Cách thiết kế xi lanh thủy lực

Thời gian đọc ước tính: 60 phút
How to Design Xi lanh thủy lực
Sự kết hợp của xi lanh thủy lực và cơ chế
Đối với trường hợp dạng chuyển động của cơ cấu làm việc của máy chính phức tạp hơn, thì thủy lực actuator can be organically matched with other mechanisms to form a hydraulic mechanical working mechanism to meet the activity requirements. For hydraulic motors and swing hydraulic motors, the working mechanism can be driven to move through the gear mechanism and the screw nut mechanism. For hydraulic cylinders, the working mechanism can be driven in horizontal, vertical, and inclined directions. The schematic diagram and characteristics are shown in 1-1. How to Design Hydraulic Cylinder
Diagram of a hydraulic cylinder

Combination working structure of common hydraulic cylinders How to Design Hydraulic Cylinder
- Cơ chế truyền động trực tiếp

Feature: The piston rod of hydraulic cylinder 1 is directly connected with moving object 2, and the hydraulic cylinder drives the moving object to make horizontal reciprocating linear. How to Design Hydraulic Cylinder
Surface grinder table, combined machine tool power sliding table reciprocating motion, etc. How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Thanh piston của xi lanh thủy lực 1 được nối trực tiếp với vật chuyển động 2, và xi lanh thủy lực dẫn động vật chuyển động để tạo ra chuyển động thẳng đứng qua lại.
Press slider and ejector device, hydraulic elevator lifting device, harvester header lifting, etc. How to Design Hydraulic Cylinder

Đặc điểm: Thanh piston của xi lanh thuỷ lực 1 được nối trực tiếp với vật chuyển động 2, xi lanh thuỷ lực truyền động cho vật chuyển động tạo ra chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương nghiêng.
Mining and metallurgical machinery, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
2. Force-increasing clamping mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Thanh piston của xi lanh thủy lực thẳng đứng 1 được kết nối với cơ cấu thanh truyền 2, và phôi 4 được kẹp theo phương ngang bằng kẹp 3, và một xi lanh thủy lực có lực đẩy nhỏ hơn được sử dụng để đạt được lực kẹp lớn hơn , và lực kẹp thay đổi theo phôi được kẹp Thay đổi về kích thước.
Machine tool fixtures, manipulators, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
3. Telescopic extension mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Feature: The piston rod of the horizontal hydraulic cylinder 1 is connected with the connecting rod mechanism 2, and the horizontal movement of the hydraulic cylinder is converted into vertical lifting movement of platform 3, which can expand the range and increase speed. How to Design Hydraulic Cylinder
Lifting stage, large-stroke scissor telescopic frame, automobile maintenance lifting platform, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
4. Pulley lifting mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Feature: Hydraulic cylinder 1 is installed obliquely, and its piston rod is connected with the steel cable 2 wound on pulley 3 to realize the lifting movement of lift 4. How to Design Hydraulic Cylinder
Hoist, blast furnace feeding device. How to Design Hydraulic Cylinder
5. Swing mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Cần piston của xi lanh thủy lực 1 được kết nối với cơ cấu điều khiển 2 có chức năng biến chuyển động ống lồng của xi lanh thủy lực thành chuyển động của thiết bị điều khiển.
Construction machinery, construction machinery working mechanism. How to Design Hydraulic Cylinder
6. Rack-gear mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Đặc điểm: Thanh piston của xi lanh thủy lực 1 được nối với thanh răng 2 để biến đổi chuyển động thẳng biến đổi đều của xi lanh thủy lực thành chuyển động quay của bánh răng 3.
Intermittent feeding mechanism, feeding mechanism. How to Design Hydraulic Cylinder
7. Sector gear-rack mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Đặc điểm: Thanh piston của xi lanh thủy lực 1 nối ở cuối được nối với bánh răng cung 2 để biến chuyển động thẳng biến đổi chiều ngang của xi lanh thủy lực thành chuyển động thẳng đứng pittông của thanh răng 3.
Short-stroke working device. How to Design Hydraulic Cylinder
8. Linear motion mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Thanh piston của xi lanh thủy lực 1 được kết nối với hệ thống thanh truyền 2, chuyển động thẳng đứng của xi lanh thủy lực thành chuyển động thẳng đứng theo chiều ngang có điều chỉnh hai chiều và âm có thể điều chỉnh được.
Periodic motion mechanisms in various types of machinery. How to Design Hydraulic Cylinder
9. Moving cam mechanism How to Design Hydraulic Cylinder


Feature: The piston rod of hydraulic cylinder 1 is connected to the moving cam 2, which can make follower 3 perform vertical reciprocating motion according to the predetermined motion law under the cam drive. The structure is simple and compact, and the required cam profile can be easily obtained by CNC machine tools. How to Design Hydraulic Cylinder
Automatic feeding device, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
10. Tension and compression clamping mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Thanh piston của xi lanh thủy lực 1 được kết nối với áo côn 2 và việc kẹp được thực hiện bằng chuyển động kéo căng của thanh piston.
Machine tool fixtures, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
11. Double-cylinder rigid synchronization mechanism How to Design Hydraulic Cylinder

Tính năng: Các mạch dầu của hai xi lanh thủy lực 1 được kết nối song song và các thanh piston của chúng thiết lập một kết nối cứng thông qua bộ phận cứng 2 để đạt được sự đồng bộ hóa dịch chuyển.
Press, blast furnace feeder, planter fertilizer box lifting device, harvester header, etc. How to Design Hydraulic Cylinder
Tính toán các thông số xi lanh thủy lực
Câu 1: Tính toán các thông số chuyển động
- The movement of the main engine’s actuators can be represented by the displacement cycle diagram (L-t), the velocity cycle diagram (v-t), and the overall machine working cycle diagram, to analyze the movement law. How to Design Hydraulic Cylinder
Sơ đồ chu trình chuyển vị Cách thiết kế xi lanh thủy lực
- Figure 2-1 is a hydraulic cylinder displacement cycle diagram of a hydraulic machine. The ordinate L represents the displacement of the piston, the abscissa t represents the time from the start of the piston to the return to the original position, and the slope of the curve represents the movement speed of the piston. Figure 2-1 clearly shows that the working cycle of a hydraulic press is composed of six stages: fast down, decelerated down, compression, pressure retention, pressure relief, slow return, and fast return. How to Design Hydraulic Cylinder
Sơ đồ chu kỳ tốc độ
Phân tích các thông số chuyển động
- The movement of the main engine’s actuators can be represented by the displacement cycle diagram (L-t), the velocity cycle diagram (v-t), and the overall machine working cycle diagram, to analyze the movement law. How to Design Hydraulic Cylinder
Sơ đồ chu trình chuyển vị

- It is a hydraulic cylinder displacement cycle diagram of a hydraulic machine. The ordinate L represents the displacement of the piston, the abscissa t represents the time from the start of the piston to the return to the original position, and the slope of the curve represents the movement speed of the piston. Figure 2-1 clearly shows that the working cycle of a hydraulic press is composed of six stages: fast down, decelerated down, compression, pressure retention, pressure relief slow return, and fast return. How to Design Hydraulic Cylinder
Sơ đồ chu kỳ tốc độ
- According to the working cycle diagram of the whole machine, the stroke or speed of the actuator, and the acceleration change law, the speed cycle diagram (v-t or v-L) of the actuator can be calculated and drawn. According to the characteristics of the movement form of the hydraulic cylinder in the project, it can be summarized as three types. How to Design Hydraulic Cylinder

- Đó là biểu đồ chu trình tốc độ của ba dạng chuyển động của xi lanh thủy lực.
- Như được thể hiện bởi đường liền nét 1 trong Hình 1-2, xi lanh thủy lực bắt đầu chuyển động với gia tốc đều, sau đó chuyển động với tốc độ không đổi, và cuối cùng giảm tốc đến điểm cuối; như được thể hiện bởi đường chấm 2 trong Hình 2-2, nửa đầu của tổng hành trình của xi lanh thủy lực được thực hiện Thực hiện chuyển động gia tốc đều, và cuối cùng thực hiện chuyển động giảm tốc đều, và các giá trị gia tốc bằng nhau; như thể hiện trong đường chấm đôi 3 trong Hình 2-2, xi lanh thủy lực chuyển động với gia tốc nhỏ trong phần lớn tổng hành trình, và sau đó giảm tốc đồng đều cho đến cuối hành trình. Các đường cong ba tốc độ trên hình vẽ không chỉ thể hiện rõ quy luật chuyển động của ba loại xi lanh thủy lực mà còn thể hiện đặc tính động lực học của ba điều kiện làm việc.
Sơ đồ chu trình làm việc của toàn bộ máy Cách thiết kế xi lanh thủy lực
- In a complex system with multiple hydraulic actuators, the actuators usually work in cycles according to a certain program. Therefore, it is necessary to reasonably arrange the working sequence and working time of each actuator according to the working mode and productivity of the host and draw the working cycle diagram of the whole machine. How to Design Hydraulic Cylinder
Câu 2: Tính lực tải lớn nhất của xi lanh thuỷ lực
- For the actuators that drive the working mechanism of the machine tool, the focus is on the time relationship between the load and each working condition; for the actuators that drive the working mechanism of the construction machinery, the focus is on the gravity at each position, and the load diagram uses the position as a variable. The external load of hydraulic actuators includes three types: working load, friction load, and inertial load. How to Design Hydraulic Cylinder
- Figure 1-1 shows the calculation diagram of the hydraulic cylinder, where Fe is the external working load acting on the piston rod, Fm is the seal of the hydraulic cylinder (between the piston and the inner wall of the cylinder, and between the piston rod and the guide sleeve on the cylinder head The internal sealing resistance of the seal). How to Design Hydraulic Cylinder

1-1 Sơ đồ tính toán xi lanh thủy lực

1-2 đường ray phẳng


1-3 V-rail
Khối lượng công việc Fe
- Tải trọng làm việc có tải trọng cản (tải trọng ngược chiều với hướng chuyển động và ngăn cản chuyển động, còn gọi là tải trọng dương) và tải trọng quá tải (tải trọng thúc đẩy chuyển động cùng chiều chuyển động, còn gọi là tải trọng âm). Các tải trọng làm việc chung của xi lanh thủy lực bao gồm trọng lực, lực cắt, lực ép, v.v. Tải trọng kháng là dương và tải quá tải là âm.
Tải ma sát cơ học FF
- Friction load refers to the mechanical friction resistance load to be overcome when the hydraulic actuator drives the working mechanism. There are two types of static friction load and dynamic friction load. How to Design Hydraulic Cylinder
- Tải trọng ma sát cơ học Ff; đối với máy công cụ là lực cản ma sát của ray dẫn hướng. Đường ray dẫn hướng phẳng. Lực cản ma sát của ray dẫn hướng phẳng thay đổi theo cách đặt ray dẫn hướng.
- Đường ray phẳng đặt nằm ngang (xem Hình 1-2)
- Static friction resistance How to Design Hydraulic Cylinder
- Ffs-us(G+Fn) How to Design Hydraulic Cylinder
- Lực cản ma sát động
- Ffd=ud(G + Fn) How to Design Hydraulic Cylinder
- Ray dẫn hướng phẳng đặt xiên (xem Hình 1-2)
- Kháng ma sát tĩnh
- Ffs—us (Gcosβ+Fn) How to Design Hydraulic Cylinder
- Lực cản ma sát động
- Ffd = pd (Gcosβ + Fn)
- Ray dẫn hướng hình chữ V (xem Hình 1-3).
- Static friction resistance How to Design Hydraulic Cylinder
- Ffs-us (G + Fn) / sin (a / 2)
- Lực cản ma sát động
- Fd=ud(G+Fn )/ sin(a /2) How to Design Hydraulic Cylinder
- Trong công thức, G - trọng lực của các bộ phận chuyển động, N;
- Fn —— Thành phần thẳng đứng của tải trọng làm việc trên ray dẫn hướng, N;
- β——Inclination angle of the plane guide rail, (°); How to Design Hydraulic Cylinder
- α——The included angle of the V-shaped guide rail, (°); How to Design Hydraulic Cylinder
- Hệ số ma sát tĩnh và hệ số ma sát động Ud, được lựa chọn theo vật liệu và tính chất của bề mặt ma sát. Nói chung, đối với ray dẫn hướng trượt, us = 0,1 ~ 0,2, Ud = 0,05 ~ 0,12 (giá trị lớn ở tốc độ thấp và giá trị nhỏ ở tốc độ cao); đối với ray dẫn hướng lăn, Ud = 0,003 ~ 0,02 [gang thành bi (cột) lấy giá trị lớn hơn, thép làm lăn lấy giá trị nhỏ]; đối với ray dẫn hướng thủy tĩnh bằng gang, Ud = 0,005.

Sơ đồ chu trình làm việc

Sơ đồ tải
1-4 Biểu đồ chu trình làm việc và biểu đồ phụ tải của xi lanh thủy lực chính của máy công cụ
Câu 3: Kiểm tra diện tích tác dụng của xi lanh thủy lực
- The effective working area of the hydraulic cylinder affects the thrust and speed of the hydraulic system. Therefore, the effective working area calculated according to the load must be checked according to the speed to verify that it can meet the requirements of the minimum stable flow of the throttle or speed control valve. The minimum operating speed of the system is required. After the effective working area meets the minimum working speed requirements of the hydraulic system, it needs to be rounded to ensure that standard sealing elements can be used. How to Design Hydraulic Cylinder
- For example, for hydraulic cylinders with a very low working speed, such as the feed cylinder of a precision boring combined machine tool, after calculating the size of the cylinder according to the load force. How to Design Hydraulic Cylinder
- Minimum working speed check cylinder size, How to Design Hydraulic Cylinder
- A≥q min/v min How to Design Hydraulic Cylinder How to Design Hydraulic Cylinder
- Where A is the effective working area of the hydraulic cylinder, m2; V min’; How to Design Hydraulic Cylinder
- The minimum working speed of the hydraulic cylinder, m/s;q min; How to Design Hydraulic Cylinder
- The minimum stable flow of the system, m3/s, the throttle speed control system depends on the minimum stable flow of the flow control valve; How to Design Hydraulic Cylinder
- Hệ thống điều khiển tốc độ thể tích phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy ổn định tối thiểu của máy bơm biến đổi, và mẫu được kiểm tra theo lựa chọn thành phần.
- If the effective area after verification cannot meet the minimum working speed requirement, the cylinder’s size must be determined at the minimum stable speed. How to Design Hydraulic Cylinder
Câu 4: Lập sơ đồ điều kiện làm việc của xi lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực
- The working condition diagram includes a pressure cycle diagram (p-t diagram or p-L diagram), a flow cycle diagram (q-t diagram or q-L diagram), and a power cycle diagram. Diagram (P-t diagram or P-L diagram), which reflects the pressure, flow, and power requirements and changes of a hydraulic system in a cycle. How to Design Hydraulic Cylinder
- The situation and the location of the peak are the basis for drawing up hydraulic systems, comparing schemes, adjusting or modifying design parameters for equalizing power distribution, and selecting and designing hydraulic components. p-t diagram (or p-L diagram). How to Design Hydraulic Cylinder
- According to the final size of the actuator structure, according to the actual load, it can be calculated that the hydraulic actuator is in its action. How to Design Hydraulic Cylinder
- The working pressure at each stage of the cycle is shown in Figure 1-5 and then drawn into a p-t diagram (or p-L diagram). How to Design Hydraulic Cylinder

Dầu vào khoang không que

Dầu vào khoang thanh

Kết nối khác biệt
1-5 Sơ đồ tính toán của xi lanh thủy lực thanh piston đơn
- Nếu nhiều cơ cấu chấp hành làm việc cùng lúc trong hệ thống, thì nên xếp chồng lên nhau biểu đồ qt (hoặc biểu đồ qL) của mỗi cơ cấu chấp hành.
- Ngoài ra, hãy vẽ biểu đồ qt tổng (hoặc biểu đồ qL) của hệ thống;
- P-t diagram (or P-L diagram); How to Design Hydraulic Cylinder
- P-t diagram (or P-L diagram) can be drawn from the p-t; How to Design Hydraulic Cylinder
- Graph (or p-L graph) and q-t graph (or q-L graph) root; How to Design Hydraulic Cylinder
- According to the hydraulic power, P=pq plotted.How to Design Hydraulic Cylinder
- Hình 1-6 là một ví dụ về biểu đồ điều kiện làm việc của xi lanh thủy lực. Sơ đồ điều kiện làm việc của xi lanh thủy lực là chọn các phần tử khác trong hệ thống. Các thành phần và mạch cơ bản thủy lực, để soạn thảo hệ thống thủy lực; Cả hệ thống và việc so sánh các lược đồ đều đóng một vai trò quan trọng.
- The maximum pressure and maximum flow in the working condition diagram determine the maximum working pressure and the maximum working pressure of hydraulic components such as hydraulic pumps and hydraulic valves. Maximum working flow. How to Design Hydraulic Cylinder
- The main parameter values of the hydraulic system determined according to the working condition diagram reflect the rationality of the original design parameters and are the main parameters of the system. The revision and finalization provided the basis. How to Design Hydraulic Cylinder
- By analyzing the change law of pressure and flow in each stage of the working condition diagram, the hydraulic circuit and oil can be selected reasonably. The structural form of the source, a perfect hydraulic system plan is drawn up. When the actuator in the hydraulic system is a hydraulic motor, because the hydraulic motor is a series of design products, this step becomes an option. Determine the working pressure p, displacement Vm, maximum speed max, and maximum flow max of the hydraulic motor, and then perform rounding to determine the specifications of the hydraulic motor. As for drawing the pressure diagram, flow diagram, and power diagram of the hydraulic motor according to the load and speed, it is the same as that of the:How to Design Hydraulic Cylinder

xi lanh thủy lực
1-6 Ví dụ về biểu đồ điều kiện làm việc của xi lanh thủy lực
Câu 5: Tính chiều dài xilanh của xilanh thuỷ lực
Tính toán chiều dài của xi lanh thủy lực
- Chiều dài xi lanh L1 của xi lanh thủy lực được xác định bởi chiều dài hành trình làm việc lớn nhất cộng với các yêu cầu kết cấu khác nhau, cụ thể là.
- L1=L+B+A+M +C How to Design Hydraulic Cylinder
- In the formula, L is the maximum working stroke of the piston;How to Design Hydraulic Cylinder
- B-Piston width, generally (0.6~1)D;How to Design Hydraulic Cylinder
- A-Chiều dài thanh dẫn hướng piston, lấy (0,6 ~ 1,5) D;
- M-Chiều dài làm kín của thanh piston được xác định theo phương pháp làm kín;
- C-Other lengths.How to Design Hydraulic Cylinder
Chú ý đến vấn đề
- Generally, the length of the cylinder should not exceed 20 times the inner diameter. In ensuring that the conditions of movement stroke and load force can be met. Next, the outline size of the hydraulic cylinder should be reduced as much as possible.How to Design Hydraulic Cylinder
- Các sự cố đặc biệt của xi lanh thủy lực dài cao áp. Khi chiều dài của xi lanh thủy lực đặc biệt lớn và áp suất làm việc cao, nên sử dụng kết cấu đặc biệt để đảm bảo độ biến dạng của xi lanh thủy lực. Không quá lớn. Giải pháp cụ thể là lắp một vòng tăng cường ở giữa ống xi lanh của xi lanh thủy lực, như trong Hình 1-7.


1-7 xi lanh thủy lực dài áp suất cao
- Calculation of minimum guide length of hydraulic cylinderHow to Design Hydraulic Cylinder
- When the piston rod is fully extended, the distance from the midpoint of the piston bearing surface to the midpoint of the sliding surface of the guide sleeve is called the minimum guide length H (Figure 1-8). For general hydraulic cylinders, the minimum guide length should meet the following formula: How to Design Hydraulic Cylinder
- HL / 20 + D / 2
- Trong đó L là hành trình làm việc lớn nhất của xi lanh thủy lực, m;
- D-Inner diameter of cylinder, m. How to Design Hydraulic Cylinder
- Chiều dài A của mặt trượt của ống bọc dẫn chung, khi D <80mm, lấy A = (0,6 ~ 1,0) D; khi D> 80mm thì lấy A = (0,6 ~ 1,0) d.
- The width B of the piston, take B=(0.6~1.0)D. To ensure the minimum guide length, it is not appropriate to increase A and B excessively. It is best to install a spacer K between the guide sleeve and the piston. The spacer width C is determined by the required minimum guide length, namely: How to Design Hydraulic Cylinder

- Việc sử dụng miếng đệm không chỉ có thể đảm bảo chiều dài dẫn hướng tối thiểu mà còn cải thiện tính linh hoạt của ống bọc dẫn hướng và piston.

1-8 Chiều dài dẫn hướng của xi lanh thủy lực
Chú ý đến vấn đề
- Chiều dài dẫn hướng của cần piston không được quá nhỏ. Nếu chiều dài thanh dẫn quá nhỏ, độ võng ban đầu (độ võng do khe hở) của xi lanh thủy lực sẽ tăng lên, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của xi lanh thủy lực. Do đó, chiều dài thanh dẫn tối thiểu phải được đảm bảo trong thiết kế. Chiều dài A của ống bọc dẫn hướng thường thay đổi theo kích thước của xi lanh thủy lực và loại và mục đích của miếng đệm thanh piston, nhưng kích thước chung phải lớn hơn 0,6 lần đường kính của thanh dẫn hướng để đảm bảo đủ độ ổn định của piston. như hình 1-9 minh họa.
- The guide sleeve of the high-speed and long-stroke hydraulic cylinder should adopt a special structure. For hydraulic cylinders with a speed greater than 1000mm/s and a stroke greater than 4000mm, local overheating caused by high-speed action will cause significant wear of the guide sleeve and the appearance of metal powder. This not only requires forced lubrication on the surface of the guide sleeve from the structural point of view but also requires special treatment such as high-frequency quenching on the surface of the piston rod. At the same time, hydrostatic bearings may also be considered. How to Design Hydraulic Cylinder

1-9 Chiều dài dẫn hướng của thanh thủy lực
Câu 6: Xác định dung sai hình dạng và vị trí trụ
- The cylinder must ensure the necessary shape and position tolerances. To ensure that the hydraulic cylinder has a lower starting pressure and does not occur “unusual” during movement, sufficient attention should be paid to the shape and position tolerance of the cylinder. How to Design Hydraulic Cylinder
- Trong các trường hợp bình thường, sai số về độ tròn và độ trụ của đường kính xi lanh không được lớn hơn một nửa dung sai của đường kính xi lanh.
- Đường chạy tròn của phần cuối hình trụ đối diện với trục hình trụ không lớn hơn 0,04mm trên 100mm.
- Sai số vị trí của lỗ khuyên tai của loại bông tai xi lanh thủy lực đối với trục của nòng xylanh không quá 0,03mm.
- Dung sai vị trí trục của chốt xi lanh thủy lực kiểu chốt không quá 0,1mm và sai số vuông góc không quá 0,1mm trên chiều dài 100mm.
- Sai số độ thẳng của trục hình trụ không quá 0,03mm trên 500mm chiều dài.
Câu 7: Tính toán các thông số của piston
Tính toán chiều dài piston
- Although the piston is not expected to bear radial force from the perspective of design thinking, due to the limitation of the actual structure, the piston of the hydraulic cylinder. How to Design Hydraulic Cylinder
- It is inevitable to bear a considerable part of the radial external force; for this reason, the length of the piston of the hydraulic cylinder must be appropriate, generally, 0.6 to 1.0 times the outer diameter of the piston, to increase the guiding effect of the piston and increase the supporting surface area, to reduce wear, The purpose of improving the service life of the hydraulic cylinder, as shown in Figure 1-10. How to Design Hydraulic Cylinder
Hình dạng và dung sai vị trí của piston được xác định.
- The quality of the hydraulic cylinder largely depends on the quality of the piston, so the machining of the piston should be required to have sufficient precision geometric tolerances. Generally speaking, the error of the outer diameter of the piston, the roundness of the inner hole, and the cylindricity cannot be greater than half of its dimensional tolerance; the tolerance of the concentricity of the outer diameter of the piston to the inner hole and the sealing groove should be within 0.02mm. How to Design Hydraulic Cylinder
Xác định dung sai của hình dạng và vị trí cần piston
- Nói chung, dung sai độ thẳng của cần piston được yêu cầu nhỏ hơn 0,02mm / 100mm; độ tròn và dung sai độ chính xác hình học khác không lớn hơn bên ngoài.
- 1/2 dung sai đường kính; dung sai độ đồng tâm giữa đường kính trục và đường tròn ngoài khớp với lỗ trong của piston không quá 0,01 ~ 0,02mm; piston được lắp đặt.
- The perpendicularity tolerance between the shaft shoulder and the axis of the piston rod is not more than 0.04mm/100mm. How to Design Hydraulic Cylinder

1-10 Tính toán chiều dài pit tông
Thiết kế cấu trúc xi lanh thủy lực
Câu hỏi 1: Vấn đề với cấu trúc kết nối của đầu trụ
1. Kết nối mặt bích
Kết nối mặt bích ở cuối hình trụ, như trong Hình 1-11. Khối trụ của Hình 1-11 (a) và Hình 1-11 (b) là một ống thép và phương pháp hàn cuối; Hình 1-11 (c) thân hình trụ là một ống thép có đầu dày bằng titan; Hình 1-11 (d) thân xi lanh được rèn hoặc đúc, cấu trúc này được sử dụng rộng rãi nhất, và ưu điểm của nó là cấu trúc tương đối đơn giản; Xử lý; dễ dàng để tải và dỡ hàng; độ bền cao, có khả năng chịu áp lực lớn.

Chú ý đến vấn đề
Trọng lượng lớn hơn kết nối ren nhưng nhỏ hơn kết nối thanh giằng; đường kính ngoài lớn hơn.
2. Kết nối luồng bên ngoài
Kết nối ren ngoài của đầu xi lanh được thể hiện trên Hình 1-12.

3. Kết nối chuỗi nội bộ
Kết nối ren trong ở cuối hình trụ được thể hiện trên Hình 1-13. Ưu điểm là trọng lượng nhỏ và đường kính ngoài nhỏ.

Chú ý đến vấn đề
- Các công cụ đặc biệt nên được sử dụng khi kết cấu cuối phức tạp. Khi vặn đầu cuối, có thể xoắn vòng đệm, như hình 1-13 (a).
- Khi nắp cuối và nắp xylanh được nối với nhau bằng ren (ren trong của xylanh, ren ngoài của nắp cuối), cần đặc biệt chú ý để không làm hỏng vòng đệm trong quá trình lắp ráp. Điều này yêu cầu đường kính của đầu ren trong trên thùng xi lanh phải lớn hơn đường kính ngoài của vòng đệm đặt trên nắp cuối. Nếu không, vòng đệm sẽ bị hỏng trong quá trình lắp ráp nắp cuối, như trong Hình 1-14 (a).
- Vì không thể nắm bắt được điểm áp suất ban đầu của vòng đệm sau khi đi vào thùng xi lanh, nên phải gia công vùng chuyển tiếp dẫn hướng thích hợp ở phần cuối của ren trong trên thùng xi lanh để tránh làm hỏng vòng đệm trong quá trình lắp ráp, vì được hiển thị trong Hình 1-14 (b) Được hiển thị.


Hình 1-14 Nắp cuối và thùng xi lanh được nối với nhau bằng nắp 1 đầu ren; 2-vòng làm kín; Ống 3 xi lanh
4. Kết nối vòng chụp bên ngoài
Kết nối vòng chụp ngoài ở cuối hình trụ, như trong Hình 1-15, có ưu điểm là trọng lượng nhỏ hơn kết nối thanh giằng, cấu trúc nhỏ gọn và kích thước nhỏ.

Chú ý đến vấn đề
Đường kính ngoài của thân xi lanh cần được gia công, và rãnh nửa vòng làm suy yếu thân xi lanh, và chiều dày thành thân xi lanh phải được làm dày lên tương ứng.
5. Kết nối vòng snap nội bộ
Kết nối vòng đệm ở cuối thân xi lanh, như trong Hình 1-16, có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn và nhẹ.

Chú ý đến vấn đề
Khi lắp đặt, phần cuối nằm sâu hơn vào trong xi lanh, và vòng đệm có thể bị xước bởi mép của đường dẫn dầu.
6. Kết nối thanh buộc
Kết nối thanh giằng ở cuối hình trụ được thể hiện trên Hình 1-17. Cơ chế này được sử dụng rộng rãi. Ưu điểm là thân xi lanh dễ gia công, dễ lắp đặt và dỡ hàng, kết cấu đa năng.

Chú ý đến vấn đề
- Trọng lượng tương đối lớn và kích thước tổng thể tương đối lớn.
- Nên tránh kết cấu thanh giằng đối với xi lanh thủy lực dài. Khi chiều dài của xi lanh thủy lực lớn hơn 1500 ~ 2000mm, không nên sử dụng kết cấu thanh giằng. Mặc dù xi lanh thủy lực thanh giằng có đặc điểm là khả năng sản xuất và hiệu suất bảo trì tốt, nhưng do tác động của áp suất thủy lực, nó dễ làm thanh giằng bị kéo dài và gây ra rò rỉ, như thể hiện trong Hình 1-18.
- Xi lanh thủy lực có kết cấu thanh giằng không được sử dụng trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Trong những trường hợp điều kiện sử dụng quá xấu và cần thay thế thường xuyên vòng đệm và ống dẫn hướng của cần piston và thiết bị sử dụng xi lanh thủy lực không cho phép tháo xi lanh thủy lực thì không nên sử dụng xi lanh thủy lực một cấu trúc thanh giằng. Nguyên nhân là do khi thay thế vòng đệm và ống dẫn hướng của thanh piston của xi lanh thủy lực thanh giằng thì phải tháo xi lanh thủy lực trước, sau đó mới tháo bốn thanh giằng ra trước khi thay thế, rất bất tiện. Trong trường hợp này, sử dụng Cấu trúc nòng cốt là tốt hơn.

Hình 1-18 Xi lanh thủy lực dài nên tránh sử dụng kết cấu thanh giằng
7. Hàn
Phần cuối của hình trụ được hàn như hình 1-19. Ưu điểm của nó là cấu trúc đơn giản và kích thước nhỏ.

Hình 1-19 Hàn phần cuối của xi lanh
Chú ý đến vấn đề
- Thân xi lanh có thể bị biến dạng; đường kính trong của xi lanh sau khi hàn không phù hợp để gia công lại, và nó bị đóng rắn cục bộ.
- Đường hàn cuối phải cách bề mặt làm việc của xi lanh thủy lực một khoảng nhất định. Khi sử dụng xi lanh thủy lực có hàn cuối, khoảng cách giữa chi tiết hàn và bề mặt làm việc của xi lanh thủy lực không được nhỏ hơn 20mm, như thể hiện trên Hình 1-20. Đó là do bề mặt bên trong của thùng xi lanh thủy lực sau khi hàn hết, tức là bề mặt làm việc không còn được gia công sau khi hàn, quá trình hàn sẽ làm cho thùng xi lanh bị biến dạng ở một mức độ nhất định. Nếu khoảng cách quá gần, lực ma sát của xi lanh thủy lực sẽ tăng lên hoặc thậm chí bị bó cứng khi chuyển động gần hết.

Hình 1-20 Khoảng cách giữa đường hàn cuối và bề mặt làm việc của xi lanh thủy lực
8. Kết nối dây thép
Mối nối dây thép ở cuối thân trụ như hình 1-21 có ưu điểm là cơ cấu đơn giản, nhẹ và kích thước nhỏ.

Hình 1-21 Kết nối dây ở cuối hình trụ
Chú ý đến vấn đề
- Việc lắp ráp và tháo rời rất bất tiện, dây điện khó lắp ráp và tháo rời.
- Khi không có yêu cầu đặc biệt nào về kích thước và trọng lượng của máy móc cố định, nên sử dụng cơ cấu kết nối mặt bích hoặc thanh giằng.
- Khi có các yêu cầu đặc biệt về kích thước và trọng lượng của máy móc di chuyển, nên sử dụng cơ chế kết nối mặt bích, ren ngoài hoặc vòng chụp ngoài.
Câu hỏi 2: Lựa chọn vật liệu thân xi lanh
Vật liệu làm thân xi lanh thường được sử dụng là thép ống liền khối 20 thép, 35 ste, và 45 ste. Thân xi lanh của xi lanh thủy lực có nhiệt độ làm việc thấp hơn -50 ℃ phải được làm bằng thép 35 và 45 cắp, và nó phải được tôi và tôi luyện. Thân xi lanh được hàn vào phần cuối được làm bằng thép 35, được xử lý cơ khí trước, sau đó tôi và tôi luyện. Thân xi lanh không hàn với các bộ phận khác sử dụng thép 45 tôi luyện và tôi luyện. Vật liệu thân xi lanh cũng hữu ích cho thép rèn, thép đúc và hợp kim nhôm.
Câu 3: Yêu cầu kỹ thuật thiết kế khối trụ

- Đường kính trong của xi lanh D sử dụng khớp nối H9.
- Xử lý nhiệt: làm nguội và tôi, độ cứng 241 ~ 285HB.
- Độ nón và độ noãn của đường kính D không lớn hơn một nửa dung sai của đường kính.
- Độ cong của trục không quá 0,03mm trong chiều dài 500mm.
- Độ không vuông góc của mặt cuối T không quá 0,04mm trên đường kính 100mm.
- Khi phần thân và phần cuối của xi lanh được kết nối bằng ren, ren sẽ sử dụng ren hệ mét chính xác 2a.
- Khi phần đuôi của thân xi lanh có dạng hình bông tai hoặc phần thân hình trụ là loại chốt trục:
- Độ lệch trục của lỗ d1 so với đường kính trụ D không quá 0,03mm;
- Độ không vuông góc của trục của lỗ d1 với đường kính trụ D không quá 0,1mm trong chiều dài 100mm;
- Độ rời rạc của trục đường kính trục d: đến đường kính trụ D không quá 0,1mm;
- Độ không vuông góc của đường kính trục d2 với đường kính trụ D không quá 0,1mm trong chiều dài 100mm.

Hình 1-23 Nắp cuối không được quá mỏng
Câu hỏi 4: Thiết kế nắp cuối
- Nắp cuối không được quá mỏng. Nắp cuối của xi lanh thủy lực chịu áp suất thủy lực tương đối lớn. Nếu nắp cuối quá mỏng và khoảng cách giữa các bu lông quá lớn, các khe hở cục bộ sẽ dễ dàng xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy lực, điều này sẽ gây ra rò rỉ dầu, như trong Hình 1-23.
- Dung sai hình học của mặt cuối của xi lanh thủy lực. Yêu cầu chung dung sai độ vuông góc của phần cuối của xi lanh thủy lực đối diện với trục của xi lanh thủy lực phải nhỏ hơn 0,04mm / 100mm.
- Khi có va chạm mạnh trong quá trình làm việc, ống xi lanh và nắp cuối của xi lanh thủy lực không được làm bằng vật liệu giòn, chẳng hạn như gang.
Câu 5: Mối nối giữa pittông và cần pittông được hình thành
- Trong điều kiện làm việc bình thường của xi lanh thủy lực, piston và cần piston được nối với nhau bằng ren, như hình 1-24.
- Khi áp suất làm việc của xi lanh thủy lực lớn và máy móc làm việc rung, kết nối nửa vòng được sử dụng, như trên Hình 1-25. Theo tình hình cụ thể, piston và thanh piston cũng được chế tạo thành một tổng thể.


Câu 6: Lựa chọn vật liệu làm piston
- Gang chịu mài mòn; gang xám (HT150 ~ HT200); thép (một số vòng chống mòn có đường kính ngoài bằng nylon 66 hoặc nylon 1010); hợp kim nhôm.
- Cặp ma sát trong xi lanh thủy lực nên tránh sử dụng cùng một loại vật liệu. Hệ số ma sát của cặp ma sát của cùng một vật liệu tương đối lớn, nên tránh tất cả hai bề mặt cần bôi trơn chuyển động tương đối. Điều này cũng đúng đối với xi lanh thủy lực, piston và xi lanh Thanh piston và ống dẫn hướng Tránh sử dụng cùng một vật liệu giữa chúng để tạo điều kiện bôi trơn và giảm ma sát.
Câu 7: Yêu cầu kỹ thuật thiết kế piston
Độ không vuông góc của mặt cuối không được lớn hơn 0,04mm trên đường kính 100mm; độ noãn và hình nón của đường kính ngoài d không được lớn hơn một nửa dung sai của đường kính.
Câu 8: Thiết kế kết cấu thanh piston
- Tránh tập trung ứng suất khi chuyển đổi đường kính trục thanh piston
Khi sử dụng xi lanh thủy lực hành trình dài, cần xem xét toàn diện để lựa chọn cần piston có đủ độ cứng và lắp vòng đệm.
- Cân nhắc việc lựa chọn thanh piston và miếng đệm
Khi sử dụng xi lanh thủy lực hành trình dài, cần xem xét toàn diện để lựa chọn cần piston có đủ độ cứng và lắp vòng đệm.
- Cân nhắc sử dụng ống bảo vệ thanh piston
Khi môi trường làm việc bị ô nhiễm nghiêm trọng và có nhiều tạp chất như bụi, cát, hơi ẩm,… thì cần phải có ống bảo vệ thanh piston.

Hình 1-26 Bài toán chuyển đổi đường kính trục của cần piston
Câu hỏi 9: Xả xi lanh thủy lực
When the hydraulic system stops working for a long time, the oil in the system will flow out due to its weight and other reasons. At this time, it is easy for air to enter the system. If there is air in the hydraulic cylinder or mixed with air in the oil, the hydraulic cylinder will not move smoothly. Therefore, the air in the system should be discharged before the hydraulic system starts to work. For this reason, an exhaust device can be installed at the highest part (often where air collects) at both ends of the cylinder. There are two types of exhaust devices.
One is to open an exhaust hole at the highest part of the hydraulic cylinder and connect the exhaust valve with a pipe for exhaust; the other is to place an exhaust plug on the highest part of the hydraulic cylinder. The device is opened when the hydraulic cylinder is exhausted and closed after the exhaust is completed.
1. Góc bề mặt tiếp xúc của bệ van xả bi thép
Van xả trên xi lanh thủy lực hầu hết là loại bi thép, và chân van thường được khoan trực tiếp bằng mũi khoan. Góc của các mũi khoan thường được sử dụng thường là 120 °. Kinh nghiệm cho thấy độ chặt của góc này không phải là tối ưu. Góc nhỏ, dễ dẫn hướng bi thép, nhưng hiệu suất làm kín không tốt; góc lớn, dễ dàng bịt kín, nhưng hiệu suất dẫn hướng kém. Theo kinh nghiệm, góc tốt nhất là khoảng 160 °, như hình 1-27.

Hình 1-27 Chân van xả kiểu bi thép

Hình 1-28 Van xả kiểu poppet
2. Sự cố rò rỉ của van xả kiểu poppet
The cone valve type exhaust valve is composed of a sealed cone valve and a plug sleeve. The rod of the cone valve passes through the middle hole of the plug sleeve. When the axis of the screw plug sleeve is too large, it will cause the cone valve and valve seat. One-sided contact, leakage occurs.
Also, if the axial dimension of the screw plug sleeve is too small, the poppet valve cannot be compressed when fully screwed in, it will also cause leakage. The cone angle of the poppet valve head is between 60°and 90°, as shown in Figure 1-28. When it is too large because the contact surface is enlarged and widened, it is not easy to obtain an ideal sealing line with the same tightening force, and it is easy to be blocked if it is too small.
3. Vấn đề về khí thải
Van xả cần được lắp ở điểm cao nhất của khoang chứa dầu của xi lanh thủy lực để thải không khí.
Hình thức lắp đặt của xi lanh thủy lực
Các yêu cầu lắp đặt xi lanh thủy lực như sau:
- Việc lắp đặt xi lanh thủy lực phải chắc chắn và đáng tin cậy. Để tránh ảnh hưởng của sự giãn nở vì nhiệt, một đầu của xi lanh phải được giữ nổi khi hành trình lớn và điều kiện làm việc nóng. Kết nối đường ống không được lỏng lẻo.
- Bề mặt lắp đặt của xi lanh thủy lực và bề mặt trượt của cần piston phải duy trì đủ độ song song và vuông góc.
- Trục tâm của xilanh chuyển động cần đồng tâm với đường tâm của lực tải, nếu không sẽ sinh ra lực bên, dễ làm mòn phớt làm hỏng piston. Khoảng cách giữa các điểm đỡ của cần piston càng lớn thì độ mòn càng ít. Đối với xi lanh thủy lực của vật thể chuyển động, xi lanh phải được giữ song song với vật thể chuyển động trong quá trình lắp đặt, và độ không song song nói chung không quá 0,05mm / m.
- Không nên lắp vòng đệm quá chặt, đặc biệt là vòng đệm hình chữ U có khả năng chịu lực rất cao.
- The fuel tank should be cleaned carefully, dried with compressed air, and then checked with kerosene for the quality of the weld.
Problem 1: Fixed axis installation skills
The position of the axis of the hydraulic cylinder of this type of installation is fixed when it is working. The vast majority of hydraulic cylinders on machine tools adopt this type of installation.
1. Tie rod type
Drill through holes on the cylinder heads at both ends, and use a double-headed screw to tighten the connection between the cylinder and the mounting seat.
Chú ý đến vấn đề
Generally used for hydraulic cylinders with short strokes and low pressure.
2. Flange type
Use the flange on the hydraulic cylinder to fix it to the machine.
The flange is set on the cylinder head of the piston rod, and the outer side is tightly attached to the mechanical installation surface. This is the head outer flange type.
Chú ý đến vấn đề
- Due to the action of the reaction force when the hydraulic cylinder is working, the mounting bolts bear the tensile action of hydraulic pressure, the diameter of the mounting bolts is relatively large, and the strength calculation is required.
- The flange is arranged on the cylinder head at the end of the piston rod, and the inner surface is tightly attached to the mechanical mounting surface. This is the head inner flange type. When the hydraulic cylinder is working, the mounting bolts are not stressed, and they are mainly supported by the mounting supporting surface, so the flange diameter is small and the structure is more compact. This type of installation is the most widely used in a fixed installation.
- The flange is set at the bottom of the cylinder and is fastened with bolts on the mechanical mounting surface. This is a tail flange type. Pay attention to the problem. This type of installation makes the hydraulic cylinder cantilever, the installation length is large, and the stability is poor.
- Note that the force and the support center should be on the same axis. The connection between the flange and the support seat should make the flange surface bear the force, and should not make the fixing screw bear the tension E.g. front flange. For installation, if the acting force is thrust, the structure is shown in Figure 1-29(a) should be adopted, and the structure is shown in Figure 1-29(b) should be avoided; if the acting force is pulling force, vice versa.
- For rear flange installation, if the acting force is thrust, the structure is shown in Figure 1-30(a) should be adopted, and the structure is shown in Figure 1-30(b) should be avoided; if the acting force is pulling force, the reverse is true.
3. Base installation
- Fasten the flanges at the head and tail ends of the hydraulic cylinder with the base. The base can be placed in the radial and tangential directions of the left and right of the hydraulic cylinder, and can also be placed in the front and rear ends of the axial bottom. In the radial installation, the installation surface is on the same plane as the axis of the piston rod. When the hydraulic cylinder is working, the installation bolts only bear the shearing force.
- When installing tangentially and axially, there is a certain distance between the axis of the piston rod and the bottom surface of the base, and the mounting bolt is subjected to both shearing force and bending force due to the overturning moment. The tilting moment of tangential installation is smaller than that of axial installation.

Figure 1-29 Front flange installation method

Figure 1-30 Installation method of the rear flange
Chú ý đến vấn đề
- For the base type installation form, GB/T 3766-2015 stipulates: If the base type hydraulic cylinder does not use keys or pins to bear the shear stress, the anchor bolts must withstand all the shear stresses without causing danger.
- The front base needs to use positioning screws or positioning pins, and the rear base uses loose screw holes so that the cylinder can expand and contract when the hydraulic cylinder is heated, as shown in Figure 1-31. When the axis of the hydraulic cylinder is high and the distance H from the supporting surface is large (see Figure 1-31(b)), the base screws and base rigidity bear the effect of the overturning moment F×H.


Figure 1-31 Base installation
Problem 2: Axis swing type installation skills
When the hydraulic cylinder is reciprocating, due to the interaction of the mechanism, its axis swings to meet the requirements of adjusting the position and direction. To install this type of hydraulic cylinder, the only way to install it can be to make it swingable. The hydraulic cylinders used in construction machinery, agricultural machinery, dump trucks, and ship deck machinery are mostly used in this type of installation.
1. Trunnion installation
- The dumpling shaft fixed on the hydraulic cylinder is installed in the shaft seal of the machine, so that the axis of the hydraulic cylinder can swing freely in a certain plane, and the force is in the same plane.
- The trunnion set on the head of the hydraulic cylinder is ahead of the trunnion type. With this type of installation, the swing amplitude of the hydraulic cylinder is smaller, but the stability is better.
- The trunnion set at the tail of the hydraulic cylinder is a tail trunnion type. The hydraulic cylinder of this type of installation has a larger swing, but its stability is poor.
- The trunnion set in the middle of the hydraulic cylinder is a middle trunnion type, and its swing amplitude and stability are average.
- Usually, the front trunnion and the middle trunnion are more commonly used. The rear trunnion is only used on small short-stroke hydraulic cylinders. Because of its large supporting length, it affects the bending stability of the piston.
- The trunnion of the trunnion hydraulic cylinder must be at right angles to the axis of the hydraulic cylinder. When installing a trunnion hydraulic cylinder, it must be ensured that the axis of the cylinder body is at right angles to the swing direction, as shown in Figure 1-32. If there is a deviation, the two trunnions cannot share the load evenly, and in severe cases, the hydraulic cylinder trunnion may break.
- For trunnion mounted hydraulic cylinders, attention should be paid to the load direction. Similar to hydraulic cylinders with single ring installation, hydraulic cylinders use trunnions. During installation, the load is also allowed to swing in one direction. However, it is not allowed to swing or move in the other direction perpendicular to it, otherwise, the hydraulic cylinder will be subjected to bending load and cause the thread to break. Moreover, due to the lateral force, it is easy to strain the inner surface of the cylinder, causing uneven wear of the guide sleeve, resulting in uneven sealing, resulting in leakage, as shown in Figure 1-33.
- The trunnion support should be as close as possible to the root of the trunnion. The inner side of the trunnion support should be as close as possible to the root of the trunnion, preferably without leaving a gap. If it is really necessary, the maximum distance cannot be greater than 1mm, as shown in Figure 1-34. This is for reducing the bending moment of the single bearing. The larger the above distance, the greater the total stress on the lug bearing.

Figure 1-32 Trunnion hydraulic cylinder

Figure 1-33 The hydraulic cylinder installed with trunnion should pay attention to the load direction

Figure 1-34 Trunnion support
- Spherical bearings are not suitable for trunnion hydraulic cylinders. When the hydraulic cylinder is installed with a trunnion, the bearing on the trunnion cannot be a spherical bearing. This kind of bearing can fine-tune itself when its centerline is tilted, which is beneficial to the bearing itself. But it is disadvantageous for the trunnion of the hydraulic cylinder. The reason is: if a sliding bearing is used, the trunnion only bears shear stress; if a spherical bearing is used, the trunnion must bear the same shear stress, but also an additional bending moment caused by the tilt of the trunnion axis. The stress condition has deteriorated significantly, so spherical bearings cannot be installed on the trunnion.
2. Taboo for earring installation
Connect the earrings of the hydraulic cylinder with the earrings on the machine with a pin, so that the hydraulic cylinder can swing freely in a certain plane. The acting force is in a plane, such as earrings with ball dumplings, they can change direction within ±4°cone angle.
The earrings are at the tail of the hydraulic cylinder and can be single earrings or double earrings, and can also be made into single earrings or double earrings with joint bearings.
Pay attention to the load direction of hydraulic cylinders installed in earrings. As shown in Figure 1-34, when the hydraulic cylinder is installed in the earring type, the load is allowed to have a considerable swing range in one direction. However, it is not allowed to swing or move in the other direction perpendicular to it, otherwise, the hydraulic cylinder will be subjected to the bending load with the earring as the fulcrum. Sometimes the thread of the rod end may be broken due to the bending of the piston rod.
Moreover, because the piston rod reciprocates when the piston rod is in a bent state, it is easy to damage the inner surface of the cylinder, causing uneven wear of the guide sleeve, resulting in imperfect sealing. Evenly, leading to leakage, these must be avoided.
3. Taboo for ball head installation
Connect the ball head at the tail of the hydraulic cylinder with the ball seat on the machine, so that the hydraulic cylinder can swing freely within a certain spatial cone angle range. This type of installation has a large degree of freedom, but its stability is poor. This type of hydraulic cylinder is often used for ship lifting booms.
Chú ý đến vấn đề
Hydraulic cylinders installed with swing axis are often inclined when they work. As the piston rod gradually extends, the angle between the axis and the horizontal plane also gradually changes, and its working displacement changes with the angle. Therefore, calculate the hydraulic pressure The effective working force of the cylinder must be based on the load pushed when the included angle is at the minimum.
Problem 3: Installation Taboos of Hydraulic Cylinders
1. The position arrangement of the hydraulic cylinder should consider the convenience of disassembly and assembly
The location of the hydraulic cylinder is generally determined by the structure of the equipment. When designing the main equipment, the needs of the installation and disassembly of the hydraulic cylinder should be considered, and at least enough operating space should be left to facilitate the operation of the hydraulic cylinder. In the project, there are indeed cases where the hydraulic cylinders are arranged in an unreasonable position, which leads to very difficult maintenance and overhaul, which must be considered in the overall equipment design.
2. Correctly determine the installation and fixing method of the hydraulic cylinder
For example, the piston rod subjected to bending cannot be connected with threads, but must be connected with a spigot; the hydraulic cylinder cannot be positioned with keys or pins at both ends, but can only be positioned at one end, so as not to hinder its thermal expansion; impact load makes the piston rod For compression, the positioning piece must be set at the end of the piston rod; for tensile load, the positioning piece must be set at the end of the cylinder head.
3. Avoid fixing both ends of the hydraulic cylinder during fixed installation
Generally speaking, the temperature of the hydraulic oil flowing in the hydraulic cylinder always changes, and there is no problem when the temperature changes not too much. However, when the oil temperature changes greatly, the cylinder body of the hydraulic cylinder will always expand and contract in different degrees. If the hydraulic cylinder is installed fixed at both ends at this time, it may cause very large stress on the cylinder body, and even damage the structure of the hydraulic cylinder. Therefore, when installing a fixed hydraulic cylinder, try to avoid the installation of fixed at both ends. The fixed installation method of the hydraulic cylinder is shown in Figure 1-35.

Figure 1-35 Fixed installation method of hydraulic cylinder
4. Large hydraulic cylinders should not be loaded by mounting bolts
The output force of a large hydraulic cylinder is generally relatively large, and the main function of the mounting bolt of the hydraulic cylinder is to fix the hydraulic cylinder in the working position. Of course, the bolt can bear a certain load. However, when the hydraulic cylinder is large and the load is heavier, the mounting bolts of the hydraulic cylinder should not be used to bear the load, because the load at this time is very large and requires a larger number of bolts or bolts with a larger diameter to be installed. Cause structural irrationality. Other mechanical methods can be used to fix the hydraulic cylinder, such as adding a stopper.
5. The mounting base of the hydraulic cylinder must have sufficient rigidity
The installation base of the hydraulic cylinder must be firm and rigid. If the installed base is not strong, no matter how the installation method is correct, the hydraulic cylinder body will bend upwards in a bow shape when working, as shown in Figure 1-36. In severe cases, the piston rod will bend, jam, and break the piston rod.

Figure 1-36 Mounting base of hydraulic cylinder
6. Piston rod of hydraulic cylinder
Try to make the piston rod of the hydraulic cylinder bear the maximum load under tension or have good stability under pressure.
7. The plunger cylinder should not be placed horizontally
Although the plunger cylinder has the advantage of simple processing of the inner wall of the cylinder because the plunger cylinder can only withstand pressure, the cylinder rod is generally thicker in terms of rigidity; at the same time, its radial support point is also somewhat different from that of ordinary hydraulic cylinders.
Because of the difference, the cylinder base cylinder is generally heavy and heavy. When installed in a horizontal position, the plunger is easy to press on one side, causing the guide sleeve and the sealing ring to wear back. If the right hand is installed horizontally, a plunger bracket needs to be installed to prevent the plunger from sagging, causing bending and increasing initial deflection, and causing jamming.

Figure 1-37 The plunger cylinder should not be placed horizontally
8. Hydraulic cylinders with synchronization requirements should not be simply connected in parallel
Theoretically speaking, when the effective working area of the two hydraulic cylinders is the same and the input flow is equal, synchronization can be achieved. However, due to unbalanced load distribution, unequal friction, manufacturing differences, and different leakage rates, etc. Can make them out of sync. Therefore, hydraulic cylinders with synchronization requirements should not be simply connected in parallel. To overcome the influence of the above factors, a positive displacement, servo-type synchronization control loop is generally used, as shown in Figure 1-38.

Figure 1-38 Hydraulic cylinders with synchronization requirements
Design of hydraulic cylinder buffer device
The hydraulic cylinder is equipped with a buffer device mainly to buffer the huge impact generated by the piston of the hydraulic cylinder when it suddenly stops at the end of the stroke. There are many types of cushioning devices, and the cushioning principle is the same, that is when the piston reaches a certain distance before the end of the stroke,
it tries to seal part or all of the oil in the oil cylinder drain cavity so that it can pass through a small throttle (or Seam>Discharge, to generate appropriate back pressure (buffer pressure) from the enclosed hydraulic oil, which acts on the oil discharge side of the piston to oppose the inertial force of the piston to achieve the purpose of deceleration and braking.
Question 1: Applicability of the cushioning device
- When the hydraulic cylinder has a working pressure of ≤10MPa and a piston speed of ≤0.1m/s, the buffer device may not be considered; otherwise, a hydraulic cylinder with a buffer device or other buffer methods should be used. This can only be a reference condition, and it is mainly determined by the specific situation and the purpose of the cylinder.
- Short-stroke hydraulic cylinders should not use buffer devices at both ends. When the stroke of the hydraulic cylinder is short (<100mm), in principle, a hydraulic shed without buffer devices should be used. If it is very necessary, only one buffer device can be placed in one direction of movement. Otherwise, the non-buffering stroke will be too short, or even there will be no non-buffering stroke, as shown in Figure 1-39.

Figure 1-39 Short stroke hydraulic cylinder
- Low-speed hydraulic cylinders do not need to use buffer devices. The function of the buffer device is to reduce the speed of the piston rod at the end of the stroke to avoid impact. When the hydraulic cylinder speed is low (<100mm/s), the buffer device has lost its meaning.
- It is generally believed that ordinary hydraulic cylinders should adopt buffer devices or other buffer methods when working pressure>10MPa and piston speed>0.1m/s. This is only a reference condition, and it is mainly determined by the specific situation and the purpose of the hydraulic cylinder. For example: For hydraulic cylinders that require slow speed changes, when the piston speed is ≥0.05~0.12m/s, a buffer device is also required.
- The quick-acting hydraulic cylinder should be equipped with a buffer device. When the hydraulic cylinder moves fast, due to the large mass of the load and the hydraulic cylinder piston and the piston rod itself, the momentum of the movement is large, so it is easy to stop suddenly at the end of the stroke. A great impact and noise are generated. This impact will not only cause damage to the hydraulic cylinder but also cause damage to various valves, piping, and related mechanical parts, which is very harmful. To eliminate such impacts, corresponding components can be set in the hydraulic circuit to control the speed of the hydraulic cylinder, or a buffer device (such as a fixed or adjustable hydraulic cylinder buffer device, etc.) can be set on the hydraulic cylinder.
Question 2: Type of buffer device structure
For the requirements of the cushioning device, the ideal situation is to move the piston uniformly decelerate during the entire cushioning process, without peaking inadmissible cushioning brake pressure, and minimizing the load on the cylinder. The buffer device of the hydraulic cylinder can be arranged inside the hydraulic cylinder or in the external circuit of the hydraulic cylinder.
1. Internal buffer device of the hydraulic cylinder. There are many structural types of buffer devices inside hydraulic cylinders. According to the flow area of the orifice (or gap) and whether it can be automatically changed during the buffering process, it can be roughly divided into two types: constant throttle area buffer device and variable throttle area buffer device class.
2. Constant throttling area buffer device. In the buffering process of this kind of buffering device, since its throttle area is unchanged, the buffering braking force generated at the beginning of buffering is very large. But it was quickly lowered, and it didn’t work in the end, and its cushioning effect was not very good. However, in the general series of standard oil cylinders, because it is impossible to know the movement speed of the cylinder piston and the movement part. The quality and the load to bear, so to simplify the structure, facilitate the design, and reduce the manufacturing cost, this kind of throttling and buffering method is often used.
3. Variable throttle area buffer device. During the buffering process of the oil cylinder piston, the flow area of the throttle hole (slit) automatically changes with the stroke, so that the buffer pressure in the buffer oil chamber is kept uniform or changed regularly, to obtain a satisfactory buffer effect. It can only adapt to a certain cylinder load and work movement, so this kind of buffer device can be designed for general special cylinders.
Question 3: Cushioning device for the external circuit of the hydraulic cylinder (buffer circuit)
- The function of the buffer circuit is to pre-decelerate the working part before the end of the stroke, delay its stop or reversing time, and delay the unloading and boosting process of the pressure regulating unloading circuit to achieve the purpose of mitigating the impact. To eliminate or reduce hydraulic shock, in addition to taking certain measures on the structure of the hydraulic component itself (such as setting a buffer device at the end of the hydraulic cylinder and setting damping on the overflow valve spool), buffering can also be used in the system design Loop.
- The ordinary standard oil cylinder is equipped with buffer devices at both ends of the stroke so that the oil cylinder can stop smoothly at the ends of the stroke. However, when the piston stops or reverses in the middle of the stroke, the kinetic energy of the moving parts will cause a violent impact. For this reason, a small relief valve is installed at the end of the cylinder to eliminate the impact. Take A and Y/safe that the piston stops during the stroke as shown in Figure 1-40. Set sensitive small direct-acting safety valves on the two oil paths of the cylinder to eliminate the impact that occurs when the piston stops or changes direction during the stroke. The one-way valve in the valve is used as a supplementary valve. This circuit is suitable for occasions with large moving parts and high positioning accuracy.

Figure 1-40 Use a small relief valve to eliminate shocks

Figure 1-41 Buffer circuit with a stroke throttle valve

Figure 1-42 Buffer circuit with the electro-hydraulic directional valve
- The buffer circuit adopts the stroke throttle valve. As shown in Figure 1-41, a stroke throttle valve is connected to one side of the hydraulic cylinder. When the piston reaches a predetermined position, the stopper presses down the stroke throttle valve to gradually decelerate the moving parts until they stop, thereby avoiding Shock. The buffer effect of this circuit is better, but the buffer stroke is fixed, which is suitable for occasions with fixed working conditions. This method is also applicable to the treatment of hydraulic motors.
- Adopt the buffer circuit of the electro-hydraulic directional valve, as shown in Figure 1-42. It controls the movement speed of the spool of the hydraulic directional valve by adjusting the opening of the throttles 1 and 2, to make the hydraulic cylinder stable and free. Reversing shockingly. This kind of buffer circuit is suitable for small impact occasions.
- Using a combined buffer circuit of an overflow valve and an electro-hydraulic directional valve, as shown in Figure 1-43, the control pressure oil of the electro-hydraulic directional valve is drawn from the remote control port of the overflow valve. When reversing, the electro-hydraulic reversing valve and the two-position valve are energized at the same time because only after the action of the hydraulic valve spool is completely stopped, the oil pressure entering the hydraulic cylinder can rise and push the piston to move. When the hydraulic cylinder is not working, the pump Uninstall. The backpressure valve can maintain a certain pressure when the system is unloaded for operating the electro-hydraulic valve. This loop is suitable for high-power systems.
- The hydraulic pump unloading buffer circuit, as shown in Figure 1-44, in the remote control oil circuit of the overflow valve 1, a damper 2 is connected in series to control the movement speed of the overflow valve spool and extend the opening or closing of the overflow valve Time, thereby reducing the hydraulic shock in the process from holding pressure to unloading or from unloading to boosting.

Figure 1-43 A combined buffer circuit using a relief valve and an electro-hydraulic directional valve

Figure 1-44 Hydraulic pump unloading buffer circuit
- To reduce the impact of the circuit, the pipelines between the valves, pumps, and cylinders should be shortened as much as possible to reduce unnecessary pipeline bending. Experience believes that when noise is generated due to the complexity of the pipeline, it is a very simple and effective method to connect the hose at the place of vibration.
- It is very good to use a suitable accumulator to alleviate the impact. The accumulator should be placed near the place where the impact is generated. A bladder-type accumulator can be used. It has small inertia and is suitable for eliminating the impact.
Question 4: Buffer calculation of hydraulic cylinder
The buffer calculation of the hydraulic cylinder is mainly to estimate the maximum impact pressure that appears in the cylinder during buffering, to check whether the strength of the cylinder barrel and the braking distance meet the requirements. In the buffer calculation, if it is found that the hydraulic energy in the working chamber and the kinetic energy of the working parts cannot be absorbed by the buffer chamber, the piston and the cylinder head may collide during braking.
Hydraulic cylinder working medium requirements
Question 1: Ambient temperature requirements
- Hydraulic cylinders working at room temperature (-20~60°C) generally use petroleum-based hydraulic oil.
- Hydraulic cylinders working at high temperatures (>60°C) need to use flame-retardant fluids and hydraulic cylinders with special structures.
Question 2: Viscosity and filtration accuracy requirements
- Viscosity requirements of the working medium. Most manufacturers require that the viscosity of the working medium used in their hydraulic cylinders is 12~28cSt, and individual manufacturers allow it to reach 2.8~380cSt.
- Requirements of the working medium filtration accuracy.
Hydraulic cylinders with general elastic seals: 20~25μm;
Servo hydraulic cylinder: 10μm;
Hydraulic cylinder with piston ring: 200μm.
Difference between single acting and double acting cylinder
Double action cylinder: the piston can move back and forth
Single saction cylinder: the piston can only move out.
This paper is really good, I will keep it, thanks.
Do you have a hydraulic press machine?