Le macchine idrauliche, strumenti che utilizzano la potenza di un fluido per compiere lavoro, trovano impiego in numerose applicazioni pesanti.
Vantaggi della Trasmissione Idraulica
Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è la capacità di trasmettere grandi potenze a qualsiasi distanza tramite tubi flessibili. Questo consente di realizzare trasmissioni disassate e senza particolari vincoli di allineamento, assorbendo efficacemente i picchi di carico derivanti da urti e sovraccarichi. Inoltre, la gamma di attuatori standardizzati utilizzabili nelle trasmissioni idrauliche è molto ampia.
Un'altra caratteristica fondamentale dei sistemi a trasmissione idrostatica è la possibilità di moltiplicare la forza o la coppia in modo semplice e indipendente dalla distanza tra ingresso e uscita, senza la necessità di un collegamento meccanico. Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi, ad esempio con i cilindri idraulici, dove basta modificare l’area del pistone per ottenere una forza maggiore a parità di pressione.
Tipologie di Circuiti Idraulici
Nei circuiti aperti, si utilizzano pompe che forniscono una portata continua di fluido, anche pompe economiche a cilindrata costante. La gamma dei componenti accessori si limita a valvole di sfogo e valvole di controllo. Per permettere il funzionamento del motore in entrambi i sensi di rotazione, è necessario invertire il flusso del fluido.
I circuiti chiusi invece permettono il funzionamento anche in modalità reversibile, ovvero con il motore che assorbe potenza frenando l’utilizzatore. Per evitare la cavitazione, tutte le condotte vengono alimentate da una pompa ausiliaria, che fornisce una portata di poco superiore a quella di trafilamento. Una valvola di massima pressione scarica la portata in eccesso.
La potenza idraulica è esprimibile come prodotto tra portata e pressione (P = Q p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica, quindi si introducono diversi rendimenti, sempre inferiori a 1: il rendimento volumetrico (ηq) e il rendimento meccanico (ηp) o di pressione.
Per una pompa, il rendimento volumetrico esprime la portata perduta (Qeff = ηq Qteorica). Il rendimento meccanico invece (ηp) viene espresso in funzione della perdita di pressione (peff = ηp pteorica). Per un motore le relazioni vengono invertite, in quanto il motore deve elaborare più fluido (e quindi portata) per ottenere la potenza teorica.
Oltre alle perdite nelle pompe e nei motori, vanno considerate le perdite all’interno dei circuiti con trasmissioni idrostatiche. Queste sono generalmente di due tipi: localizzate o distribuite. Le seconde sono relative alla resistenza dovuta al flusso di fluido all’interno delle tubazioni. Anche queste vengono in genere fornite dal produttore dei tubi, in genere con abachi che legano la perdita alla lunghezza della tubazione, alla sua dimensione e alla velocità del fluido.
Come già spiegato, il fluido idraulico è il mezzo che permette la trasmissione idrostatica della potenza nel circuito. Sono solitamente olii di origine petrolifera, con aggiunta di vari additivi. I campi di temperature ammesse sono, per funzionamento continuo, 130°C per olii di origine petrolifera, 200°C per esteri siliconici e 260°C per esteri.
Componenti Principali dei Sistemi Idraulici
Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema. Solitamente ricevono potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi, o accoppiamenti flessibili.
Pompe ad Ingranaggi
Le pompe ad ingranaggi sono economiche, a durata elevata, dal funzionamento semplice. Sono meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa e sono solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa. Il funzionamento è molto semplice: un motore fa ruotare una delle due ruote dentate, che trascina l’altra. Il fluido viene trascinato nei vani che si realizzano fra i fianchi dei denti e la superficie cilindrica del corpo pompa. In questo modo si genera una portata volumetrica, mentre una piccola parte di fluido defluisce all’indietro (abbassando quindi l’efficienza). Sono pompe molto diffuse, soprattutto per le applicazioni a funzionamento continuativo.
Pompe a Pistoni
Le pompe a pistoni vengono progettate in genere con un meccanismo a spostamento variabile, per modificare il flusso in uscita e controllare la pressione del sistema. In genere è presente un corpo cilindrico rotante con cilindri scavati. I pistoni sono collegati mediante cerniere e pattini al piatto inclinato (che è fisso rispetto al carter); i pistoni sono trascinati dal corpo rotante. Un’altra modalità costruttiva è quella a corpo inclinato. Nelle pompe a pistoni assiali il numero cilindri è in genere 5 o 7, comunque dispari (per evitare punti morti).
Nelle pompe a cilindrata variabile, la portata può variare per effetto di due regolazioni. Come già visto è possibile regolare la cilindrata della pompa modificando la corsa dei pistoni, ma è anche possibile modificare la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.
Motori Idraulici
In un sistema a trasmissione idrostatica i motori assorbono la potenza idraulica generata dalla pompa.
Ipotizziamo di voler effettuare un predimensionamento di un circuito idraulico semplice, costituito da due motori che assorbono 80 Nm a 60 giri/min (500 W circa). Da catalogo si ricava il diagramma di funzionamento del motore scelto. La cilindrata richiesta Vr è pari a V = Q 1000 / n. Ipotizzando di fornire potenza alla pompa tramite un motore operante a 1000 giri/min, si ricava una cilindrata di 8.2 cm3, il 45% della cilindrata massima.
Scelta dei Componenti e Manutenzione
Una volta scelti i componenti principali non resta che scegliere i tubi. La scelta è facilitata dai cataloghi dei produttori, che forniscono abachi per il calcolo del diametro dei tubi in funzione della pressione. Lo stesso vale per i raccordi e per le valvole di controllo; una volta scelti questi componenti e calcolate le perdite distribuite e concentrate, è utile ricalcolare la pressione e la portata richieste alla pompa, per valutare se si è ancora nel campo di regolazione della stessa.
Motocarriole: Manutenzione Ordinaria e Straordinaria
Le motocarriole sono un aiuto fondamentale per il trasporto di materiali pesanti e ingombranti su terreni difficili. Per un loro corretto utilizzo è essenziale una corretta manutenzione.
Fasi della Manutenzione
La manutenzione delle motocarriole si divide in due fasi principali:
- Manutenzione ordinaria
- Manutenzione straordinaria in caso di un prolungato periodo di inutilizzo
Manutenzione Ordinaria
Una cura regolare e attenta consente di preservare l’efficienza del motore, la sicurezza del mezzo e la durata delle componenti. Gli interventi principali includono:
- Controllo del livello dell’olio motore
- Pulizia e sostituzione del filtro dell’aria
- Verifica della candela di accensione e sua sostituzione
- Controllo del cassone
- Controllo dello stato e della tensione della cinghia di motore trasmissione/cambio
- Pulizia regolare della motocarriola
Controllo dell’Olio Motore
Controllare il livello dell’olio motore è fondamentale per assicurare una lubrificazione adeguata e prevenire il surriscaldamento. Il livello dell’olio va controllato ogni 10 ore di utilizzo o almeno una volta al mese.
Ispezione del Filtro dell’Aria
Il filtro dell’aria impedisce a polvere e detriti di entrare nel motore, garantendo una combustione pulita ed efficiente. Pulisci il filtro ogni 25 ore di utilizzo o almeno una volta al mese. Il filtro va sostituito se è eccessivamente sporco o danneggiato.
Verifica della Candela di Accensione
La candela di accensione è responsabile dell’accensione del carburante nel motore. Una candela sporca o usurata può compromettere le prestazioni del motore e aumentare il consumo di carburante. Verificare le condizioni della candela ogni 50 ore di utilizzo o almeno ogni due mesi.
Controllo del Cassone
Il meccanismo di ribaltamento del cassone deve funzionare correttamente per garantire un utilizzo sicuro e fluido. È consigliato verificarne le condizioni ogni 20 ore di utilizzo. Nel caso di cassone idraulico, controllare il livello dell’olio idraulico e verificare eventuali perdite. Per il cassone a ribaltamento manuale, controllare i cardini e i perni.
Controllo della Cinghia di Trasmissione
La cinghia di motore trasmissione/cambio ha un ruolo fondamentale nel trasferire la potenza dal motore alla trasmissione. Controllare lo stato e la tensione della cinghia regolarmente. Una cinghia in buone condizioni deve essere priva di crepe, segni di usura o sfilacciamenti lungo i bordi.
Pulizia Regolare della Motocarriola
La pulizia regolare è essenziale per mantenere in buono stato tutte le sue componenti. Pulire la motocarriola dopo ogni utilizzo, specialmente se è stata usata su terreni fangosi o polverosi. Una pulizia completa dovrebbe essere fatta almeno una volta al mese.
Manutenzione Straordinaria
Quando la motocarriola rimane ferma per un lungo periodo, è fondamentale eseguire una manutenzione straordinaria prima di rimetterla in funzione. Questo processo aiuta a evitare problemi di accensione e riduce il rischio di guasti.
Nella manutenzione straordinaria, gli interventi principali riguardano:
- Sostituzione del carburante e pulizia del serbatoio
- Verifica della carica della batteria
- Controllo della trasmissione o leva del cambio
- Verifica del livello di pressione delle gomme o della tensione dei cingoli
- Lubrificazione delle parti mobili
Sostituzione del Carburante e Pulizia del Serbatoio
Dopo un lungo periodo di inutilizzo, è essenziale sostituire il carburante presente nel serbatoio, poiché può deteriorarsi e lasciare residui che potrebbero compromettere il sistema di alimentazione. Svuotare completamente il serbatoio e pulire l’interno con un panno morbido.
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