Els cilindres de tija de pistó són actuadors centrals en sistemes hidràulics i pneumàtics. Converteixen l'energia de la pressió del fluid en energia mecànica, aconseguint un moviment alternatiu o oscil·lant lineal. S'utilitzen àmpliament en maquinària d'enginyeria, equips d'automatització, aeroespacial i altres camps. El seu principi de funcionament es basa en la llei de Pascal i els fonaments de la mecànica de fluids. La pressió canvia dins d'un moviment del pistó d'accionament de la cambra segellada, que al seu torn impulsa la força de sortida i el desplaçament de la barra del pistó.
Estructura bàsica i components
Un cilindre de tija del pistó consisteix principalment en un canó del cilindre, un pistó, una tija del pistó, un dispositiu de segellat i ports d'entrada i sortida de líquid (gas). El cilindre és un recipient de pressió-cilíndric amb una cambra de treball segellada. El pistó s'ajusta amb precisió al cilindre, dividint la cambra en una cambra de biela (incloent el costat de la barra del pistó) i una cambra sense tija (el costat sense la barra del pistó). La barra del pistó està connectada rígidament al pistó en un extrem i s'estén fora del cilindre per generar potència. Els dispositius de segellat (com ara les anelles O-i les anelles en Y{-) es troben a les superfícies de contacte entre el pistó i el cilindre, i entre la tija del pistó i la culata, per evitar fuites de fluid i mantenir la pressió de la cambra. Els ports d'entrada i sortida es connecten a una bomba hidràulica o font d'aire per controlar el flux direccional del fluid.
Explicació detallada del principi de funcionament
La funció bàsica del cilindre de biela del pistó-és conduir el pistó a través d'un diferencial de pressió de fluid. Quan el fluid d'alta pressió-(oli hidràulic o gas comprimit) entra a la cambra sense varetes per l'entrada, la pressió a la cambra sense varetes augmenta, empenyent el pistó cap a la cambra de varetes. Durant aquest procés, el fluid de la cambra sense varetes s'esprem i es descarrega a través de la sortida. Com que l'àrea del pistó és més gran que la -àrea de la secció transversal de la barra del pistó (l'àrea efectiva de la cambra de la barra és més petita que la de la cambra sense tija), a la mateixa pressió, la cambra sense barra genera una empenta més gran, estenent la barra del pistó i exercint una força lineal més gran. Per contra, si el fluid d'alta pressió-entra a la cambra de la tija i el fluid és expulsat de la cambra sense tija, el pistó es retrau cap a la cambra sense tija, retraint la tija.
És important tenir en compte que la direcció i la velocitat del cilindre de la tija del pistó estan determinades per la pressió i el flux als ports d'entrada i sortida: la pressió determina la magnitud de la força de sortida (F=P × A, on P és la pressió de la cambra i A és l'àrea efectiva), mentre que el flux (el volum de fluid que entra i surt per unitat de temps) afecta directament el flux del pistó {{, 1} és la velocitat Q/A} l'àrea de la secció transversal efectiva-del pistó). Ajustant la pressió i el cabal a través d'un grup de vàlvules de control (com ara una vàlvula inversora o una vàlvula d'acceleració), es pot aconseguir un posicionament precís, una regulació de la velocitat i una inversió de direcció de la barra del pistó.
Escenaris d'aplicació típics
A la maquinària de construcció, l'extensió i la retracció de les barres de l'excavadora i l'acció d'excavació depenen de l'operació coordinada de barres i cilindres de pistons de diverses-etapes. Els mecanismes d'empenta de material a les línies de producció automatitzades utilitzen cilindres d'efecte simple-(només l'entrada de fluid d'una via-, amb les curses de retorn que depenen de molles o forces externes) per aconseguir una circulació eficient. Les plataformes de posicionament d'alta-precisió de la indústria aeroespacial utilitzen varilles i cilindres de pistó servo de baixa-fricció i alt-segellat per garantir un control precís dels desplaçaments minúsculs. A més, en aplicacions com ara els dispositius de cargol-en equips metal·lúrgics i els sistemes de retracció i desplegament dels molinets d'àncora de vaixells, les tiges i els cilindres són actuadors clau per la seva fiabilitat i gran capacitat de càrrega.
Resum
Les tiges i els cilindres utilitzen la pressió del fluid per impulsar el moviment del pistó, convertint l'energia hidràulica o pneumàtica en energia mecànica lineal controlable. El seu principi de funcionament és essencialment un equilibri mecànic entre el diferencial de pressió i l'àrea aplicada. Amb els avenços en la ciència dels materials (com ara cilindres d'aliatge d'alta-resistencia i materials de segellat de baixa-fricció) i tecnologies de control (com ara vàlvules proporcionals electro-hidràuliques i retroalimentació intel·ligent del sensor), les tiges i els cilindres dels pistons moderns estan evolucionant cap a una alta precisió, llarga vida i baix consum d'energia, proporcionant contínuament equips d'automatització i potència d'alta potència.
