Introduzione alla oleodinamica CIRCUITI OLEOIDRAULICI Gli impianti oleoidraulici sono sistemi di trasmissione di energia nei quali il vettore è un fluido a limitata comprimibilità. Le funzioni principali sono: - conversione dell'energia "meccanica" in energia "idraulica"; - controllo e regolazione dell'energia; - trasferimento dell'energia; - conversione dell'energia idraulica in energia meccanica.
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Introduzione alla oleodinamica
CIRCUITI OLEOIDRAULICI
Gli impianti oleoidraulici sono sistemi di trasmissione di energia
nei quali il vettore è un fluido a limitata comprimibilità.
Le funzioni principali sono:
- conversione dell'energia "meccanica" in energia "idraulica";
- controllo e regolazione dell'energia;
- trasferimento dell'energia;
- conversione dell'energia idraulica in energia meccanica.
Componenti e Funzioni
Le funzioni sono svolte dai seguenti componenti e gruppi:
• motore primo
• uno o più generatori di portata (pompe, eventualmente in combinazione con accumulatori);
• valvole di controllo della pressione;
• dispositivi di controllo del flusso;
• valvole direzionali;
• cilindri e/o motori idraulici;
Ed inoltre
•Trasduttori con sensori
•Sistemi di riscaldamento o raffreddamento del fluido
•Sistemi di sicurezza
Tipologie e caratteristiche 1
Gli impianti oleoidraulici possono essere suddivisi in due categorie pricipali:
- IMPIANTI IDROCINETICI
- IMPIANTI IDRODINAMICI
- IMPIANTI IDROSTATICI
Ci si riferirà principalmente ad impianti di tipo idrostatico.
•La trasmissione oleoidraulica ha caratteristiche positive quali:
•capacità di trasmettere di potenze anche elevate;
•componenti compatti e costruttivamente semplici;
•elevata affidabilità operativa e ridotta manutenzione;
•semplicità degli organi di regolazione;
•affidabilità e precisione di comando;
•possibilità di trasformare con mezzi elementari il moto rotativo in moto
lineare alterno.
Tipologie e caratteristiche 2
Essi presentano tuttavia alcune limitazioni:
- rendimenti totali di trasmissione non elevati (50-70%);
- difficoltà di sincronizzazione di più attuatori in modo semplice;
- difficoltà a mantenere rigorosamente costante la velocità dei
movimenti in presenza di resistenze variabili.
Per tali motivi la scelta e l’impiego dei sistemi oleoidraulici viene adottata
nei casi in cui è richiesta:
•Elevata potenza assoluta
•Elevata potenza specifica
•Compattezza delle apparecchiature
•Grande flessibilità e versatilità
Funzioni svolte dal fluido
• Trasmissione per via idrostatica dell’energia
portata volumetrica di fluido
pressione del fluido dipendente dalle condizioni nel circuito
• lubrificazione delle coppie cinematiche presenti nel sistema
• trasporto di calore dai punti in cui viene generato ad un opportuno organo
di scambio con l’ambiente
• trasporto di particelle solide generate per usura entro le coppie cinematiche
• COMPOSIZIONE CHIMICA
• Oli minerali o sintetici additivati
– Miscele di idrocarburi con elevato peso molecolare, additivati con
composti chimici in grado di modificarne determinati comportamenti
• Fluidi a base di acqua
– Emulsioni acqua-olio
– Emulsioni acqua-glicole
• Fluidi sintetici di varia natura
– Fosfato-esteri semplici o clorurati
– Idrocarburi clorurati
– Silicato-esteri
• I circuiti oleodinamici usati nelle macchine automatiche impiegano quasi
esclusivamente fluidi basati su oli minerali additivati
Principali tipi di fluidi utilizzati in oleodinamica
• DENSITA’
• COMPRIMIBILITA’
α coefficiente di comprimibilità volumica
del fluido = variazione specifica
di volume a seguito di una
variazione unitaria di pressione [Mpa-1]
ε modulo elastico apparente del fluido
(bulk modulus) = variazione di
pressione che provoca una
variazione specifica di volume unitaria [MPa]
oli minerali ε = 1750 MPa
acqua ε = 2350 MPa
Caratteristiche meccaniche del fluido utilizzato
Un ΔP=100 bar (10 MPa) provoca nell’olio una
variazione % di volume pari allo 0.57%
Es. 300 dm3 di olio che passano da 2 a 30
MPa subiscono una variazione di volume
pari a 4.778 dm3
Viscosità a 50°C
DIN 51562
Densità a 15°C
DIN 51757
Indice di viscosità
DIN 51563
Punto di scorrimento
DIN 51597
Punto di infiammabilità
DIN 51584
Dati caratteristici per oli minerali additivati
INDICE di VISCOSITA’ (I.V.)
parametro che misura quanto la viscosità di un fluido è sensibile alle
variazioni di temperatura. E’ misurata in rapporto al comportamento
di due olii campione
Naftenico puro I.V.=0
Paraffinico puro I.V.=100
Più elevato è I.V. minore è la sensibilità alle variazioni di temperatura
Olii additivati I.V. > 100 (≅200)
Caratteristiche che influenzano direttamente il
comportamento del fluido all’interno del circuito
oleodinamico
Si fa riferimento normalmente alla viscosità
cinematica, utilizzando come unità di misura
i centistokes [ 1 cSt= 10-8 m2s-1]
Dati fisici di funzionamento
Viscosità Cinematica
Viscosità cinematica di vari fluidi
al variare della temperatura
Gruppi di alimentazione
GRUPPI DI ALIMENTAZIONE (Centralina Oleodinamica)
II gruppo di alimentazione, nel quale avviene la conversione di energia
meccanica in energia idraulica, è costituito essenzialmente da:
•motore (elettrico o endotermico)
•pompa
•valvola limitatrice di pressione (valvola di sicurezza)
•serbatoio
•accumulatore
•filtro
•scambiatore di calore
Gruppi di alimentazione - Pompe
La pompa è di solito di tipo volumetrico: le più usate sono le pompe ad
ingranaggi, sono poi disponibili anche pompe a palette, a vite, a pistoni(radiali o assiali). I parametri caratteristici della pompa sono:
- cilindrata V (commercialmente cm3/giro)
- portata Q (litri/s) [( m3/sec)]
- coppia M (Nm)
- potenza N (kW)
- velocità di rotazione n (commercialmente giri/min)
- prevalenza p (Pa=N/m2)
- rendimento volumetrico v
- rendimento meccanico m
- rendimento totale t = v m
Gruppi di alimentazione – Motori
La portata della pompa è (nelle unità commerciali indicate)
Q = V n v/60000 (litri/s)
N = Q p/106 (kW)
II motore dovrà fornire una potenza
NM=N k/ t
dove k è un coefficiente di sovraccarico superiore a 1.
La valvola limitatrice di pressione o valvola di massimo deve avere una
sezione di passaggio tale da permettere il deflusso dell'intera portata della
pompa più eventuali scarichi degli attuatori in caso di superamento della
pressione di taratura (pari alla pressione ammissibile nel componente più
debole del circuito).
Valvole di distribuzione e regolazione
•Le valvole di distribuzione (distributori) effettuano la distribuzione del
fluido nei rami del circuito. Sono disponibili sul mercato le tipologie più
diverse nelle dimensioni necessarie per le portate usuali.
•È molto importante controllare che la pressione di esercizio del distributoresia congruente con quella del circuito.
•Anche per le valvole di regolazione, che controllano il flusso del fluido
nelle connessioni, sono disponibili componenti standard sul mercato a
pilotaggi oleoidraulici, pneumatici, elettrici o meccanici.
Attuatori 1
Gli attuatori si dividono in due categorie:
- attuatori lineari (cilindri a semplice e a doppio effetto)
- attuatori rotativi (motori oleoidraulici)
Per quanto riguarda i cilindri oleoidraulici le grandezze caratteristiche sono:
- velocità di uscita stelo v1 (m/s)
- velocità di rientro stelo v2 (m/s) (per cilindri a doppio effetto)
- pressione di esercizio p (bar=105 Pa)
- diametro stelo d (mm)
- alesaggio pistone D (mm)
- spinta F1 (N)
- tiro F2 (N) (per cilindri a doppio effetto)
Attuatori 2
Valgono le seguenti relazioni
velocità di uscita stelo v1= 4000Q/ D2
velocità di rientro stelo v2= 4000Q/ (D2-d2) (doppio effetto)
Spinta F1= D2p/40
Tiro F2 = (D2-d2)p/40 (doppio effetto)
Commercialmente sono disponibili attuatori lineari a catalogo, è tuttavia
possibile progettare e costruire cilindri su misura di qualsiasi dimensione.