Obliczanie siły pchania i ciągnięcia siłownika hydraulicznego: Przewodnik po rozmiarach OEM

I. Dlaczego siła pchania i ciągnięcia nie jest taka sama

Kiedy inżynier OEM prosi ocylinder hydraulicznyktóry może „pchać 10 ton” lub „ciągnąć 10 ton”, pierwsze pytanie brzmi, czy ta siła jest wymagana po stronie pełnego otworu, czy po stronie tłoczyska. Cylinder hydrauliczny mechanizmu różnicowego ma z jednej strony pełną powierzchnię tłoka, a z drugiej część pierścieniową. Pręt zajmuje część powierzchni po stronie pręta, więc dostępna siła uciągu jest niższa przy tym samym ciśnieniu.

Różnicę tę łatwo przeoczyć, gdy cylinder zamienny zostanie wybrany na podstawie średnicy zewnętrznej lub starego numeru części. Z tego też powodu cylinder, który wydaje się mieć wystarczającą pojemność nominalną, może nie dostarczać wymaganej siły w rzeczywistym kierunku ruchu.

W tym przewodniku wyjaśniono logikę obliczeń stosowaną podczas wstępnego przeglądu OEM. Nie zastępuje pełnego projektu maszyny, kontroli konstrukcji, przeglądu obwodu hydraulicznego ani oceny bezpieczeństwa.

II. Trzy dane wejściowe rozpoczynające obliczenia

2.1 Średnica otworu

Otwór, czyli średnica tłoka, określa całą powierzchnię tłoka poddaną działaniu ciśnienia. Większy otwór może wytworzyć większą teoretyczną siłę przy tym samym ciśnieniu, ale zmienia także objętość oleju, wymagany przepływ dla danej prędkości, powłokę cylindra i wymagania montażowe.

2,2 Średnica pręta

Średnica pręta wpływa na siłę uciągu, ponieważ pręt zajmuje obszar po stronie pręta. Wpływa to również na połączenie tłoczyska, obciążenie prowadnicy, dostępny luz i sposób, w jaki cylinder radzi sobie ze ściskaniem lub rozciąganiem. Pręta nie można wybrać na podstawie samej siły uciągu; skok, montaż, prowadzenie i rzeczywista droga obciążenia również mają znaczenie.

2.3 Efektywne ciśnienie hydrauliczne

Użyj ciśnienia, które jest rzeczywiście dostępne w cylindrze podczas wymaganego ruchu, a nie tylko maksymalnego ustawienia nadmiaru pompy. Straty ciśnienia na zaworach, wężach, złączkach i innych elementach mogą zmniejszyć ciśnienie dostarczane do cylindra. Kolejność działania maszyny powinna określać ciśnienie projektowe zastosowane w pierwszych obliczeniach.

III. Podstawowe formuły push i ciągnąć

W przypadku obliczeń pierwszego przejścia przy użyciu spójnych jednostek:

Siła pchania:

Siła uciągu:

Gdzie:

• F--jest teoretyczną siłą cylindra.
• P--to efektywne ciśnienie na cylindrze.
• A_tłok--to pełna powierzchnia tłoka.
• A_pręt- jest polem przekroju poprzecznego pręta.

Dla przekroju kołowego:

Jeśli ciśnienie zostanie wprowadzone w psi, a średnica w calach, wynikiem będzie siła w funtach. Jeśli ciśnienie zostanie wprowadzone w paskalach, a średnica w metrach, wynik zostanie podany w niutonach. Utrzymuj spójność systemu jednostek od początku do końca.

Równania te opisują teoretyczną siłę hydrauliczną. Nie uwzględniają one automatycznie tarcia uszczelnienia, tarcia prowadnicy, strat mechanicznych, spadku ciśnienia, kąta obciążenia, przyspieszenia, ugięcia konstrukcji ani współczynnika bezpieczeństwa.

IV. Sprawdzony przykład bez reklamacji produktu

Załóżmy, że inżynier sprawdza cylinder za pomocą:

• 3-calowy otwór
• Pręt 1,5 cala
• Efektywne ciśnienie 2000 psi

Pełna powierzchnia tłokaJest:

Pole pręta to:

Teoretyczne wartości pierwszego przejścia są zatem następujące:

Różnica nie jest wadą produkcyjną. Pochodzi z obszaru przemieszczania pręta po stronie pręta. Przykład dotyczy wyłącznie treningu obliczeniowego; nie jest to ocena konkretnego produktu lub maszyny HCIC.

V. Dlaczego pierwsza kalkulacja nie jest ostatecznym wyborem

5.1 Przewaga mechaniczna zmienia wymaganą siłę cylindra

Obciążenie nie zawsze działa bezpośrednio wzdłuż linii środkowej cylindra. Dźwignia, łącznik, zawias lub układ nożycowy mogą zwiększać lub zmniejszać siłę wymaganą w różnych pozycjach. Inżynier powinien obliczyć najgorszy punkt ruchu, a nie tylko pozycję wyjściową.

Kąt między cylindrem a elementem napędzanym również ma znaczenie. Cylinder może mieć dużą siłę teoretyczną, ale słabą składową siły pod określonym kątem. Rysunek przedstawiający ścieżkę i położenie obciążenia jest bardziej przydatny niż pojedynczy numer obciążenia.

5.2 Siła statyczna różni się od siły początkowej i poruszającej

Uwolnienie ładunku, przyspieszenie go i przemieszczanie ze stałą prędkością to różne warunki. Tarcie uszczelki, opór prowadnicy, bezwładność i opór materiału mogą sprawić, że siła początkowa będzie większa niż siła wymagana podczas gładkiej części skoku.

W przypadku urządzeń takich jak wyrzutniki, zagęszczarki, chwytaki i mechanizmy podnoszące kupujący powinien opisać, kiedy występuje największa siła oraz czy ładunek może się zaciąć lub zmienić podczas skoku.

5.3 Ciśnienie to nie to samo, co siła działająca na obciążenie

Odczyt ciśnienia w pobliżu pompy może nie odpowiadać ciśnieniu w porcie butli. Długość węża, złączki, zawory kierunkowe, regulatory przepływu i przeciwciśnienie wpływają na dostępne ciśnienie. Wiarygodne obliczenia powinny określić, gdzie mierzone jest ciśnienie i w jakich warunkach pracy.

5.4 Ściskanie i napięcie pręta wymagają różnych kontroli

Pręt obciążony ściskaniem może wymagać sprawdzenia stabilności pręta, szczególnie w przypadku układu o długim skoku lub słabo prowadzonym. Pręt obciążony rozciąganiem można kontrolować za pomocą różnych połączeń i ograniczeń materiałowych. Artykuł ten nie zastępuje obliczeń wyboczenia ani weryfikacji konstrukcji; oddziela obliczenia obszaru siły od tych dodatkowych kontroli.

VI. Siła, prędkość i objętość oleju są połączone

Większy otwór może zwiększyć siłę, ale zwiększa również objętość oleju potrzebną do przemieszczenia tłoka w danym skoku. W przypadku prędkości docelowej wymagany przepływ jest powiązany z efektywną powierzchnią komory i prędkością tłoka. Strona pręta ma inną objętość na jednostkę długości niż strona z pełnym otworem.

Stwarza to kompromis w zakresie projektu:

• Większy obszar otworu może zapewnić większą siłę teoretyczną.
• Większy obszar wymaga większego przepływu przy tej samej prędkości liniowej.
• Większy pręt zmniejsza powierzchnię po stronie ciągnięcia, ale może poprawić odporność pręta na obciążenie aplikacyjne.
• Dłuższy skok zwiększa objętość oleju, długość instalacji i znaczenie prowadzenia.

Dlatego też butlę należy dobrać tak, aby obejmowała pompę, zawór, zbiornik, wąż, mocowanie i cykl maszyny jako jeden system.

VII. Praktyczny proces wyboru OEM

1. Zdefiniuj kierunek obciążenia: Określ, czy cylinder ma pchać, ciągnąć, czy wytwarzać obie siły.
2. Zamapuj ścieżkę ładowania:Narysuj czopy, połączenia, zawiasy, prowadnice i pozycje obciążenia.
3. Określ najgorszą pozycję:Oblicz wymaganą siłę w przypadku, gdy geometria jest najmniej korzystna.
4. Ustaw efektywne ciśnienie: Użyj ciśnienia dostępnego w cylindrze podczas odpowiedniego cyklu maszyny.
5. Wybierz otwór wstępny:Wykorzystaj całą powierzchnię tłoka do obliczeń pchania i sprawdź wymagany margines siły.
6. Wybierz drążek:Sprawdź siłę uciągu, ściskanie lub rozciąganie, skok, montaż i prowadzenie.
7. Sprawdź prędkość i przepływ:Potwierdź, że zasilacz i zawory mogą zapewnić wymaganą prędkość ruchu.
8. Sprawdź kopertę:Porównaj długość wsuniętą, przedłużoną, porty, sworznie, wsporniki i prześwit serwisowy.
9. Przejrzyj bezpieczeństwo i strukturę:Sprawdź mocowania, elementy spawane, prowadnice, ograniczniki i osłony pod rzeczywistym obciążeniem.
10. Potwierdź u producenta butli:Wyślij dane aplikacji przed ostatecznym zatwierdzeniem produkcji.

VIII. Co wysłać, aby uzyskać wycenę siłownika hydraulicznego

Przydatne zapytanie OEM powinno obejmować:

• Wymagana siła pchająca i siła ciągnąca
• Kierunek obciążenia i czas trwania obciążenia
• Ciśnienie robocze na cylindrze
• Wymagana prędkość i czas cyklu
• Preferencje dotyczące otworu, pręta i skoku, jeśli zostały już zdefiniowane
• Wymiary montażowe w stanie wysuniętym i złożonym
• Sposób montażu, sworznie, sworznie lub oczka pręta
• Rysunek kąta obciążenia i połączenia
• Temperatura pracy i środowisko
• Informacje o płynie hydraulicznym i zaworach
• Ilość, model zamienny lub odnośnik do rysunku

Im bardziej kompletna jest ścieżka obciążenia, tym łatwiej jest odróżnić problem z doborem cylindra od problemu z konstrukcją, połączeniem lub obwodem hydraulicznym.

IX. Wniosek

Cylinder hydraulicznyObliczanie siły pchającej i ciągnącej rozpoczyna się od trzech podstawowych danych wejściowych: średnicy otworu, średnicy tłoczyska i ciśnienia efektywnego. Pełna powierzchnia tłoka określa siłę pchania pierwszego przejścia, podczas gdy tłoczysko zmniejsza powierzchnię efektywną, a tym samym siłę uciągu.

Ta kalkulacja to dopiero początek. Kąt połączenia, opór rozruchowy, prędkość, strata ciśnienia, obciążenie tłoczyska, montaż, prowadzenie i konstrukcja maszyny decydują o tym, czy cylinder nadaje się do rzeczywistego zastosowania. Kupujący OEM, którzy podają pełną ścieżkę obciążenia i dane hydrauliczne, mogą otrzymać bardziej przydatną ofertę niż kupujący, którzy podają jedynie numer siły.

X. O HCIC

HCIC opracowuje i produkuje cylindry hydrauliczne, zespoły napędowe hydrauliczne i powiązane komponenty do pojazdów, urządzeń do utylizacji odpadów, sprzętu budowlanego i przemysłowego. Przydatność techniczną należy sprawdzić pod kątem rzeczywistej konstrukcji maszyny i mających zastosowanie wymagań bezpieczeństwa.