Formula površine klipa: Izračunajte provrt, šipku i silu hidrauličkog cilindra

Površina klipa jedan je od onih brojeva koji na papiru izgledaju jednostavno, ali tiho odlučuju kako će se hidraulički cilindar ponašati na terenu. Bilo da provjeravate silu, procjenjujete brzinu ili uspoređujete uvlačenje na strani šipke s produljenjem punog provrta, početna točka je ista: točno odredite područje. Ovaj vodič prolazi kroz područje formule klipa, neto površine na strani šipke i praktičnih detalja koji su važni kada brojevi napuste stranicu i uđu u radionicu.

Osnovna formula površine klipa

Površina čela klipa je površina kruga. Ako znate radijus, koristite A = πr². Ako znate promjer provrta, koji je češći u radu cilindra, koristite A = πd²/4. Ovdje je A površina, d je provrt ili promjer klipa, r je polovica tog promjera, a π je približno 3,1416. Za provrt od 100 mm, r = 50 mm, pa je A = π × 50² ≈ 7,854 mm². Korištenje oblika promjera daje isti rezultat: π × 100² / 4 ≈ 7854 mm². Neka jedinice budu dosljedne: mm s mm, cm s cm, inči s inčima. Izračun mješovitih jedinica jedan je od najbržih načina za dobivanje broja koji izgleda uvjerljivo, ali je pogrešan.

Klip hidrauličkog cilindra u 45# i QT500-7 Budući da geometrija klipa utječe na učinkovito područje brtvljenja, ovaj dodatak hidrauličkog cilindra odvaja tlačne medije i dostupan je u 45# i QT500-7. Pogledajte proizvod →

Geometrija klipa je važna koliko i aritmetika. Klip koji nije koncentričan, ili provrt koji je istrošen ili ima brazde, može promijeniti efektivno brtveno područje tijekom rada čak i kada je nazivna formula ispravna. Zato je formula polazište, a ne zamjena za inspekciju.

Zašto je promjer obično broj koji imate

U većini dokumentacije o hidrauličkom cilindru provrt je naveden kao promjer, a ne radijus. To je zgodno jer oblik promjera izbjegava jedan korak pretvorbe. Koraci su jednostavni:

1. Izmjerite ili potvrdite promjer provrta u istom sustavu jedinica koji ćete koristiti za tlak i protok.
2. Kvadrirajte promjer.
3. Pomnožite s π i podijelite s 4.
4. Zabilježite rezultat kao cijelu površinu klipa.

S provrtom od 63 mm, A = π × 63² / 4 ≈ 3,117 mm². S provrtom od 3,00 in, A = π × 3,00² / 4 ≈ 7,07 in². Aritmetika je laka; disciplina je u održavanju odvojenog nominalnog provrta, stvarnog provrta i promjera šipke. Cilindar može biti naveden kao provrt od 100 mm, ali izmjereni provrt može biti malo iznad ili ispod te vrijednosti, ovisno o toleranciji i istrošenosti. Za procjene sile upotrijebite nominalni broj; za pronalaženje greške izmjerite pravi provrt.

Neto površina na strani šipke

U cilindru s dvostrukim djelovanjem, klip ne gura cijelo područje klipa u oba smjera. Na strani šipke, klip zauzima dio čela klipa. Efektivna površina je prstenasta površina: A_net = π/4 (D² - d²), gdje je D promjer provrta, a d promjer šipke. Ovo je područje na koje hidraulička tekućina zapravo djeluje tijekom uvlačenja. Zanemarivanje površine šipke jedna je od najčešćih pogrešaka u izračunu sile, posebno na cilindrima s dugim hodom gdje je šipka velika u odnosu na provrt.

Kromirana hidraulička klipnjača 20–220 mm S promjerom od 20–220 mm, duljinom do 8000 mm i kromiranom prevlakom, ova klipnjača je relevantna kada površina klipnjače utječe na izračune neto sile. Pogledajte proizvod →

Promjer šipke nije mali detalj. Postavlja neto površinu, a također utječe na čvrstoću stupa i trenje brtve. Šipka koja je premala za opterećenje može se skrenuti, dok šipka koja je prevelika smanjuje silu uvlačenja jer oduzima više površine od čela klipa. Donja tablica pokazuje razliku za uobičajene kombinacije provrta i šipke.

Od područja do sile i brzine

Nakon što je područje poznato, sila slijedi izravno: F = p × A. S p u N/mm² (MPa) i A u mm², sila izlazi u newtonima. Za provrt od 100 mm pri 16 MPa, sila istezanja je oko 7,854 mm² × 16 N/mm² ≈ 125,664 N, ili 125,7 kN. Na strani šipke, korištenjem neto površine iz tablice, sila uvlačenja je oko 5391 mm² × 16 N/mm² ≈ 86256 N ili 86,3 kN. Ta razlika nije pogreška zaokruživanja; štap radi svoj posao.

Cijev cilindra za hidraulične cilindre, Φ40–Φ320 mm S brušenim ili valjanim unutarnjim površinama i materijalima uključujući 20#, 45#, Q345B i 27SiMn, ova cijev podržava okruglost i brtvljenje u izračunima sile temeljenim na provrtu. Pogledajte proizvod →

Provrt stvara cijev cilindra, tako da kvaliteta i zaobljenost cijevi utječu na to koliko točno pravi cilindar slijedi izračunato područje. Cijev koja nije okrugla ili istrošena može promijeniti efektivni zazor i ponašanje brtvljenja, čak i ako se nominalni promjer na crtežu nije promijenio.

Brzina koristi isto područje obrnuto: v = Q / A, gdje je Q protok, a A efektivno područje. Ako je protok u mm³/min, a površina u mm², brzina je u mm/min. Pripazite na produženje naspram povlačenja; područje na strani šipke je manje, pa je povlačenje obično brže za isti protok. To je jedan od razloga zašto se cilindar može razlikovati u svakom smjeru čak i kada je postavka tlaka nepromijenjena. Formula daje teoretsku snagu. Stvarna sila je manja zbog trenja brtve, pada tlaka i protutlaka. Za početno dimenzioniranje, teorijska brojka je još uvijek pravo polazište; za detaljni dizajn, ispitivanje ili obračun tih gubitaka.

Uobičajene pogreške pri korištenju formule za površinu klipa

• Korištenje promjera kao radijusa u A = πr². Ako imate samo promjer, upotrijebite A = πd²/4 ili prvo podijelite promjer s 2.
• Zaboravljamo područje šipke na strani uvlačenja. Područje punog provrta odnosi se na produženje; prstenasto područje odnosi se na uvlačenje.
• Jedinice za miješanje. Pretvorite provrt, šipku, tlak i protok u konzistentan skup prije izračuna.
• Brkanje nazivnih i izmjerenih dimenzija. Nazivni provrt je dobar za kataloške izračune; izmjereni provrt je bolji za dijagnozu.
• Tretiranje teorijske sile kao instalirane sile. Trenje brtve, protutlak i gubici u cjevovodu smanjuju raspoloživu silu.
• Zaokruživanje prerano. Provedite dovoljno decimalnih mjesta kroz izračun, a zatim zaokružite konačni rezultat.

Za širi popis za provjeru dizajna, naš članak o ključna razmatranja dizajna pri odabiru hidrauličkog cilindra za određenu primjenu prolazi kroz uvjete provrta, hoda, montaže i opterećenja.

Praktične bilješke iz trgovine

U tvrtki Zhejiang Huanfeng Machinery gradimo hidrauličke cilindre od 2004. godine, a formula površine pojavljuje se u gotovo svakom razgovoru o sili, brzini ili veličini cilindra. Matematika je stabilna, ali unosi zaslužuju poštovanje. Provrt izmjeren istrošenim čeljustima, promjer šipke preuzet sa starog crteža ili brojka tlaka navedena bez jedinica mogu skrenuti inače dobar izračun. Radije prvo potvrdimo osnove: provrt, šipku, hod, tlak, protok i montažu. Tada formula radi ono što bi trebala.

Vidimo isti uzorak na cilindrima dizalice, radne platforme s dizalicom, kamiona za vuču i strojeva za zabijanje pilota: područje na strani šipke je ono koje se zanemaruje. Trenje brtve ne mijenja geometrijsko područje, ali mijenja silu koju možete koristiti. Ako tražite manjak sile, provjerite brtve i površinu šipke, kao i aritmetiku. Ako formulu držite blizu, a jedinice poštene, područje klipa prestaje biti vježba u učionici i postaje praktičan alat za rješavanje problema. Počnite s područjem punog provrta, oduzmite područje šipke kada se cilindar uvuče i zapamtite da se na stvarnom stroju uvijek događa malo više od idealne jednadžbe.