Forza e Calcolo del Cilindro Idraulico
Il pistone idraulico, o cilindro oleodinamico, è un componente fondamentale in molti sistemi che richiedono la generazione di una forza lineare. È composto da due parti principali: un cilindro e un pistone, quest'ultimo spesso chiamato "stelo". Il pistone, azionato da una pompa che spinge l'olio idraulico, scorre all'interno del cilindro, generando un movimento lineare tramite la parziale fuoriuscita dello stelo dal cilindro stesso.
Principio di Funzionamento e Legge di Pascal
Il funzionamento del pistone idraulico si basa sul principio di Pascal, che afferma che la pressione esercitata su un punto di un fluido incomprimibile si trasmette inalterata in ogni altro punto del fluido. Questo principio è sfruttato nel torchio idraulico, un dispositivo che si comporta come un amplificatore di forza.
Il torchio idraulico è costituito da due superfici (o piatti) che fungono da stantuffi all'interno di un cilindro. Ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa. Se applichiamo una forza alla superficie S1, la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2, che subirà una forza F2.
Calcolo della Forza e Scelta del Pistone
Per scegliere il pistone idraulico più adatto alle proprie esigenze, è necessario valutare il valore dell'alesaggio, poiché è questo valore che determina la "forza" del cilindro oleodinamico. Pertanto ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa.
Esempio di Calcolo: Sollevatore Idraulico
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni, uno con area di appoggio pari a 10 cm² e l'altro con una superficie maggiore. In un sollevatore idraulico, la superficie del pistone più piccolo è ⅒ di quella del pistone più grande.
Calcolo del Numero di Pompate
Consideriamo un cilindro (corsa H=50 mm) azionato con una pompa a mano, con una corsa a vuoto L = 30 mm. Vogliamo calcolare quante pompate occorrono per ottenere l’estensione completa del cilindro.
Supponendo che A = 132,7 cm² (come nell’esempio 1), per la corsa a vuoto vale:
S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V BP = 32cm³-> S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata:
PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate
Per la corsa sotto carico:
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V AP = 3 cm³-> S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata:
PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate
In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
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 è:
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:
Con quale velocità si estende un cilindro azionato da pompa elettrica?
Struttura del Pistone Idraulico
Il pistone idraulico è tipicamente costituito da un tubo, chiuso da due terminali: il fondello e la testata. Al suo interno scorre uno stelo. Molto frequentemente, il pistone è congiunto allo stelo tramite un collegamento a filetto.
Per prevenire lo svitamento del pistone, i costruttori di cilindri hanno adottato diverse soluzioni empiriche. Ad esempio, il pistone autobloccante realizzato dalla Naldoni e Biondi S.r.l.
Con una portata ad ogni corsa della pompa V = 3,5 cm³
S =( 3,5 .10) : 15,9 mm = 2,2 mm
Ad ogni pompata il carico si sposta di 2,2 mm
Esempio:
Quante pompate occorrono per estendere tutto il cilindro?
Un cilindro (corsa H=50 mm) viene azionato con una pompa a mano. Deve essere eseguita una corsa a vuoto L = 30 mm. Quante pompate occorrono per ottenere l’estensione completa del cilindro?
A = 132,7 cm² (come nell’esempio 1)
Per la corsa a vuoto vale
S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V BP = 32cm³-> S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata:
PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate
Per la corsa sotto carico:
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V AP = 3 cm³-> S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata:
PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate
In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Velocità d’estensione
La velocità d’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 porre per il movimento del cilindro senza carico la porta-ta a bassa pressione Q BP e per gli spostamenti sotto carico invece la portata ad alta pressione Q AP .
Formula:
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:
Con quale velocità si estende un cilindro azionato da pompa elettrica?
Un cilindro viene azionato con una pompa elettrica .
tag: #Idraulico