Como selecionar a melhor configuração de montagem para cilindros pneumáticos:considerações para desempenho ideal

Por Vitor Rangel, Especialista em Marketing de Produto, Atuadores, da Emerson

Se você escolheu um atuador pneumático de tamanho adequado para sua aplicação, agora é hora de decidir como você vai montá-lo. A seleção da melhor configuração de montagem para sua aplicação de cilindro é uma consideração crítica do projeto para garantir o desempenho ideal e maximizar a expectativa de vida do cilindro.

Para facilitar a instalação e a intercambialidade mundial, a maioria dos suportes de cilindro são construídos de acordo com os padrões NFPA ou ISO. Embora existam inúmeras variações disponíveis, os estilos de montagem normalmente se enquadram em uma das três categorias principais:montagens fixas na linha central, montagens fixas fora da linha central e montagens pivotantes na linha central.

Ao selecionar a montagem certa para o aplicativo, o principal elemento a ser considerado é o próprio aplicativo. Na maioria dos casos, a função pretendida do atuador e os requisitos ou restrições da aplicação determinarão amplamente qual tipo de montagem escolher. Alguns fatores-chave a serem considerados são o curso do cilindro (longo versus curto), o plano de movimento (horizontal, vertical ou ao longo de um caminho curvo), o tamanho da carga e a condição da carga (guiada versus não guiada), a resistência da coluna do haste do pistão e o espaço de instalação. Em algumas circunstâncias, o material de que a montagem é feita também pode ser relevante, dependendo de suas propriedades mecânicas e do ambiente de aplicação.

Vale ressaltar que todos esses fatores também são aplicáveis ​​a cilindros hidráulicos de alta pressão para os quais a pressão de operação também pode se tornar um fator decisivo. Certas montagens de cilindros terão classificações de pressão reduzidas para evitar falhas prematuras associadas a tensões excessivas de cisalhamento e flexão que resultam das altas forças e pressões operacionais que podem ser concebidas com esses projetos.

Assim como o ajuste adequado do amortecimento, se a configuração de montagem não for cuidadosamente considerada, pode causar falha prematura dos cilindros. Portanto, gostaríamos de fornecer algumas diretrizes e práticas recomendadas para ajudá-lo a evitar quaisquer problemas associados à montagem do cilindro.

Compreendendo a terminologia de montagem do cilindro

Em geral, a codificação dos tipos de montagem de cilindros cobertos pelas normas NFPA e ISO consistirá de duas letras e um número conforme os exemplos NFPA mostrados abaixo:

Montagens fixas na linha central – Tipos de montagem MX1, MX2, MX3, MF1, MF2, MF5, MF6, ME3, ME4, MS3.

Montagens fixas fora da linha central – Tipos de montagem MS1, MS2, MS4, MS7

Montagens de linha central articuladas – Tipos de montagem MP1, MP2, MP3, MP4, MT1, MT2, MT4, MU3

A primeira letra indica se é um suporte (M) ou um acessório (A) e a segunda letra designa o estilo:

B - corpo
E - cabeça / boné
F - flange
P - pivô

R – nariz rosqueado
S - pé ou talões
T - munhão
X – pinos ou tirantes

Nota:Também é possível que as codificações de montagem sejam compostas por 3 letras. Esta é uma prática comum entre as configurações de haste dupla onde a letra (D) é adicionada à designação padrão (por exemplo, MDF1 – cilindro de haste dupla com montagem em flange frontal).

Tendo coberto o básico da nomenclatura de montagem, vamos agora dar uma olhada nos benefícios e limitações distintos de cada uma das principais categorias de montagem.

Montagens fixas na linha central

Como o nome sugere, as montagens de linha central fixa são melhor usadas em aplicações em que o impulso do cilindro está focado na linha central da haste do cilindro. Com a força focada desta forma, o cilindro pode ser fixado na extremidade da cabeça ou na extremidade da tampa através de flanges quadrados ou retangulares, tirantes estendidos ou com terminais de linha central (embora este método seja menos comumente usado). As montagens de linha central fixa são adequadas para aplicações de força em linha reta e tendem a ser mais estáveis ​​contra oscilação no curso de extensão de potência. As montagens de flange oferecem boa resistência e rigidez, mas baixa tolerância ao desalinhamento, enquanto os projetos de tirantes estendidos são menos rígidos, mas mais modulares, permitindo maior flexibilidade de montagem.

Ao escolher uma montagem de linha central fixa, é importante estar ciente de algumas coisas adicionais. Para evitar desalinhamento e flacidez sob cargas, deve-se fixar o suporte do cilindro em uma estrutura rígida (estrutura da máquina) e, se possível, garantir que o caminho de deslocamento da extremidade da haste seja linear e guiado, pois isso também pode causar o bloqueio do cilindro pneumático . No caso de cilindros de curso longo, a extremidade livre do corpo do cilindro também pode exigir suporte adicional para evitar alguns dos problemas mencionados anteriormente.

Montagens não centrais fixas

Em montagens fixas fora da linha central, o impulso do cilindro é alinhado paralelamente, mas não na linha central da haste do cilindro. Este estilo de montagem é provavelmente o mais fácil de montar e permite manutenção e substituição simples e diretas. O cilindro pode ser fixado por meio de montagem de terminal de extremidade, montagem de terminal lateral ou montagem com rosca lateral.

A linha de impulso de deslocamento deste estilo de montagem requer consideração especial, pois coloca tensões de flexão e cargas adicionais nos parafusos de montagem que podem fazer com que os parafusos se desgastem ou se soltem com o tempo. Portanto, para maximizar a vida útil e a segurança, esta montagem deve estar muito bem alinhada; a carga deve viajar em um caminho preciso e linear e ser bem suportada e guiada horizontal e verticalmente. Cilindros de montagem rígida não podem tolerar um desalinhamento fixo consistente, especialmente na retração total. Dito isto, um pequeno desalinhamento que é zero na retração total e aumenta muito ligeiramente com o curso é normalmente aceitável em construções pesadas.

Montagens de linha central articuladas

As montagens da linha central giratória são geralmente usadas em aplicações em que o caminho da carga é curvo ou o desalinhamento é um problema e não pode ser evitado. Com este estilo de montagem, a linha central do cilindro pode oscilar em uma ou mais direções com o movimento principal geralmente ocorrendo em um plano. As montagens de manilha, olhal e munhão são exemplos de montagens de linha central articuladas.

O suporte de forquilha é um dos suportes mais versáteis e amplamente utilizados, e é mais adequado para aplicações de cilindros de curso curto, médio ou menor. Um suporte de munhão, por outro lado, pode ser usado em aplicações onde o suporte de forquilha normalmente seria usado, mas faria com que o comprimento total do cilindro fosse excessivo.

Para cilindros de curso longo e/ou pesados, a montagem do munhão central ou intermediário é a melhor. Em geral, este suporte suporta o peso do cilindro e deve estar localizado próximo ao ponto de equilíbrio do cilindro no momento do empuxo máximo.

A montagem esférica também é um estilo comum e particular de montagens de linha central articuladas. Composto por um rolamento esférico, este suporte permite algum movimento angular (geralmente 5 a 10 graus de movimento) em um plano perpendicular ao plano principal do movimento do pivô e deve ser usado em conjunto com uma graxeira para máxima eficácia e facilidade de manutenção.

Por último, mas não menos importante, ao considerar montagens articuladas da linha central, é importante ter em mente que a fixação do cilindro da extremidade da haste também deve girar, e é melhor usar os suportes de acessórios do fabricante do cilindro e pinos de articulação de tolerância estreita para garantir uma ajuste e funcionamento adequados.

Considerações adicionais para otimizar o desempenho do cilindro

Como foi mencionado ao longo deste artigo, para preservar a vida útil do seu cilindro e garantir o melhor desempenho, é muito importante manter o impulso do cilindro o mais próximo possível da linha central da haste do pistão e livre de desalinhamento ou impulso lateral. Empuxo descentralizado e cargas laterais reduzem significativamente a vida útil prevista do rolamento da haste e da vedação da haste e devem ser evitadas a todo custo.

Além do estilo de montagem, existem vários outros aspectos que não devem ser negligenciados na instalação de um cilindro. Deve-se tomar cuidado para evitar danificar a parte exposta da haste do pistão. As peças rosqueadas devem ser apertadas de acordo com a especificação e apertadas contra os ombros da rosca para minimizar a flexão e reduzir o estresse de fadiga. A rotação excessiva da haste do pistão dentro do cilindro deve ser evitada para evitar possíveis riscos no tubo do cilindro e danos às vedações do pistão. Por último, o suporte adicional ou a incorporação de uma montagem intermediária deve ser considerada para evitar queda prejudicial em cilindros de curso longo.

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