Menos es más: consideraciones para elegir un cilindro sin vástago

La tecnología neumática sigue desempeñando un papel importante en muchos de los sistemas y máquinas de fabricación modernos de la actualidad. La tendencia continua de fabricar máquinas más pequeñas utilizando componentes más compactos es utilizar la fuerza motriz de los cilindros sin vástago.

Estos dispositivos eficientes y rentables proporcionan un método de alto rendimiento para mover cargas en muchas aplicaciones de máquinas diferentes. Comprender los diferentes tipos de cilindros sin vástago y sus características técnicas y de funcionamiento puede ayudar a los ingenieros de diseño a seleccionar el cilindro sin vástago adecuado para sus requisitos específicos.

Los cilindros sin vástago se pueden usar en una variedad de aplicaciones, incluido el montaje vertical para elevadores de componentes y más.

Desarrollo de cilindro sin vástago

Actualmente se utilizan dos tipos de cilindros: cilindros convencionales con pistones y vástagos, y cilindros sin vástago. Debido a que las bielas se extienden desde el diámetro interior del cilindro tradicional, el diseño de la máquina debe incluir suficiente espacio abierto para acomodar la longitud del diámetro interior del cilindro y la longitud de la biela cuando está extendida.

Los cilindros convencionales pueden tener otra limitación, dependiendo de su tamaño, carrera y carga: la deflexión del vástago del pistón. Si la máquina no soporta la carga en el extremo del vástago del pistón, el cilindro experimentará una carga lateral, lo que provocará una desalineación y ejercerá una tensión excesiva sobre los cojinetes y los sellos neumáticos del cilindro a medida que se extiende el vástago del pistón, lo que resultará en un rendimiento deficiente. y Costos adicionales de mantenimiento.

Los cilindros sin vástago se desarrollaron para mover cargas similares pero para requisitos de movimiento y espacio de máquina más compactos. En un cilindro sin vástago, el riesgo de desviación prácticamente se elimina porque la carga solo viaja a lo largo del cilindro, no más allá. Muchos cilindros sin vástago tienen funciones de guía de carga, como cojinetes lisos dentro del cilindro o guías externas con deslizadores, para soportar cargas elevadas con alta repetibilidad. Cilindros sin vástago correctamente especificados también pueden proporcionar una larga vida útil, dada la alta calidad de los materiales utilizados para fabricarlos.

Los cilindros sin vástago de servicio pesado están disponibles con guía de riel externa.

Todas estas características hacen que los cilindros sin vástago sean ideales para usar en máquinas o componentes de sistemas donde el espacio es limitado, proporcionando una solución eficaz y eficiente para el movimiento neumático.

Principales tipos de cilindros sin vástago

Hay una variedad de cilindros sin vástago en uso hoy en día, incluidos cilindros de cable, actuadores de fuelle/pared flexibles, cilindros acoplados magnéticamente y cilindros ranurados (también conocidos como cilindros con orejetas de pistón). Los dos primeros están más especializados en funcionalidad y valor.

  • Para cilindros de cable, el aire comprimido empuja el pistón hacia adelante y hacia atrás dentro del cuerpo del cilindro. Un cable conectado a un extremo del pistón se enrolla alrededor de las poleas montadas en ambos extremos del cilindro. El otro extremo del cable se conecta al otro extremo del pistón, formando un bucle cerrado. Se sujeta un soporte o yugo al cable, y cuando el pistón se mueve en una dirección, el soporte se mueve en la dirección opuesta. Estos cilindros son ideales para aplicaciones que requieren mayores velocidades de ciclo y bajos requisitos de linealidad, o donde la carga ya está bien dirigida.
  • Los cilindros de pared flexible se desarrollaron originalmente para aplicaciones de aislamiento de vibraciones. Funcionan como fuelles. En lugar de un tubo de metal sólido, el cilindro es una cámara de polímero o goma reforzada con tapas de metal en los extremos que se expande y contrae a medida que se presuriza y se agota, moviendo una plataforma adjunta o impulsando una carga. Se pueden usar en aplicaciones similares donde se puede usar un cilindro de vástago de pistón pivotante, pero puede requerir una longitud total compacta o la capacidad de mover cargas en un arco.
    Por ejemplo, en un elevador de tijera, la placa de conexión del cilindro de pared flexible puede moverse a lo largo de una trayectoria curva para seguir el brazo del elevador de tijera. También se colapsa a una altura muy pequeña cuando se baja el elevador, proporcionando una solución más compacta que los cilindros de vástago de pistón tradicionales con soportes de pivote.
  • Los cilindros sin vástago acoplados magnéticamente son cilindros de tipo pistón, pero no existe una conexión mecánica directa entre el pistón y la máquina. En cambio, un fuerte campo magnético une el pistón magnético interno al carro externo y los dos se mueven juntos. El exterior de la pared del cilindro proporciona una superficie de apoyo para el carro. La antirrotación generalmente se logra mediante una guía externa, que a menudo, pero no exclusivamente, está integrada en el actuador. Una fuerza excesiva puede hacer que el carro se separe del pistón, pero dado que todos los sellos externos son estáticos, se minimizan las fugas externas y la entrada de contaminantes.
  • Los cilindros ranurados son un tipo de cilindro sin vástago ampliamente utilizado en aplicaciones de máquinas de posición fija. El pistón dentro de la carcasa del cilindro generalmente está conectado al soporte exterior mediante un sistema de acoplamiento mecánico. Una ranura longitudinal recorre toda la longitud del cilindro a través de la cual se extiende el acoplamiento mecánico. La mayor parte de la longitud de esta ranura está cerrada por dos tiras de sellado metálicas flexibles. El sello interno evita que el aire se escape mientras el carro se desplaza a lo largo del cilindro, mientras que el sello externo protege las ranuras y la banda interna. A medida que pasan el acoplamiento y el carro, las correas se separan, manteniendo un sello hermético y permitiendo un ciclo de movimiento completo.

Los cilindros ranurados sin vástago eran conocidos por el aire comprimido cuando se introdujeron hace décadas. Sin embargo, los diseños recientes han incorporado materiales más resistentes y características de diseño en el portapistón que casi han eliminado este problema. En conjunto, estas mejoras hacen que los cilindros sin vástago sean una solución confiable y eficiente para muchas aplicaciones.

Por ejemplo, algunos fabricantes de cilindros sin vástago agregan alambre de acero a los sellos internos y externos, que generalmente están hechos de polímeros flexibles. Con la barra de refuerzo, el sello es lo suficientemente flexible como para ser empujado por el portador del pistón, pero el alambre lleva la carga en lugar del sello más flexible, por lo que el sello mantiene su integridad durante la vida útil del cilindro.

Ventajas de los cilindros ranurados sin vástago

La ventaja más significativa que ofrecen estos tipos de cilindros es una fuente compacta de movimiento de transporte: todo el movimiento requerido se transmite sobre la longitud total del cilindro. En muchas aplicaciones, especialmente aquellas que involucran carreras medias a largas, los cilindros sin vástago ofrecen la mejor combinación de compacidad y valor.

Si bien es una fuente de movimiento compacta, eso no significa que el cilindro sin vástago tenga que ser pequeño. Seleccione una línea de rangos de recorrido del fabricante de cilindros tan cortos como ½ pulgada. Golpe – a 32 pies o más.

También ofrecen una capacidad de alto par (carga lateral), lo que hace que los cilindros sin vástago sean ideales para mover cargas en sistemas de automatización que van desde trabajos livianos hasta pesados. La mayoría de los fabricantes de cilindros sin vástago ofrecen una gama de productos con una variedad de tamaños de cilindros correspondientes a las cargas que pueden soportar.

Además, dependiendo de la configuración, los cilindros sin vástago pueden admitir movimiento de alta velocidad: de 1 pie/seg a 21 pies/seg, lo que hace que los cilindros sin vástago sean ideales para aplicaciones tales como corte de película o papel y sistemas de movimiento multieje.

Los cilindros sin vástago también ofrecen ventajas de eficiencia mecánica sobre los cilindros convencionales. Para cilindros con y sin vástago, es bien sabido que el diámetro del pistón afecta directamente la cantidad de fuerza o empuje que puede proporcionar. En un cilindro convencional, el vástago del pistón ocupa una parte del área del pistón y reduce la fuerza disponible para retraer el vástago del pistón. Para cilindros sin vástago, el área de un lado del cilindro no se reduce. Esto significa que un cilindro tiene fuerzas iguales en ambas direcciones, por lo que no es necesario cambiar la presión de trabajo de un lado o del otro para equilibrar las fuerzas.

Elección del cilindro sin vástago correcto

A menos que la aplicación requiera las características específicas de los cilindros de cable o de pared flexible, los cilindros ranurados sin vástago a menudo brindan una solución eficiente.

Muchos fabricantes producen cilindros ranurados sin vástago. Si bien estos cilindros tienen un diseño relativamente simple, los ingenieros de diseño y los fabricantes de máquinas OEM deben considerar las características técnicas y las herramientas de soporte de ingeniería al seleccionar cilindros sin vástago.

Forma de pistón ovalado— Para pistones redondos, todas las cargas laterales son soportadas por los pernos que conectan el pistón al carro. Con un pistón ovalado, el par lateral es soportado por las superficies de apoyo del pistón ovalado, por lo que aumenta la capacidad de carga. Además, esto permite que la conexión mecánica entre el carro y el pistón sea más gruesa y por lo tanto más fuerte.

Algunos cilindros sin vástago utilizan un diseño de pistón ovalado para proporcionar una mayor capacidad de carga y reducir las cargas laterales.

Cojín neumático— La capacidad de amortiguación en el cilindro reduce los impactos y el desgaste de los componentes del cilindro. Por ejemplo, Aventics ha desarrollado una capacidad de amortiguación ideal en la que la dirección de desplazamiento del pistón es la misma durante toda la secuencia de amortiguación (es decir, sin rebote del pistón) y su velocidad es exactamente cero cuando llega al final de su recorrido. Esto puede reducir significativamente el sonido del contacto de la tapa del extremo y prolongar la vida útil del conjunto del cilindro, con el beneficio adicional de minimizar el tiempo del ciclo.

Funciones de confiabilidad incorporadas — Busque cilindros de gas que contengan componentes diseñados para evitar la contaminación y ampliar el rendimiento confiable. Elementos como tiras de cubierta de acero inoxidable sin desgaste en las ranuras del cilindro;Con un raspador con resorte para mantener limpia la tira de cobertura y evitar la entrada de contaminantes;Los sellos de poliuretano reforzado con alambre de acero resisten el estiramiento y mantienen un sello hermético;El pistón y la corredera están construidos como una sola unidad, lo que aumenta la rigidez del cilindro y el tiempo de actividad de la máquina.

fácil de integrar – A veces, las funciones más sencillas marcan la diferencia. Algunos fabricantes ofrecen cilindros con solo un puerto de admisión en cada extremo del cilindro;Sin embargo, los cilindros sin vástago ranurados modernos proporcionan dos entradas de aire en cada extremo, lo que permite realizar dos conexiones de cilindro en un extremo del cilindro, lo que simplifica la conexión y la instalación y ahorra espacio. Las características adicionales, como los huecos integrados para el montaje de la base y los huecos para los dispositivos sensores integrados, pueden ayudar a ahorrar un valioso tiempo de ingeniería y puesta en marcha de la máquina.

Herramientas de selección y dimensionamiento en línea – Las herramientas intuitivas de selección de cilindros paso a paso y dimensionamiento ahorran un tiempo valioso a los fabricantes de máquinas y a los ingenieros de diseño. Estas herramientas en línea deben incluir criterios como longitud de carrera, carga de masa y tiempo de carrera/velocidad/ciclos por hora para ayudar a elegir el producto correcto de la gama de productos. En combinación con los otros factores de diseño enumerados anteriormente, las buenas herramientas de dimensionamiento y selección ayudan a los usuarios a configurar rápidamente la mejor solución para los requisitos de rendimiento específicos.

Pistones magnéticos para detección de proximidad o posición infinita: Ya sea para la detección de proximidad de punto final tradicional, la detección de posición lineal infinita para aplicaciones de posicionamiento/indexación o el conteo de carreras/ciclos para el mantenimiento predictivo de IoT, los pistones magnéticos incorporados permiten la detección sin contacto de la posición del pistón.

Se muestran cilindros sin vástago con sensores programables montados externamente.

Rendimiento compacto pero potente

Los cilindros sin vástago son una opción rentable, confiable y comprobada para proporcionar movimiento lineal para una amplia variedad de máquinas de producción automatizadas y otros sistemas. Admiten movimiento de alta velocidad para reducir los tiempos de ciclo y son capaces de mover cargas que van desde contenedores livianos y componentes electrónicos hasta masas más pesadas, como las que se manejan en paletizadores. Para los sistemas que requieren un movimiento lineal confiable para adaptarse a espacios reducidos de máquinas, los cilindros sin vástago ofrecen una solución eficiente que aporta todo el valor de la tecnología neumática a las aplicaciones de movimiento.

Aplicación destacada: mueva fácilmente las puertas del tren

El tamaño compacto y la eficiencia comprobada del cilindro sin vástago lo convierten en una excelente herramienta para aplicaciones más allá de las máquinas automatizadas. Por ejemplo, Aventics presentó recientemente el RTC-TD: un cilindro sin vástago diseñado para mover trenes, subterráneos y otras puertas de transporte con un peso de hasta 90 kg.

El cilindro sin vástago AVENTICS RTC-TD se demuestra en una aplicación de puerta de tren.

Existen requisitos específicos para esta aplicación: el cilindro debe frenarse antes de llegar a la posición final de la puerta, especialmente al cerrarse, para evitar el desgaste y garantizar una larga vida útil para el accionamiento y la puerta. El amortiguador también minimiza el riesgo de que los pasajeros queden atrapados. Lo que es más importante, los pasajeros deben poder abrir las puertas con la mano fácil y rápidamente en caso de emergencia.

Los especialistas en ferrocarriles de Aventics integraron el cilindro cilíndrico en la tapa del extremo de su cilindro sin vástago RTC existente. Estos dispositivos admiten válvulas de escape, de retención y de lanzadera de 3/2 vías. El resultado: el accionamiento es extremadamente resistente a las vibraciones y es más compacto y ligero que las soluciones electromecánicas y neumáticas.

Una válvula de mariposa de dos etapas con una sección transversal de mariposa fija es responsable de frenar el movimiento de la válvula sin ninguna electrónica o controles especiales. En el caso de una emergencia, como un corte de energía total, la unidad se ventila automáticamente para igualar la presión de aire exterior, por lo que la puerta se puede mover fácilmente de forma manual.

El RTC-TD proporciona una solución de movimiento de puertas de menor costo y prácticamente libre de mantenimiento que utiliza los sistemas neumáticos existentes que ya están presentes en muchos sistemas de transporte.

Nathan Irvine es especialista en productos de AVENTICS Corp. en Lexington, KY. Para más información visite www.aventics.com/us .

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