Quando un tecnico OEM richiede un filecilindro idraulicoche può “spingere 10 tonnellate” o “tirare 10 tonnellate”, la prima domanda è se tale forza è richiesta sul lato a passaggio totale o sul lato dello stelo. Un cilindro idraulico differenziale ha un'area del pistone piena da un lato e un'area anulare dall'altro. L'asta occupa parte dell'area laterale dell'asta, quindi la forza di trazione disponibile è inferiore alla stessa pressione.
Questa differenza è facile da perdere quando si seleziona un cilindro sostitutivo in base al diametro esterno o a un vecchio codice prodotto. Questo è anche il motivo per cui un cilindro che sembra avere una capacità nominale sufficiente potrebbe non fornire la forza richiesta nella direzione effettiva del movimento.
Questa guida spiega la logica di calcolo utilizzata per una revisione OEM iniziale. Non sostituisce la progettazione completa della macchina, il controllo strutturale, la revisione del circuito idraulico o la valutazione della sicurezza.
L'alesaggio, o diametro del pistone, determina l'intera area del pistone esposta alla pressione. Un alesaggio più grande può produrre una forza teorica maggiore alla stessa pressione, ma cambia anche il volume dell'olio, il flusso richiesto per una data velocità, l'involucro del cilindro e i requisiti di montaggio.
Il diametro dello stelo influisce sulla forza di trazione poiché lo stelo occupa un'area sul lato dello stelo. Influisce anche sulla connessione dello stelo, sul carico della guida, sul gioco disponibile e sul modo in cui il cilindro gestisce la compressione o la tensione. Non è possibile selezionare un'asta solo dalla forza di trazione; contano anche la corsa, il montaggio, la guida e l'effettivo percorso del carico.
Utilizzare la pressione effettivamente disponibile nel cilindro durante il movimento richiesto, non solo l'impostazione di scarico massimo della pompa. Le perdite di pressione attraverso valvole, tubi flessibili, raccordi e altri componenti possono ridurre la pressione erogata al cilindro. La sequenza operativa della macchina dovrebbe determinare la pressione di progetto utilizzata per il primo calcolo.
Per un calcolo di primo passaggio utilizzando unità coerenti:
Forza di spinta:
Forza di trazione:
Dove:
Per una sezione circolare:
Se la pressione viene inserita in psi e il diametro in pollici, il risultato sarà in libbre-forza. Se la pressione viene inserita in pascal e il diametro in metri, il risultato sarà in newton. Mantenere il sistema di unità coerente dall'inizio alla fine.
Queste equazioni descrivono la forza idraulica teorica. Non includono automaticamente l'attrito della guarnizione, l'attrito della guida, le perdite meccaniche, la caduta di pressione, l'angolo di carico, l'accelerazione, la deflessione strutturale o un fattore di sicurezza.
Supponiamo che un ingegnere stia vagliando un cilindro con:
L'intera area del pistoneÈ:
L'area dell'asta è:
I valori teorici di primo passaggio sono quindi:
La differenza non è un difetto di fabbricazione. Proviene dall'area di spostamento dello stelo sul lato stelo. L'esempio è solo per l'addestramento al calcolo; non si tratta di una valutazione per un prodotto o una macchina HCIC specifica.
Il carico non agisce sempre direttamente lungo la linea centrale del cilindro. Una disposizione a leva, collegamento, cerniera o forbice può aumentare o ridurre la forza richiesta in diverse posizioni. L'ingegnere dovrebbe calcolare il punto peggiore del movimento, non solo la posizione iniziale.
Anche l'angolo tra il cilindro e l'elemento condotto è importante. Un cilindro può avere un'elevata forza teorica ma una scarsa componente di forza ad un particolare angolo. Un disegno che mostra il percorso e le posizioni del carico è più utile di un singolo numero di carico.
Liberare un carico, accelerarlo e spostarlo a velocità costante sono condizioni diverse. L'attrito della guarnizione, la resistenza della guida, l'inerzia e la resistenza del materiale possono rendere la forza iniziale superiore alla forza richiesta durante una parte regolare della corsa.
Per attrezzature quali espulsori, compattatori, pinze e meccanismi di sollevamento, l'acquirente deve descrivere quando si verifica la forza massima e se il carico può bloccarsi o cambiare durante la corsa.
La lettura della pressione vicino alla pompa potrebbe non essere la pressione all'attacco della bombola. La lunghezza del tubo, i raccordi, le valvole direzionali, i controlli di flusso e la contropressione influenzano tutti la pressione disponibile. Un calcolo affidabile dovrebbe identificare dove viene misurata la pressione e in quali condizioni operative.
Una canna caricata in compressione può richiedere una revisione della stabilità della canna, specialmente in una disposizione a corsa lunga o scarsamente guidata. Una barra caricata in tensione può essere controllata da diversi limiti di connessione e materiale. Questo articolo non sostituisce un calcolo di instabilità o una verifica strutturale; separa il calcolo dell'area di forza da tali controlli aggiuntivi.
Un alesaggio maggiore può aumentare la forza, ma aumenta anche il volume dell'olio necessario per spostare il pistone attraverso una determinata corsa. Per una velocità target, il flusso richiesto è correlato all'area effettiva della camera e alla velocità del pistone. Il lato dello stelo ha un volume diverso per unità di lunghezza rispetto al lato a passaggio totale.
Ciò crea un compromesso di progettazione:
Un cilindro deve quindi essere dimensionato con pompa, valvola, serbatoio, tubo flessibile, supporto e ciclo della macchina come un unico sistema.
Un'utile richiesta OEM dovrebbe includere:
Quanto più completo è il percorso del carico, tanto più facile sarà distinguere un problema di dimensionamento del cilindro da un problema di struttura, collegamento o circuito idraulico.
Cilindro idraulicoIl calcolo della forza di spinta e trazione inizia con tre input di base: diametro del foro, diametro dello stelo e pressione effettiva. L'intera area del pistone determina la forza di spinta del primo passaggio, mentre lo stelo riduce l'area effettiva e quindi la forza di trazione.
Questo calcolo è solo l’inizio. L'angolo di collegamento, la resistenza all'avviamento, la velocità, la perdita di pressione, il carico dello stelo, il montaggio, la guida e la struttura della macchina determinano se un cilindro è adatto all'applicazione reale. Gli acquirenti OEM che forniscono il percorso di carico completo e i dati idraulici possono ricevere un preventivo più utile rispetto agli acquirenti che inviano solo un numero di forza.
HCIC sviluppa e produce cilindri idraulici, centraline idrauliche e relativi componenti per veicoli, movimentazione dei rifiuti, attrezzature edili e industriali. L'idoneità tecnica deve essere valutata rispetto al progetto effettivo della macchina e ai requisiti di sicurezza applicabili.
