Виды гидроцилиндров и их устройство: поршневые, плунжерные, телескопические

Вид гидроцилиндра выбирают раньше диаметра: сначала решают, должен ли цилиндр толкать и тянуть или только толкать, хватит ли его длины на нужный ход и вернётся ли он сам под грузом. Ответы на эти три вопроса почти однозначно называют вид. Диаметр поршня и давление подбирают уже после, расчётом усилия.

Три вида различают по тому, что выходит из гильзы

Поршневые встречаются чаще остальных, они закрывают большинство задач техники и станков. Плунжерные проще и дешевле при большом диаметре, телескопические нужны там, где ход должен быть длиннее самого цилиндра. Есть и специальные исполнения: с двусторонним штоком, сдвоенные, с встроенным датчиком положения или с тормозным клапаном на корпусе, но по принципу они относятся к тем же трём видам.

Поршневой цилиндр двустороннего действия толкает и тянет

В поршневом цилиндре гильза разделена поршнем на две полости. Масло, поданное в поршневую полость, выдвигает шток, поданное в штоковую, втягивает его. Площадь со стороны штока меньше на площадь сечения штока, поэтому при одном давлении цилиндр толкает сильнее, чем тянет, а при одном расходе втягивается быстрее, чем выдвигается.

Пример: у цилиндра с поршнем 100 мм и штоком 50 мм кольцевая полость меньше поршневой на четверть, отношение площадей 1,33. Поэтому ковш или стрела, которые цилиндр тянет на себя, получают на четверть меньше усилия, чем при толкании, зато двигаются быстрее. Конструкторы техники учитывают это, разворачивая цилиндр так, чтобы самая тяжёлая операция, например подъём груза, шла на толкание. Если масло из штоковой полости при выдвижении вернуть в поршневую, получится дифференциальная схема: быстрый ход ценой усилия.

Цилиндр с двусторонним штоком выравнивает площади: шток выходит через обе крышки, и скорость в обе стороны одинакова. Его ставят в рулевом управлении и в станках, где стол ходит вперёд и назад с одной скоростью.

Одностороннего действия возвращается пружиной или грузом

Поршневой цилиндр одностороннего действия получает масло только в одну полость. Вторая соединена с баком или с атмосферой через сапун, и обратный ход делает пружина внутри цилиндра или внешняя сила: вес стрелы, кузова, груза. Схема управления проще, нужна одна линия вместо двух.

Пружинный возврат встречается в малых цилиндрах прижимов и зажимов. Ход у них короткий, потому что длинная пружина занимает место и отнимает часть усилия. Сапун на нерабочей полости важен: через него цилиндр «дышит», и если он забит грязью или с него сорван колпачок, внутрь попадают пыль и влага, которые доходят до уплотнения поршня с обратной стороны.

Плунжерный цилиндр работает только на выталкивание

В плунжерном цилиндре поршня нет. Из гильзы выдвигается плунжер, толстый стержень, диаметр которого и задаёт рабочую площадь. Плунжер уплотнён в крышке манжетой и ведётся направляющей втулкой, внутреннюю поверхность гильзы он не касается, поэтому её не обрабатывают начисто. При больших диаметрах это заметно удешевляет цилиндр.

Обратный ход у плунжерного цилиндра делают внешней силой: весом подвижных частей пресса, мачты, платформы или отдельными возвратными цилиндрами. Поэтому плунжерные ставят вертикально или там, где груз сам возвращает плунжер. Типичные места: главные цилиндры гидравлических прессов, подъёмники, мачты погрузчиков, домкраты.

Чем плунжерный гидроцилиндр отличается от поршневого?

У плунжерного гидроцилиндра давление давит на торец толстого выдвижного стержня, а поршня внутри нет, поэтому плунжерный цилиндр только выталкивает, а втягивает его вес пресса, мачты или отдельные возвратные цилиндры. Поршневой гидроцилиндр двустороннего действия работает в обе стороны. В плунжерном одна подвижная пара, плунжер и крышка с манжетой и втулкой, и гильзу изнутри не шлифуют, что удешевляет цилиндры большого диаметра.

Телескопический даёт длинный ход при короткой длине

Телескопический цилиндр собран из нескольких гильз-ступеней, вставленных друг в друга. При подаче масла первой выдвигается ступень с наибольшей площадью, затем следующие по очереди. В сложенном виде цилиндр короче хода в несколько раз, поэтому он помещается под кузовом самосвала или под платформой.

Усилие телескопа падает по мере выдвижения, потому что каждая следующая ступень меньше по диаметру. Пример: ступени 125, 100 и 80 мм при давлении 16 МПа. Первая развивает около 196 кН, вторая около 126 кН, третья около 80 кН. Кузов самосвала в начале подъёма самый тяжёлый для цилиндра, и как раз тогда работает самая большая ступень. При ремонте телескопа ремкомплект берут сразу на все ступени.

Телескопы бывают одностороннего действия (самосвалы) и двустороннего, с принудительным втягиванием (мусоровозы, прессы-уплотнители). Двусторонние сложнее и требуют больше уплотнений на каждой ступени.

Устройство гидроцилиндра сводится к семи узлам

Устройство гидроцилиндра у всех видов складывается из похожих узлов, и различаются они составом, а не принципом.

Крышки соединяют с гильзой резьбой, стяжными шпильками, стопорным кольцом или сваркой днища. От этого зависит, как быстро цилиндр разбирают: цилиндр на шпильках разбирают за минуты, резьбовую крышку крупного цилиндра техники откручивают специальным ключом, а сварное днище не разбирают вовсе. Направляющие втулки бывают бронзовые, чугунные и полимерные; полимерные втулки из капролона и наполненного фторопласта можно изготовить под размер.

Из чего состоит гидроцилиндр?

Гидроцилиндр собран так, чтобы давление масла превратилось в усилие на проушине: масло давит на поршень или плунжер, усилие идёт через шток к переднему креплению, а реакция через гильзу и днище к заднему креплению. По этому пути стоят гильза, поршень с уплотнением и направляющими, шток с хромом, передняя крышка с втулкой, манжетой и грязесъёмником, днище и крепления: проушины, цапфы или фланец. У многих цилиндров техники в крышках есть демпферы конца хода.

Ряды диаметров и давлений задаёт стандарт

Для гидравлики ГОСТ 6540-68 задаёт давления от 2,5 до 63 МПа; в технике и станках чаще встречаются ступени 16, 20, 25 и 32 МПа. Диаметры поршня идут по основному ряду 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 мм, и на этих числах удобно проверять, стандартный ли цилиндр перед вами. На телескопические цилиндры стандарт не распространяется, у них ряды задаёт изготовитель. Текст опубликован, например, на dnaop.com.

Общие технические требования к поршневым, плунжерным и телескопическим гидроцилиндрам на давление до 40 МПа задаёт ГОСТ 16514-96, а правила приёмки и методы испытаний ГОСТ 18464-96. Цилиндр со стандартным диаметром проще ремонтировать: уплотнения к нему есть в каталогах. Цилиндр с диаметром вне ряда, например 105 или 72 мм, при ремонте почти наверняка потребует уплотнений, изготовленных по размерам.

Вид цилиндра определяет состав уплотнений

Набор уплотнений растёт с числом подвижных пар. Плунжерный цилиндр пресса обходится манжетным пакетом плунжера, втулкой и грязесъёмником. Поршневой цилиндр стрелы получает ещё уплотнение поршня, направляющие кольца и, на тяжёлой технике, буферное кольцо штока. Трёхступенчатый телескоп самосвала несёт по уплотнению, грязесъёмнику и направляющей на каждой ступени. Под каждое место профиль выбирают по давлению и удержанию груза, и уплотнения в гидроцилиндре одного вида у разных машин тоже различаются.

Для заказа уплотнений к цилиндру любого вида полезно сразу назвать вид, диаметры штока и гильзы, давление и машину. Наша компания производит уплотнения гидроцилиндров по образцу, эскизу или чертежу, включая комплекты на телескопические ступени, где каталожных позиций часто нет.

Вид под задачу выбирают тремя вопросами

Дерево выбора выглядит так. Если цилиндр должен и толкать, и тянуть, берут поршневой двустороннего действия, а при равных скоростях в обе стороны с двусторонним штоком. Если только толкать и ход длиннее, чем помещается цилиндр, нужен телескопический. Если только толкать, ход умещается, а груз возвращает цилиндр сам, подходит плунжерный. Если груза для возврата нет, ставят поршневой одностороннего действия с пружиной.

После выбора вида проверяют то, что дерево не учитывает: боковые нагрузки на шток, продольный изгиб при длинном ходе, температуру и тип масла. Длинный тонкий шток поршневого цилиндра на сжатие может потерять устойчивость раньше, чем цилиндр разовьёт расчётное усилие, и тогда выбирают больший диаметр штока или меняют крепление.