Гидроцилиндр для пресса: принцип действия, характеристики, виды

Гидравлический цилиндр, присутствующий в оснащении многих технических устройств как промышленного, так и бытового назначения, представляет собой двигатель возвратно-поступательного действия, подвижным узлом в котором может быть его шток или корпус. Так, гидроцилиндр для пресса выступает в роли механизма, который приводит в движение основной рабочий орган такого оборудования – пресс-форму. При относительно небольших габаритах гидроцилиндры способны создавать усилия, измеряемые десятками тонн. В связи с этим сегодня сложно найти производственное предприятие, в оснащении которого не присутствуют прессы, приводимые в действие такими эффективными механизмами.

Главный гидроцилиндр пакетировочного пресса для металла способен развивать усилие до 31500 кН

Сферы применения

Если говорить о наиболее распространенной области применения гидроцилиндров, то ею является оснащение прессов различного назначения. Прессы, приводным органом которых выступает гидроцилиндр, активно используются на предприятиях, занимающихся переработкой сельскохозяйственной продукции, на металлургических и машиностроительных предприятиях, а также во многих других сферах.

Прессы, оснащенные гидроцилиндрами различной мощности, успешно применяются для решения следующих задач:

запрессовки и выпрессовки подшипников и различных валов;
гибки и резки металла;
склеивания изделий из различных материалов, выполняемого под воздействием давления;
отжима масла и сока из растительного сырья.

Рабочим органом этой ручной опрессовки наконечников является гидравлический цилиндр

Прессы, оснащенные гидроцилиндрами, активно используются не только на производственных предприятиях, но и в быту (в частности, для отжима соков из плодово-ягодного сырья, а также для решения задач по ремонту автомобильной и любой другой техники). Многие домашние мастера изготавливают такие прессы своими руками, используя в качестве основного рабочего органа автомобильный домкрат, который, по сути, является типичным гидроцилиндром, способным развивать достаточно серьезные усилия – до 50 тонн и больше.

В зависимости от назначения пресса для его оснащения подбирают гидроцилиндры с соответствующими техническими характеристиками. Основные из таких характеристик – рабочее давление и скорость, с которой перемещается плунжер.

Гидроцилиндр этого настольного пресса приводится в действие с помощью ручной насосной станции

Процес изготовления

Рама для пресса

Материал для станины, её конструкционная прочность и способ сборки должны определяться давлением, которое домкрат способен выдать. Для точного расчёта важно понимать, в каком направлении действуют нагрузки в процессе работы.

Основа пресса — прямоугольная П-образная рамка из швеллера или спаренного стального уголка. Основной действующей силой является противодействие сжатию, выраженное в сосредоточенной нагрузке. Основное усилие концентрируется в центрах горизонтальных перекладин. Силами, растягивающими вертикальные стойки пресса, и явлениями деформации в сжимаемых деталях вполне можно пренебречь.

1 — верхняя упорная балка; 2 — болты; 3 — домкрат 20 т; 4 — возвратные пружины; 5 — подвижная балка; 6 — стопорный палец; 7 — регулируемая опорная балка; 8 — поперечная балка; 9 — ножки из уголков

Для установки со сдавливающим усилием до 5 тонн для изготовления рамы можно смело использовать:

Швеллер по ГОСТ 8240–89 типоразмера 8П.
Пару горячекатанных уголков по ГОСТ 8509–93 размера 50х5 мм, связанных 10 мм прутьями через 20–25 см, либо цельным сварным швом.

Размеры швеллера 8П

Сразу оговоримся, что примерные данные по металлопрокату мы приводим для рамы, у которой внутреннее окно не шире 100 см. По аналогии при использовании домкрата с усилием до 10 тонн раму следует изготовить из:

Швеллер типоразмера 10П.
Спаренная угловая сталь 63х7 мм, соединение цельным швом с внутренними вставками номинального сечения.

Размеры швеллера 10П

Если же необходимое усилие сжатия достигает 15 т или выше, то раму следует изготовить из:

Швеллер типоразмера 14П.
Спаренный уголок 75х8 мм, соединение аналогично предыдущему.

Размеры швеллера 14П

Указанное выше предложение по металлопрокату подразумевает десятикратный запас прочности, что полностью исключает превышение предела упругих деформаций и является нормальным для установок такого рода. Все соединения рамы должны быть сварными с цельными двухсторонними швами и подрезкой встык. Если сваркой соединение не выполнить, допускается сборка на болтах или шплинтованных пальцах. При этом обязательно нужно брать в расчёт максимальную допустимую нагрузку на срез.

При болтовом соединении основная нагрузка становится рассредоточенной и усилие сжатия пресса нужно разделить на количество болтов или пальцев. Разрушающее усилие среза болтов из наиболее распространённой стали СТ-3 составляет:

М10 — около 2500–3000 кг.
М12 — 4000–4500 кг.
М14 — 5500–6000 кг.

Для обеспечения необходимого запаса прочности каждый элемент крепления должен испытывать нагрузку в пять раз меньше разрушительной. Для стальных пальцев усилие можно принимать на 10–15% выше указанных значений. Если нужное количество креплений не получается разместить в угловом узле, следует увеличить прочность косынками, для которых предпочтительно использовать угловую сталь вместо листовой. Это же применимо и к сварной конструкции рамы, что также помогает избежать использования излишне массивного сталепроката.

Помимо нагруженной верхней части станина включает в себя две стойки с ножками, обеспечивающими прессу достаточную устойчивость, и поперечную балку, которая может быть переставной при обработке деталей разного размера.

Сечение верхней и нижней балок должно быть эквивалентным, также как и сечение элементов их крепления. Ножки и опору каждый волен реализовать по своим соображениям, они не испытывают рабочих нагрузок помимо собственной массы пресса. Единственное требование — наличие нижней перекладины, придающей конструкции дополнительную жёсткость.

Переставная опорная балка

Как вы уже знаете, нижняя балка должна иметь сечение не меньше, чем у верхней, но она отличается по конструкции. Опорный стол изготавливается из двух швеллеров, обращённых рёбрами наружу, которые прикладываются по разные стороны стоек и свариваются в центральной части вставками из уголка или толстой арматуры.

Вдоль центра балки имеется свободное пространство, чем объясняется необходимость изготовления нижней опорной колодки. Последняя должна опираться как минимум на половину ширины каждой полки, упоры от сдвига навариваются по центру нижней части.

Лучший вариант фиксации балки на стойках — с помощью массивных стальных пальцев. Для этого в вертикальных швеллерах рамы следует изготовить ряд круглых просечек на разной высоте с параллельным расположением. Как вы понимаете, диаметр пальцев не может быть меньше совокупного сечения всех болтов, используемых в скреплении верхней части рамы.

Возвратный механизм

Последняя часть конструкции самодельного пресса — пружинный механизм, который будет складывать домкрат при открытом перепускном клапане. Для этой цели подойдут обычные пружины для доводки дверей, которые можно в неограниченном количестве приобрести в любом хозяйственном магазине.

Задача осложняется при использовании верхней прижимной бабки, значительный собственный вес которой не позволит пружинам сжаться. Как вариант можно увеличить число пружин до четырёх или шести, или использовать более мощные пружины растяжения для ворот.

При отсутствии верхней колодки необходимо закрепить пружины к штоку домкрата. Для этого понадобится шайба, внутреннее отверстие которой больше регулировочного винта штока, но меньше диаметра поршня. Пружина крепится к ней через два небольших отверстия по краям и фиксируется к верхней балке аналогичным образом или на приваренных крючках. Располагать пружину строго вертикально не обязательно, вы можете компенсировать излишек длины наклонным положением.

Достоинства съёмного упора

Съёмный упор позволяет передавать направление на составляющую при его перемещении по направляющей.

Чтобы его изготовить, приобретите отрезки профилей толщиной 10 мм, а длиной чуть меньше расстояния между стойками. Вам останется лишь приварить упор к двум стойкам.

Самодельный пресс из домкрата – это реальность. Для его создания вам потребуются навыки работы со сварочным аппаратом и желание.

Дополнительные настройки

При использовании самодельного гидравлического пресса у пользователей часто возникает вопрос о том, как сделать так, чтобы шток домкрата перемещался на более короткое расстояние. Это позволит тратить меньше времени на обработку деталей при помощи самодельного пресса. Решить эту задачу можно несколькими способами.

На нижний неподвижный упор пресса монтируется прямоугольная или квадратная профильная труба (возможен как съемный вариант, так и фиксация при помощи сварного соединения).
На пресс устанавливается регулируемый по высоте нижний упор, который фиксируется на боковых стойках устройства болтами. Для установки такого упора на разных уровнях в боковых стойках пресса на необходимой высоте проделывают отверстия.
Уменьшить расстояние между упорами пресса можно и посредством сменных подкладок или наковален, устанавливаемых на поверхность нижнего упора оборудования.

Принцип действия

В основу принципа действия гидравлического цилиндра положены два закона физики. Один из них гласит, что жидкость, на которую оказывается давление, практически не изменяется в своем объеме. Согласно второму (закону Паскаля), жидкость, на которую оказано давление, передает его без изменений в любую точку и во всех направлениях.

Таким образом, если создать замкнутую гидросистему, элементами которой будут два цилиндра разного диаметра, оснащенные поршнями и соединенные между собой трубопроводом, жидкость, нагнетаемая по трубопроводу поршнем цилиндра меньшего диаметра в цилиндр с поршнем большего диаметра, будет оказывать на последний большее давление. По данной схеме работают все гидроцилиндры, являющиеся, по сути, гидроредукторами.

Устройство поршневого гидроцилиндра

Гидроцилиндры для оснащения прессов отличаются не только простотой конструкции, но и другими достоинствами:

высокой эффективностью, демонстрируемой при работе с большими нагрузками;
возможностью выполнения точных настроек параметров функционирования;
высокой надежностью и защищенностью от перегрузок, которая обеспечивается использованием в конструкции предохранительных клапанов;
компактными габаритами и небольшим весом;
высокой энергоэффективностью, что обеспечивает экономичность использования таких устройств.

Механический тип агрегата

Наиболее распространенными прессами, изготавливаемыми в домашних условиях, являются:

Механические прессы
Гидравлические прессы

Данные виды инструментов больше всего подходят для использования дома или в гараже, так как занимают немного места.

Этот вид установки достаточно популяризирован ввиду малых габаритов. Своими руками можно сделать механический пресс любого режима (автоматического или ручного). Простота конструкции обеспечивает ее надежность и предоставляет хорошие ресурсы.

Примерную модель механического пресса, сделанного своими руками, можно увидеть на фото в интернете.

Механический пресс способен обработать:

Картон
Резину
Пластмассу (и другие полимеры)
Кожу
Металлы

Конструктивные особенности систем на основе гидроцилиндров

Технические системы, функционирование которых обеспечивает гидроцилиндр, состоят из следующих элементов:

гидроцилиндра;
гидромотора;
насоса;
аварийного клапана;
емкости, в которой содержится рабочая жидкость.

Гидравлическая схема пресса (упрощенная)

Непосредственно сам гидроцилиндр состоит из следующих конструктивных элементов:

корпуса;
поршня, жестко соединенного со штоком;
крышки блока, которая оснащена гидроаппаратурой, позволяющей управлять параметрами работы устройства.

Производительность системы на основе гидроцилиндра зависит от ряда параметров:

уровня давления рабочей жидкости, нагнетаемой насосом;
диаметра рабочей поверхности поршня;
объема рабочей камеры устройства.

Гидроцилиндры с фланцевым креплением со стороны головки

Большое значение для эффективности работы гидравлического цилиндра имеют характеристики используемой рабочей жидкости:

химический состав и плотность;
пределы температур, при которых рабочая жидкость сохраняет свои изначальные качества;
склонность к развитию окислительных процессов.

Важным качеством рабочей жидкости для гидроцилиндра, на которое следует обращать внимание при ее выборе, является способность сохранять свои изначальные характеристики при контакте с водой (вода может попасть в гидросистему извне).

Как показывает практика, в 70 % случаев выхода из строя или некорректной работы гидроцилиндра для устройства используется рабочая жидкость низкого качества. Итогом становится повышенный износ отдельных элементов гидросистемы, развитие коррозии на поверхностях металлических элементов, повышение вязкости масла, его засорение пылью или грязью, появление в его составе воды и воздуха. Естественно, что все подобные ситуации, возникновения и развития которых следует избегать, негативно отражаются на работоспособности самой гидросистемы и ее элементов.

Конструкционное исполнение и особенности сборки вакуумной модели

Конструкционное исполнение модели вакуумного типа отличается определённой спецификой, которую желательно изучить загодя. Предварительное ознакомление с данной информацией позволит лучше понять, как возводить подобное оборудование.

Глядя на картинки гидравлического пресса вакуумного типа, можно выделить три базовых узла:

Станина или рама.
Рабочая поверхность.
Система пневматики.

Рассматриваемая модель имеет следующие нюансы строения:

Инструмент предназначен для работы в ручном режиме.
Сборка пресса не требует применения каких-либо недоступных материалов и сложных приспособлений.
По эффективности прессы гидравлические ручные своими руками не отличаются от оборудования промышленной сборки.

Виды гидравлических цилиндров

Гидравлические цилиндры для прессов по целому ряду параметров делятся на различные типы. Так, в зависимости от направления воздействия, которое оказывают гидроцилиндры, они могут относиться к устройствам одностороннего и двухстороннего действия. По конструктивному исполнению выделяют:

устройства поршневого типа;
плунжерные гидроцилиндры;
гидравлические цилиндры телескопического типа.

Схемы гидроцилиндров различного типа

Различаться может не только конструктивное исполнение гидроцилиндра, но и способ его установки на обслуживаемом им прессе. Так, в зависимости от данного параметра гидроцилиндр может быть жестко закрепленным или шарнирным.

В гидроцилиндрах одностороннего действия в полном соответствии с их названием создаваемое усилие прикладывается к их рабочему органу, в качестве которого может выступать поршень или плунжер, только в одном направлении. Перемещение данного элемента гидроцилиндра в обратном направлении обеспечивается за счет действия силы тяжести, применения пружины или использования дополнительного гидроцилиндра.

Гидроцилиндр с гидрозамком

При использовании для прессов гидроцилиндров одностороннего действия в комплекте с возвратной пружиной следует иметь в виду, что усилие, создаваемое при прямом ходе плунжера или поршня, будет меньше, чем формируемое аналогичным по размерам устройством двухстороннего действия. Объясняется это тем, что часть усилия расходуется на то, чтобы преодолеть силу упругости пружинного элемента.

Конструкция двухсторонних гидроцилиндров для прессов предусматривает применение рабочего органа с двумя рабочими плоскостями, что и позволяет использовать такое устройство для приложения усилия в двух направлениях. При подключении к гидросистеме следует иметь в виду, что одна часть цилиндра подключается к нагнетательному клапану, а вторая – к сточному.

Конструкция гидроцилиндра с двумя поршневыми группами, расположенными оппозитно

При использовании для прессов двухсторонних гидроцилиндров также следует учитывать тот факт, что усилие, которое они создают при прямом движении поршня, больше, при этом скорость его движения меньше, чем при обратном перемещении. Объясняется это разницей рабочих площадей поршня со стороны штока и со стороны его верхней части, на которые, соответственно, оказывается давление разной величины.

Гидравлические цилиндры телескопического типа достаточно редко используются для оснащения пресса. Применяются устройства данного типа в тех случаях, когда необходимо, чтобы величина вылета штока гидроцилиндра превышала длину его корпуса. Такие гидроцилиндры представляют собой устройства, состоящие из нескольких цилиндров, вложенных один в другой, при этом корпус каждого следующего цилиндра выступает в роли штока предыдущего. По направлению воздействия такие гидравлические цилиндры также могут относиться к одно- или двухсторонним. Чаще всего гидроцилиндры телескопического типа применяются для оснащения грузовых транспортных средств и грузоподъемной техники.

Гидравлический цилиндр для пресса с возможностью установки манометра

Инструмент и метал для создания пресса своими руками

Сварочный инструмент
Болгарка или пила по металлу
Домкрат бутылочного типа
Две пружины
Лист из стали толщиной больше 8 мм пойдет для основания конструкции
Обрезок стального патрубка для конструирования втулок под головку штока
Швеллеры, трубки квадратного и круглого сечения, уголки

Как только чертеж готов и список материалов заготовлен, начинаем сборку домкрата. На первой стадии режем метал в соответствии с величинами, указанными в чертеже.

Собираем основную часть пресса. Свариваем квадратные трубы, получаем прямоугольный каркас на него навариваем стальной лист. Должен получится прямоугольник с листом стали в основании. Не забываем следить чтобы углы конструкции были строго 90 градусов. Дальше нам нужна подвижная платформа, которая будет висеть на пружинах в ней будет домкрат. В верхней части нам нужно создать упорную площадку чтобы шток домкрата не выскочил при нагрузке. На самой подвижной площадке тоже следует наварить стенки для чтобы он находился строго по середине конструкции. Для укрепления жёсткости рекомендуется наваривать уголки на углы конструкции. Также нам нужно наварить нижнюю платформу.