Cómo determinar el modelo de cilindro hidráulico

Determine la presión del sistema

La selección de presión depende de la carga (F), tipo de equipo, espacio disponible y costo. Una presión insuficiente aumenta el tamaño del actuador, desperdiciando materiales y limitando la flexibilidad de instalación, mientras que una presión excesiva aumenta las demandas sobre los materiales, el sellado y la precisión, incrementando los costos.
El equipo fijo (por ejemplo, máquinas herramienta) generalmente utiliza una presión más baja para la eficiencia de costos, mientras que la maquinaria móvil (por ejemplo, excavadoras) opta por una presión más alta para ahorrar espacio y mejorar la densidad de potencia.

Para una selección específica, consulte la siguiente tabla:

Seleccione la presión de diseño del cilindro hidráulico según la carga:

Seleccione la presión de diseño del actuador hidráulico según el tipo de anfitrión:

Selección inicial del diámetro del cilindro D/diámetro de la varilla

Después de seleccionar la presión de diseño, es decir, P es conocida, y el tamaño de la carga F también es conocido, se utiliza la fórmula para obtener S, el área de fuerza, y luego se calcula el diámetro del cilindro basado en el área de fuerza:
Empuje F1 = A1×P1×β Tracción F2 = A2×P2×β
A1: Área de presión del pistón del lado de empuje cm², A1 = π/4D² = 0.785D²
A2: Área de presión del pistón del lado de tracción cm², A2 = π/4 (D² - d²) = 0.785 (D² - d²)
D: Diámetro interior del cilindro hidráulico, es decir, diámetro del pistón cm
d: Diámetro de la varilla del pistón cm
P1: Presión de acción del lado de empuje kgf/cm²
P2: Presión de acción del lado de tracción kgf/cm²
β: Tasa de carga

Nota: 1. La salida real del cilindro hidráulico es menor que la salida teórica. 2. El valor de la tasa de carga β es del 80% en el caso de una fuerza de inercia pequeña y del 60% en el caso de una fuerza de inercia grande.

Ejemplo: Si la salida del cilindro hidráulico es de 1000 kg y la presión de actuación es de 70kgf/cm², ¿cuál es el diámetro interior del cilindro hidráulico?

Respuesta: Salida F = 1000kg, presión de actuación P = 70kgf/cm², factor de carga β = 0.8, F1 = A1×P1×β, A1 = F1/(P1×β) = 1000/ (70×0.8)= 17.86cm², A1 = π/4D² = 0.785D², por lo que D² = 17.86/0.785 = 22.75cm², D = √22.75 = 4.8cm = 48mm, por lo que el diámetro interior del cilindro es 50mm.

También puede seleccionar de la siguiente tabla:

Según el principio de selección:

1. Consulte la presión de diseño del actuador hidráulico según el tipo de anfitrión, generalmente ≤21Mpa;
2. El diámetro del cilindro debe ser pequeño para reducir costos;
3. Seleccione el tamaño estándar del cilindro, recuerde la fórmula: P = 4F/π D

Luego seleccione el diámetro de la varilla 

P ≤10Mpa, d = 0.5D

P = 12.5 ~ 20Mpa, d = 0.56D

P > 20Mpa, d = 0.71D

alt. Pistón del cilindro hidráulico

Seleccionar carrera 

Según los requisitos del diseño general del equipo o sistema de dispositivos, determine el método de instalación y la carrera S. Los principios de determinación específicos son los siguientes

1. Carrera S = carrera máxima de trabajo real Smax + margen de carrera △S;

Margen de carrera △S = margen de carrera △S1 + margen de carrera △S2 + margen de carrera △S3.

2. Principios para determinar el margen de carrera △S

Determine el estilo de montaje y la carrera S según el diseño del sistema:

S = Smax + △S (△S=△S1+△S2+△S3)

Componentes de △S:

△S1: Tolerancia de fabricación

△S2: Margen de posición de inicio

△S3: Margen de posición final

(Minimizar △S para cilindros amortiguados)

3.Verificar estabilidad para carreras de longitud excesiva

4.Cumplir con los requisitos mínimos de carrera

Seleccionar Método de Instalación

El método de instalación del cilindro se refiere a la forma en que el cilindro está conectado al equipo. Una vez determinado el método de instalación, se determina el tamaño de instalación.

Los principios para determinar el método de instalación:

(1) Instalación de brida (brida de extremo, brida media, brida de cola)

El montaje fijo del cilindro hidráulico es adecuado para aplicaciones donde la fuerza se alinea con el centro de soporte. La posición de montaje (cabeza/centro/cola) depende del esfuerzo de compresión (empuje) o tracción (tirón): la compresión prefiere la brida de cola/centro, la tracción recomienda la brida de cabeza/centro. La selección final debe considerar tanto el diseño estructural como la estabilidad a la flexión en casos de compresión de carrera larga.

alt. Brida del Cilindro Hidráulico

(2) Instalación de bisagra

El montaje del cilindro hidráulico incluye tipos de horquilla de cola (simple/doble) y de muñón de extremo/centro/cola, adecuados para movimiento en trayectoria curva en un plano fijo. Para operaciones angulares, el par es proporcional al brazo de palanca de enlace y al ángulo de pivote.

a) Montaje de Horquilla (Horquilla Simple/Doble, Horquilla Soldada Simple/Doble)

El montaje de horquilla simple es la configuración de pivote más común, adecuada para movimiento en arco de ±3°. Se pueden usar cojinetes esféricos en cualquiera de los extremos (nota los límites de carga). La horquilla doble permite movimiento angular de rango completo pero requiere medidas anti-pandeo para aplicaciones de empuje de carrera larga.

b) Montaje de muñón (Cabeza/Centro/Cola)

El muñón central es estándar, permitiendo una posición equilibrada en peso. Los pasadores de muñón soportan solo cargas de corte: use bloques de cojinetes de longitud completa cerca de las caras de los hombros para minimizar el esfuerzo de flexión. Las aplicaciones de muñón de cola reflejan la horquilla doble. El muñón de cabeza es adecuado para varillas más pequeñas; limite la carrera a ≤5×diámetro del orificio para manejar cargas en voladizo.

alt. Base del Cilindro Hidráulico

(3) Instalación de Trípode (trípodes delanteros y traseros, trípodes izquierdos y derechos, trípodes de soldadura)
Los cilindros montados en pie son adecuados para instalaciones fijas donde el plano de montaje está desviado de la línea central del cilindro. Esta configuración genera un momento de vuelco durante la operación. El anclaje estructural adecuado y la guía de carga son críticos para prevenir cargas laterales excesivas en la varilla del pistón. Disponible en variantes de montaje en pie de extremo y pie lateral.

Selección de Amortiguador de Extremo

Las siguientes condiciones de trabajo deben considerar elegir amortiguador de dos extremos o de un extremo:

1. Cuando el pistón del cilindro hidráulico funciona a lo largo de toda la carrera y su velocidad de vaivén es superior a 100mm/s, se debe seleccionar un amortiguador de dos extremos.
2. Cuando el pistón del cilindro hidráulico tiene una velocidad de vaivén unidireccional superior a 100mm/s y llega al final de la carrera, se debe seleccionar un amortiguador de uno o dos extremos.
3. Otras condiciones de trabajo específicas.

Selección del Tipo y Diámetro del Puerto

1. Tipo de puerto de aceite: tipo de rosca interna, tipo de brida y otros tipos especiales. La selección se determina por el método de conexión de la tubería de conexión en el sistema.
2. Principio de selección del diámetro del puerto de aceite: Bajo la condición de que se conozca la velocidad de flujo del medio en la tubería de conexión entre el sistema y el cilindro hidráulico, la velocidad de flujo del medio a través del puerto de aceite generalmente no es superior a 5m/s. Al mismo tiempo, preste atención al factor de relación de velocidad de flujo para determinar el diámetro del puerto de aceite.

Cilindro Hidráulico con Válvula

1. Mantenimiento de presión: Las válvulas de inversión tipo corredera tienen fugas por holgura y solo pueden mantener la presión por un corto tiempo. Cuando hay un requisito para mantener la presión, se puede agregar una válvula unidireccional controlada hidráulicamente al circuito de aceite, y se puede utilizar la estanqueidad del cierre de la válvula cónica para mantener la presión del circuito de aceite durante un largo tiempo.
2. "Soporte" del cilindro hidráulico: En un cilindro hidráulico vertical, debido a la fuga de la válvula deslizante y la tubería, el pistón y la varilla del pistón pueden deslizarse hacia abajo bajo la gravedad del pistón y la varilla del pistón. Conectar la válvula unidireccional controlada hidráulicamente al circuito de aceite de la cámara inferior del cilindro hidráulico puede prevenir que las partes móviles, como el pistón del cilindro hidráulico y el deslizador, se deslicen hacia abajo.
3. Bloqueo del cilindro hidráulico: Cuando la válvula de inversión está en la posición media, las dos válvulas unidireccionales controladas hidráulicamente están cerradas, lo que puede sellar herméticamente el aceite en las dos cámaras del cilindro hidráulico. En este momento, el pistón no puede moverse debido a la fuerza externa.

alt. Bloque de Válvulas de Cilindro Hidráulico

Condiciones de Trabajo Específicas Para la Selección de Condiciones

(1) Medio de Trabajo

El medio estándar es aceite mineral. Para otros medios, considere su impacto en los sellos y la compatibilidad del material. Recomendado: aceite hidráulico anti-desgaste ISO VG 32/46. Temperatura de operación óptima: 20-55°C (operación prohibida por debajo de 15°C o por encima de 70°C; use calentadores/enfriadores según sea necesario). Reemplace el aceite cada 1-6 meses con limpieza del tanque. Mantenga la limpieza del aceite para prevenir obstrucciones del filtro, ruido y desgaste de la bomba.

(2) Temperatura Ambiente o del Medio

La temperatura normal del medio de trabajo es de -20°C a +80°C. Si la temperatura de trabajo excede esto, se debe prestar atención a los efectos en el sistema de sellado, propiedades del material de varios componentes y configuraciones del sistema de enfriamiento y otras condiciones.

(3) Alta Precisión Operativa

Para cilindros hidráulicos servo u otros con requisitos de baja presión de arranque como presión media y alta, se debe prestar atención a su impacto en el sistema de sellado, propiedades del material de cada componente y diseño detallado.

(4) Cero Fugas

Para cilindros hidráulicos con requisitos específicos de mantenimiento de presión, se debe prestar atención a su impacto en el sistema de sellado, propiedades del material de cada componente y otras condiciones.

(5) Presión y Velocidad de Trabajo, Condiciones de Trabajo tales como:

a) Sistema de presión media y baja, velocidad de vaivén del pistón ≥70-80mm/s

b) Sistema de presión media y alta, sistema de alta presión, velocidad de vaivén del pistón ≥100-120mm/s, se debe prestar atención al impacto en el sistema de sellado, propiedades del material de cada componente, estructura de conexión y precisión de ajuste.

(6) Entorno de trabajo de alta frecuencia de vibración: se debe prestar atención a su impacto en factores como las propiedades del material de cada componente, la estructura de conexión y el diseño detallado.

(7) Hielo a baja temperatura o ambiente de trabajo contaminado, condiciones de trabajo tales como:

a) Entorno de alta concentración de polvo;

b) Entorno de rociado de agua, niebla ácida o niebla salina.

Se debe prestar atención a su impacto en el sistema de sellado, propiedades del material de cada componente, tratamiento de superficie del vástago del pistón y protección del producto.

Selección de Calidad de Sellado

Existen condiciones de trabajo específicas y requisitos de calidad especificados como se mencionó anteriormente. Las consecuencias de la falla del sistema de sellado del cilindro hidráulico son graves (como afectar la seguridad, difícil de reemplazar, grandes pérdidas económicas, etc.). Para requisitos especiales como el sistema de sellado del cilindro hidráulico para exportación, se recomienda que los ingenieros profesionales del fabricante recomienden el uso de calidades de sellado bien conocidas con buena intercambiabilidad y fácil adquisición basándose en las condiciones de trabajo.

alt. Sello de Cilindro Hidráulico

Otras Opciones de Características

Válvula de Escape

Dependiendo de la posición de trabajo del cilindro hidráulico, normalmente se establece en el punto más alto donde el aire finalmente se acumula en las dos cámaras finales. Después de que se expulsa el aire, puede prevenir el arrastre, proteger el sello y ralentizar el deterioro del aceite.

 Puerto de Fuga

En un entorno de trabajo donde la fuga de aceite está estrictamente prohibida, debido al largo recorrido del cilindro hidráulico o ciertas condiciones de trabajo, el aceite se acumula detrás del anillo de polvo durante su operación de vaivén. Para evitar fugas después de una operación a largo plazo, se debe establecer un puerto de fuga en el lugar donde se acumula el aceite.

Conclusión

Seleccionar el cilindro hidráulico adecuado requiere equilibrar carga, presión, carrera y factores ambientales. Siguiendo estas pautas, desde el dimensionamiento del diámetro hasta las configuraciones de montaje, puede optimizar el rendimiento, reducir el tiempo de inactividad y extender la vida útil.