Il cilindro, come il motore idraulico, è un attuatore che converte energia idraulica in energia meccanica. A differenza del motore che ha un moto rotatorio e trasmette una coppia, il cilindro ha un moto rettilineo e trasmette una forza. Nel linguaggio comune, con il termine pistoni oleodinamici si indica spesso l’attuatore idraulico lineare o cilindro oleodinamico.

Cos'è un Pistone Idraulico?

Un pistone idraulico è costituito da un cilindro in cui scorre un pistone sigillato. Quando una pressione idraulica viene applicata al fluido all’interno del cilindro, il pistone viene spinto in avanti o tirato indietro, generando una forza lineare.

Componenti Principali di un Pistone Idraulico

Il pistone idraulico è tipicamente costituito da un tubo, chiuso da due terminali: il fondello e la testata. All'interno scorre uno stelo. Molto frequentemente, il pistone è congiunto allo stelo tramite un collegamento a filetto. I cilindri idraulici sono composti da:

  • Cilindro
  • Stelo
  • Tappo guida o testata

Vantaggi dei Pistoni Idraulici

I pistoni idraulici offrono diversi vantaggi rispetto ad altri attuatori meccanici:

  • Possono generare una forza molto elevata in un piccolo spazio, grazie alla non compressibilità del fluido idraulico.
  • Durata e affidabilità, essendo progettati per resistere ad alte pressioni e ad ambienti di lavoro rigidi.

Tipologie di Cilindri Idraulici

Esistono diverse tipologie di cilindri idraulici, ognuna con specifiche caratteristiche e applicazioni:

  • Cilindro a Semplice Effetto
  • Cilindro a Doppio Effetto
  • Cilindro a Doppio Effetto Differenziale
  • Cilindro a Due Steli
  • Cilindri Speciali
  • Cilindro Telescopico

Cilindro a Semplice Effetto

Nei cilindri a semplice effetto, l’olio in pressione entra in una sola camera e può quindi comandare movimenti solo in una direzione. Questo tipo di cilindro può effettuare solo un’azione di spinta e a seconda delle necessità, può essere dotato o meno di pistone di guida interno. Questo tipo di cilindro viene utilizzato quando l’esistenza di una forza di contrasto di direzione certa garantisce il movimento di rientro nella posizione iniziale.

Cilindro a Doppio Effetto

Nell’esecuzione a doppio effetto il fluido in pressione può alimentare entrambe le camere consentendo in tal modo il controllo dei movimenti del pistone in entrambi i sensi. Il cilindro a doppio effetto possiede due superfici utili contrapposte di area uguale o diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione, che in maniera alternativa funzionano uno da alimentazione vera e propria e l’altro da scarico.

Cilindro a Doppio Effetto Differenziale

Il cilindro a doppio effetto differenziale possiede due superfici utili contrapposte di sezione diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione. Il cilindro si dice differenziale perché le due sezioni utili sono diverse.

Cilindro a Due Steli

Il cilindro a due steli è ottenuto collegando al pistone due steli di diametro uguale o diverso, comunque inferiore a quello del pistone. Se i diametri dei due steli sono uguali, lo sono anche le aree anulari sui due lati del pistone, per cui a parità di pressione sono uguali le forze sviluppate nei due sensi.

Cilindri Speciali

Esistono una serie di costruzioni particolari di cilindri. Grazie a questa costruzione si ottiene, per un dato diametro del pistone e per una data pressione, il raddoppio della superficie utile e quindi della forza sviluppata. Questi cilindri trovano impiego soprattutto nella costruzione delle presse. Finché non è richiesta la forza massima di pressata, la pressione agisce su una sezione ridotta, corrispondente al cosiddetto pistone veloce o pistone di avvicinamento. Nel momento in cui è richiesta la forza massima, la pressione, per intervento di una valvola di sequenza o di un finecorsa va ad agire sulla sezione totale.

Cilindro Telescopico

Il cilindro telescopico si distingue dal cilindro normale perché a parità di corsa presenta una lunghezza in posizione rientrata nettamente inferiore. Grazie al rientro telescopico dei pistoni, l’ingombro è uguale alla corsa divisa per il numero di elementi più una quota morta (spessore del fondello, lunghezza della guida, elementi di fissaggio). Per una data corsa totale i cilindri telescopici possono essere costituiti a 2- 3-4-5 elementi a seconda dei limiti di ingombro prefissati. Per lo stesso motivo, per un valore prefissato di pressione e portata, il movimento di uscita di un cilindro telescopico, inizia con la massima forza e la minima velocità e si conclude con la minima forza e la massima velocità.

Esecuzione Costruttiva dei Cilindri Oleodinamici

L’esecuzione costruttiva di un cilindro oleodinamico dipende innanzitutto dalla particolare applicazione alla quale è destinato: in funzione dell’impiego previsto, che può spaziare dalle macchine utensili alle macchine per movimento terra, dalle centrali elettriche agli impianti siderurgici e alle acciaierie, occorre valutare quali siano le caratteristiche costruttive più idonee.

Cilindri a Tiranti

Nei cilindri a tiranti, la testata, il mantello cilindrico ed il fondello sono tenuti insieme da tiranti.

Cilindri a Profilo Circolare

Nei cilindri a profilo circolare, la testata, il corpo e il fondello sono congiunti strettamente tra di loro con viti o per saldatura o mediante anelli di bloccaggio. Tutti i componenti sono dimensionati per garantire un elevato grado di sicurezza anche alla pressione massima. I pistoni dei cilindri oleodinamici sono soggetti a carico di punta.

Sistemi di Bloccaggio Idraulici a Doppio Effetto

Un primo livello di accesso all’automazione dei bloccaggi può avvenire quindi attraverso cilindri idraulici a semplice effetto: l’olio viene inviato ad un cilindro nel verso del bloccaggio, mentre l’apertura del cilindro viene governata da una molla (i cilindri saranno quindi “normalmente aperti”).

Pur essendo un grande passo avanti rispetto ad una soluzione completamente meccanica, i cilindri a semplice effetto possono non essere la soluzione perfetta in caso di automazioni spinte. Infatti la presenza di una molla non garantisce “certezze” in fase di apertura del cilindro (né in chiusura), soprattutto in presenza di un’eventuale contropressione nella mandata idraulica.

I bloccaggi a semplice effetto sono comunque ideali per molte tipologie di sistemi di serraggio. I componenti a semplice effetto sono più immediati e meno costosi da installare, perché richiedono meno linee idrauliche e hanno controlli più semplici, poichè necessitano di un minor numero di valvole.

Nello specifico, cilindri Roemheld sono progettati molle di ritorno più reattive e affidabili rispetto a quelle di qualsiasi altro produttore, quindi la necessità di dispositivi a doppio effetto non è sempre scontata.

Ci sono alcune situazioni, tuttavia, in cui i sistemi a doppio effetto sono più adatti o addirittura necessari. La maggior parte dei costruttori di attrezzature considerano sempre i cilindri a doppio effetto come un'opzione nelle circostanze ove un sistema a semplice effetto non darebbe elevate garanzie di sicurezza e consistenza del processo produttivo.

Con un po' di esperienza, costruire sistemi a doppio effetto può essere facile quasi quanto costruire sistemi a semplice effetto. La maggiore affidabilità dell'attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo.

Vantaggi dei Cilindri a Doppio Effetto

I cilindri a doppio effetto sono più adatti per le applicazioni di lavorazione che utilizzano il fluido refrigerante. Infatti i cilindri a semplice effetto hanno una piccola camera d'aria per la molla su un lato del pistone, mentre nei cilindri a doppio effetto l'olio è presente da entrambe le parti del pistone.

Quest'aria viene scaricata durante la corsa di bloccaggio, mentre nella corsa di sbloccaggio viene nuovamente aspirata. Per questo motivo l'uso di refrigeranti e fluidi da taglio deve essere considerato nella progettazione dell'attrezzatura, al fine di indirizzare opportunamente la scelta dei cilindri.

Anche se tutti i cilindri a semplice effetto hanno filtri dell'aria in metallo sinterizzato per impedire l'ingresso di contaminanti, c'è ancora la possibilità che fluidi aggressivi possano entrare nell'area della molla (specialmente con il refrigerante in pressione), causando malfunzionamenti.

I cilindri a doppio effetto dovrebbero essere utilizzati nei sistemi che hanno un carico/scarico automatico o qualsiasi altro sistema di comunicazione tra macchina e utensile, in modo che tutte le funzioni possano essere facilmente temporizzate e coordinate.

I cilindri a doppio effetto, quando dotati di controlli di posizione elettrici o pneumatici, permettono inoltre di avere maggiori certezze circa la loro posizione: nel caso di carico robotizzato questo diventa fondamentale, in quanto sarebbe disastroso che il robot iniziasse a scaricare un pezzo da un attrezzo ancora chiuso.

L’azione dell’olio, rispetto alla molla, è inoltre molto più vigorosa, in quanto praticamente non risente di eventuali contropressioni.

Tabella Comparativa Cilindri a Semplice e Doppio Effetto

Caratteristica Cilindro a Semplice Effetto Cilindro a Doppio Effetto
Forza Esercitata in una sola direzione Esercitata in entrambe le direzioni
Controllo Limitato al movimento in una direzione Controllo preciso del movimento in entrambe le direzioni
Complessità Meno complesso e meno costoso Più complesso e costoso
Applicazioni Ideale per applicazioni che richiedono forza in una sola direzione Ideale per applicazioni che richiedono movimenti avanti e indietro rapidi ed efficienti
Refrigeranti Meno adatto in ambienti con refrigeranti Più adatto in ambienti con refrigeranti

Applicazioni Pratiche dei Pistoni Idraulici

I pistoni idraulici sono al centro di numerosi processi e applicazioni, dai macchinari agricoli all’industria aerospaziale. La loro versatilità e capacità di personalizzazione li rendono adatti a molteplici utilizzi ed impieghi, dimostrandosi utili per molti settori industriali.

Esempi di Applicazioni

  • I pistoni idraulici vengono ampiamente utilizzati in macchinari industriali, come gru, sollevatori idraulici, e presse idrauliche, per sollevare e abbassare carichi pesanti.
  • Sono spesso impiegati per muovere parti di macchinari o attrezzature industriali, come fusti, lame o piattaforme, in modo preciso e controllato.
  • I pistoni idraulici vengono utilizzati in presse idrauliche per comprimere materiali come metallo o gomma per formare oggetti o componenti.
  • Nei veicoli, i pistoni idraulici vengono impiegati nei sistemi di frenatura idraulica per trasmettere la pressione del pedale del freno alle pastiglie dei freni.
  • Nei velivoli, i pistoni idraulici sono impiegati in vari sistemi, come i sistemi di controllo del movimento degli alettoni, flap e carrelli di atterraggio.
  • Nell’edilizia, i pistoni idraulici vengono spesso utilizzati nei sollevatori telescopici, nelle betoniere e in altre attrezzature per la costruzione.

Ulteriori Esempi di Impiego

  • Sprayer Semovente: La movimentazione ed estensione della barra è permessa da una serie di cilindri oleodinamici che aprono e chiudono l’attrezzo. Lo sprayer semovente è una macchina agricola utilizzata per irrorare le coltivazioni con trattamenti chimici, antiparassitari o concimi. Elemento caratteristico della maggioranza degli sprayer e irroratori è la presenza di una barra irroratrice estensibile, dotata di tralicci articolati che si ripiegano una volta terminata la lavorazione.
  • Sollevatore Telescopico: I cilindri idraulici a semplice effetto possono essere usati in questi veicoli poiché il movimento verticale consente una retrazione agevole. Il sollevatore telescopico è una macchina operatrice largamente impiegata in agricoltura e nelle costruzioni per la sua versatilità d’impiego. Le utenze di un sollevatore telescopico richiedono la fornitura di cilindri oleodinamici diversi tra loro per tipologia, dimensioni e attacchi. Un partner come FAROIL è in grado di fornire in kit tutti i cilindri oleodinamici necessari a completare la macchina. L’affidabilità e la tenuta di un cilindro oleodinamico sono messe a dura prova dalle continue vibrazioni. Lavorando in cantiere o campo aperto è facile che vengano proiettati contro la macchina sassi e pietrisco.
  • Piattaforme Petrolifere: Usano anche cilindri idraulici telescopici ed effettuano il loro lavoro usando un ibrido tra i due tipi di cilindri. All’interno di questa tipologia di cilindri oleodinamici è possibile trovare steli telescopici fino a 7 sfilamenti, inoltre vengono tutti cromati per garantire la massima resistenza sia del cilindro che delle guarnizioni.
  • Movimentazione del Cassone: La movimentazione del cassone è permessa da un cilindro oleodinamico che sostiene lo sforzo notevole necessario a sollevare la struttura a pieno carico.
  • Surgelatore Piano: È un'attrezzatura che permette di surgelare e ridurre di volume pesci e molluschi, per permetterne lo stoccaggio sui pescherecci oceanici in aree artiche.
  • Barriera Stradale: È una struttura dotata di una barra mobile comandata, con lo scopo di regolare l'accesso e il traffico veicolare.
  • Nella pala gommata sono al lavoro vari pistoni idraulici su sterzo e utenze secondarie, ma i componenti principali sono quelli dedicati alla movimentazione della pala per permetterne il sollevamento e la rotazione.

Applicazioni dei Cilindri Oleodinamici a Doppio Effetto

I cilindri oleodinamici a doppio effetto trovano vasta applicazione in diversi settori.

Settore Mobile e Agricolo

Molti modelli sono particolarmente richiesti in questo settore, come il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0-M250 con fondello saldato e senza ancoraggi, noto per affidabilità e versatilità.

Applicazioni Industriali

Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMF-M250 con fondello saldato internamente, flangia anteriore e stelo filettato è ideale per queste applicazioni.

Esempi specifici di cilindri a doppio effetto includono:

  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0LM-C200 con fondello saldato e senza ancoraggi (affidabilità, leggerezza e ridotto interasse totale).
  • Cilindri oleodinamici doppio effetto serie HFR/HFR2S-M250 con fondello saldato + foro di fissaggio e boccola anteriore.
  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM1-M250 con fondello saldato + snodo sferico tipo agricolo posteriore e anteriore.
  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM2-M250 con fondello saldato + boccola posteriore e anteriore.
  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM5-M250 con fondello saldato + occhio fisso posteriore e forcella anteriore.
  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMB-M250 con fondello saldato + terminale lubrificabile posteriore e anteriore.
  • Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMC-M250 con fondello saldato + snodo sferico radiale posteriore e anteriore.

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