Розрахунок сили штовхання та тяги гідравлічного циліндра: посібник із визначення розмірів OEM

I. Чому сила штовхання та тяги не однакові

Коли інженер OEM просить aгідроциліндрякий може «штовхнути 10 тонн» або «тягнути 10 тонн», перше питання полягає в тому, чи ця сила потрібна на стороні повного отвору чи на стороні штока. Диференціальний гідроциліндр має повну площу поршня з одного боку та кільцеву площу з іншого. Стрижень займає частину площі збоку, тому доступна сила тяги нижча за того самого тиску.

Цю різницю легко не помітити, коли циліндр для заміни вибирається за зовнішнім діаметром або старим номером деталі. Крім того, тому циліндр, який, здається, має достатню номінальну ємність, може не забезпечити необхідну силу в фактичному напрямку руху.

У цьому посібнику пояснюється логіка розрахунку, яка використовується для початкової перевірки OEM. Це не є заміною для повного проектування машини, структурної перевірки, огляду гідравлічного контуру або оцінки безпеки.

II. Три входи, які починають обчислення

2.1 Діаметр отвору

Отвір, або діаметр поршня, визначає повну площу поршня, що піддається тиску. Більший отвір може створювати більшу теоретичну силу за того самого тиску, але це також змінює об’єм масла, необхідний потік для заданої швидкості, робочу зону циліндра та вимоги до монтажу.

2.2 Діаметр стержня

Діаметр стрижня впливає на силу тяги, оскільки стрижень займає площу з боку стрижня. Це також впливає на з’єднання штока, навантаження на направляючу, доступний зазор і те, як циліндр справляється зі стисненням або розтягуванням. Стрижень не можна вибрати лише за силою тяги; хід, кріплення, напрямок і фактичний шлях навантаження також мають значення.

2.3 Ефективний гідравлічний тиск

Використовуйте тиск, фактично наявний у циліндрі під час необхідного руху, а не лише налаштування максимального розвантаження насоса. Втрати тиску через клапани, шланги, фітинги та інші компоненти можуть знизити тиск, що подається в циліндр. Послідовність роботи машини повинна визначати розрахунковий тиск, використаний для першого розрахунку.

III. Основні формули Push і Pull

Для обчислення першого проходу з використанням узгоджених одиниць:

Сила штовхання:

Сила тяги:

Де:

• F--теоретична сила циліндра.
• P-- ефективний тиск у циліндрі.
• А_поршень--це повна площа поршня.
• A_стрижень-- площа поперечного перерізу стрижня.

Для круглої ділянки:

Якщо тиск введено в psi, а діаметр – у дюймах, результат буде виражено у фунтах-силах. Якщо тиск введено в паскалях, а діаметр у метрах, результат буде в ньютонах. Підтримуйте послідовність системи одиниць від початку до кінця.

Ці рівняння описують теоретичну гідравлічну силу. Вони не включають автоматично тертя ущільнення, тертя напрямної, механічні втрати, перепад тиску, кут навантаження, прискорення, структурний прогин або коефіцієнт безпеки.

IV. Спрацьований приклад без претензій на продукт

Припустімо, що інженер екранує циліндр за допомогою:

• 3-дюймовий отвір
• 1,5-дюймовий стрижень
• ефективний тиск 2000 psi

Повна площа поршняце:

Площа стержня становить:

Таким чином, теоретичні значення першого проходу:

Різниця не є виробничим браком. Він надходить із зони зміщення стрижня з боку стрижня. Приклад лише для навчання розрахунку; це не рейтинг для конкретного продукту чи машини HCIC.

V. Чому перший розрахунок не є остаточним вибором

5.1 Механічна перевага змінює необхідну силу циліндра

Навантаження не завжди діє безпосередньо вздовж осьової лінії циліндра. Важіль, ланка, шарнір або ножиці можуть збільшити або зменшити силу, необхідну в різних положеннях. Інженер повинен розрахувати найгіршу точку в русі, а не тільки вихідну позицію.

Кут між циліндром і веденим елементом також має значення. Циліндр може мати високу теоретичну силу, але слабку складову сили під певним кутом. Креслення, що показує шлях і положення навантаження, є більш корисним, ніж одне число навантаження.

5.2 Статична сила відрізняється від стартової та рухової сили

Вивільнення вантажу, його прискорення та переміщення з постійною швидкістю є різними умовами. Тертя ущільнення, опір направляючої, інерція та опір матеріалу можуть зробити початкову силу вищою, ніж сила, необхідна під час плавної частини ходу.

Для такого обладнання, як ежектори, компактори, грейфери та підйомні механізми, покупець повинен описати, коли виникає найвища сила, і чи може вантаж застрягти або змінитися під час ходу.

5.3 Тиск – це не те саме, що сила навантаження

Показання тиску біля насоса можуть не відповідати тиску в порту циліндра. Довжина шланга, фітинги, напрямні клапани, регулятори потоку та протитиск впливають на наявний тиск. Достовірний розрахунок повинен визначити, де вимірюється тиск і в яких робочих умовах.

5.4 Стиснення та натяг штанги потребують різних перевірок

Вудилище, навантажене на стиснення, може вимагати перевірки стабільності вудилища, особливо при довгому ході або погано керованому пристрої. Стрижень, навантажений у натягу, може контролюватися різними межами з’єднання та матеріалу. Ця стаття не замінює розрахунок вигину або перевірку конструкції; він відокремлює обчислення силової площі від цих додаткових перевірок.

VI. Сила, швидкість і об'єм масла пов'язані

Більший отвір може збільшити силу, але це також збільшує об’єм масла, необхідний для переміщення поршня протягом заданого ходу. Для цільової швидкості необхідний потік пов’язаний з ефективною площею камери та швидкістю поршня. Сторона стрижня має інший об’єм на одиницю довжини, ніж сторона повного отвору.

Це створює компроміс дизайну:

• Більша площа отвору може забезпечити більшу теоретичну силу.
• Більша площа вимагає більшого потоку для тієї самої лінійної швидкості.
• Більший стрижень зменшує площу тягового боку, але може покращити опір стрижня прикладному навантаженню.
• Довший хід збільшує об’єм масла, довжину встановлення та важливість напрямків.

Таким чином, розмір циліндра повинен мати насос, клапан, резервуар, шланг, кріплення та машинний цикл як одну систему.

VII. Практичний робочий процес вибору OEM

1. Визначте напрямок навантаження: Вкажіть, чи повинен циліндр штовхати, тягнути чи створювати обидві сили.
2. Зобразіть шлях навантаження:Намалюйте шарніри, з’єднання, петлі, напрямні та позиції навантаження.
3. Визначте найгіршу позицію:Обчисліть необхідну силу там, де геометрія є найменш сприятливою.
4. Встановіть ефективний тиск: Використовуйте тиск, доступний у циліндрі протягом відповідного машинного циклу.
5. Виберіть попередній отвір:Використовуйте всю площу поршня для розрахунків поштовху та перевірте необхідний запас сили.
6. Виберіть вудку:Перевірте силу тяги, стиснення або натяг, хід, кріплення та напрямок.
7. Перевірте швидкість і потік:Переконайтеся, що HPU і клапани можуть забезпечити необхідну швидкість руху.
8. Перевірте конверт:Порівняйте довжину у складеному стані, подовжену довжину, порти, штифти, кронштейни та робочий зазор.
9. Перегляньте безпеку та структуру:Перевірте кріплення, зварні деталі, напрямні, упори та захист під фактичне навантаження.
10. Уточніть у виробника циліндра:Надішліть дані заявки до остаточного затвердження виробництва.

VIII. Що надіслати, щоб отримати пропозицію щодо гідравлічного циліндра

Корисний запит OEM повинен містити:

• Необхідна сила штовхання та сила тяги
• Напрям і тривалість навантаження
• Робочий тиск в балоні
• Необхідна швидкість і час циклу
• Діаметр отвору, шток і хід, якщо вже визначено
• Розширені та втягнуті монтажні розміри
• Стиль кріплення, штифти, скоби або вушка для стрижня
• Креслення кута навантаження та зчеплення
• Робоча температура та середовище
• Інформація про гідравлічну рідину та клапани
• Кількість, модель заміни або посилання на креслення

Чим повніший шлях навантаження, тим легше відрізнити проблему розміру циліндра від проблеми конструкції, зв’язку або гідравлічного контуру.

IX. Висновок

ГідроциліндрРозрахунок сили штовхання та тяги починається з трьох основних вхідних даних: діаметра отвору, діаметра штока та ефективного тиску. Повна площа поршня визначає виштовхувальну силу першого проходу, тоді як шток зменшує ефективну площу і, отже, тягову силу.

Цей розрахунок – лише початок. Кут з’єднання, пусковий опір, швидкість, втрата тиску, навантаження на шток, кріплення, напрямок і конструкція машини визначають, чи підходить циліндр для реального застосування. Покупці OEM, які надають повний шлях навантаження та гідравлічні дані, можуть отримати більш корисну пропозицію, ніж покупці, які надають лише число сил.

X. Про HCIC

HCIC розробляє та виробляє гідравлічні циліндри, гідравлічні силові агрегати та супутні компоненти для транспортного, сміттєпереробного, будівельного та промислового обладнання. Технічну придатність слід перевіряти на відповідність фактичній конструкції машини та відповідним вимогам безпеки.