Различают гидроцилиндры поступательного действия: поршневые, плунжерные, телескопические и поворотного действия (моментный). Моментный - это объемный гидродвигатель возвратно-поворотным относительно корпуса движением силового органа, которым часто является пластина, заделанная в вал.
Устройство поворотного действия крайне редко применяется в гидроприводах самоходных машин, поэтому рассмотрим лишь гидроцилиндры поступательного действия.
В зависимости от рабочего цикла, скоростей и усилий, которые должны развивать исполнительные механизмы на строительных, дорожных, коммунальных и других самоходных машинах, применяют изделия различных типов с различными способами их включения в объемную гидропередачу.
Гидроцилиндры классифицируются следующим образом:
|
Гидроаппарат |
Определение |
Условное обозначение или схема |
|
Одностороннего действия
Движение выходного вала под действием рабочей жидкости возможно только в одном направлении |
||
| а) гидроцилиндр без указания способа возврата штока |
|
|
| б) с возвратом штока пружиной |
|
|
| в) плунжерный |
|
|
| г) телескопический |
|
|
|
Двустороннего действия Движение выходного вала под действием рабочей жидкости возможно в двух противоположных направлениях |
||
| а) с односторонним штоком |
|
|
| б) с двусторонним штоком |
|
|
| в) телескопический |
|
|
|
С торможением Снабжен демпфирующим устройством, обеспечивающим уменьшение скорости перемещения выходного звена в конце хода |
||
| а) с постоянным торможением в конце хода с одной стороны |
|
|
| б) с постоянным торможением в конце хода с двух сторон |
|
|
| в) с регулируемым торможением в конце хода с одной стороны |
|
|
| г) с регулируемым торможением в конце хода с двух сторон |
|
Гидроцилиндры могут быть одностороннего и двустороннего действия, поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические (рис. 1).
В изделиях одностороннего действия обратный ход совершается под действием внешней нагрузки, а двустороннего действия - под действием рабочей среды (как и прямой ход).
Рис.1. Схемы поршневых гидроцилиндров с односторонним (а), двусторонним (б) штоком и телескопического (в)
Для привода рабочих органов самоходных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Усилие на штоке, и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую из полостей нагнетается рабочая жидкость. Обычно противоположная полость при этом соединяется со сливной линией.
Модели с двусторонним штоком применяют в основном для поворота рабочего оборудования навесных экскаваторов, причем подвижным звеном является корпус гидроцилиндра.
Для получения больших ходов применяют телескопические модели, состоящие из двух и более гидроцилиндров. Под телескопическим силовым гидроцилиндром в общем случае понимают силовой гидроцилиндр, общий ход штоков которого превышает длину его корпуса.
Основными параметрами являются:
- номинальное давление Р ном.,
- диаметр цилиндра (поршня) D,
- диаметр штока d и ход штока L.
Диаметры D и d определяют усилие, развиваемое при заданном давлении.
Если отношение между диаметром поршня и штока D/ d=v2, то для гидроцилиндров с односторонним штоком можно обеспечить равенство усилий и скоростей при движении в обе стороны. Для этого необходимо при выдвижении штока рабочую жидкость подавать в обе полости, а при обратном - только в штоковую полость. Такой способ включения называют дифференциальным.
Максимальная скорость штока не должна превышать 0,5 м/с. Если технологический процесс машины требует больших скоростей, то следует применять специальные типы систем уплотнений.
Уровень номинального давления - основной параметр при выборе рассмотриваемого нами вида оборудования. Однако, при оценке технического ресурса решающими являются режимы работы при максимальном и пиковом давлениях.
Максимальные давления ограничиваются предохранительными клапанами, а пиковые давления определяются динамической характеристикой предохранительных устройств и жесткостью гидросистемы. В некоторых машинах возникают реактивные давления в гидроцилиндрах, зависящие, от кинематических схем этих машин. Они могут вызвать повреждение уплотнений и, как следствие, нарушение герметичности системы. Поэтому , когда создаются или применяются гидроцилиндры, необходимо учитывать номинальный уровень давления, так как его технический ресурс в конкретной машине будет зависеть от учета влияния этого уровня давления.
По условиям применения можно выделить три основные группы, предназначенных для:
- привода в действие рычажных механизмов рабочего оборудования, совершая повторяющуюся циклически полезную работу (одноковшовые экскаваторы, фронтальные погрузчики, лесопогрузчики и т.п.);
- перемещения рабочих органов, совершая полезную работу в процессе движения (скреперы, автогрейдеры, бульдозеры и другие);
- установки рабочих органов (или всей машины) в определенное положение или выносных опор, обеспечиваю щих устойчивое положение машины.
Следовательно, режим работы, характеризующийся средним уровнем давления за рабочий цикл, скоростью движения штока, максимальным и пиковым давлениями в полостях, а также количеством включений в течение рабочего дня и климатическими условиями, - являются существенными факторами, влияющими на выбор гидроцилиндра и, как следствие, на его эксплуатационные свойства.
Основные требования к гидроцилиндрам изложены в ГОСТ 16514-87.
По способу крепления штока и корпуса к элементам машины различают следующие исполнения:
- на проушинах с шарнирными подшипниками;
- на проушинах с шарнирным подшипником и цапфой на корпусе;
- на проушине с шарнирным подшипником и с подготовкой задней крышки гидроцилиндра под сварку с требуемой деталью;
- с подготовкой наружного конца штока под сварку с требуемой деталью и на проушине с шарнирным подшипни ком;
- с подготовкой наружного конца штока под сварку с требуемой деталью и с креплением;
- с подготовкой под сварку наружного конца штока и задней крышки с требуемыми деталями.
Уплотнения
Уплотнения гидроцилиндров самоходных машин должны быть достаточно герметичными, надежными, удобными для монтажа, создавать минимальный уровень трения, иметь небольшие размеры и совместимость с рабочей жидкостью.
В неподвижных соединениях применяются, как правило, резиновые кольца круглого сечения.
В подвижных соединениях поршня и штока применяют резиновые и резино-тканевые манжеты, которые устанавливаются вместе с защитными кольцами из фторопласта.
Эти кольца препятствуют выдавливанию манжет из посадочных канавок в результате воздействия высокого давления рабочей жидкости.
На передней крышке устанавливают штоковый грязесъемник.
В последнее время широкое распространение получают прогрессивные системы уплотнений.
На рис. 2 приведены системы уплотнения гидравлических цилиндров для средних условий эксплуатации (18 МПа) и тяжелых условий эксплуатации (28 МПа).
Рис. 2. Системы уплотнения гидравлических цилиндров для средних условий эксплуатации (18 МПа) (а) и тяжелых условий эксплуатации (28 МПа) (б)
Поршневое уплотнение двойного действия для средних условий работы (рис. 2а) содержит фигурное резинотканевое кольцо, по бокам которого установлены фасонные кольца противовыдавливания и примыкающие к ним опорно-направляющие кольца из стекло-наполненного полимера.
Этот компактный уплотнительный узел устанавливается в простую по геометрии посадочную канавку с нежесткими допусками. Срок службы таких уплотнений составляет 20 лет.
В качестве штокового уплотнения применяется система из опорно-направляющего (компенсационного) кольца, уплотняющего фасонного резино-тканевого кольца совместно с кольцом противовыдавливания и резинового грязесъемника.
Поршневое уплотнение для тяжелых условий работы (рис. 26) содержит опорно-направляющее кольцо из феноло-альдегидного полимера и специального уплотнения, состоящего из фторопластового динамического уплотнительного элемента, усиливающего элемента из специальной резины и двух колец противовыдавливания.
Такие высокоэффективные уплотнения применяются при высоком давлении (до 60 МПа), требуют незначительных размеров посадочных канавок и легко собираются в моноблочном поршне.
Штоковый уплотнительный узел содержит опорно-направляющее буферное, уплотнительное кольца и грязесъемник. Буферное кольцо содержит фасонный круглый элемент из фторопласта и подпорного круглого резинового кольца. Буферное кольцо служит для компенсации скачков давления, возникающих в рабочих полостях гидроцилиндра. Это кольцо существенно увеличивает срок службы штоковых уплотнений и повышает их надежность. Уплотнительное U - образное манжетное кольцо выполнено из полиуретана.
Грязесъемник выполнен из полиуретана с металлическим армированием.
Описанные типы систем уплотнений существенно повышают качество и отвечают современным требованиям эксплуатации.