Hydraulische cilinders: Werkingsprincipes en typen

De hydraulische cilinder is een actuator in het hydraulisch systeem en zijn functie is om hydraulische energie om te zetten in mechanische energie. De ingang van de hydraulische cilinder is de vloeistofstroom en -druk en de uitgang is lineaire snelheid en kracht. De zuiger van de hydraulische cilinder kan een heen en weer gaande lineaire beweging uitvoeren en een beperkte lineaire verplaatsing uitvoeren.

I. Werkingsprincipe van hydraulische cilinders

Een dubbelwerkende hydraulische cilinder met één zuigerstang als voorbeeld om het werkingsprincipe van de hydraulische cilinder te illustreren. Zoals in figuur 1 te zien is, bestaat de hydraulische cilinder voornamelijk uit cilindervat 1, zuiger 2, zuigerstang 3, einddeksel 4 en zuigerstangafdichting 5.

1-Cilinder vat
2-zuiger
3 Zuigerstang
4-Eindkap
5-Seal

Als de cilinderbuis vaststaat en er continu hydraulische olie in de linkerkamer wordt gepompt, en de oliedruk voldoende is om alle krachten op de zuigerstang te overwinnen, dan beweegt de zuiger continu naar rechts met snelheid v ₁ en de zuigerstang werkt op de externe omgeving.

Omgekeerd, wanneer hydraulische olie in de rechterkamer wordt ingebracht, beweegt de zuiger naar links met snelheid v ₂ en de zuigerstang oefent ook invloed uit op de externe omgeving. Op deze manier wordt een heen-en-weergaande beweging voltooid. Dit type hydraulische cilinder wordt een cilinder met vaste cilinder genoemd.

Als de zuigerstang vastzit en er continu hydraulische olie in de linkerkamer wordt gepompt, beweegt de cilinder naar links; als er continu hydraulische olie in de rechterkamer wordt gepompt, beweegt de cilinder naar rechts. Dit type hydraulische cilinder wordt een vaste zuigerstangcilinder genoemd.

De hydraulische cilinders die in dit hoofdstuk worden besproken, zijn, tenzij anders aangegeven, allemaal voorbeelden van hydraulische cilinders met een vaste cilindertrommel en hydraulische cilinders met een bewegende zuigerstang.

De olie die in de hydraulische cilinder wordt gebracht, moet een druk p en een debiet q hebben. De druk wordt gebruikt om de belasting te overwinnen en het debiet wordt gebruikt om een bepaalde bewegingssnelheid te verkrijgen. De druk en het debiet die in de hydraulische cilinder worden ingevoerd, zijn de hydraulische energie die in de cilinder wordt ingevoerd; de kracht en bewegingssnelheid die door de zuiger op de last worden uitgeoefend, zijn de mechanische energie die door de hydraulische cilinder wordt afgegeven.

Daarom zijn de druk p, het debiet q, de uitgaande kracht F en de snelheid v die in de hydraulische cilinder worden ingevoerd de belangrijkste prestatieparameters van de hydraulische cilinder.

II. Classificatie van hydraulische cilinders

Vanwege het verschillende gebruik van verschillende machines en de verschillende vormen van beweging die ze uitvoeren, zijn er veel soorten hydraulische cilinders, die over het algemeen worden ingedeeld op basis van de olietoevoermethode, structuur, functiekenmerken en gebruik.

Op basis van de richting van de olietoevoer kunnen ze worden onderverdeeld in enkelwerkende cilinders en dubbelwerkende cilinders. Een enkelwerkende cilinder voert alleen hogedrukolie naar één kant van de cilinder en is afhankelijk van andere externe krachten om de zuiger te laten terugkeren. Een dubbelwerkende cilinder voert hydraulische olie naar beide zijden van de cilinder. De voorwaartse en achterwaartse bewegingen van de zuiger worden voltooid door hydraulische druk.

Volgens de structurele vorm kunnen ze worden onderverdeeld in zuigercilinders, plunjercilinders, zwenkcilinders en telescopische mouwcilinders.

Afhankelijk van de vorm van de zuigerstang kunnen ze worden onderverdeeld in cilinders met een enkele zuigerstang en cilinders met een dubbele zuigerstang.

Afhankelijk van het speciale gebruik van de cilinder kunnen ze worden onderverdeeld in tandemcilinders, aanjaagcilinders, snelheidsverhogende cilinders, stapcilinders enz. Deze typen cilinders bestaan niet uit één cilindervat, maar worden gecombineerd met andere cilindervaten en componenten, dus vanuit structureel oogpunt worden deze cilinders ook wel gecombineerde cilinders genoemd. Afhankelijk van de druk die door de hydraulische cilinder wordt gebruikt, kunnen ze worden onderverdeeld in hydraulische cilinders met lage druk, hydraulische cilinders met middelhoge druk, hydraulische cilinders met hoge druk en hydraulische cilinders met ultrahoge druk.

Voor werktuigmachines worden meestal hydraulische cilinders met middelhoge en lage druk gebruikt, met een nominale druk van 2,5 tot 6,3 MPa; voor bouwmachines, engineeringmachines en vliegtuigen worden meestal hydraulische cilinders met middelhoge en hoge druk gebruikt, met een nominale druk van 10 tot 16 MPa; voor machines zoals hydraulische persen worden meestal hydraulische cilinders met hoge druk gebruikt, met een nominale druk van 25 tot 31,5 MPa.

De classificatie van hydraulische cilinders wordt weergegeven in tabel 1.

Tabel 1 Classificatie van hydraulische cilinders

Naam			Symbool	Kenmerken
Enkelwerkende hydraulische cilinder	Zuigercilinder			Unidirectionele hydraulische aandrijving, terugkeer door eigen gewicht, veer of andere externe krachten
	Plunjer cilinder			De plunjer is dik, verdraagt de kracht goed en wordt unidirectioneel aangedreven door hydraulische druk
	Telescopische cilinder			Aangedreven door hydraulica wordt hij sectie voor sectie van groot naar klein geduwd en dan sectie voor sectie van klein naar groot teruggetrokken door zijn eigen gewicht.
Dubbelwerkende hydraulische cilinder	Enkele zuigerstang	Standaard cilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt niet aan het einde van de slag en de kracht en bewegingssnelheid in beide richtingen zijn verschillend.
		Niet-verstelbare kussencilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt aan het einde van de slag en de vertragingswaarde is niet instelbaar. De kracht en bewegingssnelheid in beide richtingen zijn verschillend.
		Verstelbare kussencilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt aan het einde van de slag en de vertragingswaarde is instelbaar. De kracht en snelheid van de beweging in beide richtingen zijn verschillend.
		Differentiële cilinder		Kan de opname van olie in de staafloze kamer versnellen, maar de stuwkracht wordt dienovereenkomstig verminderd.
	Dubbele zuigerstang	Standaard cilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt niet aan het einde van de slag en de kracht en bewegingssnelheid in beide richtingen zijn gelijk.
		Cilinder met dubbele snelheid		Twee zuigers bewegen tegelijkertijd in tegengestelde richtingen.
		Niet-verstelbare kussencilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt aan het einde van de slag en de vertragingswaarde is niet instelbaar. De kracht en bewegingssnelheid in beide richtingen zijn gelijk.
		Verstelbare kussencilinder		De zuiger beweegt onder hydraulische druk in beide richtingen, vertraagt aan het einde van de slag en de vertragingswaarde is instelbaar. De kracht en bewegingssnelheid in beide richtingen zijn gelijk.
	Telescopische cilinder			Dubbelwerkende hydraulische aandrijving, de uitschuif- en inschuifprocedure is dezelfde als die van een enkelwerkende telescopische hulscilinder.
Combinatiecilinder	Drukcilinder			Aangedreven door olie-inlaat in kamer A, voert olie onder hoge druk af in kamer B.
	Tandemcilinder			Gebruikt in situaties waar de diameter van de cilinder beperkt is maar de lengte niet, waardoor een grotere stuwkracht mogelijk is.
	Multi-positie cilinder			Door verschillende olie-inlaten naar behoefte te openen, kan zuiger A drie standen hebben.
	Stappencilinder			Verschillende zuigerslagen zijn binair gerangschikt. Door verschillende olie-inlaten naar behoefte te openen, kan de zuiger verschillende afstanden afleggen.
	Cilinder met tandheugel			Zet de heen en weer gaande lineaire beweging van de zuiger om in de heen en weer gaande roterende beweging van het tandwiel.