Cilindri (attuatori pneumatici – pistoni)

I cilindri, detti anche attuatori pneumatici o pistoni, sono componenti che trasformano l’energia contenuta da una certa quantità di aria compressa in lavoro meccanico determinato dallo spostamento rettilineo di una forza teorica F, data dal prodotto della pressione relativa p [Pa] detta anche pressione di lavoro, per la superficie effettiva del pistone A [m2] detta anche area utile, su cui l’aria esercita la sua azione

F=p*A

Tipologie costruttive

I cilindri sono classificati secondo le tipologie costruttive. Vediamole insieme:

Cilindri a doppio effetto

I cilindri a doppio effetto sono utilizzati per eseguire lavori con sforzi bidirezionali.

Immettendo aria nella connessione A essa giunge alla camera x: la pressione che si genera sulla superficie del pistone. Non appena sviluppa una forza capace di vincere le resistenze, sposta il pistone (fuoriuscita dallo stelo). Durante tale movimento la camera y attraverso la connessione B si scarica nell’atmosfera. Immettendo aria nella connessione B essa giunge alla camera y determinando lo spostamento del pistone (rientro dello stelo). Durante tale movimento la camera per attraverso la connessione A si scarica nell’atmosfera.

Per quanto riguarda il calcolo delle dimensioni del cilindro è da tener presente che durante la corsa di rientro lo sforzo esercitato dal pistone è minore di quello esercitato durante la corsa di uscita in quanto l’aria agisce solo sulla superficie ridotta del pistone (Area del pistone – Area dello stelo).

Ammortizzatori di fine corsa

Se la velocità del pistone è elevata, per evitare che l’urto contro la testata provochi vibrazioni e comprometta la durata del componente, è consigliabile usare cilindri con ammortizzatori che rallentano il movimento del pistone in prossimità del fine corsa.

Nello spostamento del pistone da destra a sinistra, l’aria contenuta nella camera 1 fuoriesce dalla bocca 2. Quando però il nasello di ammortizzamento entra nella guarnizione, l’aria rimasta nella camera 1 è obbligata ad uscire dal foro 3 e ad attraversare il regolatore di ammortizzamento, frenando così l’ultimo tratto di corsa. La guarnizione flottante 4 funziona anche da valvola unidirezionale e serve a by-passare il regolatore quando il pistone deve partire in senso opposto, permettendo all’aria di lavorare su tutta la superficie del pistone.

Cilindri a semplice effetto

I cilindri a semplice effetto sono attuatori nei quali una corsa (di solito quella di rientro) viene effettuata dall’azione di una molla e non dell’aria compressa.

Esempi di cilindri:

 

Definizioni

I cilindri gli attuatori pneumatici o i pistoni possono essere associati a diverse terminologie che vedremo nel dettaglio:

Corsa

Per corsa di un cilindro si intende la misura, espressa in mm, dello spostamento che il pistone effettua in un solo senso.

Ciclo

Il ciclo è un insieme di due o più corse ed è definito come una serie completa di eventi o condizioni che si ripetono periodicamente nel tempo in modo identico.

Posizioni, Connessioni, Camere e Corse dei Cilindri

Corsa positiva (+) quando lo stelo del pistone esce dal cilindro;

Corsa negativa (-) quando lo stelo del pistone entra nel cilindro;

Posizione positiva (+) quando lo stelo del pistone è completamente fuori;

Posizione negativa (-) quando lo stelo del pistone è completamente dentro;

Camera positiva (+) camera sotto pressione nella corsa positiva;

Camera negativa (-) camera sotto pressione nella corsa negativa;

Connessone positiva (+) connessione d’ingresso durante la corsa positiva;

Connessione negativa (-) connessione d’ingresso durante la corsa negativa.

Diagrammi di moto

Per realizzare correttamente e velocemente un circuito pneumatico sono indispensabili i diagrammi di funzionamento dei cilindri (attuatori pneumatici o pistoni).

Il diagramma di moto si costruisce tracciando due assi ortogonali e riportando parallelamente all’asse delle ascisse una semiretta la cui distanza, nella scala prefissata, corrisponde alla corsa del pistone.

Se la corsa è rappresentata in funzione del tempo necessario per compierla, questi diagrammi sono detti diagrammi di moto spazio tempo.

I due assi paralleli rappresentano le due posizioni estreme dello stelo: quello inferiore corrisponde alla posizione “dentro” detto posizione negativa, quello superiore corrisponde alla posizione “fuori” della positiva.

Poiché sulle ascisse sono riportati i tempi e sulle ordinate lo spazio (la corsa), le linee inclinate che uniscono i due assi paralleli rappresentano il moto del pistone, e precisamente: quelle più inclinate rappresentano movimenti più veloci e quelle meno inclinate i movimenti più lenti.

Secondo il numero dei cilindri si disegnano più diagrammi, uno per ogni cilindro.

Alla sinistra di ogni diagramma si pone:

• la denominazione del cilindro che viene data con la lettera maiuscola, partendo dalla A;
• il segno + alla sinistra della parallela superiore che sta ad indicare la posizione dello stelo “fuori”
• il segno – alla sinistra della parallela inferiore che sta ad indicare la posizione dello stelo “dentro”

Prendendo come esempio un cilindro A:

A+ sta a significare che lo stelo del cilindro A deve fare una corsa positiva (uscita) fino a raggiungere la posizione finale +, o che la corsa positiva è stata attuata e lo stelo si trova in posizione “fuori”; A- sta a significare che lo stelo del cilindro A deve fare una corsa negativa (entrata) fino a raggiungere a posizione finale -, o che la corsa negativa è stata attuata e lo stelo si trova in posizione “dentro”.

Il diagramma raffigura un cilindro il cui stelo avanza in un tempo di 4 secondi, si ferma in posizione positiva (fuori) per due secondi e quindi rientra in un secondo.

La durata dell’intero ciclo è di 7 secondi.

Corsi di formazione

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