Um cilindro hidráulico deve se estender e retrair suavemente à medida que o óleo hidráulico entra e sai das câmaras de trabalho. No entanto, alguns cilindros não se movem a uma velocidade constante. Em vez disso, a haste pode hesitar, pular repentinamente para frente, parar novamente ou mover-se repetidamente em pequenos passos irregulares.
Esse comportamento é frequentemente descrito como movimento irregular, deslizamento ou rastejamento do cilindro hidráulico.. É especialmente notável quando o cilindro opera em baixa velocidade, começa a se mover após estar estacionário ou trabalha sob cargas variáveis.
Em muitos casos, o cilindro em si não é a única causa possível. A fricção do selo, a lubrificação inadequada, a carga lateral, o desalinhamento incorreto, o fluxo de óleo instável, o fluido contaminado, o comportamento da válvula ou o ar aprisionado podem criar sintomas semelhantes. Portanto, um diagnóstico correto requer a verificação tanto do cilindro hidráulico quanto do sistema hidráulico circundante.
Um cilindro hidráulico comumente desenvolve deslizamento quando a força necessária para iniciar o movimento é maior do que a força necessária para mantê-lo em movimento. A pressão hidráulica se acumula até que o pistão ou a haste se libere, o cilindro se move repentinamente, a pressão cai e o cilindro gruda novamente. A fricção do selo, a lubrificação insuficiente, a carga lateral, a viscosidade inadequada do óleo, a instabilidade do fluxo a baixa velocidade e as superfícies deslizantes danificadas são causas comuns.
O que é o deslizamento do cilindro hidráulico?
O deslizamento é um ciclo repetido de grudamento e deslizamento repentino entre superfícies em movimento.
Quando um cilindro hidráulico está estacionário, as vedações do pistão, vedações do corpo, anéis de desgaste e outros componentes deslizantes criam resistência. A força inicial necessária para superar essa resistência é frequentemente chamada de força de arranque ou atrito de arranque.
Uma vez que o cilindro começa a se mover, o atrito pode diminuir. Se a diferença entre o atrito inicial e o atrito de funcionamento se tornar muito grande, o cilindro pode não se mover suavemente.
Em vez disso, o ciclo pode parecer assim:
Pressão aumenta → cilindro permanece estacionário → força de arranque é alcançada → cilindro se move repentinamente → pressão cai → cilindro para → pressão aumenta novamente.
Esse processo repetido produz o movimento característico de parar e ir associado ao stick-slip.
O efeito é geralmente mais óbvio em velocidades muito baixas do cilindro, porque há menos movimento contínuo de fluido e menos lubrificação estável entre a vedação e a superfície de deslizamento. A SKF observa que materiais de vedação em PTFE são frequentemente utilizados onde um posicionamento preciso do cilindro é necessário, pois seu baixo coeficiente de atrito ajuda a minimizar o comportamento stick-slip.
Movimento irregular, no entanto, não significa automaticamente verdadeiro stick-slip. Ar no sistema hidráulico, válvulas instáveis, flutuações de pressão ou fluxo insuficiente também podem causar movimento irregular do cilindro. Essas possibilidades devem ser separadas durante a resolução de problemas.
O que causa o movimento irregular de um cilindro hidráulico?
Várias condições mecânicas e hidráulicas podem produzir movimento irregular do cilindro. A condição operacional em que o problema ocorre frequentemente fornece a primeira pista útil.
| Causa possível | Sintoma Típico | Mais Notável Quando |
|---|---|---|
| Alto atrito de vedação | O cilindro hesita e depois salta | Movimento de partida ou em baixa velocidade |
| Mau funcionamento da lubrificação | Movimento áspero e inconsistente | Longos períodos de inatividade ou baixa velocidade |
| Carregamento lateral / desalinhamento | O movimento se torna apertado em certas posições de curso | Sob carga |
| Viscosidade do óleo muito alta | Movimento lento ou irregular | Partida a frio |
| Fluxo de óleo instável | A velocidade aumenta e diminui repetidamente | Configurações de baixo fluxo |
| Ar aprisionado | Movimento esponjoso ou irregular | Após manutenção ou perda de óleo |
| Contaminação / dano na superfície | Movimento áspero em parte do curso | Ciclagem repetida |
| Guias ou rolamentos desgastados | Binding, desgaste irregular, movimento anormal da vareta | Aplicações com carga lateral |
1. Fricção excessiva do selo
Os selos hidráulicos devem manter contato suficiente com a vareta e o cilindro para controlar vazamentos. No entanto, uma pré-carga excessiva do selo ou um projeto de selo inadequado podem criar atrito excessivo.
Isso se torna especialmente importante em cilindros que requerem posicionamento lento e preciso.. O selo pode resistir ao movimento enquanto a pressão se acumula atrás do pistão. Assim que a força hidráulica excede o atrito de arranque, a vareta se move repentinamente em vez de gradualmente.
O material do selo também é importante. Alguns projetos de selos à base de PTFE de baixo atrito são especificamente projetados para reduzir o atrito de partida e de funcionamento e minimizar a aderência deslizante. A Hallite, por exemplo, descreve projetos de selos de pistão e buffer hidráulicos destinados a reduzir ou eliminar a aderência deslizante através de menor atrito.
Isso não significa que o PTFE seja sempre a solução correta. A seleção do selo ainda deve considerar pressão de trabalho, temperatura, compatibilidade do fluido, folga de extrusão, velocidade do cilindro, requisitos de vazamento e o ambiente de serviço esperado.
2. Lubrificação insuficiente na superfície deslizante
Um filme muito fino de óleo hidráulico normalmente lubrifica o contato entre os selos e a vareta do pistão ou o cilindro. Se essa lubrificação se tornar insuficiente, o atrito pode aumentar drasticamente.
Isso pode acontecer quando o cilindro opera extremamente lentamente, quando um selo remove óleo demais da superfície, ou quando o sistema de selagem não permite que um filme lubrificante adequado se desenvolva.
A relação entre vedação e lubrificação é importante. Um sistema de vedação que controla o óleo de forma muito agressiva pode deixar o selo dinâmico seguinte com lubrificação insuficiente, aumentando o atrito e potencialmente promovendo a aderência deslizante. A SKF identificou especificamente a lubrificação inadequada dos selos da vareta como uma condição que pode contribuir para o aumento do atrito e a aderência deslizante.
É por isso que simplesmente escolher o selo com o contato mais apertado possível nem sempre é a melhor abordagem para um cilindro hidráulico de precisão ou de baixa velocidade.
3. Desalinhamento do cilindro ou carga lateral
Um cilindro hidráulico é projetado principalmente para gerar força ao longo de seu eixo longitudinal. Se o cilindro, os pinos de fixação, a estrutura da máquina ou o mecanismo acionado estiverem desalinhados, a força lateral pode empurrar a vareta do pistão contra a tampa ou empurrar o pistão contra um lado do cilindro.
O resultado é um aumento do atrito na guia da vareta, nos anéis de desgaste, nos selos e no pistão.
Uma dica de diagnóstico útil é resistência dependente do cilindro.. Se o cilindro se mover suavemente ao longo de parte do seu curso, mas começar a travar ou pular em uma posição específica, o alinhamento mecânico e a carga lateral devem ser inspecionados cuidadosamente.
Os problemas comuns incluem pinos de montagem desgastados, suportes distorcidos, geometria de montagem incorreta, hastes de pistão tortas, momentos de carga externa excessiva e suporte de mancal insuficiente.
A operação contínua sob carga lateral severa pode transformar um problema de movimento em uma falha do cilindro mais séria danificando a superfície da haste, os elementos guias, os selos ou o cilindro.
4. A viscosidade do óleo hidráulico é muito alta ou as condições de operação estão erradas
A viscosidade do óleo hidráulico afeta tanto a lubrificação quanto a resistência ao fluxo.
Quando o óleo está muito frio, sua viscosidade pode aumentar significativamente. A bomba requer mais esforço para mover o fluido através de mangueiras, válvulas e pequenos passagens de controle de fluxo, enquanto a resistência dos selos também pode se tornar mais perceptível. O resultado pode ser um movimento lento ou irregular do cilindro imediatamente após a partida.
Se o problema é mais forte quando a máquina está fria, mas melhora após o óleo atingir a temperatura normal de operação, a viscosidade do óleo deve ser investigada.
O extremo oposto também pode criar problemas. Óleo hidráulico excessivamente quente e fino pode reduzir a qualidade da lubrificação e aumentar o vazamento interno. Portanto, a seleção do óleo deve ser baseada na faixa completa de temperatura de operação, e não apenas na temperatura ambiente.
5. Fluxo hidráulico baixo ou instável
Um movimento suave do cilindro requer um fluxo de óleo razoavelmente estável.
A velocidade do cilindro está aproximadamente relacionada ao fluxo por:
Velocidade do Cilindro = Taxa de Fluxo ÷ Área Efetiva do Pistão
Em velocidades comandadas muito baixas, mesmo pequenas variações no fluxo podem criar variações perceptíveis na velocidade do cilindro.
A fonte pode ser uma válvula de controle de fluxo, válvula proporcional, válvula de direção, bomba, filtro restrito, mangueira subdimensionada ou um circuito de entrada ou saída mal projetado.
Por exemplo, uma válvula de controle de fluxo operando perto do fundo de sua faixa controlável pode não regular o fluxo de maneira consistente o suficiente para um movimento muito lento do cilindro. Mudanças na carga podem ainda perturbar a diferença de pressão através da válvula.
Esse tipo de instabilidade hidráulica pode parecer semelhante ao efeito stick-slip mecânico, razão pela qual a substituição dos selos do cilindro antes de verificar a pressão real e o fluxo pode não resolver o problema.
6. Ar, contaminação ou danos na superfície interna
O ar aprisionado no óleo hidráulico é compressível. Em vez de transmitir pressão diretamente para o pistão, o ar pode se comprimir e expandir conforme a carga muda, criando uma resposta do cilindro atrasada ou irregular.
Isso é especialmente digno de verificação quando um movimento brusco começa após a substituição de uma mangueira, reparo do cilindro, manutenção do reservatório, nível de óleo baixo ou outro evento que pode ter introduzido ar.
A contaminação cria um problema diferente. Poeira e partículas duras podem danificar selos, riscar a haste, afetar válvulas ou criar fricção anormal entre os componentes deslizantes internos.
Uma haste ou cilindro danificado também pode criar resistência localizada. Se o cilindro travar repetidamente em aproximadamente a mesma posição em seu curso, inspecione a haste, o cilindro, os componentes guias e a estrutura da máquina associada, em vez de assumir que o fornecimento hidráulico é o único problema.
Como você diagnostica o movimento irregular ou o deslizamento do cilindro?
A melhor abordagem de solução de problemas é determinar quando e sob quais condições o movimento irregular ocorre antes de substituir componentes.
Comece observando o cilindro durante um ciclo completo de extensão e retração. Determine se o problema ocorre em ambas as direções, apenas sob carga, apenas em baixa velocidade, apenas durante a partida, ou apenas em um ponto do curso.
Em seguida, trabalhe através do sistema logicamente:
- Verifique a condição e o nível do óleo hidráulico. Procure por contaminação, formação de espuma, temperatura anormal ou uma graduação de viscosidade incorreta.
- Verifique se há ar preso. Preste atenção especial se o sistema foi recentemente aberto ou reparado.
- Compare a operação em baixa velocidade e em velocidade normal. Se o cilindro se tornar muito mais suave em alta velocidade, o atrito do selo, a lubrificação ou o controle de baixa vazão merecem uma investigação mais cuidadosa.
- Meça a pressão durante o movimento. Um padrão de pressão de subida e descida repetido que ocorre ao mesmo tempo que o movimento de parar e ir pode apoiar um diagnóstico de deslizamento.
- Inspecione a montagem e o alinhamento do cilindro. Desconectar a carga mecânica onde for seguro e prático pode ajudar a determinar se a resistência se origina no cilindro ou na estrutura da máquina.
- Inspecione a haste, pinos, rolamentos, guias e selos. Procure por arranhões, desgaste irregular, componentes tortos, folga excessiva ou condição anormal do selo.
A pressão e o movimento devem ser idealmente comparados sob condições de carga não carregada e de carga de trabalho representativa. Um cilindro que opera suavemente sem carga, mas se torna irregular sob carga pode estar enfrentando carga lateral, controle de fluxo inadequado, margem de pressão insuficiente ou binding mecânico.
Não aumente imediatamente a configuração da válvula de alívio para forçar o cilindro a passar por uma condição de travamento. Pressão mais alta pode temporariamente superar o atrito enquanto aumenta as cargas no cilindro, mangueiras, válvulas, pinos e estrutura da máquina.
Como o deslizamento do cilindro hidráulico pode ser consertado?
A solução correta depende da causa e não do sintoma.
Se o atrito excessivo do selo for confirmado, avalie o arranjo completo do selo, em vez de simplesmente instalar um selo mais macio. O perfil do selo, material, pré-carga, dimensões do sulco, pressão, temperatura, velocidade, acabamento superficial e condições de lubrificação devem ser considerados em conjunto.
Para cilindros que requerem posicionamento preciso em baixa velocidade, um sistema de selagem de baixa fricção pode ser apropriado. Fabricantes de sistemas de selagem hidráulica oferecem projetos de PTFE e outros otimizados para fricção, especificamente destinados a reduzir o atrito de quebra e o deslizamento.
Se o problema for causado pela carga mecânica, corrija o alinhamento do cilindro e a geometria de montagem antes de substituir os selos. Um novo selo instalado em um cilindro que permanece fortemente carregado lateralmente pode rapidamente desenvolver o mesmo problema novamente.
Problemas do sistema hidráulico devem ser tratados separadamente. Sangre o ar aprisionado, corrija o nível de óleo e a viscosidade, substitua o fluido contaminado ou filtros entupidos onde necessário, e verifique se a bomba e os componentes de controle de fluxo podem fornecer fluxo estável na velocidade operativa necessária.
Em aplicações onde um movimento muito lento e suave é crítico, o circuito hidráulico também pode precisar de otimização. O dimensionamento adequado da válvula e uma estratégia de controle de fluxo adequada são frequentemente tão importantes quanto a construção do cilindro.
As condições da superfície não devem ser negligenciadas. A haste do pistão, o furo do cilindro, os anéis de desgaste e os componentes de guia devem fornecer geometria e qualidade superficial apropriadas para o sistema de selagem selecionado. Arranhões, corrosão, folga excessiva ou deformação localizada podem impedir a operação suave, mesmo quando a pressão hidráulica e o fluxo estão corretos.
Movimento irregular versus chatter, movimento lento e deriva do cilindro
Vários problemas hidráulicos podem parecer semelhantes do ponto de vista do operador, mas não devem ser diagnosticados da mesma forma.
| Sintoma | Comportamento Típico | Áreas Prováveis para Verificação |
|---|---|---|
| Deslizamento / rastejamento | Para, então salta repentinamente para frente | Atrito da vedação, lubrificação, alinhamento, carga lateral, fluxo de baixa velocidade |
| Vibração | Vibração rápida ou oscilações repetidas, frequentemente acompanhadas de ruído | Ar, cavitação, instabilidade de pressão, montagem, fluxo |
| Cilindro lento | Movimenta-se continuamente, mas mais devagar do que o esperado | Fluxo da bomba, restrições, vazamento interno, válvula de retenção |
| Deriva do cilindro | Move-se lentamente quando deveria permanecer estacionário | Vazamento interno do cilindro, vazamento da válvula, válvula de retenção |
Essa distinção é importante porque um cilindro que move-se lentamente, mas continuamente não necessariamente possui um problema de deslizamento.
Da mesma forma, vibrações rápidas ou estalos são mais adequadamente investigados como vibração de cilindros hidráulicos. O guia de resolução de problemas existente da AISOAR sobre vibração de cilindros hidráulicos discute causas como ar aprisionado, fluido contaminado, fluxo inadequado, cavitação e problemas de montagem.
Se o cilindro perder posição enquanto a válvula de controle está neutra, investigue vazamento interno e vazamento da válvula de controle em vez de atrito sozinho. As orientações da AISOAR sobre vazamento interno recomendam testes de pressão controlada, deriva ou vazamento em vez de diagnosticar o cilindro apenas com base na aparência externa.
Perguntas frequentes
P: Por que meu cilindro hidráulico estremece quando começa a se mover?
A: Alto atrito de partida é uma possível causa. A pressão aumenta enquanto o cilindro permanece estacionário e, uma vez que a força hidráulica excede o atrito inicial, a haste se move repentinamente. A condição da vedação, viscosidade do óleo, lubrificação, alinhamento e carga lateral devem ser verificadas.
Q: Por que meu cilindro hidráulico apresenta movimentos bruscos apenas em baixa velocidade?
A: O fenômeno de stick-slip é geralmente mais perceptível em baixas velocidades porque as mudanças de atrito se tornam mais significativas em relação à pequena quantidade de movimento. A instabilidade no controle de fluxo em baixa velocidade e a lubrificação insuficiente também podem contribuir.
Q: As vedações do cilindro hidráulico podem causar stick-slip?
A: Sim. O design da vedação, material, pré-carga, lubrificação, dimensões do sulco e condições de operação influenciam o atrito. No entanto, a substituição das vedações deve ser feita apenas após descartar problemas de alinhamento, fluxo hidráulico, danos na superfície e outros problemas no sistema.
Q: O ar em um cilindro hidráulico pode causar movimento brusco?
A: Sim. O ar aprisionado pode se comprimir e expandir conforme as mudanças de pressão, produzindo movimento irregular ou atrasado. No entanto, isso não é necessariamente um stick-slip induzido por atrito.
Q: O óleo hidráulico incorreto pode causar movimento brusco?
A: Sim. Um óleo que é muito viscoso em baixa temperatura pode aumentar a resistência ao fluxo e contribuir para um movimento lento ou instável. Portanto, a condição do óleo, a classe de viscosidade e a temperatura operacional real devem ser verificadas.
Q: Devo substituir o cilindro hidráulico se ele continuar agarrando?
A: Não necessariamente. Primeiro, identifique se a causa está dentro do cilindro ou em outra parte da máquina. Desalinhamento, problemas de montagem, válvulas instáveis, contaminação, óleo incorreto ou bloqueio mecânico podem produzir sintomas semelhantes. A substituição se torna mais adequada quando a haste, o furo, os guias ou outros componentes críticos estão severamente desgastados ou danificados e o reparo não é mais econômico.
Conclusão
O movimento brusco do cilindro hidráulico é um sintoma em vez de um diagnóstico.
Verdadeiro stick-slip ocorre quando o atrito impede repetidamente o movimento até que a força hidráulica se torne alta o suficiente para superar a resistência. O cilindro então se move repentinamente, a pressão cai e o ciclo recomeça. O atrito do selo e a lubrificação são contribuintes importantes, especialmente durante operações de baixa velocidade, mas não são as únicas causas possíveis.
Antes de substituir um cilindro hidráulico ou kit de selos, verifique o padrão de operação, condição do óleo, pressão e estabilidade do fluxo, alinhamento do cilindro, carga lateral, componentes de montagem, condição da barra e do furo, e sistema de vedação.
Para máquinas que exigem movimento muito suave em baixa velocidade ou posicionamento preciso, o design do cilindro deve considerar o sistema de vedação, acabamento da superfície, arranjo dos guias, geometria de montagem, óleo hidráulico e circuito de controle como um sistema completo.
A AISOAR Hidráulica fabrica cilindros hidráulicos padrão e personalizados para equipamentos agrícolas, de construção, manuseio de materiais, móveis e industriais. Para aplicações que envolvem cargas incomuns, movimento de baixa velocidade, altas taxas de ciclo, condições de montagem especiais ou requisitos de movimento de precisão, as dimensões do cilindro e os arranjos de vedação podem ser selecionados de acordo com as condições reais de trabalho.