Intensificazione della pressionecilindri idrauliciè un problema di progettazione del circuito che può rimanere invisibile durante il normale funzionamento e comparire solo quando una camera si blocca, una valvola si chiude, la temperatura dell'olio cambia o un carico forza il movimento in una direzione inaspettata.
La causa principale è la superficie disuguale sui due lati di un pistone a stelo singolo. Quando l'olio è intrappolato su un lato e l'altro lato è pressurizzato o costretto a muoversi, il pistone può fungere da intensificatore idraulico. La pressione risultante nella camera bloccata potrebbe essere superiore alla pressione fornita dalla pompa.
Il blocco termico è un rischio correlato. Se l'olio rimane intrappolato tra le valvole chiuse e la temperatura del cilindro aumenta, il fluido si espande all'interno di un volume quasi fisso. L'aumento di pressione può agire su guarnizioni, raccordi, valvole, tubi e componenti del cilindro anche se la pompa non è in funzione.
Per gli acquirenti OEM, la domanda chiave non è solo “Qual è la pressione di esercizio del cilindro?” È anche "Quale pressione può vedere la bombola quando il circuito è bloccato, riscaldato, abbassato, arrestato o azionato in retromarcia?"
Un convenzionalecilindro idraulico a stelo singoloha un'area del pistone completa sul lato del coperchio e un'area anulare più piccola sul lato dello stelo. Lo stelo occupa parte dell'area del pistone sul lato stelo.
Se il lato del coperchio viene pressurizzato mentre il volume del lato stelo non può essere scaricato, la forza trasmessa attraverso il pistone agisce sull'area più piccola del lato stelo. Una relazione di primo passaggio è:
Questa relazione è uno strumento di screening tecnico. Presuppone una condizione semplificata e statica e non sostituisce un'analisi completa del circuito. La pressione effettiva dipende dalle perdite, dal contenuto di aria intrappolata, dalla comprimibilità del fluido, dalla conformità strutturale, dal comportamento della tenuta, dalla risposta della valvola, dall'attrito, dalla temperatura e dalla direzione del movimento.
Il rapporto delle aree è il motivo per cui un cilindro può subire una pressione sul lato dello stelo che supera la pressione della pompa. Il cilindro non crea energia dal nulla; scambia forza e spostamento attraverso la geometria del pistone mentre il volume bloccato subisce una pressione diversa.
Si supponga, solo per illustrare la relazione tra le aree, che:
- L'area del pistone lato cappuccio è di 10 pollici²
- L'area anulare lato asta è di 7 pollici²
- La pressione sul lato del tappo è di 2.100 psi
- La camera lato asta non riesce a scaricare
La stima semplificata dell’intensificazione è:
Non si tratta di una valutazione del prodotto, di un risultato di test o di un'approvazione del progetto. Si tratta di un esempio di calcolo che mostra perché un cilindro dimensionato per la pressione della pompa può comunque richiedere una revisione della camera opposta e della disposizione delle valvole.
Se l'area del lato stelo è molto più piccola dell'area del lato coperchio, il rapporto di pressione teorico diventa più severo. La macchina reale può alleviare o limitare la pressione attraverso perdite, una valvola di sicurezza o un movimento strutturale, ma tali percorsi devono essere progettati e verificati intenzionalmente.
La condizione classica è la pressione applicata all'estremità del cappuccio mentre l'estremità dell'asta è bloccata da una valvola direzionale chiusa, una valvola di mantenimento del carico, una valvola di ritegno pilotata o un percorso del fluido congelato.
Il rischio aumenta quando il cilindro viene spinto verso la retrazione dal carico o dalla pressione in entrata all'estremità del cappuccio. L'olio sul lato dello stelo non può andare da nessuna parte, quindi la pressione può aumentare rapidamente.
Le valvole di mantenimento del carico vengono utilizzate per impedire movimenti incontrollati. Sono componenti importanti per la sicurezza, ma il circuito deve comunque fornire un percorso controllato per l'olio intrappolato durante l'estensione, la retrazione, l'arresto e gli sbalzi termici.
Una disposizione di valvole che sostiene un carico sospeso in uno stato può creare una trappola di pressione in un altro stato. La revisione deve riguardare l'avvio, il movimento normale, l'arresto di emergenza, il guasto del tubo, la diseccitazione della valvola e l'isolamento per la manutenzione.
Un cilindro spinto contro un arresto brusco può creare un picco di pressione o intrappolare il fluido se la valvola continua a fornire flusso. L'arresto meccanico non toglie l'energia idraulica; trasferisce il carico alla struttura, al cilindro, ai supporti e al circuito.
Pertanto il controllo di fine corsa, le impostazioni dell'ammortizzazione, i percorsi di scarico e gli arresti della macchina dovrebbero essere esaminati insieme. Un cuscino non sostituisce un percorso di limitazione della pressione correttamente progettato.
Alcuni circuiti collegano intenzionalmente le porte del cilindro in modo da modificare la velocità o utilizzare olio sul lato dello stelo spostato. Questi circuiti possono creare rapporti insoliti di pressione e flusso. Il calcolo di un cilindro standard potrebbe non descrivere le pressioni effettive delle porte.
Lo schema dovrebbe identificare ogni connessione tra le camere dell'estremità del cappuccio e dell'estremità dell'asta, compresi i percorsi di rigenerazione, le linee pilota, le valvole di sequenza e i controlli di flusso.
L'olio idraulico si espande quando la sua temperatura aumenta. Se l'olio è intrappolato in un volume rigido o quasi rigido, l'espansione non ha alcun posto dove andare e la pressione aumenta.
L'aumento di pressione è influenzato dalle proprietà del fluido, dal volume intrappolato, dal cambiamento di temperatura, dal contenuto d'aria, dall'elasticità dei componenti e dalla disponibilità di perdite o scarico. Una stima semplificata dell'espansione termica può aiutare a mostrare la direzione del rischio, ma non dovrebbe essere utilizzata come previsione finale della pressione senza i dati sui fluidi e la conformità del sistema.
Il blocco termico può verificarsi quando:
- Un cilindro è isolato da due valvole chiuse
- I controlli pilotati intrappolano entrambe le porte
- Gli attacchi rapidi sono scollegati con olio intrappolato tra di essi
- Una macchina viene spostata da un ambiente freddo a un'officina calda
- La luce del sole o un'altra fonte di calore riscalda un cilindro isolato
- Un circuito di mantenimento del carico impedisce la normale equalizzazione della pressione
La pompa potrebbe essere spenta mentre la pressione aumenta. Questo è il motivo per cui il personale addetto alla manutenzione non deve presumere che un circuito idraulico diseccitato sia privo di pressione.
Identificare i volumi intrappolati e calcolare o testare il percorso della pressione per l'estremità del cappuccio e dell'estremità dell'asta. Includere perdite della valvola, dilatazione termica, aria intrappolata e conformità strutturale.
Un circuito può necessitare di un dispositivo di scarico, di un volume di espansione, di una disposizione di accumulatori o di un percorso di reintegro controllato. La soluzione corretta dipende dal carico, dal pericolo, dall'architettura della valvola e dai requisiti di progettazione della macchina applicabili.
Non aggiungere una valvola di sicurezza senza controllarne l'impostazione della pressione, la capacità di flusso, il percorso di scarico e l'interazione con la funzione di mantenimento del carico.
Controllare la canna del cilindro, il pistone, l'asta, le guarnizioni, le porte, i tubi flessibili, i raccordi, le valvole, i collettori e la struttura di montaggio. L'impostazione di scarico della pompa non corrisponde automaticamente alla pressione massima rilevata in ogni camera bloccata.
Esaminare l'arresto normale, l'arresto di emergenza, la perdita di alimentazione elettrica, il guasto del tubo, il ritorno della bobina della valvola, la perdita di pressione del pilota e l'isolamento della manutenzione manuale. Una condizione di tenuta sicura può comunque richiedere un percorso di scarico della pressione.
Definire la condizione di avviamento a freddo, la temperatura operativa, la condizione di parcheggio, la temperatura di conservazione e l'esposizione diretta al calore. Se è possibile isolare un cilindro mentre il fluido è intrappolato, nella valutazione del rischio è necessario considerare la pressione termica.
Si può sospettare un'intensificazione della pressione o un blocco termico quando la macchina mostra:
- Guasto al tubo o al raccordo lato asta nonostante la normale pressione della pompa
- Un modello di estrusione di tenuta senza un evento di sovrapressione della pompa corrispondente
- Un cilindro che diventa difficile da spostare dopo il riscaldamento o il raffreddamento
- Una valvola di mantenimento del carico che si chiude più saldamente del previsto
- Pressione rimanente dopo l'arresto della pompa
- Un raccordo che non può essere allentato in sicurezza durante la manutenzione
- Una valvola di sicurezza che si apre solo dopo un arresto o un cambiamento di temperatura
- Picchi di pressione inspiegabili quando un cilindro raggiunge un arresto meccanico
Questi sintomi non sono la prova di un meccanismo. Indicano che la pressione della porta e il comportamento del volume bloccato dovrebbero essere misurati e mappati.
1. Rendere sicura la macchina. Seguire la procedura di isolamento e accumulo di energia del produttore della macchina. Non allentare un raccordo per "vedere se è presente pressione".
2. Registrare le pressioni di entrambe le porte. Misurare la pressione alle porte del cilindro nelle condizioni di carico e temperatura pertinenti, non solo sulla pompa.
3. Tracciare la logica della valvola. Identificare controlli pilotati, valvole di controbilanciamento, valvole di sequenza, controlli di flusso e qualsiasi connessione di rigenerazione.
4. Identificare i volumi bloccati. Contrassegnare ogni sezione che può essere isolata da valvole chiuse o accoppiatori scollegati.
5. Controllare la cronologia della temperatura. Registra la temperatura del fluido e dell'ambiente prima, durante e dopo l'evento di pressione.
6. Ispezionare la posizione del guasto. Confronta guarnizioni, raccordi, tubi flessibili e cavità delle valvole lato stelo e lato coperchio per individuare eventuali danni legati alla pressione.
7. Esaminare la revisione del disegno. Confermare che le modifiche sul campo non hanno rimosso un percorso di scarico o modificato l'impianto idraulico della valvola.
8. Ripetere il test in condizioni controllate. Utilizzare la strumentazione adeguata e un piano di test documentato prima di rimettere in servizio la macchina.
Un produttore può fornire una risposta più utile quando la richiesta include:
- Alesaggio del cilindro, diametro dello stelo, corsa e disposizione di montaggio
- Dimensioni delle porte dell'estremità del cappuccio e dell'estremità dell'asta e percorso del tubo
- Schema idraulico con simboli delle valvole e linee pilota
- Pressione di scarico della pompa e pressione misurata su ciascuna porta del cilindro
- Direzione del carico, condizione di carico sospeso e arresti meccanici
- Codici della valvola di mantenimento del carico, della valvola di controbilanciamento e della valvola di ritegno
- Tipo di fluido, intervallo di temperatura e condizione di volume intrappolato
- Arresto normale, arresto di emergenza e comportamento in caso di perdita di potenza
- Foto di guarnizioni, raccordi, tubi o valvole guasti
- Funzione di tenuta richiesta e requisiti di sicurezza applicabili della macchina
Un singolo valore della pressione della pompa raramente è sufficiente per diagnosticare l’intensificazione della pressione.
Il calcolo dell'area illustrativa non è una valutazione della pressione. L'articolo non assegna un'impostazione di scarico universale, una dimensione della valvola, un intervallo di temperatura consentito o una pressione di esercizio sicura a una bombola non specificata.
Il limite di pressione corretto deve derivare dal disegno attuale del cilindro, dalle specifiche dei materiali e delle guarnizioni, dalla progettazione del circuito, dai dati della valvola, dalle prove dei test e dalla valutazione dei rischi della macchina. Un catalogo Parker, un articolo idraulico generale o una formula possono spiegare il meccanismo, ma nessuno di essi sostituisce la revisione finale dell'applicazione.
HCIC, nota anche come Jinan Huachen Industrial Co., Ltd., sviluppa e produce cilindri idraulici e centraline idrauliche per veicoli, movimentazione dei rifiuti, edilizia e attrezzature industriali. Per una revisione dell'intensificazione della pressione, fornire il circuito completo e le condizioni operative misurate in modo che la bombola possa essere valutata come parte della macchina e non isolatamente.
