Cilindros hidráulicos: Um guia abrangente

O óleo hidráulico, quando comprimido em um cilindro hidráulico, gera uma pressão significativa. Essa pressão é utilizada em vários dispositivos mecânicos, e hoje discutiremos os detalhes dos cilindros hidráulicos.

Um cilindro hidráulico é um atuador hidráulico que transforma a energia hidráulica em energia mecânica, realizando movimentos recíprocos lineares (ou movimentos oscilantes). Sua estrutura é simples e sua operação é confiável.

Quando é usado para realizar movimentos alternativos, ele pode eliminar a necessidade de dispositivos de desaceleração, e não há lacuna de transmissão, garantindo um movimento suave. Portanto, ele é amplamente utilizado em vários sistemas hidráulicos de maquinário.

A força de saída de um cilindro hidráulico é diretamente proporcional à área efetiva do pistão e à diferença de pressão em ambos os lados dele. Um cilindro hidráulico consiste essencialmente em um cilindro e cabeçote, pistão e haste do pistão, dispositivo de vedação, dispositivo de amortecimento e dispositivo de exaustão.

Os dispositivos de buffer e exaustão dependem do aplicativo específico, enquanto os outros dispositivos são indispensáveis.

I. Composição do cilindro hidráulico

Um cilindro hidráulico normalmente consiste em uma tampa da extremidade traseira, cilindro, haste do pistão, conjunto do pistão, tampa da extremidade dianteira e outros componentes principais.

Para evitar vazamento de óleo do cilindro hidráulico ou vazamento da câmara de alta pressão para a câmara de baixa pressão, são instalados dispositivos de vedação entre o cilindro e a tampa da extremidade, o pistão e a haste do pistão, o pistão e o cilindro, e a haste do pistão e a tampa da extremidade dianteira.

No lado externo da tampa da extremidade dianteira, também é instalado um dispositivo de proteção contra poeira. Para evitar que o pistão atinja a tampa do cilindro ao retornar rapidamente ao final do curso, um dispositivo de amortecimento é instalado na extremidade do cilindro hidráulico e, às vezes, um dispositivo de exaustão também é necessário.

1 - Barril do cilindro;
2 - Manga externa da guia do cilindro;
3- Tubo de derivação;
4- Conjunto do cilindro da haste;
5- Pistão;
6- Corpo da guia do cilindro interno;
7- Haste do pistão.

Cilindro:

O cilindro é a parte principal do cilindro hidráulico. Ele forma uma câmara fechada com a tampa do cilindro e outras peças para acionar o movimento do pistão.

Tampa do cilindro:

A tampa do cilindro é instalada em ambas as extremidades do cilindro hidráulico, formando uma câmara de óleo estanque com o cilindro. Os métodos de conexão geralmente incluem soldagem, roscas, parafusos, chaves e tirantes. A escolha depende de fatores como pressão de trabalho, método de conexão do cilindro e ambiente operacional.

Haste do pistão:

A haste do pistão é o principal elemento do cilindro hidráulico para a transmissão de força. O material é geralmente aço de médio carbono (como o Aço 45#). A haste do pistão é submetida a impulso, tensão ou momento de flexão durante a operação do cilindro. É necessário garantir sua resistência, e seu encaixe com a luva guia, onde ela frequentemente desliza, deve ser adequado.

Pistão:

O pistão é o principal elemento de conversão da energia hidráulica em energia mecânica. Sua área de trabalho efetiva afeta diretamente a força e a velocidade de movimento do cilindro hidráulico. Há várias formas de conexão entre o pistão e a haste do pistão, incluindo o tipo de anel de pressão, o tipo de bucha e o tipo de porca.

Manga guia:

A luva guia orienta e suporta a haste do pistão. Ela requer alta precisão, baixa resistência ao atrito, boa resistência ao desgaste e a capacidade de suportar a pressão, a força de flexão e a vibração de impacto da haste do pistão.

Ele é equipado com um dispositivo de vedação para garantir a vedação da câmara da haste e um anel contra poeira na parte externa para evitar que impurezas, poeira e umidade danifiquem a vedação.

Dispositivo de buffer:

Quando o pistão e a haste do pistão se movem sob pressão hidráulica, eles têm um impulso significativo. Quando atingem a tampa da extremidade e a parte inferior do cilindro, podem causar colisão mecânica, resultando em alta pressão de impacto e ruído. O dispositivo de amortecimento é usado para evitar essa colisão.

Seu princípio de funcionamento é converter a energia cinética do óleo hidráulico na câmara de baixa pressão do cilindro (toda ou parte dela) em energia térmica por meio de estrangulamento. A energia térmica é então transportada para fora do cilindro hidráulico pelo óleo em circulação.

O dispositivo de buffer é dividido em dois tipos: dispositivo de buffer de área de estrangulamento constante e dispositivo de buffer de estrangulamento variável.

II. Princípios da transmissão hidráulica

A transmissão hidráulica utiliza o óleo como meio de trabalho, transmitindo movimento por meio de alterações no volume vedado e potência por meio da pressão interna do óleo.

Componente de energia: Transforma a energia mecânica do motor principal em energia hidráulica (energia de pressão), por exemplo, a bomba hidráulica.

Componente de acionamento: Converte a entrada de energia hidráulica da bomba em energia mecânica, acionando o mecanismo de trabalho. Os exemplos incluem cilindros e motores hidráulicos.

Componente de controle: Regula e controla a pressão, o fluxo e a direção do óleo. Os exemplos incluem válvulas de controle de pressão, válvulas de controle de fluxo e válvulas de controle de direção.

Componente auxiliar: Conecta os três componentes acima em um sistema, atendendo a funções como armazenamento, filtragem, medição e vedação de óleo. Os exemplos incluem tubulações e conectores, tanques de óleo, filtros, acumuladores, vedações e instrumentos de controle.

III. Classificação dos cilindros hidráulicos por estrutura

Cilindro hidráulico do tipo pistão:

Um cilindro hidráulico com haste de pistão simples tem uma haste de pistão em apenas uma extremidade. As portas de entrada e saída de óleo A e B podem transmitir óleo pressurizado ou retornar óleo, permitindo o movimento bidirecional, por isso é chamado de cilindro de dupla ação.

Cilindro hidráulico telescópico:

Apresenta um pistão de dois estágios ou de vários estágios. Em um cilindro hidráulico telescópico, a sequência de extensão do pistão é da maior para a menor, enquanto a sequência de retração sem carga é geralmente da menor para a maior.

Os cilindros telescópicos podem atingir cursos mais longos, mas seu comprimento retraído é menor, tornando a estrutura compacta. Esse tipo de cilindro hidráulico é comumente usado em máquinas agrícolas e de construção.

Cilindro hidráulico giratório:

Um componente de execução de torque de saída e movimento alternativo, também conhecido como motor hidráulico oscilante. É fornecido em variantes de palheta simples e palheta dupla. O bloco do estator é fixado no corpo do cilindro, enquanto a palheta e o rotor são conectados. Dependendo da direção do influxo de óleo, a palheta acionará o rotor para oscilar para frente e para trás.

IV. Principais parâmetros dos cilindros hidráulicos

Os principais parâmetros dos cilindros hidráulicos incluem pressão, vazão, especificação de tamanho, curso do pistão, velocidade de movimento, força push-pull, eficiência e potência do cilindro hidráulico, entre outros.

Pressão:

A pressão é a intensidade da força exercida pelo óleo em uma unidade de área. A fórmula de cálculo é p=F/A, em que F é a carga que atua no pistão dividida pela área de trabalho efetiva do pistão. Na mesma área de trabalho efetiva de um pistão, quanto maior a carga, maior a pressão necessária para superar a carga.

Com base na pressão de trabalho, os cilindros hidráulicos podem ser classificados como cilindros hidráulicos de baixa pressão (70kgf/cm² ou 7Mpa), média pressão (140kgf/cm² ou 14Mpa) ou alta pressão (210kgf/cm² ou 21Mpa).

Fluxo:

O fluxo é o volume de óleo que passa pela área efetiva da seção transversal do cilindro por unidade de tempo. A fórmula de cálculo é Q=V/t=vA, em que V é o volume de óleo consumido em um curso do pistão do cilindro hidráulico, t é o tempo necessário para um curso do pistão do cilindro hidráulico, v é a velocidade da haste do pistão e A é a área de trabalho efetiva do pistão.

Curso do pistão:

O curso do pistão refere-se à distância percorrida pelo pistão em seu movimento recíproco entre dois extremos. Geralmente, depois que o requisito de estabilidade do cilindro é atendido, é selecionado um curso padrão próximo ao curso de trabalho real.

Velocidade do pistão:

A velocidade de movimento é a distância que o óleo pressurizado empurra o pistão por unidade de tempo, representada como v=Q/A.

Especificações de tamanho:

As especificações de tamanho incluem principalmente os diâmetros interno e externo do cilindro, o diâmetro do pistão, o diâmetro da haste do pistão e as dimensões do cabeçote do cilindro. Essas dimensões são calculadas, projetadas e verificadas com base no ambiente operacional do cilindro hidráulico, no método de instalação, na força de tração necessária e no curso.

V. Projeto interno do cilindro hidráulico

Objetivo do projeto: Determinado com base na temperatura de operação no local, no meio de trabalho e nas condições de fabricação de nossa fábrica. As dimensões da estrutura interna são calculadas com base no Manual de Projeto Mecânico.

• A seleção do selo deve se basear na temperatura de operação no local, nas condições de poluição ambiental e no meio de trabalho. Os selos de poliuretano não podem ser usados com um meio de água-etilenoglicol.
• O ideal é que o cabeçote do cilindro hidráulico use uma vedação combinada do tipo V para compensar os erros na suavidade do processamento da ranhura.
• As dimensões das ranhuras da vedação devem obedecer rigorosamente ao manual de projeto.
• Em geral, as vedações do pistão do cilindro hidráulico usam anéis Glyd junto com fitas-guia, pois os anéis Glyd têm boa resistência a altas temperaturas e propriedades antipoluição.
• Normalmente, as vedações de cilindros pneumáticos usam a série japonesa NOK. As vedações de cilindros hidráulicos nacionais não devem ser usadas, pois causam muita resistência na partida do cilindro, levando a uma operação instável ou até mesmo a falhas.
• A vedação do anel O-ring entre o cabeçote do cilindro hidráulico, o fundo do cilindro e o corpo do cilindro deve ter um anel de bloqueio para compensar os erros de fabricação.
• A conexão entre o corpo do cilindro, o cabeçote do cilindro, a parte inferior do cilindro e o balanço no meio deve evitar a soldagem, pois isso pode causar deformação do corpo do cilindro. Em vez disso, podem ser usadas conexões rosqueadas ou outros métodos.

VI. Manutenção e problemas comuns do cilindro hidráulico

Vazamento de óleo do cilindro hidráulico:

O vazamento externo refere-se ao vazamento de óleo de várias peças não vedadas para a atmosfera fora do cilindro hidráulico. Os vazamentos externos mais comuns são provenientes dos três locais a seguir:

(1) Vazamento de óleo da vedação entre a luva do cilindro hidráulico e a tampa do cilindro (ou luva guia) (Solução: Substitua por um novo anel O-ring).

(2) Vazamento de óleo do movimento relativo entre a haste do pistão e a luva guia (Solução: Se a haste do pistão estiver danificada, limpe-a com gasolina, seque-a, aplique adesivo metálico na área danificada e, em seguida, mova a vedação de óleo da haste do pistão para frente e para trás na haste do pistão para raspar o excesso de adesivo.

Depois que o adesivo estiver totalmente curado, ele poderá ser colocado novamente em uso. Se a luva-guia estiver desgastada, uma luva-guia de diâmetro um pouco menor poderá ser usinada para substituição.)

(3) Vazamento de óleo causado por má vedação da junta do tubo do cilindro hidráulico (Solução: Além de verificar a condição de vedação do anel de vedação, verifique se a junta está montada corretamente, se está bem parafusada e se a superfície de contato tem arranhões etc. Se necessário, substitua ou conserte).

O vazamento interno do cilindro hidráulico refere-se ao vazamento interno de óleo no cilindro hidráulico da câmara de alta pressão para a câmara de baixa pressão por meio de várias fendas.

O vazamento interno é mais difícil de detectar e só pode ser avaliado pela condição de funcionamento do sistema, como impulso insuficiente, queda de velocidade, operação instável ou aumento da temperatura do óleo. O vazamento interno do cilindro hidráulico geralmente ocorre nos dois locais a seguir:

(1) A parte da vedação estática entre a haste do pistão e o pistão (Solução: Instale um O-ring na superfície de vedação entre eles).

(2) O vedação dinâmica parte entre a parede interna da luva do cilindro e o pistão (Solução: Quando for detectado um vazamento interno, deve ser realizada uma inspeção rigorosa de cada peça correspondente. O reparo da camisa do cilindro geralmente envolve a perfuração do orifício interno, seguida da instalação de um pistão com diâmetro maior).