유압 실린더 설계는 먼저 호스트의 사용 및 기사 작업, 작업 메커니즘의 구조적 특성, 부하 조건, 스트로크 크기 및 동작 요구 사항, 작업 력 및 흐름에 의해 선택된 유압 시스템, 상황 현실의 재료, 액세서리 및 가공 공정, 관련 국가 표준 및 사양 등을 포함한 원래 정보 및 설계 기반을 마스터해야합니다.
유압 실린더의 내부 구조와 부품 구성은 그림 26-112 및 그림 26-113에 나와 있습니다.
다른 유압 부품에 비해 유압 엔지니어는 유압 실린더의 구조 원리, 계산 및 설계가 비교적 간단하다고 생각합니다. 힘과 속도 계산은 섹션 26.7.1에 제공된 공식에 따라 수행됩니다. 유압 실린더의 주요 치수에는 실린더 보어, 피스톤 실린더 직경, 실린더 길이 및 실린더 벽 두께가 포함됩니다. 그러나 허용 가능한 성능을 가진 유압 실린더를 얻으려면 세부 사항에 주의를 기울여야 합니다.
다음 원칙에 따른 유압 실린더 설계: 작업 조건 및 설치 요구 사항을 충족하기 위해 ② 힘, 스트로크, 속도 요구 사항을 충족하기 위해 ③ 부품 및 구성 요소는 서비스 수명 및 신뢰성 요구 사항을 충족하기에 충분한 강도, 강성을 가지고 있으며 ④ 밀봉 및 신뢰성이 있습니다: 부품 가공 및 조립 기술, ⑥ 설치, 유지 보수 및 편의성, ⑦ 유압 실린더 비용 효율, ⑧ 경량 설계, ⑨ 표준화된 설계를 충분히 고려해야 합니다.
디자인에 다음 사항을 고려했습니다:
(1) 유압 실린더 유형 선택
하중의 특성과 필요에 따라 유압 실린더의 유형이 결정됩니다. 일반적으로 복동 실린더를 더 자주 사용하지만, 자체 중량, 외부 하중 또는 스프링의 힘이 있는 경우 단동 실린더를 사용하여 오일 파이프를 줄일 수 있습니다. 이 설정을 사용하면 기존의 힘을 빌릴 수 있습니다. 짧은 설치 길이로 긴 작업 스트로크를 달성해야 하는 경우 다단계 텔레스코픽 실린더를 사용하거나 스트로크를 증폭할 수 있는 승수 메커니즘을 추가하는 것을 고려하세요. 더 긴 스트로크를 위해서는 더 두꺼운 피스톤 로드가 필요합니다. 실린더에 스톱 슬리브를 장착하여 세로 굽힘 저항을 개선할 수도 있습니다. 실린더 배럴의 구조는 일반 기계 및 장비에서는 일반적으로 타이로드 또는 나사산 타입을 사용합니다. 반면 야금 산업, 단조 기계 및 기타 고강도 애플리케이션과 고압 대구경 실린더는 용접 구조를 사용하는 경우가 많습니다.
(2) 기본 구조 매개변수를 계산하고 결정합니다.
유압 실린더가 만나는 외부 힘을 기반으로 스트로크의 다양한 단계에서 유압 실린더의 하중 변화를 결정합니다. 이러한 힘에는 중력, 외부 신체 움직임으로 인한 마찰, 관성 및 작업 부하가 포함됩니다. 또한 이러한 조건에 대한 파워 값을 제공해야 합니다.
유압 실린더의 작동 부하와 선택한 유체 작동 압력에 따라 피스톤과 피스톤 로드의 직경을 결정합니다. 이를 위해 국가 표준을 따릅니다.
유압 실린더의 이동 속도와 피스톤 및 피스톤 로드의 직경을 기준으로 유압 펌프의 유량을 결정합니다.
원통 재질을 선택하고 원통 외경을 계산합니다.
실린더 헤드의 구조적 형태를 선택하고 헤드와 실린더 배럴 사이의 연결 강도를 계산합니다.
유압 실린더의 스트로크 선택은 하중 이동 거리에 따라 달라집니다.
(3) 유압 실린더 피스톤 로드 가이드 길이(그림 26-114 참조), 안정성 및 세로 굽힘 강도
유압 실린더 배럴 길이 L은 다음과 같이 계산됩니다:
L=l+B+A+M+C(26-20)
여기서 공식 L은 피스톤의 최대 작동 스트로크입니다.
B-피스톤 길이, 일반적으로 (0.6~1)D(DB-80mm);
A - 피스톤 로드 가이드 길이, (0.6~1.5)D(D80mm)를 취합니다.
M-피스톤 로드 씰링 길이, 씰링 방법에 따라 결정됩니다;
C - 기타 길이.
권장 최소 가이드 요구 사항 H>l/20 또는 H=D/2. 실린더 배럴의 길이는 내경의 20배를 넘지 않는 것이 바람직합니다.
피스톤 로드 가이드 길이 A가 너무 작으면 유압 실린더의 초기 처짐(간격으로 인한 처짐)이 증가하여 유압 실린더의 안정성에 영향을 미칩니다. 가이드 슬리브의 길이는 일반적으로 유압 실린더의 크기와 피스톤 로드 씰의 유형 및 용도에 따라 다릅니다. 피스톤 로드 직경의 0.6배 이상이어야 합니다. 이렇게 하면 피스톤 로드에 충분한 안정성이 보장됩니다. 그림 26-114를 참조하세요.
피스톤로드는 안정성이 좋아야하며 최대 하중을 견딜 수 있도록 피스톤로드를 장력 상태로 만들어야합니다.
고속 및 롱 스트로크 유압 실린더의 가이드 부시는 특수 구조를 채택해야 합니다. 속도가 1000mm/s 이상이고 스트로크가 4000mm 이상인 유압 실린더의 경우 고속 작동으로 인해 국부적인 과열이 발생할 수 있습니다. 이러한 과열은 가이드 슬리브에 심각한 마모를 일으킬 수 있습니다. 또한 금속 가루가 발생할 수도 있습니다. 이를 위해서는 가이드 슬리브 표면에 강제 윤활을 해야 합니다. 또한 피스톤 로드 표면에 고주파 담금질 및 기타 특수 처리를 적용해야 합니다. 또한 정수압 베어링 사용을 고려할 수 있습니다.
피스톤 로드에 저항이 작용할 때는 로드 직경이 실린더에 가해지는 하중과 응력을 견딜 수 있을 만큼 충분히 큰지 확인해야 합니다. 동시에 큰 편향은 피해야 합니다. 세로 굽힘의 강도가 충분하지 않으면 슬라이딩 표면의 마찰 등으로 인해 가이드 슬리브와 피스톤에 큰 편향 하중이 발생하여 걸림, 크리핑 및 씰의 비정상적인 마모와 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 세로 굽힘을 방지하기 위해 필요한 추가 강도는 스트로크 및 피벗 연결 방식에 따라 다릅니다.
피스톤 로드가 가늘기 때문에 유압 실린더의 세로 굽힘 강도 점검과 안정성 계산을 수행해야 합니다.
(4) 유압 실린더 장착 방법
장착 방법은 하중 특성과 이동 형태에 따라 결정해야 합니다. 핵심은 유압 실린더가 작동 방향을 따라 하중을 받는지 확인하는 것입니다. 또한 유압 실린더에 방사형 방향으로 하중이 가해져서는 안 됩니다.
플랜지 마운팅은 고강도 중심선 지지대를 제공합니다. 긴 실린더는 처짐을 방지하기 위해 자유 끝 부분에 추가 지지대가 필요할 수 있습니다. 또한 전단력을 피할 수 있는 방향으로 볼트를 장착하도록 주의하세요.
(5) 내부 버퍼 제동 장치와 새로운 버퍼 장치가 있는 유압 실린더
무거운 하중을 동반한 고속 동작은 버퍼 섹션에서 발생하는 충격 압력으로 인해 기계 장치나 유압 실린더가 손상될 수 있습니다. 실린더 속도가 200m/s를 초과하고 움직이는 질량이 큰 경우 제동 구조물을 사용해야 합니다(그림 26-115 참조). 이 제동 구조는 피스톤 스트로크의 끝 근처에 배치해야 합니다. 이 구조는 피스톤을 서서히 감속시켜 피스톤이 실린더 헤드에 충격을 주지 않도록 합니다. 실린더의 완충 장치만으로 모든 관성 에너지를 흡수할 수 없는 경우 유압 회로 감속 조치도 고려해야 합니다.
그림 26-115는 다양한 완충 구조를 보여 주며 포물선 완충 효과가 가장 좋지만 (그림 26-115a 참조) CNC 공작 기계 가공의 필요성, 비용이 더 높으며 그림 26-115b는 밀링 머신 가공에 의한 스로틀 홈 모양, 편리하고 간단하며 더 많은 응용 분야에 표시됩니다. 계단식 버퍼(그림 26-115c 참조)는 일반적으로 압력 피크를 생성합니다. 이 압력 피크는 정속 스로틀 원통형 버퍼의 절반 미만입니다.
이러한 특성으로 인해 계단식 버퍼는 유압 실린더의 로드리스 캐비티에 자주 사용됩니다. 이중 원추형 버퍼(그림 26-115e 참조)는 원추형 버퍼(그림 26-115d 참조)보다 성능이 우수하며 엔지니어는 종종 굴삭기 유압 실린더에 이 버퍼를 적용합니다. 다공성 실린더와 다공성 플런저 버퍼(그림 26-115f, h 참조)는 이상적인 파라볼릭 레벨에 거의 근접한 버퍼링 효과를 얻을 수 있습니다. 그림 26-116a는 유압 실린더용 버퍼의 구체적인 구조를 보여줍니다. 기존의 유압 실린더 버퍼 구조는 매우 일반적입니다.
새로운 가변 스로틀링 쿠션 구조는 현재 정 스로틀링 또는 가변 스로틀링 쿠션 구조(그림 26-116b, c 참조), 플로팅 부싱 자체 조절 흐름형 쿠션 구조(그림 26-116d 참조) 등 다양한 종류가 있습니다.
그림 26-116b에 표시된 스로틀 완충 구조에서는 피스톤이 실린더 헤드 쪽으로 이동합니다. 리테이닝 링과 원추형 스프링의 작용으로 쿠션 블록도 피스톤과 함께 실린더 헤드 쪽으로 움직입니다. 버퍼 블록이 실린더 헤드 평면과 결합되면 로드리스 캐비티에 버퍼 오일 챔버가 형성됩니다. 스로틀 홀은 동봉된 오일을 배출하여 일정한 스로틀 버퍼를 달성합니다. 그림 26-116c에 표시된 가변 스로틀 버퍼 구조는 상수 스로틀 버퍼 구조를 개선한 것입니다. 버퍼 블록의 오일 주입 파이프에 작은 구멍을 통합하여 이를 수행합니다. 이 설계를 통해 피스톤이 실린더 헤드를 향해 움직일 때 스로틀 영역이 변경될 수 있습니다. 스로틀 구멍의 수를 변경하여 가변 스로틀을 구현합니다.
새로운 스로틀형 버퍼 장치는 원뿔형 스프링과 일정한(가변) 스로틀 버퍼 구조를 특징으로 합니다. 원통형 스프링에 비해 원추형 스프링은 측면 안정성이 뛰어납니다. 진동 주파수를 가변값으로 설정하여 공진 현상을 방지합니다. 이 설계는 압력 펄스와 과도한 버퍼 챔버 압력 피크를 방지합니다. 압력이 점진적으로 변화하도록 보장합니다. 이 구조는 기존 버퍼 플런저의 측면 크기를 줄여줍니다. 또한 버퍼 스트로크도 줄어듭니다. 구조가 간단하고 비용이 저렴합니다. 동시에 유압 실린더의 오일 안팎으로 역방향 이동이 정상적으로 이루어집니다.
(6) 유압 실린더의 배기 문제
실린더에 공기가 침입하면 이동 중에 유압 실린더가 흔들리거나 기어가는 현상이 종종 발생합니다. 이 문제를 해결하려면 배기 장치를 추가하거나 유압 실린더를 최대 스트로크까지 빠르게 움직여 공기를 강제로 배출합니다. 그러나 유압 실린더의 가스만이 크롤링 현상의 유일한 원인은 아닙니다. 유압 실린더를 평행하지 않은 가이드 레일과 함께 설치하는 경우에도 크롤링 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 평행하지 않은 가이드 레일로 인해 큰 저항이 발생하기 때문에 발생합니다. 이 경우 실린더를 조정하거나 다시 설치하세요.
(7) 오일 포트 유량
실린더 출력에 영향을 미치는 과도한 압력 손실을 방지하기 위해 오일 포트 유속은 7m/s를 초과하지 않아야 합니다.
(3) 씰링 재료 선택
재료와 오일의 호환성, 적용 온도, 속도 범위, 방진 및 기타 장치를 고려한 씰링.
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