Гидроцилиндр

Почему шток гидроцилиндра блестит, как зеркало, и почему цилиндр толкает сильнее, чем тянет? Разбери цилиндр на гильзу, поршень, шток и крышки и посмотри, где спрятаны уплотнения.

01 Что это такое

Гидроцилиндр толкает сильнее, чем тянет: сила равна давлению масла, умноженному на площадь, а при втягивании часть площади поршня занимает шток.

Поршень делит гильзу на две полости, и масло подают то в одну, то в другую: это цилиндр двустороннего действия. Из порта A в задней крышке масло давит на весь круг поршня и выдвигает шток, из порта B в передней только на кольцо вокруг штока. При 30 МПа поршень диаметром 200 мм толкает с силой около 940 кН, как груз почти в сто тонн. Со штоком 140 мм кольцо почти вдвое меньше круга: при втягивании цилиндр тянет примерно вдвое слабее, зато движется вдвое быстрее, ведь на сантиметр хода нужно вдвое меньше масла.

На модели цилиндр со стяжками: четыре длинных болта прижимают крышки к гильзе. Самое уязвимое место там, где шток выходит наружу. Шток хромируют и полируют до зеркала: твердый хром не ржавеет и почти не стирается, а по гладкой поверхности манжета скользит годами. Если поднятая стрела сама медленно опускается, это дрейф: масло понемногу уходит из нагруженной полости через зазоры золотника распределителя или мимо изношенного уплотнения поршня. Расчет силы и скорости разобран в теме «Гидроцилиндр».

F = p · A: Сила на штоке. Давление масла, умноженное на площадь, на которую оно давит. 1 МПа на площади 1 см² дает 100 Н. Площадь растет как квадрат диаметра: поршень вдвое шире толкает вчетверо сильнее.
A₁, A₂: Площадь поршня и площадь кольца. A₁ = π D² / 4 работает при выдвижении, A₂ = π (D² − d²) / 4 при втягивании: из круга вычитается сечение штока.
Дрейф: Самопроизвольное движение штока под грузом. Масло понемногу уходит из нагруженной полости через уплотнение поршня и зазоры распределителя. Небольшой дрейф допустим, норму дает руководство по машине.

02 Модель

Крути, разбирай, нажимай на детали. 3D-МОДЕЛЬ · 15 ДЕТАЛЕЙ

ГИДРОПРИВОД

Из чего состоит гидроцилиндр

Рис. 3D.13

ВИД

Разборка

Насколько разобрать 0 %

Детали

Остальные детали полупрозрачные

Выбери в списке поршень: остальные детали станут полупрозрачными, и ты увидишь, как он делит гильзу на две полости. Потом попробуй «По шагам сборки».

Источник модели«Hydraulic Cylinder», автор devkrsm, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.

03 Детали по одной

Что делает каждая деталь

Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.

01
Гильза
Зачем. Труба, в которой ходит поршень. Держит давление масла в сотни атмосфер. На модели гильза прозрачная, чтобы был виден поршень.
Из чего. Толстостенная бесшовная стальная труба, внутри хонингованная или раскатанная роликами до зеркального блеска.
Износ. Продольные риски от грязи: по ним масло перетекает мимо поршня. Вмятина от удара камнем может заклинить поршень.
02
Задняя крышка с проушиной
Зачем. Закрывает гильзу со стороны поршневой полости, снизу у нее проушина под палец. Масло давит на крышку с той же силой, что и на поршень. Здесь порт A: через него масло входит под поршень и выдвигает шток.
Из чего. Сталь. У цилиндров карьерной техники заднюю крышку обычно приваривают к гильзе, а здесь ее прижимают стяжками.
Износ. Разбитое отверстие проушины и задиры на пальце, если шарнир долго работал без смазки.
03
Уплотнения гильзы, 2 шт.
Зачем. Неподвижные уплотнения между торцами гильзы и крышками. Не дают маслу уйти по стыку, когда стяжки прижимают крышки к трубе.
Из чего. Резина или паронит. Часто это резиновое кольцо круглого сечения с защитным кольцом.
Износ. Течь по стыку крышки с гильзой. Бывает, если ослабли гайки стяжек или уплотнение затвердело от жары.
04
Поршень
Зачем. Делит гильзу на две полости. При выдвижении масло давит на весь его круг, при втягивании только на кольцо вокруг штока. Поршень надет на конец штока и затянут гайкой.
Из чего. Сталь или высокопрочный чугун, на наружной поверхности канавки под уплотнения.
Износ. Задиры по наружному диаметру, если направляющие кольца стерлись и металл трется о гильзу.
05
Уплотнения поршня, 2 шт.
Зачем. Не дают маслу перетекать из одной полости в другую. Их два, по одному на каждое направление давления.
Из чего. Полиуретан или фторопласт с бронзой, поджатый резиновым кольцом.
Износ. Стираются от грязи и твердеют от перегрева. Масло перетекает мимо поршня, и под нагрузкой цилиндр идет медленнее или дрейфует.
06
Гайка поршня
Зачем. Держит поршень на конце штока. Ее затягивают с большим моментом и стопорят: ослабшая гайка дает поршню стучать на каждом ходу.
Из чего. Сталь. Стопорят ее клеем, штифтом или загнутой шайбой.
Износ. Если гайка открутилась, поршень бьет по крышкам, а шток в конце хода стучит.
07
Шток
Зачем. Передает силу поршня наружу. Покрыт твердым хромом и отполирован до зеркала: хром не ржавеет, а по гладкой поверхности манжета скользит годами.
Из чего. Сталь, часто закаленная токами высокой частоты, сверху слой хрома в несколько сотых миллиметра.
Износ. Царапины и сколы хрома от камней, ржавчина там, где хром поврежден, изгиб от удара. Любой дефект быстро режет манжету.
08
Передняя крышка
Зачем. Закрывает гильзу со стороны штока. Здесь порт B: масло через него идет в штоковую полость и втягивает шток. В отверстие крышки ставят направляющую втулку и манжету.
Из чего. Сталь или высокопрочный чугун.
Износ. Течь по стыку с гильзой и задиры в отверстии под шток, если втулка износилась.
09
Направляющая втулка
Зачем. Держит шток строго по оси. Шток скользит по втулке, а не по манжете, поэтому манжета не нагружена сбоку.
Из чего. Бронза или полимер с наполнителем.
Износ. Изношенная втулка дает люфт: шток давит на манжету сбоку, и она начинает течь.
10
Манжета штока
Зачем. Держит масло внутри там, где шток выходит наружу. Чем выше давление, тем сильнее оно прижимает кромку к штоку. Тонкая пленка масла под кромкой смазывает ее и при втягивании возвращается внутрь.
Из чего. Полиуретан или резина. Снаружи от манжеты обычно стоит грязесъемник: его кромка счищает со штока пыль при втягивании.
Износ. Течь по штоку: шток мокрый, на нем налипает пыль, под цилиндром капли масла.
11
Гайка буксы
Зачем. Прижимает втулку и манжету в передней крышке. Открутив ее, втулку и манжету меняют, не разбирая весь цилиндр.
Из чего. Сталь, на торце отверстия под специальный ключ.
Износ. Если гайку не затянули, втулка с манжетой выходят из гнезда, и шток течет.
12
Вилка штока
Зачем. Крепит шток к рычагу или стреле на пальце. Вилка охватывает ухо рычага с двух сторон, поэтому палец работает на срез сразу в двух местах.
Из чего. Стальная поковка, навернутая на резьбу штока и законтренная.
Износ. Разбитые отверстия под палец, трещина у основания после ударов.
13
Пальцы с фиксаторами
Зачем. Пальцы соединяют проушину крышки и вилку штока с машиной, а фиксаторы не дают пальцам выпасть. Через палец идет вся сила цилиндра.
Из чего. Закаленная сталь. В тяжелых машинах в палец сверлят канал для смазки.
Износ. Износ пальцев и втулок проушин главный износ рабочего оборудования экскаватора: появляется люфт, ковш стучит. Помогает смазка по графику.
14
Стяжки с гайками
Зачем. Четыре длинных болта стягивают крышки с гильзой. Такой цилиндр легко разобрать и собрать. Он ставится в станки и прессы, а у карьерной техники крышки чаще приваривают или крепят на резьбе.
Из чего. Высокопрочная сталь, гайки и шайбы по ISO.
Износ. Если гайки ослабли, стык крышки с гильзой начинает течь. Гайки стяжек затягивают равномерно, крест-накрест.
15
Рукава высокого давления
Зачем. Подводят масло к портам. Красный рукав идет к передней крышке, синий к задней: распределитель подает давление то в один, то в другой.
Из чего. Резина, усиленная оплеткой или навивкой из стальной проволоки, на концах обжатые фитинги.
Износ. Трещины и потертости наружного слоя, вздутие у фитинга. Лопнувший рукав брызжет маслом под давлением, это опасно: рукав меняют сразу.

04 Где стоит и как ломается

Где стоит

Стрела, рукоять и ковш экскаватора
Каждое движение рабочего оборудования делают цилиндры. У карьерного экскаватора один цилиндр стрелы толкает с силой больше ста тонн.
Подъем кузова самосвала
Кузов поднимают два цилиндра, часто телескопических: ступени, вложенные друг в друга, дают длинный ход при короткой сложенной длине.
Погрузчик и бульдозер
У погрузчика цилиндры поднимают стрелу, наклоняют ковш и поворачивают полурамы друг относительно друга. У бульдозера они поднимают и перекашивают отвал.

Как ломается и как это заметить

Течь по штоку
Изношенная манжета пропускает масло наружу: шток мокрый, на нем налипает пыль, под цилиндром капли. С мокрого штока грязь идет внутрь, поэтому манжету меняют вместе с грязесъемником.
Задир на штоке
Камень или брызги сварки оставляют на хроме царапину. Каждый ход она режет манжету, и новые уплотнения скоро снова текут. Если царапина цепляет ноготь, шток перешлифовывают и хромируют заново или меняют.
Дрейф
Стрела или отвал сами опускаются при отпущенном джойстике. Механик меряет, на сколько миллиметров ушел шток за несколько минут, сравнивает с нормой и ищет утечку: в цилиндре или в распределителе.

Еще в направлении «3D-модели»

Все темы направления «3D-модели» →