Гидравлический цилиндр – это объёмный двигатель, преобразующий давление жидкости в движение (возвратно-поступательное). Поршень, передвигаясь внутри цилиндра под давлением масла или эмульсии, передаёт усилие на шток (металлический стержень), который совершает полезную работу: поднимает груз, приводит в движение пресс или станок и т.д.
Поршень гидравлического цилиндра бывает двух видов:
- Диаметр поршня практически совпадает с внутренним диаметром гильзы. Обычно такие поршни изготавливают из латуни, бронзы или фторопласта. Этот вариант поршня более ранний, на сегодняшний день он встречается нечасто.
- Поршень гидравлического цилиндра имеет меньший диаметр, чем внутренний диаметр цилиндра. Со стенками цилиндра контактируют кольца, изготавливаемые из полимерных материалов и размещённые в специальных канавках по окружности поршня.
Чтобы работа гидравлического цилиндра была эффективной, важно соблюдать герметичность конструкции. Для этого используют сложную систему уплотнительных колец и манжет из разных типов полимеров: они предотвращают просачивание рабочей жидкости и сохраняют давление в системе. Рабочая жидкость одновременно играет роль смазки для поршня и штока.
Разновидности гидравлического цилиндра
По принципу работы выделяют гидравлические цилиндры одностороннего и двустороннего действия. Первые совершают полезную работу только в одном направлении, вторые – как при прямом, так и при обратном ходе. В случае с гидроцилиндром одностороннего действия поршень, совершив рабочий ход, возвращается в исходное положение за счёт внешних сил – например, платформа подъёмника своей тяжестью опускает поршень, когда давление в системе снижается. Другой вариант – пружинный возврат поршня. В гидроцилиндре двустороннего действия рабочая жидкость поочерёдно подаётся по обе стороны от поршня; таким образом, и прямой, и обратный ход являются рабочими.
Помимо гидроцилиндров с односторонним штоком, используются также гидроцилиндры с двухсторонним штоком: их поршень соединён с двумя штоками, которые поочерёдно выдвигаются по обе стороны цилиндра.
Существует немало механизмов, где длина рабочего хода быть больше самого гидроцилиндра. Эту задачу выполняют телескопические цилиндры: они представляют собой «матрёшку», в которой шток большего цилиндра служит корпусом для меньшего. Общее количество цилиндров может доходить до шести, а суммарная длина рабочего хода – в несколько раз превышать размер гидравлического цилиндра в сложенном виде.
Характеристики поршня
Мощность гидроцилиндра прямо пропорциональна давлению жидкости в системе и площади поршня. Поэтому чем меньше диаметр поршня, тем более высокое давление требуется создавать в гидравлическом цилиндре для достижения той же мощности. Цилиндры двустороннего действия развивают меньшую мощность при обратном ходе: давление рабочей жидкости приходится на меньшую площадь. Это можно компенсировать более высоким давлением в штоковой полости при обратном ходе.
В силу конструктивных ограничений увеличение диаметра поршня, как и повышение давления, не всегда реализуемо. Один из способов увеличить мощность – последовательно соединить два и более гидроцилиндра.
Варианты рабочего звена
Поршень – не единственный вариант рабочего звена в гидравлическом двигателе:
- Плунжер – цилиндрический шток, одновременно служащий поршнем. Очень распространённая конструкция
- Мембрана – перепонка, соединённая со штоком. При подаче рабочей жидкости мембрана смещается и двигает шток
- Сильфон – элемент с гофрированными стенками, напоминающий меха гармоники, в который подаётся жидкость
