El diseño del cilindro hidráulico debe dominar primero la información original y la base de diseño, incluyendo: el uso del anfitrión y el trabajo del artículo a cabo: las características estructurales del mecanismo de trabajo, la condición de carga, el tamaño de la carrera y los requisitos de acción; sistema hidráulico seleccionado por la fuerza de trabajo y el flujo; materiales, accesorios y proceso de mecanizado de la realidad de la situación; las normas y especificaciones nacionales pertinentes y así sucesivamente.
La estructura interna y la composición de las piezas del cilindro hidráulico se muestran en la Figura 26-112 y en la Figura 26-113.
En comparación con otros componentes hidráulicos, los ingenieros hidráulicos consideran que los principios estructurales, los cálculos y el diseño de los cilindros hidráulicos son relativamente sencillos. Los cálculos de fuerza y velocidad se realizan de acuerdo con las fórmulas proporcionadas en el apartado 26.7.1. Las dimensiones principales de un cilindro hidráulico incluyen el diámetro interior del cilindro, el diámetro del cilindro del pistón, la longitud del cilindro y el espesor de la pared del cilindro. Sin embargo, hay que prestar atención a los detalles para obtener un cilindro hidráulico con un rendimiento aceptable.
Diseño de cilindros hidráulicos de acuerdo con los siguientes principios: ① cumplir las condiciones de trabajo y los requisitos de instalación; ② cumplir los requisitos de fuerza, carrera, velocidad; ③ las piezas y componentes tienen suficiente resistencia, rigidez, para cumplir los requisitos de vida útil y fiabilidad; ④ estanqueidad y fiabilidad: ⑤ tener plenamente en cuenta la tecnología de procesamiento y montaje de piezas; ⑥ instalación, mantenimiento y comodidad; ⑦ cilindro hidráulico rentable; ⑧ diseño ligero; ⑨ diseño estandarizado.
En el diseño se observaron los siguientes puntos:
(1) Selección del tipo de cilindro hidráulico
Las características y necesidades de la carga determinan el tipo de cilindro hidráulico. Aunque la gente suele utilizar más los cilindros de doble efecto, se puede utilizar un cilindro de simple efecto para reducir la tubería de aceite cuando hay peso propio, cargas externas o fuerza de muelle. Esta configuración permite tomar prestada la fuerza existente. Cuando sea necesario conseguir una carrera de trabajo larga con una longitud de instalación corta, considere la posibilidad de utilizar un cilindro telescópico multietapa o añadir un mecanismo multiplicador que pueda amplificar la carrera. Para una carrera más larga se requiere un vástago más grueso. También puede equipar el cilindro con un manguito de tope para mejorar la resistencia a la flexión longitudinal. Para la estructura del vástago del cilindro, la maquinaria y los equipos generales suelen utilizar tipos de tirantes o roscados. En cambio, la industria metalúrgica, la maquinaria de forja y otras aplicaciones pesadas, así como los cilindros de alta presión y gran diámetro, suelen emplear estructuras soldadas.
(2) Calcular y determinar los parámetros estructurales básicos
Determine el cambio en la carga del cilindro hidráulico en varias etapas de la carrera en función de las fuerzas externas que encuentra. Estas fuerzas incluyen la gravedad, la fricción del movimiento externo del cuerpo, la inercia y la carga de trabajo. Además, debe proporcionar el valor de potencia para estas condiciones.
El diámetro del pistón y del vástago se determina en función de la carga de trabajo del cilindro hidráulico y de la presión de trabajo del fluido. Para ello, siga las normas nacionales.
El caudal de la bomba hidráulica se determina en función de la velocidad de movimiento del cilindro hidráulico y del diámetro del pistón y del vástago.
Seleccione el material del cilindro y calcule el diámetro exterior del cilindro.
Seleccione la forma estructural de la culata y calcule la resistencia de la unión entre la culata y el cilindro.
La selección de la carrera del cilindro hidráulico depende de la distancia de movimiento de la carga.
(3) longitud de la guía del vástago del cilindro hidráulico (véase la figura 26-114), estabilidad y resistencia a la flexión longitudinal
La longitud L del cilindro hidráulico se calcula de la siguiente manera:
L=l+B+A+M+C (26-20)
Donde en la fórmula l - la carrera máxima de trabajo del pistón.
B-Longitud del pistón, generalmente (0,6~1)D(DB-80mm);
A - longitud de la guía del vástago, tomar (0,6~1,5)D(D80mm).
M-Longitud de sellado del vástago, determinada por el método de sellado;
C - otras longitudes.
Requisitos mínimos de guía sugeridos H>l/20 o H=D/2. La longitud de la camisa del cilindro no debe ser superior a 20 veces el diámetro interior.
La longitud A de la guía del vástago no debe ser demasiado pequeña, de lo contrario aumentará la desviación inicial del cilindro hidráulico (desviación inducida por el juego), lo que afectará a la estabilidad del cilindro hidráulico. La longitud del manguito de guía generalmente varía dependiendo del tamaño del cilindro hidráulico y del tipo y uso de la junta del vástago del pistón. Debe ser superior a 0,6 veces el diámetro del vástago. Esto asegura que el vástago tenga suficiente estabilidad. Véase la figura 26-114 como referencia.
El vástago del pistón debe tener una buena estabilidad, trate de hacer que el vástago del pistón en el estado de tensión para soportar la carga máxima.
El casquillo guía del cilindro hidráulico de alta velocidad y carrera larga debe adoptar una estructura especial. En los cilindros hidráulicos con velocidades superiores a 1000 mm/s y carreras de 4000 mm o más, puede producirse un sobrecalentamiento localizado debido a la acción de alta velocidad. Este sobrecalentamiento puede causar un desgaste significativo en el manguito guía. Además, puede provocar la aparición de polvo metálico. Esto requiere que la superficie del manguito guía reciba una lubricación forzada. Además, debemos aplicar temple de alta frecuencia y otros tratamientos especiales a la superficie del vástago. Además, podemos considerar el uso de cojinetes hidrostáticos.
Cuando la resistencia actúa sobre el vástago, hay que asegurarse de que el diámetro del vástago sea suficientemente grande para soportar la carga y los esfuerzos ejercidos por el cilindro. Al mismo tiempo, deben evitarse grandes flexiones. Cuando la resistencia a la flexión longitudinal es insuficiente, el rozamiento de las superficies de deslizamiento, etc., provoca grandes cargas de flexión en el casquillo de guía y en el pistón, dando lugar a problemas como atascos, deslizamientos y desgaste anormal de las juntas. La resistencia adicional necesaria para evitar la flexión longitudinal depende de la carrera y del método de conexión del pivote.
Debido a la delgadez del vástago, debe realizar una comprobación de la resistencia a la flexión longitudinal y un cálculo de la estabilidad del cilindro hidráulico.
(4) método de montaje del cilindro hidráulico
El método de montaje debe basarse en las características de la carga y la forma del movimiento. La clave está en garantizar que el cilindro hidráulico reciba la carga a lo largo de la dirección de acción. Además, el cilindro hidráulico no debe experimentar una carga en la dirección radial.
El montaje con brida proporciona soportes de alta resistencia en la línea central. Los cilindros largos pueden requerir soportes adicionales en el extremo libre para evitar el pandeo. Además, tenga cuidado de montar los pernos de forma que se eviten las fuerzas de cizallamiento.
(5) cilindro hidráulico con dispositivo de frenado de tope interno y el nuevo dispositivo de tope
Las acciones a alta velocidad con una carga pesada pueden a veces dañar los dispositivos mecánicos o los cilindros hidráulicos debido a la presión de impacto generada en la sección de amortiguación. Cuando la velocidad del cilindro supere los 200 m/s, y la masa en movimiento sea grande, deberá utilizar una estructura de frenado (véase la Figura 26-115). Esta estructura de frenado debe colocarse cerca del final de la carrera del pistón. Esta estructura desacelera gradualmente el pistón para evitar que impacte contra la culata. Si el dispositivo de amortiguación en el cilindro por sí solo no puede absorber toda la energía de inercia, debe considerar también las medidas de deceleración del circuito hidráulico.
La Figura 26-115 muestra una variedad de estructura de amortiguación, el efecto de amortiguación parabólica es el mejor (ver Figura 26-115a), pero la necesidad de procesamiento de la máquina herramienta CNC, el costo es más alto, mientras que la Figura 26-115b se muestra en la forma de la ranura del acelerador por el procesamiento de la máquina de fresado, conveniente y simple, más aplicaciones. El amortiguador escalonado (ver Figura 26-115c) produce típicamente un pico de presión. Este pico de presión es menos de la mitad que el del amortiguador cilíndrico de estrangulación constante.
Debido a esta característica, el amortiguador escalonado se utiliza con frecuencia en la cavidad sin vástago de los cilindros hidráulicos. El amortiguador cónico doble (véase la figura 26-115e) funciona mejor que el amortiguador cónico (véase la figura 26-115d) y los ingenieros suelen aplicarlo en cilindros hidráulicos de excavadoras. Los amortiguadores de cilindro poroso y émbolo poroso (véase la figura 26-115f、h) pueden conseguir un efecto amortiguador que se aproxime mucho al nivel parabólico ideal. La figura 26-116a muestra la estructura específica del amortiguador para cilindros hidráulicos. La estructura tradicional del amortiguador para cilindros hidráulicos es muy común.
La nueva estructura de amortiguación de estrangulamiento variable actualmente tiene una variedad de, incluyendo estrangulamiento constante o estructura de amortiguación de estrangulamiento variable (ver Figura 26-116b, c y buje flotante estructura de amortiguación de tipo de flujo autorregulado (ver Figura 26-116d) y así sucesivamente.
En la estructura de amortiguación de aceleración constante mostrada en la figura 26-116b, el pistón se desplaza hacia la culata. Bajo la acción del anillo de retención y del muelle cónico, el bloque amortiguador también se desplaza con el pistón hacia la culata. Cuando el bloque amortiguador se compone con el plano de la culata, se forma una cámara de aceite amortiguador en la cavidad sin vástago. El orificio del acelerador descarga el aceite encerrado, con lo que se consigue un amortiguador de aceleración constante. La estructura del amortiguador de aceleración variable mostrada en la figura 26-116c mejora la estructura del amortiguador de aceleración constante. Para ello, incorpora pequeños orificios en el tubo de entrada de aceite del bloque amortiguador. Este diseño permite que el área de estrangulación cambie a medida que el pistón se mueve hacia la culata. Consigue una estrangulación variable modificando el número de orificios de estrangulación.
El nuevo dispositivo de amortiguación de tipo acelerador cuenta con muelles cónicos y una estructura de amortiguación de aceleración constante (variable). En comparación con los muelles cilíndricos, los muelles cónicos proporcionan una mayor estabilidad lateral. La frecuencia de vibración es un valor variable, lo que evita fenómenos de resonancia. Este diseño evita los impulsos de presión y los picos excesivos de presión de la cámara intermedia. Garantiza que la presión cambie gradualmente. Esta estructura ahorra el tamaño lateral del émbolo amortiguador tradicional. También reduce la carrera del amortiguador. La estructura es sencilla y de bajo coste. Al mismo tiempo, el movimiento inverso de entrada y salida de aceite del cilindro hidráulico se produce con normalidad.
(6) el problema de escape del cilindro hidráulico
La entrada de aire en el cilindro suele provocar que el cilindro hidráulico se sacuda o se arrastre durante el movimiento. Para solucionarlo, añada un dispositivo de escape o mueva el cilindro hidráulico rápidamente hasta su carrera máxima para expulsar el aire con fuerza. Sin embargo, el gas en el cilindro hidráulico no es la única causa del fenómeno de arrastre. La instalación del cilindro hidráulico con un raíl guía no paralelo también puede provocar el arrastre. Esto ocurre porque el riel guía no paralelo produce una gran resistencia. En este caso, ajuste o vuelva a instalar el cilindro.
(7) Caudal del puerto de aceite
El caudal del puerto de aceite no debe superar los 7 m/s para evitar una pérdida de presión excesiva que afecte a la potencia del cilindro.
(3) Selección de los materiales de sellado
Sellado para considerar la compatibilidad del material con el aceite, la temperatura aplicable, el rango de velocidad y a prueba de polvo y otros dispositivos.
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