Kompleksowy przewodnik po wymiarowaniu cylindrów hydraulicznych

Prawidłowy dobór wielkości siłownika hydraulicznego to fundament każdego niezawodnego układu hydraulicznego. Gwarantuje on, że maszyny będą w stanie obsłużyć wymagane obciążenia bez nadmiernego obciążenia, przegrzania i przedwczesnej awarii. Niniejszy przewodnik omawia podstawowe koncepcje naszego kalkulatora, aby pomóc Ci w podejmowaniu świadomych decyzji inżynieryjnych.

1. Fizyka fundamentalna (prawo Pascala)

Siła hydrauliczna opiera się na prawie Pascala, które głosi, że ciśnienie przyłożone do zamkniętego płynu jest przenoszone bez zmian w każdym kierunku. W cylindrze zależność ta jest zdefiniowana wzorem: F = P × A.

Gdzie:

• F (Siła): Siła, jaką musi wywierać cylinder (mierzona w niutonach lub kN).
• P (Ciśnienie): Ciśnienie układu hydraulicznego (mierzone w MPa lub barach).
• A (Powierzchnia): Efektywna powierzchnia, na którą działa ciśnienie (mm)²).

Aby znaleźć potrzebną średnicę otworu, odwracamy ten wzór:

• Najpierw określ Siła projektowa mnożąc rzeczywiste obciążenie przez współczynnik bezpieczeństwa.
• Następnie oblicz wymaganą Obszar tłoka: A = Siła obliczeniowa / Ciśnienie w układzie (A = F/P).
• Na koniec przekształć ten obszar w Średnica: D = √(4A / π).

2. Dlaczego współczynniki bezpieczeństwa są ważne

“Współczynnik bezpieczeństwa” to mnożnik stosowany do uwzględnienia niepewności w procesie projektowania. W hydraulice siła teoretyczna nigdy nie jest równa sile praktycznej z powodu kilku czynników:

• Tarcie uszczelnienia: Uszczelnienia hydrauliczne (uszczelnienia tłoczysk i tłoczysk) wytwarzają tarcie o ścianki cylindra, zużywając zwykle 5-10% siły efektywnej.
• Przeciwciśnienie: Ograniczenia w przewodach powrotnych i zaworach mogą powodować powstawanie ciśnienia przeciwnego, przeciwdziałającego ruchowi tłoka.
• Obciążenia dynamiczne: Przyspieszenie ciężkiego ładunku wymaga znacznie większej siły niż jego zwykłe trzymanie w miejscu.

Zalecenie: Użyj współczynnika 1.3 Do standardowych, gładkich zastosowań. Do zastosowań wymagających dużej prędkości lub obciążeń udarowych (np. wbijanie pali lub kruszenie) należy stosować 1,5 do 2,0.

Zrozumienie średnicy pręta i ryzyka wyboczenia

Tłoczysko jest często najbardziej podatną na uszkodzenia częścią cylindra hydraulicznego. Podczas gdy średnica otworu jest określana przez siłę nacisku, średnica tłoczyska jest często określana przez Wytrzymałość na wyboczenie (obciążenie kolumny Eulera), a nie prosta wytrzymałość na rozciąganie, zwłaszcza w cylindrach o długim skoku.

Współczynnik powierzchni (φ)

Zależność między powierzchnią tłoka a powierzchnią pierścienia cylindrycznego (obszar w kształcie pierścienia po stronie tłoczyska) nazywa się współczynnikiem powierzchni (φ). Standardowe cylindry przemysłowe zazwyczaj mają określone współczynniki:

• φ ≈ 1,33: Stosowane do cylindrów z małymi tłoczyskami, dużą prędkością powrotu i niskimi wymaganiami co do siły powrotu.
• φ ≈ 1,46 (Standard): Zrównoważona konstrukcja, w której średnica pręta wynosi około 0,6 średnicy otworu. Jest to domyślna sugestia w naszym kalkulatorze.
• φ ≈ 2,0: Posiada gruby pręt (ok. 0,7 × średnica otworu). Zapewnia to dużą siłę powrotu i doskonałą odporność na wyboczenie, ale wolniejszą prędkość powrotu.

Długość skoku i style montażu

Cylinder o długim skoku zachowuje się jak długa kolumna. Pod dużym obciążeniem pchającym wygina się na zewnątrz. Sposób montażu znacząco wpływa na tę stabilność:

Normy ciśnienia systemowego i zastosowanie w przemyśle

Wybór odpowiedniego ciśnienia w układzie to kompromis między kompaktowością a kosztem. Wyższe ciśnienia pozwalają na zastosowanie mniejszych cylindrów, ale wymagają droższych pomp, węży i uszczelnień.

Często zadawane pytania (FAQ)