Dicas sobre Seleção e Substituição de Conjuntos de Mangueiras Hidráulicas

Mangueiras e acoplamentos desempenham papéis críticos em como os sistemas hidráulicos funcionam.

As mangueiras e os acoplamentos são partes críticas de todos os sistemas hidráulicos. Eles transferem o fluido hidráulico da bomba para os componentes da máquina, como válvulas, motores e atuadores que utilizam a pressão do fluido e o fluxo para criar o movimento da máquina e a força necessária para fazer o trabalho. A importância de selecionar ou substituir mangueiras hidráulicas e acoplamentos muitas vezes é ignorada … até que algo dê errado.

Os engenheiros devem considerar vários fatores antes de escolher conjuntos de mangueiras hidráulicas.

As mangueiras hidráulicas podem parecer simples, mas são montagens de componentes múltiplos cuidadosamente projetadas que incluem reforços, um tubo para transportar o fluido e uma tampa para proteger tanto os reforços quanto o tubo. Os reforços, por exemplo, podem variar de acordo com os níveis de pressão que a mangueira irá experimentar, como mostram essas mangueiras da Gates.

Conceitos básicos de mangueira e acoplamento

A maioria das mangueiras tem três camadas funcionais: o tubo, os reforços e a cobertura montados em um “projeto laminado” flexível ou estrutura compósita. Sendo flexível, a mangueira se move, flexível, roteia facilmente as anteparas, afrouxou as pressões e suportou Vibração (em comparação com tubos rígidos ou tubos).

As mangueiras são construídas e testadas de acordo com as especificações da indústria, como SAE e EN. Os engenheiros devem estar familiarizados com as especificações relacionadas ao equipamento, as mangueiras que eles projetarão continuarão. Eles fornecem diretrizes para dimensões, propriedades do material e características mínimas de desempenho para os principais tipos de mangueiras e acoplamentos.

O tubo transmite o fluido e é geralmente feito de compostos de borracha e plástico. É fundamental que o tubo resista fluidos que ele carrega e está exposto; Permeação por produtos químicos; E temperaturas altas e baixas.

Os reforços incluem fibras naturais e sintéticas, fios e cabos e monofilamentos. Eles ajudam as mangueiras a suportar pressões internas e externas.

As capas, que são comumente feitas de borracha, plásticos e têxteis, protegem os reforços do meio ambiente. Eles resistem a abrasão, produtos químicos, intemperismo e ozônio.

Os acoplamentos fazem conexões sem vazamento com a mangueira (extremidade do acoplamento) e prenda a mangueira a diferentes componentes no sistema hidráulico (extremidade da terminação). A maioria dos acoplamentos tem duas partes, uma haste e uma ferrula. O caule transmite o fluido, se prende à mangueira e fornece uma vedação entre a haste e a mangueira. A virola se prende aos reforços e serve de “vedação meteorológica” para proteger a mangueira e acoplamento do meio ambiente. Ambos são tipicamente feitos de carbono ou aço inoxidável e às vezes são revestidos ou revestidos para melhorar a resistência química ou corrosiva.

Os acoplamentos no mercado incluem projetos de uma e duas peças. Nas versões de uma peça, a haste e a virola são pré-unidas ou estacionadas juntas como uma parte. Os projetos de duas peças possuem hastes e ferrules separados que são unidos pelo engaste.

O fim da extremidade forma uma conexão livre de vazamentos entre a mangueira e uma porta, adaptador ou outra mangueira. Existem muitos tipos diferentes de conexões de extremidade especificadas pelos padrões do setor (como SAE J516). Saber como eles se encaixam é chave para selecionar o melhor término para um aplicativo.

Os acoplamentos para mangueira hidráulica geralmente possuem dois componentes funcionais, a haste e a virola, ambos feitos geralmente de carbono ou aço inoxidável.

Definição de Requisitos

Existem várias características do sistema hidráulico que ajudam os engenheiros a projetar mangueiras e acoplamentos para maximizar a vida útil: tamanho, temperatura, aplicação, material e pressão. Aqui está um olhar para cada um.

Tamanho: as duas dimensões críticas de uma mangueira são diâmetro interno (ID) e comprimento total (OAL). O ID deve ser dimensionado para manter as velocidades do fluido dentro dos intervalos recomendados. Se o ID for muito grande ou pequeno demais, ele pode mudar o fluxo de fluido e prejudicar o desempenho da máquina, causando erosão, queda excessiva de pressão e perda de energia, muita turbulência (geração de calor), cavitação ou ruído.

O OAL deve ser dimensionado para fornecer o roteamento adequado. Muito curto, e coloca um estresse excessivo sobre a mangueira e o acoplamento e evita que eles se dobrem e esticem devido a impulsos de pressão. Se as mangueiras são muito longas, elas podem esfregar umas às outras ou componentes próximos, ou ficar presas em alguma coisa.

Para a maioria das aplicações hidráulicas, os tamanhos da mangueira estão listados como -4, -6, -8, etc. O número é a identificação da mangueira em dezesseis centésimas de polegada. Por exemplo, uma mangueira -4 (pronunciada “dash quatro”) tem um diâmetro interno de 4/16 “ou ¼”. As mangueiras 100R5 e 100R14 são exceções. Eles são dimensionados de acordo com o OD (semelhante ao tubo rígido) e possuem IDs ligeiramente menores do que o tamanho do painel.

Ao substituir uma mangueira, você pode determinar a ID, verificando o rótulo. Se foi pintado ou desgastado, não use a OD da mangueira para identificar a identificação da mangueira. Os ODs da mangueira variam de acordo com a construção e o fabricante e não têm correlação direta com IDs. Uma opção melhor é cortar a mangueira e medir o diâmetro interno. Lembre-se de registrar o comprimento total e a orientação do acoplamento antes de cortar a mangueira.

Ao projetar um sistema hidráulico e especificar novas mangueiras, use uma tabela nomográfica ou calculadora de fluxo de fluido para determinar o tamanho adequado da mangueira.

Temperatura: as temperaturas muito altas ou baixas podem degradar o desempenho do sistema hidráulico e a vida útil da mangueira. Temperaturas elevadas resultam de excesso de calor interno ou externo. O calor interno geralmente vem dos componentes do sistema e é transferido para a mangueira através do fluido. O calor externo pode resultar da mangueira de roteamento muito perto de um motor, passado um colector ou perto de um trocador de calor ou outro hot spot. O excesso de calor queima e seca as tampas da mangueira. Geralmente, haverá fendas de tubo no interior também, mas só são encontradas após seccionar a mangueira falida. As mangueiras rachadas já não protegem os reforços e devem ser substituídas.

Os danos causados ​​pelas temperaturas frias normalmente ocorrem quando as mangueiras flexionam ou se dobram quando estão abaixo da temperatura negativa. Isso normalmente ocorre quando se move a máquina antes que o fluido hidráulico aquece, ou então remova e alise a mangueira enrolada que foi mantida em armazenamento frio.

As classificações de temperatura das mangueiras, tanto mínimas como máximas, geralmente são listadas nas especificações da agência, catálogos de produtos ou páginas técnicas. A maioria das avaliações são para condições de serviço normais, mas avaliações especiais são por vezes listadas para serviço intermitente. As classificações de pressão de mangueira de plástico geralmente são reduzidas por um fator de temperatura.

Não leva muito calor extra para encurtar a vida útil de uma mangueira. Uma boa regra geral diz que, por cada 18 ° F, a temperatura máxima da mangueira, a vida da mangueira é reduzida em 50%.

A opção preferida para gerenciar temperaturas é garantir que o calor e as fontes de calor externas do sistema hidráulico permaneçam dentro de limites aceitáveis. A próxima melhor opção é selecionar mangueiras e acoplamentos que resistam a temperaturas extremas. Certifique-se de escolher a mangueira com um limite superior bem acima da temperatura de operação da máquina. Outra maneira de proteger as mangueiras do calor é a instalação de mangas isolantes sobre o conjunto.

Temperaturas quentes e frias podem danificar a mangueira hidráulica. Com temperaturas frias, o dano ocorre frequentemente quando uma mangueira é exposta ao frio e é movida antes que o fluido hidráulico tenha a chance de aquecer a mangueira.

Aplicação: os engenheiros precisam documentar qualquer coisa especial, a máquina que eles estão projetando deve fazer, incluindo riscos de segurança e ambientais, e condições extremas que a mangueira deverá lidar.

A máquina precisa atender a qualquer agência, indústria ou especificações do cliente? Por quanto tempo a mangueira deve permanecer em serviço? Existem requisitos de limpeza? (75% de todas as falhas hidráulicas resultam de fluido contaminado. Se não for controlado, as partículas muito pequenas para serem vistas podem reduzir a eficiência do sistema hidráulico em 20%).

Se as mangueiras de substituição estiverem sendo feitas, faça algumas perguntas, em vez de apenas duplicar os originais. Como a mangueira original falhou? Isso mostra sinais de abrasão de cobertura ou fissuras de temperatura? A máquina gera surtos de pressão, ou é mais uma aplicação estática? Certifique-se de encontrar uma mangueira de substituição que melhor corresponda aos requisitos do aplicativo, e não apenas à parte original.

Também é uma boa idéia para escovar sobre novas tecnologias de mangueiras. Ao longo dos últimos anos, alguns fabricantes desenvolveram mangueiras e acoplamentos que excedem o desempenho e as capacidades de construção das especificações SAE. Estes incluem maiores capacidades de pressão e temperatura e maior flexibilidade, juntamente com a capacidade de dobrar duas vezes mais fortemente que as mangueiras padrão.

Mangueiras que atendem ou excedem as especificações de desempenho SAE, mas são menores que a mangueira padrão, podem ser boas escolhas. Avanços de materiais recentes dão a esses tubos e tampas mais finos de “mangueiras híbridas”, reforços de fio de menor diâmetro e ângulos de reforço de trança mais agressivos. Isso resulta em mangueiras com o mesmo ID, mas ODs menores. Esta nova geração de mangueiras é mais flexível e 10 a 15% mais leve que as gerações anteriores.

Hoje, os principais fabricantes oferecem mangueiras de fio espiral e trança de arame com raios de curvatura mínimos até um terço menos do que as especificações SAE, reduzindo o comprimento total de montagens curvas e reduzindo os custos em até 60%.

As mangueiras compactas e flexíveis são mais fáceis de instalar e rotear em aplicações apertadas, exigem menos acessórios de tubo curvado, reduzem o inventário e prolongam a vida em aplicações flexíveis e flexíveis.

Material: a maioria dos fluídos hidráulicos são à base de petróleo. Outros são à base de água, água glicol, ou à base de sintéticos (como os ésteres de fosfato). No passado, vazamentos de fluidos hidráulicos contaminaram o solo e os suprimentos de água contaminada. Como resultado, a indústria está se movendo para fluidos mais ecológicos.

Os fluidos “verdes” são tipicamente sintéticos (principalmente baseados em ésteres) ou à base de vegetais. Os óleos vegetais estão ganhando popularidade porque eles custam menos e são mais biodegradáveis ​​do que os sintéticos. Eles também possuem excelente lubrificação e um alto índice de viscosidade. A desvantagem é a sua faixa de temperatura limitada e oxidação rápida a temperaturas mais elevadas.

Os fluidos biodegradáveis ​​podem ser ótimos para o meio ambiente, mas são difíceis em mangueiras. Eles permeiam os tubos de mangueira padrão, causando bolhas de cobertura e suavizando a umidade nas tampas da mangueira, o que leva a problemas prematuros da mangueira e cria uma bagunça de óleo e sujeira.

A maioria dos fabricantes usa tubos de nitrilo de alto grau para fluidos hidráulicos ambientalmente seguros. Os nitrilos são resistentes o suficiente para lidar com fluidos agressivos biodegradáveis, como ésteres sintéticos, poliglicóis e óleos vegetais a temperaturas operacionais até 250 ° F. Os materiais de nitrilo também permitem menos permeação do que o neopreno quando usado com óleos à base de petróleo. (Permeação, ou derrame, é perda de fluido através do tubo e da mangueira).

Como a permeação pode expor todo o conjunto da mangueira ao fluido, verifique a compatibilidade do fluido não só com o tubo, mas com os reforços, a tampa, os acessórios e os vedantes. O mesmo é válido para montagens que manipulam óleos ou produtos químicos especiais.

A força mais crítica e a consideração do material de acoplamento são a resistência química, então confirme quais fluidos irão percorrer a mangueira. Quais fluidos ou gases podem permear o tubo e potencialmente enfraquecer as camadas de reforço? E quais materiais tocarão a tampa da mangueira em serviço normal ou limpeza?

Quais substâncias químicas corrosivas tocarão o furo, a virola e a terminação do acoplamento? O término usa juntas tóricas ou vedantes elastoméricos? Os fluídos internos do sistema são compatíveis com os componentes do selo?

Esses produtos químicos estarão em contato constante ou intermitente com a mangueira e os acoplamentos? Quais são as concentrações químicas e suas propriedades são afetadas pela temperatura?

Os acoplamentos fazem conexões sem vazamento com a mangueira (extremidade do acoplamento) e prenda a mangueira a diferentes componentes no sistema hidráulico (extremidade da terminação). Eles são geralmente feitos de carbono ou aço inoxidável.

Existem vários recursos que fornecem detalhes sobre a resistência química dos materiais. O primeiro, um guia de resistência química, descreve as propriedades gerais dos compostos de tubo e cobertura. Por exemplo, EPDMs (tipo P) são classificados como excelentes para clima e ozônio, mas são pobres para óleos de petróleo. Em comparação, os butadienos (tipo C) são classificados como pobres para clima e ozônio, mas excelentes para óleos de petróleo.

Essas classificações genéricas podem apontar para a família certa de materiais de mangueira, mas são apenas um guia para propriedades de alto nível. Por exemplo, nem todos os compostos de nitrilo são os mesmos. Isso é porque todos os compostos são realmente receitas de muitos ingredientes. Os compostos de mangueira podem ser modificados para atender ou exceder os requisitos de desempenho de aplicações específicas.

O segundo recurso são tabelas de resistência química. A maioria dos fabricantes de mangueiras e acoplamentos listam produtos químicos comuns e sua compatibilidade com materiais de mangueira. Um terceiro recurso são os catálogos de mangueira e acoplamento ou especificações de engenharia. Eles contam aos leitores quais mangueiras específicas foram especificamente compostas para resistir.

Uma maneira criativa de determinar a compatibilidade química para fluidos incomuns, proprietários e de nomes comerciais é a Folha de Dados de Segurança do Material (MSDS). Muitas vezes, lista os componentes químicos individuais dos produtos de marca e as percentagens que eles contêm. A MSDS também fornece recomendações de manuseio, armazenamento e equipamentos de segurança. Essas recomendações listam materiais (como luvas de neoprene) compatíveis com produtos químicos exclusivos.

Os melhores recursos para informações de resistência química não padrão são fabricantes de mangueiras e suas linhas de suporte técnico ou departamentos de engenharia de aplicativos de produtos. Eles têm informações detalhadas sobre seus componentes de mangueira e materiais de acoplamento. Eles também têm acesso aos químicos, engenheiros de produtos e laboratórios para executar testes se não houver informações químicas publicadas.

As mangueiras hidráulicas muito próximas das fontes de calor (as duas principais imagens) podem acabar com tampas que são quebradas e vazadas. O calor também provoca fissuras no tubo interior, mas só pode ser visto se você cortar a mangueira. As mangueiras também são danificadas se seus materiais são incompatíveis com fluidos que transporta. Esta mangueira (inferior esquerda), por exemplo, tinha um tubo de neoprene que era incompatível com o fluido verde que estava transportando, resultando no fluido penetrando o tubo e reforços e criando bolhas sob a tampa. Mangueiras que vêem muita pressão e raios de curvatura apertados podem romper catastróficamente, assim como este (inferior direito).

Pressão: as pressões de trabalho e de ruptura são as duas classificações de pressão mais comuns para mangueiras. A pressão de trabalho ajuda a selecionar a mangueira correta com base na pressão hidráulica. As pressões do sistema nunca devem exceder a pressão de trabalho de uma mangueira. A pressão de ruptura é a pressão máxima que uma mangueira pode levar antes de uma ruptura catastrófica. Ele também fornece uma estimativa de design ou fator de segurança. A pressão de explosão geralmente é quatro vezes a pressão de trabalho para a maioria das mangueiras.

É fundamental conhecer toda a gama de pressões hidráulicas ao escolher a mangueira. A configuração de válvula de alívio fornece uma boa estimativa para a pressão máxima durante a operação. Se o equipamento foi modificado para realizar operações especiais, não é incomum ver picos de pressão com pressões significativamente maiores do que a configuração da válvula de alívio. O uso de um dispositivo eletrônico de pressão ou ferramenta de diagnóstico é sobre a única maneira de capturar e medir espigões de pressão.

As pressões de trabalho da mangueira devem ser maiores ou iguais à pressão mais alta do sistema (incluindo picos). Sujar a mangueira a pressões acima da sua pressão nominal de trabalho reduz a vida útil e aumenta as chances de que ele falhe de forma inesperada.

Além de selecionar o método de design / vedação de terminação, preste muita atenção ao roteamento do conjunto da mangueira. Considere alterar o ângulo da conexão para melhorar a maneira como a mangueira rooteia dentro da máquina e corrigir alguns problemas de fricção ou flexão ao mesmo tempo.

Às vezes, uma diferença de pressão pode ser medida entre a entrada e a saída de um conjunto de mangueira (queda de pressão) e afeta a eficiência do sistema. O seguinte afeta a queda de pressão:

Fricção: o rubor de fluido contra paredes de mangueiras, especialmente nas curvas, pode reduzir as taxas de fluxo.

Viscosidade: quanto menor a viscosidade do fluido, mais difícil é se mover.

Temperatura do fluido: temperaturas mais elevadas fluidos hidráulicos finos para que fluam mais facilmente através do sistema.

Identificação da mangueira: o tamanho afeta a velocidade do fluido para um determinado caudal. Velocidades mais elevadas resultam em maiores quedas de pressão. Uma mangueira de ID maior reduz a queda de pressão.

Acoplamentos e adaptadores: qualquer alteração no tamanho do diâmetro ou no sentido do fluxo (como um adaptador com um cotovelo de 45 ou 90 graus) pode aumentar a queda de pressão.

Caudal: a queda de pressão aumenta com o caudal da mesma mangueira de tamanho.

Ganho de calor: a eficiência do sistema e a perda de potência são afetadas pelo fluxo turbulento.

Os engenheiros também devem preparar as novas tecnologias de acoplamento. Os conectores sem fio, por exemplo, oferecem uma melhor resistência à corrosão, conexões mais fáceis, proteção contra torque e conexões sem vazamentos, com tempos de montagem e reparação mais rápidos, graças a conectores sem fio.

Este gráfico fornece uma visão geral das famílias de mangueiras hidráulicas SAE J517, diferentes construções de mangueiras e classificações de desempenho. Todos os números são arredondados para dar uma idéia de magnitudes relativas, mas são apenas para referência. Consulte os padrões reais para informações atuais e exatas. Algumas tendências tecnológicas interessantes podem ser observadas no sistema de números SAE. Especificações anteriores, como 100R1 e 100R2, focadas na construção da mangueira (trança de um fio versus trança de dois fios) e apresentaram classificações de pressão variáveis ​​dependendo do tamanho da mangueira. As mangueiras mais pequenas apresentaram classificações de pressão mais altas e as mangueiras maiores apresentaram classificações de pressão mais baixas. Os projetistas de equipamentos precisavam escolher diferentes mangueiras de diferentes categorias de produtos para corresponder às pressões do sistema. As especificações mais recentes, como 100R17 e 100R19, se concentram em pressões consistentes do sistema. Cada mangueira da família tem a mesma taxa de pressão, independentemente do tamanho. Observe também que as mangueiras compactas tornaram-se mais populares nos últimos anos porque deixaram as mangueiras se curvarem para raios menores e

Evite misturas e combinações de mangueiras e conectores

A Sociedade de engenheiros automotivos e a maioria dos fabricantes de mangueiras recomendam não usar mangueiras de um fabricante e acoplamentos de outro. Mesmo que a maioria das montagens ofereçam classificação SAE ou EN, elas podem diferir significativamente porque a maioria das especificações da indústria permitem uma ampla gama de materiais e dimensões. Só porque uma mangueira e acoplamento de dois fabricantes diferentes cumprem a mesma especificação da agência não significa que eles sejam compatíveis ou intercambiáveis.

Além disso, os fabricantes de mangueiras e acoplamentos possuem materiais específicos, dimensões, tolerâncias de fabricação e projetos proprietários. Seus acoplamentos são projetados para trabalhar com seus próprios materiais de mangueira.

Existe uma boa chance de uma mangueira misturada e combinada e acoplamentos de diferentes fabricantes não funcionarem consistentemente ao longo da variação natural da variação do produto. Uma montagem pode funcionar razoavelmente bem, mas outra poderia ter um vazamento ou falha imediato devido a uma variação despercebida.

Mesmo o uso de equipamentos de crimpagem de uma empresa diferente pode afetar a forma como a mangueira e os acoplamentos são unidos e provocar um vazamento precoce ou um golpe de acoplamento. Diferentes máquinas de crimpagem podem ter diferentes pressões, velocidades, taxas de retorno, crimp taper, crimp OD variação e controles. Diferentes matrizes de crimpagem podem ter diferentes comprimentos, curvaturas e número de segmentos de matrizes. Especificações de crimpagem sutil e diferenças no procedimento de operação também afetam o desempenho da mangueira.

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