Come dimensionare un cilindro idraulico: alesaggio, stelo, corsa e pressione

Partire da forza e pressione

La forza del cilindro segue F = P x A, dove P è la pressione del sistema e A l'area utile del pistone. Un alesaggio Ø100 mm a 200 bar fornisce circa 157 kN di spinta, circa 16 tonnellate. La forza di trazione è sempre inferiore, perché la sezione dello stelo si sottrae all'area utile. Fissate prima la forza richiesta e la pressione disponibile; tutte le altre dimensioni ne derivano.

Scegliere l'alesaggio da forza e pressione

Definiti forza e pressione, l'alesaggio è la prima dimensione da calcolare: scegliete il più piccolo alesaggio standard la cui area fornisce la forza richiesta alla pressione di esercizio. HPS produce alesaggi da Ø25 a Ø320 mm. Se il valore calcolato cade tra due misure standard, arrotondate verso l'alto per mantenere un margine di forza. Un alesaggio maggiore riduce anche la pressione necessaria a parità di forza, semplificando la scelta di pompa e valvole.

Scegliere lo stelo: trazione e carico di punta

Il diametro dello stelo, da Ø15 a Ø250 mm in HPS, si determina con due verifiche. Prima la trazione: la sezione dello stelo si sottrae all'area del pistone, quindi uno stelo più grosso riduce la capacità di tiro. Poi il carico di punta: i cilindri lunghi caricati in spinta si verificano con l'analisi di Eulero, con carico critico Pcr = pi^2 x E x I / Lk^2, dove la lunghezza libera di inflessione Lk dipende dalla configurazione di montaggio. Se il carico di punta è determinante, i rimedi sono stelo più grosso, alesaggio maggiore, stop tube o montaggio diverso. Gli steli HPS sono in CK45 o 42CrMo4, cromati a spessore di circa 30 um e testati in nebbia salina (NSS).

Limiti di corsa: quando la corsa guida il progetto

HPS produce cilindri industriali con corse fino a 7.000 mm, in funzione dell'analisi di instabilità. Quando la corsa richiesta supera la lunghezza di installazione disponibile, un cilindro telescopico a più stadi annidati arriva fino a 12.600 mm. Il telescopico estende prima lo stadio più grande; a ogni stadio l'area utile diminuisce, quindi a portata costante la velocità sale e la forza scende. Le applicazioni tipiche sono ribaltabili, veicoli per rifiuti e piattaforme mobili con ingombro chiuso limitato ma corsa lunga necessaria. Nelle corse molto lunghe è la corsa, non la forza, a guidare l'intero progetto.

Classe di pressione e collaudo a 1,5x

I cilindri HPS sono progettati per pressioni di esercizio da 200 a 250 bar. Ogni cilindro è collaudato in fabbrica a 1,5 volte la pressione nominale secondo ISO 10100; con 250 bar nominali il collaudo è a 375 bar. La procedura di accettazione comprende verifica delle perdite interne ed esterne, funzionamento a corsa completa e controllo di deriva (tenuta del carico) al banco prova. Il certificato di prova in pressione è disponibile su richiesta. Per le applicazioni ad alta pressione le dimensioni seguono le serie ISO 6020-2 e ISO 6022.

Bocche e velocità dalla portata

La velocità del cilindro è la portata divisa per l'area utile: a parità di portata della pompa, un alesaggio maggiore si muove più lentamente, uno minore più velocemente. Dimensionate le bocche perché la portata richiesta passi senza velocità di flusso eccessive e verificate entrambe le direzioni; il lato stelo ha area anulare minore, quindi a pari portata la velocità è maggiore. Il configuratore online sul sito HPS calcola in tempo reale forza, instabilità, tenute e bocche, così le verifiche di velocità e bocche si possono fare prima della richiesta di offerta.

Cosa inviare a HPS per un'offerta

Una richiesta completa permette all'ufficio tecnico HPS di rispondere rapidamente. Indicate forza richiesta o alesaggio, pressione di esercizio, corsa, diametro dello stelo se noto, configurazione di montaggio (designazione ISO 6099 o NFPA T3.6.7R), temperatura di esercizio, fluido e condizioni d'impiego previste. Segnalate i requisiti di tenuta: NBR è lo standard fino a circa 90 C, HNBR fino a circa 120 C, FKM per alte temperature e fluidi aggressivi, PU per usura gravosa, PTFE per basso attrito; la scelta finale è verificata dall'ingegneria. I certificati materiale EN 10204 3.1 sono disponibili su richiesta. Il configuratore online genera lo stesso set di parametri con calcoli in tempo reale di forza, instabilità, tenute e bocche; HPS esporta dal suo stabilimento di 20.000 m2 a Konya verso oltre 35 paesi con rese EXW, FCA, CIP, CIF o DAP.

Calcola nel configuratore →Richiedi un'offerta

Altre guide