается быстрее, чем выдвигается?

При втягивании масло заполняет только кольцевую полость вокруг штока, а её объём меньше. У цилиндра Ø100/Ø56 площади относятся как 1,46, поэтому при том же расходе насоса шток возвращается в 1,46 раза быстрее, но и тянет во столько же раз слабее.

Из чего делают гильзу и шток?

Гильзу — из хонингованной стальной трубы, шток — из стали с твёрдым хромированием. В серии FDH это труба St52BK+S и сталь Ck45 с хромом не менее 20 мкм и допуском f7. По заказу шток делают закалённым с хромированием (код HR) или из нержавеющей стали (код SS) — для влажной и агрессивной среды.

Какая жидкость работает в гидроцилиндре?

Минеральное гидравлическое масло — на него рассчитаны стандартные уплотнения NBR. Температура масла и окружающей среды для них — от −20 до +80 °C; для диапазона −30…+200 °C ставят специальные уплотнения. Масло должно быть чистым: абразивные частицы быстро изнашивают уплотнения и гильзу.

Может ли гидроцилиндр держать груз без работы насоса?

Да, если распределитель или гидрозамок запирает обе полости: масло практически не сжимается, и поршень остаётся на месте. Медленное опускание под нагрузкой говорит о внутренней утечке — через уплотнение поршня или в распределителе. Поэтому каждый гидроцилиндр Fenitsa испытывают на внутренние и внешние утечки.

Сколько лет Fenitsa поставляет запчасти к гидроцилиндрам?

10 лет — столько Fenitsa обеспечивает сервисную поддержку и поставку запасных частей для своих гидроцилиндров. Передние и задние крышки выпускаются и как отдельные изделия для ремонта. При запросе запчастей укажите код заказа цилиндра или пришлите его размеры и фото — так деталь подберут без ошибки.