Cilindro hidráulico Principio de estructura, clasificación, aplicación y guía de mantenimiento

 

Como el elemento de accionamiento central de un sistema hidráulico, el cilindro hidráulico convierte la energía hidráulica en energía mecánica para lograr un movimiento recíproco lineal o oscilación. Con su estructura simple, operación estable y fuerte capacidad de carga, se utiliza ampliamente en maquinaria de construcción, equipos metalúrgicos, fabricación de automóviles y otros campos. Este artículo analizará sistemáticamente la estructura de composición, la clasificación de tipo, los parámetros de selección y las soluciones de fallas comunes de los cilindros hidráulicos.

 

El I. Principio de trabajo y componentes centrales de cilindros hidráulicos

Basado en el principio de Pascal, un cilindro hidráulico impulsa el pistón para moverse a través del cambio de presión del aceite hidráulico en una cavidad cerrada y empuja y empuja la fuerza de tracción. Los componentes básicos incluyen:

1. Barril del cilindro y cubierta de extremo: Hecho de tuberías de acero sin costura de alta resistencia, el interior está precisamente afilado. Junto con la cubierta final, forman una cavidad sellada. Los materiales principales son acero No. 45 (para ambientes de alta presión) o acero No. 20 (para escenarios de baja presión) para garantizar la resistencia a la presión y la vida útil.

2. El pistón y la varilla del pistón: El pistón convierte la energía hidráulica en energía mecánica, y la varilla del pistón transmite la potencia a mecanismos externos. A menudo están hechos de acero No. 35 / 45 o hierro fundido resistente al desgaste, y la superficie se trata con enfriamiento de alta frecuencia a una dureza de 45 - 55 HRC para mejorar la resistencia al desgaste.

3. Sistema de sellado: Incluye sellos de polvo, mangas de guía y sellos de varias etapas para evitar fugas de aceite y la intrusión de contaminantes. El material de sellado debe seleccionarse de acuerdo con la temperatura de trabajo (- 30 ° C a 120 ° C) y la compatibilidad con el medio (como aceite mineral y fluidos a base de agua).

4. Dispositivo buffering: Mediante el diseño de orificios de aceleración o secciones transversales variables, convierte la energía cinética en el extremo del pistón en energía térmica para reducir el ruido de impacto. La configuración de un amortiguador puede extender la vida útil del cuerpo del cilindro en más del 30%.

5. Válvulas de escape: Normalmente ubicado en el punto más alto del cuerpo del cilindro, se utiliza para expulsar el aire mezclado en el aceite para evitar el arrastre del sistema o las fluctuaciones de presión.

 

II. Cuatro clasificaciones principales y escenarios de aplicación de cilindros hidráulicos

1. Cilindro hidráulico de pistón

- Tipo de varilla de pistón único: Adecuado para escenarios de carga unidireccional (como sistemas de alimentación de máquinas herramientas), con un rango de empuje de 5 - 500 toneladas.

- Tipo de varilla de pistón doble: Diseñado para movimiento bidireccional de velocidad constante, se utiliza principalmente en el dispositivo de sujeción del molde de máquinas de moldeo por inyección.

2. Cilindro hidráulico telescópico

Con una estructura de manga de más de tres etapas, la longitud extendida puede alcanzar 5 veces la del estado retraído. Se utiliza en escenarios con espacio limitado, como elevación de camiones volquetes y escaleras contra incendios.

3. Cilindro Plunger

No existe ningún requisito de coincidencia entre el émbolo y el barril del cilindro. Es particularmente adecuado para elevaciones verticales de larga carrera (> 10 metros), como plataformas de elevación hidráulica.

4. Cilindro hidráulico swing

La estructura de una sola / doble paleta puede lograr un giro dentro de 270 °, con un par de salida de hasta 20.000 N · m. Se utiliza en engranajes de dirección de barcos y articulaciones de robots.

 

III. Parámetros clave de selección y especificaciones de diseño

1. Clasificación de presión: De acuerdo con las normas ISO, se divide en 16 MPa (de servicio ligero), 25 MPa (de servicio medio) y 31,5 MPa (de servicio pesado). Se debe reservar un margen de seguridad del 20%.

2. Ratio de diámetro de la varilla de pistón: La relación convencional es 1.33: 1 (tipo de empuje) o 2: 1 (tipo de velocidad), lo que afecta directamente a la fuerza de salida y la velocidad de movimiento.

3. Precisión de la carrera: Para los cilindros utilizados en máquinas herramientas de precisión, el error de rectitud debe controlarse dentro de 0,05 mm / m. Se utiliza un sensor de desplazamiento para el control de bucle cerrado.

4. Método de instalación: Incluye el tipo de brida (carga radial ≤ 10 kN), tipo de pendiente (ángulo de oscilación ± 15 °) y tipo de eje de bisagra (sistema de múltiples grados de libertad).

 

IV. Estrategias comunes de diagnóstico y mantenimiento de fallas

1. Tratamiento de fugas externas

- Rasguños en la varilla del pistón: Reemplace el cuerpo de la varilla con un recubrimiento de Cr (espesor 0,02 - 0,05 mm).

- Envejecimiento de los sellos: Reemplazarlos regularmente (el ciclo recomendado es de 2000 horas de trabajo).

2. Inspección interna de fugas

- Fallo de los sellos del pistón: Detectado por el método de prueba de presión. Si la cantidad de fugas es superior al 5%, se requiere un mantenimiento inmediato.

- Deformación del barril del cilindro: Detecte la ovalidad con una pinza láser (si es superior a 0,1 mm, se requiere una reparación de afilado).

3. Prevención de daños estructurales

- Fractura de la brida: Optimiza la transición del ángulo R (radio ≥ 5 mm) para eliminar la concentración de tensión.

- Grietas en la parte inferior del cilindro: Utilice el análisis de elementos finitos para optimizar el espesor de la pared, y la vida de fatiga se puede mejorar en un 40%.

4. Protección de cavitación

Controle la temperatura del aceite por debajo de 60 ° C, seleccione aceite hidráulico con buenas propiedades de desespumación y mantenga la velocidad de flujo en la entrada de aceite inferior a 1,5 m / s.

 

El V. Innovación tecnológica y tendencias de desarrollo

Actualmente, los cilindros hidráulicos se están desarrollando hacia la inteligencia. Los cilindros inteligentes integrados con sensores de presión / temperatura / desplazamiento pueden monitorear el estado de trabajo en tiempo real, y el sistema de mantenimiento predictivo puede reducir la tasa de tiempo de inactividad por fallas en un 70%. La tecnología de recubrimiento nano puede triplicar la resistencia al desgaste de la varilla del pistón, y el cuerpo del cilindro compuesto de matriz cerámica puede reducir el peso en un 45% mientras aumenta la capacidad de soporte de presión en un 30%.

 

A través de la selección científica, el mantenimiento estandarizado y la innovación tecnológica, los cilindros hidráulicos seguirán desempeñando un papel insustituible en la era de la Industria 4.0. Los usuarios deben adaptar las especificaciones del producto a parámetros específicos de las condiciones de trabajo y establecer un sistema de inspección regular para maximizar la eficiencia del equipo.