Aprende comocilindros hidráulicostrabaje, explore diseños clave y encuentre la solución adecuada para su sistema
Los cilindros hidráulicos, también llamados "arietes hidráulicos", obtienen energía del fluido hidráulico presurizado, generalmente aceite hidráulico. Están formados por un cilindro, en cuyo interior se mueve un pistón unido a un vástago. El cañón está cerrado en ambos extremos: un extremo es la parte inferior del cilindro (también conocido como extremo de la tapa) y el otro es la culata, por donde sale el vástago del pistón. El pistón tiene anillos deslizantes y sellos, y divide el interior del cilindro en dos cámaras: la cámara inferior (extremo de la tapa) y la cámara del lado del vástago (extremo del vástago). La presión hidráulica actúa sobre el pistón para producir trabajo y movimiento lineal.
Bridas, muñones y/o horquillas están unidos al cuerpo del cilindro. El vástago del pistón también tiene piezas de montaje para conectar el cilindro hidráulico al objeto o componente de la máquina que empuja.
Un cilindro hidráulico es el actuador o "motor", parte de un sistema hidráulico, a veces llamado "músculos", que facilita levantar, bajar, mover o "bloquear" cargas pesadas. La parte "generadora" del sistema es la bomba hidráulica, que envía un flujo de aceite fijo o regulado al lado inferior del cilindro para mover el vástago del pistón hacia arriba. El pistón empuja el aceite hidráulico de la otra cámara de regreso al depósito. Si asumimos que la presión del aceite en la cámara del vástago del pistón es casi cero, la fuerza sobre el vástago del pistón es igual a la presión en el cilindro hidráulico multiplicada por el área del pistón (F=PA).
El pistón se mueve hacia abajo cuando se bombea aceite a la cámara lateral del vástago del pistón y el aceite hidráulico del área del pistón regresa al depósito sin presión. La presión en la cámara del área del vástago del pistón es (fuerza de tracción) dividida por (área del pistón – área del vástago del pistón).
También conocidos como "gatos hidráulicos" o "actuadores", los cilindros hidráulicos convierten la energía del fluido en energía mecánica. A diferencia de los motores hidráulicos, que producen movimiento giratorio, los cilindros hidráulicos realizan un movimiento lineal (traslación), por lo que también se les llama “motores lineales”.
Utilizados a altas presiones, los cilindros hidráulicos generan grandes fuerzas y movimientos precisos. Por eso están fabricados con materiales resistentes como el acero, que pueden resistir las grandes fuerzas involucradas.
Hay dos tipos principales de construcción de cilindros hidráulicos que se utilizan en la industria: cilindros con barra de acoplamiento y cilindros con cuerpo soldado. Otros diseños de cilindros comunes incluyen cilindros hidráulicos telescópicos, de émbolo, diferenciales, de refase, de simple efecto y de doble efecto.
La mayoría de los cilindros hidráulicos son de doble acción: se puede aplicar aceite presurizado a cualquier lado del pistón para permitir el movimiento en ambas direcciones. A veces se utilizan cilindros de simple efecto cuando el peso de la carga se utiliza para devolver el cilindro a su posición cerrada.
Los cilindros hidráulicos ofrecen más flexibilidad en diseño y estructura al transferir fuerza entre dos puntos diferentes. Cilindros de diferentes tamaños permiten crear un sistema que puede tirar, empujar y levantar pesas. Se pueden incluir curvas y esquinas en el diseño del sistema, lo cual resulta útil si hay limitaciones de espacio.
Sin embargo, los cilindros hidráulicos sólo deben usarse para empujar y tirar linealmente. No se deben transmitir momentos de flexión ni cargas laterales al vástago del pistón o al cilindro. Por este motivo, lo ideal es conectar un cilindro mediante una única horquilla con un rodamiento de bolas esférico. Esto permite que el cilindro se mueva y se ajuste a cualquier desalineación entre él mismo y la carga que está empujando.
La longitud total de un cilindro hidráulico es la suma de la carrera, el espesor del pistón, el espesor del fondo y la cabeza, y la longitud de las conexiones. A menudo, esta longitud no cabe en la máquina. En tales casos, el vástago del pistón también se utiliza como cilindro del pistón y se añade un segundo vástago del pistón.
Se denominan cilindros hidráulicos telescópicos. Si un cilindro de vástago normal es de una sola etapa, los cilindros telescópicos son unidades de varias etapas con 2, 3, 4, 5 o incluso 6 etapas. En general, los cilindros hidráulicos telescópicos son mucho más caros que los cilindros normales. La mayoría de los cilindros telescópicos son de simple efecto (solo de empuje). Los cilindros telescópicos de doble efecto deben diseñarse y fabricarse especialmente. Puede encontrar más información técnica en la sección "CÓMO FUNCIONAN LOS CILINDROS" a continuación.
Los cilindros hidráulicos con barra de acoplamiento utilizan varillas de acero roscadas de alta resistencia para sujetar las dos tapas de los extremos al cilindro del cilindro. Este método de construcción se ve más comúnmente en aplicaciones de fábricas industriales. Los cilindros de diámetro pequeño generalmente tienen 4 tirantes, mientras que los cilindros de diámetro grande pueden necesitar hasta 16 o 20 tirantes para mantener las tapas de los extremos en su lugar bajo las enormes fuerzas producidas.
La Asociación Nacional de Energía Fluida (NFPA) ha estandarizado las dimensiones de los cilindros de tirantes hidráulicos. Esto significa que se pueden intercambiar cilindros de diferentes fabricantes en los mismos soportes. Los cilindros con barra de acoplamiento se pueden desmontar completamente para realizar servicio y reparación.
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Los cilindros hidráulicos con cuerpo soldado no tienen tirantes. El cañón está soldado directamente a las tapas de los extremos; los puertos están soldados al cañón; y el casquillo de la varilla delantera generalmente está roscado o atornillado al cilindro. Esto permite retirar el conjunto del vástago del pistón y los sellos del vástago para realizar el mantenimiento.
Los cilindros con cuerpo soldado tienen varias ventajas sobre los cilindros con tirante: tienen un cuerpo más estrecho y, a menudo, una longitud total más corta, lo que los hace encajar mejor en los espacios reducidos de la maquinaria. Los cilindros soldados no fallan debido al estiramiento del tirante a altas presiones y carreras largas. El diseño soldado también facilita la personalización. Se pueden agregar fácilmente características especiales al cuerpo del cilindro, como puertos especiales, soportes personalizados y colectores de válvulas. El cuerpo exterior liso de los cilindros soldados también permite diseñar cilindros telescópicos de varias etapas.
Los cilindros hidráulicos con cuerpo soldado se utilizan ampliamente en el mercado de equipos hidráulicos móviles, como equipos de construcción (incluidas excavadoras y topadoras) y equipos de manipulación de materiales (carretillas elevadoras y compuertas elevadoras traseras). También se utilizan en la industria pesada, como grúas, plataformas petrolíferas y grandes vehículos todoterreno en la minería aérea.
