Сила определяется давлениями в обеих камерах
Для одностороннего штока площадь поршня Aп=πD²/4, площадь штока Aш=πd²/4, кольцевая площадь Aк=Aп−Aш. При выдвижении гидравлическая сила равна Fг=pA·Aп−pB·Aк; при втягивании меняются напорная камера и направление: Fг=pB·Aк−pA·Aп. Здесь оба давления избыточные относительно среды, действующей на наружный торец штока. Обычно это атмосфера. Подстановка абсолютных давлений без учёта внешнего давления на шток создаёт ложную добавку силы.
Давление насоса не обязательно равно давлению у поршня. Клапан, распределитель и трубопровод расходуют часть перепада; сливная камера тоже не всегда соединена с баком без сопротивления. Особенно существенное противодавление создают дросселирование на выходе и клапаны удержания нагрузки. При заблокированном сливе возможны повышенные давления, поэтому расчёт силы сопровождают проверкой допустимых давлений обеих камер.
| Величина | Физический смысл | Что использовать |
|---|---|---|
| pA, pB | Давления у цилиндра | Избыточные, измеренные в нужной фазе |
| Fтр | Трение уплотнений и направляющих | Отдельно для пуска и движения |
| ηм | Условный механический КПД | Альтернатива явному вычитанию трения |
| Q | Подача жидкости | Определяет скорость, а не статическую силу |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Как учитывать потери без двойного вычитания
Доступная осевая сила при установившемся движении F=Fг−Fтр. Если вместо измеренного трения применяют условную оценку F≈ηм·Fг, нужно указать, какие потери включены в ηм. Нельзя затем повторно вычитать то же трение. Противодавление уже должно присутствовать в Fг; произвольный «общий КПД» не заменяет измерение pB. Объёмный КПД описывает утечки и полезный расход, а не непосредственно уменьшение силы.
Для разгона нужна дополнительная сила ma. Нагрузка может включать вес, сопротивление процесса, трение внешних направляющих и плечо механизма. При остановке значения трения и давления отличаются от режима движения. Поэтому одна максимальная сила не описывает весь цикл, а удержание подвешенной массы при отказе питания требует отдельного решения по схеме.
Условный расчёт цилиндра 80/40 мм
Пусть D=80 мм, d=40 мм, pA=10 МПа(g), pB=1 МПа(g). Получаем Aп=5026,55 мм² и Aк=3769,91 мм². Без противодавления идеальная сила была бы 50,27 кН; после его учёта Fг=46,50 кН. Если условно принять ηм=0,90 именно для трения цилиндра, доступно 41,85 кН. При pB≈0 исходный ориентир 45,24 кН сохраняется, но относится к другому режиму.
Если измеренное трение равно 3,00 кН, вместо коэффициента следует получить 43,50 кН. Это самостоятельная модель, а не дополнительная поправка к 41,85 кН. При задании расчёта необходимо выбрать одну из этих постановок. Значения трения здесь иллюстративные; AHP Merkle отмечает зависимость потерь от размеров, уплотнений и режима, поэтому единый КПД всем цилиндрам назначать нельзя.
Что проверить после расчёта
Записывают давление обеих камер синхронно с положением штока и нагрузкой, отмечают температуру масла и направление движения. Недостаток силы ищут по фактическому перепаду, утечкам и механическому сопротивлению; увеличение подачи само по себе не восстанавливает силу. Потеря давления на тракте при расходе вызывает нагрев: Δp=2 МПа и Q=20 л/мин дают 0,667 кВт. Помимо силы проверяют крепления, боковую нагрузку, устойчивость сжатого штока и паспортные пределы.
Применение в Fits Calc
Сохраняйте исходные размеры, давления, режим и допущения вместе с результатом. Для согласования расчёта и контроля доступны разделы для конструктора, для метролога и ОТК и для предприятия. Параметры конкретного цилиндра подтверждайте его паспортом.