Cilindros hidráulicos: Principios de funcionamiento y tipos

El cilindro hidráulico es un actuador en el sistema hidráulico, y su función es convertir la energía hidráulica en energía mecánica. La entrada al cilindro hidráulico es el flujo y la presión del líquido, y la salida es la velocidad lineal y la fuerza. El pistón del cilindro hidráulico puede realizar un movimiento lineal alternativo, produciendo un desplazamiento lineal limitado.

I. Principio de funcionamiento del cilindro hidráulico

Tomando como ejemplo un cilindro hidráulico de vástago de pistón simple de doble efecto para ilustrar el principio de funcionamiento del cilindro hidráulico. Como se muestra en la Figura 1, el cilindro hidráulico está compuesto principalmente por el barril del cilindro 1, el pistón 2, el vástago del pistón 3, la cubierta del extremo 4, y el sello del vástago del pistón 5.

Barril de 1 cilindro
2 pistones
Vástago de 3 pistones
4-Tapa final
5-Sello

Si la camisa del cilindro está fija y se introduce continuamente aceite hidráulico en la cámara izquierda, cuando la presión del aceite es suficiente para vencer todas las cargas sobre el vástago, el pistón se desplaza continuamente hacia la derecha con una velocidad v ₁ y el vástago del pistón trabaja en el entorno exterior.

Por el contrario, cuando se introduce aceite hidráulico en la cámara derecha, el pistón se desplaza hacia la izquierda a una velocidad v ₂ y el vástago del pistón también realiza un trabajo en el entorno exterior. De este modo, se completa un movimiento alternativo. Este tipo de cilindro hidráulico se denomina cilindro de tambor de cilindro fijo.

Si el vástago está fijo y se introduce aceite hidráulico continuamente en la cámara izquierda, la camisa del cilindro se mueve hacia la izquierda; cuando se introduce aceite hidráulico continuamente en la cámara derecha, la camisa del cilindro se mueve hacia la derecha. Este tipo de cilindro hidráulico se denomina cilindro de vástago fijo.

Los cilindros hidráulicos tratados en este capítulo, a menos que se especifique lo contrario, son todos ejemplos de cilindros hidráulicos de vástago fijo y de vástago móvil.

El aceite que entra en el cilindro hidráulico debe tener una presión p y un caudal q. La presión se utiliza para vencer la carga, y el caudal se utiliza para formar una determinada velocidad de movimiento. La presión y el caudal introducidos en el cilindro hidráulico son la energía hidráulica introducida en el cilindro; la fuerza y la velocidad de movimiento ejercidas por el pistón sobre la carga son la energía mecánica producida por el cilindro hidráulico.

Por lo tanto, la presión p, el caudal q, la fuerza de salida F y la velocidad v de entrada al cilindro hidráulico son los principales parámetros de rendimiento del cilindro hidráulico.

II. Clasificación de los cilindros hidráulicos

Debido a los diferentes usos de las distintas máquinas y a las diferentes formas de movimiento que realizan, existen muchos tipos de cilindros hidráulicos, clasificados generalmente según el método de suministro de aceite, la estructura, las características de funcionamiento y el uso.

Según el sentido de la alimentación de aceite, pueden dividirse en cilindros de simple efecto y cilindros de doble efecto. Un cilindro de simple efecto sólo introduce aceite a alta presión a un lado del cilindro, dependiendo de otras fuerzas externas para hacer que el pistón retroceda. Un cilindro de doble efecto introduce aceite hidráulico en ambos lados del cilindro. Los movimientos de avance y retroceso del pistón se completan mediante presión hidráulica.

Según su forma estructural, pueden dividirse en cilindros de émbolo, cilindros de émbolo buzo, cilindros oscilantes y cilindros de manguito telescópico.

Según la forma del vástago, pueden dividirse en cilindros de vástago simple y cilindros de vástago doble.

Según los usos especiales del cilindro, pueden dividirse en cilindros tándem, cilindros de refuerzo, cilindros de aumento de velocidad, cilindros escalonados, etc. Estos tipos de cilindros no son un solo barril de cilindro, sino que se combinan con otros barriles de cilindros y componentes, por lo que desde un punto de vista estructural, estos cilindros también se llaman cilindros combinados. De acuerdo con la presión utilizada por el cilindro hidráulico, se pueden dividir en cilindros hidráulicos de baja presión, cilindros hidráulicos de presión media, cilindros hidráulicos de alta presión y cilindros hidráulicos de ultra alta presión.

Para la maquinaria de máquinas-herramienta, se suelen utilizar cilindros hidráulicos de media y baja presión, con una presión nominal de 2,5 a 6,3 MPa; para la maquinaria de construcción, maquinaria de ingeniería y aeronaves, se suelen utilizar cilindros hidráulicos de media y alta presión, con una presión nominal de 10 a 16 MPa; para maquinaria como prensas hidráulicas, se suelen utilizar cilindros hidráulicos de alta presión, con una presión nominal de 25 a 31,5 MPa.

La clasificación de los cilindros hidráulicos se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Clasificación de los cilindros hidráulicos

Nombre			Símbolo	Características de trabajo
Cilindro hidráulico de simple efecto	Cilindro de pistón			Accionamiento hidráulico unidireccional, retorno por peso propio, muelle u otras fuerzas externas
	Cilindro de émbolo			El émbolo es grueso, soporta bien la fuerza y se acciona unidireccionalmente por presión hidráulica
	Cilindro de manguito telescópico			Accionado por un sistema hidráulico, se empuja sección por sección de grande a pequeño, y luego se retrae sección por sección de pequeño a grande por su propio peso.
Cilindro hidráulico de doble efecto	Vástago único	Cilindro normalizado		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, no desacelera al final de la carrera, y la fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son diferentes.
		Cilindro de amortiguación no ajustable		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, decelera al final de la carrera y el valor de deceleración no es ajustable. La fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son diferentes.
		Cilindro de amortiguación ajustable		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, desacelera al final de la carrera y el valor de desaceleración es ajustable. La fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son diferentes.
		Cilindro diferencial		Puede acelerar la entrada de aceite en la cámara sin vástago, pero el empuje se reduce proporcionalmente.
	Doble vástago	Cilindro normalizado		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, no se desacelera al final de la carrera y la fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son las mismas.
		Cilindro de doble velocidad		Dos pistones se mueven simultáneamente en direcciones opuestas.
		Cilindro de amortiguación no ajustable		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, decelera al final de la carrera y el valor de deceleración no es ajustable. La fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son las mismas.
		Cilindro de amortiguación ajustable		El pistón se mueve bajo presión hidráulica en ambas direcciones, decelera al final de la carrera y el valor de deceleración es ajustable. La fuerza y la velocidad de movimiento en ambas direcciones son las mismas.
	Cilindro de manguito telescópico			Accionamiento hidráulico de doble efecto, el procedimiento de extensión y retracción es el mismo que el de un cilindro telescópico de simple efecto.
Cilindro combinado	Cilindro de refuerzo			Accionado por la entrada de aceite en la cámara A, da salida a aceite a alta presión en la cámara B.
	Cilindro tándem			Se utiliza en situaciones en las que el diámetro del cilindro está restringido pero la longitud no, lo que permite un mayor empuje.
	Cilindro multiposición			Abriendo diferentes entradas de aceite según sea necesario, el pistón A puede tener tres posiciones.
	Cilindro escalonado			Varias carreras del pistón están dispuestas en orden binario. Abriendo diferentes entradas de aceite según sea necesario, el pistón puede desplazarse diferentes distancias.
	Cilindro de cremallera			Convierte el movimiento lineal alternativo del pistón en movimiento rotativo alternativo del engranaje.