Cause del mancato rientro di un pistone idraulico

Supponiamo di avere un cilindro oleodinamico a doppio effetto con singolo stelo che sorregge un certo carico verticale. Diciamo che il cilindro è rivolto con lo stelo verso l'alto. Le due connessioni del cilindro siano bloccate per esempio, come nel mio caso, da due ritegni per cui l'olio non può fluire attraverso le connessioni. Questo cilindro sotto l'effetto del carico scende (lo stelo naturalmente) di qualche mm. Questo argomento è stato fonte di dibattito tra me e i miei colleghi.

La mia risposta è stata no perchè il volume di olio spostato durante la discesa nella camera grande, non può essere contenuto nella camera piccola con stelo (considerando l'olio incomprimibile). Questo problema per me può essere visto (prego di corregermi se sbaglio) alla stessa stregua di un cilindro senza perdite interne con le due connessioni collegate. Secondo voi applicando una forza verso il basso sullo stelo questo scende?

I pistoni idraulici a stelo tuffante, semplice effetto, funzionano cosi', non hanno guarnizioni all'interno e lo stelo non scende finche' l'olio non viene scaricato.

Non è del tutto vero che l'olio sia incomprimibile: ha una sua "costante elastica", come tutti i materiali. Senza contare che è possibile che nell'olio ci siano dei gas disciolti o delle sacche d'aria intrappolate da qualche parte.

Vi do qualche altra informazione. Le 2 connessioni alle estremità del cilindro sono bloccate perchè è presente una valvola di blocco rexroth del tipo z2s (allegato) che è interposta tra il distributore 4/3 e le connessioni del cilindro. Detto in altre parole l'olio in uscita dal cilindro incontra prima la valvola di non ritorno (una per ciascuna delle due linee) e dopo il distributore. E' stata messa proprio per mantenere le posizioni visto che un semplice distributore anche se a centri chiusi può presentare piccoli trafilamenti.

Quando la pompa spinge il pistone verso l'alto e questo arriva a fine corsa, la pressione dell'olio raggiunge i 250 bar. A questo punto il distributore commuta nella posizione di riposo e l'olio deve rimane "intrappolato" a quella pressione (quindi la camera piccola o quel poco che ne rimane si trova a 0bar). Lo stelo cala di qualche mm (2-5) e poi viene richiamata (con comando manuale) la posizione quindi non so dirvi se alla lunga scenda di più.

Una precisazione: ho aperto questa conversazione principalmente per avere dei chiarimenti concettuali, se volete teorici. E' chiaro che se nell'olio fosse presente aria, questo potrebbe scendere. Potrebbe darsi anche che ci siano dei trafilamenti nei tubi che lo connettono al blocco valvole (non facilmente accessibili). Io cercavo conferma del fatto che in assenza di perdite esterne, in assenza di aria, trascurando la comprimibilità dell'olio, un'eventuale usura delle guarnizioni del pistone non può far scendere lo stelo.

Estremizzando il concetto, facciamo finta che non ci siano proprio le guarnizioni del pistone. Se io spingo lo stelo verso il basso anche con forze importanti, per me questo non può scendere perchè il volume di olio che sposterebbe se calasse non può fisicamente essere contenuto nella camera piccola. Ora supponiamo invece di voler tirare lo stelo verso l'alto anzichè di spingerlo verso il basso. Per esempio immaginiamo di avere lo stelo tutto al punto morto inferiore. Supponiamo per semplicità che non ci sia nessun carico applicato e che la pressione nelle due camere (piene d'olio) sia 0. Naturalmente le due connessioni sono bloccate. Facciamo anche finta che il pistone non abbia guarnizioni. Se tiro lo stelo, per me questo dovrebbe salire. L'olio spostato nella camera piccola può essere contenuto in quella grande (anzi rimane volume libero). Ma poi cosa succede?

Possibili cause del mancato rientro

Le cause più frequenti che possono generare un malfunzionamento e/o il blocco della sponda idraulica includono:

• Pressione eccessiva (o picchi di pressione) che danneggiano la zona di saldatura.
• Sistema di guida difettoso, con contaminazioni o usura.
• Flessione degli steli in campo elastico, soprattutto in steli lunghi e/o sottili sottoposti a carichi trasversali.

Problemi relativi alle guarnizioni

Diversi fattori possono compromettere la funzionalità delle guarnizioni, causando il mancato rientro del pistone:

• Assenza di lubrificazione tra la guarnizione e la parete metallica, portando a usura rapida e movimento irregolare ("Stick-Slip").
• Alta temperatura che riduce la viscosità del fluido.
• Alta pressione che aumenta la forza di spinta sul labbro di tenuta, interrompendo il film di fluido.
• Gioco d’accoppiamento eccessivo dietro la guarnizione.
• Anello antiestrusione montato sul lato sbagliato.
• Guarnizione montata al contrario.
• Sovrapressione all’interno di guarnizioni montate contrapposte.
• Finitura superficiale scadente ed eccessiva rugosità.
• Trattamenti superficiali che creano creste di superficie "taglienti".
• Eccentricità stelo-cilindro e/o stelo-testata.
• Eccessivi carichi radiali e guide con gioco e/o usurate.
• Temperatura d’esercizio troppo alta.
• Temperatura di verniciatura del cilindro troppo alta.
• Smusso d’invito mancante o insufficiente.
• Bave di lavorazione sugli smussi d’invito.
• Errato assemblaggio da parte dell’operatore.
• Danneggiamento da forza esterna.
• Incompatibilità con il fluido.
• Deterioramento del fluido.
• Residui di lavorazioni metalliche non rimosse.
• Fessurazione, porosità o segno di corrosione sulla superficie di strisciamento.
• Materiale estraneo incorporato sulla guarnizione.
• Contaminazione dal liquido di pulizia.
• Sporcizia o residui di lavorazioni insinuati nella superficie di scorrimento della guarnizione.
• Residui da ossidazione o materiale estraneo insinuati nella guarnizioni.

Altri fattori

• Bassa temperatura che irrigidisce il materiale riducendo la capacità di tenuta.
• Alta viscosità del fluido che aumenta lo spessore del film di fluido e le perdite.
• Alta velocità che aumenta lo spessore del film di fluido e le perdite.

Tabella riassuntiva delle cause e soluzioni

TAG: #Idraulico

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