Válvulas hidráulicas

Com nossa máquina hidráulica extremamente simples, empurramos uma quantia de óleo com um pistão e esse óleo empurrou um pistão maior, com isso multiplicando a força de nosso esforço. Este tipo de mecanismo hidráulico é excelente para sistemas nos quais você precisa aplicar uma força muito rapidamente de vez em quando - um sistema de freio, por exemplo. Mas em uma peça de equipamento como uma escavadeira, você está sempre movendo pistões, portanto precisa de pressão de óleo constante.

Em uma escavadeira, esta pressão vem de uma bomba de óleo que é movimentada por um motor à diesel. A bomba tem o mesmo tipo de comportamento que o pistão estreito que vimos no exemplo anterior. Ela aplica uma força menor ao óleo a uma alta taxa de velocidade, gerando pressão suficiente para movimentar outro pistão mais lentamente, porém com maior força. A bomba mantém um suprimento estável de óleo em alta pressão fluindo para um sistema de bloqueio de válvula, que direciona a força da pressão (mais adiante, nós veremos exatamente como isso funciona).

Imagem cedida pela Caterpillar As escavadeiras bombeiam óleo através de um complexo sistema de mangueiras e válvulas

Então, os pistões em uma escavadeira são, na realidade, movimentados pelas mesmas forças que vimos trabalhando no projeto hidráulico simples. Contudo, há algumas diferenças significativas em como os dois sistemas operam. O pistão simples que vimos poderia aplicar apenas força multiplicada em uma direção. Se você empurrou o pistão mais estreito, o pistão mais largo se moveu para cima com força maior. Mas para uma escavadeira escavar, seus braços têm de poder se movimentar em direções diferentes. Para movê-los desta forma, os pistões devem poder empurrar e puxar com força total, o que requer um sistema mais complexo.

Se você cortasse um dos cilindros do pistão de uma escavadeira, veria algo parecido com isso:

Você pode ver que a haste do pistão que se estende para fora do cilindro na realidade é movida por um cabeçote de pistão dentro do cilindro. Há fluido em ambas as extremidades do cabeçote do pistão, alimentado por duas mangueiras diferentes. Se a força for maior no lado azul, o pistão se movimentará para a esquerda e, se for maior no lado laranja, o pistão se moverá para a direita. Então, tudo o que você tem a fazer para mudar a direção da força é parar de bombear óleo para um lado e começar a bombear para o outro. Este tipo de cilindro de pistão é comumente chamado de aríete hidráulico.

Uma retroescavadeira usa algo chamado válvula de carretel para direcionar o óleo para um lado do aríete. Nesta animação, você pode ver a concepção básica deste tipo de sistema hidráulico:

O sistema de válvula carretel permite que a escavadeira movimente os pistões em duas direções

A bomba leva o óleo de um tanque e a bombeia através de uma mangueira para a válvula de carretel. Quando o operador move os controles para alterar a direção da escavadeira, a válvula de carretel altera sua configuração, de modo que o óleo de alta pressão vai para o outro lado do aríete. Conforme o óleo de alta pressão empurra em um lado, o óleo de baixa pressão é forçado através de uma mangueira diferente, de volta para o tanque de óleo.

Imagem cedida pela Caterpillar Esta haste de controle usa a hidráulica para operar a válvula de carretel

O operador manipula este bloco de válvulas com joysticks na cabine da escavadeira. Em algumas escavadeiras, as hastes de controle estão diretamente conectadas às diferentes válvulas de carretel, atuando como alavancas para movimentar o carretel diretamente.

Em outras escavadeiras, os joysticks operam pistões hidráulicos que controlam o movimento das válvulas de carretel. Quando você movimenta o joystick em uma certa direção, pressiona um pistão em particular. O pistão empurra o óleo através de uma mangueira para movimentar a válvula de carretel, controlando um aríete hidráulico em particular. Ao movimentar diferentes carretéis, você estende ou retrai diferentes pistões hidráulicos. Nas seções a seguir, observaremos a organização desses pistões, e veremos como suas forças aplicadas se traduzem em movimento de fluído na escavadeira e carregadeira.