Таблиця зусилля гідроциліндра за діаметром поршня та тиском

Однією з головних характеристик гідравлічного циліндра є зусилля, яке він здатний розвивати. Воно залежить насамперед від двох параметрів: діаметра поршня та тиску робочої рідини. Що більша площа поршня або вищий тиск у системі, то більша сила на штоку.

На практиці такий розрахунок потрібен під час підбору гідроциліндра для преса, підіймального механізму, будівельної та сільськогосподарської техніки, промислового обладнання, домкрата або спеціальної установки. Знаючи необхідне зусилля та робочий тиск системи, можна визначити потрібний діаметр поршня. І навпаки — за діаметром циліндра та тиском можна швидко визначити його теоретичне зусилля.

Нижче наведена велика таблиця зусилля гідроциліндра за діаметром поршня та тиском. Для зручності значення вказані в тоннах-сили (тс).

Таблиця зусилля гідроциліндра, тс

Діаметр поршня, мм	50 бар	100 бар	160 бар	200 бар	250 бар	300 бар	350 бар	500 бар	700 бар
20	0,16	0,32	0,51	0,64	0,80	0,96	1,12	1,60	2,24
25	0,25	0,50	0,80	1,00	1,25	1,50	1,75	2,50	3,50
32	0,41	0,82	1,31	1,64	2,05	2,46	2,87	4,10	5,74
40	0,64	1,28	2,05	2,56	3,20	3,84	4,48	6,41	8,97
50	1,00	2,00	3,20	4,00	5,01	6,01	7,01	10,0	14,0
63	1,59	3,18	5,09	6,36	7,95	9,54	11,1	15,9	22,3
80	2,56	5,13	8,20	10,3	12,8	15,4	17,9	25,6	35,9
100	4,00	8,01	12,8	16,0	20,0	24,0	28,0	40,0	56,1
125	6,26	12,5	20,0	25,0	31,3	37,5	43,8	62,6	87,6
160	10,3	20,5	32,8	41,0	51,3	61,5	71,8	103	144
200	16,0	32,0	51,3	64,1	80,1	96,1	112	160	224
250	25,0	50,1	80,1	100	125	150	175	250	350
320	41,0	82,0	131	164	205	246	287	410	574
400	64,1	128	205	256	320	384	448	641	897
500	100	200	320	400	501	601	701	1001	1402

Важливо: таблиця показує теоретичне зусилля під час висування штока. Наявність значення в таблиці не означає, що будь-який циліндр відповідного діаметра допускається експлуатувати при зазначеному тиску. Максимальний робочий тиск визначається конструкцією конкретного гідроциліндра.

Як користуватися таблицею

Наприклад, гідроциліндр має діаметр поршня 100 мм, а робочий тиск становить 200 бар.

Теоретичне зусилля дорівнює приблизно:

16 тс.

При 250 бар той самий поршень створює близько 20 тс, а при 160 бар — близько 12,8 тс.

Формула розрахунку зусилля гідроциліндра

Основна формула:

F = p × A

Площа поршня:

A = π × D² / 4

Якщо тиск заданий у барах, а діаметр — у міліметрах:

F, кН = p × π × D² / 40000

У тоннах-сили:

F, тс = p × π × D² / 392266

Приклад: поршень 80 мм при 200 бар

Площа поршня:

3,1416 × 80² / 4 ≈ 5026,5 мм²

Зусилля:

≈ 100,5 кН

або:

≈ 10,25 тс

Отже, гідроциліндр із поршнем 80 мм при 200 бар теоретично розвиває близько 10,3 тонни сили.

Який діаметр поршня потрібен для заданого зусилля

Необхідне зусилля	100 бар	160 бар	200 бар	250 бар	300 бар
1 тс	35,3 мм	27,9 мм	25,0 мм	22,3 мм	20,4 мм
3 тс	61,2 мм	48,4 мм	43,3 мм	38,7 мм	35,3 мм
5 тс	79,0 мм	62,5 мм	55,9 мм	50,0 мм	45,6 мм
10 тс	111,7 мм	88,3 мм	79,0 мм	70,7 мм	64,5 мм
20 тс	158,0 мм	124,9 мм	111,7 мм	99,9 мм	91,2 мм
30 тс	193,5 мм	153,0 мм	136,9 мм	122,4 мм	111,7 мм
50 тс	249,9 мм	197,5 мм	176,7 мм	158,0 мм	144,3 мм
100 тс	353,4 мм	279,4 мм	249,9 мм	223,5 мм	204,0 мм

Наприклад, для отримання 10 тс при 200 бар розрахунковий діаметр становить приблизно 79 мм. Для подальшого інженерного підбору логічно розглядати поршень 80 мм.

Чому зусилля втягування менше за зусилля висування

У гідроциліндрі двосторонньої дії при висуванні тиск діє на всю площу поршня:

A = πD² / 4

При втягуванні частину площі займає шток:

A = π(D² − d²) / 4

Тому зусилля втягування буде меншим.

Наприклад, при діаметрі поршня 100 мм, діаметрі штока 50 мм та тиску 200 бар:

висування ≈ 16,0 тс;

втягування ≈ 12,0 тс.

Теоретичне та фактичне зусилля

Табличні значення є теоретичними. Фактична сила може бути меншою через тертя ущільнень, втрати тиску в РВТ, фітингах, клапанах і розподільниках, протитиск у зворотній магістралі та інші втрати.

Тому при підборі гідроциліндра необхідно передбачати достатній запас і враховувати реальні умови роботи механізму.

Чому збільшення діаметра сильно підвищує зусилля

Площа поршня залежить від квадрата його діаметра. Тому збільшення діаметра удвічі збільшує теоретичне зусилля приблизно в чотири рази.

Наприклад, при 200 бар:

50 мм — близько 4 тс;
100 мм — близько 16 тс;
200 мм — близько 64 тс.

Чи можна збільшувати тиск для отримання більшого зусилля

Теоретично зусилля прямо пропорційне тиску. Але перевищувати допустимий робочий тиск конкретного циліндра не можна.

Необхідно враховувати міцність гільзи, штока, кришок, ущільнень, кріплень, РВТ, фітингів та інших компонентів системи.

Зусилля гідроциліндра в кН і тоннах

1 тс = 9,80665 кН

Тому:

100 кН ≈ 10,2 тс

250 кН ≈ 25,5 тс

500 кН ≈ 51,0 тс

Що ще потрібно врахувати при підборі гідроциліндра

Окрім діаметра поршня та необхідного зусилля, враховують хід і діаметр штока, робочий тиск, тип дії, швидкість переміщення, витрату оливи, спосіб кріплення, характер навантаження та частоту робочих циклів.

Для довгоходових циліндрів особливо важливо перевіряти стійкість штока до поздовжнього згинання. Циліндр може мати достатню площу поршня для створення потрібного зусилля, але занадто тонкий або довгий шток не буде придатним для роботи з відповідним стискальним навантаженням.

Покроковий підбір гідроциліндра

Визначити максимальне необхідне зусилля.
Врахувати кінематику механізму та кут встановлення циліндра.
Визначити фактичний робочий тиск.
Розрахувати необхідну площу поршня.
Визначити мінімальний діаметр поршня.
Вибрати відповідний типорозмір із запасом.
Перевірити зусилля втягування.
Розрахувати шток на міцність і стійкість.
Визначити необхідний хід.
Перевірити швидкість та потрібну витрату оливи.

Коротка пам’ятка

Площа поршня:

A = πD² / 4

Зусилля висування:

F = p × A

Зусилля втягування:

F = p × π(D² − d²) / 4