Un cilindro idraulico può funzionare normalmente quando la macchina è fredda, ma iniziare a perdere dopo che l'attrezzatura è in funzione per un certo tempo.
L'olio può iniziare a comparire attorno alla guarnizione dell'asta del pistone, la forza del cilindro può diminuire, oppure il sistema potrebbe non mantenere più efficacemente la pressione come durante il funzionamento a freddo. Questo è un problema comune nelle attrezzature idrauliche che operano durante l'estate o in condizioni di carico pesante continuo.
L'alta temperatura dell'olio non è sempre l'unica causa di perdita. In molti casi, il calore rende semplicemente i problemi esistenti più evidenti, come guarnizioni usurate, giochi interni eccessivi, olio idraulico inadeguato, aste del pistone danneggiate, carichi laterali o fluttuazioni di pressione anomale.
Per risolvere correttamente il problema, è necessario determinare se la perdita è esterna o interna e identificare perché la temperatura dell'olio idraulico continua ad aumentare.
L'olio idraulico diventa più sottile man mano che la temperatura aumenta
La viscosità dell'olio idraulico diminuisce man mano che aumenta la temperatura dell'olio.
Quando l'olio diventa più sottile, può passare più facilmente attraverso piccoli giochi attorno alle guarnizioni del pistone, alle guarnizioni delle aste, ai componenti di guida e alle valvole idrauliche.
Durante il funzionamento a freddo, l'olio ad alta viscosità può temporaneamente compensare per un'usura minore delle guarnizioni o per un eccessivo gioco dei componenti. Man mano che il sistema si riscalda, l'olio diventa meno resistente al flusso e i percorsi di perdita esistenti diventano più significativi.
Questo può risultare in:
- Perdita d'olio attorno all'asta del pistone
- Forza del cilindro ridotta
- Cambiamenti nella velocità del cilindro
- Tempo di mantenimento della pressione più breve
- Aumento della perdita interna
Per questo motivo, un cilindro che perde solo quando è caldo non ha necessariamente un nuovo problema. Il calore può semplicemente rivelare usura o danni già presenti.
Le alte temperature modificano la durezza e l'elasticità delle guarnizioni
I cilindri idraulici utilizzano comunemente guarnizioni realizzate in poliuretano, gomma nitrilica, gomma fluorocarbonica, PTFE o altri materiali ingegnerizzati.
Ogni materiale ha limiti di temperatura, caratteristiche di durezza e compatibilità con i fluidi idraulici diversi.
Quando esposto a temperature superiori al suo intervallo di funzionamento appropriato, una guarnizione può ammorbidire, gonfiare, indurire, ritirarsi o perdere elasticità.
Se la guarnizione diventa troppo morbida, la labbro di tenuta potrebbe non mantenere più un contatto stabile con il perno del pistone o il foro del cilindro. Sotto alta pressione, il materiale della guarnizione può essere forzato nel gioco tra i componenti, causando estrusione, taglio, strappo o deformazione permanente.
L'esposizione prolungata a temperature elevate può causare anche un'impostazione di compressione. Una volta che ciò accade, la guarnizione potrebbe non recuperare più la sua forma originale anche dopo che la temperatura dell'olio ritorna alla normalità, quindi la perdita continua.
L'espansione termica modifica i giochi di tenuta
Il tubo del cilindro, il pistone, il perno del pistone, il bush di guida, il coperchio del cilindro, le guarnizioni e gli anelli di usura rispondono tutti ai cambiamenti di temperatura.
Poiché questi componenti possono utilizzare materiali, dimensioni e strutture diverse, non si espandono sempre alla stessa velocità.
I cambiamenti di temperatura possono alterare i giochi effettivi tra:
- Il pistone e il foro del cilindro
- Il perno del pistone e il bush di guida
- La guarnizione e la sua scanalatura
- L'anello di usura e la superficie di supporto
Se un gioco diventa più grande, l'olio idraulico può passare più facilmente attraverso l'area di tenuta.
Se un gioco locale diventa troppo piccolo, l'attrito può aumentare. Questo crea calore aggiuntivo attorno al labbro di tenuta e può accelerare l'usura della guarnizione.
Le perdite ad alta temperatura non sono quindi solo un problema di materiale della guarnizione. Possono anche essere correlate alle tolleranze del cilindro, alla progettazione della guida, alla condizione dell'anello di usura e alle dimensioni della scanalatura della guarnizione.
Le guarnizioni usurate perdono più facilmente con olio caldo
I labbri delle guarnizioni si usurano gradualmente durante il normale funzionamento.
Man mano che l'usura aumenta, la pressione di contatto del sigillo diminuisce. Quando l'olio è freddo e relativamente denso, un'usura lieve potrebbe non causare perdite visibili.
Dopo che l'olio diventa caldo e più sottile, può passare più facilmente attraverso la superficie di tenuta usurata. Un piccolo problema di infiltrazione a freddo potrebbe quindi diventare una perdita evidente durante l'operazione continua.
Se il sigillo ha già crepe, tagli, aree indurite, bordi mancanti o deformazioni permanenti, ridurre solo la temperatura dell'olio non risolverà completamente il problema.
Il sigillo deve essere ispezionato e sostituito, ma deve essere identificata anche la causa del danno prematuro.
I danni all'asta del pistone aumentano le perdite in stato caldo
Il stelo del pistone rimane in contatto continuo con il sigillo del cilindro, quindi la sua condizione superficiale influisce direttamente sulla perdita esterna.
Graffi, corrosione, cavitazione, crepe nella cromatura, ammaccature o una rugosità superficiale errata possono impedire al sigillo del cilindro di mantenere un film d'olio stabile.
Quando l'olio diventa più caldo e più sottile, può viaggiare più facilmente lungo graffi o difetti superficiali e sfuggire oltre il sigillo del cilindro.
Il carico laterale del cilindro, la flessione o un allineamento errato del cilindro possono anche causare un'usura più rapida di un lato del sigillo rispetto all'altro. L'alta temperatura accelera ulteriormente questo processo di usura.
Quando si sostituisce un sigillo del cilindro, devono essere controllate anche la superficie del stelo del pistone, il gioco di guida, l'allineamento del cilindro, i perni di montaggio e i bush.
Le fluttuazioni di pressione aumentano lo stress delle guarnizioni
Durante l'operazione continua, la rapida estensione e retrazione, i frequenti cambi di direzione, gli impatti del carico e la contropressione della linea di ritorno possono produrre fluttuazioni di pressione all'interno del cilindro.
Quando si verificano contemporaneamente alte temperature dell'olio e picchi di pressione, i sigilli ammorbiditi sono più propensi a deformarsi o estrudere.
Il rischio aumenta quando:
- Le clearance del sigillo sono troppo grandi
- Gli anelli di usura o i componenti guida sono usurati
- La contropressione di ritorno è eccessiva
- La valvola di sfogo è regolata in modo errato
- Il sistema sperimenta picchi di pressione anomali
Alcuni cilindri non perdono costantemente sotto pressione stabile. Invece, la perdita diventa più evidente durante l'avvio, i cambi di direzione, le fermate improvvise o i rapidi cambi di carico.
In questi casi, il circuito idraulico e le condizioni di pressione devono essere controllati insieme ai sigilli del cilindro.
L'olio ossidato o contaminato danneggia le superfici di tenuta
L'olio idraulico ossida più rapidamente quando opera continuamente a alta temperatura.
L'olio degradato può formare fanghi, vernice, depositi simili al carbonio o altri contaminanti. Questi materiali possono accumularsi attorno ai bordi delle guarnizioni, alle superfici delle aste, alle scanalature delle guarnizioni e ai passaggi idraulici.
Le particelle di metallo, la polvere e altri contaminanti duri possono anche agire come abrasivi, graffiando sia le guarnizioni che le superfici metalliche.
Se l'acqua entra nel sistema idraulico, l'alta temperatura può contribuire all'emulsificazione dell'olio e alla corrosione interna. Le aste dei pistoni e i cilindri corrosi possono danneggiare ripetutamente nuove guarnizioni, causando perdite ricorrenti.
Pertanto, la sostituzione delle guarnizioni dovrebbe essere accompagnata da un'ispezione delle condizioni dell'olio, del sistema di filtrazione, del respiratore, del serbatoio e del livello di contaminazione.
Qual è la differenza tra perdita esterna e interna?
Le perdite esterne possono normalmente essere visibili direttamente.
Esempi comuni includono l'olio attorno alla guarnizione dell'asta, al coperchio del cilindro, alle guarnizioni statiche, ai porti idraulici, alle raccordi, ai tubi, alle saldature o alle connessioni filettate.
La perdita interna si verifica all'interno del cilindro idraulico. L'olio può passare dal lato ad alta pressione del pistone verso la camera opposta attraverso la guarnizione del pistone.
Il cilindro può rimanere asciutto esternamente, ma l'attrezzatura potrebbe subire una riduzione della forza, una velocità instabile, una scarsa tenuta della pressione o una deriva del cilindro.
Entrambi i tipi di perdita possono aumentare man mano che la temperatura dell'olio sale. Tuttavia, la diagnosi della deriva del cilindro e delle perdite interne richiede test separati e non dovrebbe essere giudicata solo dall'olio visibile attorno al cilindro.
Come dovrebbe essere ispezionata la perdita in stato caldo?
Quando un cilindro idraulico perde dopo essersi riscaldato, confronta le prestazioni in stato freddo e in stato caldo prima di smontarlo.
Controlla la temperatura attuale dell'olio, il grado di viscosità dell'olio idraulico, la posizione della perdita, la superficie dell'asta, il tempo di servizio della guarnizione, la pressione di lavoro, la contropressione di ritorno e l'installazione del cilindro.
Pulire l'esterno del cilindro prima di far ripartire l'attrezzatura. Questo rende più facile determinare se l'olio proviene dalla guarnizione dell'asta, dal coperchio del cilindro, dalla connessione del porto, dal tubo, dal raccordo o da un altro componente nelle vicinanze.
Se si sospetta una perdita interna, eseguire un test di tenuta della pressione o un test di perdita interna in condizioni controllate.
Come può essere ridotta la perdita del cilindro idraulico ad alta temperatura?
Ridurre le perdite in stato caldo richiede sia di controllare la temperatura dell'olio sia di correggere i problemi esistenti del cilindro.
Utilizzare un grado di viscosità dell'olio idraulico adatto alla temperatura ambiente e alle attuali condizioni operative. Il volume del serbatoio, il refrigeratore, il flusso d'aria, la filtrazione e la capacità di dissipazione del calore devono essere anche adeguati per un funzionamento continuo.
Per le attrezzature che operano regolarmente a temperature elevate, selezionare materiali per guarnizioni compatibili con il fluido idraulico e adatti sia per temperature dell'olio continue che di picco.
La barra del pistone, gli anelli di usura, i bussole di guida, le scanalature per guarnizione e gli spazi dei componenti devono essere ispezionati. Il carico laterale, la contaminazione, la contropressione eccessiva e i picchi di pressione devono essere corretti.
Semplicemente installare una guarnizione più dura o aumentare la compressione della guarnizione non risolve sempre la perdita. Una compressione eccessiva può aumentare l'attrito, la generazione di calore e l'usura della guarnizione.
Conclusione
I cilindri idraulici perdono più facilmente quando l'olio si riscalda perché la viscosità dell'olio diminuisce, le proprietà della guarnizione cambiano, gli spazi dei componenti si spostano e l'usura esistente o i danni superficiali diventano più significativi.
Pertanto, la perdita in stato caldo è spesso il risultato di più fattori correlati piuttosto che di una singola guarnizione difettosa.
Un'ispezione completa dovrebbe considerare la temperatura dell'olio, la viscosità dell'olio, le condizioni delle guarnizioni, la qualità del cilindro del pistone, l'allineamento del cilindro, i giochi interni, la contaminazione, le fluttuazioni di pressione e il circuito idraulico.
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