Forța unui cilindru hidraulic este produsul dintre presiunea uleiului și suprafața pistonului, iar viteza tijei este raportul dintre debitul primit și aceeași suprafață. Cu aceste două relații se poate verifica dacă un cilindru este potrivit pentru o sarcină, cât durează o cursă și dacă o mișcare lentă are o cauză hidraulică. Datele necesare sunt alezajul, diametrul tijei, presiunea de lucru și debitul pompei.
Cum se calculează forța unui cilindru hidraulic?
Forța de împingere se calculează înmulțind presiunea cu aria pistonului, care rezultă din alezaj: A = 3,14 × D² : 4. În unități practice, forța în kilonewtoni este egală cu presiunea în bari înmulțită cu aria în centimetri pătrați și împărțită la 100. Un cilindru cu alezajul de 100 mm are aria de 78,5 cm²; la 200 de bari dezvoltă 200 × 78,5 : 100 = 157 kN, adică aproximativ 16 tone-forță.
Presiunea din calcul este cea de la cilindru, limitată de supapa de siguranță a circuitului. Pompa furnizează debit, iar presiunea crește doar atât cât cere sarcina.
De ce forța la retragere este mai mică decât la împingere?
La retragere, uleiul apasă doar pe suprafața inelară rămasă în jurul tijei, astfel că forța scade proporțional cu aria ocupată de tijă. Pentru cilindrul de 100 mm cu tija de 56 mm, aria tijei este de 24,6 cm², iar aria inelară de 53,9 cm². La aceeași presiune de 200 de bari, forța de tragere este de aproximativ 108 kN, cu circa o treime mai mică decât cea de împingere. Din acest motiv, mecanismele sunt proiectate astfel încât efortul mare să fie făcut, pe cât posibil, la ieșirea tijei.
Cum se calculează viteza tijei din debit?
Viteza tijei se obține împărțind debitul la aria pe care apasă uleiul: viteza în metri pe secundă este debitul în litri pe minut împărțit la de șase ori aria în centimetri pătrați. Pentru 60 l/min și aria de 78,5 cm², rezultă 60 : (6 × 78,5) = 0,127 m/s, deci o cursă de 500 mm durează aproape 4 secunde. La retragere, același debit umple un volum mai mic, iar viteza crește la 0,186 m/s. Un cilindru cu tijă simplă se retrage mai repede și cu forță mai mică decât iese.
Ce forțe și viteze dau alezajele uzuale?
Dublarea alezajului înmulțește forța cu patru și împarte viteza la patru, deoarece aria crește cu pătratul diametrului. Tabelul arată valorile teoretice la împingere, pentru 200 de bari și 40 l/min.
| Alezaj | Aria pistonului | Forța la 200 de bari | Viteza la 40 l/min |
|---|---|---|---|
| 50 mm | 19,6 cm² | 39 kN | 0,34 m/s |
| 63 mm | 31,2 cm² | 62 kN | 0,21 m/s |
| 80 mm | 50,3 cm² | 101 kN | 0,13 m/s |
| 100 mm | 78,5 cm² | 157 kN | 0,085 m/s |
| 125 mm | 122,7 cm² | 245 kN | 0,054 m/s |
De ce forța reală este mai mică decât cea calculată?
Forța reală este cu câteva procente mai mică decât cea teoretică, din cauza frecării garniturilor și a contrapresiunii de pe retur. Pierderile de presiune din furtunuri, distribuitoare și cuple reduc și ele presiunea care ajunge efectiv la piston. Apoi intervine geometria: forța de la dinții cupei sau de la cârlig nu este forța cilindrului, ci rezultatul pârghiilor prin care acesta lucrează. Presiunile și debitele din circuit se identifică pe schemă, după metoda din ghidul despre citirea unei scheme hidraulice.
La ce folosește calculul în diagnosticare?
Calculul oferă un timp de cursă de referință, cu care se compară timpul măsurat pe utilaj.
- Se calculează timpul teoretic al cursei din debit, arie și lungimea cursei.
- Se cronometrează cursa reală, cu uleiul la temperatura de lucru și motorul la turația nominală.
- O cursă mult mai lentă indică debit insuficient: pompă uzată, distribuitor care nu deschide complet sau scurgeri interne.
- Un cilindru care coboară singur sub sarcină indică scurgeri pe lângă piston sau prin supape.
Scurgerile interne și cele exterioare au remedii diferite, descrise în articolul despre cilindrii hidraulici care pierd ulei, iar modul în care pompa își reglează debitul este explicat la pompele cu debit fix sau variabil. Valorile de referință pentru timpii de cursă se găsesc în cartea tehnică a utilajului.
Ce limitează alegerea unui cilindru mai mare?
Un cilindru cu alezaj mai mare dă forță mai mare, dar se mișcă mai lent la același debit și poate încărca structura peste valorile pentru care a fost proiectată. La curse lungi apare și riscul de flambaj al tijei, care limitează forța de împingere admisă indiferent de presiune. Înlocuirea unui cilindru cu unul de alte dimensiuni cere, de aceea, acordul producătorului utilajului; aceeași logică a potrivirii se aplică la debitul și presiunea unui atașament hidraulic.
