Термин «цилиндр» (от греч. kylindros — «валик», «каток») используется в двух основных значениях. Во-первых, это геометрическое тело, образованное цилиндрической поверхностью и двумя параллельными плоскостями, которые её пересекают. Во-вторых, и это особенно важно для техники, цилиндром называют направляющий элемент поступательной пары в двигателях внутреннего сгорания, гидравлических приводах и других механизмах, внутри которого перемещается поршень.
Разновидности цилиндров в механизмах
В конструкции различных транспортных машин, промышленных станков и автоматических линий широко применяются две основные разновидности цилиндров:
1) Гидроцилиндр — устройство, работающее на жидкости.
2) Пневмоцилиндр — устройство, работающее на сжатом воздухе.
Устройство и принцип работы гидроцилиндра
Гидроцилиндр — это сложный узел, который в зависимости от своего назначения может включать в себя множество элементов. Ключевыми из них являются:
1) Каналы для подвода и отвода рабочей жидкости (чаще всего масла);
2) Непосредственно корпус цилиндра (гильза);
3) Поршень, разделяющий внутреннюю полость;
4) Возвратная пружина (в некоторых конструкциях);
5) Шток — стержень, передающий усилие от поршня;
6) Поршневая и штоковая полости (по разные стороны от поршня);
7) Плунжер (в плунжерных цилиндрах);
8) Демпфирующие устройства для плавного торможения в конце хода;
9) Мембрана или сильфон (в специальных исполнениях).
По своей сути гидроцилиндры являются объемными гидродвигателями. Они преобразуют энергию потока рабочей жидкости под давлением в механическую энергию возвратно-поступательного движения своего выходного звена. Интересно, что подвижным элементом может быть как шток, так и сам корпус цилиндра.
Классификация и применение гидроцилиндров
В зависимости от требуемых задач, усилий и скоростей применяются гидроцилиндры различных типов и размеров. Основное деление происходит по принципу действия:
• Цилиндры двустороннего действия: и прямой, и обратный ход штока совершаются под давлением рабочей жидкости, подаваемой попеременно в разные полости. Это наиболее распространенный тип, обеспечивающий усилие в обоих направлениях.
• Цилиндры одностороннего действия: прямой ход осуществляется под давлением жидкости, а обратный — за счет внешней силы (например, пружины или веса самого механизма).
Наиболее широко в приводах мобильной техники (экскаваторов, погрузчиков, бульдозеров) используются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Направление движения и усилие на штоке зависят от того, в какую из полостей (поршневую или штоковую) подается жидкость. При этом противоположная полость соединяется со сливной магистралью.
Цилиндры с двусторонним штоком часто применяются для поворота рабочего оборудования, например, в навесных системах экскаваторов. В таких конструкциях подвижным звеном обычно является сам корпус цилиндра (гильза).
Современные поршневые гидроцилиндры унифицированы и рассчитаны на работу с жидкостями разной вязкости в широком диапазоне климатических условий — от умеренных до тропических и холодных.
Примечание: Сильфон, который может входить в конструкцию специальных цилиндров, представляет собой тонкостенную гофрированную трубку. Он работает как упругий элемент (пружина) и применяется в качестве компенсатора теплового расширения, чувствительного элемента в датчиках или герметичного разделителя сред в механизмах.