Typy hydraulických válců: Průvodce dimenzováním a výběrem

Hydraulické válce poskytují řízenou lineární sílu v rypadlech, zemědělských strojích, lisech, -systémech manipulace s materiálem, námořním vybavení a automatizaci továren.

Správný válec závisí na více než vrtání a zdvihu. Požadovaná síla, instalační prostor, směr zatížení, tlak, prostředí, pracovní cyklus a montážní geometrie ovlivňují výběr. Tato příručka vysvětluje hlavní typy válců, jejich konstrukci, základní dimenzování a informace, které by kupující v USA měli získat před objednáním standardní nebo zakázkové jednotky.

Typy hydraulických válců a jejich použití

Hydraulické válce lze klasifikovat podle způsobu ovládání, vnitřního designu, konstrukce a montážního uspořádání. Kategorie se překrývají. Svařovaný válec může být například také dvojčinný-, zatímco teleskopický válec může být jednočinný- nebo dvojčinný-.

*Tato čísla představují široký rozsah použití, ne univerzální hodnocení. Vždy používejte hodnoty pracovního-tlaku a odolnosti- výrobce.

Jednočinné-a dvojčinné-válce

A jednočinný-válec používá hydraulický tlak k pohybu pístu v jednom směru. Zpětný pohyb normálně zajišťuje gravitace, pružina nebo vnější zatížení. Toto uspořádání funguje dobře pro aplikace, jako je vyklápěcí-zvedání nástavby, kde není nutné elektrické zatahování.

A dvou{0}}činný válecmá tlakové otvory na obou stranách pístu, takže hydraulický olej ovládá vysouvání a zasouvání. Je to lepší volba, když stroj potřebuje řízený pohyb v obou směrech, konzistentní časy cyklů nebo přesné polohování.

Teleskopické válce

A teleskopický hydraulický válectaké nazývaný vícestupňový válec, obsahuje několik vnořených trubicových stupňů. Jeho hlavní výhodou je poměr zdvihu a zasunuté délky. Relativně krátký uzavřený válec se může prodloužit na několikanásobek své původní délky.

Tato konstrukce je běžná u sklápěčů, přívěsů, odpadkových zařízení, zvedacích plošin a dalších strojů s omezeným montážním prostorem.

Bezpístnicové válce

Bezpístnicový válec přenáší pohyb pístu na vnější vozík, aniž by z těla vyčnívala konvenční tyč. Poskytuje dlouhý pojezd tam, kde není dostatek místa jak pro hlaveň válce, tak pro prodlouženou tyč.

Hlavním omezením je vedení zátěže. Pohyblivé zatížení by obecně mělo mít spíše vnější vedení než nutit válec absorbovat velké momenty nebo boční zatížení.

Plunžr, spojovací tyč{0} a svařované válce

Píst nebo válec pístu vytváří tlakovou sílu prostřednictvím pístu o velkém{0}}průměru a běžně se používá ke zvedání a lisování.

Válce spojovací tyče používají tyče s vnějším závitem, které drží koncové kryty pohromadě. Jejich normalizované montážní rozměry a provozuschopná konstrukce je činí běžnými v průmyslových strojích.

Svařované lahve používají svařovanou konstrukci hlavně a-závěru. Mají kompaktní obal a vysokou konstrukční pevnost, která vyhovuje mobilním hydraulickým zařízením.

Součásti válce a montážní konfigurace

 

Většina konvenčních hydraulických válců obsahuje stejné základní části:

- Válec válce obsahuje tlak a vede dráhu pístu.
- Píst odděluje tlakové komory a převádí tlak na sílu.
- Pístnice přenáší tuto sílu na stroj.
- Hlava a víčko válce uzavírají hlaveň a podpírají vnitřní části.
- Ložisko tyče nebo vodítko podpírá tyč a udržuje vyrovnání.
- Těsnění pístu a pístnice omezují vnitřní a vnější úniky oleje.
- Stěrač zabraňuje pronikání nečistot a vlhkosti kolem tyče.
- Hydraulické porty spojují válec s ventily, hadicemi nebo hadičkami.

Označený průřezový diagram vedle této části může pomoci -zákazníkům, kteří nejsou ve strojírenství, identifikovat hlaveň, píst, tyč, ucpávku, těsnění a porty.

Běžné typy montáže

Přírubové úchyty poskytují pevné připojení a efektivně zvládají axiální zatížení, když jsou správně vyrovnány.

Nožní nebo boční-úchyty upevňují tělo válce k rámu stroje. Vyžadují pečlivé vyrovnání, aby se zabránilo bočnímu zatížení.

Držáky vidlice a čep{0}}umožňují otáčení válce při pohybu mechanismu. Jsou běžné na stavebních a zemědělských strojích.

Čelní držáky umožňují úhlový pohyb kolem pevného čepu a mechanismu obleku, ve kterém válec mění úhel během zdvihu.

Kulové-konce tyčí ložisek se vyrovnávají s omezeným úhlovým vychýlením a jsou užitečné v kloubových mechanismech nesoucích vysoké zatížení.

Ať už je použit jakýkoli držák, musí sledovat skutečnou dráhu zatížení. Hydraulický válec je určen především pro axiální sílu, nikoli jako konstrukční vedení. Nesprávné vyrovnání může způsobit předčasné-opotřebování těsnění tyče, rýhy, nerovnoměrné opotřebení hlavně, váznutí, ohýbání tyče a únavu kolem svarů nebo montáží.

Kolíkové a kulové držáky obecně vyhovují mechanismům, které se pohybují po oblouku. Pevná příruba a patky vyžadují obzvláště přesné vyrovnání.

Normy NFPA se zabývají rozměry vrtání a tyče palcových{0}}řad, rozměry průmyslové montáže, porty, vzpěr a metody hodnocení tlaku-. Jsou zvláště důležité, když americké vybavení vyžaduje zaměnitelnost.

Výpočty velikosti, síly a tlaku

Dimenzování válce začíná vztahem mezi tlakem, plochou pístu a silou:

**Síla=Tlak × Plocha**

nebo:

**F = P × A**

Kde:

- **F**=síla v librách-síla (lbf)
- **P**=hydraulický tlak v psi
- **A**=efektivní plocha pístu ve čtverečních palcích

Pro rozšíření:

**A=π × vrtání² ÷ 4**

Pro stažení:

**A=Oblast pístu – Oblast tyče**

Protože táhlo zmenšuje účinnou plochu na jedné straně pístu, běžný jednočinný -tyčový, dvoučinný{1} válec normálně vytváří menší tažnou sílu než tlačná síla při stejném tlaku.

Příklad 1: Vrt potřebný pro 10 000 lbf při 3 000 psi

Požadovaná síla:

**F=10 000 lbf**

Dostupný tlak:

**P=3 000 psi**

Požadovaná plocha pístu:

**A = F ÷ P**

**A=10 000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Průměr vrtání:

**Vrtání=√(4A ÷ π)**

**Vrt ≈ 2,06 palce**

Teoretické minimum je vrtání 2,06 palce. Skutečná konstrukce musí také umožňovat tření, tlakovou ztrátu, kolísání zatížení a vhodnou bezpečnostní rezervu. Místo určení přesné teoretické velikosti lze tedy zvolit další vhodný standardní otvor.

Průtok a rychlost válce

Průtok do značné míry určuje rychlost válce:

**Rychlost=průtok ÷ efektivní plocha**

Jeden americký galon je přibližně 231 krychlových palců. Proto:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/s**

Příklad 2: Přibližná doba vysunutí teleskopického-válce

Zvažte zjednodušený tří{0}}stupňový, jednočinný{1}} teleskopický válec dodávaný s rychlostí 10 GPM.

| Etapa|Efektivní průměr|Oblast|Mrtvice |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Fáze 1|4,0 v|12,57 in²|20 v |
| Fáze 2|3,0 v|7,07 in²|20 v |
| Fáze 3|2,25 v|3,98 in²|20 v |

S rychlostí 38,5 in³/s se fáze 1 pohybuje rychlostí:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 in/s**

Jeho doba prodloužení je:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 s**

Pro fázi 2:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 in/s**

**Čas ≈ 3,7 s**

Pro fázi 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 in/s**

**Čas ≈ 2,1 s**

Přibližná celková doba prodloužení je:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 sekund**

Jedná se o zjednodušený výpočet. Skutečná konstrukce teleskopického-válce musí využívat efektivní plochy plošiny výrobce a zohledňovat pořadí, vnitřní geometrii, tření, tlakovou ztrátu a změny zatížení.

Časté chyby ve velikosti

Před zadáním objednávky zkontrolujte, zda kalkulace neobsahuje:

- Pro zatahovací sílu byla použita oblast s plným vyvrtáním místo prstencové oblasti
- Ignorovaná tlaková ztráta ventily a hadicemi
- Vybral válec pouze z maximálního tlaku v systému
- Přehlédnuté vybočení tyče během dlouhého kompresního zdvihu
- Nepodařilo se zohlednit boční načítání
- Poddimenzovaný hydraulický průtok pro požadovanou dobu cyklu
- Ignorováno odpružení na konci tahu

Online kalkulačka může tuto práci zjednodušit. Mezi užitečné vstupy patří vrtání, průměr tyče, zdvih, tlak, průtok, zatížení a bezpečnostní faktor. Výstupy mohou zahrnovat vysouvací a zatahovací sílu, objem oleje a odhadovanou dobu jízdy.

Materiály, těsnění, povlaky a normy

Materiály by měly odpovídat jak mechanickému zatížení, tak provoznímu prostředí. Uhlíková ocel je široce používána pro sudy a konstrukční díly. Námořní, potravinářské{2}}zpracování, chemické a vysoce korozivní aplikace mohou vyžadovat nerezovou ocel.

Pístní tyče běžně používají kalenou ocel s tvrdým chromováním. Silná koroze nebo abrazivní služby mohou vyžadovat indukční kalení, nitrokarburizaci, nerezové tyčové materiály nebo HVOF-aplikované otěruvzdorné-nátěry, jako je WC-CoCr. Barva, práškové lakování, fosfátová předúprava a další ochranné systémy se používají také na vnější díly.

Materiál těsnění je stejně důležitý:

| Materiál těsnění|Typická pevnost |
| --- | --- |
| NBR|Obecný hydraulický-olej |
| HNBR|Vylepšená odolnost vůči teplotě, opotřebení a stárnutí |
| Polyuretan (PU)|Silná odolnost proti oděru a vytlačování |
| PTFE|Nízké tření a široká chemická kompatibilita |
| FKM|Aplikace odolné vůči vysokým-teplotám a chemikáliím- |

Teplotní limity a kompatibilita s kapalinami závisí na sloučenině, nejen na rodině polymerů. Pokyny společnosti Parker pro těsnění například ukazují, že materiály NBR, HNBR, FKM, TPU a další mohou být zvoleny odlišně podle typu kapaliny a podle toho, zda je těsnění statické nebo dynamické.

Ochraně proti korozi je třeba věnovat zvláštní pozornost v pobřežních službách, námořních strojích a zařízeních-na odstraňování sněhu vystavených posypové soli.

ASTM B117-26 je současná americká praxe pro kontrolované zkoušení kovů a potažených kovů solným rozprašováním-. ASTM varuje před tím, aby se výsledky solného-postřiku nepovažovaly za přímé předpovědi skutečné životnosti.

Příslušné normy mohou také zahrnovat ISO 6020-2 pro určité 160barové metrické lahve a ISO 6022 pro 250barové sériové lahve. ISO 6022:2006 zůstává v době psaní aktuální, zatímco náhradní vydání je ve vývoji. Specifikace nákupu by měly potvrdit aktuální revizi při zadání objednávky.

Aplikace, údržba a režimy selhání

Různá prostředí mají tendenci upřednostňovat různé návrhy:

- Stavební stroje běžně používají kompaktní svařované, dvojčinné-válce vyrobené tak, aby vydržely rázové zatížení.
- Zemědělské vybavení často používá svařované válce s vidlicovými, příčnými{1}}trubkami nebo kolíky, protože mechanismus se pohybuje pod měnícími se úhly.
- Sklápěče a přívěsy používají teleskopické válce k dosažení dlouhých zdvihů v omezeném instalačním prostoru.
- Průmyslové lisy a tovární zařízení často používají válce typu spojovací-tyče nebo těžké{2}}frézy-, kde záleží na opakovatelnosti a provozuschopnosti.
- Námořní a přístavní vybavení vyžaduje dodatečnou ochranu proti korozi a pečlivý výběr tyčí a těsnění.

Mezi běžné poruchy patří vnější -netěsnost těsnění pístu, vnitřní netěsnost těsnění pístu{1}}, poškrábání nebo koroze na tyči, ohnuté tyče, opotřebovaná ložiska tyče, poškození hlavně, únavové trhliny kolem svarů nebo montáží, přehřátí, zavzdušnění nebo kavitace a poškození těsnění a povrchů související s kontaminací-.

Pokud se válec pod zatížením posune, zjistěte, zda olej obchází těsnění pístu nebo prosakuje přes směrový nebo řídicí ventil.

Když se objeví vnější netěsnost, zkontrolujte tyč před výměnou těsnění. Nové těsnění přecházející přes poškrábaný nebo zkorodovaný povrch může opět rychle selhat.

Přestavba může být ekonomická, když jsou poškozena těsnění a opotřebitelné části, ale hlaveň, tyč a konstrukční části zůstávají v toleranci. Výměna je obvykle atraktivnější, když je tyč špatně ohnutá, hlaveň má hluboké rýhy, konstrukční svary jsou prasklé, koroze je silná, díly jsou nedostupné nebo se náklady na opravu blíží ceně nového válce.

Co by měli kupující v USA zahrnout do RFQ

Užitečná žádost o cenovou nabídku by měla obsahovat:

- Typ válce
- Průměry vrtání a tyče
- Tah
- Délka zasunutá a vysunutá
- Pracovní a špičkový tlak
- Požadovaná tlaková a tažná síla
- Provozní rychlost
- Styl montáže a připojení tyče-
- Typ, velikost a pozice portu
- Hydraulická kapalina a provozní teplota
- Pracovní cyklus
- Expozice venku nebo korozi
- Množství
- Výkresy nebo stávající číslo dílu válce
- Požadavky na testování a certifikaci

Standardní náhradní válce mohou stát stovky dolarů. Specializované svařované, teleskopické, nerezové, s velkým-vrtáním, senzorem-vybavené a na míru{3}}konstruované jednotky mohou rychle stát tisíce.

Dodací lhůty se také liší. Skladové produkty mohou být odeslány rychle, zatímco zakázkové lahve často trvají několik týdnů. Současné příklady výrobců uvádějí zhruba 3 až 8 týdnů pro mnoho zakázkových projektů, s delšími plány pro neobvykle velké nebo složité systémy.

Při nákupu vlastní tlakové láhve ze zahraničí porovnejte schválení prototypu, tlakové zkoušky, dokumentaci, balení, námořní nebo leteckou přepravu, sady náhradních těsnění, záruční podporu a{0}}dostupnost náhradních dílů a také jednotkovou cenu.

Příprava na výběr válce

Začněte s plnou aplikací spíše než samotnou velikostí otvoru. Konečný design ovlivňuje síla, zdvih, montážní geometrie, tlak, průtok, prostředí, pracovní cyklus, stabilita tyče, materiál těsnění a dostupný prostor.

Před vyžádáním technické kontroly nebo cenové nabídky si připravte vrtání, průměr tyče, zdvih, montážní rozměry, provozní tlak, aplikační detaily a stávající výkresy.

Užitečné podpůrné zdroje mohou zahrnovat:

- Kalkulačka síly hydraulického válce
- Šablona Excel{1}} o velikosti válce
- PDF specifikace hydraulického válce
- Kontrolní seznam instalace a údržby
- Vlastní-formulář RFQ na lahev

Společnosti, které nabízejí zaručenou dobu odezvy, telefonickou podporu v USA, rychlé prototypy nebo vzorkové válce, by měly uvést tyto konkrétní závazky vedle tlačítka RFQ, místo aby se spoléhaly na obecná tvrzení.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi jednočinnými-a dvojčinnými-válci?

Jedno{0}}činné válce využívají hydraulický tlak v jednom směru a při návratu spoléhají na gravitaci, pružinu nebo vnější zatížení. Dvojčinné{2}}válce využívají tlak k vysouvání a zatahování, takže jsou vhodnější pro kontrolovaný obousměrný pohyb.

Jak si stojí teleskopické válce ve srovnání se standardními válci?

Teleskopické válce poskytují mnohem delší zdvih vzhledem k jejich zasunuté délce. Vyhovují instalacím s omezeným prostorem, ale s požadavky na dlouhou cestu, ačkoli jejich vícestupňová konstrukce činí návrh a údržbu složitější.

Kdy je bezpístnicový válec lepší volbou?

Bezpístnicový válec funguje dobře, když je vyžadována dlouhá lineární dráha, ale není dostatek místa pro vysouvací pístnici. Pohyblivé zatížení by normálně mělo mít vnější vedení, protože nadměrné momenty a boční zatížení zkracují životnost válce.

Jak vypočítám vrtání, velikost tyče a tlak?

Pomocí **F=P × A** najděte plochu pístu potřebnou pro cílovou sílu. Poté zvolte vrtání, průměr tyče, tlak v systému a bezpečnostní faktor a přitom kontrolujte zatahovací sílu, vyboulení tyče, požadavky na průtok a tlakovou ztrátu.

Která montážní konfigurace minimalizuje boční zatížení?

Žádný držák není nejlepší pro každý stroj. Uchycení vidlice, čepu, kolíkového-očka a kulových{2}}ložisek vyhovují mechanismům, které se otáčejí. Uchycení příruby a patky funguje dobře, když je náklad přesně vyrovnán s osou válce.

Která těsnění a nátěry jsou vhodné pro pobřežní nebo silniční-solné prostředí?

Korozívní prostředí může vyžadovat nerezové komponenty, vylepšené tyče a vnější povlaky a těsnění přizpůsobené jak kapalině, tak provozní teplotě. Testování solným-nástřikem může porovnávat nátěrové systémy, ale nepředpovídá přímo životnost venkovních nátěrů.

Co bych měl zkontrolovat před výměnou válce?

Zkontrolujte vnější netěsnosti, rýhy na tyči, korozi, nesouosost, ohyb, vnitřní netěsnost, netěsnost ventilu, znečištění, opotřebení montáže, tlakové špičky a abnormální teploty. Mnoho závad souvisejících s těsněním{1}} lze opravit, zatímco poškození konstrukce nebo vážné poškození povrchu může být důvodem k výměně.