Cilindro Idraulico a Doppio Effetto con Valvola di Blocco: Funzionamento e Applicazioni

Molto spesso si sentono nominare sistemi di bloccaggio idraulici a semplice o a doppio effetto. Purtroppo, nella frenesia del mondo contemporaneo, non ci si sofferma con la dovuta attenzione sui motivi che portino alla scelta dell’uno o dell’altro e sulle inevitabili ricadute progettuali. In questa piccola rubrica analizzeremo i vantaggi offerti dai sistemi a doppio effetto in contesti specifici, così come alcuni aspetti che devono essere tenuti presente in fase di scelta tra l’uno o l’altro sistema.

Sistemi di Bloccaggio Idraulici: Semplice vs. 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.

La contropressione è anche legata alla lunghezza dei tubi idraulici, il che rende poco adatto l’uso di cilindri a semplice effetto con tubazioni particolarmente lunghe (pena l’impossibilità di sbloccare il cilindro). 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.

Quando Scegliere un Sistema a Doppio Effetto

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. La maggiore affidabilità dell’attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo.

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. 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. Dato che i cilindri si muovono in base alla pressione data dal fluido, lo stato degli stessi può essere monitorato da pressostati su entrambi i lati (serraggio e di sbloccaggio).

Inoltre i cilindri idraulici, grazie ai pressostati, risultano “sempre in presa”, capaci di generare forza fintanto che la pressione viene mantenuta ai livelli definiti dal dimensionamento dell’attrezzo. I cilindri a doppio effetto sono spesso migliori per attrezzature di grandi dimensioni con lunghe linee idrauliche o altre restrizioni di flusso.

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.

Valvola di Blocco Pilotata a Doppio Effetto (VBPDE)

Una valvola di blocco pilotata a doppio effetto (VBPDE) è un componente essenziale nei sistemi oleodinamici moderni. Valvola utilizzata per bloccare in posizione un cilindro in entrambi i sensi, consentendo il flusso in una direzione ed impedendolo in senso contrario fino a quando non viene applicata la pressione di pilotaggio. Questa valvola è progettata specificamente per bloccare un cilindro in posizione, in entrambe le direzioni, garantendo sicurezza e controllo in diverse applicazioni.

Funzionamento della Valvola di Blocco Pilotata

La valvola di blocco pilotata permette il flusso dell'olio in una direzione, mentre lo impedisce nella direzione opposta. Questo meccanismo rimane attivo fino a quando non viene applicata una pressione di pilotaggio. In sostanza, il carico resta fermo grazie all'azione della valvola di ritegno, fino a quando non viene applicata una pressione che ne permette il movimento, sbloccando contemporaneamente la valvola sul ramo opposto.

Caratteristiche Principali

Blocco Bidirezionale: Blocca il cilindro in entrambe le direzioni.
Montaggio su Cilindro: Particolarmente adatta per il montaggio diretto sul cilindro, soprattutto in configurazioni con interasse corto.
Assenza di Regolazioni: Generalmente non presenta regolazioni, facilitando l'installazione e l'uso.

Applicazioni Comuni

Le valvole di blocco pilotate trovano impiego in diverse applicazioni, tra cui:

Macchinari Agricoli: Utilizzata nel terzo punto dei trattori per regolare l'inclinazione degli aratri o l'altezza di taglio dell'erba.
Sistemi di Sollevamento: Impiegata per il blocco in posizione di carichi sospesi.

Un esempio tipico è il terzo punto di ancoraggio nei trattori, dove la valvola permette di alzare o abbassare il macchinario agricolo connesso, regolando l'inclinazione o l'altezza in modo fisso e sicuro.

Valvole Overcenter: Un'Alternativa Sofisticata

Le valvole overcenter svolgono una funzione simile, ma offrono un controllo più preciso e una maggiore fluidità nei movimenti. Queste valvole permettono di regolare la pressione di blocco tramite viti che comprimono delle molle, definendo un valore di sicurezza specifico. È consigliabile impostare una pressione di taratura superiore del 30% rispetto alla pressione massima dovuta al carico applicato.

Questo margine di sicurezza garantisce che:

La pompa sviluppi una pressione sufficiente per far circolare l'olio all'interno della valvola.
Il carico rimanga in posizione anche in caso di aumenti improvvisi di pressione fino al 30%.
Si prevenga il danneggiamento del cilindro o del braccio meccanico in caso di sforzi eccessivi.

Sicurezza e Normative

Una questione importante riguarda la sicurezza nell'uso di queste valvole, specialmente in applicazioni che coinvolgono carichi sospesi. L'utilizzo di una valvola di blocco pilotata, cablata tramite tubazioni rigide direttamente sul cilindro, può essere sufficiente per garantire la conformità alle normative di sicurezza.

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