Телескопические цилиндры представляют собой специальную конструкцию гидравлического цилиндра или пневматического цилиндра , а также шкивной системы, которая обеспечивает исключительно большой выходной ход при очень компактной втянутой длине. Обычно сложенная длина телескопического цилиндра составляет от 20 до 40% от полностью выдвинутой длины в зависимости от количества ступеней. [1] Некоторые пневматические телескопические блоки изготавливаются с втянутой длиной менее 15% от общей длины выдвинутого блока. [2] Эта особенность очень привлекательна для инженеров-конструкторов машин, когда обычный одноступенчатый привод стержневого типа не подходит для применения для получения требуемого выходного хода. [1]
.svg/1280px-Double_acting_telescopic_cylinder_(symbol,ISO1219).svg.png)
Телескопические цилиндры большой грузоподъемности обычно приводятся в действие масляной гидравликой , тогда как некоторые более легкие устройства могут также работать на сжатом воздухе .
Телескопические цилиндры также называют телескопическими цилиндрами и многоступенчатыми телескопическими цилиндрами.
Применение телескопических цилиндров обычно наблюдается в самосвальном кузове самосвала , используемого на строительной площадке. Чтобы полностью опорожнить груз гравия , самосвальный кузов должен быть поднят на угол около 60 градусов. Выполнить такое большое перемещение с помощью обычного гидравлического цилиндра очень сложно, учитывая, что длина сложенного одноступенчатого штока цилиндра составляет приблизительно 110% от его выходного хода. [1] Инженеру-конструктору было бы очень сложно установить одноступенчатый цилиндр в шасси самосвала с самосвальным кузовом в горизонтальном положении покоя. Однако эта задача легко выполняется с помощью многоступенчатого цилиндра телескопического типа. [3]
Телескопические цилиндры сконструированы с серией стальных или алюминиевых [2] трубок постепенно уменьшающегося диаметра, вложенных друг в друга. Гильза наибольшего диаметра называется основной или ствольной. Меньшие внутренние гильзы называются ступенями. Наименьшую ступень часто называют плунжером [3] или поршневым штоком.
Цилиндры обычно монтируются в машинах с помощью шарнирных креплений, приваренных к концу или внешнему корпусу цилиндра, а также к концу плунжера.
Телескопические цилиндры обычно ограничены максимум 6 ступенями. Обычно считается, что 6 ступеней являются практическим пределом конструкции, поскольку проблемы устойчивости становятся сложнее при большем количестве ступеней. Однако есть исключения, и один производитель пневматических цилиндров успешно включил до 9 ступеней в свои конструкции цилиндров. [2]
Телескопические цилиндры требуют тщательной конструкции, поскольку они подвергаются воздействию больших боковых сил, особенно при полном выдвижении. Вес стальных корпусов и гидравлического масла, содержащегося в приводе, создают моментные нагрузки на опорных поверхностях между ступенями. Эти силы в сочетании с толкаемой нагрузкой грозят защемлением или даже изгибом телескопической сборки. Поэтому в конструкцию привода необходимо включить достаточные опорные поверхности, чтобы предотвратить отказ в работе из-за боковых сил. Телескопические цилиндры должны использоваться только в машинах в качестве устройства для обеспечения силы и перемещения. Боковые силы и моментные нагрузки должны быть сведены к минимуму. Телескопические цилиндры не должны использоваться для стабилизации структурного компонента. [4]
Гидравлические телескопические цилиндры часто ограничены максимальным гидравлическим давлением 2000-3000 фунтов на квадратный дюйм. Это происходит потому, что внешние силы, создаваемые внутренним гидравлическим давлением, имеют тенденцию расширять секции стальных втулок. Слишком большое давление приведет к тому, что вложенные втулки раздуются наружу, заклинит механизм и остановит движение. Существует опасность того, что может произойти постоянная деформация внешнего диаметра втулки, что приведет к разрушению телескопического привода. По этой причине необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать ударных давлений в гидравлической системе, использующей телескопические цилиндры. Часто такие гидравлические системы оснащены компонентами подавления ударов, такими как гидравлические аккумуляторы , для поглощения скачков давления. [5]
Телескопические цилиндры обычно можно разделить на две основные конструкции: одностороннего и двухстороннего действия. Существует также ряд других специальных конструкций, включая гибридную одно-/двустороннюю конструкцию и конструкцию с постоянной скоростью и постоянной тягой . [3]
Телескопические цилиндры одностороннего действия являются самой простой и распространенной конструкцией. Как и в случае с цилиндром одностороннего действия со штоком, телескопический цилиндр одностороннего действия выдвигается с помощью гидравлического или пневматического давления, но втягивается с помощью внешних сил, когда жидкая среда удаляется и сбрасывается в резервуар . Эта внешняя сила втягивания обычно представляет собой силу тяжести, действующую на вес груза. Этот внешний вес, очевидно, должен быть достаточным для преодоления трения и механических потерь в конструкции машины даже после того, как рабочая часть цикла машины была завершена. В приведенном выше примере самосвала вес кузова самосвала, теперь поднятого под углом 60 градусов, но пустого от груза, должен быть достаточным для того, чтобы вытеснить не находящуюся под давлением гидравлическую жидкость из цилиндра и заставить его втянуться в полностью сложенное положение. [6]
Цилиндр двойного действия выдвигается и втягивается с помощью гидравлического или пневматического давления в обоих направлениях. Таким образом, телескопические цилиндры двойного действия имеют гораздо более сложную конструкцию, чем цилиндры одинарного действия. Эта дополнительная сложность обусловлена необходимостью добавления втягивающихся поршневых поверхностей ко всем ступеням цилиндра и трудностью подачи сжатой жидкости к втягивающимся поршням промежуточных ступеней. [3]
Для достижения функции двойного действия добавляются дополнительные гидравлические уплотнения для внутренней герметизации отдельных ступеней. Кроме того, внутренние воздушные или масляные проходы обрабатываются таким образом, что по мере завершения втягивания каждой ступени открывается проход для подачи на следующую ступень жидкости под давлением для втягивания. Таким образом, телескопический привод двойного действия обычно втягивается, начиная со ступени наименьшего диаметра, заканчивая втягиванием ступени наибольшего диаметра в последнюю очередь. Поскольку уплотнения, используемые для достижения этого, должны проходить через эти внутренние отверстия для передачи жидкости, уплотнения обычно изготавливаются из твердых материалов, чтобы противостоять износу и истиранию. Часто это железные кольца или уплотнения из нейлона, армированного стекловолокном . [3]
Порты подачи жидкости для выдвижения и втягивания на гидравлических телескопических цилиндрах двойного действия обычно располагаются на противоположных концах узла цилиндра. Порт выдвижения устанавливается в основании внешнего цилиндра, а порт втягивания устанавливается в конце секции плунжера. В некоторых случаях это может оказаться очень сложным для соединения с гидравлическими шлангами из-за расстояния между этими портами при полном выдвижении. В таких обстоятельствах оба порта могут быть расположены в цилиндре. Однако необходимо установить внутренний проход, чтобы втягивающая жидкость подавалась в секцию плунжера при полном выдвижении. Этот специальный проход сам по себе является телескопическим узлом, который выдвигается вместе с цилиндром и снабжен уплотнениями на различных ступенях. [3]
Эта дополнительная сложность делает телескопические цилиндры двойного действия очень дорогими. Обычно они проектируются индивидуально для каждого применения.
Типичные области применения телескопических цилиндров двойного действия включают цилиндры упаковщика-выталкивателя в мусоровозах и прицепах-перегрузчиках, горизонтальные уплотнители, телескопические экскаваторные лопаты и самосвалы. Во всех этих областях применения цилиндр работает почти горизонтально, и, таким образом, гравитация недоступна для втягивания привода. Поэтому требуется конструкция двойного действия, чтобы и толкать, и тянуть телескопический механизм. [6]
Необходимо соблюдать осторожность при управлении большинством телескопических цилиндров двойного действия. Эффективная площадь втягивания часто намного меньше площади выдвижения. Таким образом, если обратная линия гидравлической жидкости блокируется во время выдвижения, может возникнуть эффект усиления давления, вызывающий повреждение уплотнения или даже вызывающий раздувание металлической втулки наружу. Таким образом, цилиндр может оказаться неспособным втягиваться из-за неисправных уплотнений или застревания в положении из-за заедания. [4]
Другая проблема может возникнуть, если телескопический цилиндр двойного действия сталкивается с нагрузкой, которая тянет привод во время выдвижения, например, когда наклонная нагрузка проходит через центр и открывает цилиндр за пределами внутреннего объема гидравлического масла. Когда поверхность поршня снова догоняет и ударяется о столб масла, происходит скачок давления , который может повредить привод . [4]
В некоторых случаях для выполнения работы достаточно телескопического цилиндра одностороннего действия, за исключением одной ступени, которая должна быть двустороннего действия.
Примером этого является возведение мачты большой мобильной буровой установки . Мачта возводится в вертикальное положение с помощью телескопического цилиндра. Однако для опускания мачты гравитация недоступна для начального наклона назад из вертикального положения. Таким образом, только плунжерная ступень телескопического привода оборудована как цилиндр двойного действия для обеспечения начальной силы для оттягивания мачты назад из вертикального положения. После начала наклона назад гравитация берет на себя управление и обеспечивает силу для завершения полного втягивания цилиндра. Поэтому остальные ступени являются односторонними. Эта специальная комбинация намного менее сложна и намного менее затратна, чем использование полностью двухсторонней конструкции. [3]
В некоторых специальных приложениях требуется, чтобы телескопический цилиндр выдвигался с постоянной силой или постоянной скоростью. Для этого цилиндр сконструирован так, чтобы все ступени выдвигались одновременно. Этого также можно достичь в конструкции двойного действия, сопоставив области выдвижения и втягивания поршней на всех ступенях. [3]