Cilindros hidráulicos: Princípios de funcionamento e tipos

O cilindro hidráulico é um atuador no sistema hidráulico e sua função é converter a energia hidráulica em energia mecânica. A entrada para o cilindro hidráulico é o fluxo 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

Tomando um cilindro hidráulico de haste de pistão único de ação dupla como exemplo para ilustrar o princípio de funcionamento do cilindro hidráulico. Conforme mostrado na Figura 1, o cilindro hidráulico é composto principalmente pelo cilindro 1, pistão 2, haste do pistão 3, tampa da extremidade 4 e vedação da haste do pistão 5.

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

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

Por outro lado, quando o óleo hidráulico é introduzido na câmara direita, o pistão se move para a esquerda na velocidade v ₂ e a haste do pistão também trabalha no ambiente externo. Dessa forma, um movimento alternativo é concluído. Esse tipo de cilindro hidráulico é chamado de cilindro de cilindro fixo.

Se a haste do pistão estiver fixa e o óleo hidráulico for continuamente introduzido na câmara esquerda, o cilindro se moverá para a esquerda; quando o óleo hidráulico for continuamente introduzido na câmara direita, o cilindro se moverá para a direita. Esse tipo de cilindro hidráulico é chamado de cilindro de haste de pistão fixo.

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

A entrada de óleo no cilindro hidráulico deve ter pressão p e vazão q. A pressão é usada para vencer a carga, e a vazão é usada para formar uma determinada velocidade de movimento. A pressão e a taxa de fluxo inseridas no cilindro hidráulico são a entrada de energia hidráulica no cilindro; a força e a velocidade de movimento exercidas pelo pistão na carga são a saída de energia mecânica do cilindro hidráulico.

Portanto, a pressão p, a taxa de fluxo 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 aos diferentes usos de várias máquinas e às diferentes formas de movimento que elas executam, há muitos tipos de cilindros hidráulicos, geralmente classificados de acordo com o método de fornecimento de óleo, a estrutura, as características de funcionamento e o uso.

De acordo com a direção do suprimento de óleo, eles podem ser divididos em cilindros de ação simples e cilindros de ação dupla. Um cilindro de ação simples só insere óleo de alta pressão em um lado do cilindro, dependendo de outras forças externas para fazer o pistão retornar. Um cilindro de dupla ação insere óleo hidráulico em ambos os lados do cilindro. Os movimentos para frente e para trás do pistão são completados pela pressão hidráulica.

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

De acordo com a forma da haste do pistão, eles podem ser divididos em cilindros com haste de pistão único e cilindros com haste de pistão duplo.

De acordo com os usos especiais do cilindro, eles podem ser divididos em cilindros tandem, cilindros de reforço, cilindros de aumento de velocidade, cilindros de passo, etc. Esses tipos de cilindros não são um cilindro único, mas são combinados com outros cilindros e componentes, portanto, do ponto de vista estrutural, esses cilindros também são chamados de cilindros combinados. De acordo com a pressão usada pelo cilindro hidráulico, eles podem ser divididos 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-ferramenta, geralmente são usados 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, são usados principalmente cilindros hidráulicos de média e alta pressão, com uma pressão nominal de 10 a 16 MPa; para máquinas como prensas hidráulicas, são usados principalmente cilindros hidráulicos de alta pressão, com uma pressão nominal de 25 a 31,5 MPa.

A classificação dos cilindros hidráulicos é mostrada na Tabela 1.

Tabela 1 Classificação dos cilindros hidráulicos

Nome			Símbolo	Características de trabalho
Cilindro hidráulico de ação simples	Cilindro de pistão			Acionamento hidráulico unidirecional, retorno por peso próprio, mola ou outras forças externas
	Cilindro de êmbolo			O êmbolo é espesso, suporta bem a força e é acionado unidirecionalmente por pressão hidráulica
	Cilindro de manga telescópica			Acionado pelo sistema hidráulico, ele é empurrado para fora, seção por seção, de grande para pequeno, e depois retraído, seção por seção, de pequeno para grande, pelo seu próprio peso.
Cilindro hidráulico de dupla ação	Haste de pistão único	Cilindro padrão		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, não desacelera no final do curso e a força e a velocidade de movimento em ambas as direções são diferentes.
		Cilindro de amortecimento não ajustável		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração não é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direções são diferentes.
		Cilindro de amortecimento ajustável		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direções são diferentes.
		Cilindro diferencial		Pode acelerar a entrada de óleo na câmara sem haste, mas o empuxo é reduzido de forma correspondente.
	Haste de pistão duplo	Cilindro padrão		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, não desacelera no final do curso e a força e a velocidade de movimento em ambas as direções são as mesmas.
		Cilindro de dupla velocidade		Dois pistões se movem simultaneamente em direções opostas.
		Cilindro de amortecimento não ajustável		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração não é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direções são as mesmas.
		Cilindro de amortecimento ajustável		O pistão se move sob pressão hidráulica em ambas as direções, desacelera no final do curso e o valor da desaceleração é ajustável. A força e a velocidade de movimento em ambas as direções são as mesmas.
	Cilindro de manga telescópica			Com 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 de alta pressão na câmara B.
	Cilindro em tandem			Usado em situações em que o diâmetro do cilindro é restrito, mas o comprimento não é, permitindo maior empuxo.
	Cilindro de múltiplas posições			Ao abrir diferentes entradas de óleo conforme necessário, o pistão A pode ter três posições.
	Cilindro de passo			Vários cursos do pistão são organizados em ordem binária. Ao abrir diferentes entradas de óleo conforme necessário, o pistão pode se mover por diferentes distâncias.
	Cilindro de cremalheira e pinhão			Converte o movimento linear alternativo do pistão no movimento rotativo alternativo da engrenagem.