Typer af hydrauliske cylindre: Størrelses- og valgvejledning

Hydrauliske cylindre giver kontrolleret lineær kraft i gravemaskiner, landbrugsmaskiner, presser, materiale-håndteringssystemer, marineudstyr og fabriksautomatisering.

Den rigtige cylinder afhænger af mere end boring og slaglængde. Påkrævet kraft, installationsplads, belastningsretning, tryk, miljø, driftscyklus og monteringsgeometri påvirker alle valget. Denne vejledning forklarer de vigtigste cylindertyper, deres konstruktion, grundlæggende dimensionering og de oplysninger, amerikanske købere bør indsamle, før de bestiller en standard- eller brugerdefineret enhed.

Hydrauliske cylindertyper og hvor de bruges

Hydrauliske cylindre kan klassificeres efter aktiveringsmetode, internt design, konstruktion og monteringsarrangement. Kategorierne overlapper hinanden. En svejset cylinder kan for eksempel også være dobbelt-virkende, mens en teleskopcylinder kan være enkelt- eller dobbelt-virkende.

*Disse tal er brede anvendelsesområder, ikke universelle klassificeringer. Brug altid producentens arbejds--tryk- og prøvetryk-værdier.

Enkelt-virkende og dobbeltvirkende-cylindre

A enkelt-virkende cylinder bruger hydraulisk tryk til at flytte stemplet i én retning. Tyngdekraften, en fjeder eller en ekstern belastning sørger normalt for returbevægelsen. Dette arrangement fungerer godt til applikationer såsom dump-kropsløftning, hvor drevet tilbagetrækning er unødvendigt.

A dobbelt-virkende cylinderhar trykporte på begge sider af stemplet, så hydraulikolie styrer ud- og tilbagetrækning. Det er det bedre valg, når en maskine har brug for kontrolleret bevægelse i begge retninger, ensartede cyklustider eller nøjagtig positionering.

Teleskopcylindre

A teleskopisk hydraulisk cylinderogså kaldet en flertrinscylinder, indeholder flere indlejrede rørformede stadier. Dens største fordel er forholdet mellem slag og tilbagetrukket længde. En relativt kort lukket cylinder kan strække sig til flere gange sin oprindelige længde.

Dette design er almindeligt i dumpere, trailere, renovationsudstyr, løfteplatforme og andre maskiner med begrænset monteringsplads.

Stangløse cylindre

En stangløs cylinder overfører stempelbevægelser til en ekstern vogn uden en konventionel stang, der strækker sig fra kroppen. Det giver lang vandring, hvor der ikke er plads nok til både en cylindertønde og en forlænget stang.

Belastningsvejledning er den vigtigste begrænsning. Den bevægelige last bør generelt have ekstern styring i stedet for at tvinge cylinderen til at absorbere store momenter eller sidebelastninger.

Stempel, træk-stang og svejsede cylindre

Et stempel eller cylinder producerer trykkraft gennem et stempel med stor -diameter og bruges almindeligvis til løft og presning.

Binde-cylindre bruger udvendige gevindstænger til at holde endestykkerne sammen. Deres standardiserede monteringsdimensioner og brugbare konstruktion gør dem almindelige i industrimaskiner.

Svejste cylindre bruger en svejset cylinder og ende-hættestruktur. De har en kompakt ramme og høj strukturel styrke, som passer til mobilt hydraulisk udstyr.

Cylinderkomponenter og monteringskonfigurationer

 

De fleste konventionelle hydrauliske cylindre indeholder de samme grundlæggende dele:

- Cylindercylinderen indeholder tryk og styrer stemplets vandring.
- Stemplet adskiller trykkamrene og omdanner trykket til kraft.
- Stempelstangen overfører denne kraft til maskinen.
- Topstykket og hætten lukker cylinderen og understøtter de indvendige dele.
- Stanglejet eller -styret understøtter stangen og bevarer justeringen.
- Stempel- og stangtætninger begrænser intern og ekstern olielækage.
- Viskeren forhindrer snavs og fugt i at trænge ind omkring stangen.
- Hydrauliske porte forbinder cylinderen med ventiler, slanger eller slanger.

Et mærket snitdiagram ved siden af ​​dette afsnit kan hjælpe en ikke{0}}teknisk køber med at identificere cylinderen, stemplet, stangen, pakningen, tætningerne og portene.

Almindelige monteringstyper

Flangemonteringer giver stiv fastgørelse og håndterer aksiale belastninger effektivt, når de er justeret korrekt.

Fod- eller side-beslag fastgør cylinderkroppen til en maskinramme. De kræver omhyggelig justering for at forhindre sidebelastning.

Gaffel- og stiftøje-tillader cylinderen at dreje, når mekanismen bevæger sig. De er almindelige på byggeri og landbrugsudstyr.

Trunnion mounts tillader vinkelbevægelse omkring et fast drejetap og dragtmekanismer, hvor cylinderen ændrer vinkel gennem slaget.

Kugleformede-lejestangsender rummer begrænset vinkelforskydning og er nyttige i leddelte mekanismer, der bærer høje belastninger.

Uanset hvilken holder der bruges, skal den følge den faktiske belastningsvej. En hydraulisk cylinder er primært designet til aksial kraft, ikke som en strukturel føring. Fejljustering kan forårsage for tidlig stang-tætningsslid, ridser, ujævnt løbeslid, binding, stangbøjning og træthed omkring svejsninger eller monteringer.

Fastgjorte og sfæriske monteringer passer generelt til mekanismer, der bevæger sig gennem en bue. Stive flange- og fodmonteringer kræver særlig nøjagtig justering.

NFPA-standarder omhandler tommer--series bore- og stangdimensioner, industrielle monteringsdimensioner, porte, bukning og tryk-klassificeringsmetoder. De er især relevante, når amerikansk udstyr kræver udskiftelighed.

Dimensionerings-, kraft- og trykberegninger

Cylinderstørrelse starter med forholdet mellem tryk, stempelareal og kraft:

**Tving=tryk × område**

eller:

**F = P × A**

Hvor:

- **F**=kraft i pund-kraft (lbf)
- **P**=hydraulisk tryk i psi
- **A**=effektivt stempelareal i kvadrattommer

Til forlængelse:

**A=π × Bore² ÷ 4**

Til tilbagetrækning:

**A=stempelområde − stangområde**

Fordi stangen reducerer det effektive areal på den ene side af stemplet, producerer en konventionel enkelt-, dobbelt-, dobbeltvirkende cylinder normalt mindre trækkraft end skubbekraft ved det samme tryk.

Eksempel 1: Boring påkrævet til 10.000 lbf ved 3.000 psi

Nødvendig kraft:

**F=10.000 lbf**

Tilgængeligt tryk:

**P=3.000 psi**

Nødvendigt stempelområde:

**A = F ÷ P**

**A=10.000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Borings diameter:

**Bor=√(4A ÷ π)**

**Borning ≈ 2,06 tommer**

En 2,06-tommer boring er det teoretiske minimum. Et faktisk design skal også tillade friktion, tryktab, variation i belastningen og en passende sikkerhedsmargin. Den næste passende standardboring kan derfor vælges i stedet for at angive den nøjagtige teoretiske størrelse.

Flow og cylinderhastighed

Flow bestemmer i høj grad cylinderhastigheden:

**Hastighed=Flow ÷ Effektivt område**

En amerikansk gallon er cirka 231 kubiktommer. Derfor:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/sek.**

Eksempel 2: Omtrentlig teleskopisk-cylinderforlængelsestid

Overvej en forenklet tre-enkeltvirkende-teleskopcylinder, der leveres ved 10 GPM.

| Scene|Effektiv diameter|Område|Slagtilfælde |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Etape 1|4,0 tommer|12,57 in²|20 i |
| Etape 2|3,0 i|7,07 in²|20 i |
| Trin 3|2,25 i|3,98 in²|20 i |

Med 38,5 in³/sek. bevæger trin 1 sig med:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 in/sek**

Dens forlængelsestid er:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 sek.**

Til trin 2:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 in/sek**

**Tid ≈ 3,7 sek.**

Til trin 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 in/sek**

**Tid ≈ 2,1 sek.**

Den omtrentlige samlede forlængelsestid er:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 sekunder**

Dette er en forenklet beregning. Et egentligt teleskopisk-cylinderdesign skal bruge producentens effektive sceneområder og tage højde for sekvensering, intern geometri, friktion, tryktab og ændringer i belastning.

Almindelige størrelsesfejl

Før du afgiver en ordre, skal du kontrollere, at beregningen ikke har:

- Brugte areal med fuld boring i stedet for ringformet areal til tilbagetrækningskraft
- Ignoreret tryktab gennem ventiler og slanger
- Valgte udelukkende cylinderen fra det maksimale systemtryk
- Overset stangbukning under et langt kompressionsslag
- Kunne ikke tage højde for sideindlæsning
- Underdimensionerede det hydrauliske flow i den påkrævede cyklustid
- Ignorerede støddæmpning nær slutningen af ​​slaget

En online lommeregner kan forenkle dette arbejde. Nyttige input omfatter boring, stangdiameter, slaglængde, tryk, flow, belastning og sikkerhedsfaktor. Output kan omfatte forlængelses- og tilbagetrækningskraft, olievolumen og estimeret rejsetid.

Materialer, tætninger, belægninger og standarder

Materialer skal matche både den mekaniske belastning og driftsmiljøet. Kulstofstål er meget udbredt til tønder og konstruktionsdele. Marine, fødevare-forarbejdning, kemiske og stærkt ætsende applikationer kan kræve rustfrit stål.

Stempelstænger bruger almindeligvis hærdet stål med hård forkromning. Alvorlig korrosion eller slibende service kan kræve induktionshærdning, nitrocarburisering, rustfri stangmaterialer eller HVOF-påførte slid-belægninger såsom WC-CoCr. Maling, pulverlakering, fosfatforbehandling og andre beskyttelsessystemer anvendes også på udvendige dele.

Tætningsmaterialet betyder lige så meget:

| Tætningsmateriale|Typisk styrke |
| --- | --- |
| NBR|Generel mineralsk-oliehydraulikservice |
| HNBR|Forbedret temperatur-, slid- og ældningsbestandighed |
| Polyurethan (PU)|Stærk slid- og ekstruderingsbestandighed |
| PTFE|Lav friktion og bred kemisk kompatibilitet |
| FKM|Høje-temperatur- og kemikaliebestandige-applikationer |

Temperaturgrænser og væskekompatibilitet afhænger af forbindelsen, ikke kun polymerfamilien. Parkers tætningsvejledning viser for eksempel, at NBR, HNBR, FKM, TPU og andre materialer kan vælges forskelligt alt efter væsketype og om tætningen er statisk eller dynamisk.

Korrosionsbeskyttelse kræver særlig opmærksomhed i kystservice, marinemaskiner og snerydningsudstyr, der er udsat for vejsalt.

ASTM B117-26 er en aktuel amerikansk praksis for kontrolleret salt-spraytest af metaller og belagte metaller. ASTM advarer mod at behandle salt-sprayresultater som direkte forudsigelser om den virkelige levetid.

Relevante standarder kan også omfatte ISO 6020-2 for visse 160-bar metriske cylindre og ISO 6022 for 250-bar seriecylindre. ISO 6022:2006 forbliver aktuel i skrivende stund, mens en erstatningsudgave er under udvikling. Indkøbsspecifikationer bør bekræfte den aktuelle revision, når ordren afgives.

Applikationer, vedligeholdelse og fejltilstande

Forskellige miljøer har en tendens til at favorisere forskellige designs:

- Byggeudstyr bruger almindeligvis kompakte svejsede, dobbelt-virkende cylindre, der er bygget til at modstå stødbelastninger.
- Landbrugsudstyr bruger ofte svejsede cylindre med gaffel-, kryds--rør- eller stiftmonteringer, fordi mekanismen bevæger sig gennem skiftende vinkler.
- Dumpere og trailere bruger teleskopcylindre til at opnå lange løfteslag inden for begrænset installationsplads.
- Industrielle presser og fabriksudstyr bruger ofte binde-cylindre eller tunge-mølle-cylindre, hvor repeterbarhed og brugbarhed betyder noget.
- Marine- og havneudstyr har brug for yderligere korrosionsbeskyttelse og omhyggeligt udvalg af stænger og tætninger.

Almindelige fejl omfatter udvendig stang-tætningslækage, intern stempel-lækage, stangskæring eller korrosion, bøjede stænger, slidte stanglejer, tøndeskader, udmattelsesrevner omkring svejsninger eller monteringer, overophedning, beluftning eller kavitation og forurening-beskadigelse af tætninger og overflader.

Hvis en cylinder driver under belastning, skal du afgøre, om olien passerer stempeltætningerne eller lækker gennem retnings- eller kontrolventilen.

Når der opstår ekstern lækage, skal du inspicere stangen, før du udskifter tætningen. En ny tætning, der løber over en ridset eller korroderet overflade, kan hurtigt svigte igen.

Genopbygning kan være økonomisk, når tætninger og sliddele er beskadigede, men cylinderen, stangen og konstruktionsdelene forbliver inden for tolerancen. Udskiftning er normalt mere attraktiv, når stangen er dårligt bøjet, tønden har dybe ridser, strukturelle svejsninger er revnet, korrosion er alvorlig, dele er utilgængelige, eller reparationsomkostningerne nærmer sig prisen på en ny cylinder.

Hvad amerikanske købere skal inkludere i en tilbudsanmodning

En nyttig tilbudsanmodning bør omfatte:

- Cylindertype
- Boring og stangdiametre
- Slagtilfælde
- Tilbagetrukket og forlænget længde
- Arbejds- og spidstryk
- Påkrævet tryk- og trækkraft
- Driftshastighed
- Monteringsstil og stang-endeforbindelse
- Porttype, størrelse og position
- Hydraulikvæske og driftstemperatur
- Driftscyklus
- Udendørs eller ætsende eksponering
- Antal
- Tegninger eller et eksisterende cylinderdelsnummer
- Krav til test og certificering

Standardudskiftningscylindre kan koste hundredvis af dollars. Specialiserede svejsede, teleskopiske, rustfri, stor-boring, sensor-udstyrede og specialfremstillede-enheder kan hurtigt koste tusindvis.

Leveringstider varierer også. Lagerprodukter kan sendes hurtigt, mens tilpassede cylindre ofte tager flere uger. Aktuelle producenteksempler angiver omkring 3 til 8 uger for mange brugerdefinerede projekter, med længere tidsplaner for usædvanligt store eller komplekse systemer.

Når du køber en brugerdefineret cylinder i udlandet, skal du sammenligne prototypegodkendelse, trykprøvning, dokumentation, emballering, fragt til søs eller i luften, reservepakningssæt, garantisupport og tilgængelighed af-udskiftning af dele samt enhedspris.

Forberedelse til valg af cylinder

Begynd med den fulde påføring i stedet for kun borestørrelse. Kraft, slag, monteringsgeometri, tryk, flow, miljø, driftscyklus, stangstabilitet, tætningsmateriale og tilgængelig plads påvirker alle det endelige design.

Forbered boring, stangdiameter, slaglængde, monteringsdimensioner, driftstryk, applikationsdetaljer og eksisterende tegninger, før du anmoder om en ingeniørgennemgang eller et tilbud.

Nyttige understøttende ressourcer kan omfatte:

- En hydraulisk cylinderkraftberegner
- En Excel-skabelon i cylinder-størrelse
- En hydraulisk cylinderspecifikation i PDF-format
- En tjekliste for installation og vedligeholdelse
- En tilpasset-cylinderanbudsformular

Virksomheder, der tilbyder en garanteret responstid, telefonsupport i USA, hurtige prototyper eller prøvecylindre, bør angive disse specifikke forpligtelser ved siden af ​​RFQ-knappen i stedet for at stole på generiske krav.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem enkelt-virkende og dobbeltvirkende-cylindre?

Enkeltvirkende-cylindre bruger hydraulisk tryk i én retning og er afhængige af tyngdekraften, en fjeder eller en ekstern belastning for retur. Dobbelt-virkende cylindre bruger tryk til forlængelse og tilbagetrækning, hvilket gør dem bedre egnede til kontrolleret tovejsbevægelse.

Hvordan er teleskopcylindre sammenlignet med standardcylindre?

Teleskopcylindre giver et meget længere slag i forhold til deres tilbagetrukne længde. De passer til installationer med begrænset plads, men lange rejsekrav, selvom deres flertrinskonstruktion gør design og vedligeholdelse mere kompleks.

Hvornår er en stangløs cylinder et bedre valg?

En stangløs cylinder fungerer godt, når der kræves lang lineær vandring, men der ikke er plads nok til en forlængende stempelstang. Den bevægelige last skal normalt have ekstern styring, fordi for store momenter og sidebelastninger forkorter cylinderens levetid.

Hvordan beregner jeg boring, stangstørrelse og tryk?

Brug **F=P × A** til at finde det nødvendige stempelareal til målkraften. Vælg derefter boring, stangdiameter, systemtryk og sikkerhedsfaktor, mens du kontrollerer tilbagetrækningskraft, stangbukning, flowkrav og tryktab.

Hvilken monteringskonfiguration minimerer sidebelastning?

Ingen montering er bedst for hver maskine. Gaffel-, tap-, stift--øje og sfæriske-lejebeslag passer til mekanismer, der drejer. Flange- og fodbeslag fungerer godt, når belastningen er nøjagtigt justeret med cylinderaksen.

Hvilke tætninger og belægninger passer til kyst- eller vejsaltmiljøer-?

Korrosive miljøer kan kræve rustfrie komponenter, forbedrede stang- og eksterne belægninger og tætninger, der er tilpasset både væsken og driftstemperaturen. Salt-spraytest kan sammenligne belægningssystemer, men det forudsiger ikke direkte udendørs levetid.

Hvad skal jeg tjekke, før jeg udskifter en cylinder?

Inspicer for eksterne lækager, stangskæring, korrosion, fejljustering, bøjning, intern lækage, ventillækage, forurening, monteringsslid, trykspidser og unormale temperaturer. Mange tætnings-relaterede fejl kan repareres, mens strukturelle skader eller alvorlige overfladeskader kan retfærdiggøre udskiftning.