Гидроцилиндры с торможением

Подвижные узлы тяжеловесных механизмов, работающие на предельных скоростях, обладают огромной инерцией, энергию которой приходится гасить на последнем отрезке хода. В противном случае высокая нагрузка может разбалтывать крепление узла и само основание, а при её критических значениях подвижная часть может просто вылететь из пазов. Поломка серьёзная и опасная.

Гашение импульса в конце траектории осуществляется путем принудительного торможения, режим которого заложен в принципиальной схеме гидродвигателя системы. При этом важно сохранить плавность хода, равномерное снижение скорости и быстрое восстановление исходного состояния.

Каким образом осуществляется изменение скорости хода:

  • Можно менять расход масла в поршневой полости. Для этого устанавливается механический регулятор, контролирующий его поток в рабочей магистрали.
  • Движение поршневой пары можно замедлять посредством специального демпферного узла, включенного в конструкцию гидроцилиндра. В этом случае процессом управляет гидравлическое воздействие.

1. Конструктивные способы достижения тормозного эффекта

Смотри рис. 1:

Гидроцилиндры с торможением

Способ 1. В крышку (3) гидроцилиндра встраивается дроссель.

Способ 2. Плавно меняется зазор в кольце крепления конической головки штока к крышке гидроцилиндра.

Смотри рис. 2:

Гидроцилиндры с торможением

Способ 3. Используется плунжерное торможение или торможение дросселирующими отверстиями в крышке.

Смотри рис. 3:

Гидроцилиндры с торможением

Способ 4. Поочередно перекрываются радиальные дроссельные канавки в головке штока.

Способ 5. Постепенно перекрываются продольные дросселирующие канавки в головке штока.

Смотри рис.4:

Гидроцилиндры с торможением

Способ 6. Используется двойной поршень.

1. Дроссельное торможение (см. рис. 1)

Наиболее распространенный вариант конструкции, в которой демпфер встраивается в крышку (3) гидроцилиндра. Плавным перекрытием основной сливной магистрали (каналы 6-8), с последующим отводом масла из рабочей поршневой полости через дроссель (7), достигается сброс скорости движения поршня. Поршень (1), жестко соединенный со штоком (2), быстро возвращается в начальное положение при подаче в его полость под давлением рабочей жидкости через обратный клапан.

1.2. Плунжерное торможение (см. рис. 2).

Плунжер (5) с толкателем поджат пружиной (7) к упорной шайбе (8). Толкатель (6) ровно наполовину хода поршня (1) выступает за левую торцевую сторону крышки (4). В ней предусмотрен канал (9) для подвода масла в резервуар поршня через специальное отверстие и промежуточную камеру (11). В конце траектории шток (2) своим выступом (3) упирается в плунжерный толкатель, двигает его вправо под пружинным усилием, частично уменьшая диаметральное сечение камеры, следовательно, и рабочий поток масляной жидкости на сливе в канавку (10).

1.3. Торможение в гидросистеме с дополнительным поршнем (см. рис. 4)

Конструкция штока (5) такова, что в ней предусмотрены два бурта, создающие эффект торможения. Сформированный подобным образом дополнительный поршень может перемещаться вдоль оси в отверстии основного поршня (4). В полости гильзы (1) имеются крышки и втулки (6), ограничивающие это движение.

Размер втулок выбирается в соответствии с длиной тормозного участка. Двигаясь вправо одновременно со штоком, поршень (4) останавливается, упершись во втулку (6), но шток продолжает двигаться, пока не упрется буртом (5) в левый край поршня (4). Рабочая площадь для потока масла при этом значительно сокращается, в том числе, уменьшается и сила, толкающая шток. Следовательно, поршневая пара постепенно сбрасывает скорость и останавливается. К сожалению, простая конструкция не позволяет управлять интенсивностью торможения.

2. Конструкции гидроцилиндров. Описание принципа работы их тормозных схем

Ниже будут рассмотрены наиболее часто встречающиеся и отлично показавшие себя на практике разработки, с помощью которых приходит в движение мощная техника в самых разных отраслях народного хозяйства.

2. 1. Типовая конструкция с функцией торможения

Смотри рис.5:

 

Гидроцилиндры с торможением

Обычно гидроцилиндр, который выбирают для тяжелогруженных механизмов, имеет следующие базовые компоненты: 

  • гильзовый корпус (1);
  • крышка (2);
  • шток (6) + поршень (5) – неизменная рабочая пара.

Режим торможения при движении обеспечен дополнительной конической втулкой (4), расположенной на штоке. Головка штока тоже имеет форму конуса. При перемещении поршня влево втулка своей конической частью попадает в ответное отверстие на крышке, создавая помеху на пути вытекания масла. 

При приближении поршня к крайнему правому положению создаваемый втулкой зазор становится минимальным, и часть масла под давлением начинает вытекать из полости штока по каналам, попадая в дроссельный узел. Так гасится значительная часть инерции подвижной массы. Разумеется, скорость падает и поршень тормозится.

На правом ходу коническая часть штока попадает в ответное отверстие на крышке. Для начального разгона поршневой пары на крышке и фланце имеется система клапанов, установленная на пути движения масла через подающее отверстие в рабочую зону цилиндра.

2.2. Система торможения посредством изменения сопротивления в магистрали

Смотри рис.6:

Гидроцилиндры с торможением

При такой схеме тормозное устройство встраивается в крышку (1), где в расточке (2) помещается плунжер (3) со ступенчатым каналом со стороны левого торца(13), опирающийся на пружину (14). С той же стороны на внешней поверхности плунжера располагаются радиальная проточка (17) и канавка (5), а в торцевом канале (4) имеется обратный клапан (15). Также на другом торце (8) плунжера существует полость (19), которая через отверстие в плунжере и расточку в крышке соединяется с гидроканалом (12). 

При правом ходе поршня (11) жидкость из камеры (10), между крышкой, поршнем и гильзой (20), поступает в полости (18) и (19) через торцевой канал (9). Оттуда она через отверстие (7) в стенке (6) плунжера и расточку (16) в гидроканале идет на слив. Упираясь в плунжер, поршень двигает его вправо, смещая отверстие (7) за пределы расточки, и вместе с этим сжимает пружину. Вследствие этого слив масла идет только через канавку (5). При этом, за счет изменения сечения канавки, осуществляется постепенное торможение поршня. 

В конце хода расточка гидроканала совпадает с проточкой (17), обеспечивая подачу давления через обратный клапан в поршневую камеру. Так начинается левое движение поршня. Под действием пружины плунжер приходит в начальное положение, разъединяя проточку с гидроканалом. Теперь давление жидкости подается через отверстие (7) в правую часть крышки и оттуда по каналу (9) в рабочую камеру поршня, обеспечивая необходимую скорость его перемещения влево.

2.3. Гидроцилиндр со встроенным тормозом без плунжерной пары

Смотри рис.7

Гидроцилиндры с торможением

Данная схема упрощена за счет исключения плунжера. Здесь на гильзу (1) шпильками крепится крышка (2). Она снабжена специальным выступом (9), полость (10) которого через отверстие соединена с гидроканалом (14), а через штуцер с гидромагистралью. С противоположной стороны гидроканала контргайкой (17) крепится дроссель(12). Он через проточку соединен с поршневой камерой (15). В полости поршня (5) установлен стакан (6) с тарельчатым клапаном, застопоренным кольцом (16). Стакан опирается на пружину и закрепляется стопором (8).

Хотя регулировки скорости торможения ограниченны дросселем, а тормозной путь определяется конструктивной комбинацией соответствующих выступов на крышке, поршне и его стакане, работает эта система весьма надежно за счет своей простоты. 

На рабочем ходе масло из поршневой камеры через отверстие (14) в полости (10) выступа крышки легко поступает в гидроканал. При дальнейшем движении поршня выступ крышки перекрывается тарельчатым клапаном (6), и для рабочей жидкости остается только один путь – через проточку (11) с дросселем. Это искусственное препятствие вызывает повышение сопротивления для перетока масла и приводит к торможению поршня. При подаче жидкости из магистрали, ее давление отжимает пружину (7) и освобождает тарельчатый клапан. Доступ в поршневую камеру открывается и начинается цикл обратного хода. 

2.4. Тормоз для тяжелых нагрузок с двойным ходом

Смотри рис.8:

Гидроцилиндры с торможением

Когда нужно осуществить торможение штока и на прямом, и на обратном ходе, можно поступить следующим образом. Гильзу (1) снабжают с двух сторон крышками (2) и (3). Тормоз прямого хода смонтирован в крышке (3) в виде дроссельного устройства с отверстиями, расположенными во втулке, к выступу (11) к которой пружиной прижат стакан (8) с уплотнением (13).

Через продольные и поперечные канавки отверстие (5) соединяется с поршневой камерой гидроцилиндра. Торможение обратного хода обеспечивается вторым дроссельным механизмом, установленным на штоке (6). Стакан прижат к стопорному кольцу (19) на штоке и втулке (17) пружиной (20) и герметизирован уплотнениями (23) и (21). Во втулке сделаны дроссельные отверстия (18), соединяющие подводящее отверстие (4) со штоковым пространством. 

В конце прямого хода поршень (7) давит на стакан и, сжимая пружину (12), смещает его внутрь втулки (9), перекрывая тем самым отверстия (10). Это создает сопротивление выдавливанию масла из полости стакана и приводит к торможению. При подаче давления через отверстие (5), масло по канавкам (14) и (15) попадает в поршневую область. Поршень, в свою очередь, начинает двигаться обратно. При этом под действием пружины стакан переводится в исходное положение, открывая дроссельные отверстия, через которые его полость снова заполняется маслом.

На обратном ходе стакан (16) упирается в буксу, а втулка, продолжая движение, перекрывает дроссельные отверстия. Растущее сопротивление выдавливанию масла из полости стакана приводит к торможению штока. При закачке жидкости в отверстие (4), она через соответствующие канавки попадает в штоковую область и начинает фазу прямого хода. При этом под действием пружины стакан освобождается, открывая дроссели и пропуская масло в свою полость. Цикл завершен.

Для мощных гидравлических комплексов и установок ижевская компания-производитель «КУБ» разработала надежные конструкции гидроцилиндров с принудительным торможением и предлагает широкий выбор моделей, решающих сверхзадачи.

Компетентные специалисты нашего производства совместно с научными консультантами предложат самую эффективную модель гидравлического источника энергии под ваши технические условия и параметры. Отдавайте предпочтение надежности, качеству и безопасности по выгодным ценам.