Телескопические гидроцилиндры

В мобильной гидравлике зачастую необходимо применять гидравлические цилиндры с большим ходом, но малыми габаритными размерами, таким требованиям наилучшим образом соответствуют телескопические гидроцилиндры.

Длина стандартного телескопического цилиндра в сложенном состоянии обычно колеблется в пределах от 20% до 40% длины цилиндра в разложенном состоянии. Поэтому когда пространство для установки ограничено, но при этом требуется обеспечить большой ход – телескопический гидравлический цилиндр является наилучшим выходом из положения.

Например, для разгрузки самосвала требуется наклонить кузов под углом 60 градусов. Если оснастить кузов грузовика-самосвала стандартным гидроцилиндром, то кузов не сможет снова принять горизонтальное положение, т.к. ему будет мешать длина гидроцилиндра, даже если шток цилиндра приэтом будет полностью втянут. Телескопический цилиндр позволяет легко решить эту проблему.

Телескопические гидравлические цилиндры, по сути, являются простыми механизмами, но их успешное функционирование во взаимодействии с другими компонентами системы зависит от понимания принципов их работы. Понимание принципов работы телескопических цилиндров позволит технически надежно и экономически выгодно встроить их в имеющееся оборудование.

Конструкции телескопических гидроцилиндров

Телескопические цилиндры, как и следует из их названия, сконструированы по принципу телескопа – секции металлической трубы как бы вложены друг в друга. Секция наибольшего диаметра называется главной, секции меньшего диаметра, которые вдвигаются в главную, часто называются ступенями, секцию наименьшего диаметра иногда называется плунжером.

На практике редко используются цилиндры с общим количеством секций большим шести. Существует возможность сконструировать гидроцилиндр и с большим количеством секций, но такая конструкция будет нестабильна.

Телескопический цилиндр обычно раздвигается от большей секции к меньшей. То есть сначала выдвигается секция большего диаметра (со всеми вложенными в нее секциями меньшего диаметра), как только она полностью выдвинется – начнет выдвижение секция меньшего диаметра. Эта процедура будет повторяться с каждой секцией, пока не выдвинется секция наименьшего диаметра. И наоборот: при втягивании сначала полностью втягивается секция меньшего диаметра, затем начинает втягиваться следующая и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока все секции не втянутся в главную секцию.

Основные типы телескопических гидроцилиндров

Как и стандартные гидравлические цилиндры, телескопические гидроцилиндры бывают одностороннего действия и двустороннего действия.

Гидроилиндры одностороннего действия выдвигаются под действием гидравлического давления, а втягиваются под воздействием гравитации или внешней механической силы. Цилиндры одностороннего действия используются там, где на цилиндр всегда воздействует какая-то нагрузка, возвращающая его в исходное положение. Классические телескопические цилиндры одностороннего действия устанавливаются, например, на грузовиках-самосвалах. Масло под давлением заставляет секции цилиндра выдвигаться, поднимая кузов самосвала. Когда подача давления прекращается, давление веса кузова заставляет цилиндры втягиваться. Гидравлические цилиндры двустороннего действия выдвигаются и втягиваются под воздействие давления масла. Они применяются в тех условиях, когда никакая внешняя сила не воздействует на гидроцилиндр, заставляя шток втягиваться. Одним из классических примеров применения гидроцилиндров двойного действия можно считать их использование в конструкции кузова мусоровоза. Горизонтально установленный телескопический гидроцилиндр сжимает загруженный мусор, воздействуя на плиту в кузове, затем шток втягивается в исходное положение, плита отодвигается, обеспечивая возможность загрузить дополнительный мусор.

Секции телескопического гидроцилиндра поддерживаются подшипниками. Расстояние между подшипниками определяет степень перекрытия одной секции цилиндра другой секцией. В целом, это расстояние должно возрастать с возрастанием общей длины хода для того чтобы предотвратить изгиб цилиндра под действием веса выдвинутых секций, а также веса нагрузки.

В конструкции телескопического гидроцилиндра используются несколько различных типов уплотнений. Тип используемых уплотнений и место их расположения зависит от конструкции гидроцилиндра и различается у каждого отдельного производителя.

Телескопические гидравлические цилиндры двустороннего действия

Выдвижение цилиндра двустороннего действия происходит так же, как и выдвижение цилиндра одностороннего действия.

Втягивание цилиндра двустороннего действия происходит при участии уплотнений на каждой движущейся секции – на внешней стороне каждой выдвигающейся области и внутренней стороне той области, из которой она выдвигается. Отверстия для подачи масла расположены выше поршня в теле секции. Порт втягивания обычно расположен наверху секции наименьшего диаметра. Через этот порт масло попадает внутрь самой маленькой секции. Масло проникает между внешним диаметром меньшей секции и внутренним диаметром большей секции. Создаваемое в этом объеме давление в этом объеме заставляет меньшую секцию вдвинуться в большую секцию. Как только эта секция полностью втянется, открывается порт подачи масла в следующей секции. Процесс втягивания автоматически продолжается до тех пор, пока все секции не будут вдвинуты в главную секцию.

Расположения порта втягивания на вершине наименьшей секции типично для конструкций телескопических гидроцилиндров двустороннего действия, однако, такое расположение порта требует наличие различных шлангов, систем защиты шлангов и специальных катушек подачи шлангов для транспортировки масла на вершину выдвигающейся секции. Большинство конструкций телескопических гидроцилиндров двустороннего действия предусматривают расположение обоих портов подачи масла в наименьшей секции или плунжере, эти цилиндры проектируются таким образом, что наименьшая секция или плунжер остаются стационарными, а наибольшая и самая тяжелая секция движется, когда цилиндр выдвигается. В некоторых случаях телескопические цилиндры двойного действия проектируются таким образом, что оба порта располагаются в стационарной большей секции. Возможность такого исполнения гидроцилиндра определяют размеры цилиндра (диаметр, ход), а также количество секций.

Комбинирование особенностей телескопических гидроцилиндров одностороннего и двустороннего действия

Существует несколько необычных типов телескопических гидроцилиндров, предназначенных для специфических условий эксплуатации. Например, производители оборудования для добычи нефти используют специальную комбинацию секций одностороннего и двустороннего действия для позиционирования буровой установки. Буровые установки транспортируются в горизонтальном положении в трейлерах. Для перевода буровой установки в вертикальное положение используются специальные телескопические гидроцилиндры. Когда буровая установка заканчивает работу, телескопический гидроцилиндр возвращает ее в горизонтальное положение. Как только буровая установка начинает крениться, к ней больше не требуется прилагать силу, т.к. она примет горизонтальное положение под действием гравитации и собственного веса, что также заставит цилиндр втянуться. Иными словами, гидроцилиндру требуется подача давления только на первом этапе хода втягивания, затем он работает, как гидроцилиндр одностороннего действия. В таких случаях наименьшая секция гидроцилиндра проектируется как секция гидроцилиндра двустороннего действия, остальные же секции – как одностороннего. Наименьшая секция обеспечивает и подъем буровой установки, и возврат ее в горизонтальное положение. Такой тип телескопических гидроцилиндров зачастую проектируется «с пропуском секции». Пропуская секцию в конструкции телескопического гидроцилиндра, удается увеличить эффективную площадь и силу втягивания наименьшей секции.

Постоянная скорость и постоянное значение усилия

Специальный дизайн телескопического гидравлического цилиндра, при котором все секции выдвигаются одновременно, позволяет достичь постоянной скорости и постоянной тяги во все время процесса выдвижения или втягивания. Такой тип гидроцилиндров используется в буровых головках при поземных разработках полезных ископаемых, где необходимо обеспечить именно такие параметры при малом занимаемом пространстве.