Пневмогидравлический цилиндр: принцип работы, расчёт усилия и выбор для пресса

Краткий ответ: пневмогидравлический (газогидравлический) цилиндр — усилитель, который от цеховой сети сжатого воздуха даёт усилие пресса в тоннах без гидростанции. Шток быстро подходит к детали на воздухе, а на коротком ходе усиления 5–20 мм давление масла растёт в десятки раз. Усилие считают по таблице изготовителя: F = K × p, где p — давление воздуха в кгс/см², K — усилие на 1 кгс/см². Пример: цилиндр Ø125 исполнения 20T при 6 кгс/см² (≈0,6 МПа) даёт 21 000 кгс, обычный пневмоцилиндр того же диаметра — около 750 кгс.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Как работает пневмогидравлический цилиндр?

В одном корпусе собраны три узла: рабочий цилиндр с маслом, масляный бак и узел усиления — воздушный поршень большого диаметра с тонким плунжером. Цикл идёт в три шага.

1. Подвод. Воздух подаётся на подвод, шток быстро выходит до касания детали. Усилие здесь небольшое: давление воздуха на площадь рабочего поршня. У Ø125 это 120 кгс на каждый 1 кгс/см².
2. Усиление. Воздух подают в узел усиления. Плунжер входит в масляную полость, отсекает её от бака и поднимает давление масла во столько раз, во сколько площадь воздушного поршня больше площади плунжера. Шток давит тоннами, но только на ходе усиления — 5–20 мм по каталогу.
3. Возврат. Воздух подают на возврат, шток и плунжер уходят в исходное положение.

Масло не расходуется и не требует насоса: оно лишь передаёт давление внутри корпуса. Поэтому такие цилиндры называют ещё воздухо-масляными усилителями и бустерными цилиндрами.

Как посчитать усилие?

Усилие на ходе усиления: F = K × p. K берут из таблицы изготовителя для диаметра и исполнения (оно учитывает отношение площадей), p — давление воздуха в кгс/см² (1 МПа ≈ 10,2 кгс/см²). Таблица каталога SNS 2023 для серии быстрого типа, которой соответствует наша MPTF. Ряд исполнений в прайсе WAALPC с SNS не совпадает: у наших MPT и MPTD — от 1T на Ø63 до 40T на Ø160, включая 25T на Ø150, у MPTF — до 20T на Ø125; исполнения 13T на Ø100 у наших серий нет. K по SNS:

листайте таблицу вбок →

Таблица в каталоге доведена до 7 кгс/см² (≈0,7 МПа); выше этого значения усилия не приводим, хотя рабочий диапазон наших MPT, MPTF и MPTD — 0,2–0,8 МПа (MPTC — 0,2–0,7 МПа). Номинал «20T» — это усилие при давлении около 0,6 МПа, а не предел. Для сравнения с обычным пневмоцилиндром посчитайте его усилие в калькуляторе усилия: Ø125 при 0,6 МПа даёт около 7,4 кН (≈750 кгс).

Отсюда же видно давление масла: при 7 кгс/см² у Ø125 20T усилие 24 500 кгс, площадь рабочего поршня Ø125 — 122,7 см², значит в масле около 200 кгс/см² (≈20 МПа). Это наш расчёт по таблице; пробное давление масляного цилиндра по каталогу — 300 кгс/см².

Где применяют на станках?

• Опрессовка медных гильз и кабельных наконечников на провод.
• Запрессовка втулок, подшипников, штифтов.
• Клёпка — расклёпывание заклёпок и осей.
• Пробивка отверстий в листе и профиле.
• Гибка, правка, тиснение, маркировка на коротком ходе.

Общее у этих операций: большой путь до детали и короткий рабочий участок, на котором нужны тонны. Гидростанция с насосом здесь избыточна, а обычный пневмоцилиндр на 20 т вышел бы диаметром около 650 мм.

Как выбрать цилиндр-усилитель?

1. Усилие. Возьмите нужное усилие операции из паспорта инструмента или пробной опрессовки, добавьте запас 10–20 %.
2. Диаметр и исполнение — по таблице выше при давлении, которое реально держит ваша сеть после регулятора. Исполнение (например, 15T или 20T у Ø125) в артикуле WAALPC не кодируется — назовите его при заказе.
3. Ход усиления. Рабочий участок операции (сжатие гильзы, глубина запрессовки) должен уложиться в 5–20 мм.
4. Полный ход — путь до детали плюс ход усиления, с запасом на установку детали.
5. Серия. MPT — стандарт, Ø63–160, ход до 400 мм, от 243 240 ₸. MPTF — быстрый тип с отдельным от воздуха маслом для частой работы, от 442 200 ₸. MPTD — с регулируемым полным ходом, от 357 900 ₸. MPTC — прямого прессования, от 237 120 ₸. Чем быстрый тип отличается от стандартного — в статье про отличия MPTF от MPT.

Пример: станок для опрессовки медной гильзы на провод

Исходные данные: настольный станок, усилие опрессовки 20 т, полный ход до 100 мм, сеть сжатого воздуха 10 бар.

1. Исполнение. Ø125 15T даже при 7 кгс/см² даёт 17 900 кгс — не хватает. Берём Ø125 20T, K = 3 500.
2. Давление. p = 20 000 / 3 500 = 5,71 кгс/см² ≈ 0,56 МПа. С запасом 15 %: 23 000 / 3 500 = 6,57 кгс/см² ≈ 0,64 МПа. Регулятор настраиваем на 0,6–0,65 МПа.
3. Сеть 10 бар выше рабочего предела 0,8 МПа, напрямую её не подают — только через регулятор.
4. Ходы. Сжатие гильзы матрицей укладывается в ход усиления до 20 мм, остальной путь до 100 мм шток проходит на подводе с усилием около 720 кгс.
5. Артикул. Работа партиями — MPT-125-1~100, 707 520 ₸. Непрерывная работа в линии — MPTF-125-1, 1 653 720 ₸.

Схема управления

Перед цилиндром ставят регулятор давления — наш AR, цена от 3 000 ₸. Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 — например, 4V, от 4 920 ₸. Узел усиления включает второй распределитель 3/2 серии 3V, от 3 600 ₸, — по сигналу датчика касания или реле времени после подвода. Резкий подвод смягчают дросселем с обратным клапаном AS на выхлопе, от 1 080 ₸.

Ручная подача детали под пресс опасна: зону опрессовки закрывают ограждением или запускают ход двумя кнопками одновременно, чтобы руки оператора были вне зоны.

Типичные ошибки

• Ждут тонн на всём ходе. Полное усилие есть только на ходе усиления; если деталь дальше, чем рассчитано, усиление «проваливается» в пустоту.
• Включают усиление до касания детали. Ход усиления тратится впустую — нужен датчик или выдержка времени.
• Подбирают по номиналу в тоннах без давления. «20T» достигается при ≈0,6 МПа; при 0,4 МПа тот же цилиндр даёт около 14 т.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел — 0,8 МПа.
• Не следят за маслом у стандартного исполнения при частой работе: влага, эмульсия, падение усилия.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Пневмоцилиндры WAALPC;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Чем пневмогидравлический цилиндр отличается от гидроцилиндра?

Ему не нужна гидростанция: давление масла создаёт встроенный узел усиления от сжатого воздуха. Зато полное усилие есть только на коротком ходе усиления.

Какое давление воздуха нужно?

Рабочий диапазон наших MPT, MPTF и MPTD — 0,2–0,8 МПа (MPTC — 0,2–0,7 МПа); таблица усилий в каталоге — до 0,7 МПа. Номинал в тоннах соответствует давлению около 0,6 МПа.

Какой ход усиления бывает?

У MPT и MPTD по прайсу WAALPC — 5–20 мм, у MPTF — 20 мм; другие значения уточняются при заказе.

Какое масло заливают?

Гидравлическое масло ISO VG46 и выше — по каталогу для MPT и MPTF.

Сколько ходов в минуту выдерживает?

Каталог указывает рабочую частоту более 10 циклов в минуту. Для непрерывной частой работы берут быстрый тип MPTF с маслом, отделённым от воздуха.

Можно ли сделать пресс на 20 т от цеховой сети?

Да: цилиндр Ø125 исполнения 20T при 0,6 МПа даёт около 21 т на ходе усиления.