Cilindro neumático

Principio de funcionamiento Dispositivo capaz de generar una Fuerza a expensas de la utilización del Aire Comprimido. La presión de A/C actúa sobre la superficie del pistón para obtener una fuerza. Se consigue un movimiento siguiendo una trayectoria rectilínea.

Componentes y términos de utilidad cuerpo pistón espacio nocivo cabezal anterior vástago cabezal posterior espacio nocivo carrera positiva carrera negativa cámara positiva cámara negativa sección útil de empuje sección útil de tiro cilindro de simple efecto cilindro de doble efecto

Componentes y términos de utilidad ojiva labio recorrido de amortiguación

Componentes y términos de utilidad o-ring efecto simple válvula de aguja buje de bronce doble efecto con amortiguación

Componentes y términos de utilidad junta de amortiguación junta del émbolo

Comportamiento de la presión en las dos cámaras de un cilindro presión absoluta inicio del movimiento fin del movimiento presión atmosférica tiempo del recorrido instante de la inversión del aire 1 2 3 4 5

Cilindro Animado

Fuerzas desarrolladas Cilindros de Doble Efecto Cilindros de D.E. Movimiento de empuje Fs=p·Ss·η Movimiento de tiro Ft=p·St·η p: Presión, en cargas estáticas la presión medida por el manómetro es la que llega al cilindro; en cargas dinámicas el FRL y cilindro provocan caída de presión. Ss, St: Superficie de pistón, Ss-empuje y St-tiro. η: Rozamiento, se manifiesta entre el cabezal anterior y el vástago, y entre el pistón y el cuerpo; se considera el 10% de la fuerza desarrollada.

Fuerzas desarrolladas Cilindros de Simple Efecto Cilindros de S.E. Con muelle mecánico Fs=(p·Ss)-Fm Con muelle neumático Fs=(p·St)-(pc·St) Fm: Fuerza de muelle. Presenta dos valores, mínimo cuando está en reposo y máximo cuando el muelle está comprimido; el valor varía en función del diámetro del cilindro y para mantenerlo en los límites de elasticidad su longitud de recorrido es de 75mm. pc: Muelle mecánico. Puede ser sustituido por una presión controlada a través de la válvula de descarga.

Dimensionamiento del cilindro en función de la carga aplicada Para determinar la dimensión apropiada del cilindro se puede utilizar el gráfico mostrado a continuación: ¿Qué cilindro se necesita para desplazar un peso de 1000N a una velocidad de 1m/seg? ¿A qué velocidad se puede desplazar una carga de 600N utilizando un cilindro de 40mm. de ? ¿Qué peso puede desplazar un cilindro de 32mm. de  a una velocidad de 1,6m/seg?

Fase de frenado del movimiento de un cilindro de doble efecto Importancia: Evita que la energía cinética, se transforme en energía de choque. Evita la producción de calor al momento del impacto. Previene daños a la estructura del cilindro y mecanismos acoplados.

Fase de frenado del movimiento de un cilindro de doble efecto Los cilindros están dotados de amortiguadores. Su intervención se manifiesta en el tramo final del recorrido. Se produce un contraempuje de aire en descarga.

Fase de frenado del movimiento de un cilindro de doble efecto recorrido de amortiguación

Fase de arranque de un cilindro de doble efecto

Fijación del cilindro La fijación puede hacerse con fijaciones rígidas o fijaciones oscilantes. Para la elección debe tomarse en cuenta que los cilindros están construidos y dimensionados para resistir esfuerzos de tipo axial.

Fijación del cilindro

Acoplamientos del vástago El acoplamiento del vástago hay que fijarlo en conjunto con la fijación del cuerpo. Hay que considerar que: Si el alineamiento del eje del cilindro es perfecto con el eje de movimiento de la carga, se puede usar un acoplamiento rígido. Si están desalineados los ejes se pueden usar acoplamientos que permitan el giro en torno a un eje, acoplamiento de horquilla, o que permitan el giro en torno a un punto, acoplamiento de esfera.

Acoplamientos del vástago d directo f horquilla s esférico

Acoplamientos del vástago Posibles errores

Esfuerzos del vástago por la carga de punta El esfuerzo compuesto de “presión-flexión” recibe el nombre de carga de punta. La carga de punta está presente cuando se tiene un cilindro con vástago muy largo con respecto a su diámetro (longitud 10 veces > diámetro). Cada vez que se presente esta condición el vástago deberá someterse a verificación en relación a la fuerza Fs a transmitir y a las condiciones de instalación del cilindro.

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 1 Se necesita un cilindro idóneo para transmitir una fuerza de empuje Fs de 2000 N para un recorrido de 1500 mm; la presión máxima disponible es de 6 bar. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 1 Diagrama A La vertical que parte de 2000 N encuentra varias diagonales, sin embargo nuestra elección debe recaer en el cilindro de 80 mm (vástago de 25 mm) porque requiere una presión que se encuentre entre los límites disponibles. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 1 Diagrama B Para el mismo valor de 2000 N, elevamos la vertical hasta alcanzar la diagonal vástago 25. Sobre la ordenada leemos un valor próximo a 720 mm, recorrido que es muy inferior al requerido. La relación existente entre el recorrido de 1500 mm y el que señala el diagrama es aproximadamente de 2,1. El acoplamiento correspondiente es el del ejemplo de la figura b/3, es decir, un montaje articulado y guiado. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 Disponemos de un cilindro de diámetro de 50 mm, un recorrido de 700 mm y queremos saber que fuerza Fs puede producir a la presión de 6 bar y también queremos saber si el vástago resiste la carga de punta y en que posibilidades de acoplameintos. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 Diagrama A En correspondencia al valor de 6 bar trazamos una horizontal hasta la oblicua de diámetro 50 (vástago 18 mm). Sobre la abscisa leemos un valor algo superior a 1000 N; este valor es la fuerza Fs disponible sobre el eje del cilindro. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 Diagrama B La vertical que parte del valor de 1000 N encuentra la oblicua vástago 18 en un punto en el que el valor de L es algo más de 500 mm. Valor inferior a la disponibilidad del recorrido del cilindro. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 El cilindro examinado puede utilizarse en las diferentes condiciones de instalaciones: Utilización total de la fuerza Fs y del recorrido de 700 mm. Es necesario una presión de 6 bar. Un acoplamiento oscilante para el cuerpo del cilindro y articulado para el vástago, como en la figura b/1. Verificación con el diagrama B: sobre la base de L=500 mm y de b/1=1,4 L, el vástago puede resistir la carga de punta hasta un máximo de 500x1,4=700 mm (recorrido del cilindro disponible). diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 El cilindro examinado puede utilizarse en las diferentes condiciones de instalaciones: Utilización total de la fuerza Fs y parcial del recorrido. Es necesario una presión de 6 bar. Un acoplamiento rígido del cuerpo y un vástago libre como en la figura a. El valor máximo del recorrido es el dado por el diagrama B, es decir, aproximadamente 500 mm. diagrama

Esfuerzos del vástago por la carga de punta Ejemplo 2 El cilindro examinado puede utilizarse en las diferentes condiciones de instalaciones: Utilización parcial de la fuerza Fs y total del recorrido. Para determinar el valor de la fuerza Fs, procedamos del siguiente modo: Diagrama B – con h igual a 700 mm trazamos un segmento hasta la oblicua vástago 18; sobre la abcisa leemos la fuerza Fs=600 N aproximadamente. Diagrama A – dicha fuerza puede producirse por medio del cilindro de diámetro de 50 mm si está alimentado por una presión de 3,5 bar aproximadamente. El acoplamiento puede ser del tipo a. diagrama

Consumo de aire de un cilindro consumo de Nl al minuto de aire libre volumen recorrido de empuje * (p+1) volumen recorrido de tiro * (p+1) ciclos al minuto presión p volumen recorrido de empuje * (p+1) ciclos al minuto

Consumo de aire de un cilindro Consumo Q – cantidad de aire libre en Nl a ser comprimida cada minuto para que el cilindro complete un trabajo a ritmo prefijado. Consumo Qs – si el pistón está contra el cabezal anterior, el volumen a llenar es el correspondiente al recorrido positivo; conocido el espacio geométrico detrás del pistón, se debe calcular cuanto aire libre en Nl, o sea, cuantos dm3 de aire atmosférico debe aspirar, comprimir y enviar al cilindro; el valor de presión absoluta es el que se considerará en los cálculos, es decir la presión relativa (en el manómetro) más la presión atmosférica.