Гидроцилиндр с односторонним штоком при определённых диаметрах поршня и штока, подключенный по т.н. дифференциальной схеме (рис. А8), позволяет обеспечить требуемое соотношение скоростей прямого и обратного ходов, в т.ч. обеспечить их равенство.
Рис. А8
| а) обе полости сообщаются, поршень движется вправо, подача масла в поршневую полость равна: Q1 = Qн+Q2, где Qн – подача масла от насоса, Q2 – объём масла, вытесняемого из штоковой полости в единицу времени. Очевидно: Преобразуем с учётом этого выражение для подачи масла: v1×F1 = Qн+v1×F2, откуда | б) поршень движется влево: |
Чтобы v1 = v2, должно быть Qн/Fшт = Qн/(F1– Fшт) и 2×Fшт = F1 или Fшт = 0,5×F1, откуда d2 = 0,5×D2 и d0,71×D.
При d = 0,3×D v1/v210.
§ 3.4 Вариант конструкции гидроцилиндра и рекомендации по расчёту размеров цилиндров
3.4.1. На рис. 2.6 представлен вариант конструкции гидроцилиндра с односторонним штоком. В конструкции обеспечивается торможение в конце хода поршня в любую сторону, для чего предусмотрены: специальный выступ с правой стороны поршня и тормозное кольцо с левой, которые, входя в расточки крышек в конце хода, затрудняют выход масла из соответствующей полости. В результате скорость поршня уменьшается.
Для выпуска воздуха из полостей цилиндра в крышках могут быть выполнены специальные отверстия, заглушаемые резьбовыми пробками.
Условные обозначения некоторых гидроцилиндров приведены на рис. 2.7.
3.4.2. При следует учитывать, при каком ходе штока – прямом или обратном – преодолевается технологическая нагрузка. Так, усилие на штоке цилиндра (равное преодолеваемому цилиндром сопротивлению Р) будет:
а) при толкающем штоке б) при тянущем штоке
, ,
откуда
где p и рпр – рабочее давление и противодавление;
а = d/D. Для рыночных цилиндров а = 0,25-0,4, для дифференциального цилиндра, обеспечивающего равенство скоростей прямого и обратного ходов (v1 = v2),
В выражениях: d и D в мм, Р в Н, p и рпр в МПа.
Для обеспечения требуемого соотношения скоростей v1/v2:
при обычном подключении цилиндра: , при дифференциальном: .
После определения диаметра поршня определяется диаметр штока: d = a ×D.
Значения диаметров поршней и штоков должны выбираться из рядов, установленных ГОСТами.
После определения D и d следует выполнить некоторые проверки.
К примеру: в цилиндрах следует выдерживать l/D=18-20, где l - ход штока цилиндра. Если l/D>20, то возможно при работе возникновение вибраций и автоколебаний из-за наличия в цилиндре значительного объёма масла и его сжимаемости. В этом случае можно увеличить D, а если это нецелесообразно, то следует применить вместо цилиндра гидромотор с винтовой или реечной передачей.
Сжимаемость масла в цилиндре приводит к запаздыванию движения его штока; время запаздывания (с) будет:
где F – площадь поршня, мм2; H - высота сжимаемого столба масла, мм; E - модуль упругости масла, МПа;
– изменение давление масла в рабочей камере цилиндра, обеспечивающее начало движения штока, МПа;
Q – подача масла в цилиндр, л/мин.
Время t может быть значительным.
К примеру, при D=125 мм, Н=600 мм, Е=1400 МПа, =4 МПа, Q=0,3 л/мин, будет t=4,2 с.
В связи с этим, при необходимости обеспечения плавности движения, особенно при малых скоростях, отношение l/D должно быть значительно меньшим.
При работе толкающего цилиндра его шток нагружается значительными сжимающими усилиями, под действием которых может возникнуть прогиб штока (потеря устойчивости), а при дальнейшем увеличении нагрузки – разрушение цилиндра. Во избежание этого необходимо придерживаться определенных соотношений между величиной хода, диаметром штока и сжимающей нагрузкой при учете способа закрепления цилиндра.
При v>18 м/мин (в точных станках – >8 м/мин) в конце хода необходимо предусматривать торможение поршня для исключения резких ударов его о крышку цилиндра.
3.4.3. Для обеспечения требуемых скоростей в цилиндр с односторонним штоком должна обеспечиваться подача масла:
- при прямом ходе поршня (на рис. – вправо): ,
- при обратном: (Q, л/мин; v, м/мин; D и d, мм).
Для цилиндров с резинотканевыми и резиновыми уплотнениями (см. п. 7.2) практически коэффициент подачи (объёмный КПД) При уплотнении поршня разрезными металлическими кольцами
Если скорость хода (прямого, обратного, того и другого) должна регулироваться, то следует рассчитывать подачи масла при наибольших скоростях.
Лекция 5