Телескопические цилиндры представляют собой специальную конструкцию гидравлического или пневматического цилиндра , а также системы шкивов, которые обеспечивают исключительно большой выходной ход при очень компактной длине во втянутом состоянии. Обычно длина телескопического цилиндра в сложенном состоянии составляет от 20 до 40% от полностью выдвинутой длины в зависимости от количества ступеней. [1] Некоторые пневматические телескопические агрегаты производятся с длиной во втянутом состоянии менее 15 % от общей длины выдвинутого агрегата. [2] Эта функция очень привлекательна для инженеров-конструкторов машин, когда обычный одноступенчатый привод стержневого типа не подходит для приложения, обеспечивающего требуемый выходной ход. [1]
.svg/1280px-Double_acting_telescopic_cylinder_(symbol,ISO1219).svg.png)
Телескопические цилиндры для тяжелых условий эксплуатации обычно приводятся в действие масляной гидравликой , тогда как некоторые более легкие агрегаты также могут приводиться в действие сжатым воздухом .
Телескопические цилиндры также называются телескопическими цилиндрами и многоступенчатыми телескопическими цилиндрами.
Обычно телескопические цилиндры применяются в самосвальных кузовах самосвалов, используемых на строительной площадке. Для полной разгрузки груза гравия кузов самосвала необходимо поднять на угол примерно 60 градусов. Совершить такой длинный ход с помощью обычного гидравлического цилиндра очень сложно, учитывая, что длина в сложенном состоянии одноступенчатого штокового цилиндра составляет примерно 110% его выходного хода. [1] Инженеру-конструктору было бы очень сложно установить одноступенчатый цилиндр на шасси самосвала, когда самосвальный кузов находится в горизонтальном положении покоя. Однако эту задачу легко выполнить, используя многоступенчатый цилиндр телескопического типа. [3]
Телескопические цилиндры состоят из серии стальных или алюминиевых [2] трубок все меньшего диаметра, вложенных друг в друга. Втулка наибольшего диаметра называется основной или ствольной. Меньшие внутренние втулки называются ступенями. Наименьшую ступень часто называют плунжером [3] или штоком поршня.
Цилиндры обычно устанавливаются в машинах с помощью шарнирных опор , приваренных к концу или внешнему корпусу цилиндра, а также к концу плунжера.
Телескопические цилиндры обычно ограничены максимум 6 ступенями. Обычно считается, что шесть ступеней являются практическим пределом проектирования, поскольку проблемы устойчивости усложняются при увеличении количества ступеней. Однако есть исключения: один производитель пневматических цилиндров успешно включил в конструкцию своих цилиндров до 9 ступеней. [2]
Телескопические цилиндры требуют тщательного проектирования, поскольку они подвергаются большим боковым силам, особенно при полном выдвижении. Вес стальных корпусов и гидравлического масла , содержащегося в приводе, создают моментные нагрузки на опорные поверхности между ступенями. Эти силы в сочетании с толкаемым грузом могут заблокировать или даже сломать телескопический узел. Поэтому в конструкцию привода необходимо предусмотреть достаточные опорные поверхности, чтобы предотвратить отказ в эксплуатации из-за боковых сил. Телескопические цилиндры разрешается использовать в машинах только в качестве устройства для обеспечения силы и перемещения. Боковые силы и моментные нагрузки должны быть сведены к минимуму. Телескопические цилиндры не следует использовать для стабилизации конструктивного элемента. [4]
Гидравлические телескопические цилиндры часто ограничены максимальным гидравлическим давлением 2000–3000 фунтов на квадратный дюйм. Это связано с тем, что внешние силы, создаваемые внутренним гидравлическим давлением, имеют тенденцию расширять секции стальной втулки. Слишком большое давление приведет к тому, что вложенные втулки раздуются наружу, заблокируют механизм и перестанут двигаться. Существует опасность того, что может произойти необратимая деформация наружного диаметра втулки, что приведет к выходу из строя телескопического привода. По этой причине необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать ударного давления в гидравлической системе с телескопическими цилиндрами. Часто такие гидравлические системы оснащаются амортизирующими компонентами, например гидроаккумуляторами , для поглощения скачков давления. [5]
Телескопические цилиндры обычно можно разделить на две основные конструкции: одностороннего и двойного действия. Также существует ряд других специальных конструкций, включая гибридную конструкцию одинарного/двойного действия и конструкцию с постоянной скоростью и постоянной тягой . [3]
Телескопические цилиндры одностороннего действия — самая простая и распространенная конструкция. Как и в случае со штоковым цилиндром одностороннего действия, телескопический цилиндр одностороннего действия выдвигается с помощью гидравлического или пневматического давления, но втягивается под действием внешних сил, когда текучая 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 завершения рабочей части машинного цикла. В приведенном выше примере с самосвалом вес самосвального кузова, теперь поднятого под углом 60 градусов, но без груза, должен быть достаточным, чтобы вытеснить гидравлическую жидкость без давления из цилиндра и заставить его втянуться в полностью разложенное положение. [6]
Цилиндр двойного действия выдвигается и втягивается с помощью гидравлического или пневматического давления в обоих направлениях. Таким образом, телескопические цилиндры двустороннего действия имеют гораздо более сложную конструкцию, чем цилиндры одностороннего действия. Эта дополнительная сложность обусловлена необходимостью добавления втягивающихся поверхностей поршня ко всем ступеням цилиндра и трудностью подачи жидкости под давлением к втягивающим поршням промежуточных ступеней. [3]
Для реализации функции двойного действия добавляются дополнительные гидравлические уплотнения для внутренней изоляции отдельных ступеней. Кроме того, внутренние каналы для воздуха или масла обработаны таким образом, что по завершении втягивания каждой ступени открывается канал для подачи жидкости под давлением на следующую ступень для втягивания. Таким образом, телескопический привод двойного действия обычно втягивается, начиная со ступени наименьшего диаметра и заканчивая втягиванием самой большой ступени в последнюю очередь. Поскольку уплотнения, используемые для 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 нейлоновые уплотнения, армированные стекловолокном. [3]
Отверстия для подачи жидкости выдвижения и втягивания на гидравлических телескопических цилиндрах двойного действия обычно расположены на противоположных концах узла цилиндра. Порт расширения установлен в основании внешнего цилиндра, а порт втягивания установлен в конце секции плунжера. В некоторых случаях соединение с гидравлическими шлангами может оказаться очень трудным из-за большого расстояния между этими портами при полном выдвижении. В таком случае оба порта могут быть расположены в стволе. Однако необходимо предусмотреть внутренний канал, чтобы втягивающая жидкость подавалась в секцию плунжера при полном выдвижении. Этот специальный проход сам по себе представляет собой телескопический узел, который выдвигается вместе с цилиндром и снабжен уплотнениями на различных ступенях. [3]
Эта дополнительная сложность делает телескопические цилиндры двойного действия очень дорогими. Обычно они разрабатываются индивидуально для каждого приложения.
Типичные области применения телескопических цилиндров двойного действия включают цилиндры уплотнителя-выталкивателя в мусоровозах и перегрузочных прицепах, горизонтальных уплотнителях, телескопических экскаваторах и самосвалах с роликовой опорой. Во всех этих приложениях цилиндр работает почти горизонтально, и поэтому сила тяжести не может втянуть привод. Поэтому требуется конструкция двойного действия, которая будет толкать и тянуть телескопический механизм. [6]
Необходимо соблюдать осторожность при управлении большинством цилиндров телескопической конструкции двойного действия. Эффективная площадь ретракции часто намного меньше площади выдвижения. Таким образом, если линия возврата гидравлической жидкости заблокирована во время выдвижения, может возникнуть эффект усиления давления, что приведет к разрушению уплотнения или даже к раздуванию металлической втулки наружу. Таким образом, цилиндр может оказаться неспособным втягиваться из-за выхода из строя уплотнений или заедания на месте 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 выходит за центр и открывает цилиндр за пределы внутреннего объема гидравлического масла. Когда поверхность поршня снова сталкивается и ударяется о масляный столб, возникает 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 двойного действия.
Примером этого является монтаж мачты большой мобильной буровой установки . Мачта поднимается в вертикальное положение с помощью телескопического цилиндра. Однако для опускания мачты сила тяжести недоступна для первоначального наклона назад из вертикального положения. Таким образом, только плунжерная ступень телескопического привода оснащена цилиндром двойного действия, обеспечивающим начальную силу для отвода мачты из вертикального положения. Как только начинается наклон назад, сила тяжести берет на себя управление и создает силу, необходимую для полного втягивания цилиндра. Таким образом, остальные ступени являются односторонними. Эта специальная комбинация гораздо менее сложна и гораздо менее затратна, чем использование конструкции полностью двойного действия. [3]
В некоторых особых случаях требуется, чтобы телескопический цилиндр выдвигался с постоянной силой или постоянной скоростью. Для этого цилиндр сконструирован таким образом, что все ступени выдвигаются одновременно. Этого также можно достичь в конструкции двойного действия, согласовав области выдвижения и втягивания поршней на всех ступенях. [3]