Quando um engenheiro OEM solicita umcilindro hidráulicoque pode “empurrar 10 toneladas” ou “puxar 10 toneladas”, a primeira questão é se essa força é necessária no lado do furo total ou no lado da haste. Um cilindro hidráulico diferencial possui uma área de pistão completa de um lado e uma área anular do outro. A haste ocupa parte da área lateral da haste, portanto a força de tração disponível é menor na mesma pressão.
Essa diferença é fácil de perder quando um cilindro de substituição é selecionado pelo diâmetro externo ou por um número de peça antigo. É também por isso que um cilindro que parece ter capacidade nominal suficiente pode não fornecer a força necessária na direção real do movimento.
Este guia explica a lógica de cálculo usada para uma revisão inicial do OEM. Não substitui um projeto completo da máquina, verificação estrutural, revisão do circuito hidráulico ou avaliação de segurança.
O furo, ou diâmetro do pistão, determina toda a área do pistão exposta à pressão. Um furo maior pode produzir mais força teórica na mesma pressão, mas também altera o volume de óleo, o fluxo necessário para uma determinada velocidade, o envelope do cilindro e os requisitos de montagem.
O diâmetro da haste afeta a força de tração porque a haste ocupa área na lateral da haste. Também afeta a conexão da haste, a carga da guia, a folga disponível e a forma como o cilindro lida com a compressão ou tensão. Uma haste não pode ser selecionada apenas pela força de tração; o curso, a montagem, a orientação e o caminho real da carga também são importantes.
Use a pressão que está realmente disponível no cilindro durante o movimento necessário, e não apenas a configuração de alívio máximo da bomba. As perdas de pressão através de válvulas, mangueiras, conexões e outros componentes podem reduzir a pressão fornecida ao cilindro. A sequência de operação da máquina deve determinar a pressão de projeto utilizada para o primeiro cálculo.
Para um cálculo de primeira passagem usando unidades consistentes:
Força de impulso:
Força de tração:
Onde:
Para uma seção circular:
Se a pressão for inserida em psi e o diâmetro em polegadas, o resultado será em libras-força. Se a pressão for inserida em pascais e o diâmetro em metros, o resultado será em newtons. Mantenha o sistema de unidades consistente do início ao fim.
Essas equações descrevem a força hidráulica teórica. Eles não incluem automaticamente o atrito da vedação, o atrito da guia, as perdas mecânicas, a queda de pressão, o ângulo de carga, a aceleração, a deflexão estrutural ou um fator de segurança.
Suponha que um engenheiro esteja examinando um cilindro com:
A área completa do pistãoé:
A área da haste é:
Os valores teóricos da primeira passagem são, portanto:
A diferença não é defeito de fabricação. Vem da área de deslocamento da haste no lado da haste. O exemplo é apenas para treinamento de cálculo; não é uma classificação para um produto ou máquina HCIC específico.
A carga nem sempre atua diretamente ao longo da linha central do cilindro. Um arranjo de alavanca, articulação, dobradiça ou tesoura pode aumentar ou reduzir a força necessária em diferentes posições. O engenheiro deve calcular o pior ponto do movimento, não apenas a posição inicial.
O ângulo entre o cilindro e o membro acionado também é importante. Um cilindro pode ter uma força teórica elevada, mas uma componente de força fraca em um determinado ângulo. Um desenho mostrando o caminho e as posições da carga é mais útil do que um único número de carga.
Liberar uma carga, acelerá-la e movê-la em velocidade constante são condições diferentes. O atrito da vedação, a resistência da guia, a inércia e a resistência do material podem tornar a força inicial maior do que a força necessária durante uma parte suave do curso.
Para equipamentos como ejetores, compactadores, garras e mecanismos de elevação, o comprador deve descrever quando ocorre a maior força e se a carga pode emperrar ou mudar durante o curso.
A leitura da pressão perto da bomba pode não ser a pressão na porta do cilindro. O comprimento da mangueira, as conexões, as válvulas direcionais, os controles de fluxo e a contrapressão influenciam a pressão disponível. Um cálculo confiável deve identificar onde a pressão é medida e sob quais condições operacionais.
Uma haste carregada em compressão pode exigir uma revisão da estabilidade da haste, especialmente em um curso longo ou em um arranjo mal guiado. Uma haste carregada em tensão pode ser controlada por diferentes limites de conexão e material. Este artigo não substitui o cálculo de encurvadura ou verificação estrutural; separa o cálculo da área de força dessas verificações adicionais.
Um furo maior pode aumentar a força, mas também aumenta o volume de óleo necessário para mover o pistão em um determinado curso. Para uma velocidade alvo, o fluxo necessário está relacionado à área efetiva da câmara e à velocidade do pistão. O lado da haste tem um volume diferente por unidade de comprimento do lado de passagem total.
Isso cria uma compensação de design:
Um cilindro deve, portanto, ser dimensionado com a bomba, válvula, reservatório, mangueira, montagem e ciclo da máquina como um sistema.
Uma consulta útil do OEM deve incluir:
Quanto mais completo o caminho da carga, mais fácil será distinguir um problema de dimensionamento de cilindros de um problema de estrutura, ligação ou circuito hidráulico.
Cilindro hidráulicoO cálculo da força de empurrar e puxar começa com três entradas básicas: diâmetro do furo, diâmetro da haste e pressão efetiva. A área total do pistão determina a força de impulso na primeira passagem, enquanto a haste reduz a área efetiva e, portanto, a força de tração.
Esse cálculo é apenas o começo. O ângulo de articulação, a resistência inicial, a velocidade, a perda de pressão, a carga da haste, a montagem, a orientação e a estrutura da máquina determinam se um cilindro é adequado para a aplicação real. Os compradores OEM que fornecem o caminho de carga completo e os dados hidráulicos podem receber uma cotação mais útil do que os compradores que enviam apenas um número de força.
A HCIC desenvolve e fabrica cilindros hidráulicos, unidades de energia hidráulica e componentes relacionados para veículos, manuseio de resíduos, construção e equipamentos industriais. A adequação técnica deve ser analisada em relação ao projeto real da máquina e aos requisitos de segurança aplicáveis.
