I cilindri idraulici sono elementi fondamentali nei sistemi meccanici dove è richiesta una forza notevole, trasformando l’energia del fluido idraulico in forza meccanica. Si sceglie di utilizzare un cilindro oleodinamico quando si deve realizzare uno spostamento lineare oppure per applicare una forza costante. Questi vengono utilizzati in varie applicazioni: dalla costruzione all’ingegneria pesante.
Principi di Funzionamento
Ma come avviene esattamente questo processo? Il ciclo di lavoro di un cilindro idraulico inizia con l’immissione del fluido idraulico attraverso una valvola. Quando il fluido entra nel cilindro genera pressione che sposta il pistone lungo il cilindro stesso. Questo movimento sposta a sua volta lo stelo del pistone che è connesso all’attrezzatura o al carico da muovere.
Componenti Chiave
Il pistone idraulico è tipicamente costituito da un tubo, chiuso da due terminali: il fondello e la testata. All'interno scorre uno stelo. Molto frequentemente, il pistone è congiunto allo stelo tramite un collegamento a filetto. Per prevenire lo svitamento del pistone, i costruttori di cilindri hanno adottato personali soluzioni empiriche.
Cilindro Oleodinamico a Doppio Effetto
In questo caso l’operatore può muovere il pistone nelle due direzioni, quindi attraverso una pompa potrà farlo andare avanti e indietro a piacimento. Questa tipologia di cilindri garantisce all’operatore il massimo controllo sul mezzo che deve governare.
Materiali e Qualità
La qualità e l’efficienza nascono fin dalla scelta dei costituenti che, nel nostro caso, prevedono solo l’acciaio migliore reperibile sul mercato, poi nel meticoloso assemblaggio dei componenti e nell’estrema cura investita nelle operazioni e finiture accessorie necessarie per il singolo caso.
Guarnizioni e Tenuta
Le tenute servono solo sulla flangia "top", ma fra pistone e camicia non credo servano. In questo caso la spinta è garantita dalla differenza di area della sezione fra la camera inferiore e quella superiore. Soprattutto sui cilindri a corsa lunga (ascensori) questo sistema permette di evitare di rettificare la camicia del cilindro.
Comunque, tenute ci sono. Il pistone autobloccante realizzato dalla Naldoni e Biondi S.r.l. è caratterizzato da un collare realizzato in nylon, inserito a termine del filetto che serve a collegare lo stelo col pistone, con solchi autofrenanti, che bloccano ogni possibilità di rotazione del pistone.
Usura e Soluzioni di Tenuta
Prima di capire come fare tenuta con successo su questi macchinari, individuiamo qual è la causa dell’usura di steli e camicie di cilindri e presse. Le righe e l’usura di steli e camicie su cilindri e presse sono riconducibili nel 95% dei casi ad un utilizzo improprio dei sistemi di tenuta.
Su steli e camicie di grandi dimensioni si installano spesso le guarnizioni originali fornite dal costruttore della pressa. Esse sono quasi sempre realizzate in gomma (NBR), gomma telata (NBR + inserti in tela, nylon ecc.) oppure guarnizioni in poliuretano. Il problema di questi materiali è che hanno un alto (in alcuni casi altissimo) coefficiente d’attrito ed assorbono il fluido, con tutti gli abrasivi contenuti al suo interno.
Utilizzare un materiale con un alto coefficiente d’attrito per fare da guarnizione è la cosa più sbagliata che si possa fare. Inoltre, i profili con cui vengono realizzati le guarnizioni, siano essi profili con labbro ad U o guarnizioni a pacco (diversi anelli sovrapposti), non presentano un labbro positivo a coltello: le particelle abrasive contenute nel fluido si incastrano quindi tra la guarnizione e lo stelo o la camicia del cilindro, andando ad agire come carta vetro su questi componenti.
La soluzione è rappresentata dall’utilizzo di un materiale a bassa durezza, basso coefficiente d’attrito e profili idonei. Il miglior materiale attualmente disponibile sul mercato a livello globale per fare tenuta su cilindri e presse che presentano righe ed usura è un polimero termostabile progettato appositamente per risolvere i problemi di tenuta delle apparecchiature usurate, danneggiate, rigate o datate, per sopperire ai problemi di dimensioni, costi o tempi di fermo macchina.
Questo materiale esclusivo con una durezza pari ad 85 Shore A si adatta perfettamente alle irregolarità delle superfici e crea una tenuta positiva che consente di aumentare il tempo medio tra le riparazioni (MTBR) dei cilindri e delle presse. Il polimero in oggetto ha un’eccezionale resistenza all’abrasione ed all’usura rispetto ai materiali convenzionali (NBR, gomma telata, poliuretano,..). L’usura delle tenute è di conseguenza inferiore.
Il polimero termostabile a bassa durezza è facilmente lavorabile a macchina consentendo flessibilità di produzione: è possibile realizzare qualsiasi profilo di tenuta, nelle esatte dimensioni dell’apparecchiatura, evitando costi di lavorazione e tempi di attesa eccessivi. Ridurre ed eliminare i costi associati a manutenzioni non programmate e ri-lavorazioni (es. Come si può fare tenuta con successo, eliminando le perdite, senza dover lavorare (es.
Applicazioni Industriali
Nell’industria pesante rientrano innanzitutto le industrie siderurgiche, dove possiamo includere sia le acciaierie che le aziende dedicate esclusivamente allo stampaggio a caldo dell’acciaio (dove sono presenti presse o magli per la forgiatura, fucinatura ecc.). Includiamo anche tutte quelle aziende dedite alla produzione o lavorazione dell’alluminio, quindi aziende di estrusione e laminazione alluminio o fonderie pressofusione di alluminio/magnesio.
Non è propriamente inglobato nell’industria pesante ma il settore automotive è caratterizzato da presse meccaniche ed oleodinamiche di grandi dimensioni ed un fermo impianto può costare diverse migliaia di euro all’ora. Un altro settore soggetto a usura di steli e camicie di cilindri e presse è quello definito come Wood Based Panel Industry (WBPI), ovvero produzione pannelli base legno.
La produzione di pannelli base legno avviene attraverso presse oleodinamiche, che possono essere presse singole, presse multi-piano o presse continue.
Calcoli di Esempio
Un cilindro (corsa H=50 mm) viene azionato con una pompa a mano . Deve essere eseguita una corsa a vuoto L = 30 mm.
Corsa a Vuoto
Per la corsa a vuoto vale S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²). Con una portata ad ogni corsa della pompa V BP = 32cm³, S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm.
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata: PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate.
Corsa Sotto Carico
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²). Con una portata ad ogni corsa della pompa V AP = 3 cm³, S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm.
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata: PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate.
Risultato: In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Velocità d’Estensione
La velocità d’estensione di un cilindro idraulico azionato con una pompa elettrica dipende dall’area del pistone nel cilindro e dalla portata dell’elettropompa. Per le pompe bistadio si deve porre per il movimento del cilindro senza carico la porta-ta a bassa pressione Q BP e per gli spostamenti sotto carico invece la portata ad alta pressione Q AP .
Formula: v(mm/s) = [Q(l / min).166,67] : A (cm²).
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