La conception d'un vérin hydraulique doit d'abord maîtriser les informations originales et la base de la conception, notamment : l'utilisation de l'hôte et le travail de l'article : les caractéristiques structurelles du mécanisme de travail, la condition de charge, la taille de la course et les exigences d'action ; le système hydraulique sélectionné par la force de travail et le débit ; les matériaux, les accessoires et le processus d'usinage de la réalité de la situation ; les normes et les spécifications nationales pertinentes, etc.
La structure interne et la composition des pièces du cylindre hydraulique sont illustrées aux figures 26-112 et 26-113.
Par rapport à d'autres composants hydrauliques, les ingénieurs hydrauliques trouvent les principes structurels, les calculs et la conception des vérins hydrauliques relativement simples. Les calculs de force et de vitesse sont effectués conformément aux formules fournies à la section 26.7.1. Les principales dimensions d'un cylindre hydraulique comprennent l'alésage du cylindre, le diamètre du cylindre du piston, la longueur du cylindre et l'épaisseur de la paroi du cylindre. Cependant, il faut prêter attention aux détails pour obtenir un vérin hydraulique aux performances acceptables.
La conception des vérins hydrauliques repose sur les principes suivants : ① répondre aux conditions de travail et aux exigences d'installation ; ② répondre aux exigences de force, de course et de vitesse ; ③ les pièces et les composants ont une résistance et une rigidité suffisantes pour répondre aux exigences de durée de vie et de fiabilité ; ④ l'étanchéité et la fiabilité : ⑤ prendre pleinement en compte la technologie de traitement et d'assemblage des pièces ; ⑥ installation, entretien et commodité ; ⑦ vérin hydraulique rentable ; ⑧ conception légère ; ⑨ conception standardisée.
Les points suivants ont été relevés dans la conception :
(1) Sélection du type de vérin hydraulique
Les caractéristiques et les besoins de la charge déterminent le type de vérin hydraulique. Bien que l'on utilise généralement plus souvent des vérins à double effet, il est possible d'utiliser un vérin à simple effet pour réduire la conduite d'huile en présence d'un poids propre, d'une charge externe ou d'une force de ressort. Cette configuration permet d'emprunter la force existante. Lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une longue course de travail avec une courte longueur d'installation, il faut envisager d'utiliser un vérin télescopique à plusieurs étages ou d'ajouter un mécanisme multiplicateur qui peut amplifier la course. Une tige de piston plus épaisse est nécessaire pour une course plus longue. Vous pouvez également équiper le vérin d'un manchon d'arrêt pour améliorer la résistance à la flexion longitudinale. Pour la structure du cylindre, les machines et équipements généraux utilisent généralement des barres d'accouplement ou des types filetés. En revanche, l'industrie métallurgique, les machines de forgeage et d'autres applications lourdes, ainsi que les cylindres à haute pression de grand diamètre, utilisent souvent des structures soudées.
(2) Calculer et déterminer les paramètres structurels de base
Déterminez la variation de la charge du vérin hydraulique à différents stades de la course en fonction des forces externes qu'il rencontre. Ces forces comprennent la gravité, le frottement dû au mouvement externe du corps, l'inertie et la charge de travail. En outre, vous devez fournir la valeur de la puissance pour ces conditions.
Vous déterminez le diamètre du piston et de la tige de piston en fonction de la charge de travail du cylindre hydraulique et de la pression de travail sélectionnée pour le fluide. Pour ce faire, vous suivez les normes nationales.
Le débit de la pompe hydraulique est déterminé en fonction de la vitesse de déplacement du cylindre hydraulique et du diamètre du piston et de la tige.
Sélectionnez le matériau du cylindre et calculez le diamètre extérieur du cylindre.
Sélectionnez la forme structurelle de la culasse et calculez la résistance de la liaison entre la culasse et le cylindre.
Le choix de la course du vérin hydraulique dépend de la distance de déplacement de la charge.
(3) longueur de guidage de la tige de piston du vérin hydraulique (voir figure 26-114), stabilité et résistance à la flexion longitudinale
La longueur L du cylindre hydraulique est calculée comme suit :
L=l+B+A+M+C (26-20)
Où dans la formule l - la course de travail maximale du piston.
B-Longueur du piston, généralement (0,6~1)D(DB-80mm) ;
A - longueur du guide de la tige de piston, prendre (0,6~1,5)D(D80mm).
M-Longueur d'étanchéité de la tige de piston, déterminée par la méthode d'étanchéité ;
C - autres longueurs.
Exigences minimales suggérées en matière de guidage H>l/20 ou H=D/2. La longueur du corps de la bouteille ne doit pas être supérieure à 20 fois le diamètre intérieur.
La longueur A du guide de la tige de piston ne doit pas être trop petite, sinon la déflexion initiale du vérin hydraulique (déflexion induite par le jeu) augmentera, ce qui affectera la stabilité du vérin hydraulique. La longueur du manchon de guidage varie généralement en fonction de la taille du cylindre hydraulique et du type et de l'utilisation du joint de la tige de piston. Elle doit être supérieure à 0,6 fois le diamètre de la tige de piston. Cela garantit une stabilité suffisante de la tige de piston. Voir la figure 26-114 à titre de référence.
La tige de piston doit avoir une bonne stabilité, essayer de faire en sorte que la tige de piston soit en état de tension pour supporter la charge maximale.
Le canon de guidage des vérins hydrauliques à grande vitesse et à longue course doit adopter une structure spéciale. Pour les vérins hydrauliques dont la vitesse est supérieure à 1000 mm/s et la course de 4000 mm ou plus, une surchauffe localisée peut se produire en raison de l'action à grande vitesse. Cette surchauffe peut provoquer une usure importante de la douille de guidage. En outre, elle peut entraîner l'apparition de poudre métallique. Il faut donc que la surface de la douille de guidage reçoive une lubrification forcée. En outre, nous devons appliquer une trempe à haute fréquence et d'autres traitements spéciaux à la surface de la tige de piston. En outre, nous pouvons envisager d'utiliser des paliers hydrostatiques.
Lorsqu'une résistance agit sur la tige du piston, il faut veiller à ce que le diamètre de la tige soit suffisamment grand pour résister à la charge et aux contraintes exercées par le vérin. En même temps, il faut éviter les déviations importantes. Lorsque la résistance à la flexion longitudinale est insuffisante, le frottement des surfaces de glissement, etc. provoque d'importantes charges de déviation sur la douille de guidage et le piston, ce qui entraîne des problèmes tels que le blocage, le fluage et l'usure anormale des joints. La résistance supplémentaire requise pour empêcher la flexion longitudinale dépend de la course et de la méthode de connexion du pivot.
En raison de l'élancement de la tige de piston, vous devez effectuer un contrôle de la résistance à la flexion longitudinale et un calcul de la stabilité du cylindre hydraulique.
(4) méthode de montage du cylindre hydraulique
La méthode de montage doit être basée sur les caractéristiques de la charge et la forme du mouvement. L'essentiel est de s'assurer que le vérin hydraulique est chargé dans le sens de l'action. En outre, le vérin hydraulique ne doit pas subir de charge dans la direction radiale.
Le montage par bride fournit des supports de ligne centrale très résistants. Les cylindres longs peuvent nécessiter des supports supplémentaires à l'extrémité libre pour éviter l'affaissement. En outre, il faut veiller à monter les boulons de manière à éviter les forces de cisaillement.
(5) cylindre hydraulique avec dispositif de freinage à tampon interne et nouveau dispositif à tampon
Les actions à grande vitesse avec une charge lourde peuvent parfois endommager les dispositifs mécaniques ou les vérins hydrauliques en raison de la pression d'impact générée dans la section tampon. Lorsque la vitesse du vérin dépasse 200 m/s et que la masse en mouvement est importante, vous devez utiliser une structure de freinage (voir figure 26-115). Cette structure de freinage doit être placée près de la fin de la course du piston. Cette structure décélère progressivement le piston pour l'empêcher de heurter la culasse. Si le dispositif tampon dans le cylindre ne peut à lui seul absorber toute l'énergie inertielle, il faut également envisager des mesures de décélération du circuit hydraulique.
La figure 26-115 montre une variété de structures d'amortissement, l'effet d'amortissement parabolique est le meilleur (voir figure 26-115a), mais le traitement par machine-outil CNC est nécessaire et le coût est plus élevé, tandis que la figure 26-115b montre la forme de la gorge de l'accélérateur par le traitement à la fraiseuse, pratique et simple, avec plus d'applications. Le tampon étagé (voir figure 26-115c) produit généralement un pic de pression. Ce pic de pression est inférieur à la moitié de celui du tampon cylindrique à étranglement constant.
En raison de cette caractéristique, le tampon étagé est fréquemment utilisé dans la cavité sans tige des vérins hydrauliques. Le tampon biconique (voir figure 26-115e) est plus performant que le tampon conique (voir figure 26-115d) et les ingénieurs l'utilisent souvent dans les vérins hydrauliques d'excavateurs. Les tampons à cylindre poreux et à plongeur poreux (voir figure 26-115f、h) permettent d'obtenir un effet tampon qui se rapproche du niveau parabolique idéal. La figure 26-116a montre la structure spécifique du tampon pour les cylindres hydrauliques. La structure traditionnelle des tampons de vérins hydrauliques est très courante.
La nouvelle structure d'amortissement à étranglement variable présente actuellement une variété de structures, y compris la structure d'amortissement à étranglement constant ou à étranglement variable (voir figure 26-116b, c et la structure d'amortissement de type à débit autorégulé à bague flottante (voir figure 26-116d) et ainsi de suite.
Dans la structure d'amortissement à étranglement constant illustrée à la figure 26-116b, le piston se déplace vers la culasse. Sous l'action de l'anneau de retenue et du ressort conique, le bloc amortisseur se déplace également avec le piston vers la culasse. Lorsque le bloc amortisseur est composé avec le plan de la culasse, une chambre d'huile tampon est formée dans la cavité sans tige. Le trou d'étranglement évacue l'huile contenue, ce qui permet d'obtenir un tampon d'étranglement constant. La structure du tampon à étranglement variable illustrée à la figure 26-116c améliore la structure du tampon à étranglement constant. Pour ce faire, elle incorpore de petits trous dans le tuyau d'entrée d'huile du bloc tampon. Cette conception permet de modifier la zone d'étranglement à mesure que le piston se rapproche de la culasse. Elle permet d'obtenir un étranglement variable en modifiant le nombre de trous d'étranglement.
Le nouveau dispositif tampon à étranglement est doté de ressorts coniques et d'une structure de tampon à étranglement constant (variable). Par rapport aux ressorts cylindriques, les ressorts coniques offrent une plus grande stabilité latérale. La fréquence de vibration est une valeur variable, ce qui évite les phénomènes de résonance. Cette conception permet d'éviter les impulsions de pression et les pics de pression excessifs dans la chambre tampon. Elle garantit que la pression change progressivement. Cette structure permet d'économiser la taille latérale du piston tampon traditionnel. Elle réduit également la course du tampon. La structure est simple et peu coûteuse. Dans le même temps, le mouvement inverse du cylindre hydraulique, à l'entrée et à la sortie de l'huile, se produit normalement.
(6) le problème d'échappement du cylindre hydraulique
L'intrusion d'air dans le cylindre a souvent pour conséquence que le cylindre hydraulique tremble ou rampe pendant le mouvement. Pour résoudre ce problème, il faut ajouter un dispositif d'échappement ou déplacer rapidement le vérin hydraulique jusqu'à sa course maximale pour expulser l'air avec force. Cependant, la présence de gaz dans le cylindre hydraulique n'est pas la seule cause du phénomène de rampement. L'installation du vérin hydraulique avec un rail de guidage non parallèle peut également provoquer des craquements. Cela se produit parce que le rail de guidage non parallèle entraîne une résistance importante. Dans ce cas, ajustez ou réinstallez le cylindre.
(7) Débit de l'orifice d'huile
Le débit de l'orifice d'huile ne doit pas dépasser 7 m/s afin d'éviter une perte de pression excessive affectant le rendement du cylindre.
(3) Sélection des matériaux d'étanchéité
L'étanchéité doit tenir compte de la compatibilité du matériau avec l'huile, de la température applicable, de la plage de vitesse, de l'étanchéité à la poussière et d'autres dispositifs.
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