Le macchine idrauliche sono strumenti che sfruttano la potenza di un fluido per compiere lavoro, trovando impiego in numerose applicazioni pesanti.
Vantaggi delle Trasmissioni Idrauliche
Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è la capacità di trasmettere grandi potenze a distanza tramite tubi flessibili, consentendo trasmissioni disassate e senza vincoli di allineamento. Questo si traduce in un'ottima capacità di assorbire 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 (ingranaggi, cinghie, pulegge). Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi, ad esempio, nei cilindri idraulici, modificando l’area del pistone (a pari pressione) per ottenere una forza maggiore.
La potenza idraulica è esprimibile come prodotto fra portata e pressione (P = Q * p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica a causa delle perdite, per cui 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), mentre il rendimento meccanico (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.
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 di un Sistema Idraulico
Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema, ricevendo potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi, o accoppiamenti flessibili.
Pompe a Ingranaggi
Le pompe a ingranaggi sono economiche, a durata elevata e dal funzionamento semplice, ma meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa e sono solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa. 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: modificando la corsa dei pistoni o modificando la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.
Motori Idraulici: Tipi e Funzionamento
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.
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.
Motori Idraulici Reversibili
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.
I componenti di questo tipo si suddividono in due tipologie principali: motori unidirezionali e motori reversibili (detti anche bidirezionali o bisenso). Una volta inseriti nell’applicazione, i motori unidirezionali possono ruotare solo in un senso: verso destra (orario) o verso sinistra (antiorario). L’operazione è semplice e quasi sempre possibile senza cambiare nessun componente. Sono la tipologia più standard. Una volta installati nell’applicazione, i motori reversibili possono ruotare in due direzioni - sia in senso orario che in senso antiorario - senza dover fare alcuna modifica.
Nei motori reversibili, il drenaggio standard è esterno e serve a proteggere il paraolio da contropressioni che ne provocherebbero l’espulsione. Questo comporta che la pressione di uscita debba essere minore della resistenza del paraolio. Anche nei motori unidirezionali puoi optare per il drenaggio esterno, ma si tratta di una personalizzazione speciale, non dello standard e richiede un codice dedicato.
Tipologie di Motori Idraulici
- Motori a ingranaggi esterni: Rappresentano una possibile alternativa fra gli azionamenti rotativi per potenze fino a circa 50 kW. Questi motori sono disponibili in versione a rotazione monodirezionale o reversibile, per funzionamento a 2 e a 4 quadranti.
- Motori a pistoni assiali: Sono disponibili in versione a piastra oscillante o ad asse inclinato, per applicazioni a pressioni medio-alte. Si distinguono per robustezza, affidabilità, resistenza, silenziosità nonchè un'elevata efficienza e ottimizzazione dei costi.
- Motori idraulici a pistoni radiali: Più compatti e leggeri delle serie precedenti, mantengono invariate le prestazioni, raggiungendo così un’impareggiabile densità di potenza. Questo motore a pistoni radiali compatto rende gli azionamenti idraulici diretti la scelta ottimale per applicazioni di peso e dimensioni più contenute.
Guida alla Scelta del Motore Oleodinamico
Stai cercando un motore oleodinamico Vivoil per il tuo progetto? Ecco una guida che ti aiuterà a individuare il componente ottimale per il tuo caso, con consigli per scegliere il tipo di motore e gli optional più adatti. Il motore oleodinamico è un componente che trasforma l’energia idraulica in energia meccanica (al contrario della pompa oleodinamica che, invece, trasforma l’energia meccanica in energia idraulica). Il primo passo per scegliere il componente più adatto è individuare il tipo di motore migliore per il tuo progetto, in base alla modalità di funzionamento.
È importante ricordare che gli alberi possono essere applicati solo ad alcuni tipi di flange. Quindi, scegliendo un certo tipo di flangia, avrai la possibilità di selezionare solo determinate tipologie di alberi.
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