วิธีการคำนวณแรงของกระบอกสูบ: สูตร ตัวอย่าง และเคล็ดลับการปฏิบัติ

กระบอกไฮดรอลิกเป็นตัวคูณแรงในความหมายที่ง่ายที่สุดที่เป็นไปได้: ปั๊มขนาดเล็กและรูเจาะขนาดเล็กสามารถเคลื่อนย้ายภาระที่ไม่มีคนทำงานคนใดสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยมือ เลขคณิตที่อยู่เบื้องหลังการคูณนั้นสั้น — มีสูตรเดียว การคำนวณพื้นที่หนึ่งรายการ และการแปลงหน่วยสองสามหน่วย — แต่ก็เป็นที่ที่ข้อผิดพลาดในการวัดขนาดส่วนใหญ่ซ่อนอยู่เช่นกัน ไม่ว่าคุณกำลังตรวจสอบกระบอกบูมของเครน ลิฟต์แบบขากรรไกร หรือกระบอกแม่แรงสำหรับการติดตั้งท่อ ขั้นตอนเดียวกันนี้จะทำให้คุณได้รับคำตอบที่น่าเชื่อถือ

ความสัมพันธ์หลักในหนึ่งบรรทัด

แรงเท่ากับแรงดันคูณด้วยพื้นที่ที่แรงดันกระทำ: F = P × A แรงดันคือแรงผลักของของไหลไฮดรอลิกต่อหน่วยของพื้นผิว และพื้นที่ลูกสูบคือปริมาณพื้นผิวที่ของเหลวต้องดันต้าน เพิ่มเป็นสองเท่าและคุณเพิ่มพลังเป็นสองเท่า เพิ่มเป็นสองเท่าและคุณจะได้รับมากขึ้นสี่เท่า

ในทางปฏิบัติหน่วยเมตริก การจับคู่ที่สะอาดที่สุดคือเมกะปาสคาลและตารางมิลลิเมตร เนื่องจากหนึ่งเมกะปาสกาลคือหนึ่งนิวตันต่อตารางมิลลิเมตร ผลลัพธ์จึงตกลงเป็นนิวตันโดยตรง — หารด้วย 1,000 แล้วคุณจะได้กิโลนิวตัน ในทางปฏิบัติของจักรวรรดิ ปอนด์ต่อตารางนิ้วคูณด้วยตารางนิ้วจะได้แรงเป็นปอนด์โดยไม่มีการแปลงเลย

ค่าที่คุณจะพบบ่อยที่สุดเมื่อแปลงระหว่างระบบ:

• 1 บาร์ = 0.1 MPa = 100 kPa หรือประมาณ 14.5 psi
• 1 MPa = 10 บาร์ หรือประมาณ 145 psi
• 1 ตารางนิ้ว = 645.16 ตารางมิลลิเมตร
• 1 กิโลนิวตันมีแรงประมาณ 224.8 ปอนด์
• แรง 1 ตัน มีค่าประมาณ 9.81 กิโลนิวตัน

จดหน่วยไว้ก่อนที่จะเริ่ม คำตอบที่ผิดส่วนใหญ่ที่เราเห็นไม่ใช่สูตรที่ผิด พวกมันคือแท่งที่ป้อนเข้าไปในสมการโดยคาดหวังเมกะปาสคาล หรือมิลลิเมตรที่ป้อนเข้าไปในหนึ่งเซนติเมตรที่คาดหวัง

ผลักและดึงไม่ค่อยตรงกัน

ในจังหวะยืดออก แรงดันปั๊มเต็มจะกระทำกับพื้นที่ของรูทั้งหมด ดังนั้นพื้นที่จึงเท่ากับ π/4 × D² โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของรู ในจังหวะถอยกลับ ของไหลจะเห็นเพียงพื้นที่รูปวงแหวนรอบแกน ดังนั้นพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพคือ π/4 × (D² − d²) โดยที่ d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของแกน ก้านยึดโลหะซึ่งแรงดันไม่สามารถเข้าถึงได้

ใช้กระบอกสูบขนาด 100 มม. โดยมีแกนขนาด 70 มม. ทำงานที่ 20 MPa พื้นที่เจาะเต็มอยู่ที่ประมาณ 7,854 มม.² ให้แรงขับประมาณ 157 กิโลนิวตัน พื้นที่วงแหวนมีขนาดประมาณ 4,006 ตารางมิลลิเมตร ซึ่งให้แรงดึงประมาณ 80 กิโลนิวตัน — เกือบครึ่งหนึ่ง กระบอกสูบที่ยกโหลดอย่างมีอำนาจอาจจะค่อนข้างเชื่องเมื่อต้องดึงโหลดเดิมกลับ

สิ่งนี้สำคัญเมื่อใดก็ตามที่ภาระงานเปลี่ยนทิศทางระหว่างรอบ: แขนพับที่ดึงและดัน กระบอกปรับระดับที่ต้องยึดแท่นทั้งลงและขึ้น หรือขาค้ำยันที่ต้องถอยกลับต้านแรงต้าน ขนาดอยู่ด้านที่อ่อนแอกว่า ไม่ใช่ด้านที่แข็งแกร่งกว่า

ตัวอย่างผลงานที่คุณสามารถติดตามได้

สมมติว่าเครื่องจักรจำเป็นต้องยกน้ำหนักได้ 8 ตันอย่างต่อเนื่อง และตั้งระยะผ่อนปรนของปั๊มไว้ที่ 20 MPa นี่คือลำดับที่เราจะอธิบายกับลูกค้า

1. แปลงโหลด: 8 ตัน × 9.81 = ประมาณ 78.5 กิโลนิวตัน
2. เพิ่มระยะขอบการทำงาน ปัจจัย 1.5 ครอบคลุมถึงแรงเสียดทานของซีล แรงดันต้าน และการสูญเสียแรงดันเล็กน้อยในท่อและข้อต่อ โดยให้ประมาณ 118 kN
3. หารด้วยแรงกดเพื่อหาพื้นที่ที่ต้องการ: 118,000 N ÷ 20 N/mm² = 5,900 mm²
4. กลับออกจากรู: รากที่สองของ (4 × 5,900 ÷ π) มีค่าประมาณ 86.7 มม. ดังนั้นขนาดมาตรฐานถัดไปที่เพิ่มขึ้นคือ 90 มม. ซึ่งให้ 6,362 มม.² และประมาณ 127 kN ที่แรงดันเต็มที่
5. ตรวจสอบปลายก้านและระยะชัก หากโหลดดึงระหว่างการดึงกลับ ให้ตรวจสอบพื้นที่วงแหวน หากระยะชักยาวและโหลดมีแรงอัด ให้ตรวจสอบการโก่งของก้านสูบก่อนที่จะยอมรับการเจาะ เนื่องจากก้านเรียวบางอาจเสียหายได้ต่ำกว่าแรงขับตามทฤษฎีของกระบอกสูบ

ขั้นตอนสุดท้ายคือจุดที่ทฤษฎีพบกับการปฏิบัติ กระบอกสูบสามารถมีความแข็งแรงเพียงพอและยังคงเป็นกระบอกสูบที่ไม่ถูกต้อง เนื่องจากแกนมีพฤติกรรมเหมือนเสาภายใต้แรงอัด และน้ำหนักที่ปลอดภัยจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความยาวของระยะชักเพิ่มขึ้น

จากทฤษฎีสู่พลังที่คุณได้รับจริงๆ

ตัวเลขจาก F = P × A เป็นไปตามทฤษฎี ผลลัพธ์ที่แท้จริงนั้นต่ำกว่าเล็กน้อย และคุ้มค่าที่จะรู้ว่าเพราะเหตุใด แรงเสียดทานของซีล แรงเสียดทานของตัวนำ และแรงดันที่จำเป็นในการดันน้ำมันกลับเข้าถัง ล้วนแต่กัดกินกัน สำหรับเครื่องจักรเคลื่อนที่ส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพ 0.85 ถึง 0.95 ที่ใช้กับตัวเลขทางทฤษฎีจะทำให้คุณเข้าใกล้ความเป็นจริง โดยมีกระบอกสูบที่ใหญ่กว่าและแรงกดดันที่สูงกว่าจะอยู่ที่ส่วนล่างสุดของช่วงนั้น

รูปแบบที่เป็นประโยชน์ของสมการคือ: แรงลัพธ์ = (ขยายความดัน × พื้นที่เจาะ) − (ความดันเส้นกลับ × พื้นที่วงแหวน) − แรงเสียดทาน คำกลางนั้นง่ายต่อการลืม และอาจมีนัยสำคัญในวงจรที่มีการจำกัดการไหลย้อนกลับหรือวาล์วถ่วงดุล

ความกดดันยังต้องการการดูแล การตั้งค่ารีลีฟวาล์วเป็นเพียงเพดาน ไม่ใช่สัญญา ในระหว่างการยืดออกอย่างรวดเร็ว ความต้องการการไหลสามารถวิ่งเร็วกว่าแรงดันที่ลดลงของปั๊มและระบบ ดังนั้นแรงที่มีอยู่ในช่วงเวลาที่คุณต้องการอาจต่ำกว่าที่การคำนวณในแค็ตตาล็อกแนะนำ ระบบที่รับน้ำหนักบรรทุกเป็นเวลานาน เช่น กระบอกสูบแขนค้ำ ควรได้รับการตรวจสอบความสามารถในการจับยึดและความสามารถในการเคลื่อนย้าย

ขนาดเจาะและแรงขับตามทฤษฎีโดยสรุป

ตารางด้านล่างนี้คือการตรวจสอบสุขภาพอย่างรวดเร็วสำหรับขนาดรูทั่วไป ค่าจะถือว่าพื้นที่เจาะเต็มบนระยะชักที่ขยายออก และไม่สนใจแรงเสียดทาน ดังนั้นให้ถือว่ามันเป็นขอบเขตบนมากกว่าความสามารถในการทำงาน

ตัวเลขเหล่านี้เล่นอย่างไรในเครื่องจริง

สูตรนี้เป็นสูตรสากล แต่อินพุตไม่ใช่ บนเครนที่ติดตั้งบนรถบรรทุก หน้าที่ของกระบอกสูบ luffing คือการยึดบูมไว้ที่รัศมีการทำงาน และแรงที่รู้สึกนั้นขึ้นอยู่กับมุมของบูมมากพอๆ กับแรงที่แขวนจากตะขอ เมื่อบูมสูงขึ้น แขนโมเมนต์ของกระบอกสูบจะเปลี่ยนไป ดังนั้นการยกแบบเดียวกันจึงต้องใช้แรงกดดันที่แตกต่างกันมาก นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมกระบอกสูบ luffing จึงถูกกำหนดด้วยรูปทรงและการติดตั้งอย่างระมัดระวังเช่นเดียวกับการเจาะ

รถบรรทุกติดเครน Luffing กระบอกไฮดรอลิก ฟังก์ชั่น: การปรับมุมบูม: ด้วยการยืดและการหดกลับของกระบอกสูบ luffing บูมสามารถเอียงขึ้นและลงเพื่อตอบสนองความต้องการในการยกที่ความสูงต่างๆ... ดูผลิตภัณฑ์ →

ลิฟท์กรรไกรอยู่อีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม กระบอกยกทำงานผ่านจุดเชื่อมต่อซึ่งความได้เปรียบทางกลจะเลื่อนอย่างต่อเนื่องเมื่อแท่นยกขึ้น ดังนั้นแรงของแท่งที่สูงที่สุดจึงมักปรากฏขึ้นใกล้กับตำแหน่งที่ยุบตัวเต็มที่ แทนที่จะปรากฏที่ความสูงเต็มที่ โดยทั่วไปแล้ว การเจาะขนาดใหญ่ แรงดันพอประมาณ และระยะชักสั้น และการคำนวณจะต้องทำซ้ำหลายๆ จุดในเส้นโค้งการยก

Scissor Lift แพลตฟอร์มทางอากาศกระบอกยกไฮดรอลิก ดูรายละเอียดกระบอกสูบการยกแบบออกฤทธิ์ทางเดียวพร้อมรูหน่วงเพื่อการขึ้นและลงที่ราบรื่น รวมถึงช่วงการเจาะ ก้าน และระยะชักที่เหมาะกับการคำนวณแท่นยกแบบกรรไกร ดูผลิตภัณฑ์ →

การดันท่อทำให้การคำนวณถึงขีดจำกัด กระบอกสูบแม่แรงหลักจะขับท่อผ่านพื้นเพื่อป้องกันความต้านทานต่อดินและการเสียดสีกับผนัง ซึ่งมักจะใช้แรงขับหลายร้อยตันในจังหวะที่ยาว ในที่นี้ งบประมาณแรงจะถูกกำหนดโดยสภาพพื้นดินก่อนและไฮดรอลิกที่สอง และกระบอกสูบจะต้องส่งแรงผลักดันนั้นซ้ำๆ โดยไม่เกิดการโก่งงอ คุณสามารถดูได้ว่าข้อกำหนดเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไรในช่วงต่างๆ กระบอกไฮดรอลิกสำหรับเครื่องจักรตอกเสาเข็ม .

เครื่องแม่แรงท่อ เครื่องแม่แรงไฮดรอลิกหลัก แหล่งพลังงานหลักสำหรับการดันท่อ ให้แรงขับที่แข็งแกร่ง แรงขับที่มั่นคง และการควบคุมส่วนต่อขยายที่แม่นยำ พร้อมความต้านทานแรงดันสูงและการซีลเพื่อการทำงานต่อเนื่องที่รุนแรง ดูผลิตภัณฑ์ →

ข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

• การใช้พื้นที่เจาะสำหรับระยะชักถอย ซึ่งจะเกินแรงดึง 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ตามอัตราส่วนก้านทั่วไป
• รักษาแรงดันวาล์วระบายตามแรงดันใช้งานอย่างต่อเนื่อง
• ลืมแรงดันกลับของวงจรที่มีวาล์วถ่วงดุลหรือวาล์ววัดแสงไปได้เลย
• การกำหนดขนาดสำหรับโหลดเพียงอย่างเดียวและไม่สนใจการโก่งของก้านในการใช้งานที่มีแรงอัดในช่วงชักยาว
• แถบผสม เมกะปาสกาล และ psi ในการคำนวณครั้งเดียว
• ไม่ทิ้งระยะขอบสำหรับการเสียดสีของซีล การเปลี่ยนแปลงความหนืดตามอุณหภูมิ หรือการสึกหรอตลอดอายุการใช้งาน

คำถามที่เราได้ยินจากนักออกแบบ

สูตรที่สั้นที่สุดคืออะไร?

แรงเป็นนิวตันเท่ากับความดันเป็นเมกะปาสคาลคูณด้วยพื้นที่เป็นตารางมิลลิเมตร ทุกสิ่งทุกอย่างคือการเปลี่ยนแปลงและการแก้ไข

เหตุใดแรงที่วัดได้ของฉันจึงแตกต่างจากแรงที่คำนวณได้

โดยทั่วไปแล้วการเสียดสี แรงดันต้าน หรือการอ่านค่าเกจจะอยู่ปลายน้ำของข้อจำกัด ตรวจสอบแรงดันที่พอร์ตกระบอกสูบภายใต้ภาระ แทนที่จะตรวจสอบที่ปั๊ม

ฉันควรเพิ่มมาร์จิ้นเท่าไร?

สำหรับภาระทางอุตสาหกรรมที่มั่นคง 1.25 ถึง 1.5 เป็นจุดเริ่มต้นที่เหมาะสม สำหรับโหลดกันกระแทก งานกลางแจ้ง หรือฟังก์ชันการยึดที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย ให้ไปสูงกว่านั้นและยืนยันด้วยการทดสอบ

เราสร้างกระบอกไฮดรอลิกในเจ้อเจียงมาตั้งแต่ปี 2004 และคำถามเกี่ยวกับแรงส่วนใหญ่ที่เราตอบนั้นมาจากวิศวกรที่อยู่ระหว่างการออกแบบมากกว่าตั้งแต่เริ่มต้น หากคุณต้องการตรวจดูตัวเลขอีกคู่ โปรดส่งน้ำหนัก ระยะชัก แรงดันที่คุณคาดหวัง และวิธีการติดตั้งกระบอกสูบมาให้เรา ซึ่งโดยปกติแล้วจะเพียงพอสำหรับเราที่จะบอกคุณว่ากระบอกสูบที่คุณเลือกนั้นสบายหรือน้อย หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจับคู่กระบอกสูบกับการใช้งาน โปรดอ่านหมายเหตุของเราที่ ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญเมื่อเลือกกระบอกไฮดรอลิก เป็นสถานที่ที่ดีในการดำเนินการต่อ