L'affidabilità di un cilindro idraulico ad alta temperatura non può essere giudicata solo dalla valutazione della temperatura delle sue guarnizioni.
Anche quando un cilindro utilizza guarnizioni in FKM, PTFE o poliuretano ad alta temperatura, potrebbe comunque sviluppare perdite, deriva, strisciamento o danni prematuri alle guarnizioni se le tolleranze, la guida, l'ammortizzazione, il fluido idraulico o il ciclo operativo in stato caldo non sono adeguati.
Pertanto, un test completo dovrebbe riprodurre il più possibile la temperatura dell'olio, la pressione, la velocità, il carico e la frequenza del ciclo reali. I risultati dovrebbero anche essere confrontati con le prestazioni a temperatura ambiente.
Stabilire una baseline a temperatura ambiente
Prima di riscaldare l'olio, testare il cilindro in condizioni normali a temperatura ambiente. Questo conferma che non ci sono problemi evidenti di lavorazione, assemblaggio, allineamento o tenuta prima che inizi il test ad alta temperatura.
La baseline dovrebbe normalmente includere:
- Cicli senza carico
- Pressione minima di avviamento
- Test di pressione di lavoro e test di pressione di prova
- Prove di tenuta della pressione
- Ispezione delle perdite interne ed esterne
- Imballaggio e movimento a bassa velocità
Registrazione del tempo di estensione e retrazione, temperatura dell'olio, pressione, stabilità del movimento, rumore e perdite.
Questi valori forniscono un riferimento per valutare le variazioni dopo che il cilindro è diventato caldo. Senza dati di base, è difficile determinare se un cambiamento nelle prestazioni sia causato dalla temperatura o da un difetto esistente nel cilindro.
Riscaldare l'olio alla temperatura target
Aumentare gradualmente la temperatura dell'olio utilizzando la circolazione del sistema, un riscaldatore esterno o un serbatoio con controllo della temperatura.
Il tubo del cilindro, il pistone, la barra del pistone, la boccola di guida e le guarnizioni necessitano di tempo sufficiente per raggiungere una condizione termica stabile. Riscaldare solo l'olio del serbatoio senza consentire ai componenti del cilindro di riscaldarsi può produrre risultati fuorvianti.
Il test dovrebbe coprire:
- Temperatura dell'olio continua normale
- Temperatura massima dell'olio continua
- Temperatura di picco a breve termine, dove necessario
Non registrare solo la temperatura del serbatoio. Misurare la temperatura all'ingresso del cilindro, nella linea di ritorno, sulla superficie del tubo del cilindro e, se possibile, nell'area della guarnizione della barra.
Eseguire cicli ad alta temperatura
Una volta che la temperatura target è stabile, ciclare il cilindro continuamente alla velocità e frequenza operative previste.
Il test dovrebbe riprodurre lo scorrimento reale, il carico, i cambiamenti di direzione, il tempo di attesa e l'intensità operativa il più fedelmente possibile.
Durante il test, osservare:
- Cambiamenti nella velocità di estensione e retrazione
- Fluidità durante l'avvio e il ritorno
- Strisciamento, vibrazione o rumore anomalo
- Aumento della temperatura attorno alle guarnizioni e alle aree di guida
- Allineamento della barra e condizione del film d'olio
- Perdita esterna dopo un'operazione prolungata
Il conteggio dei cicli richiesto dipende dall'applicazione. Un cilindro frequentemente utilizzato richiede un test più lungo e rappresentativo rispetto a uno usato solo occasionalmente.
Alcuni colpi a vuoto alla temperatura target non sono sufficienti per confermare le prestazioni a lungo termine ad alta temperatura.
Ripetere il test di pressione mentre è caldo
L'olio idraulico diventa più sottile man mano che la temperatura aumenta, mentre alcuni materiali di tenuta possono ammorbidirsi.
Pertanto, il cilindro dovrebbe essere nuovamente testato alla sua pressione di lavoro e alla pressione di prova specificata mentre è caldo.
Aumentare la pressione gradualmente e ispezionare:
- Tubo del cilindro, base e saldature
- Testa del cilindro e guarnizioni statiche
- Porti e raccordi idraulici
- Aree di stelo e guida
- Estrazione o deformazione della guarnizione
- Deformazione anormale dei componenti
- Instabilità della pressione
Carichi improvvisi dovrebbero essere evitati poiché possono introdurre impatti e nascondere il comportamento termico reale del cilindro.
Condurre un test di tenuta della pressione in stato caldo
Posizionare il cilindro nella posizione di corsa specificata, applicare la pressione richiesta, isolare il circuito e registrare:
- Caduta di pressione
- Dislocamento del cilindro
- Tempo di mantenimento
- Temperatura dell'olio e del cilindro
Se il cilindro tiene normalmente quando è freddo ma mostra una maggiore perdita di pressione o movimento quando è caldo, le possibili cause includono aumento della perdita di tenuta del pistone, ridotta prestazione delle guarnizioni statiche, eccessivo gioco a caldo o perdita nel blocco della valvola di test.
Il circuito di prova dovrebbe essere progettato per ridurre al minimo le perdite delle valvole. Altrimenti, le perdite della valvola di controllo potrebbero essere erroneamente identificate come perdite del cilindro.
Misurare le perdite interne
Un test di perdita interna verifica se il guarnizione del pistone può continuare a separare le due camere del cilindro quando l'olio è caldo.
Sposta il cilindro nella posizione specificata, applica pressione a una camera e misura l'olio che fuoriesce dal porto opposto.
La procedura di test dovrebbe definire chiaramente:
- Temperatura dell'olio
- Pressione di prova
- Tempo di mantenimento
- Posizione del cilindro
- Tasso di perdita consentito
Osservare semplicemente se l'asta del pistone si muove potrebbe non essere sufficientemente accurato.
Per cilindri con requisiti rigorosi di mantenimento del carico o di posizionamento, utilizzare un contenitore graduato, un flussometro o un dispositivo di acquisizione dati per registrare il tasso di perdita effettivo.
Ispezionare perdite esterne
Dopo cicli ad alta temperatura e test di pressione, pulire il cilindro e ispezionare tutti i possibili punti di perdita.
Prestare particolare attenzione a:
- Guarnizione dell'asta
- Connessioni della testa del cilindro e della flangia
- Porti e raccordi idraulici
- Base del cilindro e saldature
- Interfacce dei sensori
- Punti di sfiato
- Posizioni di regolazione dell'ammortizzazione
Un leggero film di lubrificante dovrebbe essere distinto da una fuoriuscita continua o da gocce.
Registrare la posizione esatta della perdita, quando è apparsa per la prima volta e se la quantità è aumentata con la temperatura o il tempo di funzionamento. Un rapporto che indica solo “perdita” o “nessuna perdita” fornisce un valore limitato per il miglioramento del design.
Testare l'ammortizzazione alla temperatura operativa
I cilindri con ammortizzamento alla fine della corsa devono essere testati alla reale velocità di funzionamento e alla temperatura dell'olio caldo.
Una minore viscosità dell'olio può modificare il flusso attraverso le spaziature di ammortizzazione e gli orifizi. L'ammortizzazione può diventare troppo debole e consentire impatti, oppure una restrizione eccessiva può creare alta contropressione e calore aggiuntivo.
Osservare:
- Corsa dell'ammortizzazione
- Velocità di fine corsa
- Picco di pressione
- Rumore d'impatto
- Aumento della temperatura
- Liberazione dalla zona di ammortizzazione
Il sistema di ammortizzazione dovrebbe ridurre l'impatto senza causare restrizioni eccessive, inversioni instabili o generazione di calore anormale.
Controllare il movimento a bassa velocità
Operare il cilindro alla sua velocità di progettazione minima e controllare:
- Movimento a scossa
- Fluttuazione di velocità
- Partenza difficile
- Tremolare o vibrare
- Urto di inversione
Una scarsa performance a bassa velocità può essere causata da attrito della guarnizione, aria nell'olio, carico laterale, usura della guida o instabilità nel circuito di controllo idraulico.
Il cilindro e il sistema idraulico dovrebbero quindi essere valutati insieme piuttosto che trattare ogni problema a bassa velocità come un difetto della guarnizione.
Ripetere il test dopo il raffreddamento
Dopo il test ad alta temperatura, lasciare raffreddare naturalmente il cilindro a temperatura ambiente.
Ripetere i controlli di movimento, mantenimento della pressione, perdite interne e perdite esterne.
Questo può rivelare se le guarnizioni hanno subito assestamenti da compressione, deformazione permanente, danni da calore o perdita di elasticità.
Dove necessario, smontare il cilindro e ispezionare:
- Guarnizioni di asta e pistone
- Anelli di usura e componenti guida
- Bore del cilindro
- Superficie dell'asta del pistone
- Scanalature delle guarnizioni
- Anelli di backup
Cercare estrusione, taglio, indurimento, bruciatura, graffi, scolorimento o usura anomala.
Registrare i dati di test completi
Un rapporto di prova ad alta temperatura dovrebbe contenere dati misurabili anziché solo osservazioni generali.
| Categoria di test | Dati principali da registrare |
|---|---|
| Temperatura | Temperatura del serbatoio, ingresso, linea di ritorno, tubo del cilindro e area della guarnizione |
| Pressione | Pressione di lavoro, prova, tenuta e picco |
| Tempo | Durata di riscaldamento, ciclo, mantenimento e raffreddamento |
| Movimento | Velocità, tempo di corsa, conteggio dei cicli e comportamento a bassa velocità |
| Perdita | Tasso di perdita interna e posizione di perdita esterna |
| Spostamento | Movimento dell'asta durante il mantenimento della pressione |
| Condizione | Rumore, vibrazione, ammortizzazione, aumento della temperatura e usura visibile |
Foto, curve di temperatura, curve di pressione e registrazioni di perdita possono fornire prove utili per l'approvazione del campione e la validazione della produzione.
Conclusione
Un test di pressione a temperatura ambiente da solo non può confermare un'affidabile prestazione ad alta temperatura.
Un completo processo di validazione dovrebbe includere una linea di base a temperatura ambiente, riscaldamento controllato, cicli ad alta temperatura, test di pressione, mantenimento della pressione, misurazione delle perdite interne ed esterne, valutazione dell'ammortizzazione, test a bassa velocità e ispezione di raffreddamento.
Solo quando il cilindro rimane stabile sotto condizioni realistiche di temperatura dell'olio, pressione, velocità, carico e ciclo è possibile considerare le sue guarnizioni, le tolleranze in stato caldo, la guida, l'ammortizzazione e il fluido idraulico adatti.
AiSoar Hydraulics può sviluppare piani di test per cilindri idraulici ad alta temperatura in base a temperatura, pressione, velocità, frequenza del ciclo e requisiti di mantenimento del carico del cliente. Dati di test chiave possono essere registrati per supportare l'approvazione del campione e la verifica della produzione in serie.
