Jak vypočítat sílu válce: Vzorec, příklady a praktické tipy

Hydraulický válec je násobič síly v nejjednodušším možném smyslu: malé čerpadlo a skromný vývrt dokážou přemístit náklad, který by žádná posádka nedokázala přesunout ručně. Aritmetika tohoto násobení je krátká – jeden vzorec, jeden výpočet plochy a několik převodů jednotek – ale je to také přesně to, kde se skrývá většina chyb ve velikosti. Ať už kontrolujete válec výložníku jeřábu, nůžkový zdvih nebo válec pro zvedání pro instalaci potrubí, stejný počet kroků vám poskytne důvěryhodnou odpověď.

Základní vztah v jedné linii

Síla se rovná tlaku vynásobenému plochou, na kterou tlak působí: F = P × A. Tlak je tlak hydraulické kapaliny na jednotku povrchu a plocha pístu je to, na jakou plochu musí tlačit. Zdvojnásobte jednu a zdvojnásobíte sílu; zdvojnásobte obojí a dostanete čtyřikrát tolik.

V metrické praxi je nejčistší párování megapascalů a čtverečních milimetrů. Protože jeden megapascal je jeden newton na čtvereční milimetr, výsledek je přímo v newtonech – vydělte 1000 a máte kilonewtony. V císařské praxi, libry na čtvereční palec násobené čtverečními palci dávají libry síly bez jakékoli konverze.

Hodnoty, se kterými se nejčastěji setkáte při převodu mezi systémy:

• 1 bar = 0,1 MPa = 100 kPa, zhruba 14,5 psi
• 1 MPa = 10 bar, zhruba 145 psi
• 1 čtvereční palec = 645,16 čtverečních milimetrů
• 1 kilonewton je zhruba 224,8 liber síly
• 1 tunová síla je zhruba 9,81 kilonewtonů

Než začnete, zapište si jednotky. Většina chybných odpovědí, které vidíme, nejsou špatné vzorce; jsou to sloupce vložené do rovnice očekávané megapascaly nebo milimetry vložené do jednoho očekávaného centimetrů.

Push and Pull Rarely Match

Při prodlouženém zdvihu působí plný tlak čerpadla na celou oblast otvoru, takže plocha je π/4 × D², kde D je průměr otvoru. Při zpětném zdvihu kapalina vidí pouze prstencovou oblast kolem tyče, takže efektivní plocha je π/4 × (D² − d²), přičemž d je průměr tyče. Tyč zabírá kov, který tlak nemůže dosáhnout.

Vezměte válec o průměru 100 mm s tyčí o průměru 70 mm běžící na 20 MPa. Plocha plného vývrtu je asi 7 854 mm², což dává zhruba 157 kN tah. Plocha mezikruží je asi 4 006 mm², což dává tah zhruba 80 kN — sotva polovinu. Válec, který zvedá náklad s autoritou, může být docela krotký, když musí stejný náklad táhnout zpět.

To je důležité vždy, když pracovní zatížení během cyklu změní směr: skládací rameno, které táhne i tlačí, vyrovnávací válec, který musí držet plošinu dole i nahoře, nebo stabilizační noha, která se musí proti odporu zatáhnout. Velikost na slabší straně, ne na silnější.

Vypracovaný příklad, který můžete následovat

Předpokládejme, že stroj potřebuje stabilně zvedat 8 tun a odlehčení čerpadla je nastaveno na 20 MPa. Zde je sekvence, kterou bychom prošli se zákazníkem.

1. Převeďte zatížení: 8 tun × 9,81 = asi 78,5 kN.
2. Přidejte pracovní marži. Faktor 1,5 pokrývá tření těsnění, protitlak a malé tlakové ztráty v hadicích a fitinkách, což dává asi 118 kN.
3. Vydělením tlakem najděte požadovanou plochu: 118 000 N ÷ 20 N/mm² = 5 900 mm².
4. Zpět z vývrtu: druhá odmocnina (4 × 5 900 ÷ π) je asi 86,7 mm, takže další standardní velikost je 90 mm, což dává 6 362 mm² a zhruba 127 kN při plném tlaku.
5. Zkontrolujte konec tyče a zdvih. Pokud se břemeno během zatahování táhne, zkontrolujte oblast prstence. Pokud je zdvih dlouhý a zatížení je tlakové, zkontrolujte vybočení tyče, než přijmete vrtání – štíhlá tyč může selhat hluboko pod teoretickou tahovou silou válce.

V posledním kroku se teorie setkává s praxí. Válec může být dostatečně pevný a přesto může být špatným válcem, protože tyč se pod tlakem chová jako sloup a její bezpečné zatížení prudce klesá s rostoucí délkou zdvihu.

Od teorie k síle, kterou skutečně získáte

Číslo z F = P × A je teoretické. Skutečný výkon je o něco nižší a stojí za to vědět proč. Těsnící tření, vodicí tření a tlak potřebný k vytlačení oleje zpět do nádrže, to vše zabírá. U většiny mobilních strojů se účinnost 0,85 až 0,95 aplikovaná na teoretický údaj přiblíží realitě, přičemž větší válce a vyšší tlaky se nacházejí na spodní hranici tohoto rozsahu.

Užitečný tvar rovnice je: čistá síla = (rozšíření tlaku × plocha otvoru) − (tlak ve zpětné linii × plocha prstence) − tření. Prostřední člen lze snadno zapomenout a může být významný u okruhů s omezeným zpětným tokem nebo vyvažovacích ventilů.

Tlak také potřebuje péči. Nastavení pojistného ventilu je strop, nikoli příslib. Během rychlého rozšíření může požadavek na průtok převýšit tlak čerpadla a systému, takže síla dostupná v okamžiku, kdy ji potřebujete, může být nižší, než naznačuje katalogový výpočet. Systémy, které udržují náklad po dlouhou dobu, jako jsou válce výložníků, by měly být zkontrolovány z hlediska schopnosti držení a také schopnosti pohybu.

Velikost vrtání a teoretický tah na první pohled

Níže uvedená tabulka je rychlým přehledem běžných velikostí otvorů. Hodnoty předpokládají oblast plného vrtání při prodlouženém zdvihu a ignorují tření, takže je považujte spíše za horní mez než za pracovní kapacitu.

Jak se tato čísla hrají ve skutečných strojích

Vzorec je univerzální, ale vstupy nikoli. Na autojeřábu je úkolem vylamovacího válce držet výložník v pracovním poloměru a síla, kterou cítí, závisí na úhlu výložníku stejně jako na nákladu visícím na háku. Jak se výložník zvedne, momentové rameno válce se změní, takže stejný zdvih může vyžadovat velmi odlišné tlaky. Proto jsou vylamovací válce specifikovány geometrií a montáží stejně pečlivě jako vrtáním.

Hydraulický vyrovnávací válec nákladního jeřábu Funkce: Nastavení úhlu výložníku: Prostřednictvím vysunutí a zatažení vylamovacího válce se výložník může naklánět nahoru a dolů, aby vyhovoval potřebám zvedání v různých výškách... Zobrazit produkt →

Nůžkové zvedací plošiny jsou na druhém konci spektra. Zvedací válec pracuje prostřednictvím táhla, jehož mechanická výhoda se plynule posouvá, jak se plošina zvedá, takže nejvyšší síla tyče se často objevuje v blízkosti zcela složené polohy spíše než v plné výšce. Typické jsou velké vrtání, mírný tlak a krátký zdvih a výpočet se musí opakovat v několika bodech křivky zdvihu.

Hydraulický zdvihací válec s nůžkovým zdvihem zvedací plošiny Podrobnosti o jednočinných zvedacích válcích s tlumícími otvory pro hladký výstup a sestup, plus rozsahy vrtání, tyče a zdvihu vhodné pro výpočty nůžkové zvedací plošiny. Zobrazit produkt →

Protlačování potrubí posouvá výpočet na jeho limit. Hlavní zdvihací válce pohánějí trubku zemí proti odporu půdy a tření stěn, často při několika stovkách tun tahu během dlouhého zdvihu. Zde je rozpočet síly dán nejprve podmínkami terénu a poté hydraulikou a válec musí tento tah dodat opakovaně bez vybočení. Můžete vidět, jak se tyto požadavky liší v celém rozsahu hydraulické válce pro pilotovací stroje .

Hydraulický hlavní válec pro protlačování trubek Hlavní zdroj energie pro protlačování trubek, poskytující silný tah, stabilní pohon a přesné ovládání vysouvání, s odolností vůči vysokému tlaku a těsněním pro náročný nepřetržitý provoz. Zobrazit produkt →

Chybám, kterým stojí za to se vyhnout

• Použití oblasti vrtání pro zatahovací zdvih, který nadhodnocuje tažnou sílu o 30 až 50 procent na typické poměry tyče.
• Zpracování tlaku pojistného ventilu jako nepřetržitě dostupného pracovního tlaku.
• Zapomeňte na tlak ve zpětném potrubí u okruhů s protizávažím nebo dávkovacími ventily.
• Dimenzování pro samotné zatížení a ignorování vybočení tyče u aplikací s dlouhým zdvihem a tlakem.
• Směšovací bar, megapascal a psi uvnitř jednoho výpočtu.
• Neponechává žádný prostor pro tření těsnění, změny viskozity způsobené teplotou nebo opotřebení během životnosti.

Otázky, které slyšíme od návrhářů

Jaká je nejkratší verze vzorce?

Síla v newtonech se rovná tlaku v megapascalech násobeném plochou v milimetrech čtverečních. Vše ostatní je konverze a korekce.

Proč se moje naměřená síla liší od vypočtené?

Obvykle tření, zpětný tlak nebo odečet na měřidlu za omezením. Zkontrolujte tlak na vstupu válce pod zatížením spíše než na čerpadle.

Jakou marži mám přidat?

Pro stabilní průmyslové zatížení je rozumným výchozím bodem 1,25 až 1,5. Pro rázové zatížení, venkovní provoz nebo bezpečnostní funkce držení jděte výše a potvrďte testováním.

Hydraulické válce vyrábíme ve městě Zhejiang od roku 2004 a většina otázek týkajících se síly, na které odpovídáme, pochází od inženýrů v polovině návrhu, nikoli na začátku. Pokud byste chtěli druhý pár očí na čísla, pošlete nám zatížení, zdvih, tlak, který očekáváte, a jak je válec namontován – to obvykle stačí k tomu, abychom vám řekli, zda je vámi zvolené vrtání pohodlné nebo okrajové. Další informace o přiřazování válce k aplikaci naleznete v našich poznámkách klíčové konstrukční úvahy při výběru hydraulického válce jsou dobrým místem pro pokračování.