Гидроцилиндр.

Гідроциліндр — це двигун поступального руху, тому його вихідний елемент (зазвичай шток) повинен переміщати робочий орган верстата з заданою швидкістю на задану відстань, і при цьому долати різні сили опору (сили тертя, сили різання і ін), тобто на вихідному елементі повинно створюватися необхідне зусилля.
Щоб сконструювати або підібрати з готових виробів гідроциліндр необхідного розміру, потрібно встановити як пов’язані між собою основні розміри гідроциліндра і параметри потоків робочої рідини, підключених до його робочих порожнинах, із зусиллям, швидкістю руху і переміщення вихідної ланки. Гідроциліндри характеризуються наступними основними геометричними параметрами: діаметром поршня D, штоків діаметром d (якщо штоки мають різні діаметри— то d\, d2), ходом штока (поршня) L.
Розглянемо схему гідроциліндра двосторонньої дії з одним штоком (рис. 2.4). Якщо робоча рідина під тиском р\ з витратою Qi підводиться в ліву (поршневу) порожнину, то вона діє на лівий торець поршня, що має робочу площу А\ і тисне на поршень, який представляє собою плоску стінку, з силою Fi,
Скористаємося правилом для знаходження рівнодійної сил тиску рідини на плоску стінку (див. розд. 1): 1) площа поверхні стінки (торця поршня) А\\ 2) центр ваги торцевої поверхні поршня лежить на його осі; 3) тиск у центрі тяжкості рх\ 4) рівнодіюча сил тиску робочої рідини в лівій порожнини циліндра на поршень (як на плоску стінку)
Точно так само можна встановити, що при тиску р2 у правій порожнини циліндра, робоча рідина в цій порожнині буде тиснути на правий торець поршня з силою F2. Цей торець являє собою кільце з площею А2, тоді рівнодійна сил тиску робочої рідини на поршень в правій порожнини циліндра Fi = р2А2.
Сили fi Fi і спрямовані вздовж осі поршня і штока і діють в протилежні сторони, тому сумарне зусилля на штоку
Відмінність робочих поверхонь поршня Ау і А2 від інших поверхонь поршня, штока або плунжера полягає в тому, що саме від тиску робочої рідини на ці поверхні створюється рушійна сила на поршні, штоку або плунжере. На поршні, штоку і плунжере є зовнішні циліндричні поверхні, на які діє тиск робочої рідини, проте сили тиску спрямовані по радіусу перпендикулярно осі цих деталей і не створюють зусиль уздовж осі штока.
У гідроциліндрі з одностороннім штоком робоча рідина в поршневій порожнині діє на робочу площу, рівну .повної площі торцевої поверхні поршня, тому для схем, показаних на рис. 2.3,а, в, А{ = nD2/4.
При розрахунках гідроприводів лінійні розміри гідроциліндрів зазвичай ставлять в міліметрах, а робочі площі підраховують в квадратних сантиметрах. Тоді, см2:
Л = л?2/(4- 100) « ?>2/127.
У верстатах зазвичай застосовують гідроциліндри з однаковим діаметром штока з обох сторін, коли d\ = d2 = d і А\=* A (D2 d2)/\27
Якщо робоча рідина підводиться через штоки (рис. 2.3, в, г), то шток кріпиться до нерухомої частини верстата, а корпус циліндра (кришки і гільза)—до рухомого вузла. У цьому випадку рушійна сила від тиску рідини створюється на корпусі циліндра. При цьому вона рівна по величині і протилежна по напряму силі, що діє на поршень і шток.
На рис. 2.3, д робочою поверхнею є торцева поверхня плунжера площею А = d2/l27. У телескопічному гідроциліндрі (рис. 2.3, е, ж) є два циліндра з односторонніми штоками і для них Якщо робочі площі вимірювати в квадратних сантиметрах, а тиску р\ і р2 робочої рідини в порожнинах гідроциліндра в мегапаскалях, то формула для підрахунку зусилля на штоку (або рухомому корпусі) гідроциліндра приймає вигляд, Н:
Якщо при підстановці заданих величин в цю формулу сила F вийде з позитивним знаком, це означає, що сумарне зусилля збігається за напрямом з силою F\; якщо F — з від’ємним знаком, то вона збігається за напрямом з F2-
Представляють інтерес приватні випадки, коли в одній з порожнин гідроциліндра тиск робочої рідини мало, наприклад, якщо ця порожнина з’єднана з лінією зливу або дренажу. Тоді при р2 = 0 F = p\Au а при pi = 0 F = —p2A2.
Під ходом гідроциліндра розуміють максимальне переміщення L його поршня зі штоком (див. рис. 2.4) або плунжера. Хід вихідного ланки гідроциліндра повинен забезпечувати необхідну переміщення робочого органу верстата. В основному гідроциліндри переміщують робочі органи без додаткових механічних передач (рис. 2.5, а), тому хід циліндра повинен бути не менше максимального переміщення 5 цього робочого органу верстата: L ^ Smax — Значно рідше між робочим органом і гідроциліндром використовують прискорює або замедляющую передачу. В якості прикладів показані застосовуються у верстатах зубчасто-рейковий механізм подвоєного ходу робочого органу (рис. 2.5,6) і клиновий уповільнює механізм (рис. 2.5,в).
При виборі гідроциліндра враховується необхідна швидкість v дзижения вихідної ланки (див. рис. 2.4) або час переміщення t при заданому ході L. В цьому випадку, задаючись законом руху, можна визначити швидкість, наприклад при рівномірному русі v — L/t. З іншого боку, щоб перемістити поршень за час t на величину L, потрібно подати в поршневу порожнину циліндра робочу рідину, об’єм якої дорівнює A\L.
З штокової порожнини за цей же час буде витіснена робоча рідина, об’єм якої дорівнює A2L. Витрата — це обсяг рідини, що проходить через поперечний переріз трубопроводу за одиницю часу, тому
Qi = AxL\t = AiV і Q2 = A2L/t = A2v.
Якщо ставити площа поршня в квадратних сантиметрах, а швидкість в метрах за хвилину, то формули для визначення витрати в робочих гідролініях циліндра приймають вигляд, л/хв:
Qi = Aiv/\0 і Q2 = A2v/l0.
Якщо поршень гідроциліндра потрібно переміщати зі швидкістю v у зворотному напрямку, то в штоковую порожнину циліндра потрібно підводити робочу рідину з витратою Q2, а з поршневої порожнини при цьому буде витіснятися робоча рідина з витратою Qi.
Якщо відомий витрата рідини Q, вступник в гидроци-лпндр, то швидкість переміщення поршня (штока, плунжера), м/хв:
v == 10Q/A,
де А — робоча площа у відповідній порожнини гідроциліндра.