Hidraulični cilindar deluje jednostavno: cev, klip, klipnjača. Teže je pravilno ga dimenzionisati. Treba uskladiti tri broja, prečnik klipa, radni pritisak i protok pumpe. Ako se pogreši bilo koji od njih, mašina ili ne savlada opterećenje ili se kreće presporo da bi bila upotrebljiva. U nastavku: fizika rada cilindra, proračun sile i brzine na konkretnom primeru, i šta treba uneti u upit da bi se proračun poklopio već iz prve.

Jednoradni, dvoradni i teleskopski cilindri

Hidraulični cilindar pretvara pritisak radnog fluida u pravolinijsku silu, potisnu ili vučnu. Način dovoda pritiska i povratka klipnjače zavisi od konstrukcije.

Jednoradni cilindar prima fluid pod pritiskom samo sa jedne strane klipa. Taj pritisak ostvaruje radni hod, a povratni hod izvodi opruga ili sopstvena težina tereta. Najjednostavnija i najjeftinija izvedba koja postoji. Ugrađuje se u dizalice, kiperske platforme, jednostavne podizne okvire. Silu ostvaruje samo u jednom smeru.

Dvoradni cilindar ima priključak sa obe strane klipa, pa pumpa dovodi pritisak u bilo koju od komora i pokreće klipnjaču aktivnom silom i pri izvlačenju i pri uvlačenju. Zato je postao standard za poljoprivrednu mehanizaciju, građevinske mašine i podizne platforme: rukovalac kontroliše oba smera kretanja, ne samo jedan.

Teleskopski cilindar sastoji se od više stepenika opadajućeg prečnika, ugnježdenih jedan u drugi, pri čemu je svaki stepenik cilindarska cev za sledeći. U uvučenom položaju jedva je duži od svog najšireg stepenika. U izvučenom daje hod nekoliko puta duži od sopstvene sklopljene dužine, i baš zato se ugrađuje u kiperske sanduke, prikolice i komunalna vozila, gde je ugradna dužina ograničena, a teret treba podići visoko.

Sila: pritisak pomnožen površinom

Sila koju cilindar ostvaruje opisana je jednom zavisnošću: sila je jednaka pritisku pomnoženom površinom na koju taj pritisak deluje.

F = p × A

Kada je pritisak izražen u MPa, a površina u mm², rezultat se dobija direktno u njutnima (1 MPa = 1 N/mm²). Radni pritisak se češće navodi u barima, pa je korisno zapamtiti: 1 bar = 0,1 MPa.

Uzmimo cilindar sa klipom prečnika 100 mm pri radnom pritisku 160 bar (16 MPa), na hodu izvlačenja, kada pritisak deluje na celu površinu klipa:

  • Površina klipa: A = π/4 × 100² ≈ 7854 mm²
  • Sila: F = 16 N/mm² × 7854 mm² ≈ 125 700 N ≈ 125,7 kN (oko 12,8 t sile)

Ta vrednost mora da savlada teret uz rezervu za trenje, bočno opterećenje i pad pritiska u crevima i ventilima između pumpe i cilindra.

Zašto je sila uvlačenja manja od sile izvlačenja

Kod dvoradnog cilindra hod izvlačenja koristi celu površinu klipa. Hod uvlačenja ne: sama klipnjača zauzima deo preseka klipa sa te strane, pa pritisak deluje samo na preostalu prstenastu površinu.

Pri istom prečniku klipa od 100 mm i klipnjači od 56 mm:

  • Površina klipnjače: π/4 × 56² ≈ 2463 mm²
  • Prstenasta površina: 7854 − 2463 ≈ 5391 mm²
  • Sila uvlačenja pri 160 bar: 16 × 5391 ≈ 86 300 N ≈ 86,3 kN

To je oko 69% sile izvlačenja pri istom pritisku. Razlog je prost, prečnik klipnjače, a ne greška u konstrukciji. Zato se prečnik klipa i prečnik klipnjače navode na crtežu zajedno: njihov odnos određuje raspoloživu silu na svakom hodu, a deblja klipnjača, potrebna zbog izvijanja na dugim hodovima, uvek uzme deo sile uvlačenja.

Brzina klipnjače i protok pumpe

Sila pokazuje koliki teret cilindar može da potisne. Brzina zavisi od toga koliko brzo pumpa puni komoru. Brzina klipnjače jednaka je protoku podeljenom površinom komore koja se puni:

v = Q / A

Pri protoku pumpe od 60 l/min (1000 cm³/s) i istom prečniku klipa od 100 mm (78,5 cm²), brzina izvlačenja iznosi približno 1000 / 78,5 ≈ 12,7 cm/s, odnosno oko 0,13 m/s. Hod uvlačenja puni manju prstenastu površinu, pa isti protok od 60 l/min vraća klipnjaču brže. To je korisno na povratnom hodu, ali treba ga uzeti u obzir pri odabiru hidraulične pumpe ili hidromotora za sistem, jer se zahtevi za protokom i pritiskom u dva smera razlikuju.

Šta navesti u upitu

Proračun cilindra poklapa se iz prve ako upit sadrži prečnik klipa i klipnjače (ili traženu silu u svakom smeru), radni i maksimalni pritisak sistema, dužinu hoda i ugradnu dužinu u sklopljenom i izvučenom stanju. Osim toga, koristi još nekoliko podataka:

  • protok pumpe ili tražena brzina izvlačenja i uvlačenja;
  • tip prihvata (rukavci, viljuška, prirubnica) i položaj cilindra u radu;
  • režim opterećenja i uslovi rada: prašina, morska sredina, visoka temperatura.

Pošaljite crtež, skicu ili samo navedene parametre. Dimenzionišemo prečnik klipa, klipnjače i klasu pritiska prema vašem opterećenju i traženoj brzini. Kontaktirajte nas, odgovaramo u roku od jednog radnog dana.