Телескопический гидроцилиндр: Как Работает 3-Ступенчатая Секция

Что такое телескопический гидравлический цилиндр?

Телескопический гидроцилиндр - это многоступенчатый привод, состоящий из 2-5 концентрических труб, скользящих друг в друге, что позволяет разместить длинный рабочий ход в коротком втянутом корпусе. Здесь нет одного штока: каждая труба является ступенью, и каждая ступень работает как цилиндр для расположенной внутри нее.

Вложенность - это ключевой момент. Самосвальному прицепу, требующему подъема 1300 мм (51 дюйм), может быть доступно только 500 мм (20 дюймов) под платформой, тогда как одноступенчатому цилиндру потребовался бы шток длиннее его хода. Трехступенчатый блок складывается примерно в одну треть своей выдвинутой длины при том же давлении. Платой за это является конструкция: каждая ступень представляет собой тонкостенную трубу, поэтому путь нагрузки длиннее, а направляющие более хрупкие.

• Наружный цилиндр — базовая ступень, с портами, несущая монтаж.
• Промежуточные втулки — хонингованные изнутри, каждая в свою очередь служит цилиндром.
• Конечный плунжер — самая маленькая ступень, сплошная или толстостенная.
• Комплект крышки и направляющей — фиксирует каждую втулку, содержит грязесъемник и уплотнение.

Как телескопический цилиндр выдвигается по ступеням?

Выдвижение строго последовательное: сначала движется самая большая ступень, и каждая последующая ступень начинает движение только после того, как предыдущая упрется в свой ограничитель. Эту последовательность обеспечивает не управляющий клапан - ее определяет эффективная площадь.

Масло, поступающее в базовый порт, воздействует на полную площадь первой ступени. Наибольшая площадь означает максимальное усилие и, при заданном расходе, наименьшую скорость. Когда эта ступень упирается в стопорное кольцо, то же самое давление воздействует на кольцевую площадь второй ступени: меньшая площадь, меньшее усилие, большая скорость. Закономерность повторяется, пока не выйдет самая маленькая ступень.

1. Масло поступает в базовый порт и заполняет объем под наибольшей ступенью.
2. Ступень 1 выдвигается вместе со всей вложенной стопкой впереди; ничего больше не движется.
3. Ступень 1 достигает стопорного кольца и давление передается на следующую кольцевую площадь.
4. Ступень 2 выдвигается быстрее и с меньшим усилием, неся остальные ступени.
5. Конечная ступень достигает верхнего предела. Общий ход - это сумма хода каждой ступени, за вычетом перекрытия направляющих.

Втягивание происходит в обратном порядке: нагрузка загоняет ступени на место, начиная с самой маленькой, и масло возвращается через тот же порт. Именно поэтому одноступенчатый блок должен устанавливаться штоком вверх - без гравитации у него нет возвратного усилия.

Почему усилие падает, а скорость растет по мере выдвижения ступеней

Усилие равно давлению, умноженному на эффективную площадь; скорость равна расходу, деленному на ту же самую площадь. По мере выдвижения ступеней площадь уменьшается, поэтому усилие падает, а скорость растет, всегда в обратной пропорции.

Это не недостаток, который нужно устранять конструктивно - именно это делает продукт полезным. Загруженный кузов самосвала наиболее тяжел при трогании, когда груз уплотнен, а геометрия дает наименьший механический выигрыш, и именно в этот момент ступень 1 обеспечивает пиковое усилие. После наклона примерно на 30° гравитация начинает помогать, а маленькие быстрые ступени завершают выгрузку.

Отсюда вытекают два следствия. Никогда не выбирайте размер только по полному усилию: проверяйте, движется ли груз, когда его несет самая маленькая ступень. И если требуется высокое усилие в конце хода, укажите вместо него одноступенчатый или плунжерный цилиндр.

Однодействующий или двойного действия: какая конструкция подходит?

Однодействующие устройства выдвигаются в гидравлическом режиме и втягиваются под нагрузкой или действием силы тяжести, используя один порт. Двухсторонние имеют второй порт и контур втягивания, поэтому они могут втягивать ступени домой против сопротивления.

Гравитация решает все. Любое вертикальное применение с весом над цилиндром - кузова самосвалов, самосвальные прицепы, крышки люков - подходит для одноступенчатого действия: проще, дешевле, меньше уплотнений. Горизонтальные оси или движение, при котором втягивание выполняет реальную работу, требуют двойного действия.

Третий вариант для горизонтальной работы - одноступенчатый блок с внешней возвратной пружиной или противовесом. Он переносит сложность из контура в конструкцию машины, поэтому это решение на уровне машины.

Какие уплотнения и направляющие предотвращают утечки между ступенями?

Каждый стык ступени содержит уплотнение штока, грязесъемник и износостойкое кольцо, и эта тройка определяет срок службы больше, чем любой другой фактор. Трехступенчатый цилиндр имеет три таких стыка при одинаковом давлении, но в различных условиях скольжения.

Каждый элемент выполняет одну функцию. Штоковое уплотнение, обычно полиуретановое для сопротивления экструзии, удерживает границу давления. Направляющее кольцо, обычно с наполнением из ПТФЭ или фенола, воспринимает боковую нагрузку и удерживает втулку концентрично, чтобы уплотнение никогда не пережималось. Грязесъемник счищает песок с входящей поверхности до того, как она достигнет кромки уплотнения - в условиях карьера эта деталь служит для долговечности больше, чем само уплотнение.

Качество поверхности - это вторая половина. Отверстия хонингованы до примерно 0,2–0,4 мкм Ra; открытые втулки покрыты твердым хромом до 20–30 мкм при 800–1000 HV. Слишком шероховатая поверхность абразирует уплотнение, слишком гладкая не удерживает масляную пленку. Одна деталь часто упускается при закупках: промежуточные втулки должны хонинговаться внутри до стандарта цилиндра, поскольку именно для этого они и предназначены. Поставщик, который хонингует только внешний цилиндр, поставляет цилиндр, который протекает на второй ступени.

Что вызывает отказы телескопических цилиндров в полевых условиях?

Большинство неисправностей связаны с четырьмя причинами: загрязненное масло, боковые нагрузки, экструзия уплотнений из-за избыточного давления и повреждения открытого кожуха в результате удара. Все четыре причины можно предвидеть, и три из них можно предотвратить с помощью технического обслуживания, а не изменения конструкции.

• Загрязненное масло — частицы перемещаются к наименьшему зазору, уплотнению ступени, царапая уплотнение и втулку. 10-мкм возвратный фильтр и плановая замена масла устраняют большую часть риска.
• Боковая нагрузка — выдвинутая стопка является длинной консолью; боковое усилие от несоосного шарнира умножается через ступени и проявляется как отказ износостойкого кольца и отслоение хрома.
• Избыточное давление — предохранительный клапан, установленный выше предела экструзии уплотнения, деформирует кромку в зазоре сальника. Он не выходит из строя сразу; он деформируется, плачет, а затем выходит из строя.
• Повреждение при ударе — самая маленькая ступень находится снаружи цилиндра, поэтому одного удара камня достаточно, чтобы образовать коррозионную ямку, которую не очистит ни один грязесъемник.

Симптомы обычно называют причину. Дрейф под нагрузкой означает внутренний байпас на той ступени, которая несет нагрузку; остановка при переходе ступени указывает на изогнутую втулку или изношенную направляющую; ползучее выдвижение при закрытом клапане указывает на утечку обратного клапана на верхнем участке.

Где используются телескопические цилиндры?

Телескопические цилиндры используются везде, где длинный прямой ход должен соответствовать пакету, слишком короткому, чтобы его вместить. Конструкция выбирается в первую очередь по геометрии, во вторую - по усилию.

Наиболее распространенное применение - опрокидывание: самосвалы, самосвальные прицепы и прицепы для перевозки отходов поднимают кузов на 45–60° с помощью цилиндра, расположенного под полом. Трехступенчатый агрегат с закрытой длиной менее 600 мм (24 дюйма) обеспечивает ход, который в противном случае потребовал бы цилиндра, имеющего в два раза большую длину, чем позволяет шасси. Другие применения включают ножничные и подъемные подъемники, где ступени достигают высоты без мачты; крышки корабельных люков, приводимые в действие горизонтальным блоком двойного действия; уплотнители отходов, где длинный толчковый ход должен помещаться в фиксированной раме; и зажимные приспособления, где короткая закрытая высота упрощает контур машины.

Как правильно подобрать телескопический цилиндр?

Начните с геометрии машины и кривой нагрузки, а затем позвольте им определить количество ступеней - и никогда не наоборот. Поставщик, получивший количество ступеней до кривой нагрузки, предлагает решение, которое работает на бумаге и останавливается в полевых условиях.

Шесть контрольных точек определяют конструкцию; без всех их невозможно сделать точное предложение:

1. Длина закрытая доступная в монтажном контуре, в мм.
2. Ход в точке нагрузки и указан ли геометрический ход или ход цилиндра.
3. Кривая нагрузки — усилие при трогании с места, среднем подъеме и полном выдвижении с моментом на каждом положении.
4. Рабочее давлениеи защищают ли уплотнения предохранительным клапаном на верхнем участке.
5. Монтаж ориентация и тип: вертикальное одностороннее действие, горизонтальное двойное действие или угловой поворотный механизм.
6. Цикл нагрузки: циклов в день, целевой показатель чистоты масла, преобладающий механизм износа.

Стоит также согласовать три коммерческих вопроса. Запрашивайте список диаметров ступеней, а не только диаметр отверстия, поскольку усилие на конечной ступени ограничивает применение. Спросите, какому стандарту соответствует крепление: ISO 6020/2 или чертежу заказчика. И подтвердите, что охватывает испытание давлением: устройство, испытанное на прочность только на базовой ступени, не было испытано на ступени, которая протекает.