Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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Cilindros hidráulicos y neumáticos. Actuadores.  

Cilindros Telescópicos (Telescoping Rams).

Tienen dos o mas buzos telescópicos y se construyen con un máximo de seis. Usualmente son de simple efecto del tipo empuje como la figura 6-12, o de doble efecto. 

Los buzos se extienden en una secuencia establecida por el área, sale primero el mayor y en forma subsiguiente los de menor diámetro.

La figura adjunta muestra un cilindro actuador del tipo de émbolos telescópicos. Una serie de émbolos se anidan en el conjunto telescópico. Con la excepción del émbolo más pequeño, cada émbolo es hueco y sirve como camisa de cilindro para el émbolo más pequeño siguiente. El conjunto telescópico se contiene en el montaje principal del cilindro, que también proporciona los puertos fluidos. Aunque el conjunto requiera un pequeño espacio con todos los émbolos contraídos, la acción telescópica del conjunto proporciona un movimiento relativamente largo cuando los émbolos son extendidos. Un ejemplo excelente del uso de este tipo de cilindro está en el carro volquete. Se utiliza para levantar el extremo delantero de la pala de carro y para descargar la carga. Durante la operación de elevación, la fuerza más grande se requiere para la elevación inicial de la carga. Mientras que la carga se levanta y comienza a volcarse, la fuerza requerida se vuelve cada vez menor hasta que la carga se descargue totalmente. Durante el ciclo de elevación, el líquido a presión entra al cilindro a través del puerto A (ver figura) y actúa en la base de los tres émbolos. El émbolo 1 tiene una superficie más grande y, por lo tanto, proporciona la mayor fuerza para la carga inicial, a medida que el émbolo 1 alcanza el extremo de su movimiento y se disminuye la fuerza requerida, el émbolo 2 se mueve, proporcionando una fuerza más pequeña necesaria para continuar levantando la carga. Cuando el émbolo 2 termina su movimiento, se requiere una fuerza aún más pequeña. El émbolo 3 entonces se mueve hacia fuera para acabar de levantar y de descargar la carga.

Algunos cilindros de tipo émbolo telescópico son del tipo de efecto simple. Como el émbolo de efecto simple discutido previamente, estos cilindros de tipo émbolo telescópico se contraen por la gravedad o una fuerza mecánica. Algunos gatos hidráulicos se equipan con émbolos telescópicos. Tales gatos se utilizan para levantar vehículos en bajas elevaciones a la altura requerida.

Otros tipos de cilindros de tipo émbolo telescópico, como el que está ilustrado en la figura adjunta, son del tipo de doble efecto. En este tipo, la presión del líquido se utiliza tanto para los movimientos de extensión como para la contracción. Una válvula de control direccional de cuatro vías es usada generalmente para controlar la operación del doble efecto. Observe los pequeños pasos en las paredes de los émbolos 1 y 2. Estos proporcionan una trayectoria para el líquido se desplace hacia y desde los compartimientos sobre los labios de los émbolos 2 y 3. Durante el movimiento de extensión, el fluido de retorno atraviesa estos pasos y sale del cilindro a través del puerto B. Luego atraviesa la válvula de control direccional hacia la línea de retorno o al depósito. Para contraer los émbolos, el fluido bajo presión se dirige al cilindro a través del puerto B y actúa contra las superficies superiores de los tres labios de émbolos. Esto fuerza los émbolos hacia la posición contraída. El líquido desplazado del lado opuesto de los émbolos sale del cilindro a través del puerto A, luego a través de la válvula de control direccional a la línea de retorno o al depósito..

 

Fig.: Cilindro actuador tipo émbolo telescópico.

 

Fig.: Sistema de actuador por émbolo doble para el control del timón de un barco.

Émbolos duales

Un montaje de émbolo dual consiste en un solo émbolo con un cilindro en cualquier extremo (ver figura). El líquido se puede dirigir a cualquier cilindro, forzando el émbolo para moverse en la dirección opuesta. El émbolo está conectado a través de un acoplamiento mecánico a la unidad a ser accionada. Una válvula de control direccional de cuatro vías se usa generalmente para hacer funcionar el émbolo dual. Cuando la válvula de control se posiciona para dirigir el líquido bajo presión a uno de los cilindros (supongamos el izquierdo), el émbolo es forzado a la derecha. Esta acción desplaza el líquido en el cilindro opuesto. Los fluidos desplazados retornan a través de la válvula de control direccional a la línea de retorno o de depósito en sistemas hidráulicos o a la atmósfera en sistemas neumáticos.

Los conjuntos actuadores de émbolo dual se utilizan en la mayoría de los barcos en los sistemas de dirección de timón. En algunos sistemas, utilizan sólo un conjunto para accionar el timón en cualquier dirección; mientras que en otros sistemas, utilizan a dos conjuntos para el mismo propósito.

Cilindros con pistón no rotativo.

Para evitar que el pistón de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios métodos a saber:

  1. Guías externas 
  2. Vástago de sección ovalo cuadrada 
  3. Camisa ovalada o cuadrada, o una guía interna como la mostrada en la figura 6-13 que constituye la solución mas corriente y económica, el perno de guía que atraviesa el pistón está empaquetado en este para evitar perdidas de fluido entre cámaras.

Una aplicación típica de un cilindro no rotativo la observamos en la figura 6-14 donde se requiera mantener una posición relativamente alineada.

Cilindros de vástago hueco.

En este tipo de construcción un orificio pasa de lado a lado el vástago, estos pequeños cilindros se fijan al dispositivo o carga median te un bulón que los atraviesa, Figura 6-15.

 

Cilindros en tándem. (Tandem Cylinders)

Un cilindro actuador en tándem consiste en dos o más cilindros ubicados uno detrás del otro, pero diseñado como una sola unidad (ver figura adjunta). Este tipo de cilindro actuador se utiliza en aplicaciones que requieren dos o más sistemas independientes; por ejemplo, sistemas de potencia de comando de vuelo en aviones navales.

El flujo de líquido a y desde los dos compartimientos del cilindro actuador en tándem es proporcionado a partir de dos sistemas hidráulicos independientes y es controlado por dos válvulas de control direccional de desplazamiento de carrete. En algunas aplicaciones, las válvulas de control y el cilindro actuador son dos unidades separadas. En algunas unidades, los pistones (superficies transversales o “lands”) de los dos carretes de desplazamiento se encuentran conformados en un eje común. En otros usos, las válvulas y el actuador están conectados directamente en una unidad compacta. A pesar de que las dos válvulas de control sean hidráulicamente independientes, se interconectan mecánicamente. En otras unidades, los dos carretes de desplazamiento están conectados a través de acoplamientos mecánicos con un vástago sincronizador. En cualquier caso, el movimiento de los dos carretes de desplazamiento está sincronizado, igualando así el flujo de líquido a y desde los dos compartimientos del cilindro actuador.

Puesto que las dos válvulas de control funcionan independientemente entre sí en lo que respecta a la presión hidráulica, la falla de cualquiera de los sistemas hidráulicos no deja el actuador inoperante. La falla de un sistema no reduce la fuerza de la salida en una mitad; sin embargo, esta fuerza es suficiente para permitir la operación del actuador.

Fig.: Cilindro actuador en tándem

Fig.: Actuador rotativo del tipo piñón/cremallera de doble pistón

Actuadores rotativos del tipo piñón/cremallera ( Rack-and-pinion pistons ).

Los actuadores rotativos del tipo piñón/cremallera, también conocidos como cilindros de rotación limitada, de pistón bidireccional único o múltiple, son utilizados para girar, posicionar, dirigir, abrirse y cerrarse, hacer pivotar, o cualquier otra función mecánica que implique rotación restringida. La figura adjunta muestra un típico actuador de pistón del doble pistón/cremallera.

El actuador consiste en un cuerpo y dos pistones recíprocos con una cremallera integral para hacer girar el eje montado en cojinetes de rodillo o lisos. El eje y los cojinetes están situados en una posición central y empaquetados con un casquillo de cojinete. Los pistones, uno en cada lado de la cremallera, están incluidos en cilindros fabricados o enmangados dentro del cuerpo. El cuerpo se cierra con casquillos o cabezales en cada extremo y guarniciones estáticas de sellado para prevenir fugas externas del líquido a presión.

Solamente algunas de las variadas aplicaciones de los cilindros actuadores fueron discutidos en los párrafos precedentes. La figura siguiente muestra tipos adicionales aplicaciones de fuerza y movimiento.

Además de su flexibilidad, el cilindro-tipo actuador es probablemente el componente con la menor cantidad de problemas de los sistemas de potencia fluida. Sin embargo, es muy importante que el cilindro, el acoplamiento mecánico, y la unidad actuadora estén alineados correctamente. Cualquier desalineamiento causará un desgaste excesivo del pistón, del vástago de pistón, y de los sellos. También, debe ser mantenido un ajuste apropiado entre el vástago del pistón y la unidad actuadora.

 

 

 

 


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