Un cilindro hidráulico hace más que generar fuerza lineal. También debe transferir esa fuerza de forma segura a la estructura de la máquina. El tipo de montaje del cilindro determina cómo se conecta el cilindro, si puede pivotar durante el funcionamiento y con qué eficacia gestiona la alineación, la vibración y los cambios de dirección de carga.
Seleccionar el estilo de montaje incorrecto puede crear carga lateral sobre el vástago del pistón, el cojinete del vástago y las juntas. Con el tiempo, esto puede provocar desgaste irregular, fugas en las juntas, vástagos doblados, pasadores dañados o grietas alrededor de la estructura de montaje. Elegir el montaje correcto del cilindro hidráulico es, por tanto, tan importante como seleccionar el diámetro interior, la carrera y la presión de funcionamiento correctos.
¿Cuáles son los principales tipos de montaje de cilindros hidráulicos?
Los principales tipos de montaje de cilindros hidráulicos incluyen montaje de horquilla, de tubo transversal, de lengüeta, de cojinete esférico, de muñón, de brida, de pie y de orejeta lateral. Los montajes fijos se utilizan para movimiento recto y guiado, mientras que los montajes pivotantes permiten que el cilindro gire a medida que un mecanismo de la máquina se desplaza a través de un arco.
¿Qué es un montaje de cilindro hidráulico?
Un montaje de cilindro hidráulico es la conexión mecánica entre el cilindro y el equipo. Los montajes pueden ir soldados directamente al cuerpo del cilindro, mecanizados en un tapón de extremo, atornillados al cilindro o roscados sobre el vástago del pistón.
El montaje debe transferir las fuerzas de empuje y tracción del cilindro al bastidor de la máquina mientras mantiene una alineación aceptable. Algunos montajes sujetan el cilindro rígidamente en una posición, mientras que otros permiten que gire a medida que el mecanismo de la máquina se desplaza.
Los tipos de montaje de cilindros hidráulicos pueden dividirse generalmente en dos categorías principales:
- Los montajes fijos, como los montajes de brida, de pie y de orejeta lateral
- Los montajes pivotantes, como los montajes de horquilla, de tubo transversal, de lengüeta, de muñón y de cojinete esférico.La categoría correcta depende principalmente de si la carga se desplaza en línea recta o sigue un arco.
Montajes fijos frente a montajes pivotantes
Los montajes fijos mantienen el cuerpo del cilindro en una posición estable respecto al bastidor de la máquina. Generalmente son adecuados cuando el vástago del pistón y el componente accionado se desplazan a lo largo de una trayectoria recta y guiada con precisión. Dado que los montajes fijos permiten poco movimiento para compensar errores de instalación, la rigidez del bastidor y la alineación son especialmente importantes.
Los montajes pivotantes permiten que el cilindro gire alrededor de un pasador o cojinete durante la extensión y la retracción. Se utilizan comúnmente en maquinaria móvil, equipos agrícolas, remolques y equipos de construcción, donde el cilindro opera entre puntos de articulación en movimiento.
| Categoría de montaje | Movimiento del cilindro | Más adecuado para | Principal preocupación |
|---|---|---|---|
| Montaje fijo | El cuerpo del cilindro permanece estacionario | Movimiento recto y guiado | Alineación precisa |
| Montaje pivotante | El cilindro gira alrededor de un pasador o cojinete | Mecanismos que se desplazan a través de un arco | Plano de pivote correcto y soporte del pasador |
| Montaje pivotante autoalineable | Permite un movimiento angular limitado en múltiples direcciones | Estructuras con variación angular leve | Capacidad de carga y lubricación |
Ninguna categoría es universalmente mejor. La elección correcta depende de la trayectoria real de carga y la geometría de movimiento de la máquina.
1. Montaje de horquilla
Un montaje de horquilla utiliza una conexión en forma de horquilla y un pasador para fijar el cilindro al equipo. La horquilla puede situarse en la base del cilindro, en el extremo del vástago del pistón o en ambos extremos.
Dado que el pasador crea un punto de pivote, el cilindro puede girar a medida que el mecanismo se desplaza a través de un arco. Los cilindros montados con horquilla se utilizan ampliamente en aperos agrícolas, mecanismos de volquete, equipos de construcción, maquinaria de manipulación de materiales y otras aplicaciones móviles.
Un montaje de horquilla normalmente permite movimiento en un plano principal. El pasador de montaje debe colocarse perpendicular a ese plano, y los soportes conectados deben proporcionar un apoyo adecuado a ambos lados de la horquilla. Una holgura excesiva entre el pasador y el orificio del pasador puede causar cargas de impacto, ruido y desgaste acelerado.
No debe esperarse que los montajes de horquilla compensen un desplazamiento lateral significativo. Si el cilindro y el mecanismo se mueven en planos diferentes, la carga lateral resultante puede seguir dañando el cojinete del vástago y las juntas.
2. Montaje de tubo transversal
Un montaje de tubo transversal consiste en un tubo soldado transversalmente a la base del cilindro o al extremo del vástago del pistón. Un pasador de montaje atraviesa el tubo, permitiendo que el cilindro pivote durante el funcionamiento.
Los cilindros hidráulicos de tubo transversal son compactos, resistentes y fáciles de integrar en bastidores de máquinas soldados. Se encuentran comúnmente en cargadoras, retroexcavadoras, carretillas elevadoras, remolques, maquinaria agrícola y equipos de manipulación de residuos.
En comparación con una horquilla externa, un tubo transversal puede proporcionar una conexión simple y que ahorra espacio. Pueden incorporarse casquillos o engrasadores para mejorar el apoyo del pasador y reducir el desgaste. El tubo transversal, la junta soldada y el diámetro del pasador deben diseñarse para la carga y el ciclo de trabajo esperados.
Los soportes de montaje deben apoyar el tubo transversal cerca de ambos extremos. Si los soportes están situados demasiado separados, el pasador puede doblarse y ejercer tensión adicional sobre el tubo y las soldaduras.
3. Montaje de lengüeta
Un montaje de lengüeta utiliza una única orejeta plana u ojo que encaja entre dos soportes de la máquina. Un pasador atraviesa los soportes y la lengüeta para formar la conexión pivotante.
Los montajes de lengüeta son útiles donde el espacio de instalación es limitado o donde la máquina ya dispone de un soporte de montaje de doble orejeta. Se utilizan en equipos agrícolas, maquinaria de construcción, equipos de manipulación de residuos y otras aplicaciones de cilindros hidráulicos soldados.
Dado que una lengüeta se soporta a través de una única orejeta central, su espesor, tamaño de soldadura y resistencia del orificio del pasador deben adecuarse a la fuerza del cilindro. Los soportes de la máquina deben apoyar la lengüeta estrechamente sin restringir el movimiento pivotante requerido.
Un montaje de lengüeta y un montaje de horquilla pueden formar una articulación compatible: la lengüeta proporciona la conexión macho, mientras que la horquilla o el soporte doble proporciona la conexión hembra.
4. Montaje de cojinete esférico o de rótula
Un montaje de cojinete esférico contiene un cojinete de fricción esférico dentro del ojo del cilindro. A diferencia de una articulación de pasador convencional que pivota principalmente en un plano, un cojinete esférico permite un movimiento angular limitado en múltiples direcciones.
Esta capacidad de autoalineación es útil cuando el bastidor de la máquina se flexiona ligeramente, los puntos de montaje no pueden permanecer perfectamente paralelos o el mecanismo cambia de ángulo durante el funcionamiento. Los cilindros con cojinete esférico se utilizan a menudo en equipos compactos, maquinaria agrícola, vehículos especiales y equipos de construcción.
Sin embargo, un cojinete esférico no hace que el cilindro sea adecuado para cargas laterales no controladas. Acomoda una desalineación angular limitada en la conexión, pero la fuerza principal del cilindro debe seguir actuando cerca de la línea central del vástago.
El tamaño del cojinete, el ángulo admisible, el método de lubricación, la dureza del pasador y la capacidad de carga dinámica deben considerarse durante la selección. Cuando el cojinete requiera grasa, el punto de lubricación debe permanecer accesible después de la instalación.
5. Montaje de muñón
Un cilindro montado con muñón tiene pasadores de pivote cilíndricos que sobresalen de ambos lados del cuerpo del cilindro. Según el diseño, los muñones pueden situarse cerca del cabezal, cerca de la culata o alrededor de la parte media del barril.
La máquina soporta los pasadores de muñón con cojinetes o soportes de pedestal, permitiendo que el cilindro completo gire a medida que el vástago del pistón sigue el mecanismo. Los montajes de muñón se utilizan en equipos de elevación, prensas, maquinaria de manipulación de materiales y grandes mecanismos industriales o móviles.
Los pasadores de muñón están diseñados principalmente para soportar cargas a cortante. Sus soportes deben colocarse cerca de los hombros del muñón para minimizar la tensión de flexión. Los dos cojinetes de soporte también deben estar alineados con precisión para que el cilindro pueda pivotar sin agarrotarse.
La ubicación del muñón afecta al movimiento del cilindro, al espacio de instalación y a la carga de compresión del vástago del pistón. Por lo tanto, las aplicaciones de carrera larga o alta fuerza deben evaluarse individualmente en lugar de seleccionar la posición del muñón solo a partir del espacio disponible. Parker recomienda igualmente un soporte de muñón cercano y advierte contra las cargas de flexión sobre los pasadores de muñón.
6. Montaje de brida
Un montaje de brida atornilla rígidamente el cabezal o la culata del cilindro a la estructura de la máquina. Como la cara de montaje es generalmente perpendicular a la línea central del cilindro, la carga puede transferirse directamente a un miembro resistente del bastidor.
Los cilindros hidráulicos montados con brida se utilizan comúnmente en prensas hidráulicas, equipos de fijación, maquinaria industrial y otras aplicaciones con movimiento recto y guiado con precisión. Proporcionan una conexión rígida y son muy adecuados para fuerzas axiales elevadas.
La superficie de montaje debe ser plana, resistente y perpendicular a la dirección de desplazamiento prevista. Un montaje de brida ofrece poca capacidad para compensar desalineaciones. Si la carga no está correctamente guiada, el vástago del pistón puede verse forzado lateralmente incluso cuando la brida está firmemente fijada.
Si se prefiere una brida en el cabezal o una brida en la culata depende de la dirección principal de la fuerza y de la estructura de la máquina. La brida, los elementos de fijación y la placa de apoyo deben evaluarse como un conjunto portante único en lugar de como componentes separados.
7. Montaje de pie u orejeta lateral
Los cilindros montados sobre pie se fijan a una base de máquina mediante pies u orejetas laterales situados paralelos al barril del cilindro. Son convenientes para instalaciones industriales horizontales y pueden proporcionar fácil acceso para el mantenimiento.
A diferencia de un montaje de brida centrado en la línea central, un montaje de pie u orejeta lateral transfiere la fuerza a través de puntos de montaje desviados del eje del cilindro. Esta desviación crea un momento de giro cuando el cilindro empuja o tira. El bastidor de la máquina, los pernos de montaje y las orejetas del cilindro deben resistir ese momento.
La carga accionada debe estar guiada externamente, y el cilindro debe estar cuidadosamente alineado. Pueden ser necesarias chavetas, pasadores de posicionamiento o topes positivos para evitar que el cilindro se desplace sobre su superficie de montaje bajo inversiones de carga repetidas.
Los montajes de pie y de orejeta lateral son más apropiados cuando el bastidor es suficientemente rígido y la trayectoria de carga permanece recta. No deben utilizarse como sustituto de un montaje pivotante cuando el mecanismo accionado se desplaza a través de un arco.
Comparación de tipos de montaje de cilindros hidráulicos
| Tipo de montaje | Fijo o pivotante | Tolerancia de alineación | Aplicaciones típicas | Principal consideración de diseño |
|---|---|---|---|---|
| Horquilla | Pivotante en un plano | Moderada | Agricultura, remolques, maquinaria de construcción | Alineación del pasador y del soporte |
| Tubo transversal | Pivotante en un plano | Moderada | Cargadoras, retroexcavadoras, carretillas elevadoras, remolques | Apoyo del pasador y resistencia de la soldadura |
| Lengüeta | Pivotante en un plano | Moderada | Maquinaria móvil compacta | Espesor de la orejeta y apoyo del soporte |
| Cojinete esférico | Pivotante en múltiples direcciones | Relativamente alta | Bastidores flexibles y mecanismos complejos | Ángulo del cojinete y lubricación |
| Muñón | Pivotante en un plano | Moderada | Sistemas de elevación, prensas y maquinaria pesada | Posición del cojinete y flexión del pasador |
| Brida | Fijo | Baja | Prensas, fijación y maquinaria industrial | Cara de montaje plana y alineación axial |
| Pie u orejeta lateral | Fijo | Baja | Instalaciones industriales horizontales | Momento de giro y rigidez del bastidor |
Cómo elegir el tipo correcto de montaje de cilindro hidráulico
Empezar estudiando el movimiento de ambos puntos de conexión del cilindro a lo largo del ciclo de funcionamiento completo. Si el cilindro permanece estacionario y la carga se desplaza en una trayectoria recta y guiada externamente, un montaje de brida o de pie puede ser apropiado. Si cualquiera de los puntos de conexión sigue un arco, un montaje de horquilla, de tubo transversal, de lengüeta o de muñón es normalmente más adecuado.
El siguiente paso es identificar la dirección principal de la fuerza. Determinar si el cilindro principalmente empuja, tira o trabaja bajo una fuerza sustancial en ambas direcciones. El montaje, el pasador, los pernos, las soldaduras y los soportes de la máquina deben soportar todos la fuerza máxima del cilindro, incluidos los picos de choque y de presión.
También debe considerarse el espacio de instalación. El estilo de montaje afecta a la longitud cerrada del cilindro, la ubicación del pivote, la accesibilidad de las tomas y el espacio necesario para las mangueras. Un montaje mecánicamente adecuado puede seguir creando problemas si provoca interferencias con las mangueras o impide que el cilindro gire libremente.
Para cilindros de carrera larga que funcionan en compresión, debe comprobarse por separado el pandeo del vástago del pistón. Cambiar el montaje o la posición del pivote puede cambiar la longitud efectiva no soportada del vástago y, por tanto, la resistencia del vástago al pandeo.
¿Por qué es una preocupación importante la carga lateral?
Los cilindros hidráulicos están diseñados principalmente para producir fuerza axial. Cuando la carga aplicada no está alineada con la línea central del cilindro, parte de esa fuerza actúa lateralmente sobre el vástago, el prensaestopas, el pistón y las juntas.
Por ejemplo, si un cilindro aplica una fuerza total FF con un ángulo de desalineación θ\theta, el componente aproximado de fuerza lateral es:
Fside = F × sin(θ)
Incluso un ángulo pequeño puede crear una fuerza lateral significativa cuando la fuerza total del cilindro es alta. Una carga de 100 kN actuando con un ángulo de solo 2° crea aproximadamente 3,5 kN de fuerza lateral.
Esta fuerza lateral puede causar desgaste desigual del cojinete del vástago, daños en las juntas, rayado en el interior del barril y flexión del vástago del pistón. Un montaje pivotante o de cojinete esférico puede acomodar el movimiento angular apropiado, pero no puede corregir una geometría de mecanismo deficiente o una carga externa no soportada.
Errores comunes en el montaje de cilindros hidráulicos
Tratar el cilindro como guía estructural
Un cilindro hidráulico debe crear movimiento y fuerza; normalmente no debería ser el único componente que guíe una carga pesada. Raíles, cojinetes, guías o brazos de mecanismo deben controlar la trayectoria de la carga para que el cilindro no quede expuesto a fuerzas laterales evitables.
Utilizar un montaje rígido para un movimiento en arco
Si el componente accionado gira alrededor de una articulación, el ángulo del cilindro cambia durante la carrera. Fijar rígidamente el cilindro en esta situación puede forzar el vástago del pistón lateralmente. Debe utilizarse un montaje pivotante correctamente posicionado.
Restringir la articulación pivotante
Un cilindro de horquilla o de tubo transversal debe poder girar libremente alrededor de su pasador. Los soportes, mangueras, racores o miembros del bastidor cercanos no deben obstruir este movimiento.
Utilizar pasadores no soportados o infra dimensionados
El pasador de montaje debe ajustar correctamente en la articulación y tener suficiente capacidad a cortante y flexión. Una holgura excesiva del pasador produce cargas de impacto, mientras que un soporte deficiente permite que el pasador se flexione.
Ignorar la deflexión del bastidor
Un cilindro puede estar correctamente alineado cuando la máquina está descargada pero desalinearse después de que el bastidor se flexione bajo carga de trabajo. Por lo tanto, la geometría de montaje debe comprobarse en condiciones de funcionamiento realistas.
Soldar cerca de un cilindro ensamblado
Soldar un soporte de montaje mientras el cilindro está ensamblado puede transferir calor o corriente de soldadura a través del vástago, los cojinetes y las juntas. Los procedimientos de soldadura deben proteger las superficies de precisión y los componentes internos, y siempre deben seguirse las instrucciones del fabricante del cilindro.
Lista de verificación de instalación del montaje de cilindros hidráulicos
Antes de poner en servicio el cilindro, verificar que:
Los ejes de pivote de la base y del extremo del vástago son paralelos donde se requiere movimiento en un solo plano.
- El cilindro puede completar toda su carrera sin interferencia mecánica.
- Los pasadores de montaje ajustan correctamente y están firmemente retenidos.
- Las articulaciones pivotantes giran libremente sin forzar el vástago lateralmente.
- Las caras de montaje fijo son planas, rígidas y están correctamente alineadas.
- Los pernos están correctamente especificados y apretados al par requerido.
- Las mangueras tienen longitud suficiente y no restringen el movimiento del cilindro.
- Los puntos de engrase y los componentes de servicio permanecen accesibles.
- La carga está guiada externamente donde sea necesario.
- Los vástagos de pistón de carrera larga han sido verificados frente a pandeo.
Bosch Rexroth también enfatiza que las superficies de montaje y los componentes de montaje —incluidos cojinetes esféricos, muñones, pies y bridas— deben ser capaces de soportar las fuerzas generadas durante el funcionamiento. Documentación de cilindros hidráulicos de Bosch Rexroth
¿Se pueden personalizar los montajes de cilindros hidráulicos?
Sí. Los cilindros hidráulicos soldados pueden fabricarse con horquillas, tubos transversales, lengüetas, ojos de pasador, cojinetes esféricos, muñones y soportes de montaje personalizados. Dimensiones como el diámetro del pasador, la anchura de montaje, la distancia entre orificios, la longitud entre centros en posición cerrada y la orientación de las tomas pueden adaptarse al equipo.
Sin embargo, la configuración de montaje no debe copiarse únicamente de una fotografía externa. Para diseñar o sustituir un cilindro correctamente, el fabricante normalmente requiere planos o información dimensional verificada, presión de funcionamiento, carga máxima, carrera, geometría de movimiento y condiciones de la aplicación.
Para proyectos de sustitución, es especialmente importante confirmar las dimensiones entre centros de pasador tanto en la posición totalmente retraída como en la totalmente extendida. Las dimensiones de montaje deben funcionar conjuntamente con el diámetro interior, el diámetro del vástago y la carrera, no tratarse como una especificación independiente.
