Como determinar o modelo de cilindro hidráulico?

Determine o sistema de pressão

A seleção de pressão depende da carga (F), tipo de equipamento, espaço disponível e custo. Pressão insuficiente aumenta o tamanho do atuador, desperdiçando materiais e limitando a flexibilidade de instalação, enquanto pressão excessiva aumenta as exigências sobre materiais, vedação e precisão, elevando os custos.
Equipamentos fixos (por exemplo, máquinas-ferramentas) normalmente usam pressão mais baixa para eficiência de custo, enquanto máquinas móveis (por exemplo, escavadeiras) optam por pressão mais alta para economizar espaço e aumentar a densidade de potência.

Para seleção específica, consulte a tabela a seguir:

Selecione a pressão de projeto do cilindro hidráulico de acordo com a carga:

Selecione a pressão de projeto do atuador hidráulico de acordo com o tipo de hospedeiro:

Seleção Inicial do Diâmetro do Cilindro D/Diâmetro da Haste

Após a seleção da pressão de projeto, ou seja, P é conhecido, e o tamanho da carga F também é conhecido, a fórmula é usada para obter S, a área de força, e então o diâmetro do cilindro é calculado com base na área de força:
Empuxo F1 = A1×P1×β Tração F2 = A2×P2×β
A1: Área de pressão do pistão do lado de empurrar cm², A1 = π/4D² = 0,785D²
A2: Área de pressão do pistão do lado de tração cm², A2 = π/4 (D² - d²) = 0,785 (D² - d²)
D: Diâmetro interno do cilindro hidráulico, ou seja, diâmetro do pistão cm
d: Diâmetro da haste do pistão cm
P1: Pressão de ação do lado de empurrar kgf/cm²
P2: Pressão de ação do lado de tração kgf/cm²
β: Taxa de carga

Nota: 1. A saída real do cilindro hidráulico é inferior à saída teórica. 2. O valor do fator de carga β é de 80% no caso de força de inércia pequena e 60% no caso de força de inércia grande.

Exemplo: Se a saída do cilindro hidráulico for 1000 kg e a pressão de atuação for 70kgf/cm², qual é o diâmetro interno do cilindro hidráulico?

Resposta: Saída F = 1000kg, pressão de atuação P = 70kgf/cm², fator de carga β = 0,8, F1 = A1×P1×β, A1 = F1/(P1×β) = 1000/ (70×0,8)= 17,86cm², A1 = π/4D² = 0,785D², então D² = 17,86/0,785 = 22,75cm², D = √22,75 = 4,8cm = 48mm, então o diâmetro interno do cilindro é 50mm.

Você também pode selecionar na tabela a seguir:

De acordo com o princípio de seleção:

1. Consulte a pressão de projeto do atuador hidráulico de acordo com o tipo de hospedeiro, geralmente ≤21Mpa;
2. O diâmetro do cilindro deve ser pequeno para reduzir custos;
3. Selecione o tamanho padrão do cilindro, lembre-se da fórmula: P = 4F/π D

Em seguida, selecione o diâmetro da haste 

P ≤10Mpa, d = 0,5D

P = 12,5 ~ 20Mpa, d = 0,56D

P > 20Mpa, d = 0,71D

alt. Pistão do Cilindro Hidráulico

Selecionar Curso 

De acordo com os requisitos do projeto geral do sistema de equipamento ou dispositivo, determine o método de instalação e o curso S. Os princípios específicos de determinação são os seguintes

1. Curso S = curso máximo de trabalho real Smax + margem de curso △S;

Margem de curso △S = margem de curso △S1 + margem de curso △S2 + margem de curso △S3.

2. Princípios para determinar a margem de curso △S

Determine o estilo de montagem e o curso S conforme o projeto do sistema:

S = Smax + △S (△S=△S1+△S2+△S3)

Componentes △S:

△S1: Tolerância de fabricação

△S2: Margem de posição inicial

△S3: Margem de posição final

(Minimizar △S para cilindros amortecidos)

3.Verificar estabilidade para cursos excessivamente longos

4.Atender aos requisitos mínimos de curso

Selecionar Método de Instalação

O método de instalação do cilindro refere-se à forma como o cilindro é conectado ao equipamento. Após a determinação do método de instalação, o tamanho da instalação é determinado.

Os princípios para determinar o método de instalação:

(1)Instalação de flange (flange de extremidade, flange do meio, flange de cauda)

A montagem fixa do cilindro hidráulico é adequada para aplicações onde a força se alinha com o centro de suporte. A posição de montagem (cabeça/centro/cauda) depende do estresse compressivo (empurrar) ou de tração (puxar): compressivo prefere flange de cauda/centro, tração recomenda flange de cabeça/centro. A seleção final deve considerar tanto o design estrutural quanto a estabilidade à flexão em casos de compressão de curso longo.

alt. Flange de Cilindro Hidráulico

(2) Instalação com Dobradiça

A montagem do cilindro hidráulico inclui tipos de olhal de cauda (simples/duplo) e trunnion de extremidade/centro/cauda, adequados para movimento em caminho curvo em um plano fixo. Para operações angulares, o torque é proporcional ao braço de alavanca de ligação e ao ângulo de pivô.

a) Montagem com Olhal (Olhal Simples/Duplo, Olhal Soldado Simples/Duplo)

A montagem com olhal simples é a configuração de pivô mais comum, adequada para movimento em arco de ±3°. Rolamentos esféricos podem ser usados em qualquer extremidade (observe os limites de carga). O olhal duplo permite movimento angular de alcance total, mas requer medidas anti-encurvamento para aplicações de empuxo de curso longo.

b) Montagem de Trunnion (Cabeça/Centro/Cauda)

O trunnion central é padrão, permitindo posicionamento com peso equilibrado. Pinos de trunnion suportam apenas cargas de cisalhamento – use blocos de rolamento de comprimento total perto das faces dos ombros para minimizar o estresse de flexão. Aplicações de trunnion de cauda espelham o olhal duplo. O trunnion de cabeça é adequado para hastes menores; limite o curso a ≤5×diâmetro do furo para gerenciar cargas suspensas.

alt. Base de Cilindro Hidráulico

(3) Instalação com Tripé (tripés dianteiros e traseiros, tripés esquerdos e direitos, tripés de solda)
Cilindros montados em base são adequados para instalações fixas onde o plano de montagem está deslocado da linha central do cilindro. Esta configuração gera um momento de tombamento durante a operação. Ancoragem estrutural adequada e orientação de carga são críticas para evitar cargas laterais excessivas na haste do pistão. Disponível em variantes de montagem em base de extremidade e base lateral.

Seleção de Amortecedor de Extremidade

As seguintes condições de trabalho devem considerar a escolha de amortecedor de duas extremidades ou de uma extremidade:

1. Quando o pistão do cilindro hidráulico percorre todo o curso e sua velocidade de reciprocidade é superior a 100mm/s, deve-se selecionar um amortecedor de duas extremidades.
2. Quando o pistão do cilindro hidráulico tem uma velocidade de reciprocidade unidirecional superior a 100mm/s e chega ao final do curso, deve-se selecionar um amortecedor de uma ou duas extremidades.
3. Outras condições de trabalho específicas.

Seleção do Tipo e Diâmetro do Porto

1. Tipo de porto de óleo: tipo de rosca interna, tipo de flange e outros tipos especiais. A seleção é determinada pelo método de conexão do tubo de conexão no sistema.
2. Princípio de seleção do diâmetro do porto de óleo: Sob a condição de que a taxa de fluxo do meio no tubo de conexão entre o sistema e o cilindro hidráulico seja conhecida, a taxa de fluxo do meio através do porto de óleo geralmente não é superior a 5m/s. Ao mesmo tempo, preste atenção ao fator de proporção da taxa de fluxo para determinar o diâmetro do porto de óleo.

Cilindro Hidráulico com Válvula

1. Manutenção de pressão: Válvulas de reversão tipo válvula deslizante têm vazamento de folga e só podem manter a pressão por um curto período. Quando há necessidade de manter a pressão, uma válvula unidirecional controlada hidraulicamente pode ser adicionada ao circuito de óleo, e a estanqueidade do fechamento da válvula cônica pode ser usada para manter a pressão do circuito de óleo por um longo tempo.
2. "Suporte" do cilindro hidráulico: Em um cilindro hidráulico vertical, devido ao vazamento da válvula deslizante e do tubo, o pistão e a haste do pistão podem deslizar para baixo sob a gravidade do pistão e da haste do pistão. Conectar a válvula unidirecional controlada hidraulicamente ao circuito de óleo da câmara inferior do cilindro hidráulico pode impedir que as partes móveis, como o pistão do cilindro hidráulico e o deslizador, deslizem para baixo.
3. Bloqueio do cilindro hidráulico: Quando a válvula de reversão está na posição intermediária, as duas válvulas unidirecionais controladas hidraulicamente estão fechadas, o que pode vedar firmemente o óleo nas duas câmaras do cilindro hidráulico. Nesse momento, o pistão não pode se mover devido à força externa.

alt. Bloco de Válvulas do Cilindro Hidráulico

Condições de Trabalho Específicas para Seleção de Condição

(1) Meio de Trabalho

O meio padrão é óleo mineral. Para outros meios, considere seu impacto nos selos e a compatibilidade dos materiais. Recomendado: óleo hidráulico anti-desgaste ISO VG 32/46. Temperatura de operação ideal: 20-55°C (operação proibida abaixo de 15°C ou acima de 70°C; use aquecedores/resfriadores conforme necessário). Substitua o óleo a cada 1-6 meses com limpeza do tanque. Mantenha a limpeza do óleo para evitar entupimento do filtro, ruído e desgaste da bomba.

(2) Temperatura Ambiente ou do Meio

A temperatura normal do meio de trabalho é de -20°C a +80°C. Se a temperatura de trabalho exceder isso, atenção deve ser dada aos efeitos no sistema de vedação, propriedades dos materiais de vários componentes e configurações do sistema de resfriamento e outras condições.

(3) Alta Precisão Operacional

Para cilindros hidráulicos servo ou outros com requisitos de baixa pressão de partida, como média e alta pressão, atenção deve ser dada ao seu impacto no sistema de vedação, propriedades dos materiais de cada componente e design detalhado.

(4) Vazamento Zero

Para cilindros hidráulicos com requisitos específicos de manutenção de pressão, atenção deve ser dada ao seu impacto no sistema de vedação, propriedades dos materiais de cada componente e outras condições.

(5) Pressão e Velocidade de Trabalho, Condições de Trabalho como:

a) Sistema de média e baixa pressão, velocidade de reciprocidade do pistão ≥70-80mm/s

b) Sistema de média e alta pressão, sistema de alta pressão, velocidade de reciprocidade do pistão ≥100-120mm/s, atenção deve ser dada ao impacto no sistema de vedação, propriedades dos materiais de cada componente, estrutura de conexão e precisão de ajuste.

(6) Ambiente de trabalho com vibração de alta frequência: atenção deve ser dada ao seu impacto em fatores como propriedades dos materiais de cada componente, estrutura de conexão e design detalhado.

(7) Formação de gelo em baixa temperatura ou ambiente de trabalho contaminado, condições de trabalho como:

a) Ambiente de alta poeira;

b) Ambiente de spray de água, névoa ácida ou névoa salina.

Atenção deve ser dada ao seu impacto no sistema de vedação, propriedades dos materiais de cada componente, tratamento de superfície da haste do pistão e proteção do produto.

Seleção da Qualidade do Selo

Existem condições de trabalho específicas e requisitos de qualidade especificados conforme mencionado acima. As consequências da falha do sistema de vedação do cilindro hidráulico são graves (como afetar a segurança, difícil de substituir, grandes perdas econômicas, etc.). Para requisitos especiais, como o sistema de vedação do cilindro hidráulico para exportação, recomenda-se que os engenheiros profissionais do fabricante recomendem o uso de qualidades de vedação conhecidas com boa intercambiabilidade e fácil aquisição com base nas condições de trabalho.

alt. Selo do Cilindro Hidráulico

Outras Opções de Recursos

Válvula de Escape

Dependendo da posição de trabalho do cilindro hidráulico, ele é normalmente configurado no ponto mais alto onde o ar finalmente se acumula nas duas câmaras finais. Após a exaustão do ar, pode-se prevenir o rastejamento, proteger o selo e retardar a deterioração do óleo.

Porto de Vazamento

Em um ambiente de trabalho onde o vazamento de óleo é estritamente proibido, devido ao longo curso do cilindro hidráulico ou certas condições de trabalho, o óleo se acumula atrás do anel de poeira durante sua operação de reciprocidade. Para evitar vazamentos após operação prolongada, um porto de vazamento deve ser configurado no local onde o óleo se acumula.

Conclusão

Selecionar o cilindro hidráulico correto requer equilibrar carga, pressão, curso e fatores ambientais. Seguindo estas diretrizes—desde o dimensionamento do furo até as configurações de montagem—você pode otimizar o desempenho, reduzir o tempo de inatividade e prolongar a vida útil.