Il cilindro, come il motore idraulico, è un attuatore che converte energia idraulica in energia meccanica. A differenza del motore che ha un moto rotatorio e trasmette una coppia, il cilindro ha un moto rettilineo e trasmette una forza. Vediamo nel dettaglio come funziona un pistone idraulico e come è possibile costruirne uno.
Funzionamento del Pistone a Doppio Effetto
Nell’esecuzione a doppio effetto il fluido in pressione può alimentare entrambe le camere consentendo in tal modo il controllo dei movimenti del pistone in entrambi i sensi. Il cilindro a doppio effetto possiede due superfici utili contrapposte di area uguale o diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione, che in maniera alternativa funzionano uno da alimentazione vera e propria e l’altro da scarico.
Il cilindro a doppio effetto differenziale possiede due superfici utili contrapposte di sezione diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione. Il cilindro si dice differenziale perché le due sezioni utili sono diverse.
Il cilindro a due steli è ottenuto collegando al pistone due steli di diametro uguale o diverso, comunque inferiore a quello del pistone. Se i diametri dei due steli sono uguali, lo sono anche le aree anulari sui due lati del pistone, per cui a parità di pressione sono uguali le forze sviluppate nei due sensi.
Tipologie di Cilindri Oleodinamici a Doppio Effetto
Esistono una serie di costruzioni particolari di cilindri. Grazie a questa costruzione di ottiene, per un dato diametro del pistone e per una data pressione, il raddoppio della superficie utile e quindi della forza sviluppata. Questi cilindri trovano impiego soprattutto nella costruzione delle presse.
Finché non è richiesta la forza massima di pressata, la pressione agisce su una sezione ridotta, corrispondete al cosiddetto pistone veloce o pistone di avvicinamento. Nel momento in cui è richiesta la forza massima, la pressione, per intervento di una valvola di sequenza o di un finecorsa va ad agire sulla sezione totale.
Cilindro Telescopico
Il cilindro telescopico si distingue dal cilindro normale perché a parità di corsa presenta una lunghezza in posizione rientrata nettamente inferiore. Grazie al rientro telescopico dei pistoni, l’ingombro è uguale alla corsa divisa per il numero di elementi più una quota morta (spessore del fondello, lunghezza della guida, elementi di fissaggio).
Per una data corsa totale i cilindri telescopici possono essere costituiti a 2- 3-4-5 elementi a seconda dei limiti di ingombro prefissati. Per lo stesso motivo, per un valore prefissato di pressione e portata, il movimento di uscita di un cilindro telescopico, inizia con la massima forza e la minima velocità e si conclude con la minima forza e la massima velocità.
Esecuzione Costruttiva
L’esecuzione costruttiva di un cilindro oleodinamico dipende innanzitutto dalla particolare applicazione alla quale è destinato: in funzione dell’impiego previsto, che può spaziare dalle macchine utensili alle macchine per movimento terra, dalle centrali elettriche agli impianti siderurgici e alle acciaierie, occorre valutare quali siano le caratteristiche costruttive più idonee.
Nei cilindri a tiranti, la testata, il mantello cilindrico ed il fondello sono tenuti insieme da tiranti. Nei cilindri a profilo circolare, la testata, il corpo e il fondello sono congiunti strettamente tra di loro con viti o per saldatura o mediante anelli di bloccaggio. Tutti i componenti sono dimensionati per garantire un elevato grado di sicurezza anche alla pressione massima.
I pistoni dei cilindri oleodinamici sono soggetti a carico di punta.
Applicazioni dei Cilindri Oleodinamici a Doppio Effetto
I cilindri oleodinamici a doppio effetto trovano vasta applicazione in diversi settori. Di seguito alcuni esempi:
- Settore mobile e agricolo: Molti modelli sono particolarmente richiesti in questo settore, come il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0-M250 con fondello saldato e senza ancoraggi, noto per affidabilità e versatilità.
- Applicazioni industriali: Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMF-M250 con fondello saldato internamente, flangia anteriore e stelo filettato è ideale per queste applicazioni.
Esempi Specifici di Cilindri a Doppio Effetto
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0LM-C200 con fondello saldato e senza ancoraggi (affidabilità, leggerezza e ridotto interasse totale).
- Cilindri oleodinamici doppio effetto serie HFR/HFR2S-M250 con fondello saldato + foro di fissaggio e boccola anteriore.
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM1-M250 con fondello saldato + snodo sferico tipo agricolo posteriore e anteriore.
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM2-M250 con fondello saldato + boccola posteriore e anteriore.
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM5-M250 con fondello saldato + occhio fisso posteriore e forcella anteriore.
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMB-M250 con fondello saldato + terminale lubrificabile posteriore e anteriore.
- Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMC-M250 con fondello saldato + snodo sferico radiale posteriore e anteriore.
Sistemi di Bloccaggio Idraulici a Doppio Effetto
Un primo livello di accesso all’automazione dei bloccaggi può avvenire quindi attraverso cilindri idraulici a semplice effetto: l’olio viene inviato ad un cilindro nel verso del bloccaggio, mentre l’apertura del cilindro viene governata da una molla (i cilindri saranno quindi “normalmente aperti”).
Pur essendo un grande passo avanti rispetto ad una soluzione completamente meccanica, i cilindri a semplice effetto possono non essere la soluzione perfetta in caso di automazioni spinte. Infatti la presenza di una molla non garantisce “certezze” in fase di apertura del cilindro (né in chiusura), soprattutto in presenza di un’eventuale contropressione nella mandata idraulica.
I bloccaggi a semplice effetto sono comunque ideali per molte tipologie di sistemi di serraggio. I componenti a semplice effetto sono più immediati e meno costosi da installare, perché richiedono meno linee idrauliche e hanno controlli più semplici, poichè necessitano di un minor numero di valvole.
Nello specifico, cilindri Roemheld sono progettati molle di ritorno più reattive e affidabili rispetto a quelle di qualsiasi altro produttore, quindi la necessità di dispositivi a doppio effetto non è sempre scontata.
Ci sono alcune situazioni, tuttavia, in cui i sistemi a doppio effetto sono più adatti o addirittura necessari. La maggior parte dei costruttori di attrezzature considerano sempre i cilindri a doppio effetto come un'opzione nelle circostanze ove un sistema a semplice effetto non darebbe elevate garanzie di sicurezza e consistenza del processo produttivo.
Con un po' di esperienza, costruire sistemi a doppio effetto può essere facile quasi quanto costruire sistemi a semplice effetto. La maggiore affidabilità dell'attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo.
Vantaggi dei Cilindri a Doppio Effetto
I cilindri a doppio effetto sono più adatti per le applicazioni di lavorazione che utilizzano il fluido refrigerante. Infatti i cilindri a semplice effetto hanno una piccola camera d'aria per la molla su un lato del pistone, mentre nei cilindri a doppio effetto l'olio è presente da entrambe le parti del pistone.
Quest'aria viene scaricata durante la corsa di bloccaggio, mentre nella corsa di sbloccaggio viene nuovamente aspirata. Per questo motivo l'uso di refrigeranti e fluidi da taglio deve essere considerato nella progettazione dell'attrezzatura, al fine di indirizzare opportunamente la scelta dei cilindri.
Anche se tutti i cilindri a semplice effetto hanno filtri dell'aria in metallo sinterizzato per impedire l'ingresso di contaminanti, c'è ancora la possibilità che fluidi aggressivi possano entrare nell'area della molla (specialmente con il refrigerante in pressione), causando malfunzionamenti.
I cilindri a doppio effetto dovrebbero essere utilizzati nei sistemi che hanno un carico/scarico automatico o qualsiasi altro sistema di comunicazione tra macchina e utensile, in modo che tutte le funzioni possano essere facilmente temporizzate e coordinate.
I cilindri a doppio effetto, quando dotati di controlli di posizione elettrici o pneumatici, permettono inoltre di avere maggiori certezze circa la loro posizione: nel caso di carico robotizzato questo diventa fondamentale, in quanto sarebbe disastroso che il robot iniziasse a scaricare un pezzo da un attrezzo ancora chiuso.
L’azione dell’olio, rispetto alla molla, è inoltre molto più vigorosa, in quanto praticamente non risente di eventuali contropressioni.
Tabella Comparativa Cilindri a Semplice e Doppio Effetto
| Caratteristica | Cilindro a Semplice Effetto | Cilindro a Doppio Effetto |
|---|---|---|
| Forza | Esercitata in una sola direzione | Esercitata in entrambe le direzioni |
| Controllo | Limitato al movimento in una direzione | Controllo preciso del movimento in entrambe le direzioni |
| Complessità | Meno complesso e meno costoso | Più complesso e costoso |
| Applicazioni | Ideale per applicazioni che richiedono forza in una sola direzione | Ideale per applicazioni che richiedono movimenti avanti e indietro rapidi ed efficienti |
| Refrigeranti | Meno adatto in ambienti con refrigeranti | Più adatto in ambienti con refrigeranti |
Costruire una Pressa Idraulica da Officina Fai da Te
Molti appassionati di meccanica si chiedono come sia possibile costruire una pressa idraulica in casa, simile a quelle utilizzate nelle officine professionali. Ecco una guida dettagliata per realizzare una pressa idraulica fai da te.
Componenti Essenziali per la Costruzione
Una pressa idraulica da officina è generalmente composta da:
- Un telaio verticale molto resistente.
- Un pistone idraulico a singolo o doppio effetto.
- Una pompa idraulica (manuale o elettrica).
- Una tavola regolabile in altezza.
- Una base stabile.
Il Telaio
La struttura a colonna, solitamente di colore rosso, è composta da elementi meccanici saldati e forata verticalmente per regolare l'altezza di lavoro.
La Tavola
La tavola o bancale è composta da larghe e spesse lamiere montate parallelamente, con una superficie rinforzata per contenere gli assemblaggi meccanici.
Il Pistone
Il pistone è la parte mobile che applica la pressione. Esistono diversi tipi di pistoni:
- Pistone a comando manuale: sposta un cursore che applica la pressione.
- Pistone idraulico: azionato da un'unità esterna, alimentato elettricamente e comandato a mano con pulsante o pedale.
La Pompa e il Gruppo Idraulico
La pompa idraulica può essere manuale o idropneumatica, collegata al pistone da un flessibile rinforzato. Il gruppo idraulico, posizionato sul telaio, alimenta il pistone. Un limitatore di pressione assicura che la forza ammissibile non venga superata.
Il Manometro
Situato nella parte superiore della pressa, il manometro indica la pressione applicata dal pistone.
Dimensionamento e Progettazione
Per dimensionare correttamente la pressa idraulica, è fondamentale considerare la forza necessaria per i lavori che si intendono eseguire. Le presse idrauliche da officina sono disponibili con forze diverse, che possono variare dalle 5 alle oltre 100 tonnellate. Identificare l'esigenza precisa è il primo passo da effettuare prima di comprare questo attrezzo.
Avendo il pistone e la pompa, con quattro pezzi di ferro e un paio di travetti si può rifare facilmente, basta andare in officina, dare un'occhiata e scopiazzare quello che già c'è e funziona benissimo.
Alternative Manuali e a Pedale
Per lavori casalinghi, una pressa manuale a pedale può essere sufficiente, soprattutto per mettere e togliere cuscinetti. Tieni conto che ci sono meccanici professionisti che, per cuscinetti da automobili usano proprio presse a pedale, naturalmente sono a doppio effetto, e quindi spingono dall'alto, ma se non hai fretta... basta anche un crick idraulico a pedale montato in una pressa uguale a quella del video...
In quasi tutte le officine meccaniche c'è una pressa manuale per togliere cuscinetti e altri lavori in pressione.
Il pistone non è a doppio effetto, ma bensì preme soltanto, il ritorno in alto è realizzato con una molla interna, che quando si apre il rubinetto di scarico della pressione, lo riporta in alto. Sono molto semplici, un pistone, una pompa manuale con una leva (proprio tipo crik) e un paio di rubinetti che aprono o chiudono delle valvole.
Sicurezza
La sicurezza è un aspetto fondamentale nella costruzione e nell'utilizzo di una pressa idraulica. È essenziale seguire alcune precauzioni per evitare incidenti:
- Utilizzare sempre occhiali protettivi.
- Assicurarsi che la pressa sia fissata saldamente al pavimento.
- Evitare saldature nei punti sottoposti a sforzo.
- Utilizzare spine in acciaio temperato nei punti strategici.
- Non superare la forza massima supportata dalla pressa.
La sicurezza delle presse idrauliche è disciplinata dalla norma europea UNI EN ISO 16092-3:2018 che recepisce la Direttiva macchine.
Accessori Indispensabili
- Prismi di supporto a V: per assicurare la stabilità di tubi e assi.
- Punzoni: per lavori specifici di deformazione.
- Supporto per pressa idraulica: per tenere in sicurezza i pezzi meccanici.
- Cassetta di estrattori: per l'estrazione professionale dei cuscinetti.
Altri Tipi di Presse da Officina
Oltre alla pressa idraulica standard, esistono altri tipi di presse utilizzate in officina:
- Curvatubi idraulica: per piegare tubi in acciaio.
- Pressa piegatrice a tubi: dotata di matrici per diversi diametri di tubi.
- Pressa a telaio idraulico: per assemblaggi complessi, utilizzata nell'industria del legno.
- Compressore per molle degli ammortizzatori: per smontare molle elicoidali.
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