ACTUADORES LINEALES
Introducción
“Los actuadores dan flexibilidad en el uso de potencia hidráulica”.
La potencia hidráulica puede proveer tanto movimiento lineal como circular a través de
actuadores, llamados cilindros.
La ventaja más grande de usar potencia hidráulica en vez de sistemas mecánicos es que
estas se pueden aplicar directamente al trabajo a realizarse; no hay necesidad de una union
o enlace mecanico (engranes, cadenas, etc.) entre la fuente y el trabajo a realizar, y la
potencia dada por el fluido, puede ser facilmente regulada para conseguir la fuerza,
velocidad y posicion deseada.
En los últimos años, ha habido una tendencia por sustituir los sistemas de engranajes,
donde la potencia estaba dada por motores de vapor, por sistemas de potencia hidráulica, ya
que estos sistemas eran muy peligrosos para los operadores, debido a mutilaciones de
piernas, brazos, etc.
Hoy en día, la potencia hidráulica realiza muchos de los trabajos que antes realizaban
enlaces mecánicos, tales como los frenos mecánicos, la dirección en un automóvil, juegos
de cadenas, engranes, etc.
La flexibilidad de distribuir la potencia a través de conductores (tuberías) y directamente al
actuador no afecta la geometría de la máquina, lo que da una amplia libertad para el diseño.
Cilíndros Actuadores
Un cilindro hidráulico es un componente que convierte la potencia fluídica en fuerza
mecánica y movimiento lineal.
Usualmente consiste de una elemento movible, como un pistón, un vástago, etc., actuando
dentro de un cilindro.
El principio operacional es que el fluido impulsado por una bomba y controlado por una
electro válvula (válvula de control) entra por un puerto a la cámara A y obliga al arreglo
pistón-vástago a moverse hacia un lado (ejerciendo mediante esta acción, el trabajo
deseado. El fluido, al otro lado del pistón en la cámara B, se evacua hacia un tanque,
controlado por la misma electro válvula. Cuando la electro válvula cambia de sentido,
fluido comienza a entrar por el lado opuesto (en la cámara B), obligando al pistón a
moverse nuevamente para atrás y volver a su posición inicial, evacuándose así el fluido de
ese lado (cámara A) nuevamente al tanque; luego, este ciclo comienza nuevamente.
La velocidad con la cual el cilindro se expande o se contrae depende del flujo de “fluido” al
cual este sometido y de el área del pistón
Se puede expresar en una formula así:
V=Q/A
Los cilindros actuadores son fabricados para producir desde gramos de fuerza hasta
toneladas, es por eso que pueden utilizarse en trabajos donde se necesiten fuerzas enormes
como en prensas o aviones, aunque también en trabajos precisos y delicados con fuerzas
controladas como en el caso de montacargas, elevadores, etc.
En adición a las capacidades en cuanto a fuerzas, los cilindros actuadores proveen mucha
potencia por peso y tamaño, mucha flexibilidad y excelente control de velocidad; pueden
encontrarse en muchas variedades, dependiendo de su tamaño, rangos de presion ( Fuerza)
y rango de movimiento.
Tipos de cilindros según el recorrido del pistón
Los cilindros pueden ser de acción única (de simple acción), de doble acción y
telescópicos.
Cilindros de acción sencilla
Los cilindros de simple acción usan la potencia fluídica solo en una dirección, ya que el
pistón regresa a su posición inicial por la gravedad mediante una carga o mediante un
resorte.
Los cilindros de acción sencilla, con regreso de resorte se usan en aplicaciones en las cuales
no hay carga sujetada en la contracción del pistón.
Los cilindros de acción sencilla de regreso por gravedad se usan en equipo móvil, en las
granjas y otras aplicaciones en las cuales se este controlando cargas a suspenderse o
moverse verticalmente. El fluido (impulsado por una bomba) entrando a la cámara del
cilindro hace que el pistón suba y suba la carga y posteriormente, cuando la carga ya fue
“descargada” o procesada, el fluido es evacuado de la cámara usando una válvula de
control, lo que permite que el pistón baje nuevamente. (Por lo general se necesita una
presión mas alta de la que nos daría al calcularla mediante la ecuación W=F=P*A, tomando
como W, el peso de la carga que queremos elevar y A como el área del pistón, debido a las
perdidas por fricción.)
Cilindros de doble acción
Los cilindros de doble acción usan la potencia fluidita en ambas direcciones y pueden ser
de dos tipos, de vástago sencillo o de vástago doble. Los de vástago sencillo son los mas
comunes en la industria. Si el vástago es sencillo, puede ser que la fuerza de un lado no sea
la misma que del otro, debido a la diferencia de áreas, lo que implica también, que la
velocidad de contracción, podría ser diferente a la velocidad de expansión.
Este tipo de cilindros usa generalmente un gran área para desarrollar la mayor potencia
requerida en un circuito reciproco.
Cilindros elevadores con pistones telescópicos
Las disponibilidades de espacio en la posición inferior de un cilindro con gran altura de
elevación llevan muchas veces a la construcción telescópica de los pistones. En especial en
los movimientos de elevación vertical queda limitada la altura alcanzable por la
servidumbre del espacio ocupado en la posición inferior. Según se aprecia en las figuras 9a
y b, dos o mas cilindros construidos para encajar uno dentro de otro permiten conseguir con
n espacio mínimo una gran altura de elevación. Normalmente se prescinde del sistema
hidráulico de descenso y se confía su accionamiento al peso propio de las partes móviles de
la maquina.
OTROS TIPOS DE CILINDROS HIDRAULICOS
En la máquinas-herramientas son muy frecuentes los movimientos lineales de vaivén. Junto
a los movimientos de arranque de viruta, existen otros diversos como son los de avance de
la pieza, movimientos de sujeción de las piezas, de elevación, de conexión o desconexión
de acoplamientos, la apertura o cierre de dispositivos de prensado, etc.
CILINDROS PARA EL AVANCE
En este apartado describiremos algunas construcciones de cilindros preparados para el
accionamiento del avance en máquinas-herramientas.
-Cilindros de avance con tope interior.
Para limitar y ajustar la carrera de avance del pistón se utiliza el dispositivo de la figura 1.
El ajuste de la carrera del pistón se efectúa con volante manual y el husillo roscado con la
escala graduada, que transmiten el movimiento de traslación al tope guiado en el interior
del vástago del pistón, para evitar que gire. Con este sistema se absorben los esfuerzos
correctamente, sin que se produzcan inclinaciones en la mesa móvil.
-Cilindros para el avance con vástago fijo.
En algunos casos se consiguen interesantes resultados con el cilindro representado en la
figura 2, cuyo vástago es fijo. En primer lugar la estopada es mucho más accesible, por lo
que pueden cambiarse los anillos de cierre muy fácilmente. Las dos tuberías situadas en el
interior del vástago se construyen no en forma de dos tuberías paralelas, sino dispuestas
coaxialmente con un tubo situado en el interior del taladro del vástago, de forma que se
dispone de las dos conducciones necesarias para el movimiento del cilindro.
-Cilindros con amortiguamiento en los extremos.
La figura 3 representa un cilindro con amortiguamiento en los extremos de su carrera. El
émbolo va sujeto al vástago y puede quedar ajustado mediante segmentos de fundición. Por
otro lado, en el extremo del vástago y en la tapa del cilindro van los accesorios para el
amortiguamiento de los extremos de la carrera que además son autocentrantes. Al
introducirse el tetón amortiguador en el agujero existente en la tapa del cilindro se limita la
salida de aceite del cilindro. El aceite que queda dentro del cilindro debe salir a través de
una válvula amortiguadora especial. Con el gran volumen de aceite se consigue un buen
amortiguamiento con un suave frenado de las masas en movimiento y un buen ajuste del
proceso de trabajo.
-Cilindros con vástago pasante.
Los movimientos de vaivén de las rectificadores cilíndricas de interiores y de caras
frontales, deben tener en ambas direcciones idéntica velocidad. Con el fin de poder utilizar
un caudal constante de aceite, los dos volúmenes en que el pistón divide al cilindro deben
tener idénticas características. Ello se consigue utilizando un vástago que sea pasante por
toda la longitud del cilindro y con diámetro constante. En el caso de un cilindro fijo como
el de la figura 4, la longitud total supone más de tres veces la carrera.
-Cilindros sin vástago.
Los cilindros sin vástago tienen la ventaja de una construcción más sencilla. Pueden
utilizarse dos émbolos sumergidos fijos, o bien, un único émbolo de doble acción tal como
el de la figura 5, que resulta muy ventajoso para movimientos de vaivén que deben ser
uniformemente iguales en ambos sentidos. Dentro del cilindro va alojado el sistema de
piñón y cremallera que transmite el movimiento al exterior del mismo.
CILINDROS PARA MOVIMIENTOS DE SUJECIÓN
Para sujetar piezas a mecanizar, herramientas, o bien, partes móviles de la maquinaria, se
precisa desarrollar en la forma más sencilla posible una fuerza relativamente fuerte pero
muy constante. Las disposiciones constructivas adoptadas por los cilindros de sujeción son
muy variadas. Estos cilindros deben adaptarse muy bien a las características de las
máquinas sobre las que se instalen, pues muy a menudo las disponibilidades de espacio
obligan a utilizar ejecuciones especiales de los cilindros.
-Cilindros de sujeción fijos.
Un cilindro muy simple se reproduce en la figura 6, con vástago que se utiliza para la
sujeción mediante un disco de engarce previo. La estanqueidad hacia fuera se consigue
mediante el empleo de segmentos de cierre.
-Cilindros de sujeción móviles.
En muchos casos se precisan dispositivos hidráulicos de sujeción en los mismos ejes
giratorios de las máquinas-herramientas. En tales casos el aceite a presión debe hacerse
llegar al cilindro a través de un distribuidor (siguiente figura). En el caso reproducido, la
caja del distribuidor va loca envolviendo la prolongación del eje que contiene las
canalizaciones unidas al cilindro. De esta forma se evitan las posibles fugas junto a la pared
móvil y se limita el desgaste. Las mangueras para la entrada y salida de aceite evitan el giro
de la carcasa del distribuidor.
CILINDROS PARA PRENSAS Y APARATOS DE ELEVACIÓN.
En las prensas hidráulicas se persigue una carrera rápida sin esfuerzo hasta alcanzar la pieza
y a continuación un recorrido lento, pero con un esfuerzo muy importante, lo que constituye
un ciclo típico del trabajo con prensa.
-Cilindros con pistón para carrera rápida.
Puede conseguirse la división del trabajo entre la carrera rápida y la lenta de trabajo
mediante el sistema hidráulico de dos bombas, una para la velocidad alta y otra para la
lenta, o bien, con una bomba única autorreguladora Con el fin de disminuir los costes de las
instalaciones, puede, sin embargo, utilizarse una única bomba de caudal constante
instalando otro pistón para conseguir la carrera rápida, según se aprecia en la figura 8. El
aceite a presión de la bomba comprime, en primer lugar, mediante la tubería 1, el pistón
para la carrera rápida EK. De acuerdo con el volumen desalojado por este pistón, se
produce el desplazamiento rápido de la prensa. Simultáneamente el aceite del deposito es
aspirado por la tubería 2 a través de la válvula de retención RV, llenando el espacio del
cilindro mayor. Al crecer la resistencia al avance del pistón de la prensa aumenta la presión
en la tubería 1. Finalmente se abre la válvula VV, de forma que la presión de la bomba
puede pasar por la tubería 2 hasta el cilindro principal. Con ello la prensa trabaja a toda su
capacidad.
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