3 oleohidraulica cilindros
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Sistemas Óleo-hidráulicosISEL DEM Disciplina do 2º Ciclo da Licenciatura
Capítulo:
Cilindros
Docente: Rui d’Aguiar
Abril de 2005
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindro de duplo efeito
Rendimento mecânico
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindro de duplo efeito
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Tipos construtivos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicosTipos construtivos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Haste mergulhante
o retorno à posição primitiva é efectuada por forças exteriores (gravidade, mola, etc.)
Cilindro de duplo efeitoSistemas Óleo-hidráulicos
Cilindro de duplo efeito
Sistemas Óleo-hidráulicos
Condições de ampliação da pressão
Sistemas Óleo-hidráulicos
Haste passante
Os cilindros de haste passante, só são utilizados, quando se pretende forças iguais nos dois sentidos ou aplicações aproveitando as duas extremidades.
Sistemas Óleo-hidráulicos
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).
Sistemas Óleo-hidráulicos
Aplicações dos cilindros óleo-hidráulicos telescópicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindro telescópico de simples e duplo efeito
Cilindro de duplo efeito
Sistemas Óleo-hidráulicos
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
Sistemas Óleo-hidráulicos– Cilindros
• Amortecimento de fim de curso
O amortecimento deve ser utilizado para velocidade maior do que 0,3 m/seg.
Sistemas Óleo-hidráulicos
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.
Sistemas Óleo-hidráulicos
Corpo do cilindro
Sistemas Óleo-hidráulicos
Corpo do cilindro Haste
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Vedantes
• Cilindros» Fixação de tampas
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
– Cilindros• Amortecimento de fim de curso
Sistemas Óleo-hidráulicosCilindro de duplo efeito com amortecimento
FlangeadaTampaTampa Flangeada
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindro de duplo efeito sem amortecimento
Olhal com rótula
Sistemas Óleo-hidráulicos
Flangeada
Oscilante
Patas
Fixação dos cilindros
Flangeada
Oscilante
Oscilante
Sistemas Óleo-hidráulicos
Oscilante
Patas
Fixação dos cilindros
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
– Cilindros– Fixação
Sistemas Óleo-hidráulicos
Olhal com rótula
Olhal
Sistemas Óleo-hidráulicos
Flange Flange
Patas
Oscilante
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindros rotativos de palheta (até 270º)
Cilindros rotativos com 1 palheta e 1 batente
Sistemas Óleo-hidráulicos
Cilindros rotativos de dupla palheta (até 60º)
Cilindros rotativos com 2 palhetas e 2 batentes
Sistemas Óleo-hidráulicos
Actuador rotativo por parafuso (até 720º)
Sistemas Óleo-hidráulicos
Actuador rotativo por êmbolos paralelos (até 100º)
Sistemas Óleo-hidráulicos
Actuador rotativo por biela manivela (até 180º)
Sistemas Óleo-hidráulicos
Actuador rotativo por cremalheira (até 360º)
Aplicações de cilindros rotativos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
Dimensionamento
Funcional
Resistente
Sistemas Óleo-hidráulicos
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. )
Sistemas Óleo-hidráulicos
DimensionamentoFuncional
Formulas aplicadas a cilindros hidráulicos
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
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DimensionamentoFuncional
Formulas aplicadas a cilindros hidráulicos
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)
Sistemas Óleo-hidráulicos
DimensionamentoFuncional
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.
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Dimensionamento
Resistência mecânica
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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.
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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
Sistemas Óleo-hidráulicos
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.
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Corpo do cilindro Haste
St 52
Sistemas Óleo-hidráulicos
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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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).
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Cálculo das hastesà encurvadura
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a ( 5)
Fórmula de Euler
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Sistemas Óleo-hidráulicos
Le = s × k
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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
Sistemas Óleo-hidráulicos
Sistemas Óleo-hidráulicos
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.
Sistemas Óleo-hidráulicos
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
Sistemas Óleo-hidráulicos
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
Sistemas Óleo-hidráulicos
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
CILINDROS HIDRÁULICOS
• 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
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Cilindro de duplo efeito
Academia da Força Aérea ESTMAORGÃOS de MÁQUINAS - Óleo-hidráulica
– Cilindros
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Sistemas Óleo-hidráulicos
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)
Sistemas Óleo-hidráulicos
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
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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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