Гидроцилиндры двухстороннего действия

• Введение
• 1. Обзор и анализ существующих схем и конструкций
• 2. Расчет конструктивных параметров гидроцилиндра
• 3. Прочностной расчёт деталей гидроцилиндра
• Заключение
• Литература

В общем случае гидроприводом называется устройство для приведения в движение машин и их механизмов, состоящие из источника расхода жидкости, которым в большинстве случаев служит насос, и гидродвигателя возвратно-поступательного или вращательного действия, а также системы управления, вспомогательных устройств и жидкостных магистралей.

В данной курсовой работе производится расчёт и определение основных параметров гидродвигателя возвратно-поступательного действия (гидроцилиндра двухстороннего действия) одноковшового гусенечного экскаватора ЭО-3223.

1. Обзор и анализ существующих схем и конструкций

Объёмный гидропривод, где гидродвигателем является гидроцилиндр, называют поступательным гидроприводом.

Различают гидроцилиндры с односторонним и двухсторонним штоком, понимая под первым поршневой гидроцилиндр со штоком с одной стороны поршня (рисунок 1) и под вторым — гидроцилиндр со штоком, расположенным по обе стороны поршня (рисунок 2). Часть рабочей жидкости камеры а (рисунок 1) гидроцилиндра, ограниченная корпусом, поршнем и крышкой, называется поршневой полостью, а часть рабочей камеры б — штоковой полостью гидроцилиндра.

Гидроцилиндр имеет корпус 1 (рисунок 1), в котором находится поршень 3, шток 5 поршня выходит наружу и соединяется с нагрузкой. Для устранения наружных утечек рабочей жидкости по подвижным и неподвижным разъёмам (соединениям), а также внутренних перетечек жидкости из одной рабочей полости в другую, указанные разъёмы герметизируются при помощи уплотнительных колец 2 и 4 или иных уплотнительных устройств. Жидкость, поступающая в цилиндр под некоторым давлением, действуя на его поршень, развивает усилие, преодолевающее трение и внешнюю нагрузку, приложенную к штоку 5.

Рисунок 1. Гидроцилиндр с односторонним штоком

Рисунок 2. Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Для возможности получения больших ходов при ограниченном пространстве, недостаточном для размещения рассмотренных цилиндров, применяют телескопические цилиндры, состоящие из совмещённых двух и более цилиндров. Телескопический цилиндр — силовой цилиндр с несколькими рабочими камерами, образованные корпусом, поршнем или плунжером, расположенные концентрично. На рисунке 5 представлена схема двухцилиндровой машины. Внутренняя полость штока 2 поршня 5 большого диаметра является цилиндром для поршня 4, шток 1 которого связан с нагрузкой. В телескопическом гидроцилиндре общий ход штоков превышает длину корпуса.

Рисунок 3. Телескопический цилиндр

В зависимости от характера и условий эксплуатации конструкции гидроцилиндров могут отличаться по способам соединения крышки с гильзой и поршня со штоком, подвода рабочей жидкости в полости гидроцилиндра, уплотнения поршня и штока, а также наличием специальных устройств для очистки штока, ограничения хода и скорости перемещения поршня, удаления воздуха и т. д.

Наибольшее распространение получили следующие соединения крышки с гильзой: на болтах или стяжных шпильках; на наружной или внутренней резьбе; сварные; устройство глухих крышек.

Крепление болтами (рисунок 4) предполагает наличие по торцам гильзы фланцев, которые могут быть отлиты совместно с гильзой, приварены, изготовлены путём высадки и т. д.

Рисунок 4. Конструкция гидроцилиндра с креплением крышки болтами и приварной крышкой

Одним из наиболее простых является соединение крышек с гильзой на стяжных шпильках (рисунок 5). Этот метод крепления обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими методами: минимальное число операций по обработке гильзы; возможность использования в качестве заготовки тонкостенной трубы без обработки по наружному диаметру; отсутствие приварных деталей; простота ориентировки штуцеров; простота сборки и разборки.

Рисунок 5. Гидроцицлиндр с креплением крышек стяжными шпильками

Соединение крышек с гильзой на наружной и внутренней резьбах используется в тех случаях, когда необходимо уменьшить габариты и массу гидроцилиндра. Метод установки на наружной резьбе имеет и недостатки: необходимость обработки гильзы по наружному диаметру; усложнение ориентировки штуцеров (рисунок 6).

Рисунок 6. Гидроцилиндр с креплением крышек к гильзе на наружной резьбе

Для уплотнения поршней в гидроцилиндрах двухстороннего действия необходимо установить по две манжеты (рисунок 7). Манжеты стандартизованы по ГОСТ 14 896–84.

Рисунок 7. Гидроцилиндр с манжетным уплотнением поршня и шевронным уплотнением штока: 1-скребковые грязеочистители; 2-уплотнение штока; 3-уплотнение поршня

На рисунке 8 представлена классификация гидроцилиндров прямолинейного действия.

Рисунок 8. Гидроцилиндры прямолинейного действия гидравлический цилиндр двухсторонний Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком (рисунок 9).

Основой конструкции является гильза 2, представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень 6, имеющий резиновые манжетные уплотнения 5, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. Усилие от поршня передает шток 3, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грундбукса 8. С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечки жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъёмником 1. Проушина 7 служит для подвижного закрепления гидроцилиндра. На нарезанную часть штока крепится проушина или деталь, соединяющая гидроцилиндр с подвижным механизмом.

Рисунок 9. Гидроцилиндр:

1 — грязесъемник; 2 — гильза; 3 — шток; 4 — стопорное кольцо; 5 — манжета; 6 — поршень; 7 — проушина; 8 — грундбукса

2. Расчет конструктивных параметров гидроцилиндра

По техническим характеристикам усилие на штоке гидроцилиндра F=18*10⁴ H, рабочее давление в гидроцилиндре P_ц=25МПа, коэффициент

где d — диаметр штока, D — диаметр поршня.

Определяем диаметры поршня и штока:

d = D*K = 96*065 = 62,4 мм.

Из стандартного ряда принимаем следующие диаметры поршня и штока: D = 100 мм, d = 60 мм.

Получаем гидроцилиндр ЦГ 100.60.500 — 22, с ходом поршня Н = 500 мм и установочным размером S = Н + 170 =670 мм.

Определяем действительные площади поперечного сечения поршня и штока:

; ;

Определим значение площадей поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра:

Определим действительное рабочее давление силового гидроцилиндра:

Ширина поршня:

3. Прочностной расчёт деталей гидроцилиндра

Гидроцилиндры испытывают в процессе работы воздействия внутреннего давления рабочей жидкости и внешней нагрузки.

Расчёт цилиндров на прочность производится по отдельным элементам, основными из которых являются цилиндрический корпус и шток. В первом приближении при расчёте гидроцилиндров на прочность в большинстве случаев ограничиваются расчётом напряжений, возникающих от внутреннего давления жидкости, не рассчитывая сложных напряжений от действия внешних сил, а также не учитывая прочих факторов.

Отношение длины хода H поршня к диаметру D обычно выбирается из соотношения:

<15

В нашем случае:

Для определения толщины стенки цилиндра воспользуемся формулой:

— напряжение в стенке цилиндра, где

— наружный диаметр;

— внутренний диаметр.

Учитывая, что отношение наружного и внутреннего диаметра для тонкостенных цилиндров составляет: .

Определим наружный диаметр:

Для исследуемого материала (сталь 45 ГОСТ 1050–88) допускаемое напряжение находится в следующих пределах МПа.

Гидроцилиндры под действием давления жидкости и внешней осевой нагрузки работают на сжатие как болты переменного сечения, причём прочность их зависит от характера напряжения и вида заделки концов цилиндра. Наиболее распространённым на практике является нагружение шарнирного зацепления цилиндра продольно сжимающей силой P, направленной по оси цилиндра. При критическом значении этой силы может возникнуть прогиб цилиндра, который при дальнейшем увеличении нагрузки приводит к его разрушению.

Расчёт на продольный изгиб производят по формуле Эйлера:

где

— общая длина цилиндра с выдвинутым штоком;

— разрушающая сжимающая нагрузка;

— модуль упругости материала (для стали МПа);

;

— коэффициент, зависящий от способа заделки концов штока:

— в случае, когда оба конца заделаны на шарнирах;

— в случае, когда один конец заделан, а другой свободен.

При воздействии на шток силы, превышающей произойдёт нарушение режима работы и возможна поломка гидроцилиндра.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы провели расчет и спроектировали гидроцилиндр двухстороннего действия для одноковшового гусенечного экскаватора модели ЭО-3223, разработали конструктивное решение и сборочный чертёж гидроцилиндра. Так как спроектированный гидроцилиндр работает при высоких давлениях рабочей жидкости, то применяются современные уплотнительные материалы фирм Busak+Shamban, Forsheda Polipac, Simrit, Merkel, Hallite и других.

1. Башта Т. М. «Объемные гидронасосы и гидродвигатели», М.: «Машиностроение», 1969 — 619с;

2. Башта Т. М. — «Объемные гидравлические приводы», М.: «Машиностроение», 1969;604с;

3. «Детали машин» — под ред. Скойбеды А. Т., М.: «Машиностроение», 1953 — 496с;

4. Бим-Бад Б.М., Кабанов М. Г. — «Атлас конструкции гидромашин и гидропередач», М.: «Машиностроение», 1990

5. Сафонов А. И. Объемные гидрои пневмомашины: учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта для студентов специальности 1−36 01 07 «Гидропневмосистемы мобильных и технологических машин» / А. И. Сафонов, М. И. Жилевич. — Минск: БНТУ, 2010.-52с.

6. Инструкция по эксплуатации и ремонту экскаватора ЭО-3223.

7. Конспект лекций.