Appunti Sistemi oleodinamici e pneumatici

A DOPPIO EFFETTO

Nel martinetto a doppio effetto entrambe le camere sono attive (c’è un fluido di lavoro in entrambe le

camere), quindi si hanno due linee di flusso. Il moto di lavoro è doppio e dipende dalla relazione tra le due

pressioni.

RENDIMENTO ATTUATORE

Il rendimento dell’attuatore è dato dal rapporto tra la potenza prodotta (forza per velocità) e la potenza

idraulica fornita (portata per la differenza di pressione delle due camere).

Tramite manipolazione matematica si può esprimere anche come il prodotto tra il rendimento volumetrico

e il rendimento idromeccanico.

Il rendimento globale per martinetti a singolo o doppio effetto è molto alto (0.94 – 0.98); mentre quando si

utilizzano attuatori telescopici il rendimento è ridotto rispetto i precedenti (0.8 – 0.88).

≅ → Il rendimento volumetrico è pressoché unitario, infatti ci sono 1 o più guarnizioni, di conseguenza

le fughe sono trascurabili, così come l’effetto della comprimibilità non essendoci un passaggio diretto di

fluido dall’alimentazione allo scarico. − Δ)

Il rendimento idromeccanico è dato dal rapporto tra la forza esterna ottenuta ( e la forza

teorica. La perdita di spinta dipende dal salto di pressione e dalla velocità di traslazione. All’aumentare del

salto di pressione (quindi del carico esterno) le perdite sono meno rilevanti rispetto al carico totale, di

conseguenza, il rendimento migliora; al ridursi della velocità si riducono gli attriti e il rendimento aumenta.

Le perdite di forza possono essere valutate come la somma dell’attrito minimo sempre presente e costante

, l’attrito secco che dipende dalla pressione e l’attrito viscoso che dipende dalla velocità .

0 1 2

La relazione finale permette di osservare come il rendimento idromeccanico aumenta al crescere del salto di

pressione e si riduce al crescere della velocità:

Graficamente:

A velocità costante il rendimento idromeccanico non parte dal salto di pressione nullo, in quanto è necessario

un minimo salto di pressione affinché il sistema vinca gli attriti e si muova.

A basse velocità sorge il problema dello STICK – SLIP (incolla e salta) per cui lo stantuffo si muove a scatti.

Lo stantuffo può essere assimilato ad un sistema massa-molla che rimane inizialmente fermo fino a quando

la molla, che si comprime, raggiunge la forza sufficiente a vincere l’attrito di primo distacco. La massa M

viene così accelerata poiché l’attrito diminuisce con l’aumentare della velocità ma contemporaneamente la

molla si rilascia ed il sistema si riporta nella condizione iniziale. In tal modo non si raggiunge mai una

situazione di moto stazionario

CURVE CARATTERISTICHE ATTUATORE LINEARE

Le prestazioni dell’attuatore lineare possono essere rappresentate su un piano velocità – forza. Per dato

salto di pressione aumentando la velocità di lavoro si riduce la forza e il rendimento globale. Ad una data

velocità, aumentando il salto di pressione aumenta la forza generabile e il rendimento globale.

Le curve isopressione sono decrescenti con la velocità, mentre le curve isorendimento sono crescenti con la

velocità.

AZIONE FRENATE – CARICHI TRASCINATI

Oltre ad avere un’azione motrice il martinetto può essere utilizzato anche come elemento frenante (quelle

che prima erano linee di alimentazione ora sono linee di scarico – quindi diventa una macchina operatrice).

Il rendimento nel caso di carichi trascinati è dato dal rapporto tra la potenza fornita al fluido e la potenza

idraulica applicata dall’esterno (inverso rispetto a prima).

Anche in questo caso si può fare la distinzione tra semplice effetto e doppio effetto.

A SEMPLICE EFFETTO

A DOPPIO EFFETTO

(ovviamente questi bilanci sono fatti non considerando gli effetti d’attrito)

La base laterale prende il nome di testata. La camera cilindrica prende il nome di mantello. Il pistone separa

le due camere. All’estremo opposto alla testa vi è il fondello. L’accoppiamento tra pistone e stello avviene

tramite bussole di guida e di ammortizzamento (senza accoppiamento meccanico) e tramite un manicotto

filettato che blocca il pistone sull’albero. Sono presenti inoltre delle guarnizioni.

(ci sono martinetti a singolo effetto anche senza molla di contrasto, dove il rientro è dato dal peso – nel terzo

esempio di sinistra inietto al centro e ho 3 camere di lavoro, nel 4 c’è un accoppiamento a vite tale per cui la

traslazione dovuta al flusso generà all’utente una rotazione)

(non tollera forze radiali in quanto ho aumentato il braccio)

DIMENSIONAMENTO CILINDRI

RESISTENZA AL MANTELLO

Per valutare la resistenza del mantello (cilindro all’interno della quale c’è la camera di lavoro) si sfrutta la

prima formula di Bach che mette in relazione il rapporto tra il diametro esterno ed interno del cilindro con

la tensione ammissibile del materiale e la pressione di lavoro.

Se la tensione ammissibile si abbassa o la pressione aumenta lo spessore deve essere maggiore (quindi il

rapporto D/d).

RESISTENZA DEL FONDELLO SALDATO

L’analisi della resistenza del fondello saldato passa attraverso la seconda formula di Bach, la quale mette in

relazione lo spessore minimo del fondello che si deve avere con la tensione ammissibile, il diametro interno

di saldatura e la pressione.

Se il diametro di saldatura aumenta, la tensione ammissibile si abbassa o la pressione aumenta si deve alzare

lo spessore del fondello.

STABILITA’ A CARICO DI PUNTA IN COMPRESSIONE DELLO STELO

Nei martinetti va analizzato il problema del carico di punta nel caso che questi lavorino in spinta (quindi carico

resistenza di compressione).

Si definisce la snellezza dello stelo come la lunghezza libera di inflessione (lunghezza stelo per un coefficiente

dipendente dai vincoli) diviso il raggio d’inerzia. Il raggio di inerzia è calcolabile come il momento di inerzia

dello stelo diviso l’area.

Se la snellezza dello stelo è maggiore di un valore limite occorre verificare il carico di punta, per fare questo

si valuta la forza critica tramite la formula di Eulero rispetto la forza applicata.

>

La condizione di verifica per carico di punta deriva dal valutare se per il caso analizzato è più

pericolosa la compressione o il carico di punta – se la forza di rottura a compressione è minore rispetto il

carico critico basta valutare solo la prima, al contrario se il carico di punta è minore rispetto la resistenza a

compressione.

Data la forza e la lunghezza di inflessione tramite i grafici è possibile ricavarsi il diametro minimo utilizzabile.

Si distinguono diverse categorie di martinetti: .

Noto il carico nominale di lavoro e la pressione nominale di lavoro, mi calcolo l’alesaggio minimo Facendo

.

una verifica a compressione e a carico critico posso determinare il diametro minimo dello stelo

Secondo il tipo di vincolo del fissaggio si distinguono fissaggi in:

• articolati (forcelle, snodi,

• rigidi (flange, piedini)

Gli ammortizzatori permettono di rallentare in prossimità del fondo (quindi ridurre la portata immessa

tramite una linea di scarico e rallentare il movimento). Il telescopico a doppio effetto permette sia l’uscita

che il rientro dei cilindri.

ACCUMULATORI IDRAULICI

Un accumulatore idraulico è un dispositivo utilizzato nei sistemi idraulici per immagazzinare energia sotto

forma di liquido compresso. E’ assibilabile ad una capacità per il circuito elettrico, pertanto ha la capacità di

riempirsi e svuotarsi a seconda delle esigenze.zzz

IMPIEGHI

RISERVA DI LIQUIDO ED ACCUMULO DI ENERGIA

Quando si richiedono per brevi intervalli di tempo elevate portate di fluido, la pompa non viene scelta per la

massima portata. Durante il ciclo quando la portata richiesta è inferiore alla portata della pompa il fluido

eccedente carica un accumulatore da cui viene prelevato quando è richiesta una portata superiore. Si ha il

vantaggio di ridurre la potenza impiegata e le perdite di carico con serbatoi di minori dimensioni (consentono

alla pompa di adottare una portata intermedia rispetto la massima e la minima richiesta dall’utenza).

REINTEGRO DEI TRAFILAMENTI

Le perdite di liquido idraulico vengono compensate consentendo di mantenere le utenze nella posizione

raggiunta.

MANTENIMENTO IN PRESSIONE

L’accumulo mantiene la pressione in determinati rami del circuito anche a pompa ferma, conservando la

forza di chiusura dei dispositivi di serraggio.

APPARECCHIO DI EMERGENZA

L’accumulatore interviene in caso di disfunzione del gruppo pompa per attivare, ad esempio, sistemi di

bloccaggio o freni.

RECUPERO ENERGETICO

Nei sistemi caratterizzati da sistematiche fasi di frenatura, l’accumulatore può recuperare energia altrimenti

destinata alla dissipazione in vista di un successivo utilizzo.

COMPENSAZIONE DELLE DILATAZIONI

Affinché variazioni di temperatura dell’olio non provochino variazioni di pressione come può avvenire in un

circuito chiuso.

SMORZATORE

Per ridurre le pulsazioni di pressione ed assorbire le punte generate da brusche regolazioni di valvole od

organi di intercettazione (rischio colpo d’ariete).

TIPOLOGIE DI ACCUMULATORI IDRAULICI

ACCUMULATORE A GRAVITA’ (PESO)

Una massa traslante (stantuffo) determina il peso che spinge nella massa sottostante. La pressione applicata

è dunque costante e indipendente dal volume. L’energia immagazzinata è data dalla pressione della capacità

per il suo volume.

Vantaggi:

• pressione indipendente dal grado di riempimento e costante durante l’erogazione

• restituisce praticamente tutto il liquido accumulato

Svantaggi:

• ha il vincolo della disposizione verticale

• reagisce con lentezza per fenomeni di inerzia legati alla massa dello stantuffo

• se deve erogare forti pressioni e/o elevati volumi assume pesi rilevanti e ingombri

ACCUMULATORE A MOLLA

In questo caso la forza di lavoro è determinata dal carico elastico di una molla. L’andamento della pressione

in questo caso è lineare con il grado di riempimento (la pressione aumenta in fase di carico). La variazione di

pressione dipende dalla rigidezza della molla.

Vantaggi:

• accumulatore meno massiccio ed ingombrante di quello a gravità

• non vincolato a posizioni verticali

• restituisce praticamente tutto il liquido accumulato

Svantaggi:

• per pressioni elevate e/o grandi volumi le molle assumono dimensioni rilevanti

• forza elastica e quindi pressione s