Circuiti oleodinamici fondamentali

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Circuiti oleodinamici fondamentali
Un circuito oleodinamico deve essere costituito come minimo
dai seguenti elementi: una pompa con relativo motore primo,
un serbatoio, un filtro, una tubazione di mandata, un distributore, un attuatore, una tubazione di ritorno.
Per motivi di sicurezza è bene inoltre che sia presente una
valvola di massima pressione.
Utilizzando la ormai nota simbologia unificata possiamo disegnare, per esempio, un circuito come indicato in figura 1,
dove si è considerato un cilindro a d.e. comandato da un distributore 4/3; il filtro è stato inserito allo scarico e non si è
fatta alcuna ipotesi circa il sistema di azionamento del distributore; commutando quest’ultimo si ottengono le due
corse di andata e ritorno del cilindro.
Fig. 1. Circuito oleodinamico: (1) motore elettrico;
(2) pompa; (3) serbatoio;
(4) filtro; (5) tubazione di
mandata; (6) distributore;
(7) cilindro; (8) tubazione di
ritorno; (9) valvola di massima pressione.
Un sistema oleoidraulico, comunque complesso, può essere sempre pensato come l’insieme di un certo numero
di circuiti elementari, ovvero di circuiti che svolgono una
determinata funzione utilizzando allo scopo il più piccolo
numero possibile di componenti.
1.
Circuiti di alimentazione
Al circuito di alimentazione si richiede di inviare, a comando, un flusso d’olio nell’impianto; esso sarà tanto più
complesso quante più sono le funzioni complementari che
gli vengono richieste.
Fig. 2. Circuito di alimentazione.
Nella configurazione più semplice (fig. 2), oltre ai necessari
tubi e raccordi, si ha una pompa a portata fissa, azionata da
un motore elettrico, e una valvola di massima pressione.
Qualora un filtro non sia presente nella tubazione di ritorno,
come nel caso della figura 1, occorre inserirne uno nel circuito
di alimentazione, o in mandata o in aspirazione (fig. 3).
Se le interruzioni richieste dall’applicazione sono frequenti,
per evitare noie al motore elettrico, che non sopporta continue manovre di attacco e stacco, si può utilizzare una frizione posta tra il motore elettrico e la pompa, oppure mandare il circuito in scarico. Questa seconda soluzione si può ottenere in due modi diversi:
●
●
utilizzando un’elettrovalvola come indicato nella figura 4;
collegando l’attacco di pilotaggio ausiliario, chiamato anche venting, della valvola di massima a una valvola 2/2
come nello schema della figura 5.
Quando è richiesta un’alimentazione a pressione costante
si può utilizzare un accumulatore oppure una pompa a
portata variabile.
Fig. 3. Circuito di alimentazione con filtro: (A) filtro in
aspirazione; (B) filtro in mandata.
166 COMANDI
Nella figura 6 è riportato lo schema con l’accumulatore, nella
figura 7 quello con la pompa a portata variabile munita di
regolatore a comando di pressione.
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
29 – Circuiti oleodinamici fondamentali
Fig. 4. Circuito di alimentazione con messa
in scarico mediante
elettrovalvola.
Fig. 5. Circuito di alimentazione con messa
in scarico mediante
valvola di massima.
Fig. 6. Circuito di alimentazione con accumulatore.
Fig. 7. Circuito di alimentazione
con
pompa a cilindrata
variabile a comando
di pressione.
Se è necessaria un’alimentazione a portata variabile, si
può ricorrere al circuito di figura 8 nel quale si utilizza
una valvola regolatrice di portata.
Se occorre invece un’alimentazione a portata costante al
variare del carico, si può usare, come indicato nella figura 9, una pompa a cilindrata variabile con regolatore a
comando di portata.
Fig. 8. Circuito di alimentazione con valvola regolatrice
di portata.
Fig. 9. Circuito di alimentazione con pompa a cilindrata variabile a comando
di portata.
Quando per la stessa applicazione si hanno, in tempi diversi,
le due opposte esigenze di elevata portata a bassa pressione
e bassa portata a pressione elevata, come si verifica nel caso
di alcune presse, oppure quando occorre alimentare diversi
attuatori con circuiti separati, bisogna ricorrere all’uso di due
o tre pompe come mostrato nelle figure 10 e 11.
L’azionamento simultaneo delle tre pompe per mezzo dello
stesso motore si ottiene utilizzando appositi dispositivi denominati accoppiatori.
Fig. 10. Circuito di alimentazione
a due pompe.
COMANDI
Fig. 11. Circuito di alimentazione
a tre pompe.
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
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29 – Circuiti oleodinamici fondamentali
2. Circuito di comando di un cilindro a s.e.
Per comandare un cilindro a s.e. è necessario almeno il circuito di figura 12 che utilizza, oltre alla sezione d’alimentazione, un distributore 2/2 e una valvola di non ritorno.
Se con la stessa pompa si devono muovere altri attuatori, occorre usare un distributore 3/3 (fig. 13) o due distributori 2/2
(fig. 14).
Fig. 13. Comando di più cilindri a s.e. con distributore
3/3.
Fig. 12. Comando di un cilindro a s.e.
Fig. 14. Comando di più cilindri a s.e. con due distributori
2/2 interbloccati.
3. Circuiti di comando di un cilindro a d.e.
Consideriamo separatamente le due diverse esigenze:
●
●
Fig. 15. Comando di un cilindro a d.e. per corse semplici di
andata e ritorno.
corse semplici di andata e ritorno;
corse con necessità di arresto intermedio.
Le prime si realizzano con un distributore 4/2, come mostra
lo schema della figura 15; velocità e spinta dipendono dalla
portata, dalla pressione e dall’area su cui agisce l’olio, che è
diversa per le due corse nei cilindri a uno stelo.
Nel secondo caso occorre distinguere le due situazioni di arresto con stelo libero e di arresto con stelo bloccato.
L’arresto con stelo libero si può ottenere con uno degli schemi
della figura 16; l’arresto con stelo bloccato si può ottenere
con uno degli schemi della figura 17.
Fig. 16. Comando di un cilindro a d.e. con
arresto intermedio a stelo libero.
168 COMANDI
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
Fig. 17. Comando di un cilindro a d.e. con arresto intermedio a stelo bloccato.
29 – Circuiti oleodinamici fondamentali
4. Circuiti di regolazione della velocità
La regolazione della velocità degli attuatori oleodinamici
si effettua con le valvole limitatrici di portata.
In funzione della posizione di montaggio di tali elementi si
può avere la regolazione:
●
●
●
●
Fig. 18. Regolazione della velocità sulla mandata.
Fig. 19. Regolazione della velocità sul ritorno.
sulla mandata;
sul ritorno;
alternata sulla mandata e sul ritorno;
contemporanea sulla mandata e sul ritorno.
1. La regolazione sulla mandata si ottiene con il circuito della
figura 18 da cui risulta che il regolatore è posto sulla tubazione di mandata immediatamente a monte del distributore.
Poiché la portata è regolata su un certo valore, se sono
diverse le aree su cui agisce l’olio in pressione, si hanno
velocità diverse nelle due corse di andata e ritorno; tale
regolazione dà luogo a un movimento a strappi dello
stelo.
2. La regolazione sul ritorno si realizza con lo schema di figura 19: una valvola limitatrice di portata viene posta sulla
tubazione di ritorno immediatamente a valle del distributore.
Anche in tal caso si hanno velocità diverse nelle due corse
ma si evita il movimento irregolare dello stelo; è sconsigliabile quando l’attuatore è collegato a valvole di sequenza.
Fig. 20. Regolazione della velocità alternativamente sulla
mandata e sul
ritorno.
3. La regolazione alternata sulla mandata e sul ritorno si ottiene con lo schema della figura 20: un regolatore è posto subito dopo il distributore e prima della camera posteriore dell’attuatore; con tale disposizione la regolazione si ha sulla mandata nella corsa di andata e sul ritorno durante il rientro dello stelo; la velocità delle due
corse risulta in tal caso uguale, a meno che il regolatore
non abbia perdite di carico diverse nei due versi di percorrenza.
Fig. 21. Regolazione della
velocità contemporanea
sulla mandata
e sul ritorno.
4. La regolazione contemporanea sulla mandata e sul ritorno si realizza come descritto in figura 21: si usano due
regolatori di portata in combinazione con due valvole di
ritegno; sia dal punto di vista della precisione che della
regolarità del movimento questa è sicuramente la soluzione migliore.
Altre modalità di regolazione della velocità sono basate
sull’impiego di pompe a cilindrata variabile, di pompe
multiple a mandate indipendenti, di più pompe a cilindrata fissa con un dispositivo che consente l’inserimento
di una di esse per volta.
COMANDI
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
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29 – Circuiti oleodinamici fondamentali
5. Circuiti rigenerativi
Un circuito si dice rigenerativo quando le due camere di
un attuatore sono collegate come mostrato in figura 22.
Fig. 22. Circuito rigenerativo.
Fig. 23. Circuito con possibilità di funzionamento normale o rigenerativo.
Quando si invia olio in pressione si ha l’avanzamento dello
stelo poiché Sa Sp; la particolarità di tale collegamento è
quella di consentire una velocità d’uscita dello stelo molto
elevata, poiché l’olio inizialmente contenuto nella camera
anteriore si aggiunge alla portata inviata dalla pompa; tali
circuiti sono particolarmente adatti per ottenere posizionamenti rapidi.
Nella figura 23 è dato un esempio di circuito con possibilità
di funzionamento sia normale che rigenerativo, molto utile
quando è necessario avere prima una corsa di avanzamento
veloce, poi una spinta a tutta pressione. La prima fase si ha
con il distributore A commutato dal segnale y, la seconda
fase con A commutato da x; nel funzionamento rigenerativo,
con A posizionato come in figura, quando B commuta in posizione (a) si ha l’avanzamento rapido, quando B commuta
in posizione (b) lo stelo resta bloccato, quando infine B commuta in posizione (c) si ottiene il rientro dello stelo.
6. Circuiti aperti e chiusi
Con riferimento al percorso seguito dal fluido, i circuiti
oleodinamici si possono suddividere in due tipi fondamentali, circuiti aperti e circuiti chiusi.
❿
La pompa di carico, quasi
sempre del tipo a ingranaggi, alimenta con fluido
prelevato dal serbatoio il
circuito principale per compensare le perdite d’olio;
viene anche detta pompa
di sovralimentazione o ausiliaria. Le valvole di ritegno assicurano che la
pompa di carico invii olio
sempre sul ramo a bassa
pressione del circuito principale; la valvola di massima limita la pressione
della pompa di carico; la
valvola di scambio migliora
il raffreddamento e il filtraggio dell’olio nel circuito
principale sostituendone
continuamente una parte.
170 COMANDI
1. I circuiti aperti sono caratterizzati dalla circolazione dell’olio proveniente dalla pompa, attraverso la valvola direzionale, l’attuatore, il filtro e infine il serbatoio dal quale il
fluido viene riprelevato, per percorrere di nuovo il circuito.
Il serbatoio deve contenere una quantità d’olio proporzionale a quella circolante nell’impianto. Normalmente le
sue dimensioni devono essere tali da contenere da due a
quattro volte la portata della pompa; per esempio per
una portata di 30 l/min si ha un serbatoio di 60-120 l; ciò
rappresenta l’inconveniente maggiore di questi circuiti,
traducendosi in un notevole ingombro del sistema.
2. I circuiti chiusi sono caratterizzati dalla circolazione diretta
dell’olio tra la pompa e l’attuatore e tra questo e la pompa;
consentono un controllo di posizione e di velocità più accurato; necessitano di un serbatoio più piccolo, però richiedono l’inserimento di ulteriori elementi nel circuito: la
pompa di carico❿, alcune valvole di non ritorno, una valvola di massima pressione, una valvola di scambio e, in alcuni casi, uno scambiatore di calore.
Il circuito chiuso è quello che meglio si presta al comando
dei motori oleodinamici; con esso è possibile variare il verso
del moto semplicemente agendo sulla pompa in modo da
invertire la direzione del flusso nei due rami del circuito.
Esso consente una durata superiore della pompa perché,
avendo questa l’alimentazione in pressione, può lavorare
con portate più elevate e quindi con pressioni minori.
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
Esercizi
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Esercizio 1. Comando di un sollevatore
a parallelogramma articolato
I sollevatori a parallelogramma articolato (fig.
24) trovano larga diffusione nelle industrie per
operazioni di carico e scarico. Studiare la loro
movimentazione.
29 Circuiti oleodinamici fondamentali
la chiusura del circuito, nel senso della discesa,
allorché viene dato il segnale di fine discesa o
sollevamento; inoltre funziona da valvola di sicurezza poiché, in caso di assenza di alimentazione elettrica, assume la posizione di tutto
chiuso impedendo la discesa della piattaforma
che avverrebbe, se tale valvola fosse assente, a
causa degli inevitabili trafilamenti d’olio nel distributore. La valvola di controllo discesa (4) permette di avere una velocità di discesa costante
entro un certo campo di carico applicato sulla
piattaforma.
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Esercizio 2. Comando di un argano
Azionare un argano con un sistema di comando
oleodinamico.
Soluzione
Il circuito oleodinamico di comando è costituito
come illustrato in figura 25: una centralina oleodinamica (1), tramite un distributore 4/3 (2), comanda un cilindro a d.e. che spinge sulle due forbici del sollevatore provocandone il movimento.
Quando la piattaforma scende il cilindro è motore ma le valvole (3) e (4) impediscono che il
funzionamento sia anomalo; il circuito è concepito in modo che le possibili avarie non provochino in nessun caso la rapida discesa della piattaforma; il distributore (2) in condizioni di riposo,
cioè in assenza di corrente, è posizionato nella
configurazione centrale.
L’elettrovalvola (3) assolve a due funzioni: opera
Soluzione
Essendo richiesta una coppia continua da fornire
all’albero dell’argano si deve impiegare come attuatore un motore idraulico; inoltre, poiché in
tale applicazione risulta utile sfruttare lo stesso
motore anche in frenatura, esso deve essere reversibile; un tale comando può realizzarsi con il
circuito della figura 26.
Il motore funziona come tale nella fase di sollevamento, mentre diviene una pompa nella fase
di discesa del carico; ciò consente di sfruttare l’energia cinetica del carico, trasformandola in
energia idraulica, per effettuare la frenatura.
Durante questa fase il distributore 4/3 è in posizione centrale, come indicato in figura, e il motore pompa olio, attraverso la valvola di massima, nel ramo a bassa pressione del circuito
(ramo destro in figura).
Fig. 25. Circuito di comando di un sollevatore a
parallelogramma articolato.
Fig. 26. Circuito di comando di un argano.
Fig. 24. Sollevatore a parallelogramma articolato.
COMANDI
OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI
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29 – Circuiti oleodinamici fondamentali
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Esercizio 3. Comando di un carrello
elevatore
Considerare un veicolo molto utilizzato all’interno degli stabilimenti industriali, ovvero il carrello elevatore a forche della figura 27. Studiare
il sistema di comando delle forche.
Fig. 27. Carrello elevatore a forche.
Soluzione
Per ottenere il movimento della piastra porta
forche si può usare un cilindro oleodinamico telescopico, a uno o più sfili, a d.e., comandato
come illustrato nello schema della figura 28. Il
distributore ha come posizione di riposo quella
intermedia, che è un centro chiuso; viene azionato meccanicamente da una leva e ha il ritorno
a molla; il centro chiuso è necessario per ottenere il fermo della piastra porta forche in qualsiasi posizione; in mancanza di alimentazione la
discesa avviene ugualmente, per effetto del
peso, ma solo commutando il distributore sul
lato discesa.
Qualora il carrello debba muoversi su un terreno
sconnesso occorre montare, in derivazione dalla
tubazione di mandata tra il distributore e il cilindro, un accumulatore che effettua uno smorzamento degli urti.
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Esercizio 4. Comando della tavola
di una rettificatrice per piani
Comandare la macchina della figura 29 impiegando un cilindro a stelo passante le cui due
estremità sono bloccate sulla tavola da azionare.
Fig. 29. Rettificatrice per piani.
Soluzione
Lo schema del comando oleodinamico è riportato in figura 30; il distributore di potenza 4/2 è
di tipo rotante ad azionamento meccanico; sulla
tavola sono predisposti due risalti che al termine
della corsa in un verso commutano la valvola distributrice; è prevista la regolazione sia della portata che della pressione.
Fig. 30. Circuito di comando della tavola della rettificatrice per piani.
Fig. 28. Circuito di comando di un carrello elevatore a forche.
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OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI