Situazioni di applicazione per cilindri idraulici
Le gamme di corsa tipiche dei cilindri idraulici Merkle AHP si estendono da 1 mm a 2.000 mm (da 0,039 a 78,74 pollici).
Naturalmente ci sono anche modelli speciali con corse più lunghe. Nella determinazione/dimensionamento, è necessario prestare particolare attenzione a condizioni operative importanti come dinamica, velocità del pistone, rapporti di forza, ecc.
Stampaggio
Durante lo stampaggio, ad esempio, vengono generati carichi dinamici molto elevati (impatti di commutazione, picchi di pressione) e sia il cilindro che le guarnizioni devono essere progettati per loro. I
n questo modo le guide vengono rinforzate, le guarnizioni vengono adattate e il design complessivo è dimensionato per i carichi notevolmente più elevati. Un'altra differenza tra cilindri di stampaggio e cilindri a blocco sono le porte più grandi, che vengono utilizzate per ottenere portate più elevate.
Alte velocità del pistone e/o grandi masse
Con un'elevata velocità del pistone e grandi masse in movimento, è necessario prestare particolare attenzione all'avvicinamento alla posizione finale. Per evitare carichi d'urto non necessari, si consiglia l'uso di cilindri idraulici con ammortizzazione di fine corsa, oppure l'uso di ammortizzatori esterni - o anche entrambi. Ciò si applica sempre quando il pistone si sposta nella posizione finale a una velocità superiore a 0,1 m/s (0,328 piedi/s).
Un fattore importante nel decidere l'ammortizzazione di fine corsa o gli ammortizzatori esterni non è solo la massa in movimento, ma anche la corsa. Se la corsa è molto breve, l'ammortizzazione può avere un forte effetto sul movimento del cilindro, rendendolo "lento". In questo caso si consiglia di utilizzare ammortizzatori esterni.
Maggiore è la velocità del pistone o la massa spostata dal cilindro, più importante è l'ammortizzazione.
Forze trasversali
Molto spesso nelle costruzioni meccaniche si generano forze trasversali; questE non devono mai essere assorbitE dal cilindro idraulico (vedi anche DIN EN ISO 4413). Per prima cosa, ciò danneggerebbe le guide e le guarnizioni, e in secondo luogo lo stelo del pistone può subire una deformazione se viene applicata troppa forza. Per questo motivo è necessario utilizzare apposite guide per assorbire le forze trasversali che si generano; tali guide sono standard, ad esempio, nelle unità di spinta e nelle unità di trazione del nucleo di AHP Merkle.
Inoltre è possibile impedire l'applicazione indesiderata di forza ai cilindri idraulici mediante opportuni giunti e perni.
Se le forze trasversali non vengono assorbite completamente da elementi di progettazione appropriati, esiste il rischio di danni alle guide, alle superfici di scorrimento, alle guarnizioni e allo stelo del pistone.
Applicazione sincro
Per poter azionare più cilindri (anche identici) in modo sincrono in un'applicazione, ci sono alcune considerazioni speciali che devono essere tenute presenti. Questo perché il funzionamento sincrono di più assi (e questo vale anche per i cilindri idraulici) può essere ottenuto solo con misure progettuali aggiuntive, come guide precise e stabili. La ragione di ciò è il gran numero di parametri fisici che influenzano il sistema.
Cosa si deve osservare nelle applicazioni sincrone con cilindri idraulici?
Per i cilindri idraulici ciò significa che uno dei cilindri ha sempre la resistenza più bassa, e quindi anche unità con design identico non sempre avanzano e si ritirano in modo completamente identico. Se le applicazioni sincrone vengono utilizzate senza le misure di progettazione appropriate per la sincronizzazione, possono verificarsi danni ai cilindri e anche altri elementi del sistema possono essere danneggiati.
Un modo efficace per ottenere un funzionamento sincrono senza errori consiste nell'utilizzare divisori di flusso o divisori di flusso disponibili in commercio. Questi dividono l'olio disponibile in modo uniforme tra i cilindri. Inoltre, i tubi per l'alimentazione della portata volumetrica ai singoli cilindri devono avere la stessa lunghezza (sistema di tubi sincrono) e la sezione dei tubi deve essere sufficientemente grande. Inoltre, sono necessarie guide esterne di una costruzione particolarmente precisa e stabile. Nella maggior parte dei casi, un sistema di tubi sincrono con una guida ben congegnata delle parti stampate da spostare è sufficiente per molte applicazioni.
Un altro mezzo per ottenere la sincronizzazione è la sincronizzazione degli assi utilizzando un trasduttore di posizione lineare. I sistemi controllati in questo modo offrono la sincronizzazione più accurata per l'implementazione di applicazioni sincrone. Qui valvole proporzionali, valvole di controllo o servovalvole eseguono un controllo preciso della portata e quindi del movimento del cilindro. Tuttavia, l'elettronica di controllo per questo è molto più complicata da implementare.
A causa della complessità delle applicazioni sincrone e degli effetti che ne derivano sul cilindro, sulla struttura complessiva e / o sulla macchina, AHP Merkle consiglia di eseguire un'indagine approfondita per quanto riguarda i rapporti di forza, i movimenti degli assi e altri dettagli di progettazione dell'applicazione sincrona pianificata.
Transmissione di pressione indesiderata
Se i cilindri idraulici vengono combinati tra loro per ottimizzare i profili di movimento o lo sviluppo della forza, i possibili effetti devono essere attentamente monitorati e presi in considerazione nella progettazione.
Esempio 1 (cilindri accoppiati):
Se due cilindri idraulici accoppiati sullo stelo del pistone hanno diametri del pistone differenti, la pressione in quello più piccolo (p1, A1) aumenta notevolmente quando quello più grande (p2, A2) "spinge". Questa situazione segue la seguente relazione:
Con una pressione di uscita di 250 bar (3625 PSI) e un diametro del pistone di 50 mm (1.97 pollici) (cilindro grande) e 32 mm (1,26 pollici) (cilindro piccolo), la pressione della camera nel cilindro piccolo aumenta a circa 610 bar (8845 PSI). Con un diametro del pistone ancora più piccolo di 25 mm (0,98 pollici) (cilindro piccolo) il valore nella camera del cilindro aumenta anche a 800 bar (11.600 PSI).
Se in questa disposizione il cilindro idraulico grande non spinge sulla superficie del pistone, ma piuttosto sulla superficie dell'anello del cilindro idraulico più piccolo, l'aumento di pressione diventa ancora più drammatico.
Esempio 2 (forze esterne):
Una tipica fonte di rischi è quando grandi forze esterne agiscono sui cilindri idraulici. Tali situazioni possono verificarsi, ad esempio, quando la valvola per la retrazione dell'eiettore non si apre nel momento giusto. La grande forza generata sull'ampia superficie del cilindro principale viene quindi trasmessa alla piccola superficie dell'eiettore, creando una forza enorme che "fa saltare in aria" il cilindro idraulico.
Carico di spinta/resistenza alla deformazione
Quando si progettano cilindri idraulici è particolarmente importante sapere se il cilindro sta tirando o spingendo, o se devono applicare forza in entrambe le direzioni. In caso di carichi di spinta, si deve tenere conto della resistenza all'instabilità dello stelo del pistone. Ciò è particolarmente vero per i tratti lunghi.
La resistenza all'instabilità dello stelo del pistone è influenzata dai seguenti fattori:
- Diametro dello stelo del pistone
- Lunghezza dell'asta del pistone / del cilindro
- Fissaggio dello stelo e del cilindro
Su www.ahp.de è disponibile uno strumento di calcolo interattivo per la corretta progettazione, dimensionamento e selezione dei cilindri idraulici. Lo strumento di progettazione ahp.calc (app) può essere utilizzato per eseguire molti calcoli complicati in modo semplice e intuitivo.
Perdite di olio
Come design speciale è anche possibile fornire un collegamento aggiuntivo per le perdite di olio nel cilindro idraulico. Questo sistema viene applicato molto nell’industria alimentare. In questo caso deve essere presente una camera sigillata aggiuntiva. L'olio può essere depositato lì, dal quale viene rimosso tramite un collegamento aggiuntivo. Questa misura progettuale si è dimostrata utile anche per impedire la fuoriuscita del fluido idraulico nell'ambiente anche se la capacità di tenuta delle guarnizioni dello stelo è degradata a causa della normale usura.
Caratteristiche di settaggio
Generalmente si presume che i fluidi idraulici non siano comprimibili. Di fatto, tuttavia, in pratica si nota un'apprezzabile "compressione" del fluido a carichi elevati.
Questo tipo di “espansione negativa” viene naturalmente trasmesso anche allo stelo del pistone, il che porta a variazioni indesiderate nel posizionamento dello stelo e nel movimento di corsa effettivamente eseguito dallo stelo.
Esempio:
Un cilindro con un diametro del pistone di 100 mm (3,94 pollici) e una corsa di 100 mm (3,94 pollici) può assestarsi di circa 1,5 mm (0,059 pollici) quando il carico cambia da 0 kN a 157 kN (da 0 a 17,65 tonnellate di forza ) (corrisponde a una variazione di pressione di circa 200 bar (2900 PSI)). A 500 bar (7250 PSI) tale "compressione" ha già raggiunto un valore di 3,75 mm (0,15 pollici).
Questo esempio non prende in considerazione, tuttavia, né gli effetti di tenuta né il feedback dalla progettazione complessiva del sistema idraulico, ad esempio l'uso di tubi flessibili idraulici.