Un cilindru pneumatic este un element de executie, in esenta un motor, destinat sa transforme energia inmagazinata de aerul comprimat in forta si miscare, respectiv in energie de deplasare.
Presupunand ca intr-o incinta avem o cantitate de aer comprimat, deci la o presiune mai mare decat valoarea presiunii atmosferice, pi>pa, asupra fiecarui element din suprafata care delimiteaza incinta va fi exercitata o forta datorata acestei diferente de presiune, p=pi-pa .
Pe o suprafata de o valoare anume se exercita o forta care reprezinta suma fortelor elementare, respectiv suma fortelor care actioneaza asupra fiecarui element din care este constituita suprafata.
Constructiv, un cilindru pneumatic este un ansamblu format dintr-o camasa cilindrica, teava, numita deseori alezaj, in interiorul caruia se poate misca un piston care este legat rigid la o tija. Pentru a fi formate incinte inchise, camasa cilindrica este inchisa la capete cu capace asamblate etans.
Franarea la capat de cursa este o solutie tehnica larg aplicata care nu influenteaza cu nimic functionarea de principiu a cilindrilor pneumatici, ci imbunatateste comportarea lor la apropierea pistonului de extremitati. Este vorba de o camera auxiliara construita in capac din care aerul este evacuat, la apropierea pistonului de capatul cursei sale, printr-un orificiu mic calibrat(duza), obtinandu-se in acest fel o reducere a vitezei de deplasare si a socului la oprire. Solutia este foarte larg folosita pentru asigurarea amortizarii deplasarii la oprire. Aceasta deoarece pe utilaje cu inalt grad de automatizare miscarile sunt foarte rapide, iar fortele care ar lua nastere datorita socurilor ar conduce la avarii sau uzuri premature ale echipamentelor.
Solutiile de prindere ale cilindrilor
Montaj rigid:
Grupa a) oricare din capetele cilindrului(capacele) poate fi fixat rigid la sasiul instalatiei
Grupa b) atunci cand solutia anterioara nu este posibila, se fixeaza o flansa la capatul corespunzator iar aceasta este fixate la sasiul instalatiei.
Pentru amandoua situatiile trebuie retinute urmatoarele:
- aceste solutii de fixare necesita prelucrarea de gauri in corespondenta
- trebuie limitata utilizarea prinderii cilindrului de partea posterioara, in special atunci cand acesta lucreaza in pozitie verticala.Chiar sic and lucreaza in pozitie orizontala, pot avea loc incovoieri importante care sunt mai mari la valori mai mari ale cursei.
- Suportul pe care se monteaza cilindrul trebuie sa aiba o suprafata plana perpendicular ape axul cilindrului
Grupa c) se utilizeaza doua talpi de otel montate direct pe capacele cilindrului astfel incat sa fie posibila fixarea cilindrului pe orice plan paralel cu axul sau.
Montaj oscilant:
Grupa d) este o combinatie formata dintr-un bolt de articulare, flansa suport a cilindrului si piesa fixa in care articuleaza montajul.Adeseori, piesa fixa face parte din sasiul instalatiei.Aceasta solutie permite oscilarea cilindrului intr-un singur plan, perpendicular pe axul boltului de articulare.
Grupa e) datorita prezentei tijei, aceasta este singura posibilitate de articulare a prinderii la capatul anterior al cilindrului.Ea consta intr-o flansa articulate.Piesa fixa a articulatiei este parte componenta a structurii instalatiei.
Cu privire la amandoua solutiile de prindere oscilanta, se recomanda ca ele sa fie evitate in cazul cilindrilor de cursa lunga atunci cand acestia sunt:
- montati in pozitie verticala, in afara cazului in care tija este indreptata in jos, caz in care pericolul de flambaj al ansamblului tija-cilindru este redus
- montati in pozitie orizontala.datorita imposibilitatii echlibrarii greutatii lor in timpul miscarilor de oscilatie, apare pericolul flambajului sau ruperii tijei la cursa maxima.Acest fenomen este mai periculos in cazul articularii la capatul posterior
Grupa f) reprezinta o solutie de prindere care permite oscilatii in jurul oricarui punct amplasat intre cele doua capace, in vederea obtinerii unei echilibrari relative a ansamblului cilindrului si a reducerii pericolului de flambaj.
Solutia montajulu rigid nu permite nici un fel de miscare relative intre tija si piesa condusa, in timp ce montajul cu furca permite rotirea intr-un plan iar articulatia sferica permite rotirea libera intr-un domeniu de unghiuri.
Efortul in tija la sarcina de compresiune
Aceasta este problema principala dupa care trebuie dimensionati si alesi cilindri pneumatici intr-o anumita aplicatie. Pentru o forta de sarcina constanta si un diametru al tijei( si al cilindrului) constant, se obtin diferite rezultate in functie de modul de montaj al cilindrului si al tijei.
- aceasta este cel mai defavorabil caz in situatia unei sarcini de compresiune.Tija este legata de o piesa care se misca liber pe un plan in timp ce corpul cilindrului este fixat rigid. Lungimea maxima la care poate ajunge tija se noteaza cu L, care se ia drept referinta pentru evaluarea celorlalte situatii
- capatul tijei este articulat si ghidat. Modificand pozitia ancorarii oscilante a corpului este posibila obtinerea diferitilor coeficienti de lungime maxima;
- conectarea tijei este identic cu cea din cazul b in timp ce ancorarea corpului este rigida;
- tija este conectata rigid la o piesa care se misca in ghidaj iar montura corpului este rigida.
Valoarea 4L este valoarea maxima posibila.
Verificarea sarcinii de compresiune este posibila in cazurile:
A-construita pentru valorile Fs(forta de impingere axiala) si presiunea in bari. Ea permite alegerea diametrului cilindrului si diametrului coresounzator al tijei.
B-construita cu valorile fortei Fs si ale diametrului tijei. Ea da o indicatie a valorii L care corespunde lungimii maxime a tijei in conditiile cele mai defavorabile de montaj.