Molte applicazioni industriali richiedono un movimento lineare durante la sequenza operativa e uno dei modi più semplici ed economici per ottenere questo risultato è con un attuatore pneumatico, spesso indicato come un cilindro pneumatico.
Un attuatore è un dispositivo che traduce una fonte di energia statica in utile movimento di uscita, che può anche essere usato per applicare una forza. I cilindri sono in genere dispositivi meccanici che assorbono energia e la convertono in una sorta di movimento, che può avvenire in qualsiasi forma, tra cui il bloccaggio o l’espulsione.
I cilindri pneumatici sono dispositivi meccanici che utilizzano l’aria compressa che agisce su un pistone per spostare un carico lungo un percorso lineare. A differenza delle loro alternative idrauliche, il fluido operativo in un cilindro pneumatico è semplicemente aria, quindi non ci sono perdite di fluido contaminano le aree circostanti.
Esistono molti tipi di attuatori pneumatici, tra cui i cilindri a diaframma, i cilindri senza stelo, i cilindri telescopici e i cilindri a barra passante. Lo stile più popolare di attuatore pneumatico è costituito da un pistone e uno stelo che si muovono all’interno di un cilindro chiuso. Questo tipo di attuatore può essere suddiviso in due tipi in base al principio di funzionamento: a semplice effetto e a doppio effetto.
I cilindri a semplice effetto utilizzano un’apertura per consentire all’aria compressa di entrare nel cilindro e spostare il pistone nella posizione desiderata, così come una molla interna per riportare il pistone nella posizione di partenza quando non c’è pressione dell’aria. I cilindri a doppio effetto hanno una presa d’aria su ciascuna estremità e muovono il pistone avanti e indietro mentre riceve l’aria ad alta pressione.
In un’applicazione tipica, il corpo dell’attuatore è collegato a un telaio di supporto e l’estremità dell’asta è collegata a un elemento della macchina che deve essere spostato. Una valvola di controllo viene utilizzata per dirigere l’aria compressa nella porta estesa mentre si apre la porta di ritrazione in atmosfera. La differenza di pressione sui due lati del pistone si traduce in una forza uguale al differenziale di pressione, moltiplicato per la superficie del pistone.
Se il carico collegato all’asta è inferiore alla forza risultante, il pistone e l’asta si estendono e spostano l’elemento macchina. L’inversione della valvola e il flusso di aria compressa provocherà il rientro del gruppo nella posizione di partenza.
I cilindri pneumatici si trovano all’estremità operativa di un sistema di alimentazione a fluido. A monte di queste unità, che producono il lavoro visibile di spostamento di un carico, ci sono compressori, filtri, regolatori di pressione, lubrificatori, valvole di controllo e regolatori di flusso. Il collegamento di tutti questi componenti è una rete di tubazioni (rigide o flessibili) e raccordi. I requisiti di pressione e flusso dei cilindri pneumatici in un sistema devono essere presi in considerazione quando si selezionano questi componenti a monte per garantire le prestazioni desiderate. Tali componenti potrebbero infatti causare un cattivo funzionamento di un attuatore pneumatico o addirittura renderlo incapace di spostare il suo carico.
Selezione del cilindro pneumatico
Quando si sceglie un cilindro pneumatico, è importante abbinare correttamente quest’ultimo all’applicazione, in particolare in termini di forza richiesta. La forza teorica disponibile nell’attuatore è l’area della superficie del pistone moltiplicata per la pressione dell’aria fornita. La forza elastica deve essere sottratta da questo valore per i cilindri a semplice effetto. La forza effettiva applicata al carico subirà una riduzione dal 3% al 20% a causa delle perdite di carico nel sistema.
Ci sono molte diverse configurazioni disponibili da vari produttori. I più comuni includono l’attacco per coda, l’attacco per perno anteriore, l’attacco per perno posteriore e l’attacco per piede. Una volta note le dimensioni e la configurazione di base dell’attuatore, è necessario prendere in considerazione altre opzioni come i cuscini di fine corsa o le tenute speciali. In alcune applicazioni sono richiesti interruttori di rilevamento della posizione, generalmente realizzati con un pistone magnetico e interruttori.
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