Aplicaciones de cilindros hidráulicos
Los rangos de carrera típicos de los cilindros hidráulicos AHP Merkle varían de 1 mm a 2000 mm.
Por supuesto, también hay diseños especiales con carreras más largas. Al determinar o dimensionar, se debe prestar especial atención a condiciones operativas importantes como la dinámica, la velocidad del pistón, las relaciones de fuerza, etc.
Estampación / Punzonado
Durante el punzonado, por ejemplo, se producen cargas dinámicas muy elevadas (golpes de conmutación, picos de presión), para las que deben diseñarse tanto el cilindro como las juntas.
Es por eso por lo que las guías están reforzadas, las juntas han sido adaptadas y el diseño general está diseñada para cargas considerablemente más altas. Otra diferencia entre el cilindro de punzonado y el cilindro de bloque son las conexiones más grandes para lograr caudales de mayor volumen.
Altas velocidades de pistón y / o grandes masas
Con altas velocidades de pistón y grandes masas en movimiento, se debe prestar especial atención a la aproximación a la posición final. Para evitar cargas de impacto innecesarias, es aconsejable utilizar cilindros hidráulicos con amortiguación de posición final integrada o proporcionar amortiguadores externos, si es posible, ambos. Esto es de aplicación siempre que el pistón se aproxima a la posición final a una velocidad superior a 0,1 m / s.
A la hora de optar por la amortiguación final integrada o los amortiguadores externos, no solo es importante la masa en movimiento, sino también la carrera. Si la carrera es muy corta, la amortiguación de la posición final puede tener una gran influencia en la dinámica del movimiento del cilindro y hacer que sea "lento". En estos casos es recomendable utilizar amortiguación externa.
Cuanto mayor sea la velocidad del pistón o la masa movida por el cilindro, más importantes serán las medidas de amortiguación.
Fuerzas laterales
Con frecuencia en construcciones mecánicas se producen fuerzas transversales que no deben ser absorbidas por el cilindro hidráulico (ver también DIN EN ISO 4413). Por un lado, esto dañará las guías y las juntas y, por otro, el vástago puede sufrir una deformación plástica si se aplica una fuerza excesiva. Por este motivo, es preciso utilizar guías adecuadas que absorban las fuerzas transversales que se producen. Este tipo de guías son estándar, por ejemplo, en las unidades guiadas y las unidades extractoras de núcleos de AHP Merkle.
También existe la opción de absorber fuerzas no deseadas que actúan sobre los cilindros hidráulicos mediante acoplamientos y cojinetes de rótula adecuados.
Si las fuerzas transversales no son absorbidas completamente por los elementos estructurales correspondientes, existe el riesgo de dañar las guías, las camisas, las juntas y el vástago.
Movimiento sincronizado
Si desea operar varios cilindros (incluso idénticos) de forma sincronizada en una aplicación, debe tener en cuenta las características especiales de esta disposición.
Esto es debido a que el funcionamiento sincrónico de varios ejes, que también se aplica a los cilindros hidráulicos, solo se puede lograr con medidas de diseño adicionales, como guías precisas y estables. La razón es que hay una gran cantidad de parámetros físicos que afectan al sistema.
¿Qué hay que tener en cuenta en las aplicaciones sincrónicas cilindros hidráulicos?
En el caso de los cilindros hidráulicos, esto significa que uno de los cilindros siempre tiene menor resistencia y, por lo tanto, incluso elementos con las mismas dimensiones no se extienden y retraen al cien por cien de manera idéntica.
Si se utilizan aplicaciones síncronas sin las correspondientes medidas de diseño para la sincronización, se pueden producir daños en los cilindros y posiblemente también en otros elementos en el circuito.
Una medida eficaz para lograr un funcionamiento sincrónico sin problemas es el uso de divisores de caudal como los disponibles en el mercado. Estos distribuyen la cantidad disponible de aceite de manera uniforme a los cilindros. Además, las tuberías para suministro de caudal volumétrico a cada cilindro deben ser de la misma longitud (tubería síncrona) y estar provistas de una sección transversal de las tuberías suficientemente grande. También se requieren guías externas con un diseño especialmente preciso y estable. En la mayoría de los casos, una tubería sincrónica con una guía bien pensada para las piezas moldeadas que se moverán es suficiente.
Otra forma de lograr la sincronización es la sincronización de ejes utilizando un transductor lineal. Un sistema controlado de esta manera promete el mayor grado de precisión de sincronización.
Las válvulas proporcionales, de control o servos se encargan del control preciso del caudal volumétrico y, por tanto, del movimiento del cilindro. Sin embargo, la electrónica de control necesaria para ello es considerablemente más compleja de implementar.
Debido a la complejidad de una aplicación síncrona y los efectos resultantes en el cilindro, en el diseño general y / o en la máquina, AHP Merkle recomienda un análisis detallado de las relaciones de fuerzas, movimientos de los ejes y otros detalles de diseño de la aplicación síncrona planificada.
Transmisión de presión no deseada
If hydraulic cylinders are combined with each other to optimize motion profiles or the development of force, the possible effects must be monitored carefully and taken into account in the design.
En caso de combinar varios cilindros hidráulicos entre sí para optimizar los perfiles de movimiento o el desarrollo de la fuerza, los efectos resultantes posibles deberán controlarse y considerarse durante el diseño.
Ejemplo 1 (cilindros acoplados):
Si dos cilindros hidráulicos unidos por el vástago tienen diferentes diámetros de pistón, la presión en el más pequeño (p1, A1) aumenta considerablemente cuando el más grande (p2, A2) "empuja". Esta situación sigue la siguiente relación:
Con una presión de salida de 250 bar y diámetros de pistón de 50 mm (cilindro grande) y 32 mm (cilindro pequeño), la presión de la cámara en el cilindro más pequeño aumenta a unos 610 bar. Con un diámetro de pistón aún menor de 25 mm (cilindro pequeño), el valor en la cámara del cilindro aumenta incluso hasta los 800 bar.
Si, en esta disposición, el cilindro hidráulico grande no presiona sobre la superficie del pistón, sino sobre la superficie del anillo del cilindro hidráulico más pequeño, el aumento de presión es aún más considerable.
Ejemplo 2 (fuerzas externas):
Una causa típica de riesgo es cuando fuerzas externas grandes actúan sobre los cilindros hidráulicos. Puede darse esta situación, por ejemplo, si la válvula no se abre a tiempo para retraer el expulsor.
La gran fuerza ejercida sobre el área grande del cilindro principal se transfiere al área pequeña del expulsor, lo que genera una presión enorme que literalmente "infla" el cilindro hidráulico.
Carga de empuje / fuerza de pandeo
Al diseñar cilindros hidráulicos, es particularmente importante si las unidades trabajan en tracción o empuje, o si ejercen fuerza en ambos sentidos.
En el caso de cargas en empuje, se debe tener en cuenta la resistencia al pandeo del vástago. Esto es especialmente importante para carreras largas.
La resistencia al pandeo del vástago está influenciada por los siguientes factores:
- Diámetro del vástago
- Longitud del vástago / del cilindro
- Sujeción del vástago y del cilindr
En www.ahp.de hay una herramienta de cálculo interactiva para el correcto diseño, dimensionado y selección de cilindros hidráulicos.
Fugas de aceite
Como diseño especial, también existe la opción de equipar el cilindro con una conexión de drenaje adicional. Esto siempre es necesario cuando no se permite la más mínima película de aceite hidráulico en el vástago, como sucede en el sector alimentario y similares.
Para ello, debe haber otra cámara anular sellada en el cilindro. El aceite de la película lubricante puede depositarse allí y se descarga a través de una conexión adicional.
Esta medida constructiva también es de utilidad para evitar que el fluido salga al entorno, una vez que la eficacia de las juntas disminuye debido al uso.
Características de asentamiento
En general, se supone que los fluidos hidráulicos son incompresibles. Pero, de hecho, en la práctica hay una notable "compresión" del fluido bajo cargas de alta presión.
Este tipo de "expansión negativa " se transfiere al vástago, lo que puede provocar modificaciones no deseadas tanto en la posición de este como en los movimientos que realiza.
Ejemplo:
Un cilindro con un diámetro de pistón de 100 mm y una carrera de 100 mm puede comprimirse casi 1,5 mm cuando la carga cambia de 0 kN a 157 kN (corresponde a un cambio de presión de alrededor de 200 bar).
A 500 bar, esta "compresión" alcanza ya un valor de 3,75 mm.
En este ejemplo, sin embargo, no se tienen en cuenta ni los efectos de las juntas ni las repercusiones de todo el diseño hidráulico, como el uso de mangueras hidráulicas.