Elegir el Montaje Ideal para Cilindros Neumáticos: Factores Clave para un Rendimiento Óptimo

Por Vitor Rangel, Especialista en Marketing de Producto, Actuadores, de Emerson

Si ha elegido un actuador neumático dimensionado correctamente para su aplicación, ahora es el momento de decidir cómo va a montarlo. Seleccionar la mejor configuración de montaje para su aplicación de cilindro es una consideración de diseño crítica para garantizar un rendimiento óptimo y maximizar la vida útil del cilindro.

Para facilitar la instalación e intercambiabilidad mundial, la mayoría de los montajes de cilindros están construidos según estándares NFPA o ISO. Aunque hay numerosas variaciones disponibles, los estilos de montaje generalmente caerán en una de tres categorías principales: montajes de línea central fija, montajes de no línea central fija y montajes de línea central pivotados.

Al seleccionar el montaje correcto para la aplicación, el elemento principal a tener en cuenta es la aplicación misma. En la mayoría de los casos, la función prevista del actuador y los requisitos o limitaciones de la aplicación determinarán en gran medida qué tipo de montaje elegir. Algunos factores clave a considerar son la carrera del cilindro (larga versus corta), el plano de movimiento (horizontal, vertical o a lo largo de una trayectoria curva), el tamaño de la carga y la condición de la carga (guiada versus no guiada), la resistencia a la columna del vástago del pistón y el espacio de instalación. En algunas circunstancias, el material del que está hecho el montaje también podría ser potencialmente relevante dependiendo de sus propiedades mecánicas y el entorno de la aplicación.

Vale la pena señalar que todos estos factores también son aplicables a cilindros hidráulicos de alta presión para los cuales la presión de operación también podría convertirse en un factor decisivo. Ciertos montajes de cilindros tendrán clasificaciones de presión reducidas para prevenir fallas prematuras asociadas con esfuerzos de corte y flexión excesivos que resultan de las altas fuerzas y presiones de operación que pueden concebirse con tales diseños.

Al igual que ajustar adecuadamente el amortiguamiento, si la configuración de montaje no se considera cuidadosamente, puede causar que los cilindros fallen prematuramente. Por lo tanto, nos gustaría proporcionarle algunas pautas y mejores prácticas para ayudarle a evitar cualquier problema asociado con el montaje del cilindro.

Comprender la Terminología de Montaje de Cilindros

En general, la codificación de los tipos de montaje de cilindros cubiertos por los estándares NFPA e ISO consistirá en dos letras y un número según los ejemplos NFPA que se muestran a continuación:

Montajes de línea central fija – Tipos de montaje MX1, MX2, MX3, MF1, MF2, MF5, MF6, ME3, ME4, MS3.

Montajes de no línea central fija – Tipos de montaje MS1, MS2, MS4, MS7

Montajes de línea central pivotados – Tipos de montaje MP1, MP2, MP3, MP4, MT1, MT2, MT4, MU3

La primera letra indica si es un montaje (M) o un accesorio (A) y la segunda letra designa el estilo:

B – cuerpo
E – cabeza/tapa
F – brida
P – pivote

R – nariz roscada
S – pie o orejetas
T – munición
X – pernos o tirantes

Nota: También es posible que las codificaciones de montaje consistan en 3 letras. Esta es una práctica común entre configuraciones de vástago doble donde se agrega la letra (D) a la designación estándar (p. ej. MDF1 – cilindro de vástago doble con montaje de brida frontal).

Después de cubrir los conceptos básicos de la nomenclatura de montaje, echemos un vistazo a los beneficios y limitaciones distintos de cada una de las principales categorías de montaje.

Montajes de línea central fija

Como su nombre sugiere, los montajes de línea central fija se utilizan mejor en aplicaciones donde el empuje del cilindro se enfoca en la línea central del vástago del cilindro. Con la fuerza enfocada de esta manera, el cilindro puede fijarse en el extremo de la cabeza o en el extremo de la tapa a través de bridas cuadradas o rectangulares, tirantes extendidos o con orejetas de línea central (aunque este método se usa menos comúnmente). Los montajes de línea central fija son adecuados para aplicaciones de fuerza en línea recta y tienden a ser más estables contra el balanceo en la carrera de extensión de potencia. Los montajes de brida ofrecen buena resistencia y rigidez pero baja tolerancia a la desalineación, mientras que los diseños de tirante extendido son menos rígidos pero más modulares, permitiendo mayor flexibilidad de montaje.

Al elegir un montaje de línea central fija, es importante ser consciente de algunas cosas adicionales. Para prevenir desalineación y hundimiento bajo cargas, se debe fijar el montaje del cilindro a una estructura rígida (bastidor de máquina) y, si es posible, asegurar que la trayectoria de movimiento del extremo del vástago sea lineal y guiada, ya que esto también podría causar que el cilindro neumático se atasque. En el caso de cilindros de carrera larga, el extremo libre del cuerpo del cilindro también puede requerir soporte adicional para evitar algunos de los problemas mencionados anteriormente.

Montajes de no línea central fija

En los montajes de no línea central fija, el empuje del cilindro está alineado paralelo a, pero no en, la línea central del vástago del cilindro. Este estilo de montaje es probablemente el más fácil de montar y permite un servicio y reemplazo simple y directo. El cilindro puede fijarse a través de montaje de orejetas finales, montaje de orejetas laterales o montaje lateral roscado.

La línea de empuje desplazada de este estilo de montaje requiere consideración especial ya que coloca esfuerzos de flexión y cargas adicionales en los pernos de montaje que pueden hacer que los pernos se desgasten o se aflojen con el tiempo. Por lo tanto, para maximizar la vida útil y la seguridad, este montaje debe estar muy bien alineado; la carga debe viajar en una trayectoria lineal precisa y estar bien soportada y guiada tanto horizontal como verticalmente. Los cilindros montados rígidamente no pueden tolerar una desalineación fija consistente, especialmente a retracción completa. Dicho esto, una desalineación menor que es cero a retracción completa y aumenta muy ligeramente con la carrera es típicamente aceptable en construcciones de servicio pesado.

Montajes de línea central pivotados

Los montajes de línea central pivotados se utilizan generalmente en aplicaciones donde la trayectoria de la carga es curva o la desalineación es un problema y no se puede evitar. Con este estilo de montaje, la línea central del cilindro puede oscilar en una o más direcciones con el movimiento principal ocurriendo generalmente en un plano. Montajes de horquilla, ojo y munición son todos ejemplos de montajes de línea central pivotados.

El montaje de horquilla es uno de los más versátiles y ampliamente utilizados, y es más adecuado para aplicaciones de cilindros de carrera corta, diámetro medio o pequeño. Un montaje de munición, por otro lado, puede usarse en aplicaciones donde normalmente se usaría el montaje de horquilla pero causaría que la longitud total del cilindro sea excesiva.

Para cilindros de carrera larga y/o pesados, el montaje de munición central o intermedio es el mejor. En general, este montaje soporta el peso del cilindro y debe ubicarse cerca del punto de equilibrio del cilindro en el momento del empuje máximo.

El montaje esférico también es un estilo común y particular de montajes de línea central pivotados. Compuesto por un cojinete esférico, este montaje permite algún movimiento angular (generalmente de 5 a 10 grados de movimiento) en un plano perpendicular al plano principal de movimiento de pivote y debe usarse junto con un engrasador para máxima efectividad y servicio.

Por último, pero no menos importante, al considerar montajes de línea central pivotados, es importante tener en cuenta que la fijación del extremo del vástago del cilindro también debe permitir pivotar, y es mejor usar los soportes de accesorios del fabricante del cilindro y pasadores de pivote de tolerancia cerrada para garantizar un ajuste y operación adecuados.

Consideraciones adicionales para optimizar el rendimiento del cilindro

Como se ha aludido a lo largo de este artículo, para preservar la vida de su cilindro y garantizar un rendimiento superior, es muy importante mantener el empuje del cilindro lo más cerca posible de la línea central del vástago del pistón y libre de desalineación o empuje lateral. El empuje descentrado y las cargas laterales acortan significativamente la vida útil prevista del cojinete del vástago y del sello del vástago y deben evitarse a toda costa.

Además del estilo de montaje, hay varios otros aspectos que no deben pasarse por alto al instalar un cilindro. Se debe tener cuidado para evitar dañar la parte expuesta del vástago del pistón. Las piezas roscadas deben apretarse a la especificación y tirarse firmemente contra los hombros del hilo para minimizar la flexión y reducir el esfuerzo de fatiga. Se debe evitar la rotación excesiva del vástago del pistón dentro del cilindro para prevenir posibles rayaduras del tubo del cilindro y daño a los sellos del pistón. Por último, se debe considerar soporte adicional o incorporación de un montaje intermedio para prevenir hundimiento dañino en cilindros de carrera larga.

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