Intensificação de pressão emcilindros hidráulicosé um problema de projeto de circuito que pode permanecer invisível durante a operação normal e aparecer apenas quando uma câmara fica bloqueada, uma válvula fecha, a temperatura do óleo muda ou uma carga força o movimento em uma direção inesperada.
A causa básica é a área desigual nos dois lados de um pistão de haste única. Quando o óleo fica preso de um lado e o outro lado é pressurizado ou forçado a se mover, o pistão pode atuar como um intensificador hidráulico. A pressão resultante na câmara bloqueada pode ser superior à pressão fornecida pela bomba.
O bloqueio térmico é um risco relacionado. Se o óleo ficar preso entre as válvulas fechadas e a temperatura do cilindro aumentar, o fluido se expande dentro de um volume quase fixo. O aumento de pressão pode atuar nas vedações, conexões, válvulas, tubulações e componentes do cilindro, mesmo que a bomba não esteja funcionando.
Para os compradores OEM, a questão principal não é apenas “Qual é a pressão de trabalho do cilindro?” É também “Que pressão o cilindro pode ver quando o circuito está bloqueado, aquecido, abaixado, parado ou retrocedido?”
Um convencionalcilindro hidráulico de haste únicatem uma área de pistão completa no lado da tampa e uma área anular menor no lado da haste. A haste ocupa parte da área do pistão no lado da haste.
Se o lado da tampa estiver pressurizado enquanto o volume do lado da haste não puder ser descarregado, a força transmitida através do pistão atuará na área menor do lado da haste. Um relacionamento de primeira passagem é:
Esse relacionamento é uma ferramenta de triagem de engenharia. Ele assume uma condição estática simplificada e não substitui uma análise completa do circuito. A pressão real depende do vazamento, do conteúdo de ar retido, da compressibilidade do fluido, da conformidade estrutural, do comportamento da vedação, da resposta da válvula, do atrito, da temperatura e da direção do movimento.
A proporção de área é a razão pela qual um cilindro pode sofrer uma pressão no lado da haste que excede a pressão da bomba. O cilindro não cria energia do nada; ele troca força e deslocamento através da geometria do pistão enquanto o volume bloqueado sofre uma pressão diferente.
Suponha, apenas para ilustrar a relação de área, que:
A área do pistão do lado da tampa é de 10 pol²
- A área anular do lado da haste é de 7 pol²
- A pressão do lado da tampa é de 2.100 psi
- A câmara do lado da haste não consegue descarregar
A estimativa simplificada de intensificação é:
Esta não é uma classificação de produto, resultado de teste ou aprovação de projeto. É um exemplo de cálculo que mostra por que um cilindro classificado para a pressão da bomba ainda pode exigir uma revisão da câmara oposta e do arranjo da válvula.
Se a área do lado da haste for muito menor que a área do lado da tampa, a relação de pressão teórica torna-se mais severa. A máquina real pode aliviar ou limitar a pressão através de vazamento, válvula de alívio ou movimento estrutural, mas esses caminhos devem ser projetados e verificados intencionalmente.
A condição clássica é a pressão aplicada à extremidade da tampa enquanto a extremidade da haste é bloqueada por uma válvula direcional fechada, válvula de retenção de carga, válvula de retenção operada por piloto ou caminho de fluido congelado.
O risco aumenta quando o cilindro é empurrado em direção à retração pela carga ou pela pressão de entrada na extremidade da tampa. O óleo do lado da haste não tem para onde ir, então a pressão pode aumentar rapidamente.
Válvulas de retenção de carga são usadas para evitar movimentos descontrolados. São componentes de segurança importantes, mas o circuito ainda deve fornecer um caminho controlado para o óleo retido durante a extensão, retração, parada e mudanças térmicas.
Um arranjo de válvula que mantém uma carga suspensa em um estado pode criar um coletor de pressão em outro estado. A revisão deve abranger partida, movimento normal, parada de emergência, falha na mangueira, desenergização da válvula e isolamento de manutenção.
Um cilindro acionado contra uma parada brusca pode criar um pico de pressão ou reter fluido se a válvula continuar a fornecer fluxo. A parada mecânica não retira a energia hidráulica; transfere a carga para a estrutura, cilindro, suportes e circuito.
O controle de final de curso, as configurações de amortecimento, os caminhos de alívio e as paradas da máquina devem, portanto, ser revisados em conjunto. Uma almofada não substitui um caminho limitador de pressão corretamente projetado.
Alguns circuitos conectam intencionalmente as portas do cilindro de uma forma que altera a velocidade ou usa óleo deslocado no lado da haste. Esses circuitos podem criar relações incomuns de pressão e fluxo. Um cálculo padrão do cilindro pode não descrever as pressões reais da porta.
O esquema deve identificar todas as conexões entre as câmaras da extremidade da tampa e da extremidade da haste, incluindo caminhos de regeneração, linhas piloto, válvulas de sequência e controles de fluxo.
O óleo hidráulico se expande quando a temperatura aumenta. Se o óleo estiver preso num volume rígido ou quase rígido, a expansão não terá para onde ir e a pressão aumentará.
O aumento de pressão é influenciado pelas propriedades do fluido, volume retido, mudança de temperatura, conteúdo de ar, elasticidade dos componentes e disponibilidade de vazamento ou alívio. Uma estimativa simplificada da expansão térmica pode ajudar a mostrar a direção do risco, mas não deve ser usada como uma previsão de pressão final sem os dados do fluido e a conformidade do sistema.
O bloqueio térmico pode ocorrer quando:
- Um cilindro é isolado por duas válvulas fechadas
- Verificações operadas por piloto prendem ambas as portas
- Os acopladores rápidos são desconectados com óleo preso entre eles
- Uma máquina é transportada de condições frias para uma oficina quente
- A luz solar ou outra fonte de calor aquece um cilindro isolado
- Um circuito de retenção de carga impede a equalização normal da pressão
A bomba pode estar desligada enquanto a pressão aumenta. É por isso que o pessoal de manutenção não deve presumir que um circuito hidráulico desenergizado esteja livre de pressão.
Identifique os volumes presos e calcule ou teste o caminho de pressão para a extremidade da tampa e a extremidade da haste. Inclui vazamento de válvula, expansão térmica, ar aprisionado e conformidade estrutural.
Um circuito pode precisar de um dispositivo de alívio, volume de expansão, arranjo de acumulador ou caminho de compensação controlado. A solução correta depende da carga, do perigo, da arquitetura da válvula e dos requisitos aplicáveis do projeto da máquina.
Não adicione uma válvula de alívio sem verificar seu ajuste de pressão, capacidade de vazão, rota de descarga e interação com a função de retenção de carga.
Verifique o tubo do cilindro, o pistão, a haste, as vedações, as portas, as mangueiras, as conexões, as válvulas, os coletores e a estrutura de montagem. A configuração de alívio da bomba não é automaticamente a pressão máxima observada em cada câmara bloqueada.
Revise a parada normal, parada de emergência, perda de energia elétrica, falha na mangueira, retorno do carretel da válvula, perda de pressão do piloto e isolamento de manutenção manual. Uma condição de retenção segura ainda pode exigir um caminho de alívio de pressão.
Defina a condição de partida a frio, temperatura operacional, condição estacionada, temperatura de armazenamento e exposição direta ao calor. Se um cilindro puder ser isolado enquanto o fluido estiver preso, a pressão térmica deverá ser considerada na análise de riscos.
Pode-se suspeitar de intensificação de pressão ou bloqueio térmico quando a máquina mostra:
- Uma mangueira do lado da haste ou falha na conexão, apesar da pressão normal da bomba
- Um padrão de extrusão de vedação sem um evento de sobrepressão da bomba correspondente
- Um cilindro que se torna difícil de mover após aquecimento ou resfriamento
- Uma válvula de retenção de carga que trava com mais força do que o esperado
- Pressão restante após a parada da bomba
- Uma conexão que não pode ser afrouxada com segurança durante a manutenção
- Uma válvula de alívio que abre somente após uma parada ou mudança de temperatura
- Picos de pressão inexplicáveis quando um cilindro atinge uma parada mecânica
Esses sintomas não são prova de um mecanismo. Eles indicam que a pressão da porta e o comportamento do volume bloqueado devem ser medidos e mapeados.
1. Torne a máquina segura. Siga o procedimento de isolamento e energia armazenada do fabricante da máquina. Não afrouxe uma conexão para “ver se há pressão”.
2. Registre ambas as pressões das portas. Meça a pressão nas portas do cilindro sob as condições relevantes de carga e temperatura, não apenas na bomba.
3. Rastreie a lógica da válvula. Identifique verificações operadas por piloto, válvulas de contrapeso, válvulas de sequência, controles de fluxo e qualquer conexão de regeneração.
4. Identifique os volumes presos. Marque todas as seções que podem ser isoladas por válvulas fechadas ou acopladores desconectados.
5. Verifique o histórico de temperatura. Registre as temperaturas ambiente e do fluido antes, durante e depois do evento de pressão.
6. Inspecione o local da falha. Compare as vedações, as conexões, as mangueiras e as cavidades das válvulas do lado da haste e do lado da tampa quanto a danos relacionados à pressão.
7. Revise a revisão do desenho. Confirme se as modificações em campo não removeram um caminho de alívio nem alteraram o encanamento da válvula.
8. Teste novamente em condições controladas. Use instrumentação adequada e um plano de teste documentado antes de devolver a máquina ao serviço.
Um fabricante pode fornecer uma resposta mais útil quando a consulta inclui:
- Furo do cilindro, diâmetro da haste, curso e disposição de montagem
Tamanhos de porta da extremidade da tampa e da haste e roteamento da mangueira
- Esquema hidráulico com símbolos de válvulas e linhas piloto
- Pressão de alívio da bomba e pressão medida em cada porta do cilindro
- Direção da carga, condição de carga suspensa e paradas mecânicas
- Números de peça da válvula de retenção de carga, válvula de contrapeso e válvula de retenção
- Tipo de fluido, faixa de temperatura e condição de volume retido
- Parada normal, parada de emergência e comportamento de perda de energia
- Fotos de vedações, conexões, mangueiras ou válvulas com falha
- Função de retenção necessária e requisitos de segurança da máquina aplicáveis
Um único valor de pressão da bomba raramente é suficiente para diagnosticar a intensificação da pressão.
O cálculo ilustrativo da área não é uma classificação de pressão. O artigo não atribui uma configuração de alívio universal, tamanho da válvula, faixa de temperatura permitida ou pressão de trabalho segura para um cilindro não especificado.
O limite de pressão correto deve vir do desenho atual do cilindro, da especificação do material e da vedação, do projeto do circuito, dos dados da válvula, das evidências de teste e da avaliação de risco da máquina. Um catálogo Parker, um artigo geral sobre hidráulica ou uma fórmula podem explicar o mecanismo, mas nenhum deles substitui a revisão final da aplicação.
A HCIC, também conhecida como Jinan Huachen Industrial Co., Ltd., desenvolve e fabrica cilindros hidráulicos e unidades de energia hidráulica para veículos, manuseio de resíduos, construção e equipamentos industriais. Para uma revisão da intensificação de pressão, forneça o circuito completo e as condições operacionais medidas para que o cilindro possa ser avaliado como parte da máquina, e não isoladamente.
