Cuando un ingeniero OEM solicita uncilindro hidráulicoque puede “empujar 10 toneladas” o “tirar 10 toneladas”, la primera pregunta es si esa fuerza se requiere en el lado del diámetro total o en el lado de la varilla. Un cilindro hidráulico diferencial tiene un área de pistón completa en un lado y un área anular en el otro. La varilla ocupa parte del área del lado de la varilla, por lo que la fuerza de tracción disponible es menor a la misma presión.
Esa diferencia es fácil de pasar por alto cuando se selecciona un cilindro de reemplazo por el diámetro exterior o por un número de pieza antiguo. También es la razón por la que un cilindro que parece tener suficiente capacidad nominal puede no entregar la fuerza requerida en la dirección real del movimiento.
Esta guía explica la lógica de cálculo utilizada para una revisión inicial de OEM. No sustituye un diseño completo de la máquina, una verificación estructural, una revisión del circuito hidráulico o una evaluación de seguridad.
El orificio, o diámetro del pistón, determina el área total del pistón expuesta a la presión. Un diámetro mayor puede producir más fuerza teórica a la misma presión, pero también cambia el volumen de aceite, el flujo requerido para una velocidad determinada, la envolvente del cilindro y los requisitos de montaje.
El diámetro de la varilla afecta la fuerza de tracción porque la varilla ocupa un área en el lado de la varilla. También afecta la conexión de la varilla, la carga de la guía, el espacio disponible y la forma en que el cilindro maneja la compresión o la tensión. No se puede seleccionar una varilla únicamente a partir de la fuerza de tracción; También son importantes la carrera, el montaje, la guía y la trayectoria de carga real.
Utilice la presión que realmente esté disponible en el cilindro durante el movimiento requerido, no solo la configuración de alivio máximo de la bomba. Las pérdidas de presión a través de válvulas, mangueras, accesorios y otros componentes pueden reducir la presión suministrada al cilindro. La secuencia operativa de la máquina debe determinar la presión de diseño utilizada para el primer cálculo.
Para un cálculo de primer paso utilizando unidades consistentes:
Fuerza de empuje:
Fuerza de tracción:
Dónde:
Para una sección circular:
Si la presión se ingresa en psi y el diámetro en pulgadas, el resultado es en libras-fuerza. Si se introduce la presión en pascales y el diámetro en metros, el resultado está en newtons. Mantenga el sistema de unidades consistente de principio a fin.
Estas ecuaciones describen la fuerza hidráulica teórica. No incluyen automáticamente la fricción del sello, la fricción de la guía, las pérdidas mecánicas, la caída de presión, el ángulo de carga, la aceleración, la deflexión estructural o un factor de seguridad.
Supongamos que un ingeniero está examinando un cilindro con:
El área completa del pistónes:
El área de la varilla es:
Los valores teóricos del primer paso son por tanto:
La diferencia no es un defecto de fabricación. Proviene de la zona de desplazamiento de la varilla en el lado de la varilla. El ejemplo es sólo para entrenamiento en cálculo; no es una clasificación para un producto o máquina HCIC específico.
La carga no siempre actúa directamente a lo largo de la línea central del cilindro. Una disposición de palanca, articulación, bisagra o tijera puede aumentar o reducir la fuerza requerida en diferentes posiciones. El ingeniero debe calcular el peor punto del movimiento, no sólo la posición inicial.
También importa el ángulo entre el cilindro y el miembro impulsado. Un cilindro puede tener una fuerza teórica alta pero un componente de fuerza pobre en un ángulo particular. Un dibujo que muestra la ruta y las posiciones de la carga es más útil que un solo número de carga.
Liberar una carga, acelerarla y moverla a velocidad constante son condiciones diferentes. La fricción del sello, la resistencia de la guía, la inercia y la resistencia del material pueden hacer que la fuerza inicial sea mayor que la fuerza requerida durante una parte suave de la carrera.
Para equipos como eyectores, compactadores, cucharas y mecanismos de elevación, el comprador debe describir cuándo ocurre la fuerza más alta y si la carga puede atascarse o cambiar durante el recorrido.
Es posible que la lectura de presión cerca de la bomba no sea la presión en el puerto del cilindro. La longitud de la manguera, los accesorios, las válvulas direccionales, los controles de flujo y la contrapresión influyen en la presión disponible. Un cálculo fiable debería identificar dónde se mide la presión y bajo qué condiciones de funcionamiento.
Una varilla cargada en compresión puede requerir una revisión de la estabilidad de la varilla, especialmente en una disposición de carrera larga o mal guiada. Una varilla cargada en tensión puede estar controlada por diferentes límites de conexión y material. Este artículo no reemplaza un cálculo de pandeo ni una verificación estructural; separa el cálculo de fuerza-área de esas comprobaciones adicionales.
Un diámetro mayor puede aumentar la fuerza, pero también aumenta el volumen de aceite necesario para mover el pistón en una carrera determinada. Para una velocidad objetivo, el flujo requerido está relacionado con el área efectiva de la cámara y la velocidad del pistón. El lado de la varilla tiene un volumen por unidad de longitud diferente al del lado de paso total.
Eso crea una compensación de diseño:
Por lo tanto, un cilindro debe dimensionarse con la bomba, la válvula, el depósito, la manguera, el montaje y el ciclo de la máquina como un solo sistema.
Una consulta OEM útil debe incluir:
Cuanto más completa sea la ruta de carga, más fácil será distinguir un problema de tamaño de cilindro de un problema de estructura, varillaje o circuito hidráulico.
Cilindro hidráulicoEl cálculo de la fuerza de empuje y tracción comienza con tres entradas básicas: diámetro del orificio, diámetro de la varilla y presión efectiva. El área completa del pistón determina la fuerza de empuje del primer paso, mientras que el vástago reduce el área efectiva y, por tanto, la fuerza de tracción.
Ese cálculo es sólo el comienzo. El ángulo de varillaje, la resistencia de arranque, la velocidad, la pérdida de presión, la carga del vástago, el montaje, la guía y la estructura de la máquina determinan si un cilindro es adecuado para la aplicación real. Los compradores OEM que proporcionan la ruta de carga completa y los datos hidráulicos pueden recibir una cotización más útil que los compradores que envían solo un número de fuerza.
HCIC desarrolla y fabrica cilindros hidráulicos, unidades de potencia hidráulica y componentes relacionados para vehículos, manipulación de residuos, equipos de construcción e industriales. La idoneidad técnica debe compararse con el diseño real de la máquina y los requisitos de seguridad aplicables.
