Cilindri idraulici: Una guida completa

L'olio idraulico, quando viene compresso in un cilindro idraulico, genera una pressione significativa. Questa pressione viene utilizzata in numerosi dispositivi meccanici e oggi discuteremo delle caratteristiche specifiche dei cilindri idraulici.

Il cilindro idraulico è un attuatore idraulico che trasforma l'energia idraulica in energia meccanica, eseguendo movimenti lineari alternati (o oscillanti). La sua struttura è semplice e il suo funzionamento è affidabile.

Quando viene utilizzato per eseguire movimenti alternativi, può eliminare la necessità di dispositivi di decelerazione e non vi è alcun divario di trasmissione, garantendo un movimento fluido. Pertanto, è ampiamente utilizzato in vari sistemi idraulici di macchinari.

La forza di uscita di un cilindro idraulico è direttamente proporzionale all'area effettiva del pistone e alla differenza di pressione su entrambi i lati dello stesso. Un cilindro idraulico è costituito essenzialmente da cilindro e testata, pistone e stelo, dispositivo di tenuta, dispositivo di tamponamento e dispositivo di scarico.

I dispositivi di tamponamento e di scarico dipendono dall'applicazione specifica, mentre gli altri dispositivi sono indispensabili.

I. Composizione del cilindro idraulico

Un cilindro idraulico è tipicamente costituito da una testata posteriore, un cilindro, uno stelo, un gruppo di pistoni, una testata anteriore e altri componenti principali.

Per evitare perdite d'olio dal cilindro idraulico o perdite dalla camera ad alta pressione alla camera a bassa pressione, sono installati dispositivi di tenuta tra il cilindro e il coperchio, il pistone e lo stelo, il pistone e il cilindro e lo stelo e il coperchio anteriore.

Sul lato esterno della testata anteriore è installato anche un dispositivo di protezione dalla polvere. Per evitare che il pistone urti la calotta del cilindro quando torna rapidamente a fine corsa, all'estremità del cilindro idraulico è presente un dispositivo di tamponamento e talvolta è necessario anche un dispositivo di scarico.

1- Canna del cilindro;
2- Manicotto di guida del cilindro esterno;
3- Tubo di derivazione;
4- Gruppo cilindro a stelo;
5- Pistone;
6- Corpo guida del cilindro interno;
7- Stelo del pistone.

Cilindro:

Il cilindro è la parte principale del cilindro idraulico. Forma una camera chiusa con la calotta del cilindro e altre parti per azionare il movimento del pistone.

Tappo del cilindro:

La calotta del cilindro viene installata su entrambe le estremità del cilindro idraulico, formando una camera d'olio stagna con il cilindro. I metodi di connessione includono solitamente saldatura, filettatura, bulloni, chiavi e tiranti. La scelta dipende da fattori quali la pressione di esercizio, il metodo di connessione del cilindro e l'ambiente operativo.

Stelo del pistone:

Lo stelo del pistone è l'elemento principale del cilindro idraulico per la trasmissione della forza. Il materiale è generalmente acciaio a medio tenore di carbonio (come ad es. Acciaio 45#). Lo stelo del pistone è soggetto a spinte, tensioni o momenti flettenti durante il funzionamento del cilindro. È necessario garantirne la resistenza e il montaggio con la bussola di guida, dove spesso scorre, deve essere appropriato.

Pistone:

Il pistone è l'elemento principale per la conversione dell'energia idraulica in energia meccanica. La sua area di lavoro effettiva influisce direttamente sulla forza e sulla velocità di movimento del cilindro idraulico. Esistono diverse forme di collegamento tra il pistone e lo stelo, tra cui l'anello elastico, la boccola e il dado.

Manicotto di guida:

Il manicotto di guida guida e supporta lo stelo del pistone. Richiede alta precisione, bassa resistenza all'attrito, buona resistenza all'usura e capacità di sopportare la pressione, la forza di flessione e le vibrazioni da impatto dello stelo.

È dotato di un dispositivo di tenuta per garantire la tenuta della camera dell'asta e di un anello antipolvere all'esterno per evitare che impurità, polvere e umidità danneggino la tenuta.

Dispositivo di buffering:

Quando il pistone e lo stelo si muovono sotto pressione idraulica, hanno un notevole slancio. Quando raggiungono la testata e la parte inferiore del cilindro, possono causare una collisione meccanica, con conseguente pressione d'urto e rumore. Il dispositivo di tamponamento serve a prevenire questa collisione.

Il suo principio di funzionamento consiste nel convertire l'energia cinetica dell'olio idraulico nella camera a bassa pressione del cilindro (in tutto o in parte) in energia termica attraverso la strozzatura. L'energia termica viene quindi trasportata fuori dal cilindro idraulico dall'olio in circolazione.

Il dispositivo di buffering si divide in due tipi: dispositivo di buffering ad area a strozzamento costante e dispositivo di buffering a strozzamento variabile.

II. Principi della trasmissione idraulica

La trasmissione idraulica utilizza l'olio come mezzo di lavoro, trasmettendo il movimento attraverso variazioni di volume sigillate e la potenza attraverso la pressione interna dell'olio.

Componente di potenza: Trasforma l'energia meccanica del motore primo in energia idraulica (energia di pressione), ad esempio la pompa idraulica.

Componente di azionamento: Converte l'energia idraulica immessa dalla pompa in energia meccanica, azionando il meccanismo di lavoro. Ne sono un esempio i cilindri idraulici e i motori.

Componente di controllo: Regola e controlla la pressione, il flusso e la direzione dell'olio. Tra gli esempi vi sono le valvole di controllo della pressione, le valvole di controllo del flusso e le valvole di controllo della direzione.

Componente ausiliario: Collega i tre componenti di cui sopra in un sistema, svolgendo funzioni come lo stoccaggio dell'olio, il filtraggio, la misurazione e la tenuta. Tra gli esempi vi sono tubazioni e connettori, serbatoi dell'olio, filtri, accumulatori, guarnizioni e strumenti di controllo.

III. Classificazione dei cilindri idraulici in base alla struttura

Cilindro idraulico a pistone:

Un cilindro idraulico a stelo singolo ha uno stelo a una sola estremità. Entrambe le sue porte di ingresso e di uscita dell'olio A e B possono trasmettere l'olio in pressione o restituirlo, consentendo un movimento bidirezionale, per cui è chiamato cilindro a doppia azione.

Cilindro idraulico telescopico:

Dispone di un pistone a due o più stadi. In un cilindro idraulico telescopico, la sequenza di estensione del pistone va dalla più grande alla più piccola, mentre la sequenza di ritrazione senza carico va generalmente dalla più piccola alla più grande.

I cilindri telescopici possono raggiungere corse più lunghe, ma la loro lunghezza retratta è inferiore, rendendo la struttura compatta. Questo tipo di cilindro idraulico è comunemente utilizzato nelle macchine edili e agricole.

Cilindro idraulico oscillante:

Componente per l'esecuzione della coppia in uscita e del movimento alternativo, noto anche come motore idraulico a battente. È disponibile nelle varianti a una o due palette. Il blocco statore è fissato sul corpo del cilindro, mentre la paletta e il rotore sono collegati. A seconda della direzione di afflusso dell'olio, la paletta aziona il rotore che oscilla avanti e indietro.

IV. Parametri principali dei cilindri idraulici

I parametri principali dei cilindri idraulici comprendono, tra gli altri, pressione, portata, specifiche dimensionali, corsa del pistone, velocità di movimento, forza di spinta, efficienza e potenza del cilindro idraulico.

Pressione:

La pressione è l'intensità della forza esercitata dall'olio su un'unità di superficie. La formula di calcolo è p=F/A, dove F è il carico che agisce sul pistone diviso per l'area di lavoro effettiva del pistone. A parità di area di lavoro effettiva di un pistone, maggiore è il carico, maggiore è la pressione necessaria per vincere il carico.

In base alla pressione di esercizio, i cilindri idraulici possono essere classificati come cilindri a bassa pressione (70kgf/cm² o 7Mpa), a media pressione (140kgf/cm² o 14Mpa) o ad alta pressione (210kgf/cm² o 21Mpa).

Flusso:

Il flusso è il volume di olio che passa attraverso la sezione trasversale effettiva del cilindro per unità di tempo. La formula di calcolo è Q=V/t=vA, dove V è il volume di olio consumato in una corsa del pistone del cilindro idraulico, t è il tempo necessario per una corsa del pistone del cilindro idraulico, v è la velocità dello stelo e A è l'area di lavoro effettiva del pistone.

Corsa del pistone:

La corsa del pistone si riferisce alla distanza coperta dal pistone nel suo movimento alternativo tra due estremi. In genere, una volta soddisfatti i requisiti di stabilità del cilindro, si sceglie una corsa standard vicina alla corsa di lavoro effettiva.

Velocità del pistone:

La velocità di movimento è la distanza che l'olio in pressione spinge il pistone per unità di tempo, rappresentata da v=Q/A.

Dimensioni Specifiche:

Le specifiche dimensionali comprendono principalmente il diametro interno ed esterno del cilindro, il diametro del pistone, il diametro dello stelo e le dimensioni della testa del cilindro. Queste dimensioni sono calcolate, progettate e controllate in base all'ambiente operativo del cilindro idraulico, al metodo di installazione, alla forza di spinta e alla corsa richieste.

V. Design interno del cilindro idraulico

Scopo del progetto: Determinato in base alla temperatura di esercizio in loco, al mezzo di lavoro e alle condizioni di produzione della nostra fabbrica. Le dimensioni della struttura interna sono calcolate in base al manuale di progettazione meccanica.

• La scelta delle guarnizioni deve essere effettuata in base alla temperatura di esercizio, alle condizioni di inquinamento ambientale e al fluido di lavoro. Le guarnizioni in poliuretano non possono essere utilizzate con un fluido a base di acqua e glicole etilenico.
• La testata idraulica dovrebbe idealmente utilizzare una guarnizione combinata di tipo V per compensare gli errori di levigatezza della lavorazione delle scanalature.
• Le dimensioni delle scanalature della guarnizione devono essere rigorosamente conformi al manuale di progettazione.
• In genere, le guarnizioni dei pistoni dei cilindri idraulici utilizzano anelli Glyd insieme a nastri di guida, poiché gli anelli Glyd hanno una buona resistenza alle alte temperature e proprietà anti-inquinamento.
• In genere, le guarnizioni per cilindri pneumatici utilizzano la serie giapponese NOK. Le guarnizioni per cilindri idraulici nazionali non dovrebbero essere utilizzate perché causano un'eccessiva resistenza all'avvio del cilindro, con conseguente instabilità di funzionamento o addirittura guasti.
• La guarnizione O-ring tra la testa del cilindro idraulico, il fondo del cilindro e il corpo del cilindro dovrebbe idealmente avere un anello di blocco per compensare gli errori di produzione.
• Il collegamento tra il corpo del cilindro, la testa del cilindro, la parte inferiore del cilindro e l'oscillazione centrale deve essere evitato con la saldatura, in quanto può causare la deformazione del corpo del cilindro. Si possono invece utilizzare connessioni filettate o altri metodi.

VI. Problemi comuni dei cilindri idraulici e manutenzione

Perdita di olio dal cilindro idraulico:

Le perdite esterne si riferiscono alla fuoriuscita di olio da varie parti non sigillate verso l'atmosfera esterna al cilindro idraulico. Le perdite esterne più comuni provengono dai tre punti seguenti:

(1) Perdita di olio dalla guarnizione tra il manicotto del cilindro idraulico e il coperchio del cilindro (o il manicotto di guida) (soluzione: sostituire con un nuovo O-ring).

(2) Perdita di olio dovuta al movimento relativo tra lo stelo del pistone e la bussola di guida (soluzione: Se l'asta del pistone è danneggiata, pulirla con benzina, asciugarla, applicare un adesivo metallico sull'area danneggiata, quindi spostare il paraolio dell'asta del pistone avanti e indietro sull'asta del pistone per raschiare l'adesivo in eccesso.

Una volta che l'adesivo si è completamente indurito, può essere rimesso in funzione. Se il manicotto di guida è usurato, si può lavorare un manicotto di guida di diametro leggermente inferiore per sostituirlo).

(3) Perdita di olio causata dalla scarsa tenuta del giunto del tubo del cilindro idraulico (soluzione: Oltre a verificare le condizioni di tenuta dell'anello di tenuta, controllare se il giunto è assemblato correttamente, se è ben avvitato e se la superficie di contatto presenta graffi, ecc. Se necessario, sostituire o riparare).

La perdita interna del cilindro idraulico si riferisce all'olio del cilindro idraulico che fuoriesce internamente dalla camera ad alta pressione alla camera a bassa pressione attraverso varie fessure.

Le perdite interne sono più difficili da individuare e possono essere giudicate solo in base alle condizioni di funzionamento del sistema, come una spinta insufficiente, un calo di velocità, un funzionamento instabile o un aumento della temperatura dell'olio. Le perdite interne dei cilindri idraulici si verificano generalmente nei due punti seguenti:

(1) La parte di tenuta statica tra lo stelo e il pistone (soluzione: installare un O-ring sulla superficie di tenuta tra i due).

(2) Il tenuta dinamica tra la parete interna della camicia del cilindro e il pistone (soluzione): Quando viene rilevata una perdita interna, è necessario eseguire un'ispezione rigorosa di ogni parte corrispondente. La riparazione della camicia del cilindro spesso comporta l'alesatura del foro interno, seguita dal montaggio di un pistone di diametro maggiore).