3 Oleohidraulica Cilindros

Sistemas Óleo-hidráulicosISEL DEM Disciplina do 2º Ciclo da Licenciatura

Capítulo:

Cilindros

Docente: Rui d’Aguiar

Abril de 2005

Sistemas Óleo-hidráulicos

Cilindro de duplo efeito

Rendimento mecânico



Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos


Tipos construtivos


Sistemas Óleo-hidráulicosTipos construtivos



Haste mergulhante

o retorno à posição primitiva é efectuada por forças exteriores (gravidade, mola, etc.)

Cilindro de duplo efeitoSistemas Óleo-hidráulicos



Condições de ampliação da pressão


Haste passante

Os cilindros de haste passante, só são utilizados, quando se pretende forças iguais nos dois sentidos ou aplicações aproveitando as duas extremidades.


Cilindro telescópico de simples efeito

Os cilindros telescópicos, normalmente de simples efeito, são utilizados quando se pretende que a posição recolhida seja o mais curto possível (dimensão recolhida < curso).


Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos telescópicos


Cilindro telescópico de simples e duplo efeito

Cilindro de duplo efeito sem amortecimento

1 - tampa da haste (anterior) 2 - corpo(3-topo e 4-tubo) 6 - haste 7 - êmbolo

8 - tampa do cilindro( posterior) 9- parafuso 10 - parafuso de purga 11 - raspador 12 - vedante da haste 13 - O-ring 14 - vedante do êmbolo


Sistemas Óleo-hidráulicos– Cilindros

• Amortecimento de fim de curso

O amortecimento deve ser utilizado para velocidade maior do que 0,3 m/seg.


Cilindro com amortecimento

1 - tampa da haste (anterior) 2 - corpo(3-topo e 4-tubo) 6 - haste 7 – êmbolo 8 –casquilho de amortecimento 9 - tampa do cilindro( posterior) 10 – parafuso de regulação do amortecimento 11 – contra-porca 12 e 13 – válvula de retenção 14 -parafuso de purga 15 - raspador 16 - vedante da haste 17 e 19 - O-ring 18 -vedantes do êmbolo

O amortecimento deve ser utilizado para velocidade maior do que 0,3 m/seg.


Corpo do cilindro


Corpo do cilindro Haste


Vedantes

• Cilindros» Fixação de tampas



– Cilindros• Amortecimento de fim de curso

Sistemas Óleo-hidráulicosCilindro de duplo efeito com amortecimento

FlangeadaTampaTampa Flangeada



Cilindro de duplo efeito sem amortecimento

Olhal com rótula


Flangeada

Oscilante

Patas

Fixação dos cilindros

Flangeada

Oscilante

Oscilante


Oscilante

Patas

Fixação dos cilindros


– Cilindros– Fixação


Olhal com rótula

Olhal


Flange Flange

Patas

Oscilante


Cilindros rotativos de palheta (até 270º)

Cilindros rotativos com 1 palheta e 1 batente


Cilindros rotativos de dupla palheta (até 60º)

Cilindros rotativos com 2 palhetas e 2 batentes


Actuador rotativo por parafuso (até 720º)


Actuador rotativo por êmbolos paralelos (até 100º)


Actuador rotativo por biela manivela (até 180º)


Actuador rotativo por cremalheira (até 360º)

Aplicações de cilindros rotativos



Dimensionamento

Funcional

Resistente


DimensionamentoFuncional

Formulas aplicadas a cilindros hidráulicos

A- secção ( cm2)d- diâmetro ( mm )F- força – ( daN )p- pressão ( bar )Q- caudal ( litros/min )s- curso ( mm )t- tempo ( seg. )




ÁreasÊmbolo - A1 =785x10-5 (d1)2Haste - A2=785x10-5 (d2)2 Anelar - A3=785x10-5 [(d1)2-(d2)2]

Sistemas Óleo-hidráulicosFormulas aplicadas a cilindros hidráulicos

Favanço = ((p1 A1 ) - ( p3 A3 ))ηmec

Fretorno = ((p3 A3 ) - (p1 A1 )) ηmec

d1, A1

D2,A2

Forças de avanço e recuo




Velocidade de deslocamento v=16,6 Q/ A1 (avanço- cm/min)v=16,6 Q/ A3 (retorno- cm/min)v= 10-3 s / t (avanço- m/s)v= 6x10-2 s / t (m/min)



O amortecimento deve ser utilizado sempre que a velocidade é igual ou maior do que 0,3 m/seg.

O tempo de aceleração e frenagem num cilindro está compreendido entre0,1 e 6 segundos.


Dimensionamento

Resistência mecânica


Corpo do cilindro

O corpo do cilindro em tubo de aço rectificado interiormente e com um acabamento de superfície interna espelhada. O aço ao carbono com limite elástico de 36 kg/mm2 (St 52) e soldável.

Na tabela seguinte as pressões de serviço refere-se a :caso I -trabalho sem choques caso III -para choques violentos (230%).

A pressão interna máxima, (acréscimo de pressão motivados pelo funcionamento do sistema, tal como a reversão da carga) pode atingir 3 a 4 vezes a pressão de funcionamento normal.


Corpo do cilindro Calculo da espessura dos tubos pela fórmula de Lamé

e= (d/2 ) x [(σ+p)/( σ-p)-1]1/2

e- espessura da parede (mm)d- diâmetro interior do cilindro (mm)σ- tensão admissível do material (daN/mm2), valor indicador 8 a12.p- pressão interna máxima (bar) Pressão de projecto


Espessura do tubo - Verificação da pressão máxima admissível pmax = e×200(σe /S) /1,11×D

e- espessura da parede (mm)σe – tensão de limite elásticoS - coeficiente de segurança ≥ 2D - diâmetro exterior do tubo1,11 – factor para compensar a tolerância inferior da espessura do tubo.pmax =3 a 4 pressão de funcionamento normal

A pressão interna máxima, (acréscimo de pressão motivados pelo funcionamento do sistema, tal como a reversão da carga) pode atingir 3 a 4 vezes a pressão de funcionamento normal.


Corpo do cilindro Haste

St 52


E- módulo de compressibilidade – 14000 barA- secção ( cm2)d- diâmetro ( mm )F- força – ( daN )p- pressão ( bar )Q- caudal ( litros/min )s- curso ( mm )t- tempo ( seg. )V- cilindrada ou volume do cilindro hidráulico ( l )v- velocidade de trabalho ( m/min )ηmec – rendimento mecânico (0,95 cilindros simples efeito, 0,9 duplo efeito).ηvol - rendimento volumétrico- desprezável nos cilindros hidráulicos.


Dimensionamento

HasteAs hastes dos cilindros são normalmente executados em aço de liga calibrados ou rectificados maciços (σe=36 kg/mm2)(St 52), com cromagem dura superficial,

Quando se pretende grande resistência à corrosão é corrente a utilização de aço inoxidável (AISI 410).


Cálculo das hastesà encurvadura


a ( 5)

Fórmula de Euler


Le = s × k


Força em 103 N

Le em mm (Le = s × k)

CILINDROS HIDRÁULICOSENCURVADURA

Carga máx. admissível

F =Kπ2 IE/ nL2 ( kg )k - coeficiente dependente da fixação do cilindro aos seus extremos.I - Momento de inércia da haste (cm4 ) E - Módulo de elasticidade do material (kg/cm2 )n - Coeficiente de segurança(valor médio 5)L- Comprimento virtual sujeito à encurvadura ( cm)

Extr.fixo/livre - L=2 lExtr. art./art. - L=lExtr. fixo/art. - L=0.71 lExtr. Fixo/fixo - L=0,5 l

-l- Comprimento real entre apoios



Perdas nos cilindrosVolumétricas –pouco significativas quando os vedantes são novos.Mecânicas –estas perdas devem-se ao atrito dos vedantes, raspadores, guiamentos, etc., com as peças em movimento. Pode-se considerar um valor genérico de 0,90 (duplo efeito) e 0,95 para cilindros de simples efeito ou êmb. mergulhante.


PROBLEMASSujidade: esta pode ser transportada pelo fluído, interpondo-

se entre o embolo e o corpo, danificando os vedantes ou o próprio corpo � diminuição do ηv . O ponto de entrada principal é pela haste do cilindro.

Calor: caso o cilindro esteja próximo de uma fonte de calor, esta pode afectar os vedantes caso estes não sejam apropriados.

Montagem: muitos dos problemas são motivados por aplicações indevidas.-cargas excêntricas-desalinhamentos-esforços excessivos não considerados-faltas de guiamento


Bibliografia:

Planning and Design of Hydraulic Power Systems.Rexroth Hydraulics

Hidráulica. Teoria e aplicaçõesBosch

Folhas de Sistemas Hidráulicos ISELEng. Aníbal Chaves e Sousa

Sistemas Óleo-hidráulicosISEL DEM Disciplina do 2º Ciclo da Licenciatura

Conclusão de

Cilindros

Docente: Rui d’Aguiar

Abril de 2005

CILINDROS HIDRÁULICOS


• FÓRMULAS• Forças

– Avanço = (p1 A1) – (pcA3)ηmec

– Retorno = (p3A3) - (pcA1)ηmec

• pc - contrapressão• Áreas

– Êmbolo - A1 =0,785 (d1 )2

– Haste - A2=0,785 ( d2 )2

– Anular - A3=0,785 (d1 - d2 )2

– p- bar– F-daN– A – cm2

– d - cm


• FÓRMULAS– Velocidade – v=s/t– Caudal

• Q=Av/10ηvol

• Q=60V /t ηvol

– Volume• V=As/ 10000

– Tempo de avanço• t=6As/1000Q

– Q-litros/min– V-cilindrada l(litros)– s-curso mm– t-tempo seg– v-velocidade do êmbolo m/min

Academia da Força Aérea ESTMAORGÃOS de MÁQUINAS - Óleo-hidráulica

– Cilindros


ÁreasÊmbolo - A1 =785x10-5 (d1)2

Haste - A2=785x10-5 (d2)2

Anelar - A3=785x10-5 [(d1)2-(d2)2]

Velocidade de deslocamento v= 6x10-2 s / t (m/min)v=16,6 Q/ A1 (avanço- cm/min)v=16,6 Q/ A3 (retorno- cm/min)v= s/1000 t (avanço- m/s)


Caudal Q=Av/10 ηvolQ=60V / t ηvol

VolumeV=As/ 10000

Tempo de avançot=6As/1000Q ou t= 60V/Q

Variação de volume em função da pressão∆V=V∆p/E

E- módulo de compressibilidade – 14000 bar


E- módulo de compressibilidade – 14000 barA- secção ( cm2)d- diâmetro ( mm )F- força – ( daN )p- pressão ( bar )Q- caudal ( litros/min )s- curso ( mm )t- tempo ( seg. )V- cilindrada ou volume do cilindro hidráulico ( l )v- velocidade de trabalho ( m/min )ηmec – rendimento mecânico (0,95 cilindros simples efeito, 0,9 duplo efeito).ηvol - rendimento volumétrico- desprezável nos cilindros hidráulicos.

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