Dimensionamento dei Cilindri Idraulici: Calcoli e Esempi
Il dimensionamento corretto di un cilindro idraulico è fondamentale per garantire prestazioni ottimali e sicurezza nell'applicazione desiderata. Questo articolo illustra i calcoli necessari per determinare la velocità di estensione, il numero di pompate richieste e altri parametri chiave.
Calcolo del Numero di Pompate Necessarie
Consideriamo un esempio pratico per calcolare quante pompate sono necessarie per estendere completamente un cilindro idraulico azionato manualmente.
Esempio: Un cilindro con corsa H = 50 mm viene azionato con una pompa a mano. È necessario eseguire una corsa a vuoto L = 30 mm. Quante pompate occorrono per ottenere l’estensione completa del cilindro?
Supponiamo che l'area del pistone (A) sia di 132,7 cm² (come nell’esempio 1).
Corsa a Vuoto
Per la corsa a vuoto, utilizziamo la seguente formula:
S BP (mm) = [V BP (cm³).10] : A (cm²)
Dove:
- V BP = 32 cm³ (portata ad ogni corsa della pompa)
Quindi:
S BP = (32 . 10) : 132,7 mm = 2,4 mm
Il numero di pompate per la corsa a vuoto si calcola dividendo 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
Per la corsa sotto carico, utilizziamo la seguente formula:
S AP (mm) = [V AP (cm³).10] : A (cm²)
Dove:
- V AP = 3 cm³ (portata ad ogni corsa della pompa)
Quindi:
S AP = (3 . 10) : 132,7 mm = 0,23 mm
Il numero di pompate per la corsa sotto carico si calcola dividendo la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata:
PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm) = [50 - 30] : 0,23 = 87 pompate
Risultato: In totale, occorrono PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Calcolo della Velocità di Estensione
La velocità di 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 considerare la portata a bassa pressione (Q BP) per il movimento del cilindro senza carico e la portata ad alta pressione (Q AP) per gli spostamenti sotto carico.
La formula per calcolare la velocità di estensione è la seguente:
v(mm/s) = [Q(l / min) . 166,67] : A (cm²)
Dove:
- v = velocità del cilindro in mm/s
- Q = portata della pompa in l/min
- A = area del pistone nel cilindro in cm²
Esempio: Consideriamo un cilindro azionato da una pompa elettrica.
Altri Parametri Importanti
Oltre ai calcoli sopra descritti, è fondamentale considerare altri parametri per un corretto dimensionamento del cilindro idraulico:
- Potenza in spinta resa in kg e Quintali alla pressione massima di lavoro.
- Potenza in spinta resa in kg e Quintali alla pressione di sicurezza.
- Potenza in trazione (ritorno) resa in kg e Quintali alla pressione massima di lavoro.
- Rapporto fra superficie posteriore e lato stelo (rapporto avanti/indietro).
- Diametro stelo adeguato alla spinta in relazione alla lunghezza.
- Velocità di avanzamento in m/min e m/sec.
- Tempo impiegato per la corsa totale.
- Portata di fluido necessaria per l'andata.
- Portata di fluido necessaria per il ritorno.
- Volume interno cilindro lato posteriore.
- Volume interno cilindro lato anteriore (lato stelo).
- Diametro tiranti o bulloni di fissaggio se di tipo imbullonato.
- Spessore minimo del cilindro in relazione alla pressione.
- Spessore minimo del fondello in relazione alla pressione.
- Diametro delle luci di passaggio olio.
Riassumiamo i parametri e le formule principali in una tabella:
| Parametro | Formula | Unità di Misura |
|---|---|---|
| Corsa a vuoto per pompata (S BP) | [V BP (cm³) . 10] : A (cm²) | mm |
| Numero di pompate per corsa a vuoto (PB BP) | L (mm) : S BP (mm) | pompate |
| Corsa sotto carico per pompata (S AP) | [V AP (cm³) . 10] : A (cm²) | mm |
| Numero di pompate per corsa sotto carico (PB A) | [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm) | pompate |
| Velocità di estensione (v) | [Q(l / min) . 166,67] : A (cm²) | mm/s |
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