Каталог › Технические руководства › Расчёт цилиндра
Расчёт гидроцилиндра: усилие, скорость и расход
Расчёт усилия на выдвижение и втягивание по диаметру поршня, штока и давлению; скорости — по расходу; мощности насоса и двигателя — по обоим.
Какое усилие даст гидроцилиндр, с какой скоростью он будет двигаться и какой для этого нужен насос — всё это находится по трём простым формулам. Все три опираются на два размера: диаметр поршня (внутренний диаметр гильзы) и диаметр штока.
Усилие — это давление, умноженное на площадь. При выдвижении масло давит на всю поверхность поршня, поэтому площадь считается по диаметру поршня: F = P × π × D² / 4. В практических единицах: усилие (кгс) ≈ давление (бар) × площадь поршня (см²). У цилиндра с диаметром поршня 80 мм площадь составляет 50,3 см²; при 150 бар он даёт около 7 540 кгс, то есть 7,5 тонны на выдвижение.
При втягивании площадь, занятая штоком, выключается из работы. Поэтому усилие втягивания всегда меньше усилия выдвижения: площадь равна площади поршня минус площадь штока. У цилиндра с поршнем 80 мм и штоком 45 мм кольцевая площадь равна 50,3 − 15,9 = 34,4 см²; при тех же 150 бар усилие втягивания составит около 5 160 кгс. Поэтому при проектировании принципиально, нагружает ли груз цилиндр на выдвижении или на втягивании.
Скорость выводится из расхода: v = Q / A. В практических единицах: скорость (см/с) ≈ расход (л/мин) × 16,67 / площадь (см²). При подаче 20 л/мин в цилиндр 80 мм скорость выдвижения составит около 6,6 см/с. При том же расходе втягивание быстрее, поскольку заполняемый объём меньше — именно поэтому цилиндр двустороннего действия возвращается быстрее, чем выдвигается.
Подача насоса считается обратным ходом от нужной скорости: требуемый расход (л/мин) = площадь (см²) × скорость (см/с) / 16,67. Мощность двигателя затем находится по давлению и расходу: мощность (кВт) ≈ давление (бар) × расход (л/мин) / 600. Эта формула приближённо учитывает общий КПД; берётся ближайший больший стандартный типоразмер двигателя.
Наконец, не пропускайте проверку на продольный изгиб. Цилиндры с большим ходом и тонким штоком могут потерять устойчивость на выдвижении, даже если расчёт усилия удовлетворён. С ростом хода должен расти и диаметр штока; таблицы «диаметр штока — ход» в каталоге задают этот предел.
Часто задаваемые вопросы
Почему усилия выдвижения и втягивания различаются?
При выдвижении масло действует на всю поверхность поршня. При втягивании теряется площадь, занятая штоком, поскольку шток уже заполняет этот объём. При меньшей эффективной площади усилие втягивания при том же давлении ниже. Разница растёт с увеличением диаметра штока.
Как увеличить скорость цилиндра?
Скорость прямо пропорциональна расходу, поэтому первый путь — увеличить подачу насоса. Второй — взять цилиндр меньшего диаметра, но это снижает и усилие. Если нужна скорость без потери усилия, потребуются насос большей подачи и соответствующий двигатель, а размеры линий и клапанов нужно увеличить под новый расход.
На какое давление рассчитывать?
Повышение давления позволяет получить то же усилие цилиндром меньшего размера, экономя место и деньги. Но более высокое давление поднимает и требуемый класс рукавов, фитингов и уплотнений и увеличивает внутренние утечки. В промышленных применениях типичен диапазон 150–210 бар; в мобильной гидравлике используют более высокие значения.
Как выбрать диаметр штока?
Ограничений два. Первое — усилие втягивания: чем толще шток, тем меньше кольцевая площадь и, соответственно, усилие втягивания. Второе — продольный изгиб: у цилиндров с большим ходом тонкий шток может согнуться при выдвижении. В применениях с большим ходом диаметр штока подбирают по таблице устойчивости, а не по расчёту усилия.
Цилиндр не даёт полного усилия — в чём причина?
Сначала измерьте давление в системе манометром: если предохранительный клапан настроен низко или открывается рано, давление вообще не поднимется. Если давление в норме, возможно, пропускает поршневое уплотнение внутри цилиндра — когда масло переходит с одной стороны поршня на другую, усилие падает, но цилиндр всё равно движется. Обычно это требует замены ремкомплекта.
Как измерить диаметр поршня?
Диаметр поршня — это внутренний диаметр гильзы, он равен внутреннему размеру хонингованной трубы. Если цилиндр не разобран, его можно вычислить по наружному диаметру гильзы и толщине стенки; при читаемом шильдике он указан там. Размер обычно соответствует стандартному ряду: 40, 50, 63, 70, 80, 90, 100 мм.
Связанные группы товаров
Запросить предложение: Расчёт цилиндра
Сообщите размер и количество — наш отдел продаж ответит в тот же день с ценой и сроком поставки. Если не уверены в размере, достаточно фотографии имеющейся детали.