I motori idraulici svolgono la funzione inversa delle pompe, cioè convertono l’energia idraulica in energia meccanica di tipo rotatorio.
Come per le pompe, anche per i motori esiste una ampia gamma di forme e principi costruttivi.
Gran parte delle considerazioni costruttive fatte per le pompe volumetriche possono essere riferite anche ai motori volumetrici corrispondenti.
Cos'è e come funziona un motore idraulico?
L’oleodinamica è una tecnica che utilizza i fluidi per generare pressione e convertirla in energia meccanica.
I cilindri e le pompe idrauliche consentono di sollevare carichi pesanti con il minimo sforzo.
Questi vengono inoltre utilizzati anche nelle frizioni o nei sistemi frenanti dei veicoli commerciali.
La parola oleodinamica è composta da due parole greche: “élaion”, riferito a sostanze dotate di untuosità, e “dynamikós” riferito alla forza e al movimento.
Da ciò si può dedurre in cosa consiste un sistema oleodinamico: un fluido viscoso viene immesso in un sistema chiuso dove successivamente viene creata o aumentata una certa pressione per azione meccanica o statica.
In entrambi i processi, la pressione che si crea viene trasmessa attraverso tubi o sistemi di tubature fino a innescare la reazione (meccanica) desiderata in un punto specifico.
In virtù del loro semplice funzionamento, gli impianti oleodinamici vengono utilizzati in un’ampia gamma di aree di lavoro.
Per il funzionamento di sistemi oleodinamici viene raramente utilizzata l’acqua.
Di solito tali impianti vengono azionati con l’aiuto di un olio speciale (olio idraulico).
Grazie alle sue proprietà, l’olio è perfettamente idoneo a garantire un funzionamento delicato all’interno della meccanica di precisione di macchine e motori.
Come oli oleodinamici si possono utilizzare, a seconda del settore di applicazione, oli minerali, oli vegetali, emulsioni acqua-olio o fluidi sintetici.
I sistemi oleodinamici possono movimentare grandi carichi con una forza facile da gestire.
In tale processo sono coinvolti diversi componenti all’interno del circuito oleodinamico.
La seguente panoramica passo dopo passo spiega in maniera semplice come funziona l’oleodinamica.
Aumento della pressione
La pompa idraulica viene azionata manualmente (ad esempio azionando una leva o un pedale) o tramite un motore.
Il movimento del pistone riduce lo spazio per l’olio idraulico.
La pressione continua a salire.
Distribuzione del volume o del flusso
Il fluido in pressione è chiamato anche volume o flusso.
Questo viene distribuito attraverso i tubi idraulici del sistema.
Nei sistemi oleodinamici complessi è possibile utilizzare delle valvole per controllare la direzione del flusso volumetrico.
Conversione in energia meccanica
Una volta che il fluido si è diffuso attraverso i tubi e ha accumulato una pressione sufficiente, attiva un secondo cilindro o motore idraulico (cilindro idraulico doppio effetto) che è responsabile del processo corrispondente (ad esempio, il sollevamento di una piattaforma o l’attivazione del freno).
Ritorno del fluido idraulico
Infine, per abbassare nuovamente la pressione nel caso di sistemi manuali a molla (in un sistema frenante, ad esempio), è sufficiente riposizionare la leva nella sua collocazione iniziale.
Sulle macchine edili più grandi o su elevatori idraulici potenti è presente di solito un secondo interruttore che abbassa il pistone e, se necessario, apre una valvola di ritorno in modo che il fluido idraulico venga nuovamente distribuito in maniera uniforme all’interno del sistema.
Nota bene: Il funzionamento della centralina oleodinamica è essenziale per gestire la distribuzione del fluido e il controllo delle valvole, inclusa la valvola di massima pressione.
Anche se le modalità di funzionamento sono molto simili, l’oleodinamica presenta alcuni vantaggi rispetto alla pneumatica.
I sistemi e gli azionamenti oleodinamici sono estremamente potenti.
Applicazioni dell'Oleodinamica
In virtù del loro semplice funzionamento, gli impianti oleodinamici vengono utilizzati in un’ampia gamma di aree di lavoro. Quali sono i settori che impiegano l’oleodinamica?
- Macchine agricole e da costruzione: accessori per escavatori, gru, trattori e benne ad alto ribaltamento
- Officina meccanica: piattaforme di sollevamento, utensili, sollevatori idraulici
- Ingegneria automobilistica: frizione, freni, servosterzo, telaio
- Ingegneria logistica: carrelli elevatori, transpallet manuali
- Impianti di sollevamento
- Produzione: presse idrauliche, banchi prova, nastri trasportatori
Vantaggi di un sistema oleodinamico
- Elevata trasmissione di potenza
- Ingombro relativamente ridotto
- Buona adattabilità alle contingenti condizioni di spazio grazie a tubi e collegamenti flessibili
- Idoneità anche per macchine di precisione grazie a sequenze di movimento lente e regolabili separatamente
- Lunga durata e bassa usura (se mantenuti e utilizzati seguendo le istruzioni)
- L’olio idraulico previene l’attrito e allo stesso tempo svolge una funzione refrigerante, aumentando così la durata del sistema
Optional per motori oleodinamici
Il supporto con cuscinetti è un optional dei nostri motori oleodinamici che aumenta la resistenza ai carichi radiali e assiali.
È utile in diversi settori e applicazioni, nel caso di trasmissioni con pulegge, ruote dentate e ventole e in generale quando si devono far ruotare oggetti con massa elevata.
La valvola di anticavitazione è un optional che si usa per minimizzare il rischio che il motore subisca dei danni dovuti alla cavitazione: è utile in caso di arresto dell’alimentazione dell’olio al motore per prevenire il blocco del motore stesso consentendo una rotazione libera.
L’utilizzo più comune è in presenza di massi rotanti elevate e/o impianti con distributori a centro chiuso.
La valvola di massima si usa per limitare la pressione a carico del motore oleodinamico e quindi per proteggere il motore e gli altri componenti dai danni generati dai picchi di pressione.
La valvola di anticavitazione + valvola di massima riunisce in sé entrambe le funzioni delle due valvole e quindi evita, allo stesso tempo, sia i rischi associati all’eccessiva pressione che quelli da cavitazione.
Il regolatore di velocità permette all’utilizzatore di avere il controllo diretto della velocità di rotazione dell’albero motore.
È utile in diversi casi, soprattutto quando il numero di giri deve essere costante, indipendentemente dalla portata.
Il drenaggio esterno è un optional dei motori oleodinamici unidirezionali e serve a preservare le tenute interne del motore dalle pressioni elevate.
È un sistema che comprende un motore con valvola di massima proporzionale, un distributore per invertire il verso di rotazione e una valvola anticavitazione. Normalmente, nei motori Vivoil, usiamo come standard un paraolio con rondella di sostegno, che garantisce una buona tenuta della pressione, fino a 6 bar continui.
La valvola di by pass elettrico serve a deviare il flusso di olio dall’ingresso direttamente allo scarico motore.
La valvola viene azionata da un segnale elettrico esterno.
Tipologie di Motori Idraulici
Pochi tipi di motori sono utilizzabili sia a velocità di rotazione molto basse che a quelle superiori a 1000 RPM.
I motori lenti detti anche motori LSHT (Low Speed High Torque) oltre a presentare basse velocità di rotazione presentano coppie elevate e sono ideali per tutte quelle applicazioni nelle quali l’utilizzatore richiede un carico notevole e basse velocità; infatti in questi casi un motore veloce, oltre a lavorare male, richiede ingombri e, quindi, costi molto più elevati.
Nell’esempio in esame, ciò è realizzato tramite un anello fisso che presenta una serie di condottini disposti in direzione assiale, di questi una metà (pari al numero delle camme) è posta in comunicazione con condotto toroidale in comunicazione con l’ammissione e l’altra metà con un condotto toroidale collegato allo scarico.
Il rotore, all’interno del quale sono realizzati i cilindri in cui alloggiano i corrispondenti pistoni, presenta, per ciascun cilindro, un condottino disposto anch’esso in direzione assiale e collegato al cilindro stesso.
Questo condotto, a causa della rotazione del rotore, viene in contatto, alternativamente, con i condotti fissi di alta e bassa pressione.
La versione multicorsa di questi motori presenta, al posto del piatto inclinato, un disco che è disposto perpendicolarmente all’asse di rotazione.
Solo i motori a palette fanno eccezione in quanto all’avviamento, per l'iniziale assenza delle forze centrifughe, le palette non riescono ad aderire sufficientemente ai fianchi dello statore per fare una adeguata tenuta, conseguentemente la coppia di avviamento si riduce notevolmente.
I motori della serie MSW sono dotati di valvola a disco: la valvola distributrice è stata separata dall'albero di uscita ed è azionata da un albero cardanico corto.
Una piastra di bilanciamento controbilancia le forze idrauliche intorno alla valvola distributrice. Esistono due tipi di ruote dentate: Il set Gerotor con denti lisci e il set Gerolor con denti dotati di rulli. I motori della serie MSW hanno il set Geroler.
I rulli riducono le sollecitazioni locali e le forze di reazione tangenziale sul rotore, riducendo al minimo l'attrito. - L'albero di uscita si adatta a cuscinetti a rulli conici, consentendo elevate forze assiali e radiali.
Componenti e Funzionamento dei Circuiti Idraulici
Le macchine idrauliche, definite come quella particolare categoria di strumenti e macchinari che utilizzano la potenza di un fluido per compiere lavoro, sono utilizzate in numerose applicazioni pesanti.
Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è il fatto di permettere la trasmissione di grandi potenze a qualunque distanza e tramite tubi flessibili: questo consente di realizzare trasmissioni disassate e senza particolari vincoli di allineamento, con il vantaggio intrinseco di avere un’ottima capacità di assorbire i picchi di carico derivanti da urti e sovraccarichi.
Inoltre la gamma di attuatori standardizzati che possono essere utilizzati 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 - di nuovo - in maniera indipendente dalla distanza fra ingresso e uscita, senza la necessità di un collegamento meccanico (ingranaggi, cinghie, pulegge).
Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi; come esempio si può pensare ai cilindri idraulici, in cui basta modificare l’area del pistone (a pari pressione) per ottenere una forza maggiore.
Nel caso dei 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 (per evitare sovraccarichi di pressione) e valvole di controllo (per permettere il deflusso del fluido verso il serbatoio).
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 fra portata e pressione (P = Q p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica. Si introducono quindi 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.
Pompe Idrauliche: Tipi e Funzionamento
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.
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.
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.
In un sistema a trasmissione idrostatica assorbono la potenza idraulica generata dalla pompa.
Dimensionamento di un Circuito Idraulico
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.
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.
Pompe a Ingranaggi: Funzionamento e Tipi
Le pompe a ingranaggi sono utilizzate per pompare fluidi anche a fronte di particolari viscosità, pressioni o temperature.
Si tratta di una tecnologia che, grazie all’azione di ruote dentate, possiede ottime qualità aspiranti.
Sono composte da due ruote dentate uguali a contatto tra loro: la prima viene azionata dal motore della pompa e trascina la seconda, facendola ruotare di conseguenza.
Gli ingranaggi sono posizionati su un albero dotato di due boccole interne completamente immerse nel fluido.
La struttura e i materiali utilizzati per le componenti sono strettamente legati alla tipologia di fluido da pompare.
Tipi di Pompe a Ingranaggi
- Pompe a ingranaggi esterni: si compone di due ingranaggi identici posizionati uno accanto all'altro. Uno di questi ingranaggi, detto ingranaggio motore, è azionato direttamente da un motore e a sua volta mette in movimento l'altro ingranaggio, detto ingranaggio mosso. Ogni ingranaggio è sostenuto da un albero con cuscinetti posizionati su entrambi i lati dell'ingranaggio. Durante il funzionamento, il fluido viene intrappolato tra i denti degli ingranaggi e trasportato dall'aspirazione alla mandata lungo la parte esterna dell'ingranaggio.
- Pompe a ingranaggi interni: utilizzano due ingranaggi accoppiati: un ingranaggio esterno, spesso ad anello, che guida l'ingranaggio interno, detto folle. Il fluido, intrappolato tra gli ingranaggi, viene trasportato dall'aspirazione alla mandata grazie alla rotazione degli ingranaggi accoppiati.
Le pompe a ingranaggi sono estremamente versatili e trovano applicazioni in una varietà di settori industriali.
Versatili e di qualità, Fluid-o-Tech realizza anche pompe a ingranaggi per liquidi viscosi, perfette per dosaggio, miscelazione, e ricircolo di numerosi tipi di fluidi, tra cui l'acqua.
- FG304: questa pompa a ingranaggi fa parte della serie FG200-300-400. Rappresenta la perfetta combinazione di design compatto, funzionamento silenzioso e flusso privo di pulsazioni, che la rendono ideale per ambienti sensibili allo spazio e al rumore.
- MG109: Questa pompa a ingranaggi fa parte della SERIE MG200-400. Le sue dimensioni compatte e le sue prestazioni di precisione la rendono ideale per le applicazioni ad alta tecnologia. Utilizzando il principio di azionamento a magnete, questa pompa offre una camera completamente sigillata, garantendo la gestione sicura di un'ampia gamma di liquidi corrosivi.
- SERIE DGD: questa serie di pompe a ingranaggi è ottimizzata per il trasporto di fluidi puliti e viscosi, in grado di supportare pressioni fino a 70 °C (158 °F), 4 bar (58 psi) e portate di 160 l/h (42 GPH).
La creazione di prodotti su misura parte da un disegno tecnico della struttura e del funzionamento della pompa a ingranaggi, realizzato secondo le esigenze e le richieste più complesse dei nostri clienti.
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