DIAPOSITIVAS NEUMATICA

1

Neumática e Hidráulica

Ingeniería Eléctrica y Energética

Máquinas y Motores Térmicos

Departamento:

Area:

CARLOS J RENEDO [email protected]

Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28

http://personales.unican.es/renedoc/index.htm

Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

N. T12.- Actuadores Neumáticos

Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

2

T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS

� Introducción

� Construcción básica

� Cilindros de simple efecto

� Cilindros de doble efecto

� Cilindros sin vástago

� Cilindros compactos

� Cilindros elásticos y músculos neumáticos

� Cilindros de membrana

� Cilindros de dobles vástago

� Cilindros tándem

� Cilindros de Impacto

� Cilindros telescópicos

� Cilindros de vástago hueco

� Cilindros multiposicionales

� Actuadores rotativos

� Pinzas neumáticas

� Detectores magnéticos

� Multiplicador de presión

� Motores neumáticos

� Fuerza ejercida

� Potencia

� Consumo de aire

� Reguladores de caudal

� Control de la velocidad

� Juntas

� Amortiguación

� Fijación

� Pandeo del vástago

� Normas

3


� “Actuadores neumáticos” incluye cilindros y actuadores rotativos

� Proporcionan potencia y movimiento a sistemas automatizados, máquinas y procesos mediante el consumo de aire comprimido

� La presión máxima de trabajo depende del diseño del cilindro. La Norma VDMA permite trabajar hasta 16 bar

INTRODUCCION (I)

� Un cilindro neumático es un componente sencillo, de bajo coste y fácil de instalar; es ideal para producir movimientos lineales

� La carrera del cilindro determina el movimiento máximo que este puede producir

4


� El diámetro del cilindro y su presión de trabajo determinan la fuerza máxima que este puede hacer

� La fuerza es controlable a través de un regulador de presión

� La velocidad tiene un amplio margen de ajuste

� Toleran condiciones adversas como alta humedad y ambientes polvorientos, y son de fácil limpieza

INTRODUCCION (II)

5


Las partes del cilindro son:

� Camisa

� Tapa trasera

� Pistón

� Vástago

� Tapa delantera

� Juntas de estanqueidad (estáticas y dinámicas

� Entrada/salida de aire trasera

� Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)

� Resorte para el retroceso, (S.Efec)

CONSTRUCCION BÁSICA (I)

Camisa

Tapa trasera

Tapa delanteraPistón

Vástago

Juntas est.

E/S aire delanteraE/S aire trasera

Juntas din.

6


CONSTRUCCION BÁSICA (II)

Las partes del cilindro son:

� Camisa

� Tapa trasera

� Pistón

� Vástago

� Tapa delantera

� Juntas de estanqueidad (estáticas y dinámicas)

� Entrada/salida de aire trasera

� Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)

� Resorte para el retroceso, (S.Efec)

Camisa

Junta rascadora

Vástago

Tapa delantera

Tapa trasera

Aro guía

Tornillo amortig.

Junta pistón

ConexióndelanteraConexión

trasera Tornillo amortig.

7


Se dispone de una amplia variedad de actuadores neumáticos en cuanto a dimensiones y tipos, incluyendo:

� Cilindros

• Simple efecto con o sin muelle

• Doble efecto

o Sin amortiguación y amortiguación fija

o Amortiguación regulable

o Imán

• Sin vástago

• Compactos

• Elásticos

CONSTRUCCION BÁSICA (III)

Par y r.p.m.Accionamiento mecanismos rotativosMotor neumático

Par y ángulo de giroTrabajo angularActuador de Giro

Fuerza y carreraTrabajo rectilíneoCilindro

Parámetro BásicoFunciónActuador

� De giro

� Motores

8

Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo es por la acción de un muelle:

• Vástago extendido (normalmente dentro)

• Vástago retraído (normalmente fuera)


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (I)

Max. carreras de 100 mm

N. Fuera

N. Dentro

Consumen poco aire

9

Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo es por la acción de un muelle:

• Vástago extendido (normalmente dentro)

• Vástago retraído (normalmente fuera)


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (II)

� Para que el cilindro pueda volver a su posición de reposo se requiere que el aire de la cámara pueda ir a escape

3

12 10

1

2

� Cto de mando de un C.S.E.

10


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (III)

� Sin Muelle: la gravedad o otra fuerza externa hace recuperar al vástago su posición inicial

N. Fuera N. Dentro

11


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (IV)

2

13

12 10

3

12 10

1

2

� Cto de mando a distancia de un C.S.E.

12


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (I)

El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida y el de entrada del vástago

Permiten un mayor control de la velocidad

Pueden ser:

� Sin amortiguación: están diseñados para aplicaciones con cargas ligeras y baja velocidad

� Amortiguación fija

� Amortiguación regulable

13


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (II)



Pueden ser:

� Sin amortiguación

� Amortiguación fija está destinada a cilindros de pequeño diámetro y para trabajar con cargas ligeras

� Amortiguación regulable

Amort. delanteraAmort. trasera

14


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (III)



Pueden ser:

� Sin amortiguación

� Amortiguación fija

� Amortiguación regulable: para progresivamente el pistón en el último tramo de la carrera del cilindro

Amort. Reg. delanteraAmort. Reg. trasera

15


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (IV)

24

15 3

14 12

2

1 3

12102

13

12 10

� Cto de mando a distancia de un C.D.E.

válvula 5/2 y dos válvulas 3/2

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CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (V)

� Cto de mando semi-automático de un C.D.E.

• El cilindro va a más (sale) por efecto del pulsador manual, vuelve a menos (retorna) por el final de carrera

• Requiere 1 válvula 5/2, y 2 válvulas 3/2 (pulsador y final de carrera)

24

15 3

14 12

2

1 3

12102

13

12 10A+

A+

On-Off

17


CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (VI)

� Mando automático de un C.D.E.

• El cilindro no sale a mas hasta que no se actúa la palanca

• El ciclo finaliza cuando se vuelve a actuar sobre la palanca, y lo hace con el cilindro a menos

24

15 3

14 12

2

13

12 10

A+

1.4

A-

2

1 3

1210

A+

2

1312

10

A-

On-Off

18


CILINDROS SIN VASTAGO (I)

� El movimiento del cilindro está contenido en el propio cuerpo del cilindro. Al no salir un vástago ocupa la mitad

� El movimiento se transmite a través de un carro exterior que se desplaza a través de la camisa del cilindro

� Una ranura, a lo largo de la camisa permite la conexión del carro con el pistón

� En el interior y el exterior del cilindro se disponen una junta y una cubierta para la estanqueidad y la protección contra el polvo

� Se suele utilizar para trabajar a través de líneas transportadoras, o elevación de cargas en espacios reducidos

� Los hay de arrastre magnético por medio de imanes (en el vástago y exterior)

Estos cilindros tienen problemas de fugas de aire

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CILINDROS SIN VASTAGO (II)

• Doble efecto• Con Guía

Preferible instalarlo con el carro hacia abajo:• Evita la suciedad en la junta y su deterioro• El peso cierra la junta y limita las fugas

• Doble efecto amort. regulable

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CILINDROS SIN VASTAGO (III)

• Con arrastre magnético

No presentan fugas

21


CILINDROS CON DOBLE VASTAGO

Impide el giro del cilindro

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CILINDROS COMPACTOS

� Para utilizar en espacios reducidos donde sólo se precise una carrera corta

� Con respecto a su diámetro son de poca longitud

� Generalmente se utilizan en aplicaciones con poca carga

� Normalmente utilizados en la versión simple efecto, pero también está disponible en doble efecto, antigiro y doble vástago, magnético o no

S.E. Vástago retraído D.E. Doble vástago

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CILINDROS ELÁSTICOS Y MÚSCULOS NEUMATICOS (I)

� Son cilindros de simple efecto

� Ensanchan y se retraen cuando se introduce aire comprimido, su carrera es menos del 25% de su longitud

� La comprensión y extensión máxima se debe limitar externamente

� Proporcionan carreras cortas de alta potencia

� Pueden moverse en cualquier dirección debido su elasticidad

� No mantienen perfectamente la alineación

� Se pueden utilizar como muelles de aire y son ideales para aislar las vibraciones de las cargas soportadas

� Son de vida prolongada y no tienen fugas

24

CILINDROS ELÁSTICOS Y MÚSCULOS NEUMATICOS (II)

• Simple lóbulo

• Doble lóbulo

• Triple lóbulo, …


25


CILINDROS DE MEMBRANA

� Son de carreras cortas, no mantienen una alineación perfecta

• S.E. Vástago retraído • D.E.

Membrana elástica

26


CILINDROS DE DOBLE VÁSTAGO

27

� Proporcionan el doble de la fuerza

� Las dos entradas/salidas están internamente conexionadas

� Carrera corta para la longitud del cilindro


CILINDROS TANDEM

28


CILINDROS DE IMPACTO

� Deben estar diseñados para soportar el fuerte impacto que se produce en la cámara delantera

Movimiento lento

Movimiento rápido

Poca área

Poca fuerza

Mucho área

Mucha fuerza

29


CILINDROS TELESCOPICOS

� Proporcionan grandes carreras en relación con la longitud del cilindro

No se controla la posiciónde salida intermedia

30


CILINDROS DE VASTAGO HUECO

� Para paso de cables, técnicas de vacío, …

31


CILINDROS MULTIPOSICIONALES (4 Pos.)

C1-, C2-

C1+, C2-

C1-, C2+

C1+, C2+ Sin control de posición3

12

2

A- A+

1

4

14

32


ACTUADORES ROTATIVOS (I)

� Utilizados para girar componentes, actuar válvulas de control de procesos, y giros en aplicaciones de robótica

� Proporcionan un giro limitado

• De paleta, D.E con ángulo de giro de 270º

33


ACTUADORES ROTATIVOS (II)



• D.E. piñón y cremallera

34


ACTUADORES ROTATIVOS (III)



• D.E. piñón y cremallera (doble par)

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PINZAS NEUMATICAS

� Agarran piezas

� Su movimiento se realiza por acción de un cilindro interior que acciona un brazo articulado

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DETECTORES MAGNETICOS

� El pistón puede llevar un imán incorporado

� Se puede utilizar únicamente para detectar principio y final de carrera; o si se dispone de un aro magnético alrededor del cilindro para detectar cualquier posición intermedia

N S

37


21 FF =

Equilibrio

A

Fp = 2211 ApAp =

2

112

A

App =

2

112

p

pAA =

MULTIPLICADOR DE PRESION (I)

A1

A2

p1

p2

F1 F2 A2A1

38


Posible problema de sobre presiones

si se obstruye la tubería delantera

(max)pA

App 1

2

112 >=

MULTIPLICADOR DE PRESION (II)

A1

A2

A1

A2

p1 p2

39


Transforman la energía del aire comprimido en energía mecánica de rotación

� De paletas: 3.000 a 9.000 rpm, hasta 20 CV

c = nº de cámaras

n = r.p.m.

P1 = presión relativa actuante (kg/cm2)

Pot = Potencia (CV)

QN = Caudal normal

r = radio (mm)

S = Superficie máx de la paleta (cm2)

V1 = volumen de la cámara máxima (cm3)

v = velocidad (m/s)

75100060

rn2SPrwSPvF

t

eF

t

TrabajoPot 11

11

π=====

rSPrFPar 11==

)1P(ncVQ 11N +=

MOTORES NEUMATICOS (I)

40


� De engranajes: baratos y de reducido rendimiento, hasta 60 CV

2

zbm25,2P

2

zmSPrSPPar

21

1111 ===

)1P(nzV2Q 11N +=

b = ancho del diente (mm)

m = módulo de la rueda dentada (altura del diente, mm)

n = r.p.m.

z = nº de dientes de la rueda

P1 = presión relativa actuante (kg/cm2)

Pot = Potencia (CV)

r = radio (mm)

V1 = volumen de la cámara máxima

w = velocidad angular (rad)

75100060

nzbm25,2Pn2ParwPar

t

TrabajoPot

21 π

=π===

MOTORES NEUMATICOS (II)

41


� De pistones: hasta 4.000 rpm y 30 CV

)rr(SPrFrFPar 212211 +=+=

)1P(nZcSQ 1N +=

S = sección del pistón (mm)

c = carrera (mm)

n = r.p.m.

Z = nº de pistones del motor

α=αα= 2sen2

rSPsencosrSPPar

� Turbinas: similar a un compresor centrífugo, de 200.000 a 500.000 rpm

Radial

Axial

MOTORES NEUMATICOS (III)

42


FUERZA EJERCIDA (I)

� La fuerza teórica del cilindro se calcula multiplicando el área efectiva del pistón por la presión de trabajo

• El área efectiva para el cilindro “a más” (salida) es el área completa del diámetro “D” cilindro

• El área efectiva del cilindro “a menos” (retorno) se reduce por el área que ocupa el vástago del pistón “d”

d

D

[ ] [ ] [ ]10

barPmm

4

dDNF 2

2

vas

2

cilretorceso

−π=

[ ] [ ] [ ]10

barPmm

4

DNF 2

2

cilavance π=

226

2

2

5

2

55

mm

N1,0

mm10

m

m

N10

m

N10Pa10bar1 =

===

P manométrica

43


FUERZA EJERCIDA (II)

� Cuando se estima la fuerza relativa de un cilindro con diferentes diámetros, es útil recordar que la fuerza se incrementa con el cuadrado del diámetro

2d

d

Si se dobla el diámetro se

cuadriplicará la fuerza

=

d

d d

44


Calcular la fuerza teórica que puede ejercer un cilindro a mas, de diámetro 50 mm a una presión de trabajo de 8 bar

Calcular la fuerza teórica que puede ejercer un cilindro a menos, de diámetro

50 mm y vástago diámetro 20 mm a una presión de trabajo de 8 bar

45

� En un cilindro de S.E. hay que tener en cuenta la fuerza ejercida por el muelle (la fuerza opositora del muelle se incrementa a medida que el

muelle se comprime)

• Si es normalmente dentro con retorno a por muelle

• Fmuelle resta a la teórica en la salida del cilindro

• Fmuelle es la fuerza de retorno

• Si es normalmente fuera, salida por muelle

• Fmuelle resta a la teórica en el retorno del cilindro

• Fmuelle es la fuerza de salida


FUERZA EJERCIDA (III)

cilresorte F%15al10F ≈

46


FUERZA EJERCIDA (IV)

• Las tablas de las fuerzas se pueden encontrar en los catálogos

• Los valores mostrados a son para presión de trabajo de 6 bar

• Para otras presiones multiplicar por la presión y dividir por 6

Diám. cilindromm

A mas (N) a 6 bar

A menos (N) muelle

10 37 3

12 59 4

16 105 7

20 165 14

25 258 23

32 438 27

40 699 39

50 1.102 48

63 1.760 67

80 2.892 86

100 4.583 99

� En un cilindro de S.E.

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FUERZA EJERCIDA (V)

� En un cilindro de D.E.

• Los valores a menos son menores por el área que ocupa el vástago

• Los valores mostrados en la tabla son para presión de trabajo de 6 bar

• Para otras presiones multiplicar por la presión y dividir por 6

Diám. Cil.

mm

Diám. Vas.

mm

A mas (N)

a 6 bar

A menos (N)

a 6 bar

8 3 30 2510 4 47 3912 6 67 50

16 6 120 103

20 8 188 15825 10 294 246

32 12 482 414

40 16 753 63350 20 1.178 989

63 20 1.870 1.68180 25 3.015 2.721100 25 4.712 4.418

125 32 7.363 6.881160 40 12.063 11.309200 40 18.849 18.095

250 50 29.452 28.274320 63 48.254 46.384

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FUERZA EJERCIDA (VI)

� Fuerza útil

Para seleccionar un cilindro y la presión de trabajo, se debe hacer una estimación de la fuerza real que se precisa

Se toma como % de la teórica que debe realizar el cilindro seleccionado

– En aplicaciones estáticas la fuerza se ejerce al final del movimiento (p.ej. para fijar), es decir cuando la presión alcanza su valor máximo. Las únicas pérdidas son causa del rozamiento, y como norma general, se puede tomar un 10%

(algo mayor en cilindros de diámetro pequeño y menor en los de mayor diámetro)

– En las aplicaciones dinámicas la fuerza se ejerce durante el movimiento paramover la carga (para aceleración, y vencer el rozamiento); y ayudar a expulsar el aire de la cámara del pistón (permite una regulación adecuada de la velocidad)

Como norma general, el esfuerzo estimado debe quedar entre el 50 y el 75% delesfuerzo teórico del cilindro escogido

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La fuerza de un cilindro: depende de la presión, la sección del émbolo y del rozamiento en las juntas dinámicas


Fretorceso [N]Favance [N]

C. S.E.

C. D.E.

teóricareal FF <

cilresorte F%15al10F ≈ cilrozamiento F%10al5F ≈

FUERZA EJERCIDA (VII)

[ ] [ ]10

barPmm

4

dD 2

2

vas

2

cil −π[ ] [ ]

10

barPmm

4

D 2

2

cilπ

[ ]NFresorte[ ] [ ][ ]NF

10

barPmm

4

Dresorte

2

2

cil −

π

Cambian si es normalmente fuera

teóricareal F 0,75 a5,0F ≈

50


Potencia desarrollada: ][000.1

]/[][kW

smvNwF= ][

75

]/[][CV

smvkF f=

Movimiento circular:

][550.9

][][kW

rpmvmNwM= ][

2,716

][][CV

rpmvmkM f=

Movimientos lineales:

Potencia desarrollada:

Potencia necesitada: ][612

min]/[][kW

lQbarP

η= ][

450

min]/[][CV

lQbarP

η=

presióngruponinstalacióactuador ηηηη =

POTENCIA

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CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (I)

Hay dos factores a considerar en el consumo de aire de un cilindro:

� El volumen desplazado por pistón multiplicado por la presión absoluta

� El volumen de todo circuito neumático (cavidades en culatas y pistón, puertos del cilindro, tubos de alimentación y cavidades en la válvula, etc), todos ellos multiplicados por la presión manométrica. Este volumen, que va a escape, varía según la instalación y se considera entre el 5-10% del volumen del cilindro

� En los cilindros de D.E. hay que considerar las dos cámaras en cada carrera del cilindro (con sus diferentes volúmenes)

� En los cilindros de S.E. sólo de llena una de las cámaras (depende si el cilindros es normalmente dentro o fuera)

52


CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (II)

En un cilindro de D.E. el volumen consumido por ciclo de trabajo (salida + retorno) es la suma de:

� En la carrera a más (salida)

� En la carrera a menos (retorno)

[ ] [ ] [ ][ ]

6

atm2

2

vas

2

cilretorceso

10

barPPmmCarreramm

4

dDlitrosV

+−π=

[ ] [ ] [ ][ ]

6

atm2

2

cilavance

10

barPPmmCarreramm

4

DlitrosV

+π=

P manométrica

Volúmenes por ciclo de trabajo

53


Calcular el consumo de aire por minuto en un cilindro de D.E. de dimensiones:

– Diámetros cilindro/vástago: 80 mm / 30 mm

– Carrera 1.000 mm

– Presión 6 bar

– 10 ciclos por minuto

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CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (III)


• Multiplicar cada valor por la carrera en mm

• Para presiones diferentes de 6 bar multiplicar por la presión absoluta y dividir por 7

Consumo en litros a 6 bar por

mm de carrera del cilindro

Diám.mm

Vás.mm a mas a menos ciclo

10 4 0.00054 0.00046 0.00100

12 6 0.00079 0.00065 0.00144

16 6 0.00141 0.00121 0.00262

20 8 0.00220 0.00185 0.00405

25 10 0.00344 0.00289 0.00633

32 12 0.00563 0.00484 0.01047

40 16 0.00880 0.00739 0.01619

50 20 0.01374 0.01155 0.02529

63 20 0.02182 0.01962 0.04144

80 25 0.03519 0.03175 0.06694

100 25 0.05498 0.05154 0.10652

125 32 0.0859 0.08027 0.16617

160 40 0.14074 0.13195 0.27269200 40 0.21991 0.21112 0.43103250 50 0.34361 0.32987 0.67348

55


CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (IV)

Para estimar la media total de consumo de aire en un sistema neumático hacer el cálculo para cada cilindro, sumarlos todos y añadir un 10%

Es importante entender que las necesidades de caudal instantáneo para un circuito serán mayores que la media y en algunos casos mucho mayores

Tanto para el cálculo de la F como para el del Q hay que tener en cuenta el tipo de cilindro …

Qciclo = Qavance+ Qretroceso (litros/ciclo)

C. S.E

C. D.E. [ ] [ ][ ]

6

atm2

2

vas

2

cil

10

barPPmmCarreramm

4

dD2 +−π

[ ] [ ][ ]

6

atm2

2

cil

10

barPPmmCarreramm

4

D +π

56


CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (V)

Siempre que el cilindro tenga que realizar el esfuerzo en un solo movimiento (avance o retroceso), interesa colocar C.S.E. ya que tiene menor consumo de aire; pero los C.S.E. son de carreras cortas

2

13

12

Un posible esquema para “convertir” un C.D.E. en S.E. es el siguiente:

1bar

Acumulador

Antiretorno

Reg. presión

57


Dado un cilindro de doble efecto, diámetros de pistón y vástago 125 mm y 30

mm, carrera de 200 mm, presión de trabajo de 6 bar y el rendimiento del cilindro

del 90%, calcular:

– las fuerzas de avance y retroceso

– consumo de aire para 150 ciclos/hora

58


Con un cilindro de doble efecto y radio de vástago de 22 mm trabajando a 6 bar

se tiene que realizar una fuerza al avance de 40 kg, y 140 kg al retroceso,

suponiendo un rendimiento del 90%, calcular:

– el diámetro del cilindro

– las fuerzas máximas que puede ejercer

– consumo si la carrera es de 700 mm y realiza ciclos de 5 min

59


REGULADOR DE CAUDAL (I)

� Regulador de caudal regulable, uni-direccional, montado en línea

– Caudal libre en una dirección

– En la dirección opuesta caudal restringido y regulable

60


REGULADOR DE CAUDAL (II)

� Regulador de caudal regulable, uni-direccional, montado en línea

– Caudal libre en una dirección

– En la dirección opuesta caudal restringido y regulable

� Diseño para ir montado directamente sobre la cabeza del cilindro

• Versiones alimentación y descarga

61


CONTROL DE VELOCIDAD (I)

La velocidad “natural” máxima de un cilindro viene determinada por:

� la dimensión del cilindro

� la dimensión de las conexiones

� la entrada y escape de la válvula

� la presión de aire

� el diámetro y la longitud de las tuberías

� la carga que está actuando el cilindro

62


CONTROL DE VELOCIDAD (II)

La velocidad natural del cilindro se puede incrementar o reducir

• Normalmente una válvula menor reduce la velocidad

• Una válvula mayor suele incrementar la velocidad

La dimensión de las conexiones limita la velocidad

conexión restringidaconexión no restringida

63


CONTROL DE VELOCIDAD (III)


• Se regula la velocidad de retorno del cilindro s/e

12

3

12 10

1

2

Ver el efecto del regulador conexionado al revés

A menos

A más

64


CONTROL DE VELOCIDAD (IV)


• Regula la velocidad del cilindro en ambos sentidos

1

2

3

12 10

1 2

2 1

La velocidad en ambos sentidos puede ser diferente

A menos

A más

65


CONTROL DE VELOCIDAD (V)


• Seleccionados el cilindro, la presión, la carga y la válvula, el control de la velocidad se ajusta con reguladores de caudal

• La velocidad se regula controlando el caudal de aire hacia los escapes

A menos

A más

• El regulador de la cabeza anterior controla la velocidad del cilindro “a mas” y el de la cabeza posterior la velocidad del cilindro “a menos”

66


CONTROL DE VELOCIDAD (VI)

� Aumento de la velocidad en un cilindro de D.E.

• En algunas aplicaciones la velocidad se puede incrementar en un 50% utilizando válvulas de escape rápido

• Cuando actúa, el aire de escape del cilindro pasa directamente al escape a través del la válvula de escape rápido

• La amortiguación será menos efectiva

67


CONTROL DE VELOCIDAD (VII)

� Válvula de escape rápido

• El aire fluye desde la válvula de control hacia el cilindro a través de una junta de labios

• Cuando se actúa sobre la válvula de control la caída de la presión en la válvula permite a la junta de labios cambiar su posición y conectar directamente con el exterior

• El aire del cilindro escapa hacia el exterior rápidamente a través del silenciador

1

2

1

2

1

2

68


CONTROL DE VELOCIDAD (VIII)

� Gráfico Velocidad /Presión en un cilindro de D.E.

Carga

Curva característica de presión velocidad durante la carrera de salida de

un cilindro típico con amortiguación y reguladores de caudal

00

2

4

6

8

10

Tiempo

V (m/s)bar

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0

empieza movimiento

final movimientocambio válvula

Velocidad

P1

P2

Diferencial para mantener la velocidad contra carga y fricción

P1 P2

69


CONTROL DE VELOCIDAD (IX)

� Guía velocidad cilindros

A modo de guía, el gráfico muestra la velocidad máxima que alcanzan los cilindros en combinación de los Cv típicos de las válvulas, y del tanto por ciento de carga

Cv 0,4 y 25 Ø

Cv 1,0 y 32 Ø

Cv 4,0 y 80 Ø

Cilindros con vástago

Cv 0,4 y 50 Ø

Cv 0,35 y 25 Ø

Cv 6,0 y 250 Ø

010

Carga %

3050801000

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000 Sin vástago

V (mm/s)

70


CONTROL DE VELOCIDAD (X)

� Tiempo de respuesta

• Tiempo aproximado de un ciclo

Valores para válvula y cilindro

• Tabla de tiempos orientativos para cilindros D.E.

− 150 mm de carrera

− Un ciclo de ida y vuelta

− Válvula 5/2 bobina - muelle

− 6 bar de presión de suministro

− 1m de tubo entre válvula y cilindro

− Sin carga en el vástago

Diámetro(mm)

Tamañoválvula

Cv Tiempo(ms)

20 1/8 0,3 225

50 1/8 0,4 700

63 1/4 1.0 525

100 1/4 1,0 1.100

160 1/2 3,5 950

200 1/2 3,5 1.560

200 1 7,8 650

320 1 7,8 1.280

71


JUNTAS (I)

� Juntas que presenta un cilindro D.E. con amortiguación neumática

Junta rascadora

Junta de la camisa

Aro guíaJunta del émbolo

Junta del amortiguaciónJunta del tornillo de amortiguación

72


JUNTAS (II)

� Las juntas estandar son adecuadas para un funcionamiento contínuoen un rango de + 2ºC hasta + 80ºC

� Temperaturas más altas hacen las juntas más blandas, por lo que se gastan antes y producen mayor fricción

� Temperaturas más bajas endurezen las juntas, lo que las hace más quebradizas y tienden a resquebrajarse y romperse por lo que aparecen fugas

� Para aplicaciones con alta temperatura con un funcionamiento continuo en ambientes de hasta 150ºC, los cilindros han de solicitarse con juntas de “Viton”

73


JUNTAS (III)

� Junta del émbolo (I)

Si es tórica, va suelta en una ranura del émbolo, con el diámetro exterior en contacto con el agujero

Cuando se aplica presión la junta tóricase deforma hacia un lado y hacia arriba para estanqueizar el espacio entre el diámetro exterior del pistón y la camisa

Junta del émboloTórica

74


JUNTAS (IV)

� Junta del émbolo (II)

Las de labios se utilizan en cilindros de tamaño medio y grande

• Cierra solo en una dirección

• Una para cilindro simple efecto

• Dos para cilindro doble efecto

• Esfuerzo radial bajo para reducir el efecto de la fricción estática (favorecer el arranque)

• Alta adaptación

Junta del émboloDe labios

75


JUNTAS (V)

� Junta del émbolo (III)

Las de Z se emplean para sellar pistones de cilindros de diámetro pequeño

La forma en Z actúa como si fuera un ligero resorte radial proporcionando esfuerzo radial bajo y alta adaptación

Cierra en ambas direcciones

Ocupan menos espacio

Junta del émboloZ

76


JUNTAS (VI)

� Aro guía

Es una tira abierta colocada alrededor del pistón

Está hecho de material plástico resistente

Si hay una carga elevada por un lado, se convierte en un cojinete que evita una excesiva deformación de las juntas

Protege la camisa de muescas que puede hacer el pistón

Aro guía

77


JUNTAS (VII)

� Juntas de cierre de la camisa

Son tóricas, y al ser estáticas han de ser ajustadas en el agujero que ocupan

Colocadas en la camisa roscada y entre camisa y culata

Junta de cierrede camisa

Junta de cierrede camisa

78


JUNTAS (VIII)

� Juntas rascadoras (I)

Una parte de la junta tiene dos funciones:

• estanqueizar• limpiar

El otro lado de la junta hace un ajuste a presión adecuado para el alojamiento del cojinete

La acción limpiadora evita que las partículas abrasivas entren dentro cuando el vástago entra

Las hay especiales para ambientes agresivos

Junta rascadora

79


JUNTAS (IX)

� Juntas rascadoras (II)

El Fuelle Protector es una alternativa a juntas limpiadoras especiales

Hay que especificarlo al demandar el cilindro, ya que requiere alargar el vástago

Es una solución ideal cuando el vástago puede desgastarse o arañarse por objetos externos

Fuelle protector

80


JUNTAS (X)

� Juntas de amortiguación

Estas juntas tienen dos funciones:

• junta

• válvula antiretorno

Cierran por la parte interior del diámetro cuando ha de haber amortiguación

El aire circula libre por el lado externo y penetra al otro lado cuando el pistón hace la carrera de avance

Junta de amortiguación

81


AMORTIGUACION (I)

La amortiguación protege el cilindro y la carga absorbiendo la energía cinética al final de la carrera. Esto se traduce en una progresiva deceleración y un contacto leve entre el pistón y la cabeza del cilindro

Hay dos variantes:

• Amortiguación fija, para cilindros pequeños y de baja carga, consiste en un muelle interior al final de la carrera del cilindro

• Amortiguación neumática, para cilindros mas grandes; se disponen en aproximadamente los últimos 2 cm de la carrera

82


AMORTIGUACION (II)

� Amortiguación regulable (I)

• El pistón se mueve con velocidad hacia la izquierda

• El aire se escapa a través del interior de la junta de amortiguación

Junta de amortiguación

83


AMORTIGUACION (III)

� Amortiguación regulable (II)

• La junta de amortiguación se desplaza hacia la izda empujada por el casquillo de amortiguación cerrando el paso del aire a través de ellaón

• El aire solo puede salir a través del tornillo de amortiguación. La presión crece y amortigua al pistón. El ajuste del tornillo regula la amortiguación

Tornillo de ajuste

84


AMORTIGUACION (IV)

� Amortiguación regulable (III)

• El sistema está diseñado para que el golpe del pistón, vástago y carga con la cabeza del cilindro sea suave

85


AMORTIGUACION (V)

� Amortiguación regulable (IV)

• La válvula se ha actuado para hacer ir el cilindro a mas

• La junta de amortiguación se desplaza hacia la derecha. El aire puede atacar a todo el diámetro del pistón

86


AMORTIGUACION (VI)

� Amortiguación regulable (V)

• El pistón se mueve hacia la derecha sin ningún tipo de restricción

87


AMORTIGUACION (VII)

� Amortiguación regulable (V)

Inicia la salida casi sin restricción

( la válvula antiretorno está abierta)

Inicia el retorno casi sin restricción

(la válvula antiretorno está cerrada)

Al final del retorno aparece

la restricción

Sale sin restricción

( la vál. ant. está abierta)

Vál. antiretorno

88


AMORTIGUACION (VIII)

� Amortiguadores

• Para desacelerar suavemente cargas muy pesadas y velocidades altas

• Complementa o reemplaza el interior del cilindro al amortiguar

• Modelos autocompensados no regulables

• Modelos regulables, en dos tamaños0.9 a 10 kg

2.3 a 25 kg

9 a 136 kg

105 a 1.130 kg

Regulables

5 a 450 kg

10 a 810 kg

Autocompensados

89


AMORTIGUACION (IX)

� Amortiguadores autocompensados

• El principio de operación se basa en una restricción progresiva del caudal

• Inicialmente el pistón se empuja fácilmente. El aceite se desplaza a través de varios orificios métricos

• A medida que la carrera avanza se dispone cada vez de menos de orificios métricos

90


AMORTIGUACION (X)

� Amortiguadores regulables

• Acumulador interno que contiene una celda cerrada de espuma de elastómero para reserva de desplazamiento de fluido

• El tamaño de los orificios se puede regular actuando sobre una tuerca; esto permite una deceleración precisa para alcanzar un amplio rango de masas y velocidades características

91


AMORTIGUACION (XI)

� Amortiguadores regulables

La masa equivalente se calcula usando la fórmula:

Donde:

� me = masa equivalente (kg)

� v = velocidad (m/s)

� W3 = energía total, W1 + W2 (Nm)

o W1 = energía cinética = ½ m.v2 (Nm)

o W2 = energía asociada a la fuerza = F.s (Nm)

− m = masa (kg)

− F = fuerza de impulso (N)

− s = carrera del amortiguador (m)

2

3e

v

W2m =

92


Masa de 10 kg fuerza de 100 N, contactará con el amortiguador a una velocidad de 1 m/s. La carrera del amortiguador autocompensado es de

0,025 m nominales

93


FIJACIONES

� Para no dañar el cilindro, hay que asegurar que los esfuerzos son totalmente axiales

Por pies

Por rosca

Por brida anterior

Por brida posterior

Por brida anterior oscilante

Por brida posterior oscilante

Por brida central oscilante

94


PANDEO DEL VASTAGO (I)

Algunas aplicaciones requieren carreras de cilindros muy largas

Si hay una fuerza de apriete axial en el vástago, hay que vigilar que los parámetros del vástago, longitud, diámetro y carga, estén dentro de los límites adecuados que eviten el pandeo

La ecuación de Euler para la inestabilidad elástica es:

Donde:Fp = Fuerza de pandeo (carga límite)E = Módulo de elasticidad del material de la barra (kg/cm2)I = Momento de inercia de la barralp = Longitud de pandeo de la barra

[ ]2

p

22

pandeoL

Icm/kgEF

π=

95


PANDEO DEL VASTAGO (II)

� La longitud de pandeo de la barra comprimida depende de la instalación

• de la longitud real

• de la disposición de sus extremos (articulados, empotrados o libres)

� Para una columna delgada, fija por un extremo y con el otro extremo libre (caso Euler 1) lP = 2l

� Para una columna delgada articulada por ambos extremos (caso Euler 2), la longitud libre de pandeo lP es la misma que la longitud l entre articulaciones.

1

l

1

Articulación

Articulación

l P = l

3

2

Extremo libre

Empotramiento

lP = 2l

96


PANDEO DEL VASTAGO (III)

� 1, 2 y 3: un vástago gastado con cojinete permitirá un pandeo inicial si el vástago está articulado

Asumir lP = l (caso Euler 2)

l

l

5

1

3

2

4

6

7

8

l

l

l

l

l

l

� 4, 5 y 6: el extremo del vástago está libre lateralmente

Asumir lP = 2l (caso Euler 1)

� 7: caso especial. lP < 2l

� 8: caso especial. lP < 1,5 l

97

PANDEO DEL VASTAGO (IV)


Tabla guía para la máx. Lon. de carrera en mm

8032

2 1.000 450 960 1.1006 860 390 530 610

10 650 290 390 45016 500 210 290 340

8040

2 1.200 500 1.370 1.5806 1.200 500 760 880

10 950 430 570 66016 730 320 430 500

casos 4,5,6

caso 7

Cilindro Bar casos 1,2,3

caso 8

16

2

80502 1.300 450 1.740 1.9906 1.300 450 960 1.110

10 1.100 450 720 840920 410 550 640

8063

2 1.300 500 1.360 1.5506 1.200 500 750 860

10 920 410 560 64016 700 300 420 490

8080

2 1.600 600 1.680 1.9306 1.500 600 920 1.060

10 1.100 510 690 80016 880 380 520 600

8100

1.500 600 1.320 1.5006 1.010 530 710 810

10 890 380 520 60016 670 280 390 450

casos 4,5,6

caso 7

Cilindro Bar casos 1,2,3

caso 8El factor de seguridad “s” = 5 por la

carga del cilindro, da la fuerza de pandeo admisible a una presión determinada

98

NORMAS (I)


� La ISO 6431 y la ISO 6432 estandarizan las dimensiones de la instalación de un tipo de cilindros y sus fijaciones. Sin embargo las fijaciones de un fabricante pueden no coincidir con el cilindro de otro

� La VDMA 24562 es una modificación de las arriba indicadas que incluye más dimensiones, en particular las del vástago y las medidas para las fijaciones que se adaptan a él

� La ISO 6009 estandariza la nomenclatura a utilizar para las dimensiones en las hojas técnicas de los fabricantes

� Existen fijaciones adicionales fuera del ámbito de esta norma

� Existen muchos tipos de diseño de cilindros no cubiertos por lasrestricciones en medidas de las normas

� Estos cilindros incorporan las últimas innovaciones en técnicas constructivas para proporcionar diseños limpios y compactos y medidas más pequeñas

99

NORMAS (II)


� Las ventajas de la estandarización son:

• Fácil sustitución de componentes

• Menores precios de los componentes

� La principal ventaja de los elementos no normalizados es el ajuste de consumo, presión, dimensiones, etc, a las necesidades de la máquina, esto produce:

• Menores costes de funcionamiento (menos gasto de aire)

• Menores dimensiones de las máquinas

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