O guia definitivo para cilindros hidráulicos
Um cilindro hidráulico é o lado do atuador ou ‘motor’ de um sistema hidráulico. Eles às vezes são chamados de ‘músculos’, tornando o trabalho leve de levantar, abaixar, mover ou ‘travar’ cargas pesadas.
A bomba é o lado ‘gerador’ do sistema, que traz um fluxo fixo ou regulado de óleo para o lado inferior do cilindro. Em seguida, isso move a haste do pistão para cima. Cilindros hidráulicos transformam a pressão e o fluxo de óleo em um sistema hidráulico em trabalho ou força mecânica. Eles são usados onde o movimento linear é necessário para mover algo.
Cilindros também são conhecidos como ‘macacos hidráulicos’, ‘carneiros hidráulicos’ ou ‘atuadores’. Em termos simples, eles convertem energia fluida em energia mecânica. Um cilindro hidráulico difere de um motor hidráulico, pois realiza um movimento linear (translatório) em vez de rotativo. Daí o termo “motor linear”.
Cilindros hidráulicos produzem grandes forças e movimentos precisos. Eles são, portanto, construídos com materiais fortes, como o aço, capaz de suportar as grandes forças envolvidas.
Dois estilos de construção
Existem basicamente dois estilos de construção de cilindros hidráulicos usados na indústria: tirantes e cilindros de corpo soldado . Além disso, outros tipos amplos de projeto de cilindro incluem: cilindros hidráulicos telescópicos, de pistão, diferenciais, refaseamento e de ação simples e dupla.
Cilindros hidráulicos são geralmente de dupla ação . Isso significa que o óleo sob pressão pode ser aplicado em ambos os lados do pistão para fornecer movimento em qualquer direção. Cilindros de ação simples às vezes são usados onde o peso da carga é usado para retornar o cilindro à posição fechada.
Cilindros hidráulicos permitem maior flexibilidade no projeto e na estrutura ao transferir força entre dois pontos diferentes. Cilindros de diferentes tamanhos permitem criar um sistema que pode puxar, empurrar e levantar pesos. Além disso, curvas e cantos podem ser incorporados ao projeto do sistema, o que é útil se houver restrições de espaço reais.
No entanto, um cilindro hidráulico só deve ser usado para empurrar e puxar linearmente. Nenhum movimento de flexão ou carga lateral deve ser transmitido à haste do pistão ou ao cilindro. Por esta razão, um cilindro deve ser conectado idealmente usando uma única manilha com um rolamento esférico. Isso permite que o cilindro se mova e permite qualquer desalinhamento entre ele e a carga que está empurrando.
Rephasing de cilindros hidráulicos
Dois ou mais cilindros podem ser instalados em ‘paralelo’ ou ‘série’. Os furos e hastes são então alinhados, para permitir que todas as hastes se estendam e/ou retraiam igualmente quando o fluxo é direcionado para o primeiro ou último cilindro dentro do sistema hidráulico. Isso é conhecido como ‘rephasing’ dos cilindros hidráulicos.
Em aplicações ‘paralelas’, os tamanhos de furo e haste são sempre os mesmos, e os cilindros hidráulicos são sempre usados em pares.
Em aplicações ‘série’, os tamanhos de furo e haste são sempre diferentes, e dois ou mais cilindros hidráulicos podem ser usados. Os furos e hastes são dimensionados de modo que todas as hastes se estendam ou retraiam igualmente quando o fluxo for aplicado ao primeiro ou ao último cilindro dentro do sistema. Esta sincronização hidráulica das posições das hastes elimina a necessidade de um divisor de fluxo no sistema hidráulico, ou qualquer tipo de conexão mecânica entre as hastes do cilindro.
como funcionam os cilindros
Como funcionam os cilindros
Cilindros hidráulicos, também conhecidos como ‘carneiros hidráulicos’, obtêm seu poder de fluido hidráulico pressurizado, normalmente óleo hidráulico.
O cilindro hidráulico é composto por um cilindro cilíndrico, no qual um pistão conectado a uma haste do pistão se move para frente e para trás. O cano é fechado em cada extremidade pelo fundo do cilindro – também chamado de extremidade da tampa – e pela cabeça do cilindro. Este último é onde a haste do pistão sai do cilindro. O pistão tem anéis deslizantes e vedações. O pistão divide o interior do cilindro em duas câmaras. Em primeiro lugar, a câmara inferior ou extremidade da tampa e, em segundo lugar, a câmara do lado da haste do pistão, ‘extremidade da haste’. A pressão hidráulica atua no pistão para realizar trabalho e movimento linear.
Flanges, munhões e/ou manilhas são montados no corpo do cilindro. A haste do pistão também possui acessórios de montagem para conectar o cilindro hidráulico ao objeto ou componente da máquina que está empurrando.
Um cilindro hidráulico é o lado do atuador ou ‘motor’ do sistema. O lado ‘gerador’ do sistema hidráulico é a bomba hidráulica, que traz um fluxo fixo ou regulado de óleo para o lado inferior do cilindro hidráulico, para mover a haste do pistão para cima. O pistão empurra o óleo hidráulico na outra câmara de volta ao reservatório. Se assumirmos que a pressão do óleo na câmara da haste do pistão é aproximadamente zero, a força na haste do pistão é igual à pressão no cilindro hidráulico vezes a área do pistão (F=PA).
O pistão se move para baixo se o óleo for bombeado para a câmara do lado da haste do pistão e o óleo hidráulico da área do pistão fluir de volta para o reservatório sem pressão. A pressão na câmara da área da haste do pistão é (Pull Force) / (Área do pistão – Área da haste do pistão).
Partes de um Cilindro Hidráulico
Um cilindro hidráulico consiste nas seguintes partes:
Camisa do Cilindro
O cilindro do cilindro é principalmente um tubo forjado de paredes grossas sem costura que deve ser usinado internamente. O cilindro do cilindro é retificado e/ou afiado internamente.
Parte inferior ou tampa
Na maioria dos cilindros hidráulicos, o cano e o fundo são soldados juntos. Isso pode danificar o interior do barril se for mal feito. Portanto, alguns projetos de cilindros hidráulicos têm uma conexão aparafusada ou flangeada da tampa da extremidade do cilindro ao cilindro. Neste tipo, o cilindro do cilindro pode ser desmontado e reparado no futuro.
Cabeça do Cilindro
A cabeça do cilindro às vezes é conectada ao cano com uma espécie de trava simples (para cilindros simples). Em geral, porém, a conexão é aparafusada ou flangeada. As conexões de flange são as melhores, mas também as mais caras. Um flange é soldado ao tubo antes da usinagem. A vantagem é que a conexão é aparafusada e sempre simples de remover.
Pistão
O pistão é um componente de metal curto em forma de cilindro que separa os dois lados do cilindro do cilindro internamente. O pistão geralmente é usinado com ranhuras para encaixar em vedações elastoméricas ou metálicas. Essas vedações geralmente são anéis em O, copos em U ou anéis de ferro fundido. Eles impedem que o óleo hidráulico pressurizado passe pelo pistão para a câmara do lado oposto. Essa diferença de pressão entre os dois lados do pistão faz com que o cilindro se estenda e retraia.
As vedações de pistão variam em design e material para atender aos requisitos de pressão e temperatura do cilindro hidráulico em uso. De um modo geral, as vedações elastoméricas, feitas de borracha nitrílica ou outros materiais, são melhores em ambientes de temperatura mais baixa, enquanto as vedações feitas de viton são melhores para temperaturas mais altas. Anéis de pistão de ferro fundido são as melhores vedações para alta temperatura.
Haste do pistão
A haste do pistão é tipicamente uma peça dura e cromada de aço laminado a frio, que se prende ao pistão e se estende do cilindro até a cabeça da haste. Cilindros hidráulicos de haste dupla usam atuadores com uma haste que se estende de ambos os lados do pistão e sai de ambas as extremidades do cano. A haste do pistão conecta o atuador hidráulico ao componente da máquina que realiza o trabalho. Esta conexão pode ser na forma de uma rosca de máquina ou um acessório de montagem, como uma manilha de haste ou olhal de haste. Esses acessórios de montagem podem ser rosqueados ou soldados à haste do pistão ou, às vezes, são uma parte usinada da extremidade da haste.
Glândula da haste
O cabeçote do cilindro hidráulico é equipado com vedações para evitar que o óleo hidráulico pressurizado vaze pela interface entre a haste e o cabeçote. Esta área é chamada de glândula da haste. Muitas vezes, tem outro selo chamado limpador de haste, que impede a entrada de contaminantes no cilindro hidráulico quando a haste estendida se retrai de volta para o cilindro. A glândula de haste também tem um rolamento de haste. Este rolamento suporta o peso da haste do pistão e a guia conforme ela passa para frente e para trás através do bucim da haste. Em alguns casos, especialmente em pequenos cilindros hidráulicos, o bucim da haste e o rolamento da haste são feitos de uma única peça usinada integral.
Um cilindro hidráulico deve ser usado apenas para empurrar e puxar. Nenhum momento de flexão ou carga lateral deve ser transmitido à haste do pistão ou ao cilindro. Portanto, a conexão ideal de um cilindro hidráulico é uma manilha simples com um rolamento esférico. Isso permite que o atuador hidráulico se mova e permita qualquer desalinhamento entre o atuador e a carga que ele está empurrando.
Tipos de Projeto de Cilindro Hidráulico
Cilindro Hidráulico Telescópico
O comprimento de um cilindro hidráulico é o total do curso, a espessura do pistão, a espessura do fundo e da cabeça e o comprimento das conexões. Muitas vezes esse comprimento não cabe na máquina. Nesse caso, a haste do pistão também é usada como tambor do pistão e uma segunda haste do pistão é usada.
Esses tipos de cilindros hidráulicos são chamados de cilindros telescópicos. Se chamamos um cilindro de haste normal de estágio único, os cilindros telescópicos são unidades de vários estágios de 2, 3, 4, 5 e até 6 estágios. Em geral, os cilindros hidráulicos telescópicos são muito mais caros que os cilindros normais. A maioria dos cilindros telescópicos é de ação simples (empurrar). Cilindros telescópicos de dupla ação são feitos sob medida.
Cilindro Hidráulico Estilo Tirante
Os cilindros hidráulicos do tipo tirante usam hastes de aço rosqueadas de alta resistência para prender as duas tampas no cilindro. Este método de construção é mais frequentemente visto em aplicações de fábricas industriais. Cilindros de pequeno diâmetro geralmente têm 4 tirantes, enquanto cilindros de grande diâmetro podem exigir até 16 ou 20 tirantes para reter as tampas sob as tremendas forças produzidas.
A National Fluid Power Association (NFPA) padronizou as dimensões dos cilindros de tirantes hidráulicos. Isso permite que cilindros de diferentes fabricantes sejam trocados nas mesmas montagens. Cilindros tipo tirante podem ser completamente desmontados para manutenção e reparo.
Podemos fornecer cilindros hidráulicos padrão e personalizados, incluindo cilindros hidráulicos de tirantes, para atender às suas aplicações, requisitos e parâmetros operacionais específicos. Basta preencher nosso formulário de projeto de cilindro sob medida e um de nossos engenheiros hidráulicos entrará em contato com você imediatamente.
Cilindro Hidráulico Corpo Soldado
Esses cilindros hidráulicos não possuem tirantes. O barril é soldado diretamente nas tampas das extremidades. As portas são soldadas ao tambor e a glândula da haste dianteira é geralmente rosqueada ou aparafusada ao tambor do cilindro. Isso permite que o conjunto da haste do pistão e as vedações da haste sejam removidas para manutenção.
Cilindros de corpo soldado têm uma série de vantagens sobre os cilindros do tipo tirante. Por exemplo, os cilindros soldados têm um corpo mais estreito e geralmente um comprimento total mais curto, permitindo que eles se encaixem melhor nos limites apertados das máquinas. Cilindros soldados não sofrem falhas devido ao estiramento do tirante em altas pressões e cursos longos. O design soldado também se presta à personalização.
Além disso, recursos especiais são facilmente adicionados ao corpo do cilindro. Estes podem incluir portas especiais, montagens personalizadas, manifolds de válvula e assim por diante. O corpo externo liso dos cilindros soldados também permite o projeto de cilindros telescópicos de vários estágios.
Além disso, os cilindros hidráulicos de corpo soldado dominam o mercado de equipamentos hidráulicos móveis. Por exemplo, em aplicações como equipamentos de construção (incluindo escavadeiras, tratores) e equipamentos de manuseio de materiais (empilhadeiras e portões de carga). Eles também são usados na indústria pesada, como guindastes, plataformas de petróleo e grandes veículos off-road em mineração acima do solo.
Construção da haste do pistão
A haste do pistão de um cilindro hidráulico opera tanto dentro como fora do tambor e, consequentemente, dentro e fora do fluido hidráulico e da atmosfera circundante.
Revestimentos Metálicos
Superfícies lisas e duras são desejáveis no diâmetro externo da haste do pistão e anéis deslizantes para vedação adequada. A resistência à corrosão também é vantajosa. Muitas vezes, uma camada de cromo pode ser aplicada nas superfícies externas dessas peças. No entanto, as camadas de cromo podem ser porosas – atraindo umidade e eventualmente causando oxidação.
Em ambientes marinhos agressivos, o aço é frequentemente tratado com uma camada de níquel e uma camada de cromo. Muitas vezes são aplicadas camadas de 40 a 150 micrômetros de espessura. Às vezes, são usadas hastes de aço inoxidável sólidas. Aço inoxidável de alta qualidade, como o AISI 316, pode ser usado para aplicações de baixa tensão. Outros aços inoxidáveis, como o AISI 431, também podem ser usados onde há tensões mais altas, mas menos problemas de corrosão.
Revestimentos Cerâmicos
Revestimentos cerâmicos foram desenvolvidos, devido às deficiências dos materiais metálicos. Inicialmente os esquemas de proteção cerâmica pareciam ideais, mas a porosidade era maior do que a projetada. Recentemente foram introduzidos os revestimentos semicerâmicos Lunac 2+ resistentes à corrosão. Esses revestimentos duros não são porosos e não sofrem de alta fragilidade.
Comprimentos
As hastes do pistão geralmente estão disponíveis em comprimentos, que são cortados de acordo com a aplicação. Como as hastes comuns possuem núcleo de aço macio ou macio, suas extremidades podem ser soldadas ou usinadas para rosca.
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