Ako vypočítať silu valca: Vzorec, príklady a praktické tipy

Hydraulický valec je multiplikátor sily v najjednoduchšom možnom zmysle: malé čerpadlo a skromný vývrt dokážu presunúť náklad, ktorý by žiadna ľudská posádka nemohla presunúť ručne. Aritmetika za týmto násobením je krátka – jeden vzorec, jeden výpočet plochy a pár konverzií jednotiek – ale je to presne to, kde sa skrýva väčšina chýb vo veľkosti. Či už kontrolujete valec žeriavového výložníka, nožnicový zdvíhací valec alebo zdvíhací valec pre inštaláciu potrubia, rovnaký počet krokov vám poskytne dôveryhodnú odpoveď.

Základný vzťah v jednej línii

Sila sa rovná tlaku vynásobenému plochou, na ktorú tlak pôsobí: F = P × A. Tlak je tlak hydraulickej kvapaliny na jednotku povrchu a plocha piesta je to, na koľko povrchu musí tlačiť. Dvakrát jeden a zdvojnásobíte silu; zdvojnásobte obe a dostanete štyrikrát toľko.

V metrickej praxi je najčistejšie párovanie megapascalov a štvorcových milimetrov. Pretože jeden megapascal je jeden newton na štvorcový milimeter, výsledok je priamo v newtonoch – vydelte 1 000 a máte kilonewtony. V cisárskej praxi libry na štvorcový palec vynásobené štvorcovými palcami udávajú silu v librách bez akejkoľvek konverzie.

Hodnoty, s ktorými sa najčastejšie stretnete pri prevode medzi systémami:

• 1 bar = 0,1 MPa = 100 kPa, približne 14,5 psi
• 1 MPa = 10 bar, približne 145 psi
• 1 štvorcový palec = 645,16 štvorcových milimetrov
• 1 kilonewton je zhruba 224,8 libier sily
• 1 tonová sila je zhruba 9,81 kilonewtonov

Skôr ako začnete, zapíšte si jednotky. Väčšina nesprávnych odpovedí, ktoré vidíme, nie sú nesprávne vzorce; sú to stĺpce vložené do rovnice očakávajúcej megapascaly alebo milimetre vložené do jedného očakávajúceho centimetre.

Push and Pull Rarely Match

Pri predĺženom zdvihu pôsobí plný tlak čerpadla na celú oblasť otvoru, takže plocha je π/4 × D², kde D je priemer otvoru. Pri spätnom zdvihu kvapalina vidí iba prstencovú oblasť okolo tyče, takže efektívna plocha je π/4 × (D² − d²), pričom d je priemer tyče. Tyč zaberá kov, ktorý tlak nemôže dosiahnuť.

Vezmite valec s priemerom 100 mm a 70 mm tyčou, ktorá beží pri 20 MPa. Plocha plného vývrtu je asi 7 854 mm², čo dáva približne 157 kN ťah. Plocha medzikružia je asi 4 006 mm², čo dáva približne 80 kN ťahu - sotva polovicu. Valec, ktorý zdvíha náklad s autoritou, môže byť celkom krotký, keď musí ťahať ten istý náklad späť.

To je dôležité vždy, keď pracovné zaťaženie počas cyklu zmení smer: skladacie rameno, ktoré ťahá aj tlačí, vyrovnávací valec, ktorý musí držať plošinu dole aj hore, alebo stabilizačná noha, ktorá sa musí zatiahnuť proti odporu. Veľkosť na slabšej strane, nie na silnejšej.

Spracovaný príklad, ktorý môžete nasledovať

Predpokladajme, že stroj potrebuje stabilne zdvihnúť 8 ton a odľahčenie čerpadla je nastavené na 20 MPa. Tu je postupnosť, ktorú by sme prešli so zákazníkom.

1. Prepočítajte zaťaženie: 8 ton × 9,81 = asi 78,5 kN.
2. Pridajte pracovnú maržu. Faktor 1,5 pokrýva trenie tesnenia, protitlak a malé tlakové straty v hadiciach a armatúrach, čo dáva asi 118 kN.
3. Vydelením tlakom nájdite požadovanú plochu: 118 000 N ÷ 20 N/mm² = 5 900 mm².
4. Vyhnite sa vývrtu: druhá odmocnina (4 × 5 900 ÷ π) je asi 86,7 mm, takže ďalšia štandardná veľkosť je 90 mm, čo dáva 6 362 mm² a približne 127 kN pri plnom tlaku.
5. Skontrolujte koniec tyče a zdvih. Ak sa bremeno počas sťahovania ťahá, skontrolujte oblasť prstenca. Ak je zdvih dlhý a zaťaženie je tlakové, skontrolujte vybočenie tyče predtým, ako prijmete vŕtanie – štíhla tyč môže zlyhať hlboko pod teoretickým ťahom valca.

Posledným krokom je stretnutie teórie s praxou. Valec môže byť dostatočne silný a stále to môže byť nesprávny valec, pretože tyč sa pri kompresii správa ako stĺp a jej bezpečné zaťaženie prudko klesá s rastúcou dĺžkou zdvihu.

Od teórie k sile, ktorú skutočne získate

Číslo z F = P × A je teoretické. Skutočný výkon je o niečo nižší a stojí za to vedieť prečo. Trenie tesnenia, vodiace trenie a tlak potrebný na vytlačenie oleja späť do nádrže, to všetko sa musí zahryznúť. Pre väčšinu mobilných strojov sa účinnosť 0,85 až 0,95 aplikovaná na teoretickú hodnotu priblíži k realite, pričom väčšie valce a vyššie tlaky sa nachádzajú na spodnej hranici tohto rozsahu.

Užitočný tvar rovnice je: čistá sila = (predĺženie tlaku × plocha otvoru) − (tlak vo vratnej čiare × plocha prstenca) − trenie. Stredný člen je ľahko zabudnuteľný a môže byť významný v okruhoch s obmedzeným spätným tokom alebo protizávažnými ventilmi.

Tlak si tiež vyžaduje starostlivosť. Nastavenie poistného ventilu je strop, nie prísľub. Počas rýchleho predĺženia môže požiadavka na prietok prevýšiť tlak čerpadla a systému, takže sila dostupná v momente, keď ju potrebujete, môže byť nižšia, ako naznačuje katalógový výpočet. Systémy, ktoré držia záťaž po dlhú dobu, ako napríklad valce s výložníkmi, by sa mali kontrolovať z hľadiska schopnosti držania, ako aj schopnosti pohybu.

Veľkosť otvoru a teoretický ťah v skratke

Nasledujúca tabuľka predstavuje rýchlu kontrolu bežných veľkostí otvorov. Hodnoty predpokladajú plnú dieru pri predĺženom zdvihu a ignorujú trenie, takže s nimi zaobchádzajte skôr ako s hornou hranicou než s pracovnou kapacitou.

Ako sa tieto čísla hrajú v skutočných strojoch

Vzorec je univerzálny, ale vstupy nie sú. Na autožeriave je úlohou vylamovacieho valca držať výložník v pracovnom polomere a sila, ktorú cíti, závisí od uhla výložníka rovnako ako od nákladu visiaceho na háku. Keď sa rameno zdvihne, momentové rameno valca sa zmení, takže rovnaký zdvih môže vyžadovať veľmi odlišné tlaky. Preto sú lemovacie valce špecifikované geometriou a montážou tak starostlivo ako vŕtaním.

Hydraulický vychyľovací valec žeriavu Funkcia: Nastavenie uhla ramena: Prostredníctvom vysúvania a zasúvania vylamovacieho valca sa rameno môže nakláňať nahor a nadol, aby vyhovovalo potrebám zdvíhania v rôznych výškach... Zobraziť produkt →

Nožnicové zdviháky sú na druhom konci spektra. Zdvíhací valec funguje prostredníctvom spojenia, ktorého mechanická výhoda sa plynule posúva, keď sa plošina zdvíha, takže najväčšia sila tyče sa často objavuje v blízkosti úplne zloženej polohy, a nie v plnej výške. Typické sú veľké vŕtanie, mierny tlak a krátky zdvih a výpočet sa musí opakovať v niekoľkých bodoch krivky zdvihu.

Hydraulický zdvíhací valec zdvíhacej plošiny s nožnicovým zdvihom Podrobnosti o jednočinných zdvíhacích valcoch s tlmiacimi otvormi pre hladký výstup a zostup, plus rozsahy vŕtania, tyče a zdvihu vhodné pre výpočty nožnicovej zdvíhacej plošiny. Zobraziť produkt →

Pretláčanie rúr posúva výpočet na jeho limit. Hlavné zdvíhacie valce poháňajú potrubie cez zem proti odporu pôdy a treniu steny, často pri niekoľko stovkách ton ťahu počas dlhého zdvihu. Tu je rozpočet sily stanovený v prvom rade pôdnymi podmienkami a potom hydraulikou a valec musí opakovane poskytovať tento ťah bez vybočenia. Môžete vidieť, ako sa tieto požiadavky líšia v rámci rozsahu hydraulické valce pre stohovacie stroje .

Hydraulický hlavný valec na pretláčanie rúrok Hlavný zdroj energie na pretláčanie rúr, ktorý poskytuje silný ťah, stabilný pohon a presné ovládanie vysúvania, s odolnosťou voči vysokému tlaku a tesnením pre tvrdú nepretržitú prevádzku. Zobraziť produkt →

Chyby, ktorým sa oplatí vyhnúť

• Využitie oblasti vŕtania na zasúvací zdvih, ktorý prevyšuje ťažnú silu o 30 až 50 percent oproti typickým pomerom tyče.
• Spracovanie tlaku poistného ventilu ako nepretržite dostupného pracovného tlaku.
• Zabudnite na tlak spätného potrubia v okruhoch s protizávažím alebo dávkovacími ventilmi.
• Dimenzovanie pre samotné zaťaženie a ignorovanie vybočenia tyče pri kompresných aplikáciách s dlhým zdvihom.
• Miešací bar, megapascal a psi v rámci jedného výpočtu.
• Nenecháva priestor pre trenie tesnenia, zmeny viskozity spôsobené teplotou alebo opotrebovanie počas životnosti.

Otázky, ktoré počúvame od dizajnérov

Aká je najkratšia verzia vzorca?

Sila v newtonoch sa rovná tlaku v megapascaloch vynásobenom plochou v milimetroch štvorcových. Všetko ostatné je konverzia a korekcia.

Prečo sa moja nameraná sila líši od vypočítanej?

Zvyčajne trenie, spätný tlak alebo údaj na meradle za obmedzením. Skontrolujte tlak na otvore valca pri zaťažení a nie na čerpadle.

Akú maržu mám pridať?

Pre stabilné priemyselné zaťaženie je 1,25 až 1,5 rozumným východiskovým bodom. Pre nárazové zaťaženie, vonkajšiu prevádzku alebo bezpečnostne kritické funkcie držania choďte vyššie a potvrďte testovaním.

Hydraulické valce vyrábame v meste Zhejiang od roku 2004 a väčšina otázok týkajúcich sa sily, na ktoré odpovedáme, pochádza skôr od inžinierov v polovici návrhu ako na začiatku. Ak by ste chceli druhý pár očí na číslach, pošlite nám zaťaženie, zdvih, tlak, ktorý očakávate, a spôsob montáže valca – to zvyčajne stačí na to, aby sme vám povedali, či je vŕtanie, ktoré ste si vybrali, pohodlné alebo okrajové. Ďalšie informácie o priraďovaní valca k aplikácii nájdete v našich poznámkach kľúčové konštrukčné úvahy pri výbere hydraulického valca sú dobrým miestom na pokračovanie.