Når en OEM-ingeniør beder om enhydraulisk cylinderder kan "skubbe 10 tons" eller "trække 10 tons", det første spørgsmål er, om den kraft er påkrævet på den fuldborede side eller stangsiden. En hydraulisk differentialcylinder har et fuldt stempelområde på den ene side og et ringformet område på den anden. Stangen optager en del af stangsideområdet, så den tilgængelige trækkraft er lavere ved samme tryk.
Den forskel er let at gå glip af, når en udskiftningscylinder vælges efter udvendig diameter eller et gammelt varenummer. Det er også grunden til, at en cylinder, der ser ud til at have nok nominel kapacitet, muligvis ikke leverer den nødvendige kraft i den faktiske bevægelsesretning.
Denne vejledning forklarer den beregningslogik, der bruges til en indledende OEM-gennemgang. Det er ikke en erstatning for et komplet maskindesign, konstruktionskontrol, gennemgang af hydrauliske kredsløb eller sikkerhedsvurdering.
Boringen eller stempeldiameteren bestemmer det fulde stempelareal, der udsættes for tryk. En større boring kan producere mere teoretisk kraft ved samme tryk, men den ændrer også olievolumen, krævet flow for en given hastighed, cylinderhylster og monteringskrav.
Stangens diameter påvirker trækkraften, fordi stangen optager areal på stangsiden. Det påvirker også stangforbindelsen, styrebelastningen, tilgængelig spillerum og den måde, cylinderen håndterer kompression eller spænding. En stang kan ikke vælges fra trækkraft alene; slaglængde, montering, føring og den faktiske belastningsvej har også betydning.
Brug det tryk, der faktisk er tilgængeligt ved cylinderen under den nødvendige bevægelse, ikke kun pumpens maksimale aflastningsindstilling. Tryktab gennem ventiler, slanger, fittings og andre komponenter kan reducere trykket, der leveres til cylinderen. Maskinens driftssekvens bør bestemme det designtryk, der bruges til den første beregning.
For en førstegangsberegning ved brug af konsistente enheder:
Trykkraft:
Trækkraft:
Hvor:
For et cirkulært afsnit:
Hvis tryk indtastes i psi og diameter i tommer, er resultatet i pounds-force. Hvis tryk indtastes i pascal og diameter i meter, er resultatet i newton. Hold enhedssystemet konsekvent fra start til slut.
Disse ligninger beskriver teoretisk hydraulisk kraft. De inkluderer ikke automatisk tætningsfriktion, styrefriktion, mekaniske tab, trykfald, belastningsvinkel, acceleration, strukturel afbøjning eller en sikkerhedsfaktor.
Antag, at en ingeniør screener en cylinder med:
Det fulde stempelområdeer:
Stangområdet er:
De teoretiske værdier for first-pass er derfor:
Forskellen er ikke en fabrikationsfejl. Det kommer fra stangforskydningsområdet på stangsiden. Eksemplet er kun til regnetræning; det er ikke en vurdering for et specifikt HCIC-produkt eller -maskine.
Belastningen virker ikke altid direkte langs cylinderens midterlinje. Et arm-, led-, hængsel- eller saksearrangement kan øge eller reducere den nødvendige kraft i forskellige positioner. Ingeniøren skal beregne det værste punkt i bevægelsen, ikke kun startpositionen.
Vinklen mellem cylinderen og det drevne element har også betydning. En cylinder kan have en høj teoretisk kraft, men en ringe kraftkomponent i en bestemt vinkel. En tegning, der viser lastbanen og positionerne, er mere nyttig end et enkelt lastnummer.
At bryde en last fri, accelerere den og flytte den med konstant hastighed er forskellige forhold. Tætningsfriktion, styremodstand, inerti og materialemodstand kan gøre startkraften højere end den kraft, der kræves under en jævn del af slaget.
For udstyr som ejektorer, komprimatorer, gribere og løftemekanismer bør køber beskrive, hvornår den største kraft opstår, og om lasten kan sætte sig fast eller ændre sig under slaget.
Trykaflæsningen nær pumpen er muligvis ikke trykket ved cylinderporten. Slangelængde, fittings, retningsventiler, flowstyringer og modtryk har alle indflydelse på det tilgængelige tryk. En pålidelig beregning bør identificere, hvor trykket måles og under hvilke driftsforhold.
En stang belastet i kompression kan kræve en stangstabilitetsgennemgang, især i et langt slag eller dårligt styret arrangement. En stang belastet i spænding kan styres af forskellige forbindelses- og materialegrænser. Denne artikel erstatter ikke en knækberegning eller strukturel verifikation; den adskiller kraft-arealberegning fra disse yderligere kontroller.
En større boring kan øge kraften, men den øger også den oliemængde, der kræves for at bevæge stemplet gennem et givent slag. For en målhastighed er det nødvendige flow relateret til det effektive kammerareal og stempelhastighed. Stangsiden har et andet volumen pr. længdeenhed fra siden med fuld boring.
Det skaber en designafvejning:
En cylinder bør derfor dimensioneres med pumpe, ventil, reservoir, slange, montering og maskincyklus som ét system.
En nyttig OEM-forespørgsel bør omfatte:
Jo mere komplet lastvejen er, desto lettere er det at skelne et cylinderdimensioneringsproblem fra et struktur-, koblings- eller hydraulikkredsløbsproblem.
Hydraulisk cylinderskub- og trækkraftberegning starter med tre grundlæggende input: borediameter, stangdiameter og effektivt tryk. Det fulde stempelareal bestemmer first-pass push-kraften, mens stangen reducerer det effektive areal og dermed trækkraften.
Den beregning er kun begyndelsen. Forbindelsesvinkel, startmodstand, hastighed, tryktab, stangbelastning, montering, føring og maskinstruktur afgør, om en cylinder er egnet til den rigtige anvendelse. OEM-købere, der leverer den komplette lastvej og hydrauliske data, kan modtage et mere brugbart tilbud end købere, der kun indsender et kraftnummer.
HCIC udvikler og producerer hydrauliske cylindre, hydrauliske kraftenheder og relaterede komponenter til køretøjer, affaldshåndtering, bygge- og industriudstyr. Teknisk egnethed bør vurderes i forhold til det faktiske maskindesign og gældende sikkerhedskrav.
