Um cilindro hidráulico faz mais do que gerar força linear. Ele também deve transferir essa força com segurança para a estrutura da máquina. O tipo de montagem do cilindro determina como o cilindro é conectado, se pode pivotar durante a operação e quão efetivamente lida com alinhamento, vibração e mudanças nas direções de carga.
Selecionar o estilo de montagem errado pode criar carregamento lateral na barra do pistão, rolamento da barra e vedações. Com o tempo, isso pode resultar em desgaste desigual, vazamento de vedações, barras tortas, pinos danificados ou trincas ao redor da estrutura de montagem. Portanto, escolher o suporte de cilindro hidráulico certo é tão importante quanto selecionar o diâmetro, o curso e a pressão de operação corretos.
Quais são os principais tipos de montagem de cilindros hidráulicos?
Os principais tipos de montagem de cilindros hidráulicos incluem gancho, tubo cruzado, tangente, rolamento esférico, trunnion, flange, pé e suportes laterais. Suportes fixos são usados para movimento reto e guiado, enquanto suportes pivotantes permitem que o cilindro gire à medida que a ligação da máquina se move por um arco.
O que é um Suporte de Cilindro Hidráulico?
Um suporte de cilindro hidráulico é a conexão mecânica entre o cilindro e o equipamento. Os suportes podem ser soldados diretamente ao corpo do cilindro, usinados em uma tampa de extremidade, parafusados ao cilindro ou rosqueados na barra do pistão.
O suporte deve transferir as forças de empurrar e puxar do cilindro para a estrutura da máquina, mantendo um alinhamento aceitável. Alguns suportes seguram o cilindro rigidamente em uma posição, enquanto outros permitem que ele gire à medida que a ligação da máquina se move.
Os tipos de montagem de cilindros hidráulicos podem ser geralmente divididos em duas categorias principais:
- Montagens fixas, como montagens de flange, pé e gancho lateral
- Suportes pivotantes, como montagens de clevis, tubo cruzado, tangente, trunnion e montagem de rolamento esférico
A categoria correta depende principalmente de se a carga se desloca em linha reta ou segue um arco.
Suportes Fixos vs Suportes Pivotantes
As montagens fixas mantêm o corpo do cilindro em uma posição estável em relação ao quadro da máquina. Elas são geralmente adequadas quando a haste do pistão e o componente acionado se movem ao longo de um caminho reto e guiado com precisão. Como as montagens fixas permitem pouco movimento para compensar erros de instalação, a rigidez e o alinhamento do quadro são particularmente importantes.
As montagens pivotantes permitem que o cilindro gire em torno de um pino ou rolamento durante a extensão e retração. Elas são comumente usadas em máquinas móveis, equipamentos agrícolas, reboques e equipamentos de construção, onde o cilindro opera entre pontos de ligação móveis.
| Categoria de montagem | Movimento do cilindro | Mais adequado para | Principal preocupação |
|---|---|---|---|
| Montagem fixa | O corpo do cilindro permanece estacionário | Movimento reto e guiado | Alinhamento preciso |
| Montagem pivotante | O cilindro gira em torno de um pino ou rolamento | Ligaduras se movendo através de um arco | Plano de pivotagem correto e suporte do pino |
| Montagem pivotante auto-alinhável | Permite movimento angular limitado em várias direções | Estruturas com variação angular mínima | Capacidade de carga e lubrificação |
Nenhuma das categorias é universalmente melhor. A escolha correta depende do caminho de carga real da máquina e da geometria do movimento.
Uma montagem em olhal usa uma conexão em forma de garfo e um pino para conectar o cilindro ao equipamento. O olhal pode estar localizado na base do cilindro, na extremidade da haste do pistão ou em ambas as extremidades.
Como o pino cria um ponto de pivô, o cilindro pode girar à medida que o enlace percorre um arco. Cilindros montados em olhal são amplamente utilizados em implementos agrícolas, mecanismos de descarga, equipamentos de construção, máquinas de manuseio de materiais e outras aplicações móveis.
Uma montagem em olhal normalmente permite movimento em um plano principal. O pino de montagem deve ser posicionado perpendicular a esse plano, e os suportes conectados devem fornecer suporte adequado em ambos os lados do olhal. Folga excessiva entre o pino e o furo do pino pode causar carregamento de impacto, ruído e desgaste acelerado.
As montagens em olhal não devem ser esperadas para compensar um deslocamento lateral significativo. Se o cilindro e o enlace se moverem em planos diferentes, a carga lateral resultante ainda pode danificar o rolamento da haste e as vedações.
Uma montagem de tubo cruzado consiste em um tubo soldado na base do cilindro ou na extremidade do êmbolo. Um pino de montagem passa pelo tubo, permitindo que o cilindro gire durante a operação.
Os cilindros hidráulicos de tubo cruzado são compactos, fortes e fáceis de integrar em estruturas de máquinas soldadas. Eles são comumente encontrados em carregadeiras, retroescavadeiras, empilhadeiras, reboques, maquinários agrícolas e equipamentos de manuseio de resíduos.
Comparado com uma clevis externa, um tubo cruzado pode fornecer uma conexão simples e eficiente em termos de espaço. Buchas ou ajuste de graxa podem ser incorporados para melhorar o suporte do pino e reduzir o desgaste. O tubo cruzado, a joint de solda e o diâmetro do pino devem ser todos projetados para a carga e o ciclo de trabalho esperados.
Os suportes de montagem devem suportar o tubo cruzado próximo a ambas as extremidades. Se os suportes forem posicionados muito afastados, o pino pode dobrar e colocar estresse adicional no tubo e nas soldas.
Uma montagem de tang usa uma única lug plana ou olho que se encaixa entre dois suportes na máquina. Um pino passa pelos suportes e pelo tang para formar a conexão de pivô.
As montagens de tang são úteis onde o espaço de instalação é limitado ou onde a máquina já possui um suporte de montagem de orelha dupla. Elas são utilizadas em equipamentos agrícolas, maquinário de construção, equipamentos de manuseio de resíduos e outras aplicações de cilindros hidráulicos soldados.
Como um tang é suportado através de um único lug central, sua espessura, tamanho da solda e resistência do furo do pino devem ser adequados à força do cilindro. Os suportes da máquina devem apoiar o tang de forma próxima, sem restringir o movimento de pivô necessário.
Uma montagem de tang e uma montagem de clevis podem formar uma junta compatível: o tang fornece a conexão masculina, enquanto a clevis ou o suporte duplo fornece a conexão feminina.
4. Montagem de Rolamento Esférico ou Montagem de Bola Giratória
Uma montagem de rolamento esférico contém um rolamento liso esférico dentro do olho do cilindro. Ao contrário de uma junta de pino convencional que pivota principalmente em um plano, um rolamento esférico permite movimento angular limitado em múltiplas direções.
Essa capacidade de autoalinhamento é útil quando a estrutura da máquina flexiona ligeiramente, os pontos de montagem não podem permanecer perfeitamente paralelos ou a ligação altera o ângulo durante a operação. Os cilindros de rolamento esférico são frequentemente usados em equipamentos compactos, maquinários agrícolas, veículos especiais e equipamentos de construção.
No entanto, um rolamento esférico não torna o cilindro adequado para carregamentos laterais não controlados. Ele acomoda desvio angular limitado na conexão, mas a força principal do cilindro ainda deve atuar próxima à linha central do êmbolo.
O tamanho do rolamento, o ângulo permitido, o método de lubrificação, a dureza do pino e a classificação de carga dinâmica devem ser considerados durante a seleção. Onde o rolamento requer graxa, o ponto de lubrificação deve permanecer acessível após a instalação.
5. Montagem de Trunnion
Um cilindro montado em trunnion possui pinos de pivô cilíndricos que se estendem de ambos os lados do corpo do cilindro. Dependendo do projeto, os trunnions podem estar localizados perto da cabeça, perto da tampa ou ao redor do meio do cilindro.
A máquina suporta os pinos de trunnion com rolamentos ou blocos de almofada, permitindo que o cilindro completo gire enquanto o êmbolo segue a ligação. Montagens de trunnion são utilizadas em equipamentos de elevação, prensas, maquinário de manuseio de materiais e grandes mecanismos industriais ou móveis.
Os pinos de trunnion são principalmente destinados a suportar cargas cortantes. Seus suportes devem ser posicionados próximos aos ombros do trunnion para minimizar o estresse de flexão. Os dois rolamentos de suporte também devem estar alinhados com precisão para que o cilindro possa pivotar sem bloqueios.
A localização do trunnion afeta o movimento do cilindro, o espaço de instalação e a carga da coluna do êmbolo. Aplicações de longo curso ou alta força devem, portanto, ser avaliadas individualmente, em vez de selecionar a posição do trunnion apenas com base no espaço disponível. Parker também recomenda suporte próximo de trunnion e alerta contra cargas de flexão nos pinos de trunnion.
6. Montagem de Flange
Um suporte flangeado fixa rigidamente a cabeça ou tampa do cilindro à estrutura da máquina. Como a face de montagem é geralmente perpendicular à linha central do cilindro, a carga pode ser transferida diretamente para um membro estruturante forte.
Os cilindros hidráulicos montados em flange são comumente usados em prensas hidráulicas, equipamentos de aperto, maquinário industrial e outras aplicações com movimento reto e guiado com precisão. Eles fornecem uma conexão rígida e são bem adequados para altas forças axiais.
A superfície de montagem deve ser plana, forte e perpendicular à direção de viagem pretendida. Um suporte flangeado oferece pouca capacidade de compensar desalinhamentos. Se a carga não for adequadamente guiada, a haste do pistão pode ser forçada para o lado mesmo quando a flange em si estiver seguramente presa.
Se uma flange de cabeça ou uma flange de tampa é preferida depende da direção da força predominante e da estrutura da máquina. A flange, os fixadores e a placa de suporte devem ser avaliados como um único conjunto de carga em vez de como componentes separados.
7. Montagem de pé ou de lado
Cilindros montados em pé são presos a uma base de máquina através de pés ou prendedores laterais localizados paralelamente ao cilindro. Eles são convenientes para instalações industriais horizontais e podem fornecer fácil acesso para manutenção.
Ao contrário de um suporte flangeado na linha central, um suporte de pé ou prendedor lateral transfere força através de pontos de montagem deslocados do eixo do cilindro. Este deslocamento cria um momento de torção quando o cilindro empurra ou puxa. O quadro da máquina, os parafusos de montagem e os prendedores do cilindro devem resistir a esse momento.
A carga acionada deve ser guiada externamente, e o cilindro deve estar cuidadosamente alinhado. Chaves, pinos ou paradas positivas podem ser necessárias para impedir que o cilindro se mova em sua superfície de montagem sob reversões de carga repetidas.
Os suportes de pé e de prendedor lateral são mais apropriados quando o quadro é suficientemente rígido e o caminho da carga permanece reto. Eles não devem ser usados como substituto de um suporte de pivô quando o mecanismo acionado se move através de um arco.
Comparação dos Tipos de Montagem de Cilindro Hidráulico
| Tipo de montagem | Fixo ou pivotante | Tolerância de alinhamento | Aplicações típicas | Principal consideração de design |
|---|---|---|---|---|
| Olhal | Pivotante em um plano | Moderado | Agricultura, reboques, maquinário de construção | Alinhamento de pino e suporte |
| Tubo cruzado | Pivotante em um plano | Moderado | Carregadores, retroescavadeiras, empilhadeiras, reboques | Força de suporte de pino e solda |
| Tang | Pivotante em um plano | Moderado | Máquinas móveis compactas | Espessura do suporte e apoio do suporte |
| Rolamento esférico | Giro em múltiplas direções | Relativamente alto | Estruturas flexíveis e articulações complexas | Ângulo de rolamento e lubrificação |
| Trunnion | Pivotante em um plano | Moderado | Sistemas de elevação, prensas e máquinas pesadas | Posição do rolamento e flexão do pino |
| Flange | Fixo | Baixo | Prensas, fixação e máquinas industriais | Face de montagem plana e alinhamento axial |
| Pé ou mancal lateral | Fixo | Baixo | Instalações industriais horizontais | Momento de torque e rigidez do quadro |
Como Escolher o Tipo Certo de Montagem para Cilindro Hidráulico
Comece estudando o movimento dos dois pontos de conexão do cilindro durante o ciclo operacional completo. Se o cilindro permanecer estacionário e a carga se mover em um caminho reto e guiado externamente, uma flange ou montagem de pé pode ser apropriada. Se algum dos pontos de conexão seguir um arco, uma montagem em clevis, tubo cruzado, tangente ou trunnion é normalmente mais adequada.
O próximo passo é identificar a direção da força primária. Determine se o cilindro principalmente empurra, puxa ou opera sob força substancial em ambas as direções. A montagem, pino, parafusos, soldas e suportes da máquina devem suportar toda a força máxima do cilindro, incluindo picos de choque e pressão.
O espaço de instalação também deve ser considerado. O estilo de montagem afeta o comprimento fechado do cilindro, a localização do pivô, a acessibilidade dos portos e o espaço necessário para as mangueiras. Uma montagem mecanicamente adequada pode ainda causar problemas se provocar interferência das mangueiras ou impedir que o cilindro gire livremente.
Para cilindros de longo curso operando em compressão, o empenamento da barra do pistão deve ser verificado separadamente. Mudar a posição da montagem ou do pivô pode alterar o comprimento efetivo da barra não suportada e, portanto, a resistência da barra ao empenamento.
Por que o Carregamento Lateral é uma Grande Preocupação
Os cilindros hidráulicos são projetados principalmente para produzir força axial. Quando a carga aplicada não está alinhada com a linha central do cilindro, parte dessa força atua lateralmente na barra, tampa, pistão e vedações.
Por exemplo, se um cilindro aplica uma força total FF em um ângulo de desalinhamento θ\theta, o componente de força lateral aproximado é:
Flateral = F × sen(θ)
Até mesmo um pequeno ângulo pode criar uma força lateral significativa quando a força total do cilindro é alta. Uma carga de 100 kN agindo a um ângulo de apenas 2° cria aproximadamente 3,5 kN de força lateral.
Essa força lateral pode causar desgaste desigual nos rolamentos da barra, vedações danificadas, marcas internas no cilindro e empenamento da barra do pistão. Uma montagem em pivô ou rolamento esférico pode acomodar movimento angular apropriado, mas não pode corrigir geometria de ligação ruim ou uma carga externa não suportada.
Erros Comuns na Montagem de Cilindros Hidráulicos
Tratando o Cilindro como um Guia Estrutural
Um cilindro hidráulico deve criar movimento e força; não deve normalmente ser o único componente que guia uma carga pesada. Trilhos, rolamentos, deslizadores ou braços de ligação devem controlar o caminho da carga para que o cilindro não fique exposto a forças laterais evitáveis.
Usando um Suporte Rígido para um Movimento em Arco
Se o componente acionado gira em torno de uma dobradiça, o ângulo do cilindro muda durante o curso. Fixar rigidamente o cilindro nessa situação pode forçar a barra do pistão para o lado. Um suporte de pivô corretamente posicionado deve ser utilizado.
Restringindo a Junta Pivotante
Um cilindro com clevis ou tubo cruzado deve ser capaz de girar livremente em torno do seu pino. Suportes, mangueiras, conexões ou membros próximos do quadro não devem obstruir esse movimento.
Usando Pinos Não Suportados ou Subdimensionados
O pino de montagem deve se encaixar corretamente na junta e ter capacidade de cisalhamento e flexão suficientes. Um excesso de folga no pino produz carregamento de impacto, enquanto um suporte de suporte inadequado permite que o pino se deflecta.
Ignorando a Deflexão do Quadro
Um cilindro pode ser alinhado corretamente quando a máquina está descarregada, mas pode ficar desalinhado após o quadro se defletir sob carga de trabalho. A geometria de montagem deve, portanto, ser verificada em condições operacionais realistas.
Soldando Perto de um Cilindro Montado
Soldar um suporte de montagem enquanto o cilindro está montado pode transferir calor ou corrente de soldagem através da haste, rolamentos e vedantes. Os procedimentos de soldagem devem proteger superfícies de precisão e componentes internos, e as instruções do fabricante do cilindro devem sempre ser seguidas.
Lista de Verificação para Instalação de Montagem de Cilindro Hidráulico
Antes de colocar o cilindro em funcionamento, verifique se:
- Os eixos de pivô da base e da extremidade da haste estão paralelos onde é necessário movimento em um único plano.
- O cilindro pode completar todo o seu curso sem interferência mecânica.
- Os pinos de montagem se encaixam corretamente e estão retidos de forma segura.
- As juntas de pivô giram livremente sem forçar a haste para o lado.
- As superfícies de montagem fixas são planas, rígidas e corretamente alinhadas.
- Os parafusos são especificados corretamente e apertados ao torque necessário.
- As mangueiras têm comprimento suficiente e não restringem o movimento do cilindro.
- Os pontos de graxa e os componentes de serviço permanecem acessíveis.
- A carga é guiada externamente quando necessário.
- As varas de pistão de curso longo foram verificadas quanto a empenamento.
A Bosch Rexroth também enfatiza que superfícies de montagem e componentes de montagem—incluindo rolamentos esféricos, trunnions, pés e flanges—devem ser capazes de suportar as forças geradas durante a operação. Documentação do cilindro hidráulico Bosch Rexroth
Pode Suportes de Cilindro Hidráulico Podem Ser Personalizados?
Sim. Cilindros hidráulicos soldados podem ser fabricados com clevises, tubos cruzados, ganchos, olhos de pino, rolamentos esféricos, trunnions e suportes de montagem personalizados. Dimensões como diâmetro do pino, largura de montagem, espaçamento de furos, comprimento em centro fechado e orientação de porta podem ser compatíveis com o equipamento.
No entanto, a configuração de montagem não deve ser copiada apenas de uma fotografia externa. Para projetar ou substituir um cilindro corretamente, o fabricante normalmente exige desenhos ou informações dimensionais verificadas, pressão de operação, carga máxima, curso, geometria de movimento e condições de aplicação.
Para projetos de substituição, é particularmente importante confirmar as dimensões do centro do pino tanto nas posições completamente retraídas quanto nas completamente estendidas. As dimensões de montagem devem trabalhar em conjunto com o diâmetro do furo, diâmetro da barra e curso — não devem ser tratadas como uma especificação independente.
