A cilindro hidráulicopuede funcionar suavemente durante la mayor parte de su carrera y aun así dañar la máquina al final del recorrido. La falla a menudo aparece como un golpe fuerte, un marco que vibra, un pico de presión, un pasador de montaje suelto o un sello que comienza a tener fugas antes de lo esperado.
El problema no suele ser que al cilindro le falte fuerza. Es que la masa en movimiento no ha sido desacelerada de forma controlada antes de que el pistón llegue a la tapa del extremo.
La amortiguación del cilindro hidráulico es el método de ingeniería utilizado para reducir ese impacto final. Un cojín crea una ruta de flujo restringida cerca del final del recorrido. Cuando el pistón entra en la zona de amortiguación, el aceite pasa a través de la restricción. La resistencia resultante absorbe parte de la energía en movimiento y frena el pistón antes del contacto mecánico.
Esa explicación es simple. El diseño correcto no lo es. Un cojín demasiado abierto puede permitir que el pistón golpee la cubierta. Un cojín demasiado restrictivo puede crear un pico de presión, calor excesivo o un retraso inaceptable en el ciclo. El ajuste correcto depende de la velocidad, la carga, la viscosidad del aceite, la presión, la temperatura, el montaje y el circuito completo.
Un cojín no hace que el cilindro sea “suave” en toda la carrera. Actúa sólo durante la parte final de extensión, retracción o ambas, dependiendo del diseño del cilindro.
El cojín controla tres eventos conectados:
Si se ignora una de estas tres condiciones, el ajuste se convierte en prueba y error. El operador puede cerrar la válvula de aguja para eliminar el impacto, sólo para crear un problema de presión en otra parte.
La carga que se acerca al final de la carrera transporta energía cinética. En forma simplificada:
dóndemes la masa en movimiento efectiva yves la velocidad del pistón al inicio de la desaceleración.
El cuadrado de la velocidad importa. Si la velocidad aumenta, la energía que debe controlarse aumenta más rápido que la velocidad misma. Un cilindro que viaja dos veces más rápido no necesita simplemente el doble de capacidad de amortiguación; la energía en movimiento puede ser aproximadamente cuatro veces mayor cuando la masa efectiva no cambia.
Esta es la razón por la que un cojín que funciona en un banco de pruebas sin carga puede fallar cuando el cilindro está conectado a una pluma, corredera, plataforma o estructura de elevación. La máquina agrega masa en movimiento y también puede agregar gravedad, energía mecánica almacenada y palanca cambiante.
El cálculo es sólo una primera comprobación. Los equipos reales también necesitan considerar los efectos de la fricción, la dirección de la carga, el aire atrapado, la compresibilidad del aceite y la respuesta de la válvula.
Una disposición de cojín común utiliza una lanza o manguito de cojín que ingresa en un orificio correspondiente en la cubierta del extremo. El movimiento del pistón cierra el camino de retorno normal y deja un paso controlado más pequeño para el aceite.
La secuencia normalmente es:
- El pistón recorre la carrera principal con una restricción relativamente baja.
- La lanza amortiguadora entra en la cavidad de la cubierta terminal.
- Disminuye la superficie de salida de aceite disponible.
- La contrapresión aumenta en el lado de amortiguación del pistón.
- El pistón desacelera antes del contacto mecánico.
- Cerca del final del recorrido, una válvula de retención o una vía de derivación permite un movimiento más rápido en la dirección opuesta, según el diseño.
La geometría debe ser limpia y concéntrica. Una lanza dañada, una cavidad contaminada o una holgura incorrecta cambian el área de flujo. Entonces, el cilindro puede amortiguar de manera desigual incluso cuando el ajuste externo no se ha movido.
Un cojín ajustable permite al técnico cambiar la restricción para adaptarla a la máquina. Es útil cuando cambia la carga, la temperatura del aceite o la velocidad del ciclo. No está permitido operar fuera de las capacidades nominales del cilindro y del circuito.
Un procedimiento de ajuste práctico debería seguir una secuencia controlada:
Utilice la posición inicial aprobada para ajustar el cojín. No comience con el ajustador completamente cerrado. Un paso completamente restringido puede generar un aumento de presión antes de que el operador comprenda lo que está sucediendo.
Si el diseño de la máquina lo permite, probar el movimiento a velocidad reducida y sin personal innecesario cerca de la estructura en movimiento. Confirme la dirección del movimiento, la ubicación del final de la carrera y el método de parada de emergencia disponible.
Registre la configuración original. Haz un pequeño cambio, repite el mismo movimiento y observa el impacto, el tiempo de parada, el comportamiento de la presión y la temperatura. Si el operador cambia el flujo de la bomba, el ajuste del amortiguador y la sincronización de la válvula al mismo tiempo, el resultado no puede atribuirse a una sola causa.
La extensión y la retracción no siempre tienen la misma carga efectiva. Un cilindro vertical puede ser asistido por la gravedad en una dirección y opuesto por la gravedad en la otra. Un cojín que sea aceptable durante la extensión puede resultar demasiado agresivo durante la retracción.
| Síntoma de campo | Posible causa a investigar | Primer cheque |
|---|---|---|
| Golpe fuerte a toda velocidad | Amortiguador demasiado abierto, amortiguador que no encaja, velocidad excesiva | Confirme el encaje del cojín y las marcas de contacto de la cubierta final |
| Movimiento final lento | Restricción demasiado estricta, aceite frío, vía de flujo demasiado pequeña | Compare la temperatura y la presión del aceite durante la amortiguación |
| Pico de presión cerca del final de la carrera | Restricción excesiva, aire atrapado, mala respuesta de alivio del circuito | Supervise la presión con el punto de prueba y la clasificación correctos |
| Comportamiento diferente cuando hace calor | La viscosidad del aceite cambia con la temperatura, las fugas internas o la sensibilidad de ajuste. | Repita la prueba a una temperatura de funcionamiento estable. |
| El cojín funciona en una sola dirección | Amortiguación unilateral, problema con la válvula de retención o carga desigual | Inspeccione ambos circuitos de amortiguación y la dirección de carga. |
| El golpe permanece después del ajuste. | Puede estar involucrado un juego mecánico o movimiento del marco. | Inspeccionar pasadores, casquillos, soportes y topes duros. |
La tabla es una guía de solución de problemas, no un diagnóstico. Un mismo síntoma puede tener más de una causa. No se debe modificar un cilindro antes de haber comprobado las causas del lado de la máquina.
Un cojín no puede compensar un circuito de control inadecuado. Los siguientes elementos pueden cambiar el comportamiento al final de la carrera:
El dispositivo de control de flujo determina la rapidez con la que el cilindro se acerca a la zona de amortiguación. Las disposiciones de entrada y salida se comportan de manera diferente cuando la carga está sobrepasada. La elección correcta depende de la dirección de la carga y del riesgo de movimiento incontrolado.
Cuando aumenta la resistencia del cojín, la presión puede aumentar rápidamente. La válvula de alivio debe proteger el circuito sin permitir que el pistón se detenga de manera impredecible. El ajuste, la respuesta y la ubicación de la válvula deben revisarse con la clasificación de presión del cilindro.
Las cargas verticales o suspendidas pueden requerir un dispositivo de control de carga. Un cojín es un dispositivo de desaceleración; no sustituye una función de contrapeso o retención de carga correctamente diseñada.
El aire puede hacer que el movimiento final sea elástico, ruidoso e inconsistente. Antes de evaluar el cojín, purgue el sistema de acuerdo con el procedimiento de la máquina y verifique si hay entrada de aire del lado de succión o si el nivel del depósito es bajo.
La restricción se ve afectada por la viscosidad del fluido. Una configuración establecida con aceite frío puede comportarse de manera diferente después de que la máquina alcance la temperatura de funcionamiento. La puesta en servicio debe incluir una verificación del ciclo de calentamiento, no solo una prueba de primer arranque.
Al solicitar un cilindro hidráulico personalizado, se deben enviar los siguientes datos al fabricante del cilindro:
- Masa en movimiento efectiva
- Velocidad requerida antes de la zona de amortiguación.
- Dirección de carga de extensión y retracción.
- Carrera y longitud de cojín disponible
- Presión de trabajo y pico.
- Tipo de fluido hidráulico y rango de temperatura.
- Flujo de bomba y disposición de válvulas.
- Estilo de montaje y condiciones de alineación.
- Tiempo de ciclo requerido
- Si se necesita amortiguación en extensión, retracción o ambas
Un dibujo debe identificar la ubicación del cojín, el acceso al ajuste, la posición del puerto, las dimensiones de montaje y cualquier tope mecánico. “Con cojín” no es una especificación de ingeniería completa.
Si una máquina ha estado funcionando con repetidos impactos de final de carrera, inspeccione algo más que el sello del cilindro. Controlar:
- Pasadores de montaje del extremo del vástago y del extremo de la tapa
- Bujes y orificios de horquilla.
- Soportes de montaje soldados
- Topes finales mecánicos
- Conexiones de manguera y abrazaderas de tubo.
- Rectitud del vástago del cilindro y estado de la superficie.
- Marcas de la funda alrededor de la cavidad del cojín.
- Registros de temperatura y presión del aceite.
Una parada brusca transfiere energía a toda la estructura. Reemplazar el cilindro sin corregir un pasador suelto, un soporte desalineado o una configuración incorrecta de la válvula solo puede trasladar la falla a la siguiente unidad de reemplazo.
Algunas máquinas necesitan una solución diferente. Si la carga debe detenerse en varias posiciones, puede ser más adecuado un control proporcional externo, un frenado hidráulico o un circuito de control de movimiento dedicado. Si el cilindro se utiliza como tope estructural, es posible que sea necesario rediseñar un tope mecánico en lugar de pedirle al cojín que absorba una carga anormal.
La pregunta correcta no es "¿Puede la amortiguación del cilindro ocultar el impacto?" Se trata de “¿Dónde se debe controlar la energía en movimiento y cómo demostrará el sistema que se controla de manera consistente?”
La amortiguación del cilindro hidráulico es una pequeña parte de un cilindro, pero se encuentra en el punto donde el movimiento se convierte en fuerza. El diseño correcto comienza con la masa en movimiento y la velocidad, luego continúa con la geometría del cojín, la restricción del flujo, la protección del circuito, la temperatura y la alineación de la máquina.
Para un proyecto OEM o de reemplazo, proporcione los datos reales de carga, velocidad, carrera, presión, aceite y montaje. Luego, un fabricante de cilindros puede revisar los requisitos de amortiguación como parte del conjunto hidráulico completo en lugar de tratarlo como una opción estándar.
Si su cilindro golpea fuerte al final de la carrera, envíe el dibujo del cilindro, la presión de operación, el caudal, la carrera, la velocidad del ciclo y una breve descripción de la carga. HCIC puede revisar las especificaciones del cilindro y las condiciones de aplicación antes de cotizar un reemplazo o un diseño personalizado.
