A cilindro idraulicopuò funzionare senza intoppi per gran parte della sua corsa e comunque danneggiare la macchina alla fine della corsa. Il guasto spesso si presenta come un forte colpo, un telaio vibrante, un picco di pressione, un perno di montaggio allentato o una guarnizione che inizia a perdere prima del previsto.
Di solito il problema non è che il cilindro manchi di forza. Significa che la massa in movimento non è stata decelerata in modo controllato prima che il pistone raggiunga il coperchio terminale.
L'ammortizzazione del cilindro idraulico è il metodo ingegneristico utilizzato per ridurre l'impatto finale. Un cuscino crea un percorso di flusso ristretto vicino alla fine della corsa. Quando il pistone entra nella zona di ammortizzazione, l'olio viene forzato attraverso la restrizione. La resistenza risultante assorbe parte dell'energia in movimento e rallenta il pistone prima del contatto meccanico.
La spiegazione è semplice. Il design corretto non lo è. Un cuscino troppo aperto potrebbe consentire al pistone di colpire il coperchio. Un cuscino troppo restrittivo può creare un picco di pressione, un calore eccessivo o un ritardo del ciclo inaccettabile. La corretta impostazione dipende dalla velocità, dal carico, dalla viscosità dell'olio, dalla pressione, dalla temperatura, dal montaggio e dal circuito completo.
Un ammortizzatore non rende il cilindro “morbido” in tutta la corsa. Agisce solo nella parte finale dell'estensione, della retrazione o di entrambe, a seconda del disegno del cilindro.
Il cuscino controlla tre eventi collegati:
Se una di queste tre condizioni viene ignorata, la regolazione diventa un tentativo ed errore. L'operatore può chiudere la valvola a spillo per eliminare l'impatto, solo per creare un problema di pressione altrove.
Il carico che si avvicina alla fine della corsa trasporta energia cinetica. In forma semplificata:
Dovemè la massa effettiva in movimento evè la velocità del pistone all'inizio della decelerazione.
Il quadrato della velocità è importante. Se la velocità aumenta, l'energia da controllare sale più velocemente della velocità stessa. Un cilindro che viaggia a una velocità doppia non ha semplicemente bisogno del doppio della capacità di ammortizzazione; l'energia in movimento può essere circa quattro volte superiore quando la massa effettiva rimane invariata.
Questo è il motivo per cui un cuscino che funziona su un banco di prova scarico può guastarsi quando il cilindro è collegato a un braccio, una slitta, una piastra o una struttura di sollevamento. La macchina aggiunge massa in movimento e può anche aggiungere gravità, energia meccanica immagazzinata e cambio della leva.
Il calcolo è solo un primo controllo. Le apparecchiature reali necessitano inoltre di considerare gli effetti dell'attrito, della direzione del carico, dell'aria intrappolata, della comprimibilità dell'olio e della risposta della valvola.
Una disposizione di ammortizzazione comune utilizza una lancia o un manicotto di ammortizzazione che entra in un foro corrispondente nel coperchio terminale. Il movimento del pistone chiude il normale percorso di ritorno e lascia un passaggio controllato più piccolo per l'olio.
Normalmente la sequenza è:
- Il pistone percorre la corsa principale con una restrizione relativamente bassa.
- La lancia d'ammortizzo entra nella cavità del coperchio terminale.
- L'area disponibile per l'uscita dell'olio diminuisce.
- La contropressione aumenta sul lato ammortizzatore del pistone.
- Il pistone decelera prima del contatto meccanico.
- Verso la fine della corsa, una valvola di ritegno o un percorso di bypass consente un movimento più rapido nella direzione opposta, a seconda del modello.
La geometria deve essere pulita e concentrica. Una lancia danneggiata, una cavità contaminata o uno spazio non corretto modificano l'area del flusso. Il cilindro potrebbe quindi ammortizzarsi in modo non uniforme anche quando la regolazione esterna non si è spostata.
Un cuscino regolabile consente al tecnico di modificare la restrizione per adattarla alla macchina. È utile quando cambiano il carico, la temperatura dell'olio o la velocità del ciclo. Non è consentito operare al di fuori dei valori nominali della bombola e del circuito.
Una procedura pratica di regolazione dovrebbe seguire una sequenza controllata:
Utilizzare la posizione iniziale approvata per la regolazione del cuscino. Non iniziare con il regolatore completamente chiuso. Un passaggio completamente ristretto può generare un aumento di pressione prima che l'operatore capisca cosa sta succedendo.
Se la progettazione della macchina lo consente, provare il movimento a velocità ridotta e senza personale non necessario in prossimità della struttura in movimento. Confermare la direzione del movimento, la posizione di fine corsa e il metodo di arresto di emergenza disponibile.
Registrare l'impostazione originale. Apporta una piccola modifica, ripeti lo stesso movimento e osserva l'impatto, il tempo di arresto, il comportamento della pressione e la temperatura. Se l'operatore modifica contemporaneamente il flusso della pompa, la regolazione dell'ammortizzazione e la fasatura della valvola, il risultato non può essere ricondotto ad un'unica causa.
L'estensione e la retrazione non hanno sempre lo stesso carico effettivo. Un cilindro verticale può essere assistito dalla gravità in una direzione e contrastato dalla gravità nell'altra. Un ammortizzatore accettabile durante l'estensione potrebbe essere troppo aggressivo durante la retrazione.
| Sintomo del campo | Possibile causa da indagare | Primo controllo |
|---|---|---|
| Colpo forte a tutta corsa | Cuscino troppo aperto, cuscino non agganciato, velocità eccessiva | Confermare l'innesto del cuscino e i segni di contatto della copertura terminale |
| Movimento finale lento | Restrizione troppo stretta, olio freddo, percorso del flusso sottodimensionato | Confronta la temperatura e la pressione dell'olio durante l'ammortizzazione |
| Picco di pressione vicino alla fine corsa | Restrizione eccessiva, aria intrappolata, scarsa risposta al sollievo del circuito | Monitorare la pressione con il punto di prova e la valutazione corretti |
| Comportamento diverso a caldo | La viscosità dell'olio cambia con la temperatura, le perdite interne o la sensibilità dell'impostazione | Ripetere il test a temperatura operativa stabile |
| Il cuscino funziona solo in una direzione | Ammortizzazione unilaterale, problema alla valvola di ritegno o carico non uniforme | Ispezionare entrambi i circuiti dell'ammortizzo e la direzione del carico |
| La detonazione rimane dopo la regolazione | Potrebbero essere coinvolti giochi meccanici o movimenti del telaio | Ispezionare perni, boccole, supporti e arresti rigidi |
La tabella è una guida alla risoluzione dei problemi, non una diagnosi. Lo stesso sintomo può avere più di una causa. Un cilindro non deve essere modificato prima di aver verificato le cause lato macchina.
Un ammortizzatore non può compensare un circuito di controllo inadeguato. I seguenti elementi possono modificare il comportamento di fine corsa:
Il dispositivo di controllo del flusso determina la velocità con cui il cilindro si avvicina alla zona di cuscino. Le disposizioni di meter-in e meter-out si comportano diversamente quando il carico è eccessivo. La scelta corretta dipende dalla direzione del carico e dal rischio di movimento incontrollato.
Quando la resistenza del cuscino aumenta, la pressione può aumentare rapidamente. La valvola di sicurezza deve proteggere il circuito senza permettere al pistone di fermarsi in modo imprevedibile. L'impostazione, la risposta e la posizione della valvola devono essere riviste insieme alla pressione nominale della bombola.
I carichi verticali o sospesi possono richiedere una disposizione di controllo del carico. Un cuscino è un dispositivo di decelerazione; non sostituisce una funzione di sostegno del carico o di contrappeso adeguatamente progettata.
L'aria può rendere il movimento finale elastico, rumoroso e inconsistente. Prima di valutare il cuscino, spurgare il sistema secondo la procedura della macchina e verificare l'ingresso di aria dal lato di aspirazione o un basso livello del serbatoio.
La restrizione è influenzata dalla viscosità del fluido. Un'impostazione stabilita con olio freddo potrebbe comportarsi diversamente una volta che la macchina ha raggiunto la temperatura di esercizio. La messa in servizio dovrebbe includere un controllo del ciclo caldo, non solo un test di primo avvio.
Quando si ordina un cilindro idraulico personalizzato, è necessario inviare i seguenti dati al produttore del cilindro:
- Massa effettiva in movimento
- Velocità richiesta prima della zona di ammortizzazione
- Direzione del carico in estensione e retrazione
- Corsa e lunghezza ammortizzatore disponibile
- Pressione di lavoro e di punta
- Tipo di fluido idraulico e intervallo di temperatura
- Flusso della pompa e disposizione delle valvole
- Stile di montaggio e condizioni di allineamento
- Tempo di ciclo richiesto
- Se è necessaria l'ammortizzazione in estensione, retrazione o entrambe
Un disegno dovrebbe identificare la posizione dell'ammortizzo, l'accesso per la regolazione, la posizione della porta, le dimensioni di montaggio e qualsiasi arresto meccanico. "Con cuscino" non è una specifica tecnica completa.
Se una macchina ha funzionato con ripetuti impatti di fine corsa, ispezionare non solo la guarnizione del cilindro. Controllo:
- Perni di montaggio estremità stelo e testata
- Boccole e fori per forcelle
- Staffe di montaggio saldate
- Finecorsa meccanici
- Collegamenti dei tubi e fascette stringitubo
- Rettilineità dello stelo del cilindro e condizioni della superficie
- Segni sulla fodera attorno alla cavità del cuscino
- Registrazioni della temperatura e della pressione dell'olio
Un arresto brusco trasferisce l'energia all'intera struttura. La sostituzione del cilindro senza correggere un perno allentato, una staffa disallineata o un'impostazione errata della valvola può solo spostare il guasto all'unità sostitutiva successiva.
Alcune macchine necessitano di una soluzione diversa. Se il carico deve fermarsi in più posizioni, potrebbe essere più adatto il controllo proporzionale esterno, la frenatura idraulica o un circuito di controllo del movimento dedicato. Se il cilindro viene utilizzato come arresto strutturale, potrebbe essere necessario riprogettare un arresto meccanico anziché chiedere al cuscino di assorbire un carico anomalo.
La domanda giusta non è “Il cuscino del cilindro può nascondere l’impatto?” Si tratta di “Dove dovrebbe essere controllata l’energia in movimento e in che modo il sistema dimostrerà di essere controllata in modo coerente?”
L'ammortizzazione del cilindro idraulico è una piccola parte di un cilindro, ma si trova nel punto in cui il movimento diventa forza. Una progettazione corretta inizia con la massa e la velocità in movimento, quindi continua attraverso la geometria del cuscino, la limitazione del flusso, la protezione del circuito, la temperatura e l'allineamento della macchina.
Per un progetto OEM o di sostituzione, fornire i dati effettivi su carico, velocità, corsa, pressione, olio e montaggio. Un produttore di cilindri può quindi rivedere i requisiti dell'ammortizzatore come parte del gruppo idraulico completo invece di trattarlo come un'opzione standard.
Se il tuo cilindro batte forte a fine corsa, inviaci il disegno del cilindro, la pressione di esercizio, la portata, la corsa, la velocità del ciclo e una breve descrizione del carico. HCIC può esaminare le specifiche del cilindro e le condizioni di applicazione prima di richiedere un preventivo per una sostituzione o un progetto personalizzato.
