I distributori a cursore appartengono al gruppo dei distributori e sono elementi fondamentali nei sistemi oleodinamici. Le valvole con distributori a cursore appartengono al gruppo delle valvole direzionali e sono progettate per la distribuzione e il controllo del flusso tra la pompa e gli attuatori (cilindri e motori idraulici); inoltre sono utilizzate nei sistemi idraulici con portata fino a 100 l/min.
Tipologie di Distributori Idraulici
Esistono diverse tipologie di distributori idraulici, adatti a svariate applicazioni:
- Valvole di comando direzionale D1VW Parker: Valvole idrauliche on/off ad azionamento diretto ad elevate prestazioni, conformi alle norme di montaggio NFPA D03 e ISO 4401.
- Valvola proporzionale a doppia azione: Questa valvola proporzionale è adatta ai compiti più impegnativi e richiede un regolatore speciale per garantire precisione di ripetizione, precisione di risposta e bassa isteresi.
- Valvole proporzionali Cetop 7 (NG16): Proporzionale di tipo ad alta risposta (2 stadi), ELDFHG-04/06 (che utilizzano ELDFG-01 come pilota).
- Distributori monoblocco: Con cursori, possono essere equipaggiati con valvole ausiliarie di controllo di pressione e di valvole di regolazione del flusso.
Funzionamento e Caratteristiche
Il funzionamento di un distributore idraulico è determinato dal numero di elementi idraulici da azionare. In questo modo il sistema idraulico funziona in modo efficiente e ogni sezione di lavoro consuma una quantità di energia sufficiente rispetto ai circuiti tradizionali.
Per prima cosa è necessario collegare il tubo di mandata della pompa P del distributore. La valvola di massima è regolabile da 30 a 210 bar; per regolare la pressione è consigliabile montare un manometro che abbia una scala che possa arrivare almeno fino a 250 sulla connessione supplementare P. È possibile a questo punto regolare la valvola di massima del distributore agendo sul grano posto sulla valvola stessa.
Una vasta scelta di elettrovalvole sono disponibili a seconda delle applicazioni richieste. In particolare Preo ha sviluppato una nuova elettrovalvola che si pone tra le migliori presenti sul mercato.
Esempi di Distributori Idraulici
Ecco alcuni esempi di distributori idraulici disponibili sul mercato, ideali per diverse applicazioni:
- Distributore idraulico 2 leve, 40 l/min, doppio effetto: Valvola monoblocco in ghisa d'acciaio, pressione fino a 250 bar, raccordi BSP standard G 1/2" e G 3/8".
- Distributore oleodinamico Ama modello Basic: Disponibile in diverse configurazioni (da 3/8" a 4 leve, da 3/8" a 2 leve, da 3/8" a 3 leve, da 1/2" a 1 leva), con circuito a doppio effetto e ritorno a molla, portata 40 litri e pressione massima 180 bar. Progettato appositamente come ricambio per trattori.
- Distributore Walvoil modello SD5: Disponibile da 3/8" con 1 sezione doppio effetto con comando elettrico 12VDC, 40 litri, oppure con 2 leve a doppio effetto con ritorno a molla.
Accessori e Componenti Aggiuntivi
Per completare un sistema idraulico, sono disponibili diversi accessori e componenti aggiuntivi:
- Kit leva cloche: Per distributori Basic, offre un'esperienza di controllo senza sforzo e intuitiva.
- Bussola Carry-Over: Per distributori oleodinamici, svolge la funzione di continuazione della linea di pressione fra trattore e macchinario agricolo ed è compatibile con i modelli BASIC 3/8".
Applicazioni
I distributori idraulici trovano impiego in una vasta gamma di settori, tra cui:
- Macchinari agricoli
- Impianti industriali
- Spaccalegna
- Sistemi idraulici che richiedono un controllo preciso del flusso
Analisi CFD di un Distributore Oleodinamico
Nel campo della simulazione di componenti oleodinamici, due sono i possibili approcci: l'utilizzo di modelli a parametri concentrati, detti anche 0D, e la fluidodinamica computazionale (CFD). La simulazione a zero dimensioni ha il vantaggio di richiedere poche risorse di calcolo ed è adatta prevalentemente allo studio di un intero sistema costituito da numerosi componenti. Il principale svantaggio consiste nella necessità di conoscere alcuni coefficienti che solo in prima approssimazione possono essere assunti come parametri costanti e indipendenti dal componente specifico analizzato. La simulazione CFD invece può tenere in conto la reale geometria tridimensionale del componente senza la necessità di semplificare i complessi fenomeni che avvengono al suo interno, tuttavia richiede risorse di calcolo significative. Inoltre, anche l'utilizzo della tecnica CFD necessita di particolare attenzione su come viene impostato il modello.
Con riferimento ai distributori oleodinamici, due grandezze sono di particolare interesse per definirne le prestazioni: le perdite di carico interne e la forza di flusso sull'elemento mobile (cassetto) che definisce la sezione di passaggio. La forza di flusso è originata dalla variazione del momento della quantità di moto che il fluido subisce nell'attraversare la valvola ed ha sempre direzione tale da tentare di chiudere la sezione di passaggio. La conoscenza della sua entità è importante per definire la forza che il sistema di controllo della posizione del cassetto deve essere in grado di fornire per mantenere la valvola aperta. Tale forza è proporzionale alla portata e pertanto può assumere valori considerevoli in valvole di grossa taglia.
In questo contesto è importante avere un modello di simulazione capace di quantificare la forza di flusso in un distributore, in modo che possa essere utilizzato per ottimizzarne la geometria al fine della sua riduzione. Nel presente articolo viene presentato un modello CFD realizzato con il software commerciale FloEFD di un distributore load sensing postcompensato. Tale tipologia di valvole viene utilizzata in sistemi oleodinamici mobili a bordo di diversi veicoli quali ad esempio escavatori, sollevatori telescopici o macchine agricole, per controllare la velocità degli attuatori. La configurazione tipica prevede una pompa a cilindrata variabile con limitatore di pressione differenziale e la posizione del cassetto di ogni distributore viene controllata da un dispositivo elettroidraulico che riceve il comando dall'operatore tramite un joystick.
Le simulazioni sono state effettuate per diverse aperture del cassetto e diverse portate. È stato dimostrato, tramite prove sperimentali su un banco prova dedicato nel laboratorio di oleodinamica del Politecnico di Torino, che il modello è in grado di prevedere con buona precisione sia la caduta di pressione interna alla valvola che la forza di flusso. Inoltre è stata valutata una possibile modifica del cassetto per ridurre la forza di flusso a fronte di un modesto incremento della caduta di pressione.
Descrizione del Componente
Il componente analizzato è un distributore load sensing del tipo flow sharing utilizzato in applicazioni di oleodinamica mobile multiutenza. Il modulo è costituito da un cassetto principale (CP) e un compensatore locale (CL); quest'ultimo ha la funzione di mantenere una caduta di pressione costante ai capi degli spigoli pilotanti con intagli semicircolari del cassetto, la cui area di passaggio è decisa direttamente dall'operatore. La portata in uscita dal compensatore locale è indirizzata verso la porta A o B tramite un secondo passaggio attraverso il cassetto.
Il compensatore è mantenuto normalmente chiuso da una moletta a basso precarico con pressione equivalente sc , e dalla pressione di load sensing massima pLS tra tutti i carichi alimentati simultaneamente. La forza in chiusura è generata dalla pressione a valle dello spigolo pilotante del cassetto principale che quindi è mantenuta al valore pLS + sc . Poiché la pressione a monte dello spigolo pilotante è imposta dal limitatore di pressione differenziale della pompa al valore pLS + s, dove s è la taratura del limitatore, la caduta di pressione ai capi dello spigolo pilotante è mantenuta costante al valore s - sc . In questo modo la portata inviata dal distributore è solo funzione del comando imposto dall'operatore tramite il joystick e non dipende dal carico applicato sull'attuatore, il quale varia in base alle condizioni operative.
Attrezzatura Sperimentale
Lo scopo delle misure sperimentali è stato di valutare la caduta di pressione ai capi della valvola, sia sul percorso di andata verso l'attuatore che su quello di ritorno a serbatoio, e la forza di flusso agente sul cassetto principale per diverse posizioni da quest'ultimo assunte e imponendo diverse portate in ingresso. La valvola è stata provata senza carico connettendo tra loro direttamente le porte A e B tramite un tubo flessibile.
Modello CFD
FloEFD discretizza le equazioni di governo con il metodo dei volumi finiti e riconosce automaticamente il dominio fluido racchiuso in una regione della geometria CAD. La mesh di base è stata realizzata con lo strumento automatico disponibile all'interno del software scegliendo un opportuno livello iniziale di discretizzazione insieme al criterio di affinamento advanced channel refinement. Ogni mesh locale creata è stata caratterizzata da un coerente livello di raffinamento in modo da avere le sezioni di passaggio minime discretizzate con almeno 14 celle. Inoltre, dopo il numero di iterazioni richiesto per ottenere la propagazione di un'onda di pressione attraverso l'intero dominio di calcolo, la mesh è stata automaticamente aggiornata nelle regioni con i maggiori gradienti.
Come condizioni al contorno sono state imposte le portate in ingresso sulle porte P ed A, mentre sulle porte B e T sono stati imposti i valori di pressione misurati sperimentalmente nelle stesse condizioni di lavoro. Le quantità calcolate dal modello sono state le pressioni alle porte P ed A e la forza assiale totale sul cassetto principale. Poiché non c'era pressione sulle superfici laterali alle estremità del cassetto, la forza calcolata dal software è l'unica forza dovuta al passaggio del fluido che quindi ha potuto essere confrontata direttamente con il valore misurato dalla cella di carico.
Le prove sperimentali sono state effettuate con tre posizioni del cassetto imposte dalla vite micrometrica, ovvero 6, 7 e 8 mm, alla temperatura costante dell'olio di 40 °C. Per ciascuna posizione del cassetto sono stati imposti 4-5 valori di portata.
Dal confronto con le misure sperimentali si può affermare che il modello CFD sviluppato è in grado di riprodurre con buona accuratezza le cadute di pressione interne alla valvola; inoltre anche la forza di flusso, che solitamente è la quantità più difficile da simulare, nonostante una sottostima ad aperture più basse del cassetto, è prevista in modo adeguatamente accurato. La validazione in diverse condizioni operative ha dimostrato che il modello CFD è sufficientemente affidabile per essere utilizzato come strumento di ottimizzazione. Infatti la validazione della sola caduta di pressione è una condizione necessaria ma non sufficiente per affermare che il modello sarà in grado di prevedere correttamente anche la forza di flusso, perché tale forza è la conseguenza del campo di pressione attorno all'intero cassetto e non solo nelle regioni localizzate in corrispondenza delle aree di passaggio minime.
Ovviamente non esiste un prodotto giusto per qualsiasi esigenza. Da generazioni ci occupiamo di oleodinamica e pneumatica, e sappiamo bene quanto siano importanti l'assistenza e la competenza in questo campo.
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