Все о гидроцилиндрах

Гидроцилиндр является основным компонентом гидравлической системы. Принцип его действия базируется на законе Паскаля, согласно которому давление, производимое на жидкость в замкнутой системе, передается без изменения во всех направлениях. Устройство, состоящее из цилиндра с поршнем, преобразует гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена, в результате чего шток совершает линейное движение, приводя в действие элементы какого-либо механизма.

Типы гидравлических цилиндров

Гидроцилиндры различаются по конструкции цилиндра и поршня, что определяет их рабочие характеристики. Но во всех случаях полость внутри корпуса разделяется поршнем на две камеры, поршень со штоком перемещает рабочая жидкость, которая нагнетается под давлением в одну из камер. Различают цилиндры:

• одностороннего действия (с одним портом для подачи рабочей жидкости) – шток движется в одном направлении, а возвращается под действием нагрузки или пружины;
• двустороннего действия (с двумя портами для подачи, отвода рабочей жидкости) – шток совершает движение в обе стороны.

Поршневые модели

Гидравлические цилиндры с классическим поршнем с уплотнителем встречаются чаще всего. Это простые, надежные устройства одностороннего и двустороннего действия. Применяют их в составе узлов и агрегатов в различных сферах машиностроения.

Плунжерные модели

В таких гидроцилиндрах шток закреплен на плунжере – это длинный цилиндрический вытеснитель без поршневого уплотнения. У плунжерных моделей шток обычно перемещается лишь в одном направлении. К достоинствам устройства относят повышенную стойкость к боковым нагрузкам. Основная сфера применения – прессы, домкраты.

Телескопические модели

Корпус состоит из нескольких последовательно выдвигающихся секций. Это обеспечивает увеличенный рабочий ход поршня при компактности гидроцилиндра в сложенном виде. Такие модели пригодны для эксплуатации в условиях ограниченного пространства, в том числе на самосвалах. Телескопические гидроцилиндры функциональны, универсальны в применении. Но сложность конструкции снижает их устойчивость к боковым нагрузкам.

Дифференциальные модели

Поршень дифференциального гидроцилиндра имеет особую форму – его площадь с одной стороны меньше, чем с другой. Поэтому значительно различается скорость, усилие при тяге и толкании. У дифференциальных гидроцилиндров быстрое возвратное движение, что важно для автоматизированных систем, закрывающихся устройств.

Область применения гидроцилиндров

Подъемно-транспортная техника

Гидравлические цилиндры в составе подъемников, кранов, погрузчиков, другого подъемно-транспортного оборудования обеспечивают подъем грузов (в том числе на значительную высоту), их плавное перемещение с точным позиционированием. Гидроцилиндры высокого качества рассчитаны на экстремальные нагрузки и долгий срок службы.

Металлообрабатывающие станки

С помощью гидроцилиндров:

• обеспечивается точное позиционирование, стабильное положение обрабатываемых деталей, что повышает качество готовых изделий;
• приводятся в действие рабочие инструменты.

Кузнечно-прессовое оборудование

Гидравлические цилиндры помогают создавать необходимые усилия для пластической деформации металлов кузнечной машиной, приводят в действие пуансон пресса, при этом обеспечивая контроль процесса ковки, штамповки.

Литейное производство

Гидроцилиндрами оснащаются приводы, с помощью которых открываются и закрываются пресс-формы, производится управление стержнями, формами. Они позволяют контролировать скорость, плавность работы механизмов, осуществляющих заливку и распределение металла, извлечение отливок.

Сельскохозяйственная техника

С помощью гидравлических цилиндров тракторы, комбайны, другие агрегаты управляют навесным оборудованием – поднимают его, опускают, меняют угол наклона. Гидроприводами также оснащаются культиваторы, сеялки, бороны, другая техника для почвообработки, что позволяет ее складывать для транспортировки и раскладывать, позиционировать рабочие органы в нужном положении.

Достоинства и недостатки гидроцилиндров

К достоинствам относят:

• Высокую мощность, способность развивать огромное усилие. Это позволяет использовать гидравлические цилиндры в сфере тяжелого машиностроения, для работы техники с высокой грузоподъемностью.
• Плавную работу. Шток перемещается равномерно, что упрощает управление рабочим процессом.
• Простую конструкцию. Гидравлические цилиндры проще и дешевле в обслуживании по сравнению с электрическими.
• Надежность. Изделия из качественных материалов при соблюдении правил эксплуатации служат продолжительный срок.
• Компактные размеры. При относительно скромных габаритах устройства способны развивать большое усилие.

Список недостатков включает:

• Возможность утечки масла. При утечке снижается эффективность работы гидроцилиндра, возрастает риск его выхода из строя, возникает опасность загрязнения окружающей среды.
• Зависимость от температуры окружающей среды. При экстремальной жаре гидравлическое масло разжижается, на морозе загустевает, что негативно отражается на работе гидропривода.
• Проблемы с точным позиционированием. Несмотря на плавную работу системы, для высокоточного позиционирования требуется электронный блок управления.
• Требовательность к обслуживанию. Необходимо регулярно менять гидравлическое масло, фильтры, чтобы гидроцилиндр исправно функционировал.
• Относительно невысокая скорость работы. Гидроприводы работают заметно медленнее пневматических, что может быть критично при решении определенных задач.

Виды и причины типичных поломок

Разобравшись в причинах часто встречающихся неисправностей, можно своевременно предупреждать поломки гидроцилиндра. Это предотвратит длительные простои и связанные с ними финансовые потери.

Износ уплотнений

Сальники, прокладки с течением времени изнашиваются и теряют герметичность. К преждевременному износу приводит:

• невысокое качество уплотнительных элементов – они не выдерживают эксплуатационных нагрузок;
• недостаток смазки, из-за чего увеличивается трение;
• перегрузки – под воздействием повышенной температуры или давления уплотнители могут деформироваться.

Избежать проблем поможет регулярная проверка и своевременная замена уплотнительных элементов.

Повреждения корпуса

Корпус гидравлического цилиндра может оказаться поврежденным в результате:

• сильного механического воздействия;
• коррозии.

Чтобы исключить риск повреждений, необходимо использовать цилиндры из прочных материалов, контролировать условия эксплуатации, своевременно восстанавливать антикоррозийное защитно-декоративное покрытие корпуса.

Разгерметизация соединений

К нарушению герметичности приводит:

• неправильная сборка – погрешности в установке соединительных компонентов, недостаточная затяжка резьбового соединения;
• повреждение уплотнителей или ослабление резьбы из-за термического расширения;
• эксплуатационный износ, деформация фланцев, резьбы.

Следует периодически осматривать соединения, проверять затяжку.

Засорение каналов и клапанов

Для нормальной работы гидравлики клапаны, каналы должны быть чистыми. Причиной засорения может служить:

• плохая фильтрация жидкости, из-за чего в систему попадают посторонние включения;
• формирование отложений на стенках, что сужает рабочее сечение;
• коррозия, разрушение внутренних компонентов.

Необходимо следить за качеством фильтрации рабочей жидкости, общим состоянием системы.

Техобслуживание и ремонт

Гидравлические цилиндры подвергаются высоким эксплуатационным нагрузкам, и потому нуждаются в систематическом уходе, своевременном ремонте.

Диагностика

Диагностические мероприятия включают осмотр, проверку целостности корпуса, наличия утечек рабочей жидкости. Также проверяется состояние штоков.

На данном этапе выявляют износ колец уплотнения и сальников, повреждения корпуса, деформацию штока.

Разборка и чистка

Гидроцилиндр после диагностики полностью разбирают, все детали очищают от масла, загрязнений, используя спецсредства, безопасные для металла, материала уплотнителей. Каждый компонент тщательно осматривают для выявления повреждений. Особого внимания требуют шток и поршень – даже мелкие дефекты способны нарушить нормальную работу устройства.

Ревизия и замена компонентов

Все детали оцениваются на предмет пригодности к эксплуатации. Компоненты с повреждениями или следами износа заменяют на новые. Важно использовать детали и расходники, рекомендованные производителем, чтобы полностью восстановить рабочие качества гидроцилиндра.

Сборка и проверка

Сборку необходимо проводить по техническим стандартам производителя. Детали устанавливаются в обратном порядке с соблюдением последовательности, правил сборки.

Собранный гидроцилиндр тестируют под нагрузкой – он должен сохранять герметичность, корректно работать под давлением, обеспечивать плавное перемещение штока.

Профилактические мероприятия

Систематическая профилактика продлевает срок службы цилиндров. Перечень мероприятий включает общий осмотр, проверку уплотнителей, замену гидравлической жидкости.

Максимально сохранять рабочий ресурс помогает соблюдение рекомендаций производителя по эксплуатации устройства, отсутствие перегрузок, минимизация внешних неблагоприятных воздействий.

Перспективы развития и применения гидроцилиндров

Востребованность экономически эффективных и экологически безопасных инженерных решений влияет на модернизацию гидравлических цилиндров.

Внедрение инноваций

Рабочие параметры и долговечность гидроцилиндров улучшаются благодаря развитию материаловедения, технологий металлообработки. Применяются новые высокопрочные композитные материалы, не подверженные коррозии, совершенствуются методы уплотнения. Оснащение гидроцилиндра системой интеллектуального контроля с управлением IoT (интернет вещей) позволяет отслеживать фактическое состояние оборудования – это сводит к минимуму риск поломок и связанных с ними финансовых потерь, оптимизирует затраты на обслуживание.

Экологичность

Повышение требований к экологической безопасности оборудования привело к созданию гидроцилиндров, которые работают с использованием биоразлагаемых рабочих жидкостей взамен синтетического масла.

В перспективе развитие гидравлических систем продолжит идти по пути совершенствования материалов, цифровизации, замены масла на жидкости, безвредные для окружающей среды.