Результаты расчетов динамики ускоренного подъема с пороховым аккумулятором давления и воздушным аккумулятором давления, страница 12

Для объяснения, почему значение рабочей площади гидроцилиндра i-й ступени, равно значению наружного диаметра i+1-й ступени рассмотрим схематический чертеж - рис. 4.2. На рисунке показан фрагмент гидроцилиндра: цилиндры первой - 6 и второй - 5 ступеней. Для того чтобы ограничить перемещение цилиндров вправо в каждом из цилиндров имеется кольцевая канавка, в которую вставляется разрезное проволочное кольцо 8. Изгибающий момент, который действует при работе гидроцилиндра (например, из-за сил веса) воспринимается направляющими втулками 2 и 7, изготавливаемые из латуни или бронзы. Втулка 7 - разрезная, перед посадкой на место она раздвигается таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был больше диаметров буртиков ограничивающих ее продольное перемещение. Через этот разрез, а также через зазор между втулкой и внутренним диаметром цилиндра жидкость проникает в пространство между цилиндрами. Это давление равное (или близкое) давлению в цилиндре действует на буртик уплотняющих колец 4, на рисунке сила давления показана стрелкой. Эта сила вычитается из силы действующей на гидроцилиндр первой ступени. После того, как цилиндр второй ступени выдвинется до соприкосновения буртов, сила действующая на аналогичный буртик второй ступени также будет вычитаться из суммарной силы. На рисунке также показаны: пыльник 1, упорная фторопластовая шайба 3.

Следует отметить, что использование схемы, в которой пространство между цилиндрами до их выдвижения заполнено жидкостью, упрощает смазку трущихся поверхностей втулки 2 и цилиндра 5.

В пространстве между последней ступенью и штоком гидроцилиндра располагается камера противодавления, не связанная с рабочей камерой, поэтому для этой ступени рабочим диаметром является внутренний диаметр последней ступени.

Наружные и внутренние диаметры ступеней гидроцилиндров должны, с одной стороны быть не менее значений, определенных по формулам (4.3-4.4) (тем самым обеспечивается создание необходимого усилия) и, с другой стороны должны удовлетворять условиям компоновки.

Как показывает опыт расчетов, при использовании в качестве материалов для ступеней гидроцилиндров высокопрочных сталей с допускаемыми напряжениями [σ]=800-1100 МПа, толщины стенок ступеней гидроцилиндра d_ГЦi должны составлять 4-5 мм. В этом случае условие прочности по действию перепада давления [p₂]–p₀, а также по одновременному действию перепада давления и растягивающих усилий, выполняется с более чем достаточным запасом, а при меньших толщинах возникает опасность потери устойчивости цилиндра как тонкостенной цилиндрической оболочки. При использовании менее прочных сталей минимальную толщину стенки можно определить по формуле:

.                                        (4.5)

Здесь k_зап=1,5 – коэффициент запаса. Если полученное значение будет меньше 5 мм толщину ступени следует принять равной 5 мм.

Величины зазоров между ступенями гидроцилиндров Δ_ГЦ определяются толщинами втулок 2 и 7, шириной опорных колец 8 и диаметром уплотнительных колец 4. Для цилиндров диаметром менее 150-180 мм зазор может составлять Δ_ГЦ=5-7 мм; для цилиндров диаметром менее 180-400 мм зазор составляет Δ_ГЦ=7-12 мм.

Начнем выбор размеров ступеней с последней (обычно – третьей) ступени. Наружный диаметр второй ступени  в первом приближении прием равным значению , определяемому по формулам (4.3) и (4.4) при i=1, округлив его до ближайшего допустимого значения по ГОСТ. Соответствующее ему значение наружного диаметра третьей ступени можно определить по формуле

.                                                           (4.6)

Данное значение сравнивается с величиной , определенной по формулам (4.3) и (4.4) при i=2. Если значение  больше, то наружный диаметр третьей ступени  можно принять равным  или ближайшему меньшему значению по ГОСТ. В противном случае величина  должна быть принята равной ближайшему значению по ГОСТ, большему, чем . Тогда необходимо пересчитать наружный диаметр второй ступени по формуле

.                                                           (4.7)

При этом нужно проверить выполнение соотношения (4.5) при i=2 и при необходимости уточнить d_ГЦ2.

После этого определяем рабочий диаметр третьей ступени соответствующий только что определенному наружному диаметру второй ступени. Для трехступенчатых цилиндров рабочим диаметром третьей ступени является ее внутренний диаметр, т.е.:

.                                                                                 (4.8)₁

Данная величина сравнивается с величиной , определенной по формулам (4.3) и (4.4) при i=3. Если значение   больше, то  внутренний диаметр третьей ступени  можно принять равным  или ближайшему меньшему значению по ГОСТ (обычно выбираются четные или кратные 5 значения диаметров). В противном случае величина  должна быть принята равной ближайшему значению по ГОСТ, большему, чем . Тогда необходимо пересчитать наружный диаметр третьей ступени по формуле

,                                                                          (4.9)

а затем наружный диаметр второй ступени по формуле (4.6). При этом нужно проверить выполнение соотношения (4.5) при i=2,3 и при необходимости уточнить d_ГЦ2 и d_ГЦ3.

Для четырехступенчатых цилиндров рабочим диаметром третьей ступени является наружный диаметр четвертой ступени и значение этой величины, соответствующее  можно воспользоваться формулой, аналогичной (4.6):

.                                                                  (4.8)₂

Данная величина сравнивается с величиной , определенной по формулам (4.3) и (4.4) при i=3 и т.д.

Таким образом, можно определить значения всех диаметров, начиная от внутреннего диаметра последней ступени до наружного диаметра второй ступени (внутренние и наружные диаметры связаны соотношением ). После этого внутренний диаметр первой ступени можно определить по формуле

.                                                                          (4.10)

Толщина стенки первой ступени определяется соотношением (4.5).