Методика расчета эксплуатационных и конструктивных параметров гидроцилиндров, на примере гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком.
К основным техническим показателям относятся: давление питания Р, МПа; расход рабочей жидкости Q, л/мин; усилие на штоке F, Н; скорость поршня vп, м/с; мощность N, Вт; КПД ц и др. К конструктивным параметрам относятся: диаметр поршня D, мм; диаметр штока d, мм; ход поршня h, мм; толщина стенки гильзы d, мм и др. Методику расчета рассмотрим на примере гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком (рисунок 5). Обобщая научную и учебную литературу [1-7], ниже приведены основные формулы для расчета параметров гидроцилиндров.
Площадь поршня:
со стороны поршневой полости ,
со стороны штоковой полости ,
где D – диаметр поршня, м; d – диаметр штока, м.
Скорость поршня гидроцилиндра
при подаче жидкости в поршневую полость ,
при подаче жидкости в штоковую полость ,
где vп – скорость поршня; hо – объемный КПД, учитывающий утечки жидкости, (hо ~ 0,95-0,98).
Расход жидкости
при прямом ходе Qп.п. = vп × Sп.п/ho,
при обратном ходе Qш.п. = vп × Sш.п./ho.
Усилие на штоке в общем случае определяется по формуле: Fц = Р× Q×hц / vп = Р×S×hгм,
где hгм – гидромеханический КПД, учитывающий трение и гидравлические потери в гидроцилиндре, (hгм ~ 0,92-0,98).
Тогда
- усилие при прямом ходе равно: Fпр = (Pн× Sп.п – Pсл× Sш.п.)hгм;
- усилие при обратном ходе равно: Fобр = (Pн× Sш.п – Pсл× Sп.п.)hгм,
где Pн – рабочее давление в гидросистеме;
Pсл – давление в полости гидроцидиндра, определяемое потерями давления в сливной линии. На этапе проектирования можно принять Pсл = (0.05–0.1)Pн.
Входная мощность гидроцилиндра:
Nц.вх = Рн× Qп.п.,
Выходная мощность гидроцилиндра:
Nц.вых = Рн× Qп.п.×hц = Fц× vп.
Диаметр поршня D при прямом ходе определяется по формуле:
;
при обратном ходе:
где ψ - коэффициент мультипликации, равный отношению поршневой площади к штоковой
.
На практике рекомендуется выбирать следующие значения коэффициента мультипликации:
ψ = 1.1 при Р ≤ 1.5 МПа;
ψ = 1.33 при Р = 1.5 – 5.0 МПа;
ψ = 2.0 при Р > 5.0 МПа.
После вычисления диаметр поршня D округляют до ближайшего большего стандартного значения, регламентируемого ГОСТ 6540-68.
Диаметр штока d определяется через коэффициент мультипликации:
Рассчитанное значение диаметра штока d также округляют в большую сторону с учетом ГОСТ 6540-68.
Ход поршня выбирается из условия обеспечения функционирования приводимого механизма. С целью предупреждения потери продольной устойчивости гидроцилиндра отношение хода поршня h к диаметру цилиндра Dне должно превышать 10, т. е. S/D < 10. Если это условие не выполняется, необходимо задаться меньшим давлением и повторить расчеты для внутреннего диаметра цилиндра [5].
Расчеты на прочность
В зависимости от соотношения между наружным диаметром Dн и внутренним Dвн = Dн - 2δ гидроцилиндры бывают толстостенными (Dн/Dвн > 1.2) и тонкостенными (Dн/Dвн £ 1.2)
Толщину стенки тонкостенного цилиндра определяют по формуле:
,,
толщину стенки толстостенного цилиндра определяют по формуле:
,
где Ру - условное давление, равное (1.2 – 1.3)× Рн;
m - коэффициент Пуассона (для чугуна m = 0; для стали m = 0.29; для бронзы m = 0.25; для латуни m = 0.35; для алюминиевых сплавов m = 0.26-0.33);
[s] – допустимое напряжение на растяжение, МПа (для чугуна [s] = 25 МПа; для высокопрочного чугуна [s] = 40 МПа; для стального литья [s] = 80-100 МПа; для легированной стали [s] = 150-180 МПа; для бронзы [s] = 42 МПа;
n - коэффициент запаса прочности (при давлении до 30 МПа n= 3).
К вычисленной толщине стенки рекомендуется добавить припуск 0.5–1.0 мм с учетом обработки внутренней поверхности цилиндра.
Толщина крышки цилиндра определяется по формуле:
,
где dк – диаметр крышки.
Диаметр штока, работающий на растяжение и сжатие, определяется по формулам:
,
где [sр] и [sс] – допускаемые напряжения на растяжение и сжатие штока.
Диаметр болтов для крепления крышек цилиндров определяется по формуле:
где n – число болтов.
Список литературы
1. Абpамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т., Элементы гидpопpивода : Спpавочник. – Киев : Техника, 1977. - 320 с.
2. Гудилин Н.С., Кривенко Е.М., Маховиков Б.С., Пастоев И.Л. Гидравлика и гидропривод. М.: Горная книга, 2007. - 520 с.
3. Наземцев А. С., Рыбальченко Д. Е. Пневматические и гидравлические приводы и системы. Часть 2. Гидравлические приводы и системы. Основы. Учебное пособие. – М.: ФОРУМ, 2007. – 304 с.
4. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. – 4-е изд. - М. : «Издательский дом Альянс», 2010. – 423 с.
5. Гидравлика, гидромашины и гидропривод: учеб.-метод. пособие по курсовой работе для студентов специальностей «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов», «Машины и оборудование лесного комплекса» / Е. С. Санкович, А. Б. Сухоцкий. – Минск: БГТУ, 2011. – 141 с.
-thumb_post.jpg)
,
,
, 
,
;
.
,,
,
,