Cómo seleccionar la mejor configuración de montaje para cilindros neumáticos:consideraciones para un rendimiento óptimo

Por Vitor Rangel, especialista en marketing de productos, actuadores, de Emerson

Si ha elegido un actuador neumático del tamaño adecuado para su aplicación, ahora es el momento de decidir cómo lo va a montar. Seleccionar la mejor configuración de montaje para la aplicación de su cilindro es una consideración de diseño fundamental para garantizar un rendimiento óptimo y maximizar la expectativa de vida útil del cilindro.

Para facilitar la instalación y la intercambiabilidad en todo el mundo, la mayoría de los montajes de cilindros se fabrican según las normas NFPA o ISO. Si bien hay numerosas variaciones disponibles, los estilos de montaje generalmente se clasifican en una de tres categorías principales:montajes fijos en la línea central, montajes fijos sin línea central y montajes pivotantes en la línea central.

Al seleccionar la montura adecuada para la aplicación, el elemento principal a tener en cuenta es la propia aplicación. 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 carga (guiada versus no guiada), la resistencia de 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 relevante según sus propiedades mecánicas y el entorno de aplicación.

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

Al igual que el ajuste adecuado de la amortiguación, si no se considera cuidadosamente la configuración de montaje, los cilindros pueden fallar prematuramente. Por lo tanto, nos gustaría brindarle algunas pautas y mejores prácticas para ayudarlo a evitar cualquier problema asociado con el montaje del cilindro.

Comprensión de la terminología de montaje de cilindros

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

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

Montajes fijos sin línea central: 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 una montura (M) o un accesorio (A) y la segunda letra designa el estilo:

B-cuerpo
E - cabeza/gorra
F - brida
P – pivote

R - nariz roscada
S - pie o orejetas
T – muñón
X – espárragos o tirantes

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

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

Monturas de línea central fija

Como sugiere el nombre, los montajes de línea central fija se utilizan mejor en aplicaciones donde el empuje del cilindro se enfoca en la línea central de la varilla del cilindro. Con la fuerza enfocada de esta manera, el cilindro se puede unir al extremo de la cabeza o al extremo de la tapa a través de bridas cuadradas o rectangulares, tirantes extendidos o con orejetas en la línea central (aunque este método se usa con menos frecuencia). Los montajes de línea central fijos 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, lo que permite una mayor flexibilidad de montaje.

Al elegir un montaje de línea central fijo, es importante tener en cuenta algunas cosas adicionales. Para evitar la desalineación y el pandeo bajo cargas, se debe fijar el soporte del cilindro a una estructura rígida (bastidor de la máquina) y, si es posible, asegurarse de que la trayectoria de desplazamiento 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 que se mencionaron anteriormente.

Montajes fijos sin línea central

En montajes fijos sin línea central, el empuje del cilindro se alinea paralelo a la línea central de la varilla del cilindro, pero no sobre ella. Este estilo de montaje es probablemente el más fácil de montar y permite un servicio y un reemplazo sencillos y directos. El cilindro se puede conectar a través de un montaje de orejeta final, un montaje de orejeta lateral o un montaje roscado lateral.

La línea de empuje desplazada de este estilo de montaje requiere una consideración especial, ya que ejerce esfuerzos de flexión y cargas adicionales en los pernos de montaje que pueden causar 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 apoyada y guiada tanto horizontal como verticalmente. Los cilindros de montaje rígido no pueden tolerar una desalineación fija constante, especialmente en la retracción total. Dicho esto, una desalineación menor que es cero en retracción total y aumenta muy levemente con la carrera suele ser aceptable en construcciones de servicio pesado.

Monturas pivotantes en la línea central

Los montajes de línea central pivotada se usan 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 y el movimiento principal generalmente ocurre en un plano. Los montajes de horquilla, ojo y muñón son ejemplos de montajes de línea central pivotados.

El soporte de horquilla es uno de los soportes más versátiles y ampliamente utilizados, y es el más adecuado para aplicaciones de cilindros de carrera corta, diámetro medio o pequeño. Un soporte de muñón, por otro lado, se puede usar en aplicaciones en las que normalmente se usaría el soporte de horquilla pero haría que la longitud total del cilindro fuera excesiva.

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

La montura esférica también es un estilo común y particular de monturas pivotantes de línea central. Compuesto por un rodamiento esférico, este soporte permite cierto 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 una grasera para obtener la máxima eficacia y capacidad de servicio.

Por último, pero no menos importante, al considerar los montajes pivotantes en la línea central, es importante tener en cuenta que también se debe permitir que pivote el accesorio del cilindro del extremo del vástago, y es mejor usar los soportes de accesorios del fabricante del cilindro y los pasadores de pivote de tolerancia estrecha para garantizar un ajuste y funcionamiento adecuados.

Consideraciones adicionales para optimizar el rendimiento del cilindro

Como se mencionó a lo largo de este artículo, para preservar la vida útil de su cilindro y garantizar el máximo rendimiento, 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. Las cargas laterales y de empuje descentradas acortan significativamente la vida útil anticipada del cojinete de biela y del sello de biela y deben evitarse a toda costa.

Además del estilo de montaje, existen 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 según las especificaciones y apretarse contra los hombros de la rosca para minimizar la flexión y reducir el estrés por fatiga. Se debe evitar la rotación excesiva de la varilla del pistón dentro del cilindro para evitar posibles rayas en el tubo del cilindro y daños en los sellos del pistón. Por último, se debe considerar un soporte adicional o la incorporación de un montaje intermedio para evitar daños por pandeo en los cilindros de carrera larga.

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