Hydraulikzylinder
Der Hydraulikzylinder ist ein hydraulischer Aktuator, der hydraulische Energie in mechanische Energie umwandelt und eine lineare Hin- und Herbewegung (oder Oszillation) ausführt. Er ist einfach aufgebaut und zuverlässig im Betrieb. Bei Hin- und Herbewegungen ist kein Untersetzungsgetriebe erforderlich, da kein Getriebespiel vorhanden ist, was eine gleichmäßige Bewegung gewährleistet. Daher wird er häufig in Hydrauliksystemen verschiedener Maschinen eingesetzt. Die Ausgangskraft des Hydraulikzylinders ist proportional zur effektiven Kolbenfläche und der Druckdifferenz auf beiden Seiten. Der Hydraulikzylinder besteht im Wesentlichen aus Zylinder und Deckel, Kolben und Kolbenstange, Dichtung, Puffer und Entlüftungsvorrichtung. Puffer und Entlüftungsvorrichtung hängen vom jeweiligen Anwendungsfall ab, während andere Komponenten unerlässlich sind.
Der Hydraulikzylinder ist ein Aktuator im hydraulischen Getriebesystem und wandelt hydraulische Energie in mechanische Energie um. Der Hydraulikmotor erzeugt eine kontinuierliche Drehbewegung, während der Hydraulikzylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt. Es gibt drei Haupttypen von Hydraulikzylindern: Kolbenzylinder, Plungerzylinder und Schwingzylinder. Kolben- und Plungerzylinder erzeugen eine lineare Hin- und Herbewegung und sorgen so für Drehzahl und Schubkraft. Schwingzylinder erzeugen eine oszillierende Bewegung und liefern Winkelgeschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute) und Drehmoment. Hydraulikzylinder können nicht nur einzeln, sondern auch paarweise oder in Kombination mit anderen Mechanismen für spezielle Funktionen eingesetzt werden. Hydraulikzylinder zeichnen sich durch ihren einfachen Aufbau und ihre zuverlässige Funktion aus und werden daher häufig in Hydrauliksystemen von Werkzeugmaschinen eingesetzt.
Hydraulikzylinder gibt es in verschiedenen Bauformen und mit unterschiedlichen Klassifizierungsmethoden: Sie können je nach Druckstufe in Zylinder mit linearer Hin- und Herbewegung und Drehschwingbewegung, Einzelwirkung, Kolben-, Stößel-, Zahnrad- und Zahnstangenbewegung sowie in Zylinder mit 16 MPa, 25 MPa und 31,5 MPa unterteilt werden.
Kolben
Der Einkolben-Hydraulikzylinder hat nur an einem Ende eine Kolbenstange. Wie in Abbildung 1 dargestellt, handelt es sich um einen Einkolben-Hydraulikzylinder. Beide Enden der Ölein- und -ausfuhranschlüsse A und B können das Drucköl bzw. den Ölrücklauf passieren, um eine wechselseitige Bewegung zu erreichen. Daher spricht man von einem Doppelwirkungszylinder.
Der Kolben kann sich nur in eine Richtung bewegen, und seine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung muss durch äußere Kräfte ausgeführt werden. Sein Hub ist jedoch im Allgemeinen größer als der des Hydraulikzylinders vom Kolbentyp.
Hydraulikzylinder mit Kolben lassen sich in zwei Bauarten unterteilen: Einfach- und Doppelstangenzylinder. Ihre Befestigung erfolgt über den Zylinderblock und die Kolbenstange. Je nach Einwirkung des Flüssigkeitsdrucks unterscheidet man zwischen einfachwirkenden und doppeltwirkenden Zylindern. Beim einfachwirkenden Hydraulikzylinder versorgt das Drucköl nur einen Hohlraum des Zylinders. Der Zylinder bewegt sich in eine Richtung und durch eine äußere Kraft (z. B. Federkraft, Eigengewicht oder externe Last) in die entgegengesetzte Richtung. Der Kolben des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders wird durch die Einwirkung des Flüssigkeitsdrucks in beide Richtungen bewegt.
Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydraulikzylinders mit Einstangen-Doppelkolben. Da sich nur auf einer Seite des Kolbens eine Kolbenstange befindet, ist die effektive Wirkungsfläche der beiden Hohlräume unterschiedlich. Bei gleicher Ölversorgung ist der Kolben unterschiedlich. Bei gleicher zu überwindender Lastkraft erfordern unterschiedliche Zylinder unterschiedliche Ölversorgungsdrücke bzw. den Systemdruck.
Kolbentyp
(1) Der Kolbenhydraulikzylinder ist ein einfachwirkender Hydraulikzylinder. Durch Flüssigkeitsdruck kann nur eine Bewegung in eine Richtung erreicht werden. Die Rückkehr des Kolbens hängt von anderen äußeren Kräften oder dem Gewicht des Kolbens ab.
(2) Der Kolben wird nur von der Zylinderlaufbuchse getragen und berührt diese nicht. Dadurch lässt sich die Zylinderlaufbuchse leicht verarbeiten und ist daher für Hydraulikzylinder mit großem Hub geeignet.
(3) Der Kolben steht unter Druck und muss daher über eine ausreichende Steifigkeit verfügen.
(4) Das Kolbengewicht ist häufig größer und die horizontale Platzierung neigt aufgrund des Eigengewichts leicht zum Durchhängen, was zu einseitigem Verschleiß der Dichtungen und Führungen führt, sodass die vertikale Verwendung günstiger ist.
teleskopisch
Der Teleskop-Hydraulikzylinder verfügt über zwei oder mehrstufige Kolben. Der Kolben des Teleskop-Hydraulikzylinders fährt in der Reihenfolge von groß nach klein aus, und die Reihenfolge des Einfahrens im Leerlauf verläuft in der Regel von klein nach groß. Der Teleskopzylinder ermöglicht einen längeren Hub, während die eingefahrene Länge kürzer und die Struktur kompakter ist. Diese Art von Hydraulikzylinder wird häufig bei Baumaschinen und Landmaschinen eingesetzt. Es gibt mehrere Kolben, und die Ausgangsgeschwindigkeit und die Ausgangskraft werden geändert.
Schaukeltyp
Schwenkzylinder sind Antriebselemente, die Drehmoment abgeben und eine Hin- und Herbewegung ausführen. Sie sind in den Ausführungen Einblatt-, Doppelblatt- und Spiralschwenkzylinder erhältlich. Beim Blatttyp ist der Statorblock am Zylinderkörper befestigt, während die Blätter mit dem Rotor verbunden sind. Je nach Ölflussrichtung treiben die Blätter den Rotor zu einer Hin- und Herbewegung an. Der Spiralschwenkzylinder wird weiter in Ein- und Doppelspiralzylinder unterteilt; aktuell ist der Doppelspiralzylinder gebräuchlich. Zwei Schraubenpaare wandeln die lineare Bewegung des Kolbens im Hydraulikzylinder in eine kombinierte Bewegung aus Linear- und Rotationsbewegungen um und erzeugen so eine oszillierende Bewegung.
Schaukeltyp
Der Flügelhydraulikzylinder ist das ausführende Element des Ausgangsdrehmoments und ermöglicht Hin- und Herbewegungen, darunter Einzel-, Doppel- und Spiralschwingbewegungen. Flügeltyp: Der Statorblock ist am Zylinderblock befestigt, und Flügel und Rotor sind miteinander verbunden. Je nach Ölzufuhrrichtung treibt der Flügel den Rotor zu wiederholter Schwingung an. Der Spiralschwingtyp wird in zwei Arten unterteilt: Einzel- und Doppelspirale. Heute wird die Doppelspirale häufiger verwendet. Die lineare Bewegung des Kolbens im Hydraulikzylinder wird in eine kombinierte Bewegung aus Linearbewegung und Rotationsbewegung umgewandelt, um die Schwingbewegung zu ermöglichen.
Puffereinheit
In Hydrauliksystemen treiben Hydraulikzylinder Mechanismen mit bestimmten Massen an. Erreicht der Zylinder seine Hubgrenze, verfügt er über erhebliche kinetische Energie. Werden keine Verzögerungsmaßnahmen ergriffen, kollidiert der Kolben mechanisch mit dem Zylinderkopf. Dies verursacht Stöße und Lärm, die zerstörerisch wirken können. Um solche Gefahren zu mindern und zu vermeiden, kann eine Verzögerungsvorrichtung im Hydraulikkreislauf oder eine Puffervorrichtung im Zylinder eingebaut werden.
Zylinderbearbeitung
Die Verarbeitungsqualität des Zylinderrohrs, eines Schlüsselbauteils von Hydraulikzylindern, einteiligen Stützen für den Bergbau, hydraulischen Stützen und Strahlrohren, hat direkten Einfluss auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des gesamten Produkts. Die Anforderungen an die Zylinderrohrbearbeitung sind streng; die innere Oberflächenrauheit muss den Standards Ra0,4–0,8µm entsprechen, mit strengen Anforderungen an Koaxialität und Verschleißfestigkeit. Ein grundlegendes Merkmal des Zylinderrohrs ist die Tieflochbearbeitung, die seit langem eine Herausforderung für die Verarbeiter darstellt.
Durch das Walzen werden aufgrund der Druckeigenspannung in der Oberflächenschicht kleine Risse auf der Oberfläche geschlossen und die Ausbreitung von Erosionen verhindert. Dadurch wird die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche verbessert und die Entstehung oder Ausbreitung von Ermüdungsrissen verzögert, was wiederum die Dauerfestigkeit des Zylinders erhöht. Durch das Walzen bildet sich auf der Walzoberfläche eine kalthärtende Schicht. Diese reduziert die elastische und plastische Verformung der Schleifhilfskontaktfläche, verbessert die Verschleißfestigkeit der Zylinderinnenwand und verhindert Schleifbrand. Nach dem Walzen verringert sich die Oberflächenrauheit, was die Koordinationseigenschaften verbessert.
Der Zylinder ist die kritischste Komponente von Baumaschinen. Zu den traditionellen Bearbeitungsmethoden gehören: Drehen des Zylinderkörpers ——Präzisionsbohren des Zylinderkörpers ——Schleifen des Zylinderkörpers. Das Walzenpressverfahren beinhaltet: Drehen des Zylinderkörpers ——Präzisionsbohren des Zylinderkörpers ——Walzenpressen des Zylinderkörpers, das aus drei Prozessen besteht. Zeitlich betrachtet dauert das Schleifen eines 1-Meter-Zylinders etwa 1-2 Tage, während das Walzenpressen eines 1-Meter-Zylinders etwa 10-30 Minuten dauert. In Bezug auf die Investition: Eine Schleifmaschine oder Wälzfräsmaschine (Zehntausende ——Millionen) und Walzenpresswerkzeuge (1 Tausend ——Zehntausende). Nach dem Walzen verringert sich die Oberflächenrauheit der Bohrung von Ra 3,2–6,3 µm vor dem Walzen auf Ra 0,4–0,8 µm. Die Oberflächenhärte der Bohrung erhöht sich um ca. 30 %, während sich die Dauerfestigkeit der Zylinderrohrinnenfläche um 25 % verbessert. Betrachtet man die Lebensdauer des Zylinders nur anhand des Zylinderrohrs, kann diese um das Zwei- bis Dreifache erhöht werden. Die Effizienz des Bohr- und Walzenpressverfahrens ist etwa dreimal höher als die des Schleifverfahrens. Die obigen Daten zeigen, dass das Walzenpressverfahren hocheffizient ist und die Oberflächenqualität des Zylinderrohrs deutlich verbessern kann.
Nach dem Rollen des Zylinders weist die Oberfläche keine scharfen Kanten auf und die lang anhaltende Bewegungsreibung beschädigt weder den Dichtring noch die Dichtung, was in der Hydraulikindustrie besonders wichtig ist.
