Kako izračunati silu hidrauličkog cilindra: osnove guranja, vučenja i tonaže

Ako ste ikada stajali pokraj dizalice ili platforme za podizanje i pitali se koliki teret stvarno može pomaknuti cilindar, odgovor se svodi na jedan odnos: tlak ulja pomnožen s površinom koju gura. Za srž izračuna sile svakog hidrauličkog cilindra, a nakon nekoliko ponavljanja postaje druga priroda.

Gradimo cilindre za dizalice, radne platforme, kamione za vuču i bušotine, tako da dobar dio našeg tjedna provodimo na ovoj aritmetici. Ispod je metoda koju zapravo koristimo, razrađeni primjer u metričkim i imperijalnim jedinicama, te mali detalji koji odlučuju odgovara li broj na papiru broju nalicu mjesta.

Osnovna formula: Sila je jednaka tlaku površine puta

Svaki izračun počinje s F = P × A, gdje se sila mjeri u newtonima (ili funtama sile), tlak u paskalima (ili psi), a površina u kvadratnim metrima (ili kvadratnim inčima). Jedini pravi posao je pronalaženje odgovarajućeg područja, jer dvosmjerni cilindar predstavlja dva različita ovisno o smjeru na kojem ulje teče.

Sila pritiska (ekstenzija)

Kada ulje uđe u kraj poklopca, ono djeluje na cijelu površinu klipa. Za promjer provrta D, površina je A = π × D² ÷ 4. Pomnožite to s radnim tlakom i dobit ćete silu istezanja.

Sila povlačenja (povlačenje)

Kada ulje uđe u kraj šipke, sama šipka zauzima dio prednje strane klipa. Ako je promjer šipke d, efektivna površina postaje A = π × (D² − d²) ÷ 4. Budući da šipka uvijek uklanja područje, sila uvlačenja uvijek je niža od sile istezanja, često za 30 do 45 posto na tipičnom omjeru šipke i provrta.

Neke jedinice budu dosljedne. Traka za miješanje s kvadratnim inčima najčešći je izvor besmislenih rezultata, a proračunska tablica će vratiti pouzdan, pogrešan odgovor bez upozorenja.

Djelotvoran primjer koji možete slijediti

Pretpostavljamo da dvosmjerni cilindar ima provrt od 100 mm, šipku od 70 mm i radni tlak od 200 baraa.

1. Pretvorite tlak: 200 bara = 20 MPa = 20 N/mm².
2. Površina klipa: π × 100² ÷ 4 = 7,854 mm².
3. Površina šipke: π × 70² ÷ 4 = 3,848 mm².
4. Sila istezanja: 20 × 7,854 = 157,080 N, ili oko 157 kN.
5. Sila uvlačenja: 20 × (7,854 − 3,848) = 80,120 N, ili oko 80 kN.

U tonama sile koja je otprilike 16 tona guranja i 8 tona vučenja, razlika je dovoljno velika da se promijeni kako je stroj specificiran. Isti cilindar opisan u imperijalnim krajevima, provrt od 4 inča i šipka od 2 inča na 2500 psi, daje oko 31400 lbf pri istezanju i 23560 lbf pri uvlačenju. Omjer ostaje identičan, što je zgodna provjera ispravnosti kada se krećete između skupova crteža.

Odgovarajući provrt, šipku i pritisak

Izračun je dobar onoliko koliko su dobri njegovi inputi, a tri od njih uzrokuju većinu pogrešaka koje vidimo:

• dosadno je unutarnji promjer cijevi, a ne vanjski promjer cijevi i ne promjer završne kapice.
• Promjer šipke treba mjeriti na kromiranoj površini. Debljina oplate i trošenje manje su važni od korištenja nominalne vrijednosti crteža.
• Pritisak mora biti radni tlak na otvoru cilindra, a ne maksimalna vrijednost pumpe. Postavka sigurnosnog ventila je strop, a ne radna točka.

Ako znate samo postavku rasterećenja, pokrenite izračun s tom vrijednošću kako biste pronašli maksimalnu silu koju cilindar može generirati, zatim ga ponovite s tipičnim radnim tlakom da vidite što stroj koristi u svakodnevnom radu. Jaz između to dvoje često objašnjava zašto se stroj čini pretjeranim u jednoj funkciji, a marginalnim u drugoj.

Pretvaranje sile u tonažu

Jezik stranice radi na tonama, a ne na kilonewtonima. Za pretvorbu podijelite newtone s 9,810, budući da je jedna metrička tona-sila jednaka 9,81 kN. Gornjih 157 kN postaje oko 16 tona, što je brojka koju većina operatera odmah može zamisliti.

Pazite koju tonu koristite. Američka tona je 2.000 lbf, dok je metrička tona 2.205 lbf, a tih deset posto razlike ima način da se izroni u točno pogrešnom trenutku.

Zašto je stvarna sila niža od formule

Formula opisuje idealni cilindar. Pravi hardver malo gubi, a razumijevanje kamo ide pomaže vam da procijenite koliko marže dodati.

Trenje brtve i vodilice

Klipne brtve, klipne brtve i vodeći prstenovi otporni su na kretanje. Izlizan ili pretijesan brtve gurnite ovu figuru prema gore i cilindar koji je mjesecima stajao neiskorišten često se odvoji pri osjetno višem tlaku nego što mu je potrebno za nastavak kretanja.

Povratni pritisak

Ulje koje napušta suprotnu komoru mora putovati kroz crijeva, ventile i filtre. To ograničenje stvara protutlak koji se suprotstavlja gibanju, tako da je neto sila radnog tlaka minus povratna sila.

Bočno opterećenje i neusklađenost

Cilindar gurnut izvan osi lagano se savija, štap se zaglavi u vodilici, a trenje se naglo penje. Ovo je mehanički problem, a ne hidraulički, i nikakav dodatni pritisak ga ne može riješiti.

Kao dodatak za planiranje očekujte 5 do 15 posto ispod teorijske vrijednosti. Za sve što je povezano sa sigurnošću, tretirajte izračunati broj kao gornju granicu, a ne kao jamstvo.

Odabir faktora sigurnosti

Nakon što dobijete realnu brojku sile, sljedeća odluka je koliku rezervu ćete nositi. Ne postoji univerzalni odgovor, ali ove početne točke dobro funkcioniraju u mobilnim strojevima:

• Stabilna, dobro vođena opterećenja s blagim ciklusima: 1,5
• Udarno opterećenje, česti preokreti ili neravno tlo: 2,0 i više
• Primjene koje uključuju ljude: slijedite primjenjivi strojni standard, koji je obično znatno iznad 2
• Cilindri s dugim hodom: zasebno provjerite izvijanje šipke, jer ono često ograničava dizajn prije nego što to učini pritiskom

Velikodušni faktor sigurnosti nije besplatan. Dodaje težinu, cijenu i toplinu, tako da je ciljni broj koji odražava stvarnu dužnost, a ne refleks. To je i razlog zašto od kupaca tražimo radni ciklus zajedno s tlakom i provrtom.

Od broja do cilindra koji traje

Poznavanje potrebne sile samo je početak. Cilindar ga zatim mora isporučiti kroz tisuće ciklusa, po prašini, kiši i temperaturnim promjenama, bez savijanja šipke ili plakanja brtvi.

Na primjer, na dizalici montiranoj na kamion, sila luffinga se kontinuirano mijenja kako se kut kraka diže, au najgorem slučaju obično dolazi do niskog kuta s punim opterećenjem. Dimenzioniranje prema prosjeku ostavilo bi stroj kratkom točno onda kada je to važno.

Hidraulički cilindar dizalice montiran na kamion Podešava kut kraka za podizanje na različitim visinama i udaljenostima; opcija s dva cilindra podržava teža opterećenja, uz razmatranje veličine za promjenu sile luffinga. Pogledajte proizvod →

Dizala sa škarama donose drugačiji zaokret: nekoliko cilindara za podizanje dijeli teret, a sila potrebna po cilindru najveća je kada platforma stoji na dnu svog hoda i kut povezivanja je najmanje povoljan. Ovo su detalji koji stoje iza razmatranja dizajna za specifičnu primjenu , i vrijedi ih provjeriti prije nego što se provrt popravi.

Hidraulički cilindar za podizanje zračne platforme sa škarama Cilindri s jednostrukim djelovanjem podižu i spuštaju platformu s rupama za prigušivanje za glatko pozicioniranje; više cilindara dijeli opterećenje, zbog čega vrijedi provjeriti silu povezivanja u najgorem slučaju. Pogledajte proizvod →

Kad je dužnost neobična

Dizanje cijevi dobar je primjer posla u kojem je jednostavna formula samo početak. Glavni cilindri dizalice guraju cijeli niz cijevi kroz tlo, tako da potrebna sila mora pokriti trenje duž cijelog niza, otpor tla na licu i težinu same cijevi. Izračun je još uvijek uvijek tlak puta površine, ali površina mora biti velika i tlak mora biti neprekidno dostupan tijekom dugog hoda.

Stroj za podizanje cijevi Hidraulički glavni cilindar dizalice Glavni izvor energije za dizanje cijevi, pružajući snažan potisak i precizno izvlačenje; dimenzioniranje sile mora pokriti trenje duž niza cijevi i otpor lica. Pogledajte proizvod →

U slučajevima kao što je ovaj, cilindar je dizajniran prema opterećenju, a nije odabran iz kataloga, a vrijednost sile postaje prvi redak specifikacije umjesto konačnog odgovora.

Proračuni sila jedna su od onih malih vještina koje višestruko vraćaju trud. Nakon što se možete pouzdano kretati između tlaka, površine i tonaže, možete zdravo razumno provjeriti crtež dobavljača u nekoliko minuta, uočiti premali cilindar prije nego što stigne do stroja i objasniti kupcu zašto vučna sila nije ista kao potisna sila.

Ako želite drugi par očiju za izračun, pošaljite nam provrt, promjer šipke, tlak i skicu montaže. Uvijek nam je drago razgovarati o brojevima prije nego što se bilo što proizvede.