نحوه محاسبه نیروی سیلندر: فرمول، مثال ها و نکات عملی

یک سیلندر هیدرولیک یک ضرب کننده نیرو به ساده ترین معنای ممکن است: یک پمپ کوچک و یک سوراخ متوسط می تواند باری را جابجا کند که هیچ خدمه ای نمی تواند با دست آن را جابجا کند. محاسبات پشت این ضرب کوتاه است - یک فرمول، یک محاسبه مساحت، و چند تبدیل واحد - اما دقیقاً همان جایی است که اکثر اشتباهات اندازه گیری پنهان می شوند. چه در حال بررسی یک سیلندر بوم جرثقیل، یک بالابر قیچی یا یک سیلندر جک برای نصب لوله باشید، همین چند مرحله یک پاسخ قابل اعتماد به شما می دهد.

رابطه اصلی در یک خط

نیرو برابر فشار ضرب در ناحیه ای است که فشار روی آن اعمال می شود: F = P × A. فشار فشار سیال هیدرولیک در واحد سطح است و مساحت پیستون میزان سطحی است که باید به آن فشار وارد کند. یکی را دو برابر کنید و شما نیرو را دو برابر کنید. هر دو را دوبرابر کنید و چهار برابر بیشتر دریافت کنید.

در عمل متریک، تمیزترین جفت مگاپاسکال و میلی متر مربع است. از آنجایی که یک مگاپاسکال یک نیوتن در میلی متر مربع است، نتیجه مستقیماً بر حسب نیوتن فرود می‌آید - با تقسیم بر 1000، کیلونیوتون خواهید داشت. در عمل امپراتوری، پوند بر اینچ مربع ضرب در اینچ مربع، پوند نیرو بدون هیچ تبدیلی به دست می‌دهد.

مقادیری که اغلب هنگام تبدیل بین سیستم ها با آنها مواجه می شوید:

• 1 بار = 0.1 مگاپاسکال = 100 کیلو پاسکال، تقریباً 14.5 psi
• 1 مگاپاسکال = 10 بار، تقریباً 145 psi
• 1 اینچ مربع = 645.16 میلی متر مربع
• 1 کیلونیوتون تقریباً 224.8 پوند نیرو است
• نیروی 1 تنی تقریباً 9.81 کیلونیوتون است

قبل از شروع، واحدها را یادداشت کنید. اکثر پاسخ های اشتباهی که می بینیم فرمول های اشتباهی نیستند. آنها میله هایی هستند که در معادله ای با انتظار مگاپاسکال تغذیه می شوند، یا میلی متری هستند که به یک سانتی متر مورد انتظار تغذیه می شوند.

فشار و کشیدن به ندرت مطابقت دارند

در کورس امتدادی، فشار کامل پمپ بر روی کل ناحیه سوراخ عمل می‌کند، بنابراین منطقه π/4 × D² است، جایی که D قطر سوراخ است. در حرکت عقب‌نشینی، سیال فقط ناحیه حلقه‌ای شکل را در اطراف میله می‌بیند، بنابراین ناحیه مؤثر π/4 × (D² - d²) است که d قطر میله است. میله فلزی را اشغال می کند که فشار نمی تواند به آن برسد.

یک سیلندر با سوراخ 100 میلی متری با میله 70 میلی متری با 20 مگاپاسکال کار کنید. مساحت کامل سوراخ حدود 7854 میلی‌متر مربع است که تقریباً 157 کیلونیوتن نیروی رانش می‌دهد. ناحیه حلقوی حدود 4006 میلی‌متر مربع است که تقریباً 80 کیلو نیوتن کشش دارد - تقریباً نصف. سیلندری که باری را با اقتدار بلند می کند ممکن است زمانی که مجبور شود همان بار را به عقب بکشد کاملاً رام باشد.

هر زمان که بار کاری در طول یک چرخه جهت خود را معکوس کرد، اهمیت دارد: یک بازوی تاشو که می‌کشد و هم فشار می‌دهد، یک استوانه همسطح که باید یک پلت فرم را به سمت پایین و بالا نگه دارد، یا یک پایه تثبیت‌کننده که باید در برابر مقاومت جمع شود. اندازه در سمت ضعیف تر، نه قوی تر.

یک مثال کارآمد که می توانید دنبال کنید

فرض کنید یک ماشین باید 8 تن را به طور پیوسته بالا ببرد، و کاهش پمپ روی 20 مگاپاسکال تنظیم شده است. در اینجا دنباله ای است که ما با یک مشتری طی می کنیم.

1. تبدیل بار: 8 تن × 9.81 = حدود 78.5 کیلو نیوتن.
2. یک حاشیه کاری اضافه کنید. ضریب 1.5 اصطکاک مهر و موم، فشار معکوس و تلفات فشار کوچک در شیلنگ ها و اتصالات را پوشش می دهد و حدود 118 کیلو نیوتن می دهد.
3. بر اساس فشار تقسیم کنید تا مساحت مورد نیاز را بیابید: 118000 N ÷ 20 N/mm² = 5900 mm².
4. سوراخ را به عقب برگردانید: ریشه مربع (4 × 5900 ÷ π) حدود 86.7 میلی‌متر است، بنابراین اندازه استاندارد بعدی 90 میلی‌متر است که 6362 میلی‌متر مربع و تقریباً 127 کیلونیوتن را در فشار کامل می‌دهد.
5. انتهای میله و سکته مغزی را بررسی کنید. اگر بار در حین پس کشیدن کشیده شد، ناحیه حلقوی را بررسی کنید. اگر کورس طولانی است و بار فشاری است، قبل از اینکه سوراخ را بپذیرید، کمانش میله را بررسی کنید - یک میله باریک می تواند زیر تراست نظری سیلندر شکست بخورد.

آخرین مرحله جایی است که تئوری با عمل ملاقات می کند. یک سیلندر می تواند به اندازه کافی قوی باشد و همچنان استوانه اشتباهی باشد، زیرا میله مانند یک ستون تحت فشار عمل می کند و بار ایمن آن با افزایش طول ضربه به شدت سقوط می کند.

از تئوری تا نیرویی که در واقع به دست می آورید

عدد از F = P × A نظری است. خروجی واقعی کمی کمتر است، و ارزش دانستن دلیل آن را دارد. اصطکاک مهر و موم، اصطکاک راهنما و فشار مورد نیاز برای عقب راندن روغن به مخزن، همگی کمی از بین می روند. برای اکثر ماشین آلات متحرک، بازده 0.85 تا 0.95 اعمال شده بر روی رقم تئوری، شما را به واقعیت نزدیک می کند، با سیلندرهای بزرگتر و فشارهای بالاتر در انتهای پایین آن محدوده قرار می گیرند.

شکل مفید معادله این است: نیروی خالص = (فشار گسترش × مساحت سوراخ) - (فشار خط برگشت × مساحت حلقوی) - اصطکاک. اصطلاح میانی به راحتی فراموش می شود و می تواند در مدارهایی با جریان بازگشت محدود یا شیرهای تعادل قابل توجه باشد.

فشار نیز نیاز به مراقبت دارد. تنظیم شیر تسکین یک سقف است، نه یک وعده. در طول گسترش سریع، تقاضای جریان می تواند از کاهش فشار پمپ و سیستم پیشی بگیرد، بنابراین نیروی موجود در لحظه ای که به آن نیاز دارید ممکن است کمتر از آن چیزی باشد که محاسبه کاتالوگ نشان می دهد. سیستم‌هایی که بار را برای مدت طولانی نگه می‌دارند، مانند سیلندرهای خروجی، باید از نظر قابلیت نگهداری و همچنین قابلیت جابجایی بررسی شوند.

اندازه حفره و رانش نظری در یک نگاه

جدول زیر یک بررسی سریع سلامت عقل برای اندازه های متداول سوراخ است. مقادیر، ناحیه کامل حفره را در امتداد حرکت در نظر می گیرند و اصطکاک را نادیده می گیرند، بنابراین به جای ظرفیت کاری، آنها را به عنوان یک حد بالایی در نظر بگیرید.

نحوه نمایش این اعداد در ماشین های واقعی

فرمول جهانی است، اما ورودی ها نیستند. در جرثقیل سوار بر کامیون، وظیفه سیلندر لوفینگ نگه داشتن بوم در شعاع کاری است و نیرویی که احساس می کند به زاویه بوم و به بار آویزان از قلاب بستگی دارد. با بالا رفتن بوم، بازوی لحظه ای سیلندر تغییر می کند، بنابراین همان بالابر می تواند فشارهای بسیار متفاوتی را طلب کند. به همین دلیل است که سیلندرهای لوفینگ با هندسه مشخص می شوند و با دقت نصب می شوند.

سیلندر لوفینگ هیدرولیک جرثقیل کامیون سوار عملکرد: تنظیم زاویه بوم: بوم از طریق امتداد و جمع شدن سیلندر لوفینگ می تواند به بالا و پایین خم شود تا نیازهای بلند کردن را در ارتفاع های مختلف برآورده کند. مشاهده محصول →

بالابرهای قیچی در انتهای دیگر طیف قرار دارند. سیلندر بالابر از طریق پیوندی کار می کند که مزیت مکانیکی آن به طور مداوم با بالا رفتن سکو تغییر می کند، بنابراین بیشترین نیروی میله اغلب در نزدیکی موقعیت کاملاً فرو ریخته ظاهر می شود نه در ارتفاع کامل. سوراخ بزرگ، فشار متوسط ​​و ضربه کوتاه معمولی است و محاسبه باید در چندین نقطه در منحنی بالابر تکرار شود.

سیلندر بالابر هیدرولیک پلت فرم هوایی قیچی بالابر جزئیات سیلندرهای بالابر تک کاره با سوراخ های میرایی برای صعود و فرود صاف، به علاوه محدوده سوراخ، میله و ضربه مناسب برای محاسبات پلت فرم بالابر قیچی. مشاهده محصول →

جک لوله محاسبه را به حد خود می رساند. سیلندرهای اصلی جک، لوله را در برابر مقاومت خاک و اصطکاک دیوار، اغلب در چند صد تن رانش در یک حرکت طولانی، از داخل زمین عبور می دهند. در اینجا بودجه نیرو توسط شرایط زمین و دوم هیدرولیک تعیین می شود و سیلندر باید بارها و بارها آن رانش را بدون کمانش ارائه دهد. می توانید ببینید که چگونه این الزامات در طیف وسیعی از آنها متفاوت است سیلندرهای هیدرولیک برای ماشین آلات شمع بندی .

دستگاه جک لوله سیلندر اصلی جک هیدرولیک منبع تغذیه اصلی برای جک کردن لوله، ارائه نیروی رانش قوی، پیشرانه پایدار و کنترل امتداد دقیق، با مقاومت در برابر فشار بالا و آب بندی برای عملیات سخت و مداوم. مشاهده محصول →

اشتباهاتی که ارزش اجتناب دارد

• استفاده از ناحیه حفره برای یک ضربه عقب، که نیروی کشش را 30 تا 50 درصد در نسبت های معمولی میله نشان می دهد.
• در نظر گرفتن فشار شیر تسکین به عنوان فشار کاری دائمی در دسترس.
• فراموش کردن فشار خط برگشت در مدارهای دارای تعادل یا شیرهای اندازه گیری.
• اندازه گیری برای بار به تنهایی و نادیده گرفتن کمانش میله در کاربردهای فشاری و طولانی مدت.
• مخلوط کردن نوار، مگاپاسکال و psi در یک محاسبه.
• هیچ حاشیه ای برای اصطکاک آب بند، تغییرات ویسکوزیته ناشی از دما یا سایش در طول عمر مفید باقی نمی ماند.

سوالاتی که از طراحان می شنویم

کوتاه ترین نسخه فرمول چیست؟

نیرو در نیوتن برابر فشار بر حسب مگا پاسکال ضرب در مساحت در میلی متر مربع است. همه چیز دیگر تبدیل و اصلاح است.

چرا نیروی اندازه گیری شده من با نیروی محاسبه شده متفاوت است؟

معمولاً اصطکاک، فشار معکوس، یا یک گیج که در پایین دست یک محدودیت گرفته می شود. فشار را در پورت سیلندر تحت بار به جای پمپ بررسی کنید.

چقدر حاشیه اضافه کنم؟

برای بارهای صنعتی ثابت، 1.25 تا 1.5 نقطه شروع معقولی است. برای بارهای شوک، کار در فضای باز، یا عملکردهای نگهدارنده مهم ایمنی، بالاتر رفته و با آزمایش آن را تأیید کنید.

ما از سال 2004 در حال ساخت سیلندرهای هیدرولیک در ژجیانگ بوده‌ایم و بیشتر سؤالات نیرو که به آنها پاسخ می‌دهیم از مهندسان در اواسط طراحی و نه در ابتدای کار است. اگر می خواهید یک جفت چشم دوم را به اعداد نگاه کنید، بار، ضربه، فشار مورد انتظار و نحوه نصب سیلندر را برای ما ارسال کنید - این معمولا برای ما کافی است تا به شما بگوییم که سوراخی که انتخاب کرده اید راحت است یا حاشیه ای. برای پیشینه بیشتر در مورد تطبیق یک استوانه با یک برنامه، یادداشت‌های ما در ادامه مطلب ملاحظات کلیدی طراحی هنگام انتخاب سیلندر هیدرولیک مکان خوبی برای ادامه است.