Atuadores Pneumáticos Lineares

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1 UNIFEI Sistemas Hidropneumáticos I Pneumática 02 Atuadores Pneumáticos Lineares EME-26/EME610 Aula Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Introdução Atuadores pneumáticos incluem cilindros lineares e atuadores rotativos; São dispositivos que providenciam potência e movimento para sistemas automáticos, máquinas e processos; Um cilindro pneumático é um dispositivo simples, de baixo custo, fácil de instalar e ideal para produzir movimentos lineares; A velocidade pode ser ajustada em uma larga faixa; Um cilindro pode ser travado sem danos. Atuadores pneumáticos Cilindro de simples ação (com e sem retorno por mola); Cilindro de dupla ação (sem amortecimento); Cilindro de dupla ação (amortecimento fixo ou ajustável); Cilindro de dupla ação com haste passante; Cilindro de membrana; Cilindro sem haste; Cilindro de múltiplas posições; Cilindro Tandem ou cilindro duplex; Cilindro duplex geminado; Cilindro de percussão ou cilindro de impacto; Cilindro telescópico; Fole; Rotativos. 1

2 Parafuso de amortecimento 14 Construção básica Anel 1 de amortecimento Imã 2 Cilindro 3 de amortecimento Corpo 4 Bucha 5 de vedação e guia Anel 6 limpador Cilindro de simples ação e retorno por mola Consumo de ar num sentido; Forças de avanço reduzida devido à mola (em 10%); Baixa força de retorno (devido à mola). Tampa 13 inferior Vedação 12 Haste do 11 pistão Haste do 10 pistão Reed switch 9 Entrada de 8 ar Tampa 7 superior Simples ação e retorno por mola Simples ação sem mola Retorno por gravidade ou outra força externa 2

3 Cilindro de dupla ação Cilindros de dupla ação usam ar comprimido para avançar e recolher a haste; Permite melhor controle de velocidade; Sem amortecimento, amortecimento fixo e amortecimento variável. Cilindro de dupla ação sem amortecimento Cilindros sem amortecimento são adequados para trabalhar com o curso completo em baixa velocidade; Altas velocidades requerem amortecimento externo. Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo Normalmente os pequenos cilindros costumam ter amortecedores fixos. Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo Os amortecedores são discos instalados nas tampas do cilindro. 3

4 Cilindro de dupla ação com amortecimento ajustável Cilindro com amortecimento Reduz progressivamente a velocidade da haste na parte final dos movimentos. Projetado para desacelerar os movimentos de grandes massas nos fins de curso, prolongando a sua vida útil do atuador. Amortecimento regulável Pistão movendo-se para a esquerda com velocidade; O ar sai pelo centro do anel de amortecimento. Amortecimento regulável A ponta do eixo encaixa-se no anel, bloqueando a passagem de ar pelo centro; O ar escapa pelo orifício ajustável. 4

5 Amortecimento regulável O parafuso ajusta a saída do ar de modo que pistão, haste e carga aproximem-se suavemente da tampa. Amortecimento regulável Ar é injetado para avançar a haste; O anel de amortecimento é deslocado para a direita, permitindo maior passagem de ar do que pelo orifício. Amortecimento regulável O pistão inicia o movimento de avanço da haste sem a restrição do parafuso de ajuste. Cilindro de dupla ação com imã Um imã fixado no pistão opera chaves magnéticas (reed switches) para indicar a posição da haste. 5

6 Cilindros de membrana Entrada de ar Membrana Haste Cilindro de dupla ação com haste passante Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos; Absorve pequenas cargas laterais; Força igual nos dois sentidos. Altas forças (até N); Curso limitado (60 mm); O atrito é consideravelmente menor. Cilindro de dupla ação com haste passante Cilindro sem haste Usado para cursos muito grandes, quando surgem problemas de flambagem na haste de um cilindro comum. Com tubo fendido Com cabo ou fita Com imã 6

7 Cilindro sem haste Cilindro sem haste com amortecimento ajustável Cilindro sem haste Exemplo de aplicações 7

8 Cilindro de múltiplas posições Aplicado em mudança de desvios, acionamento de válvulas etc. Cilindro duplex geminado Cilindro duplex geminado Consiste em dois ou mais cilindros de dupla ação, unidos entre si. Essa união possibilita a obtenção de três, quatro ou mais posições distintas. 8

9 Cilindro Tandem Cilindro Tandem Grande força com pequeno diâmetro; Somente para pequenos cursos. Cilindro de percussão ou cilindro de impacto Cilindro de impacto Apresenta um pequeno curso. É aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, britadeiras, rebitadeiras etc. 9

10 Circuito de controle No esquema a válvula está na posição que mantém o cilindro recolhido; Quando a válvula é operada a câmara superior é pressurizada e o volume sob o pistão é liberado. A pressão no topo atinge rapidamente o máximo, mas o cilindro só dispara quando a pressão inferior cair para cerca de 1/9 da superior (relação entre áreas mais comum). Cilindro Telescópico Apresenta curso longo e dimensões reduzidas de comprimento, porém um diâmetro grande face à força gerada. É aplicado em máquinas que precisam de um longo curso e comprimento reduzido. Cilindro Telescópico Cilindros de fixação Pequeno curso e grande força. Retorno por mola ou dupla ação. 10

11 Cilindros de fixação Cilindros de fixação Força de um atuador pneumático Exemplo: calcular a força teórica de avanço e recuo de um atuador com pistão de 50 mm de diâmetro, haste de 20 mm de diâmetro e pressão de 8 bar. Avanço F = 2 π 50 8 = 1571 N 40 Força de oposição da mola Calcular a força de um cilindro de simples ação com mola é mais complicado. A força de oposição da mola aumenta progressivamente enquanto o cilindro atua. Esta força deverá ser subtraída da força teórica encontrada. Recuo F = π 2 2 ( ) 8 = 1319 N 40 11

12 Consumo de ar do cilindro Para um cilindro de dupla ação o volume de ar necessário é dado por um ciclo completo. Avanço V = π D 4 2 S (Ps + Pa) 10 6 Recuo π V = 2 ( D d 2 ) 6 Onde: D = diâmetro do êmbolo (mm) d = diâmetro da haste (mm) V = volume de ar (dm 3) S = curso (mm) P s = pressão manométrica de trabalho (bar) P a = pressão atmosférica (assumido com sendo 1 bar) 4 S (Ps + Pa) 10 Fole (Bellows) 12

13 Fole (Bellows) Atuadores Pneumáticos Rotativos Atuadores oscilantes Atuador oscilante (270º) Atuador com cremalheira Cilindro de aleta giratória Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num movimento rotativo com ângulo limitado de rotação. 13

14 Atuadores oscilantes Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão 1- Corpo do cilindro 6- vedação do pistão 11- Ajuste do ângulo 2- Corpo do atuador 7- Cremalheira 12- Ajuste do amortecimento 3- Tampa do cilindro 8- Pinhão 13- Imã 4- Eixo 9- Pistão 14- Suporte da cremalheira União 14

15 Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão com duplo torque Motor pneumático de pistão Radial Axial Motor pneumático de pistão Motor pneumático de palhetas Este tipo de motor tem a vantagem de possuir pequeno peso e ser de simples construção. 15

16 Motor pneumático de palhetas Motor pneumático de palhetas Motor pneumático tipo turbina Motor pneumático tipo turbina Os turbo-motores são empregados somente em trabalhos leves como por exemplo em equipamentos dentários que podem chegar a rpm. O modo de trabalhar é o contrario de um turbo-compressor. 16

17 Unidade hidropneumática Permite o posicionamento preciso e o controle da velocidade, mesmo com cargas variáveis. Unidade hidropneumática Unidade hidropneumática A Haste B Tubo de transferência C Válvula de fluxo D Parafuso de ajuste E Válvula de retenção F Cilindro compensador (reservatório) G Haste indicadora do cilindro compensador 17

18 Acessórios para montagem Montagens rígidas Extensão dos tirantes Flange frontal Flange traseira Cantoneiras Montagens articuladas Flambagem 18

19 Absorvedor de choque Absorvedor de choque Para desaceleração suave de grandes massas e velocidades; Suplementa ou sobrepõe os cilindros com amortecimento próprio; Ajustáveis e fixos. Micro cilindros Construção Êmbolo de 2.5 mm a 6 mm de diâmetro; Normalmente simples ação/retorno por mola; Pressão de operação: 2.5 a 7 bar. 19

20 Modos construtivos Instalação Instalação Instalação 20

21 Instalação Instalação Guias Lineares e Atuadores Anti- Giro Atuador com guia linear Para aplicações onde a carga movida pelo pistão deve manter um orientação 21

22 Guias lineares Atuador Anti-Giro Atuador Anti-Giro 22

23 Válvulas Elementos de Controle São elementos de comando; Regulam a vazão, pressão e direção: Válvulas direcionais; Válvulas de bloqueio; Válvulas de pressão; Válvulas de fluxo (ou vazão); Válvulas de fechamento. Simbologia Tipos de Acionamentos Botoeira; Por alavanca; Por pedal. 23

24 Válvulas de sede ou de assento Elemento de vedação das válvulas de assento podem ser esferas, pratos ou cones. Válvulas de sede esférica Simples construção; Preço vantajoso. Válvulas de sede ou de prato Melhor vedação Válvula direcional de prato de três vias acionada pneumaticamente 24

25 Válvulas corrediças (tipo gaveta) Força de atuação pequena; Curso é mais longo do que em válvulas de assento; Válvula corrediça plana longitudinal Melhor vedação Vedação destas válvulas é problemática. Válvula corrediça giratória Construídas para acionamento manual ou por pedal; Difícil adaptar outro tipo de acionamento a essas válvulas; Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças podem ser comunicados seus canais entre si. Válvula de retenção com mola Bloqueia completamente a passagem em uma direção e na outra, o ar passa com a mínima queda de pressão. O fechamento pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana. 25

26 Válvula OU Tendo pressão em qualquer uma das duas entradas tem-se pressão na saída. A = X + Y Válvula E Tem-se pressão na saída somente se as duas entradas tiverem pressão simultaneamente. A = X. Y Válvula de escape rápido Aumentam a velocidade no cilindro; Usadas próximas aos cilindros (principalmente de ação simples). Válvula reguladora de pressão Regulam a pressão da linha secundária; Pressão de trabalho constante; Estabilidade dos elementos de trabalho. 26

27 Válvula reguladora de fluxo bidirecional Influencia o fluxo de ar comprimido Válvula reguladora de fluxo unidirecional Válvulas de fechamento Abrem e fecham a passagem de fluxo Válvulas de retardo Temporizador; Segurança. 27

28 Contadores Controle e monitoramento de operações seqüenciais. Sensor fluídico de proximidade Sensor fluídico de proximidade trabalha sem contato mecânico, detectando a presença ou passagem de algum objeto Geradores de vácuo Geradores de vácuo compactos Efeito Venturi; Bomba de vácuo. 28

29 Ventosas Fixação e transporte de cargas UNIFEI 29