Cilindros Hidráulicos

Sistemas Óleo-hidráulicos
ISEL 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


Cilindro de duplo efeito


Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos



Tipos construtivos


Haste mergulhante

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



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

– Cilindros
• Amortecimento de fim de curso
O amortecimento deve ser utilizado para velocidade maior
do que 0,3 m/seg.

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

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


Corpo do cilindro


Corpo do cilindro Haste


Vedantes

• Cilindros
» Fixação de tampas

– Cilindros
• Amortecimento de fim de curso

Cilindro de duplo efeito com amortecimento

Tampa Flangeada
Tampa Flangeada


Cilindro de duplo efeito sem amortecimento

Olhal com
rótula


Fixação dos cilindros

Flangeada Patas

Flangeada Oscilante

Oscilante Oscilante


Fixação dos cilindros

Patas

Oscilante


– Cilindros
– Fixação

Olhal

Olhal com rótula


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


Dimensionamento
Funcional
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. )


Dimensionamento
Funcional
Formulas aplicadas a
cilindros hidráulicos

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

Formulas aplicadas a cilindros hidráulicos

D2,A2

d1, A1

Forças de avanço e recuo

Favanço = ((p1 A1 ) - ( p3 A3 ))ηmec

Fretorno = ((p3 A3 ) - (p1 A1 )) ηmec

Dimensionamento
Funcional
Formulas aplicadas a
cilindros hidráulicos

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

Dimensionamento
Funcional
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 elástico
S - coeficiente de segurança ≥ 2
D - diâmetro exterior do tubo
1,11 – 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 bar
A- 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

Haste
As 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 hastes
à encurvadura


a ( 5)

Fórmula de Euler


Le = s × k


Le em mm (Le = s × k)

Força em 103 N

CILINDROS HIDRÁULICOS
ENCURVADURA

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 l
Extr. art./art. - L=l
Extr. fixo/art. - L=0.71 l
Extr. Fixo/fixo - L=0,5 l
-l- Comprimento real entre apoios


Perdas nos cilindros
Volumétricas –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.


PROBLEMAS
Sujidade: 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 aplicações
Bosch

Folhas de Sistemas Hidráulicos ISEL
Eng. Aníbal Chaves e Sousa

ISEL DEM
Disciplina do 2º Ciclo da Licenciatura

Conclusão de
Cilindros
Docente: Rui d’Aguiar

Abril de 2005


• 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 ESTMA
ORGÃOS de MÁQUINAS - Óleo-hidráulica
– Cilindros


Áreas
Êmbolo - 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 ηvol
Q=60V / t ηvol

Volume
V=As/ 10000
Tempo de avanço
t=6As/1000Q ou t= 60V/Q

Variação de volume em função da pressão
∆V=V∆p/E
E- módulo de compressibilidade – 14000 bar

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