Pneumatica

Pneumatica

(Parte 2 de 2)

De duplo efeito, assimétricos ou simétricos –Com e sem amortecimento

–Com amortecimento regulável

–De êmbolo magnético

Cilindros sem haste

Cilindros de aperto

Cilindros de membrana

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Paulo Abreu Cilindros de simples efeito

Paulo Abreu

Cilindro de simples efeito sem mola

Retorno do cilindro feito por gravidade ou força externa

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Paulo Abreu Cilindro de duplo efeito

Paulo Abreu

Cilindro de duplo efeito simétrico

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Cilindros sem haste

Tipos de cilindros sem haste

De banda ou cabo De banda de selagem

De acoplamento magnético

Características

Cilindros de duplo efeito Possibilidade de dispor de cursos longos (até 4 m)

Menor atravancamento, quando comparados com cilindros de haste, de igual curso

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Cilindro sem haste, de banda

© Festo

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Cilindro sem haste, de banda de selagem

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Cilindro sem haste, magnético

© Festo

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Cilindros de Aperto

Cilindros para serem utilizados em espaços pequenos, para funções de aperto. Tipicamente, possuem um curso reduzido e um diâmetro de êmbolo elevados

Utilizados em aplicações que requerem forças de aperto leves

Possibilidade de utilização de cilindros assimétricos, de simples ou duplo efeito, ou cilindros simétricos de duplo efeito

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Cilindros de aperto De simples efeito De duplo efeito simétrico

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Cilindros de membrana © Festo

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Cilindro com unidade de bloqueio de haste

Por razões de segurança, quer por falta de ar ou como funcionalidade, pode ser necessário parar e manter parado um cilindro em qualquer posição do seu curso.

Cilindro de bloqueio da haste, passivo ou activo

Existem unidades de bloqueio de haste para cilindros ISO, de diâmetros de 32 m a 125 m

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Cilindros com guiamento

Cilindros com hastes/êmbolos não circulares Cilindros com veios de guiamento

Unidades de guiamento externo para integrar em cilindros

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Cilindros com haste/êmbolo não circular

Disponibilidade de cilindros ISO , de diâmetros 32 a 100 com pistão não rotativo

Adequados para cargas torsionais baixas

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Cilindros com guiamento

Veios de guiamento incorporados no corpo do cilindro

Unidade de guiamento externa ao cilindro

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Unidades Lineares

Muito compactas Guiamentos precisos

Elevada velocidades de operação

Facilidade de montagem e integração

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Cilindro de 4 posições 1 2 3 4

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Cilindro de impacto

© Festo

Velocidade de avanço até 6 m/s Retorno a velocidade normal (equivalente a cilindro de duplo efeito)

Aplicações em operações de percussão ( rebitagem, estampagem, ...)

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Cilindro de impacto

O pistão e a haste são acelerados rapidamente de modo a obter uma cação de batida tipo martelo

Dotando o cilindro com uma ferramenta adequada, pode ser utilizado em certos tipos de trabalho de prensagem, que de outro modo necessitaria de equipamentos hidráulicos ou mecânicos

Cilindros com diâmetros de êmbolo de 2" (~50 m) a 6" (150 m) permitem obter uma força de impacto de 25 kN a 253 kN, quando perfuram materiais de 1.0 m de espessura, trabalhando a uma pressão de 5.5 bar.

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Cilindro de impacto

Três etapas de funcionamento1. Pistão mantido na posição de recuado. 2. Reservatório acima do pistão pressurizado, mas a força por baixo do pistão é ainda elevada devido à maior área. O ar da câmara inferior ainda está a ser expelido.3. A pressão na câmara inferior cai o suficiente para permitir o movimento do pistão, permitindo que o ar armazenado na câmara superior atue sob a área total do êmbolo, causando uma rápida aceleração

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Circuito de controlo

Válvula representada na posição normal, mantendo o cilindro com a haste recuada

Quando a válvula de controlo é comutada, a câmara do topo do cilindro é pressurizada e a câmara inferior ligada ao escape

Pressão máxima na câmara superior é rapidamente atingida , mas a pressão na câmara inferior deve cair abaixo de 1/9 da superior para que a haste inicie o seu movimento

Nota: relação de áreas na câmara superior é tipicamente de 1/9

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Cilindro de membrana de fole

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Paulo Abreu Normas aplicáveis a cilindros

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Normas aplicáveis a cilindros

EntidadesISO (International organization for normalization)CETOP (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et

Pneumatiques)VDMA (VDMA -Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau -German Engineering Federation)

Configurações típicas de cilindros:Segundo ISO/VDMA (ISO 6431, CETOP RP34P, VDMA24562)Segundo ISO/CETOP (ISO 6431)Segundo ISO 6432

Normas:ISO 6431 e 6432definem a dimensões de instalação de cilindros pneumáticos específicos e dos seus sistemas de fixação. Sistemas de fixação de um fabricante, podem contudo não servir em cilindros de outroVDMA 24562apresenta uma especificação mais detalhada das normas acima referidas, particularmente em sistemas de fixação

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Normas

Pneumatic fluid power --Single rod cylinders --10 bar (1 0 kPa) series --Bores from8 to 25 m --Mountingdimensions ISO 7180:1986

Pneumatic fluid power -- Cylinders -- Bore and port thread sizes ISO 8139:1991

Pneumaticfluidpower--Cylinders, 1 0 kPa(10 bar) series--Rodendsphericaleyes--Mountingdimensions ISO 8140:1991

Pneumaticfluidpower--Cylinders, 1 0 kPa(10 bar) series--Rodendclevis--Mountingdimensions ISO 6430:1992

Pneumaticfluidpower--Single rodcylinders, 1 0 kPa(10 bar) series, withintegral mountings, boresfrom32 m to 250 m -- Mounting dimensions

Pneumaticfluidpower--single rodcylinders, 1 0 kpa(10 bar) series, withdetachablemountings, boresfrom32 m to 320 m -- mounting dimensions

Pneumatic fluid power -- Cylinders -- Final examination and acceptance criteria ISO 15552:2004

Pneumaticfluidpower--Cylinderswithdetachablemountings, 1 0 kPa(10 bar) series, boresfrom32 m to 320 m --Basic, mounting and accessories dimensions

ISO 21287:2004 Pneumaticfluidpower--Cylinders--Compactcylinders, 1000 kPa(10 bar) series, boresfrom20 m to 100 m

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Dimensões não standard

Existem variados designs de cilindros que não cumprem as normas atualmente existentes.

Alguns destes cilindros incorporam inovações técnicas, designs compactos, pelo que ainda não existem normas aplicáveis.

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Simbologia para cilindros de simples efeito

Simples efeito, normalmente recuado

Simples efeito, normalmente avançado

Simples efeito, normalmente recuado, êmbolo magnético

Simples efeito, normalmente avançado, êmbolo magnético

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Simbologia para cilindros de duplo efeito

Duplo efeito, sem amortecimento

Duplo efeito, com amortecimento regulável

Duplo efeito, simétrico, amortecimento regulável

Duplo efeito, com amortecimento regulável, êmbolo magnético

Duplo efeito, sem haste, com amortecimento regulável, êmbolo magnético

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Actuadores Pneumáticos de Trabalho

Actuadores lineares

cilindros de efeito simples cilindros de efeito duplo

Actuadores angulares

cilindros rotativos motores

Garras pneumáticas

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Actuadores pneumáticos

A secção de um cilindro condiciona a força máxima que este pode exercer

O “curso” define o máximo deslocamento linear que pode produzir

A “pressão máxima” de utilização (pressão de trabalho) depende do tipo de cilindro. Cilindros de acordo com VDMA podem operar até 16 bar.

A pressão máxima de um sistema é facilmente controlada com uma “válvula reguladora de pressão”

SHP pneu TP (1H)40

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1 vedante de amortecimento 2 magneto (“íman”) 3 espiga de amortecimento 4 corpo do cilindro 5 chumaceira 6 vedante raspador 7 cabeça do cilindro 8 ligação pneumática 9 sensor de fim de curso 10 haste 1 cinta de guiamento 12 vedante do êmbolo 13 topo do cilindro 14 parafuso de ajuste do amortecimento

Construção típica de um cilindro pneumático

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Vedantes para êmbolo – Junta tórica (“O'ring”)

Na vedação por “junta tórica” (O’ring), a pressão do ar provoca a sua deformação, sendo o O’ring empurrado contra as superfícies envolventes, assegurando assim a vedação entre o êmbolo e a parede do cilindro

SHP pneu TP (1H)41

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Vedante de êmbolo - Vedante labial

Vedação em apenas um sentido

Vedantes de baixa rigidez (grade flexibilidade)

Atrito estático baixo

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Vedante de êmbolo Anel de vedação em “Z”

Vedantes muito compactos Vedação nos dois sentidos

Utilizados em cilindros de êmbolos de diâmetro reduzido

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Vedante de êmbolo (exemplos)

© Festo

O’ring (junta tórica)vedante de formaconjunto de vedação e guiamento junta em “X”vedante labial duplovedante em “L” vedante “em taça”

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Junta tórica (“O'ring”) para corpo do cilindro

Utilização em situação estática, na ligação do corpo do cilindro com a cabeça

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Vedante do êmbolo em cilindro “com amortecimento”

função de vedante e de válvula unidirecional:

Vedação na zona da face do vedante e na zona do diâmetro interior (na situação de amortecimento)

O ar pode mover-se livremente na zona do diâmetro exterior do vedante

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Vedante e raspador

Vedante com dupla função

Vedação

Limpeza da haste

Necessidade de vedantes especiais para ambientes agressivos

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Foles de proteção para hastes

Complemento de proteção da haste

Necessidade de dispor de espaço na haste para montagem

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Cinta de guiamento

A cinta de guiamento é uma banda aberta, a envolver o êmbolo, normalmente feita num material plástico duro

assegura o guiamento do êmbolo (não contacto entre as partes metálicas)

Minimiza a distorção dos vedantes, quando a haste fica sujeita a cargas radiais

SHP pneu TP (1H)45

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Configurações do extremo da haste de um cilindro

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Fixação de cilindros – suporte fixos por flange posterior por flange frontalpor patas por extensões dos tirantes (roscadas)

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Fixação de cilindros – suportes articulados por olhal fêmea(posterior)por munhão(central)por rótula (posterior) por olhal macho(na haste) por olhal completo(posterior)por rótula (na haste) por olhal completo(na haste)por rótula (posterior)

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Dimensionamento de cilindros

Força teóricaDependente da pressão de trabalho e da área do êmboloForças diferentes para o movimento de avanço e recuo (diferentes áreas)

Força disponívelForça teórica diminuída dos atritos e força da mola (cilindro de simples efeito)Forças resistivas devidas a :Perdas de carga nas válvulas e nas condutas de admissão às câmaras do cilindroPerdas de carga devidas ao atrito nos vedantes (atrito estático e dinâmico)Inércia do embolo e haste e inércia da cargaNecessidade de expulsão do ar na câmara ao escapeEstas forças resistivas traduzem-se num “factor de carga”Valores típicos para factor de carga: 60% a 80%

SHP pneu TP (1H)47

Paulo Abreu

Velocidade de cilindros

Velocidade dos cilindros

A velocidade de trabalho não deve ser muito baixa, devido ao efeito do atrito que pode provocar “stickslip”

Uma velocidade muito elevada, leva a um pico de consumo de ar exagerado e pode provocar problemas no cilindro no fim do movimento (impacto do êmbolo no topo do cilindro)

Existe assim uma gama de velocidades considerada como económica –valores típicos 0.1 a 1,5 m/s

Paulo Abreu

Velocidade de cilindros

A velocidade do cilindro depende de:

Força antagonista ao movimento Pressão do ar

Comprimento da linha de alimentação entre a válvula de comando e o cilindro

Caudal admissível da válvula de comando

A regulação da velocidade do cilindro pode ser feita recorrendo a “estranguladores”

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Comprimento do curso

Existem medidas normalizadas para os cursos dos cilindros, em função do diâmetro do embolo de modo a garantir resistência a tensões de fadiga, encurvadura e atrito (ver diagrama de encurvadura).

Regra geral , os cursos não devem exceder os 2 m ou 10 m para cilindros de haste não rotativa.

Para um curso elevado, a carga mecânica sobre as cintas de guiamento no êmbolo e haste também pode ser demasiado elevada, pelo que por vezes torna-se necessário providenciar sistemas de guiamento externo.

Paulo Abreu

Diagrama de encurvadura

Força [N]

Diâmetro da haste [m]

Curso do

Actuador [m]

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Paulo Abreu Dimensões de cilindros

Paulo Abreu

Consumo de ar de um cilindro

Consumo de ar :é o volume de ar necessário para movimentar o cilindrodependente do tipo de cilindro e das suas dimensões:necessidade de referir o consumo de ar a uma dada pressão Consumo de ar de um cilindro de duplo efeito(à pressão de utilização)

Nota: cálculo aproximado! Considerou-se o mesmo consumo no avanço e recuo do cilindro.

Alternativamente podem considerar-se as respectivas áreas efetivas de acordo com o tipo de cilindro.

QCaudal à pressão de utilização (p)[l/s] Diâmetro nominal do cilindro[m] Curso do cilindro[m] fCadência -número de ciclos por segundo[Hz]

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