I cilindri idraulici sono elementi fondamentali nei sistemi meccanici dove è richiesta una forza notevole. Questi vengono utilizzati in varie applicazioni, dalla costruzione all’ingegneria pesante. Tali dispositivi trasformano l’energia del fluido idraulico in forza meccanica.
Principi di Funzionamento
Ma come avviene esattamente questo processo? Il ciclo di lavoro di un cilindro idraulico inizia con l’immissione del fluido idraulico attraverso una valvola. Quando il fluido entra nel cilindro, genera pressione che sposta il pistone lungo il cilindro stesso. Questo movimento sposta a sua volta lo stelo del pistone che è connesso all’attrezzatura o al carico da muovere.
Il pistone idraulico è la parte mobile di un organo idraulico, che si muove grazie ad un fluido. Il funzionamento del pistone idraulico è un meccanismo all’apparenza complesso ma, come per il funzionamento di un ascensore, è abbastanza semplice da capire.
Applicazioni del pistone idraulico
Il pistone idraulico è uno strumento che è destinato a vari usi. Di fatti può essere utilizzato dal cambio di pneumatici, ai lavori di riparazione. Lo troviamo solamente nell’ascensore idraulico, azionato da un sistema idraulico o oleodinamico. L'azione del cilindro, pistone e pompa consentono il movimento dell'impianto.
Adottare un impianto simile vuol dire rendere indipendenti le persone che hanno problemi con la deambulazione. I pistoni, che si trovano all’interno dei cilindri, vengono azionati dall’olio minerale in pressione, regolati da una valvola. La portata è così resa personalizzabile.
La salita della cabina avverrà dunque, grazie alla pressione dell’olio sui pistoni, il cilindro si estenderà, provocando l’innalzamento dell’argano. L’impianto non ha bisogno di un contrappeso, permettendo di sfruttare pienamente le dimensioni del vano corsa. In caso di blackout l’ascensore a pistone riporterà la cabina al piano terra, inoltre è meno rumoroso.
Componenti Chiave e Loro Funzioni
Il pistone idraulico, disegnato nella figura 1, 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. Per prevenire lo svitamento del pistone, i costruttori di cilindri hanno adottato personali soluzioni empiriche.
Il pistone autobloccante realizzato dalla Naldoni e Biondi S.r.l. è caratterizzato da un collare realizzato in nylon, inserito a termine del filetto che serve a collegare lo stelo col pistone, solchi autofrenanti, che bloccano ogni possibilità di rotazione del pistone.
Un cilindro idraulico a doppio effetto con singolo stelo può sorreggere un certo carico verticale. In questo caso, le due connessioni del cilindro possono essere bloccate da ritegni per impedire il flusso dell'olio attraverso le connessioni. Le 2 connessioni alle estremità del cilindro possono essere bloccate da una valvola di blocco rexroth del tipo z2s, interposta tra il distributore 4/3 e le connessioni del cilindro. 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. È stata messa proprio per mantenere le posizioni visto che un semplice distributore anche se a centri chiusi può presentare piccoli trafilamenti.
Sistema di Bloccaggio Idraulico Ratio-Clamp® Hänchen
Il sistema di bloccaggio idraulico Ratio-Clamp® Hänchen offre sicurezza, permettendo nel contempo anche di risparmiare costi energetici. Infatti, grazie all’ingegnoso principio di funzionamento, il sistema di bloccaggio offre enormi vantaggi rispetto ad altre possibilità di fissaggio.
Il sistema di bloccaggio idraulico Ratio-Clamp® funziona meccanicamente mediante chiusura per attrito: molle trasmettono forza a un manicotto di bloccaggio che mantiene lo stelo mediante attrito radiale. Il fissaggio è resistente in tutte le direzioni. Il pistone di bloccaggio, grazie alla pressione di sbloccaggio idraulica, viene mosso in senso opposto a quello della forza della molla sbloccando il bloccaggio: lo stelo può quindi muoversi in entrambe le direzioni. Se la pressione di rilascio diminuisce, la forza accumulata nelle molle viene rilasciata e causa il bloccaggio dell'asta. Il carico è possibile subito dopo il serraggio. Non è richiesto alcun movimento assiale dell'asta.
La pressione idraulica di sbloccaggio sposta il pistone di bloccaggio contro la forza della molla e rilascia il bloccaggio.
Ci sono diversi modi per ottenere questo risultato se si ha un'applicazione in cui un'asta rotonda deve essere tenuta in una posizione definita: con il controllo elettronico, il bloccaggio di tutti i collegamenti, il bloccaggio con bulloni o utilizzando l'unità di bloccaggio Ratio-Clamp®.
Esempio Applicativo: Confronto del Consumo Energetico
Consideriamo un cilindro idraulico con alesaggio pari a 80 mm, mosso a 150 bar a una velocità di 0,5 m/s. La potenza motrice necessaria è di 38 kW.
Nel caso della regolazione elettronica con pompa a portata variabile, la potenza dissipata dalla pompa è di ca. 1,25 kW. Sono inoltre da prevedere perdite a livello di valvola di regolazione pari a ca. 1,25 kW. Quindi, nel presente esempio, la potenza dissipata totale dell’azionamento controllato si eleva a 2,5 kW.
Certificazioni
Ogni unità di chiusura Ratio-Clamp® è certificata come elemento di sicurezza con un esame del tipo da parte del TÜV SÜD. Questa unità di serraggio è dotata del certificato del DGUV Test (sistema di prova e certificazione dell'assicurazione sociale tedesca contro gli infortuni). Per l'impiego come componente di sicurezza ridondante è disponibile un valore B10D secondo EN ISO 13849-1 per il Ratio-Clamp®. La doppia sicurezza richiesta dal DGUV per la forza di tenuta massima è già presa in considerazione nelle specifiche di carico.
Funzionamento
In circostanze normali lo stelo viene bloccato attraverso l’energia immagazzinata nelle molle. È così possibile mantenere lo stelo senza apporto di energia per una durata illimitata. Se sono necessarie elevate forze di tenuta, il sistema di bloccaggio può essere bloccato anche idraulicamente.
Guarnizioni
Nella versione base, la testa di serraggio Ratio-Clamp® lavora con il sistema di tenuta ad attrito ottimizzato Servocop®. In questo sistema, la guarnizione primaria si appoggia all'asta. La velocità massima dell'asta è di 1 m/s. Servocop®: guarnizione compatta, anello scanalato, raschiatore Tenuta pistone di chiusura, anello scanalato, raschiatore: Per applicazioni molto sensibili, si consiglia la versione con tenuta a pistone in pressione, dove nessuna guarnizione pressurizzata tocca lo stelo. Di conseguenza, l'attrito di scorrimento è estremamente basso e costante indipendentemente dalla pressione di rilascio.
Installazione e Controllo
La testa di serraggio Ratio-Clamp® può essere combinata con i cilindri idraulici Hänchen e i cilindri standard, nonché con tutte le altre marche. L'attacco ai cilindri idraulici di Hänchen o secondo ISO 6020-1, ISO 6020-2 e di altre marche avviene tramite una flangia fissa. A tale scopo, lo stelo del pistone deve essere allungato in funzione della lunghezza dell'unità di serraggio.
Il rispettivo stato - asta bloccata o sbloccata - può essere interrogato tramite interruttori di prossimità induttivi. Il dispositivo per il montaggio di un interruttore di prossimità è disponibile di serie. Su richiesta, l'unità di bloccaggio può essere progettata con due interruttori di prossimità. Quando si utilizza il Ratio-Clamp® come componente di sicurezza o con la certificazione di prova DGUV richiesta, è obbligatorio il montaggio di un interruttore di prossimità con uscita diagnostica. Si utilizza quando la testa di serraggio Ratio-Clamp® è fissata ad un cilindro idraulico. Assicura un controllo logico e funzionale e quindi riduce lo sforzo di circuito.
Quando si controlla un Ratio-Clamp®, esso deve essere prima rilasciato esercitando pressione sulla connessione di rilascio, solo dopo si può spostare l'asta. Quando si utilizza un'unità di bloccaggio insieme ad un cilindro idraulico, questo può essere fatto con un controllo di sequenza idraulico o con un monitoraggio elettronico. In questo modo, i sensori di un sistema di controllo elettronico possono misurare il carico su cilindri installati verticalmente per accumulare contropressione. In questo modo si evita che l'asta si scatti durante lo sbloccaggio.
Questo può essere ottenuto anche con un blocco di controllo idraulico: Prima si accumula la pressione di sbloccaggio, poi il cilindro viene pressurizzato. L'asta da serrare deve avere una superficie dura e deve soddisfare i requisiti minimi per l'installazione del Ratio-Clamp®. Ulteriori forze di tenuta e Ø dell'asta su richiesta.
Il bloccaggio idraulico è possibile fino a 2.000 kN di forza di tenuta e asta Ø 300 mm.
Manutenzione dei pistoni idraulici
Per assicurare il corretto funzionamento del sistema di elevazione, è fondamentale eseguire un’attenta manutenzione dei pistoni idraulici. Nella fase di manutenzione dei pistoni idraulici viene controllato lo stato di usura e bisognerà prevedere un piano di riciclaggio per l’olio utilizzato. Un uso eccessivo dell’impianto potrebbe portare a un surriscaldamento precoce del liquido.
I cilindri idraulici sono alcuni dei componenti maggiormente sollecitati in qualsiasi operazione. Spesso sono sottoposti a cicli di funzionamento elevati, con carichi di pressione estremi in ambienti difficili. Esistono molteplici ragioni per le quali i cilindri idraulici si deteriorano: contaminazione del fluido, guasti alle guarnizioni, steli piegati o rigati, canne del cilindro deformate, corrosione, effetti dell’usura sulle tolleranze, perdite interne o mancanza di lubrificante...
Tutti i cilindri con il passare del tempo perdono inevitabilmente prestazioni, a volte addirittura si guastano del tutto. Tuttavia, è possibile mantenere i cilindri in perfetto funzionamento e tagliare i costi nel lungo termine! Tutto quello che ti occorre è la corretta manutenzione, disciplina e prestare attenzione alle cose importanti.
TVH ti aiuta a individuare i problemi prima che diventino gravi. Una manutenzione regolare è essenziale per prevenire l'usura prematura e mantenere alta l'efficienza.
Passaggi essenziali per la manutenzione
- Ispezione e sostituzione del fluido: Il fluido idraulico è la linfa vitale del sistema. Controllare regolarmente i livelli, la qualità e la pulizia del fluido. Un fluido contaminato o degradato può causare un'usura accelerata. Sostituire il fluido secondo le raccomandazioni del produttore.
- Ispezione delle guarnizioni: Le guarnizioni del cilindro idraulico svolgono un ruolo fondamentale nella prevenzione delle perdite e nel mantenimento di una pressione adeguata. Controllare che non vi siano segni di usura, crepe o danni nelle guarnizioni. La sostituzione immediata delle guarnizioni usurate può prevenire danni più gravi.
- Lubrificazione: Accertarsi che tutte le parti in movimento siano correttamente lubrificate per ridurre frizione e usura. Seguire le linee guida del produttore per la frequenza e il tipo di lubrificazione.
- Ispezione asta e canna: Ispezionare regolarmente l'asta e la canna per verificare la presenza di segni di corrosione, vaiolatura o rigatura. Le superfici danneggiate possono causare danni alle guarnizioni e perdite di fluido.
- Test di pressione e prestazioni: Verificare periodicamente la pressione e le prestazioni del cilindro per individuare eventuali deviazioni dalla norma.
È ora di diventare proattivi. Riconoscere i segni di usura consente di affrontare i potenziali problemi prima che diventino tali. Le perdite di fluido idraulico sono spesso segno di guarnizioni danneggiate o di un'installazione non corretta.
Affidati a TVH per la manutenzione dei tuoi cilindri idraulici. Grazie alla nostra vasta esperienza e al nostro impegno per la qualità, possiamo offrire i seguenti vantaggi ai nostri stimati clienti:
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Una corretta manutenzione dei gruppi di cilindri idraulici è essenziale per garantirne la longevità e le prestazioni ottimali. Se ti appassiona l’idraulica e sei in grado di fare diversi lavoretti in casa potrebbe sicuramente esserti capitato di non riuscire a risolvere determinate problematiche legate ad una riparazione in cui serve il pistone idraulico.
Principio di Pascal e il torchio idraulico
Il torchio idraulico è un dispositivo basato sul principio di Pascal che si comporta come un amplificatore di forza. Esso è costituito da due piatti o superfici posti come stantuffo sopra un cilindro. Pertanto ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa. Per la legge di Pascal la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto. Se applichiamo una forza alla superficie S1 la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2 che pertanto subirà una forza F2.
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni uno di area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro di superficie maggiore.
Calcoli di Esempio
Un cilindro (corsa H=50 mm) viene azionato con una pompa a mano. Deve essere eseguita una corsa a vuoto L = 30 mm.
Corsa a Vuoto
Per la corsa a vuoto vale S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²). Con una portata ad ogni corsa della pompa V BP = 32cm³, S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm.
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata: PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate.
Corsa Sotto Carico
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²). Con una portata ad ogni corsa della pompa V AP = 3 cm³, S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm.
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata: PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate.
Risultato: In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Velocità d’Estensione
La velocità d’estensione di un cilindro idraulico azionato con una pompa elettrica dipende dall’area del pistone nel cilindro e dalla portata dell’elettropompa. Per le pompe bistadio si deve porre per il movimento del cilindro senza carico la porta-ta a bassa pressione Q BP e per gli spostamenti sotto carico invece la portata ad alta pressione Q AP .
Formula: v(mm/s) = [Q(l / min).166,67] : A (cm²).
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