Un cilindro idraulico fa più che generare forza lineare. Deve anche trasferire quella forza in modo sicuro nella struttura della macchina. Il tipo di montaggio del cilindro determina come il cilindro è connesso, se può ruotare durante l'operazione e quanto efficacemente gestisce l'allineamento, le vibrazioni e le variazioni di direzione del carico.
La scelta del tipo di montaggio sbagliato può causare carico laterale sul cilindro del pistone, cuscinetto del pistone e guarnizioni. Nel tempo, questo potrebbe portare a usura irregolare, perdite di guarnizione, aste piegate, perni danneggiati o crepe attorno alla struttura di montaggio. Scegliere il giusto supporto per cilindri idraulici è quindi altrettanto importante quanto selezionare il corretto diametro, corsa e pressione di esercizio.
Quali sono i principali tipi di montaggio per cilindri idraulici?
I principali tipi di montaggio per cilindri idraulici includono supporti a occhiello, a tubo incrociato, a tangente, a cuscinetto sferico, a trunnion, a flangia, a piede e a mozzo laterale. I supporti fissi sono utilizzati per un movimento dritto e guidato, mentre i supporti a snodo consentono al cilindro di ruotare mentre un collegamento della macchina si muove attraverso un arco.
Cos'è un supporto per cilindri idraulici?
Un supporto per cilindri idraulici è il collegamento meccanico tra il cilindro e l'attrezzatura. I supporti possono essere saldati direttamente al corpo del cilindro, lavorati in un cappuccio finale, fissati con bulloni al cilindro o avvitati all'asta del pistone.
Il supporto deve trasferire le forze di spinta e trazione del cilindro nella struttura della macchina mantenendo un allineamento accettabile. Alcuni supporti bloccano rigidamente il cilindro in una posizione, mentre altri consentono di ruotare mentre il collegamento della macchina si muove.
I tipi di montaggio dei cilindri idraulici possono generalmente essere suddivisi in due categorie principali:
- Montaggi fissi, come montaggi a flangia, a piede e a lato di linguetta
- Supporti a perno, come montaggi a gancio, a tubo incrociato, a linguetta, a trunnion e a cuscinetto sferico
La categoria corretta dipende principalmente dalla direzione in cui il carico si muove, se in linea retta o seguendo un arco.
Supporti fissi vs supporti a snodo
I montaggi fissi mantengono il corpo del cilindro in una posizione stabile rispetto al telaio della macchina. Sono generalmente adatti quando la barra del pistone e il componente azionato si muovono lungo un percorso dritto e accuratamente guidato. Poiché i montaggi fissi permettono poco movimento per compensare l'errore di installazione, la rigidità e l'allineamento del telaio sono particolarmente importanti.
I montaggi a snodo consentono al cilindro di ruotare attorno a un perno o cuscinetto durante l'estensione e la ritrazione. Sono comunemente utilizzati in macchinari mobili, attrezzature agricole, rimorchi e attrezzature da costruzione, dove il cilindro opera tra punti di collegamento in movimento.
| Categoria di montaggio | Movimento del cilindro | Più adatto per | Problema principale |
|---|---|---|---|
| Montaggio fisso | Il corpo del cilindro rimane stazionario | Movimento rettilineo guidato | Allineamento preciso |
| Montaggio a pivot | Il cilindro ruota attorno a un perno o cuscinetto | Collegamenti che si muovono attraverso un arco | Piano di pivot corretto e supporto a perno |
| Montaggio a pivot autocentrante | Consente un movimento angolare limitato in più direzioni | Strutture con lieve variazione angolare | Capacità portante e lubrificazione |
Nessuna delle categorie è universalmente migliore. La scelta corretta dipende sul percorso di carico reale e sulla geometria del movimento della macchina.
Un montaggio a morsetto utilizza una connessione a forma di forcina e un perno per collegare il cilindro all'attrezzatura. Il morsetto può trovarsi alla base del cilindro, all'estremità del stelo del pistone o a entrambe le estremità.
Poiché il perno crea un punto di rotazione, il cilindro può ruotare mentre il collegamento si muove attraverso un arco. I cilindri montati a morsetto sono ampiamente utilizzati negli attrezzi agricoli, nei meccanismi di scarico, nelle attrezzature per costruzioni, nella movimentazione dei materiali e in altre applicazioni mobili.
Un montaggio a morsetto normalmente consente movimento in un piano principale. Il perno di montaggio deve essere posizionato perpendicolare a quel piano, e le staffe collegate dovrebbero fornire un supporto adeguato su entrambi i lati del morsetto. Un eccessivo gioco tra il perno e il foro del perno può causare carico d'impatto, rumore e usura accelerata.
Non si deve aspettare che i montaggi a morsetto compensino un significativo disallineamento laterale. Se il cilindro e il collegamento si muovono in piani diversi, il carico laterale risultante può ancora danneggiare il cuscinetto del stelo e le guarnizioni.
2. Montaggio a tubi incrociati
Un montaggio a tubo incrociato consiste in un tubo saldato trasversalmente alla base del cilindro o all'estremità della barra del pistone. Un perno di montaggio passa attraverso il tubo, permettendo al cilindro di ruotare durante il funzionamento.
I cilindri idraulici a tubo incrociato sono compatti, robusti e facili da integrare in telai di macchine saldati. Si trovano comunemente su pale meccaniche, escavatori, carrelli elevatori, rimorchi, macchine agricole e attrezzature per la gestione dei rifiuti.
Rispetto a un clevis esterno, un tubo incrociato può offrire una connessione semplice ed efficiente in termini di spazio. Possono essere incorporati boccole o raccordi per migliorare il supporto del perno e ridurre l'usura. Il tubo incrociato, la giunzione saldata e il diametro del perno devono essere progettati tenendo conto del carico e del ciclo operativo previsti.
I supporti di montaggio dovrebbero sorreggere il tubo incrociato vicino a entrambe le estremità. Se i supporti sono posizionati troppo distanti, il perno potrebbe piegarsi e mettere ulteriore stress sul tubo e sulle saldature.
Un montaggio a tangente utilizza un unico perno piatto o occhio che si inserisce tra due supporti sulla macchina. Un perno passa attraverso i supporti e la tangente per formare la connessione di pivot.
I montaggi a tangente sono utili dove lo spazio di installazione è limitato o dove la macchina ha già un supporto a doppia orecchia. Sono utilizzati su attrezzature agricole, macchine per costruzioni, attrezzature per la gestione dei rifiuti e in altre applicazioni di cilindri idraulici saldati.
Poiché una tangente è supportata tramite un unico perno centrale, il suo spessore, la dimensione della saldatura e la resistenza al foro per il perno devono essere adeguati alla forza del cilindro. I supporti della macchina dovrebbero supportare la tangente da vicino senza limitare il movimento di pivot richiesto.
Un montaggio a tangente e un montaggio a clevis possono formare un giunto compatibile: la tangente fornisce la connessione maschile, mentre il clevis o il supporto doppio forniscono la connessione femminile.
4. Montaggio a cuscinetto sferico o montaggio a sfera girevole
Un montaggio a cuscinetto sferico contiene un cuscinetto a sfere all'interno dell'occhio del cilindro. A differenza di un giunto a perno convenzionale che ruota principalmente in un piano, un cuscinetto sferico consente un movimento angolare limitato in più direzioni.
Questa capacità di autoallineamento è utile quando il telaio della macchina si piega leggermente, i punti di montaggio non possono rimanere perfettamente paralleli o il collegamento cambia angolo durante il funzionamento. I cilindri con cuscinetti sferici sono spesso utilizzati in attrezzature compatte, macchine agricole, veicoli speciali e attrezzature per costruzioni.
Tuttavia, un cuscinetto sferico non rende il cilindro adatto per carichi laterali incontrollati. Accoglie un disallineamento angolare limitato alla connessione, ma la forza principale del cilindro dovrebbe comunque agire vicino alla linea centrale della barra.
La dimensione del cuscinetto, l'angolo consentito, il metodo di lubrificazione, la durezza del perno e la capacità di carico dinamico dovrebbero essere considerati durante la selezione. Dove il cuscinetto richiede grasso, il punto di lubrificazione deve rimanere accessibile dopo l'installazione.
5. Montaggio a trunnion
Un cilindro montato a trunnion ha perni di pivot cilindrici che si estendono da entrambi i lati del corpo del cilindro. A seconda del design, i trunnion possono trovarsi vicino alla testa, vicino al coperchio o attorno al centro del barile.
La macchina supporta i perni del trunnion con cuscinetti o blocchi a cuscino, consentendo al cilindro completo di ruotare mentre la barra del pistone segue il collegamento. I montaggi a trunnion sono utilizzati in attrezzature di sollevamento, presse, macchine per la movimentazione dei materiali e grandi meccanismi industriali o mobili.
I perni del trunnion sono principalmente destinati a sostenere carichi di taglio. I loro supporti dovrebbero essere posizionati vicino alle spalle del trunnion per minimizzare lo stress di flessione. I due cuscinetti di supporto devono essere allineati con precisione affinché il cilindro possa ruotare senza inceppamenti.
La posizione del trunnion influisce sul movimento del cilindro, sullo spazio di installazione e sul carico della colonna della barra del pistone. Pertanto, le applicazioni a lungo corso o ad alta forza dovrebbero essere valutate singolarmente invece di selezionare la posizione del trunnion solo in base allo spazio disponibile. Parker raccomanda similmente un supporto ravvicinato del trunnion e mette in guardia contro i carichi di flessione sui perni del trunnion.
6. Montaggio a flangia
Un montaggio a flangia fissa collega rigidamente il coperchio o la testa del cilindro alla struttura della macchina. Poiché la superficie di montaggio è generalmente perpendicolare alla linea centrale del cilindro, il carico può essere trasferito direttamente in un componente del telaio robusto.
I cilindri idraulici montati a flangia sono comunemente utilizzati in presse idrauliche, attrezzature di serraggio, macchinari industriali e altre applicazioni con movimento rettilineo e guidato con precisione. Forniscono una connessione rigida e sono ben adatti a forze assiali elevate.
La superficie di montaggio deve essere piatta, robusta e perpendicolare alla direzione di movimento prevista. Un montaggio a flangia offre poche possibilità di compensare il disallineamento. Se il carico non è guidato correttamente, il cilindro può essere forzato lateralmente anche quando la flangia stessa è saldamente fissata.
Se è preferita una flangia di testa o una flangia di copertura dipende dalla direzione primaria della forza e dalla struttura della macchina. La flangia, i dispositivi di fissaggio e la piastra di supporto devono essere valutati come un'unica assemblaggio portante piuttosto che come componenti separati.
7. Montaggio a piede o a gancio laterale
I cilindri montati a piede sono attaccati a una base della macchina tramite piedi o ganci laterali situati parallelamente al cilindro. Sono pratici per installazioni industriali orizzontali e possono fornire un facile accesso per la manutenzione.
A differenza di un montaggio a flangia sulla linea centrale, un montaggio a piede o a gancio laterale trasferisce la forza attraverso punti di montaggio spostati dall'asse del cilindro. Questo offset crea un momento di torsione quando il cilindro spinge o tira. Il telaio della macchina, i bulloni di montaggio e i ganci del cilindro devono resistere a quel momento.
Il carico azionato deve essere guidato esternamente e il cilindro deve essere allineato con attenzione. Potrebbero essere necessari chiavi, perni o stop positivi per prevenire il movimento del cilindro sulla sua superficie di montaggio durante ripetuti rovesciamenti del carico.
I montaggi a piede e a gancio laterale sono più appropriati quando il telaio è sufficientemente rigido e il percorso del carico rimane dritto. Non dovrebbero essere utilizzati come sostituti di un montaggio a snodo quando il meccanismo azionato si muove attraverso un arco.
Confronto dei tipi di montaggio per cilindri idraulici
| Tipo di montaggio | Fisso o pivotante | Tolleranza di allineamento | Applicazioni tipiche | Principale considerazione progettuale |
|---|---|---|---|---|
| Occhiello | Pivotante in un piano | Moderato | Agricoltura, rimorchi, macchinari edili | Allineamento di perno e supporto |
| Tubo trasversale | Pivotante in un piano | Moderato | Pale gommate, escavatori, carrelli elevatori, rimorchi | Forza di supporto del perno e saldatura |
| Tang | Pivotante in un piano | Moderato | Macchinari mobili compatti | Spessore del supporto e spessore del supporto |
| Cuscinetto sferico | Pivotante in più direzioni | Relativamente alto | Strutture flessibili e collegamenti complessi | Angolo del cuscinetto e lubrificazione |
| Perno | Pivotante in un piano | Moderato | Sistemi di sollevamento, presse e macchinari pesanti | Posizione del cuscinetto e piegatura perni |
| Flangia | Fisso | Basso | Pressa, di serraggio e macchinari industriali | Faccia di montaggio piatta e allineamento assiale |
| Piede o attacco laterale | Fisso | Basso | Installazioni industriali orizzontali | Momento torcentale e rigidità del telaio |
Come scegliere il giusto tipo di montaggio per cilindri idraulici
Iniziare studiando il movimento di entrambi i punti di connessione del cilindro attraverso il ciclo operativo completo. Se il cilindro rimane fermo e il carico si muove in un percorso rettilineo, guidato esternamente, una flangia o un montaggio a piede potrebbe essere appropriato. Se uno dei punti di connessione segue un arco, un supporto a occhiello, tubi trasversali, tang o montaggio su snodo è normalmente più adatto.
Il passo successivo è identificare la direzione della forza primaria. Determinare se il cilindro spinge, tira o lavora principalmente sotto una forza sostanziale in entrambe le direzioni. Il supporto, il perno, i bulloni, le saldature e i supporti della macchina devono tutti resistere alla massima forza del cilindro, inclusi gli urti e i picchi di pressione.
Deve essere considerato anche lo spazio di installazione. Lo stile di montaggio influisce sulla lunghezza chiusa del cilindro, sulla posizione del perno, sull'accessibilità dei porti e sullo spazio necessario per i tubi. Un supporto meccanicamente idoneo può comunque creare problemi se causa interferenze con i tubi o impedisce al cilindro di ruotare liberamente.
Per cilindri a corsa lunga che operano in compressione, l'imbozzamento del asta del pistone deve essere controllato separatamente. Cambiare la posizione del supporto o del perno può cambiare la lunghezza efficace dell'asta non supportata e quindi la resistenza dell'asta all'imbozzamento.
Perché il carico laterale è una preoccupazione importante
I cilindri idraulici sono progettati principalmente per produrre forza assiale. Quando il carico applicato non è allineato con la linea centrale del cilindro, parte di quella forza agisce lateralmente sull'asta, sulla guarnizione, sul pistone e sulle guarnizioni.
Ad esempio, se un cilindro applica una forza totale FF ad un angolo di disallineamento θ\theta, la componente di forza laterale approssimativa è:
Flaterale = F × sin(θ)
Anche un piccolo angolo può creare una forza laterale significativa quando la forza totale del cilindro è elevata. Un carico di 100 kN che agisce ad un angolo di soli 2° crea circa 3,5 kN di forza laterale.
Questa forza laterale può causare un'usura irregolare dei cuscinetti della asta, guarnizioni danneggiate, graffi all'interno del cilindro e deformazione della asta del pistone. Un supporto a snodo o un cuscinetto sferico possono accogliere il movimento angolare appropriato, ma non possono correggere una geometria di collegamento inadeguata o un carico esterno non supportato.
Errori comuni nel montaggio dei cilindri idraulici
Trattare il cilindro come una guida strutturale
Un cilindro idraulico deve creare movimento e forza; non deve normalmente essere l'unico componente a guidare un carico pesante. Binari, cuscinetti, slitte o bracci di collegamento devono controllare il percorso del carico affinché il cilindro non sia esposto a forze laterali evitabili.
Utilizzare un supporto rigido per un movimento ad arco
Se il componente azionato ruota attorno a un perno, l'angolo del cilindro cambia durante la corsa. Fissare rigidamente il cilindro in questa situazione può costringere la asta del pistone lateralmente. Dovrebbe essere utilizzato un supporto a snodo posizionato correttamente.
Restrizione della giunzione a snodo
Un cilindro a clevis o a tubo incrociato deve essere in grado di ruotare liberamente attorno al suo perno. Supporti, tubi, raccordi o elementi del telaio vicini non devono ostacolare questo movimento.
Utilizzare perni non supportati o sottodimensionati
Il perno di montaggio deve adattarsi correttamente al giunto e avere una capacità sufficiente di taglio e flessione. Un eccessivo gioco del perno produce carichi d'urto, mentre un supporto del supporto inadeguato consente al perno di deviare.
Ignorare la deflessione del telaio
Un cilindro può essere allineato correttamente quando la macchina è scarica, ma può diventare disallineato dopo che il telaio si deforma sotto il carico di lavoro. Pertanto, la geometria di montaggio dovrebbe essere controllata in condizioni operative realistiche.
Saldare vicino a un cilindro assemblato
Salvare un supporto di montaggio mentre il cilindro è assemblato può trasferire calore o corrente di saldatura attraverso la asta, i cuscinetti e le guarnizioni. Le procedure di saldatura dovrebbero proteggere le superfici di precisione e i componenti interni, e le istruzioni del produttore del cilindro devono sempre essere seguite.
Checklist per l'installazione del montaggio del cilindro idraulico
Prima di avviare il cilindro, verificare che:
- Gli assi del perno di base e del lato della asta siano paralleli dove è necessario un movimento in un solo piano.
- Il cilindro può completare la sua corsa completa senza interferenze meccaniche.
- I perni di montaggio si adattano correttamente e sono mantenuti saldamente.
- I giunti a snodo ruotano liberamente senza costringere la asta lateralmente.
- Le facce di montaggio fisse sono piane, rigide e correttamente allineate.
- I bulloni sono specificati correttamente e serrati con la coppia richiesta.
- I tubi hanno una lunghezza sufficiente e non limitano il movimento del cilindro.
- I punti di ingrassaggio e i componenti di servizio rimangono accessibili.
- Il carico è guidato esternamente dove necessario.
- Le aste del pistone a lungo corsa sono state controllate per curvatura.
Bosch Rexroth sottolinea inoltre che le superfici di montaggio e i componenti di montaggio, inclusi cuscinetti sferici, trunnions, piedi e flange, devono essere in grado di sopportare le forze generate durante il funzionamento. Documentazione del cilindro idraulico Bosch Rexroth
Posso I supporto per cilindri idraulici possono essere personalizzati?
Sì. I cilindri idraulici saldati possono essere prodotti con ganci, tubi trasversali, alette, occhi per perni, cuscinetti sferici, perni e supporti di montaggio personalizzati. Dimensioni come il diametro del perno, la larghezza di montaggio, la distanza tra i fori, la lunghezza del centro chiuso e l'orientamento della porta possono essere adattate all'attrezzatura.
Tuttavia, la configurazione di montaggio non dovrebbe essere copiata solo da una fotografia esterna. Per progettare o sostituire correttamente un cilindro, il produttore richiede normalmente disegni o informazioni dimensionali verificate, pressione di esercizio, carico massimo, corsa, geometria del movimento e condizioni di applicazione.
Per i progetti di sostituzione, è particolarmente importante confermare le dimensioni del centro perno sia nelle posizioni completamente ritratte che completamente estese. Le dimensioni di montaggio devono lavorare insieme al foro, al diametro dell'asta e alla corsa, e non devono essere trattate come una specifica indipendente.
