AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
PNEUMATICA
I cilindri pneumatici
I cilindri costituiscono il più semplice ed il più naturale tra gli attuatori pneumatici e sono
classificati come organi di trasformazione dell'energia. Infatti, per poter raccogliere lavoro
all'esterno, è necessario che qualche parte si muova sotto l'effetto della pressione e ciò avviene
nella maniera più naturale facendo in modo che un lato di un tubo (mantello o camicia del
cilindro) in cui si invia aria in pressione, sia libero di spostarsi. Il lato che si muove si chiama
pistone.
La forza generata sul pistone dalla pressione viene poi di norma portata all'esterno mediante
un puntone detto stelo.
Il mantello è racchiuso tra due testate, anteriore e posteriore; la prima con un foro centrale
con guarnizione raschia polvere entro il quale scorre lo stelo.
Prof.sse ing. EsterFranzese, ing.Francesca Franzese
Corso CIGS
a.s. 2013-14
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
PNEUMATICA-schema pistone
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
PNEUMATICA corsa-alesaggio
Un cilindro trasforma dunque l'energia potenziale di pressione
contenuta nel serbatoio in energia cinetica di movimento.
Il lavoro utile prodotto è direttamente proporzionale alla pressione
esercitata sull'area del pistone, ed al suo spostamento che è pari alla
corsa.
La lunghezza del mantello definisce la corsa massima del cilindro,
mentre il suo diametro interno ne definisce l’alesaggio.
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a semplice effetto
Si costruiscono cilindri a semplice e a doppio effetto.
Nei cilindri a semplice effetto il moto del pistone in una direzione è affidato
all'azione di una molla. Il pistone è spinto in un verso dall'aria compressa che
entra attraverso il condotto di alimentazione, mentre nel senso opposto il
moto di ritorno è affidato alla molla.
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a semplice effetto
Il vantaggio principale dei cilindri a semplice effetto è nell'uso di valvole
di comando più semplici di quelle necessarie ai cilindri a doppio effetto,
in cui entrambe le corse si producono grazie all'aria compressa.
Gli svantaggi sono dati da una corsa limitata e dal fatto che anche
limitata è la velocità di ritorno affidata alla molla.
I cilindri a semplice effetto sono indicati quando le forze vengono richieste
solo in un senso ed il movimento di ritorno può avvenire liberamente e senza
carico resistente.
Sono indicati inoltre per impieghi in cui, per motivi di sicurezza, in caso di
mancanza d’energia il cilindro deve assumere una posizione definita.
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a semplice effetto
Caratteristiche:
o Consumo d’aria in un solo senso
o Posizione definita anche senza energia
o Forza d’avanzamento ridotta (10% circa) a causa della molla
o Ingombro in lunghezza maggiore
o Lunghezza di corsa limitata
o Forza di ritorno modesta (circa il 10% della forza di spinta)
o La molla è un pezzo addizionale di usura
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a semplice effetto
Esempio di impiego: serraggio, azionamento di valvole, espulsori, ecc…
I cilindri a semplice effetto possono essere impiegati in spinta (cilindro
spingente con posizione di riposo: asta tutta dentro) o in tiro (cilindro traente,
con posizione di riposo: asta tutta fuori). Questi ultimi vengono usati per
situazioni di emergenza derivanti da mancanza di alimentazione).
I valori di forza ottenibili con un cilindro a semplice effetto, di dato alesaggio
D, si ottengono moltiplicando i valori di superficie per i valori di pressione su
queste agenti.
π D2
La superficie utile di spinta è:
As = --------4
perciò la Forza di spinta sviluppata risulta:
Fs = p As ( p è la pressione di lavoro relativa)
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
Nei cilindri a doppio effetto la spinta dell’aria compressa può agire nei due
sensi. Questi sono raccomandati per grossi diametri e corse lunghe. Se il
cilindro deve spostare grandi masse, viene fornito di ammortizzatori di
fine corsa per evitare gli urti del pistone contro le testate di fine corsa.
La spinta dell’aria compressa agisce nei due sensi (spinta – tiro)
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
I cilindri a doppio effetto si impiegano quando sono richiesti movimenti
lineari con sviluppo di forze in entrambi i sensi. Esempi di impiego:
serraraggio, alimentazione, selezionamento, assemblaggio, formatura,
pressatura, punzonatura, piegatura, inclinazione.
π D2
As = --------4
perciò la Forza di spinta sviluppata risulta:
Fs = p As ( p è la pressione di lavoro relativa)
π ( D2 - d2 )
At = ----------------4
Ftiro = p At ( p è la pressione di lavoro relativa )
Da queste relazioni si vede come la forza teorica di spinta sia sempre
maggiore della spinta teorica di tiro, per la presenza dello stelo che
riduce la sezione utile nel tiro.
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
In realtà è necessario tenere conto delle resistenze di attrito che si oppongono
allo scorrimento del pistone e dello stelo. Poiché la forza si misura
staticamente, la resistenza di attrito è quella statica, corrispondente alla
partenza; durante il movimento la resistenza di attrito è minore.
Si usa tenere conto delle circostanze dette attraverso un rendimento il cui
valore può assumersi nel campo 80 - 85 %.
Per il calcolo del volume d'aria in pressione basta moltiplicare la corsa
utile del cilindro per l'area utile di spinta e, nel caso di un cilindro a
doppio effetto, sommare a questa il prodotto della corsa utile per l'area
utile di tiro.
Vs = As * h [ cm 3 ]
Vt = At * h [ cm 3 ]
Vtot = Vs + Vt
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
Esercizio (cilindro a doppio effetto )
1. Un cilindro a doppio effetto ha un diametro di 80 mm ed un diametro
dello stelo di 25 mm. La pressione di esercizio è di 6 bar (60 N/cm2).
Quali solo le forze teoriche sviluppate nelle corse avanti e indietro?
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
La superficie utile di spinta è:
D 2
3.14  82
As 

 50,3cm 2
4
4
perciò la Forza di spinta sviluppata risulta:
N
Fs  pAs  60 2  50,3cm 2  3,018 N
cm
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
La superficie utile di tiro è:
At 
 D 2  d 2  3,1482  2,52 
4

4
 45,4cm 2
perciò la Forza di tiro sviluppata risulta:
N
Ft  pAt  60 2  45,4cm 2  2,724 N
cm
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Cilindri a doppio effetto
Esercizio (cilindro a doppio effetto )
1. Che diametro e corsa deve avere un cilindro a doppio effetto che
realizzi una forza di spinta di 4bar con pressione di esercizio è di 6 bar
(60 N/cm2)?
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
altre tipologie di Cilindri
Cilindri a stelo passante.
Sono forniti di stelo sporgente
da entrambe le testate; hanno
pertanto una uguale forza di
spinta in entrambi i versi di
movimento.
Caratteristiche:
o Possibilità di lavorare su entrambi i lati
o Distanza costante tra i due supporti
o Possibilità di assorbire piccoli carichi laterali
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
altre tipologie di Cilindri
Cilindri senza asta. Sono
attuatori di tipo lineare,
costituiti da un cilindro in cui
lo stantuffo è direttamente
utilizzato per compiere il
lavoro meccanico senza
bisogno
dell'interposizione
dell'asta.
Questi
cilindri
vengono impiegati quando
esistono problemi di carico di
punta sullo stelo a causa
dell’elevata lunghezza della
corsa
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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
altre tipologie di Cilindri
Spinta richiesta
La forza richiesta dipende dalla massa del carico, dall’angolo del
movimento di elevazione,dall’attrito dalla pressione di lavoro e
dall’area effettiva del pistone.
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In uno spostamento orizzontale si deve considerare solo
l’attritoil cui coefficiente dipende dal tipo di moto: strisciamento
(attrito radente) o rotolamento (attrito volvente)
Radente 0.1 – 0.4
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Volvente 0.001
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Simbologia attuatori pneumatici
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VALVOLE PNEUMATICHE
• Componenti del sistema di attuazione pneumatico aventi lo
scopo di distribuire e/o regolare il flusso di fluido verso gli
attuatori o verso lo scarico in atmosfera
• Due tipologie funzionali
– valvole a funzionamento automatico
• la funzione prevista viene svolta sotto l’azione della pressione
del fluido agente nel circuito in cui il componente stesso è
inserito, non è necessario un comando da parte dell’unità di
governo
– valvole a funzionamento comandato
• la funzione prevista viene eseguita solo se viene applicato un
comando generato a tale scopo dalla unità di govern
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VALVOLE di CONTROLLO
DIREZIONALE (distributori)
• Hanno lo scopo di convogliare il flusso di aria in ingresso ed
in uscita dagli attuatori o da altre parti del circuito
– si ricorda a questo proposito che il funzionamento di un circuito
pneumatico di attuazione è caratterizzato da due fasi operative
• immissione di fluido in pressione entro il circuito connesso
all’attuatore
• scarico del fluido da tale circuito, allo scopo di riportarlo alle
condizioni iniziali
• Il funzionamento degli organi di distribuzione può essere
– di tipo on-off (via di flusso totalmente aperta o chiusa)
– di tipo proporzionale (grado di apertura variabile)
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Rappresentazione grafica delle
valvole di controllo direzionale
Il quadrato rappresenta una posizione di lavoro
Una freccia orientata
rappresenta una
connessione aperta tra
due bocche
Un simbolo grafico di
interruzione presso una
bocca significa chiusura
della via di flusso
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