Cilindros Hidráulicos: Um Guia Abrangente

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

Um cilindro hidráulico é um atuador hidráulico que transforma energia hidráulica em energia mecânica, realizando movimentos alternativos lineares (ou movimentos oscilantes). Sua estrutura é simples e seu funcionamento é confiável.

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

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 cabeça de cilindro, pistão e haste de pistão, dispositivo de vedação, dispositivo de amortecimento e dispositivo de exaustão.

Os dispositivos de buffer e exaustão dependem da aplicação específica, enquanto os demais 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, dispositivos de vedação são instalados 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 frontal, um dispositivo de proteção contra poeira também está instalado. 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, também é necessário um dispositivo de exaustão.

1- Tambor do Cilindro;
2- Manga Guia Externa do Cilindro;
3- Tubo Ramal;
4- Conjunto Cilindro Haste;
5- Pistão;
6- Corpo 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 movimentar o 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 elemento principal do cilindro hidráulico para transmissão de força. O material é geralmente aço de médio carbono (como aço 45#). A haste do pistão está sujeita a impulso, tensão ou momento fletor durante a operação do cilindro. É necessário garantir a sua resistência e o seu encaixe na manga guia, onde desliza frequentemente, deve ser adequado.

Pistão:

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

Manga guia:

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

É equipado com um dispositivo de vedação para garantir a vedação da câmara da haste e um anel de 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 e a parte inferior do cilindro, podem causar colisão mecânica, resultando em alta pressão de impacto e ruído. O dispositivo de buffer 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 (total ou parcial) em energia térmica por meio de estrangulamento. A energia térmica é então transportada do cilindro hidráulico pelo óleo circulante.

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 de Transmissão Hidráulica

A transmissão hidráulica utiliza óleo como meio de trabalho, transmitindo movimento através de mudanças no volume selado e na potência através da pressão interna dentro 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 atuação: Converte a entrada de energia hidráulica da bomba em energia mecânica, acionando o mecanismo de trabalho. Exemplos incluem cilindros hidráulicos e motores.

Componente de controle: Regula e controla a pressão, fluxo e 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, servindo funções como armazenamento de óleo, filtragem, medição e vedação. Os exemplos incluem tubulações e conectores, tanques de óleo, filtros, acumuladores, vedações e instrumentos de controle.

III. Classificação de Cilindros Hidráulicos por Estrutura

Cilindro Hidráulico tipo pistão:

Um cilindro hidráulico de haste única possui uma haste em apenas uma extremidade. Ambas 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 ou vários estágios. Num cilindro hidráulico telescópico, a sequência de extensão do pistão é do maior para o menor, enquanto a sequência de retração sem carga é geralmente do menor para o maior.

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

Cilindro Hidráulico de Balanço:

Um componente de execução de torque de saída e movimento alternativo, também conhecido como motor hidráulico de giro. Disponível em variantes de palheta simples e palheta dupla. O bloco do estator é fixado no corpo do cilindro, enquanto a palheta e o rotor estão conectados. Dependendo da direção do fluxo de óleo, a palheta fará com que o rotor balance para frente e para trás.

4. Parâmetros Principais dos Cilindros Hidráulicos

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

Pressão:

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

Com base na pressão de trabalho, os cilindros hidráulicos podem ser classificados em 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, onde 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 do pistão haste e A é a área efetiva de trabalho do pistão.

Curso do pistão:

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

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 da cabeça do cilindro. Essas dimensões são calculadas, projetadas e verificadas com base no ambiente operacional do cilindro hidráulico, método de instalação, força push-pull necessária e curso.

V. Projeto Interno do Cilindro Hidráulico

Objetivo do projeto: Determinado com base na temperatura operacional no local, no meio de trabalho e nas condições de fabricação de nossa fábrica. As dimensões da estrutura interna são calculadas com base no Mechanical Design Handbook.

• A seleção da vedação deve ser baseada na temperatura operacional no local, nas condições de poluição ambiental e no meio de trabalho. As vedações de poliuretano não podem ser usadas com meio água-etilenoglicol.
• A cabeça do cilindro hidráulico deve idealmente usar uma vedação combinada tipo V para compensar os erros na suavidade do processamento da ranhura.
• As dimensões das ranhuras de vedação devem obedecer estritamente ao manual de projeto.
• Geralmente, as vedações de pistão de 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 cilindro de ar usam a série japonesa NOK. As vedações de cilindros hidráulicos domésticos não devem ser usadas, pois causam muita resistência à partida do cilindro, levando à operação instável ou até mesmo à falha.
• O anel de vedação entre o cabeçote do cilindro hidráulico, a parte inferior do cilindro e o corpo do cilindro deve idealmente ter um anel de bloqueio para compensar erros de fabricação.
• A conexão entre o corpo do cilindro, o cabeçote, a parte inferior do cilindro e a oscilação intermediária deve evitar soldagem, pois pode causar deformação do corpo do cilindro. Conexões encadeadas ou outros métodos podem ser usados.

VI. Problemas comuns e manutenção do cilindro hidráulico

Vazamento de óleo no cilindro hidráulico:

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 ocorrem nos 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 O-ring).

(2) Vazamento de óleo devido ao 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 bucha guia estiver gasta, uma bucha guia de diâmetro ligeiramente menor pode 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 quaisquer arranhões, etc. Se necessário, substitua ou repare).

O vazamento interno do cilindro hidráulico refere-se ao óleo no cilindro hidráulico vazando internamente da câmara de alta pressão para a câmara de baixa pressão através de várias lacunas.

O vazamento interno é mais difícil de detectar e só pode ser avaliado pelas condições de funcionamento do sistema, como empuxo insuficiente, declínio 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 peça de vedação estática entre a haste do pistão e o pistão (Solução: Instale um O-ring na superfície de vedação entre eles).

(2) A peça de vedação dinâmica entre a parede interna da camisa do cilindro e o pistão (Solução: Quando um vazamento interno é detectado, uma inspeção rigorosa de cada peça correspondente deve ser realizada. O reparo da camisa do cilindro geralmente envolve a perfuração do furo interno , seguido da montagem de um pistão de diâmetro maior).