Cilindros hidráulicos: Princípios de funcionamento e tipos

O cilindro hidráulico é um atuador no sistema hidráulico e a sua função é converter a energia hidráulica em energia mecânica. A entrada do cilindro hidráulico é o caudal e a pressão do líquido, e a saída é a velocidade e a força lineares. O pistão do cilindro hidráulico pode executar um movimento linear alternativo, produzindo um deslocamento linear limitado.

I. Princípio de funcionamento do cilindro hidráulico

Para ilustrar o princípio de funcionamento do cilindro hidráulico, toma-se como exemplo um cilindro hidráulico de haste de pistão simples de ação dupla. Como se pode ver na Figura 1, o cilindro hidráulico é composto principalmente pelo tambor do cilindro 1, pelo pistão 2, pela haste do pistão 3, pela tampa da extremidade 4 e pelo vedante da haste do pistão 5.

Barril de 1 cilindro
2 pistões
Haste de 3 pistões
4-Tampa da extremidade
5-Selagem

Se o tambor do cilindro estiver fixo e o óleo hidráulico for continuamente introduzido na câmara esquerda, quando a pressão do óleo for suficiente para vencer todas as cargas na haste do pistão, o pistão move-se continuamente para a direita com uma velocidade v ₁ e a haste do pistão trabalha no ambiente externo.

Inversamente, quando o óleo hidráulico é introduzido na câmara direita, o pistão desloca-se para a esquerda com uma velocidade v ₂ e a haste do pistão também actua no ambiente externo. Deste modo, completa-se um movimento recíproco. Este tipo de cilindro hidráulico é designado por cilindro de cilindro fixo.

Se a haste do pistão estiver fixa e o óleo hidráulico for continuamente introduzido na câmara esquerda, o tambor do cilindro desloca-se para a esquerda; se o óleo hidráulico for continuamente introduzido na câmara direita, o tambor do cilindro desloca-se para a direita. Este tipo de cilindro hidráulico é designado por cilindro de haste fixa.

Os cilindros hidráulicos abordados neste capítulo, salvo indicação em contrário, são todos exemplos de cilindros hidráulicos de cilindro fixo e de haste móvel.

O óleo que entra no cilindro hidráulico deve ter uma pressão p e um caudal q. A pressão é utilizada para vencer a carga e o caudal é utilizado para formar uma determinada velocidade de movimento. A pressão e o caudal introduzidos no cilindro hidráulico são a energia hidráulica introduzida no cilindro; a força e a velocidade de movimento exercidas pelo pistão sobre a carga são a energia mecânica produzida pelo cilindro hidráulico.

Por conseguinte, a pressão p, o caudal q, a força de saída F e a velocidade v de entrada no cilindro hidráulico são os principais parâmetros de desempenho do cilindro hidráulico.

II. Classificação dos cilindros hidráulicos

Devido às diferentes utilizações de várias máquinas e às diferentes formas de movimento que executam, existem muitos tipos de cilindros hidráulicos, geralmente classificados de acordo com o método de alimentação de óleo, a estrutura, as características de funcionamento e a utilização.

De acordo com a direção da alimentação de óleo, podem ser divididos em cilindros de simples efeito e cilindros de duplo efeito. Um cilindro de efeito simples apenas introduz óleo a alta pressão num dos lados do cilindro, dependendo de outras forças externas para fazer o pistão regressar. Um cilindro de duplo efeito introduz óleo hidráulico em ambos os lados do cilindro. Os movimentos para a frente e para trás do pistão são completados pela pressão hidráulica.

De acordo com a forma estrutural, podem ser divididos em cilindros de pistão, cilindros de êmbolo, cilindros de balanço e cilindros de manga telescópica.

De acordo com a forma da haste do pistão, podem ser divididos em cilindros de haste simples e cilindros de haste dupla.

De acordo com as suas utilizações específicas, os cilindros podem ser divididos em cilindros tandem, cilindros de reforço, cilindros de aumento de velocidade, cilindros de passo, etc. Estes tipos de cilindros não são um cilindro único, mas são combinados com outros cilindros e componentes, pelo que, do ponto de vista estrutural, estes cilindros são também designados por cilindros combinados. De acordo com a pressão utilizada pelo cilindro hidráulico, podem dividir-se em cilindros hidráulicos de baixa pressão, cilindros hidráulicos de média pressão, cilindros hidráulicos de alta pressão e cilindros hidráulicos de ultra-alta pressão.

Para máquinas-ferramentas, utilizam-se geralmente cilindros hidráulicos de média e baixa pressão, com uma pressão nominal de 2,5 a 6,3 MPa; para máquinas de construção, máquinas de engenharia e aeronaves, utilizam-se principalmente cilindros hidráulicos de média e alta pressão, com uma pressão nominal de 10 a 16 MPa; para máquinas como prensas hidráulicas, utilizam-se principalmente cilindros hidráulicos de alta pressão, com uma pressão nominal de 25 a 31,5 MPa.

A classificação dos cilindros hidráulicos é apresentada no Quadro 1.

Tabela 1 Classificação dos Cilindros Hidráulicos

Nome			Símbolo	Características de funcionamento
Cilindro hidráulico de ação simples	Cilindro de pistão			Acionamento hidráulico unidirecional, retorno por peso próprio, mola ou outras forças externas
	Cilindro de pistão			O êmbolo é espesso, suporta bem a força e é acionado unidireccionalmente por pressão hidráulica
	Cilindro de manga telescópica			Acionado por um sistema hidráulico, é empurrado secção a secção, de grande para pequeno, e depois retraído secção a secção, de pequeno para grande, pelo seu próprio peso.
Cilindro hidráulico de duplo efeito	Haste de pistão simples	Cilindro standard		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, não desacelera no final do curso e a força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são diferentes.
		Cilindro de amortecimento não regulável		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração não é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são diferentes.
		Cilindro de amortecimento regulável		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são diferentes.
		Cilindro diferencial		Pode acelerar a entrada de óleo na câmara sem haste, mas o impulso é correspondentemente reduzido.
	Haste de pistão dupla	Cilindro standard		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, não desacelera no final do curso e a força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são as mesmas.
		Cilindro de dupla velocidade		Dois pistões movem-se simultaneamente em direcções opostas.
		Cilindro de amortecimento não regulável		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração não é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são as mesmas.
		Cilindro de amortecimento regulável		O pistão move-se sob pressão hidráulica em ambas as direcções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direcções são as mesmas.
	Cilindro de manga telescópica			Acionamento hidráulico de dupla ação, o procedimento de extensão e retração é o mesmo que o de um cilindro de manga telescópica de ação simples.
Cilindro combinado	Cilindro de reforço			Acionado pela entrada de óleo na câmara A, emite óleo a alta pressão na câmara B.
	Cilindro em tandem			Utilizado em situações em que o diâmetro do cilindro é limitado mas o comprimento não, permitindo um maior impulso.
	Cilindro multiposições			Ao abrir diferentes entradas de óleo conforme necessário, o pistão A pode ter três posições.
	Cilindro de passo			Vários cursos do pistão estão dispostos em ordem binária. Abrindo diferentes entradas de óleo conforme necessário, o pistão pode mover-se a diferentes distâncias.
	Cilindro de pinhão e cremalheira			Converte o movimento linear alternativo do pistão no movimento rotativo alternativo da engrenagem.