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Prof.sse ing. EsterFranzese, ing.Francesca Franzese Corso CIGS a.s. 2013-14

AUTOMAZIONE INDUSTRIALE PNEUMATICA

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I cilindri pneumaticiI cilindri costituiscono il più semplice ed il più naturale tra gli attuatori pneumatici e sonoclassificati come organi di trasformazione dell'energia. Infatti, per poter raccogliere lavoroall'esterno, è necessario che qualche parte si muova sotto l'effetto della pressione e ciò avvienenella maniera più naturale facendo in modo che un lato di un tubo (mantello o camicia delcilindro) in cui si invia aria in pressione, sia libero di spostarsi. Il lato che si muove si chiamapistone.La forza generata sul pistone dalla pressione viene poi di norma portata all'esterno medianteun puntone detto stelo.Il mantello è racchiuso tra due testate, anteriore e posteriore; la prima con un foro centralecon guarnizione raschia polvere entro il quale scorre lo stelo.


AUTOMAZIONE INDUSTRIALE PNEUMATICA-schema pistone

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AUTOMAZIONE INDUSTRIALE PNEUMATICA corsa-alesaggio

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Un cilindro trasforma dunque l'energia potenziale di pressione

contenuta nel serbatoio in energia cinetica di movimento.

Il lavoro utile prodotto è direttamente proporzionale alla pressione

esercitata sull'area del pistone, ed al suo spostamento che è pari alla

corsa.

La lunghezza del mantello definisce la corsa massima del cilindro,

mentre il suo diametro interno ne definisce l’alesaggio.


AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Cilindri a semplice effetto

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Si costruiscono cilindri a semplice e a doppio effetto.

Nei cilindri a semplice effetto il moto del pistone in una direzione è affidato all'azione di una molla. Il pistone è spinto in un verso dall'aria compressa che entra attraverso il condotto di alimentazione, mentre nel senso opposto il moto di ritorno è affidato alla molla.



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Il vantaggio principale dei cilindri a semplice effetto è nell'uso di valvole di comando più semplici di quelle necessarie ai cilindri a doppio effetto, in cui entrambe le corse si producono grazie all'aria compressa.

Gli svantaggi sono dati da una corsa limitata e dal fatto che anche limitata è la velocità di ritorno affidata alla molla.

I cilindri a semplice effetto sono indicati quando le forze vengono richieste solo in un senso ed il movimento di ritorno può avvenire liberamente e senza carico resistente.Sono indicati inoltre per impieghi in cui, per motivi di sicurezza, in caso di mancanza d’energia il cilindro deve assumere una posizione definita.



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Caratteristiche:

o Consumo d’aria in un solo senso

o Posizione definita anche senza energia

o Forza d’avanzamento ridotta (10% circa) a causa della molla

o Ingombro in lunghezza maggiore

o Lunghezza di corsa limitata

o Forza di ritorno modesta (circa il 10% della forza di spinta)

o La molla è un pezzo addizionale di usura



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Esempio di impiego: serraggio, azionamento di valvole, espulsori, ecc…I cilindri a semplice effetto possono essere impiegati in spinta (cilindro spingente con posizione di riposo: asta tutta dentro) o in tiro (cilindro traente, con posizione di riposo: asta tutta fuori). Questi ultimi vengono usati per situazioni di emergenza derivanti da mancanza di alimentazione).I valori di forza ottenibili con un cilindro a semplice effetto, di dato alesaggio D, si ottengono moltiplicando i valori di superficie per i valori di pressione su queste agenti.La superficie utile di spinta è:

π D2

As = --------- 4

perciò la Forza di spinta sviluppata risulta:

Fs = p As ( p è la pressione di lavoro relativa)


AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Cilindri a doppio effetto

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Nei cilindri a doppio effetto la spinta dell’aria compressa può agire nei due sensi. Questi sono raccomandati per grossi diametri e corse lunghe. Se il cilindro deve spostare grandi masse, viene fornito di ammortizzatori di fine corsa per evitare gli urti del pistone contro le testate di fine corsa.

La spinta dell’aria compressa agisce nei due sensi (spinta – tiro)



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I cilindri a doppio effetto si impiegano quando sono richiesti movimenti lineari con sviluppo di forze in entrambi i sensi. Esempi di impiego: serraraggio, alimentazione, selezionamento, assemblaggio, formatura,pressatura, punzonatura, piegatura, inclinazione.

π D2

As = --------- 4


Fs = p As ( p è la pressione di lavoro relativa)

Ftiro = p At ( p è la pressione di lavoro relativa ) π ( D2 - d2 )At = -----------------

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Da queste relazioni si vede come la forza teorica di spinta sia sempre maggiore della spinta teorica di tiro, per la presenza dello stelo che riduce la sezione utile nel tiro.



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In realtà è necessario tenere conto delle resistenze di attrito che si oppongono allo scorrimento del pistone e dello stelo. Poiché la forza si misura staticamente, la resistenza di attrito è quella statica, corrispondente alla partenza; durante il movimento la resistenza di attrito è minore.Si usa tenere conto delle circostanze dette attraverso un rendimento il cui valore può assumersi nel campo 80 - 85 %.

Per il calcolo del volume d'aria in pressione basta moltiplicare la corsa utile del cilindro per l'area utile di spinta e, nel caso di un cilindro a doppio effetto, sommare a questa il prodotto della corsa utile per l'area utile di tiro.

Vs = As * h [ cm 3 ]Vt = At * h [ cm 3 ]

Vtot = Vs + Vt



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Esercizio (cilindro a doppio effetto )

1. Un cilindro a doppio effetto ha un diametro di 80 mm ed un diametro dello stelo di 25 mm. La pressione di esercizio è di 6 bar (60 N/cm2). Quali solo le forze teoriche sviluppate nelle corse avanti e indietro?



222

3,504

814.3

4cm

DAs

Ncmcm

NpAF ss 018,33,5060 2

2

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La superficie utile di spinta è:




22222

4,454

5,2814,3

4cm

dDAt

Ncmcm

NpAF tt 724,24,4560 2

2

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La superficie utile di tiro è:

perciò la Forza di tiro sviluppata risulta:



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Esercizio (cilindro a doppio effetto )

1. Che diametro e corsa deve avere un cilindro a doppio effetto che realizzi una forza di spinta di 4bar con pressione di esercizio è di 6 bar (60 N/cm2)?


AUTOMAZIONE INDUSTRIALE altre tipologie di Cilindri

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Cilindri a stelo passante. Sono forniti di stelo sporgente da entrambe le testate; hannopertanto una uguale forza di spinta in entrambi i versi di movimento.

Caratteristiche:o Possibilità di lavorare su entrambi i latio Distanza costante tra i due supportio Possibilità di assorbire piccoli carichi laterali



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Cilindri senza asta. Sono attuatori di tipo lineare, costituiti da un cilindro in cui lo stantuffo è direttamente utilizzato per compiere il lavoro meccanico senza bisogno dell'interposizione dell'asta. Questi cilindri vengono impiegati quando esistono problemi di carico di punta sullo stelo a causa dell’elevata lunghezza della corsa



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Spinta richiesta

La forza richiesta dipende dalla massa del carico, dall’angolo del movimento di elevazione,dall’attrito dalla pressione di lavoro e dall’area effettiva del pistone.

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In uno spostamento orizzontale si deve considerare solo l’attritoil cui coefficiente dipende dal tipo di moto: strisciamento (attrito radente) o rotolamento (attrito volvente)

Radente 0.1 – 0.4 Volvente 0.001


Simbologia attuatori pneumatici

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VALVOLE PNEUMATICHE

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• Componenti del sistema di attuazione pneumatico aventi loscopo di distribuire e/o regolare il flusso di fluido verso gliattuatori o verso lo scarico in atmosfera• Due tipologie funzionali– valvole a funzionamento automatico• la funzione prevista viene svolta sotto l’azione della pressionedel fluido agente nel circuito in cui il componente stesso èinserito, non è necessario un comando da parte dell’unità digoverno– valvole a funzionamento comandato• la funzione prevista viene eseguita solo se viene applicato uncomando generato a tale scopo dalla unità di govern


VALVOLE di CONTROLLO DIREZIONALE (distributori)

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• Hanno lo scopo di convogliare il flusso di aria in ingresso edin uscita dagli attuatori o da altre parti del circuito– si ricorda a questo proposito che il funzionamento di un circuitopneumatico di attuazione è caratterizzato da due fasi operative• immissione di fluido in pressione entro il circuito connessoall’attuatore• scarico del fluido da tale circuito, allo scopo di riportarlo allecondizioni iniziali• Il funzionamento degli organi di distribuzione può essere– di tipo on-off (via di flusso totalmente aperta o chiusa)– di tipo proporzionale (grado di apertura variabile)


Rappresentazione grafica delle valvole di controllo direzionale

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Il quadrato rappresenta una posizione di lavoro

Una freccia orientata rappresenta una

connessione aperta tra due bocche

Un simbolo grafico di interruzione presso una bocca significa chiusura

della via di flusso

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