När en OEM-ingenjör ber om enhydraulisk cylindersom kan "skjuta 10 ton" eller "dra 10 ton", den första frågan är om den kraften krävs på sidan med full hål eller stavsidan. En hydraulisk differentialcylinder har en hel kolvarea på ena sidan och en ringformig area på den andra. Stången upptar en del av stavens sida, så den tillgängliga dragkraften är lägre vid samma tryck.
Den skillnaden är lätt att missa när en ersättningscylinder väljs utifrån ytterdiameter eller ett gammalt artikelnummer. Det är också anledningen till att en cylinder som verkar ha tillräckligt med nominell kapacitet kanske inte levererar den kraft som krävs i den faktiska rörelseriktningen.
Den här guiden förklarar beräkningslogiken som används för en första OEM-granskning. Det är inte en ersättning för en komplett maskinkonstruktion, strukturell kontroll, granskning av hydraulkretsen eller säkerhetsbedömning.
Hålet, eller kolvdiametern, bestämmer hela kolvytan som utsätts för tryck. En större borrning kan producera mer teoretisk kraft vid samma tryck, men den förändrar också oljevolym, erforderligt flöde för en given hastighet, cylindermantel och monteringskrav.
Stångens diameter påverkar dragkraften eftersom staven upptar ytan på stavsidan. Det påverkar också stånganslutningen, styrbelastningen, tillgängligt spelrum och hur cylindern hanterar kompression eller spänning. Ett spö kan inte väljas från enbart dragkraft; slaglängd, montering, styrning och den faktiska lastvägen har också betydelse.
Använd det tryck som faktiskt är tillgängligt vid cylindern under den önskade rörelsen, inte bara pumpens maximala avlastningsinställning. Tryckförluster genom ventiler, slangar, kopplingar och andra komponenter kan minska trycket som levereras till cylindern. Maskinens driftsekvens bör avgöra det konstruktionstryck som används för den första beräkningen.
För en första-pass-beräkning med konsekventa enheter:
Tryckkraft:
Dragkraft:
Där:
För ett cirkulärt avsnitt:
Om trycket anges i psi och diametern i tum, är resultatet i pounds-force. Om trycket anges i pascal och diameter i meter är resultatet i newton. Håll enhetssystemet konsekvent från början till slut.
Dessa ekvationer beskriver teoretisk hydraulisk kraft. De inkluderar inte automatiskt tätningsfriktion, styrfriktion, mekaniska förluster, tryckfall, belastningsvinkel, acceleration, strukturell deformation eller en säkerhetsfaktor.
Antag att en ingenjör screenar en cylinder med:
Hela kolvområdetär:
Spöområdet är:
De teoretiska förstapassagevärdena är därför:
Skillnaden är inte ett tillverkningsfel. Det kommer från spöförskjutningsområdet på spösidan. Exemplet är endast för beräkningsträning; det är inte ett betyg för en specifik HCIC-produkt eller maskin.
Lasten verkar inte alltid direkt längs cylinderns mittlinje. En spak, länkage, gångjärn eller saxarrangemang kan öka eller minska den kraft som krävs vid olika positioner. Ingenjören ska beräkna den sämsta punkten i rörelsen, inte bara startpositionen.
Vinkeln mellan cylindern och den drivna delen har också betydelse. En cylinder kan ha en hög teoretisk kraft men en dålig kraftkomponent i en viss vinkel. En ritning som visar lastvägen och positionerna är mer användbar än ett enda lastnummer.
Att bryta en last fri, accelerera den och flytta den med jämn hastighet är olika förhållanden. Tätningsfriktion, styrmotstånd, tröghet och materialmotstånd kan göra den initiala kraften högre än den kraft som krävs under en jämn del av slaget.
För utrustning som ejektorer, komprimatorer, gripar och lyftmekanismer bör köparen beskriva när den största kraften uppstår och om lasten kan klämma eller förändras under slaget.
Tryckavläsningen nära pumpen kanske inte är trycket vid cylinderporten. Slanglängd, kopplingar, riktningsventiler, flödeskontroller och mottryck påverkar alla det tillgängliga trycket. En tillförlitlig beräkning bör identifiera var trycket mäts och under vilka driftsförhållanden.
En stav belastad i kompression kan kräva en stavstabilitetsgranskning, speciellt i ett arrangemang med långa slag eller dåligt styrda arrangemang. En stång belastad i spänning kan styras av olika anslutnings- och materialgränser. Denna artikel ersätter inte en bucklingsberäkning eller strukturell verifiering; den skiljer beräkning av kraftområde från dessa ytterligare kontroller.
Ett större hål kan öka kraften, men det ökar också oljevolymen som krävs för att flytta kolven genom ett givet slag. För en målhastighet är det erforderliga flödet relaterat till den effektiva kammararean och kolvens hastighet. Stångsidan har en annan volym per längdenhet än den helhålade sidan.
Det skapar en designavvägning:
En cylinder bör därför dimensioneras med pump, ventil, reservoar, slang, montering och maskincykel som ett system.
En användbar OEM-förfrågan bör innehålla:
Ju mer komplett lastvägen är, desto lättare är det att skilja ett cylinderdimensioneringsproblem från ett struktur-, länkage- eller hydraulkretsproblem.
Hydraulisk cylindertryck- och dragkraftsberäkning börjar med tre grundläggande ingångar: håldiameter, stavdiameter och effektivt tryck. Hela kolvarean bestämmer tryckkraften vid första passagen, medan stången minskar den effektiva arean och därmed dragkraften.
Den beräkningen är bara början. Länkvinkel, startmotstånd, hastighet, tryckförlust, stångbelastning, montering, styrning och maskinstruktur avgör om en cylinder är lämplig för den verkliga applikationen. OEM-köpare som tillhandahåller den fullständiga lastvägen och hydrauliska data kan få en mer användbar offert än köpare som bara skickar in ett kraftnummer.
HCIC utvecklar och tillverkar hydraulcylindrar, hydrauliska kraftaggregat och relaterade komponenter för fordon, avfallshantering, bygg- och industriutrustning. Teknisk lämplighet bör ses över mot den faktiska maskinkonstruktionen och tillämpliga säkerhetskrav.
