A cilindro hidráulicopode funcionar suavemente durante a maior parte do seu curso e ainda danificar a máquina no final do percurso. A falha geralmente aparece como uma pancada forte, uma estrutura vibratória, um pico de pressão, um pino de montagem solto ou uma vedação que começa a vazar antes do esperado.
O problema geralmente não é a falta de força no cilindro. É que a massa em movimento não foi desacelerada de forma controlada antes do pistão atingir a tampa final.
O amortecimento do cilindro hidráulico é o método de engenharia usado para reduzir o impacto final. Uma almofada cria um caminho de fluxo restrito próximo ao final do curso. À medida que o pistão entra na zona de amortecimento, o óleo é forçado através da restrição. A resistência resultante absorve parte da energia em movimento e desacelera o pistão antes do contato mecânico.
Essa explicação é simples. O design correto não é. Uma almofada muito aberta pode permitir que o pistão atinja a tampa. Uma almofada demasiado restritiva pode criar um pico de pressão, calor excessivo ou um atraso inaceitável no ciclo. A configuração correta depende da velocidade, carga, viscosidade do óleo, pressão, temperatura, montagem e do circuito completo.
Uma almofada não torna o cilindro “suave” em todas as partes do curso. Atua apenas na parte final de extensão, retração ou ambas, dependendo do projeto do cilindro.
A almofada controla três eventos conectados:
Se uma destas três condições for ignorada, o ajuste torna-se tentativa e erro. O operador pode fechar a válvula agulha para remover o impacto, apenas para criar um problema de pressão em outro lugar.
A carga que se aproxima do final do curso carrega energia cinética. De forma simplificada:
ondemé a massa móvel efetiva evé a velocidade do pistão no início da desaceleração.
O quadrado da velocidade é importante. Se a velocidade aumentar, a energia que deve ser controlada aumenta mais rapidamente do que a própria velocidade. Um cilindro que se desloca duas vezes mais rápido não precisa simplesmente do dobro da capacidade de amortecimento; a energia móvel pode ser aproximadamente quatro vezes maior quando a massa efetiva permanece inalterada.
É por isso que uma almofada que funciona em uma bancada de testes sem carga pode falhar quando o cilindro está conectado a uma lança, corrediça, placa ou estrutura de elevação. A máquina adiciona massa móvel e também pode adicionar gravidade, energia mecânica armazenada e mudança de alavancagem.
O cálculo é apenas uma primeira verificação. O equipamento real também precisa que os efeitos do atrito, da direção da carga, do ar aprisionado, da compressibilidade do óleo e da resposta da válvula sejam considerados.
Um arranjo de amortecimento comum usa uma lança ou manga de amortecimento que entra em um furo correspondente na tampa da extremidade. O movimento do pistão fecha o caminho normal de retorno e deixa uma passagem controlada menor para o óleo.
A sequência normalmente é:
- O pistão percorre o curso principal com restrição relativamente baixa.
- A lança da almofada entra na cavidade da tampa final.
- A área de saída de óleo disponível diminui.
- A contrapressão aumenta no lado de amortecimento do pistão.
- O pistão desacelera antes do contato mecânico.
- Perto do final do percurso, uma válvula de retenção ou caminho de desvio permite um movimento mais rápido na direção oposta, dependendo do projeto.
A geometria deve ser limpa e concêntrica. Uma lança danificada, cavidade contaminada ou folga incorreta alteram a área de fluxo. O cilindro pode então amortecer de forma desigual, mesmo quando o ajuste externo não se moveu.
Uma almofada ajustável permite que o técnico altere a restrição de acordo com a máquina. É útil quando a carga, a temperatura do óleo ou a velocidade do ciclo mudam. Não é permitido operar fora das classificações do cilindro e do circuito.
Um procedimento prático de ajuste deve seguir uma sequência controlada:
Utilize a posição inicial aprovada para o ajuste da almofada. Não comece com o ajustador totalmente fechado. Uma passagem totalmente restrita pode gerar um aumento de pressão antes que o operador entenda o que está acontecendo.
Se o projeto da máquina permitir, teste o movimento em velocidade reduzida e sem pessoal desnecessário próximo à estrutura móvel. Confirme a direção do movimento, a localização do final do curso e o método de parada de emergência disponível.
Grave a configuração original. Faça uma pequena alteração, repita o mesmo movimento e observe o impacto, o tempo de parada, o comportamento da pressão e a temperatura. Se o operador alterar o fluxo da bomba, o ajuste do amortecimento e o sincronismo da válvula em conjunto, o resultado não poderá ser atribuído a uma causa.
A extensão e a retração nem sempre têm a mesma carga efetiva. Um cilindro vertical pode ser assistido pela gravidade em uma direção e oposto pela gravidade na outra. Uma almofada aceitável durante a extensão pode ser muito agressiva durante a retração.
| Sintoma de campo | Possível causa para investigar | Primeira verificação |
|---|---|---|
| Golpe forte a todo vapor | Almofada muito aberta, almofada não engatada, velocidade excessiva | Confirme o encaixe da almofada e as marcas de contato da tampa final |
| Movimento final lento | Restrição muito apertada, óleo frio, caminho de fluxo subdimensionado | Compare a temperatura e a pressão do óleo durante o amortecimento |
| Pico de pressão perto do curso final | Restrição excessiva, ar preso, resposta de alívio do circuito deficiente | Monitore a pressão com o ponto de teste e classificação corretos |
| Comportamento diferente quando quente | A viscosidade do óleo muda com a temperatura, vazamento interno ou sensibilidade de ajuste | Repita o teste em temperatura operacional estável |
| A almofada funciona apenas em uma direção | Almofada unilateral, problema na válvula de retenção ou carga desigual | Inspecione os circuitos de amortecimento e a direção da carga |
| A batida permanece após o ajuste | Folga mecânica ou movimento da estrutura podem estar envolvidos | Inspecione pinos, buchas, suportes e batentes rígidos |
A tabela é um guia de solução de problemas, não um diagnóstico. O mesmo sintoma pode ter mais de uma causa. Um cilindro não deve ser modificado antes que as causas do lado da máquina tenham sido verificadas.
Uma almofada não pode compensar um circuito de controle inadequado. Os seguintes itens podem alterar o comportamento de fim de curso:
O dispositivo de controle de fluxo determina a rapidez com que o cilindro se aproxima da zona de amortecimento. Os arranjos de entrada e saída se comportam de maneira diferente quando a carga está ultrapassando. A escolha correta depende da direção da carga e do risco de movimento descontrolado.
Quando a resistência da almofada aumenta, a pressão pode aumentar rapidamente. A válvula de alívio deve proteger o circuito sem permitir que o pistão pare de forma imprevisível. A configuração, resposta e localização da válvula devem ser revisadas com a classificação de pressão do cilindro.
Cargas verticais ou suspensas podem exigir um arranjo de controle de carga. Uma almofada é um dispositivo de desaceleração; não é um substituto para uma função de suporte de carga ou contrapeso adequadamente projetada.
O ar pode tornar o movimento final elástico, barulhento e inconsistente. Antes de avaliar a almofada, sangre o sistema de acordo com o procedimento da máquina e verifique se há entrada de ar no lado da sucção ou se há nível baixo no reservatório.
A restrição é afetada pela viscosidade do fluido. Um ajuste estabelecido com óleo frio poderá ter comportamento diferente após a máquina atingir a temperatura de operação. O comissionamento deve incluir uma verificação de ciclo quente, e não apenas um teste inicial.
Ao solicitar um cilindro hidráulico personalizado, os seguintes dados deverão ser enviados ao fabricante do cilindro:
- Massa móvel eficaz
- Velocidade necessária antes da zona de amortecimento
- Direção da carga de extensão e retração
- Curso e comprimento de almofada disponível
- Pressão de trabalho e pico
- Tipo de fluido hidráulico e faixa de temperatura
- Fluxo da bomba e disposição da válvula
- Estilo de montagem e condições de alinhamento
- Tempo de ciclo necessário
- Se é necessário amortecimento na extensão, retração ou ambos
Um desenho deve identificar a localização da almofada, o acesso para ajuste, a posição da porta, as dimensões de montagem e qualquer parada mecânica. “Com almofada” não é uma especificação de engenharia completa.
Se uma máquina estiver operando com impactos repetidos no final do curso, inspecione mais do que a vedação do cilindro. Verificar:
- Pinos de montagem na extremidade da haste e na extremidade da tampa
- Buchas e furos de manilha
- Suportes de montagem soldados
- Paradas finais mecânicas
- Conexões de mangueira e braçadeiras de tubo
- Retidão da haste do cilindro e condição da superfície
- Marcas de cobertura final ao redor da cavidade da almofada
- Registros de temperatura e pressão do óleo
Uma parada brusca transfere energia para toda a estrutura. Substituir o cilindro sem corrigir um pino solto, um suporte desalinhado ou um ajuste incorreto da válvula só poderá levar a falha para a próxima unidade de substituição.
Algumas máquinas precisam de uma solução diferente. Se a carga precisar parar em diversas posições, o controle proporcional externo, a frenagem hidráulica ou um circuito dedicado de controle de movimento podem ser mais adequados. Se o cilindro estiver sendo usado como batente estrutural, pode ser necessário reprojetar um batente mecânico em vez de solicitar que a almofada absorva uma carga anormal.
A pergunta certa não é “A almofada do cilindro pode esconder o impacto?” É “Onde a energia em movimento deve ser controlada e como o sistema provará que é controlada de forma consistente?”
O amortecimento do cilindro hidráulico é uma pequena parte de um cilindro, mas fica no ponto onde o movimento se torna força. O projeto correto começa com o movimento da massa e da velocidade e continua com a geometria do amortecedor, restrição de fluxo, proteção do circuito, temperatura e alinhamento da máquina.
Para um projeto OEM ou de substituição, forneça os dados reais de carga, velocidade, curso, pressão, óleo e montagem. Um fabricante de cilindros pode então revisar os requisitos de amortecimento como parte do conjunto hidráulico completo, em vez de tratá-los como uma opção padrão.
Caso seu cilindro bata forte no final do curso, envie o desenho do cilindro, pressão de operação, vazão, curso, velocidade do ciclo e uma breve descrição da carga. A HCIC pode revisar as especificações do cilindro e as condições de aplicação antes de uma substituição ou projeto personalizado ser cotado.
