Giunti Idraulici Girevoli: Funzionamento e Applicazioni

Il giunto rotante, noto anche come giunto girevole, è un componente meccanico cruciale in diversi settori industriali.

Il Giunto Rotante è un dispositivo di precisione usato per trasferire fluido sotto pressione o vuoto da una parte stazionaria ad una rotante.

Questo dispositivo garantisce la tenuta tra una alimentazione fissa (come una tubazione) ed una parte rotante (come un rullo, un cilindro, un mandrino) per consentire il flusso di un fluido in entrata e/o uscita dalla parte rotante. Il giunto rotante è progettato per ruotare attorno ad un asse, per contenere e trasferire fluido senza perdite all’esterno.

Componenti Principali dei Giunti Rotanti

Questi dispositivi sono costituiti da un rotore, una o più guarnizioni, uno o più cuscinetti e da un involucro, detto corpo o carcassa.

Corpo: Il corpo (generalmente la parte statica) è il componente che tiene insieme tutti gli altri elementi del Giunto Rotante, ed è dotato di una o più porte di ingresso, generalmente filettate, a cui verranno collegati, tramite raccordi, i tubi flessibili di adduzione/scarico del fluido.
Albero/Rotore: L’albero/rotore è il componente che trasporta il fluido attraverso il suo collegamento al cilindro/rullo o macchinario a valle.
Cuscinetti: Una parte importante del giunto rotante sono i cuscinetti che possono essere di varie tipologie, generalmente sono a sfere: hanno l’importante compito di mantenere in asse il giunto durante la rotazione. Alcuni Giunti Rotanti hanno cuscinetti “stagni”, ossia pre-lubrificati a vita in fabbrica, altri hanno il corpo dotato di raccordo per lubrificazione (ingrassatore) e periodicamente devono essere re-ingrassati per ripristinare il lubrificante consumato.
Tenuta: Il cuore del Giunto Rotante è la tenuta che ha il compito di impedire al fluido di fuoriuscire dal giunto stesso durante il funzionamento. Le tenute possono essere in grafite (per aria e acqua filtrata) o in carburo di silicio (per olio e acqua).

Caratteristiche dei Giunti Rotanti

I Giunti Rotanti sono differenziati principalmente in base al numero di passaggi, al tipo di fluido, alle condizioni operative (pressione e temperatura d’esercizio, velocità di rotazione), all’ambiente di lavoro ed alla destinazione d’uso ( alimentare e non).

Le caratteristiche comuni dei giunti rotanti idraulici per macchine movimento terra sono l'ambiente di lavoro tipicamente polveroso e fangoso da cui ne deriva la buona protezione contro le infiltrazioni di agenti esterni. In alcuni casi equipaggiano macchine idrostatiche con elevato numero di passaggi e con applicazioni elettriche.

Alta affidabilità e stabilità sono elementi chiave, e la precisione delle operazioni e il collaudo del 100% dei giunti prima della spedizione li hanno resi leader per una vasta gamma di applicazioni: olio idraulico, gas, ecc.

Come Dimensionare un Giunto Rotante?

Per cominciare, dovrete prestare attenzione al tipo di fluido che transiterà per il giunto che state per acquistare. Tra i fluidi che, a seconda del modello, possono attraversare un giunto, ricordiamo i gas, l’aria, il vuoto, l’acqua, l’olio, il vapore, i liquidi di raffreddamento, ecc.

Sul mercato esistono giunti rotanti di varie dimensioni. La pressione di esercizio dell’impianto. Più precisamente, dovrete determinare la pressione normale del fluido, solitamente compresa tra 0 e 1380 bar, ossia tra 0 a 20.000 psi, e la pressione massima di esercizio. I giunti rotanti, infatti, possono essere utilizzati sia in sistemi sottovuoto che in impianti sotto pressione. La temperatura di esercizio del fluido e la temperatura ambiente. La velocità e il senso di rotazione richiesti.

Giunto Rotante o Collettore Rotante?

Giunti rotanti e collettori rotanti facilitano la rotazione dei componenti della macchina in cui sono installati. Nei collettori la corrente viene trasmessa a partire da un ingresso fisso, spesso una spazzola, verso un’uscita rotante, che spesso corrisponde ad un anello.

Generalmente i collettori rotanti, detti anche collettori ad anelli, slip ring e anelli collettori, vengono installati sulla parte mobile della macchina. La carica elettrica, invece, è trasmessa lungo i fili che attraversano l’albero cavo.

Qualora però il vostro impianto debba garantire sia la trasmissione di fluidi che la trasmissione di potenza elettrica o di segnali, potrete combinare l’uso di raccordo e collettore.

Altri Criteri da Considerare nella Scelta di un Giunto Rotante

Un altro fattore da non trascurare è il materiale del raccordo. A seconda della natura del fluido da movimentare, è possibile scegliere tra acciaio, alluminio, ottone, ghisa e bronzo.

Una volta scelto il materiale che fa al caso vostro, dovrete decidere di quale tipo di connessione, maschio o femmina, avete bisogno e di che tipo di montaggio.

Applicazioni dei Giunti Rotanti

Il giunto rotante, o giunto rotante, è ampiamente utilizzato nell'industria del trasferimento di fluidi e gas. Molte linee di montaggio utilizzano più Giunti Rotanti, perché sono altamente versatili e occupano meno spazio rispetto ad altri dispositivi progettati per uno scopo simile.

I Giunti Rotanti compaiono anche nell’automotive ed in altre macchine operatrici che richiedono forniture costanti di lubrificazione, aria o altri liquidi affinché le parti mobili funzionino senza intoppi.

I raccordi rotanti consentono il trasferimento di liquidi o gas all'interno o all'esterno di una parte rotante. Il giunto rotante gas-liquido è utilizzato per la trasmissione di gas e liquidi, in particolare aria compressa, idrogeno, azoto, acqua, olio, refrigerante e così via.

Il raccordo rotante per aria CENO può far passare aria compressa, azoto e così via. La presa d'aria rotante può essere a 2 e 3 ingressi, ha flange di adattamento di montaggio, una buona protezione e una lunga durata.

Il raccordo rotante può essere utilizzato per l'alimentazione del refrigerante attraverso il tubo dell'aria o per l'opzione di lubrificazione automatica AL.

Il Collettore Rotante di Fluidi (FRU) funge da interfaccia rotante per il trasporto di fluidi tra apparecchiature fisse e rotanti.

Esempi di Utilizzo:

Macchine utensili
Macchine movimento terra
Macchine idrostatiche
Sistemi che richiedono il trasferimento combinato di fluido, energia elettrica, segnali e/o dati

Importanza dei Tubi Flessibili e dei Raccordi

Un’importante caratteristica dei sistemi oleodinamici è la facilità nel variare con ripetitività le posizioni relative tra i componenti durante il lavoro. Ciò è reso possibile dalla famiglia dei tubi flessibili.

Esiste anche un impiego statico dei tubi flessibili, che semplifica di molto installazioni, specie se a carattere provvisorio, in cui pompe ed attuatori siano fermi tra loro ma distanti e con ostacoli o dislivelli che renderebbero complicato e costoso l’uso dei tubi rigidi.

Struttura dei Tubi Flessibili

Strutturalmente i tubi flessibili sono costituiti da uno più strati concentrici in elastomero (gomme o altri elastomeri) alternati a strati di tessuti in fibre naturali, sintetiche o a strati di trecce metalliche. Le trecce possono essere a più strati e sono sempre disposte ad eliche alternate dello stesso passo per coniugare resistenza e flessibilità.

L’esterno può essere in elastomero come in treccia metallica a scopo protettivo e di sicurezza. In caso di perdita il “dardo” d’olio ad alta pressione (pericolosissimo) viene nebulizzato o quantomeno smorzato drasticamente. L’interno, la parte a contatto col fluido idraulico, è sempre in elastomero.

ELASTOMERO: da verificare la compatibilità Natura del fluido operante con l’elastomero con cui è a contatto.

TRECCIATURA: la scelta è in funzione delle esigenze di flessibilità, del numero di deformazioni per unità di tempo, dalla pressione del fluido. Le possibilità di scelta comprendono il materiale prescelto, il diametro dei fili di solito disposti come nastri, il numero degli strati (schiere, in gergo), il passo dell’avvolgimento elicoidale.

Temutissima dai manutentori: l’estrusione dell’elastomero dall’interno del tubo attraverso la treccia.

Raccordi Terminali

Al raccordo terminale è demandato il collegamento tra il tubo flessibile e le parti del sistema idraulico a cui deve essere connesso con facilità ed affidabilità. Il flessibile viene graffato tra il collare esterno deformabile plasticamente e un porta gomma interno opportunamente corrugato.

Se la deformazione plastica è eccessiva il flessibile subisce però un principio di tranciatura (appare inizialmente come un rigonfiamento) che causerà la rottura del flessibile presso l’innesto sul raccordo, punto dove peraltro si verifica la maggioranza delle rotture. La graffatura fornisce prestazioni ottimali in caso di sollecitazioni pesanti, vibrazioni, colpi d’ariete etc.

Il vantaggio dei raccordi recuperabili sta nel non necessitare di attrezzature particolari per il fissaggio del flessibile. Il raccordo recuperabile filettato ottiene l’effetto di serraggio del tubo flessibile azionando una ghiera di bloccaggio. Il tutto è potenziato dalla conicità delle superfici affacciate e dalle rugosità interne alla ghiera.

Il raccordo a gusci (è detto anche a conchiglia) ha invece prestazioni identiche a quello graffato, essendo di fatto una morsa serrata con bulloni.

La raccorderia normale svolge le tipiche funzioni di collegamento tra tubi o di parti del sistema idraulico mediante i tubi stessi. La raccorderia speciale (complessa e varia) svolge sempre compiti di connessione ma decisamente più sofisticati. Un giunto girevole permette azionamenti di componenti idraulici su elementi rotanti.

Il principio costruttivo ha molti punti in comune con le tenute meccaniche e consente rotazioni relative continue o alternate anche veloci e con possibilità di trasmettere elevata energia di pressione agli attuatori finali.

Per i manutentori si tratta di componenti strategici, delicati (e molto costosi) che devono essere controllati sistematicamente. L’uso di innesti rapidi permette ad esempio di sostituire rapidamente utensili oleodinamici su una stessa centralina di tipo mobile.

Tenuta degli Accoppiamenti

La tenuta degli accoppiamenti ( statici e dinamici) è in tutti i casi affidata alla deformabilità ed all’elasticità dei materiali costituenti le guarnizioni stesse.

I problemi manutentivi derivano dall’usura e/o dall’incompatibilità tra elastomero e fluido impiegato. Ricordiamo ancora che i fluidi idraulici sono incomprimibili e che quindi anche una piccola perdita compromette la pressione di esercizio.

Per contrastare l’usura è fondamentale il grado di lavorazione delle superfici in moto relativo e l’impiego di soluzioni costruttive capaci di compensare l’usura stessa (entro certi limiti). L’anello MIM con la molla interna è il più noto dei sistemi.

Il fenomeno più dannoso prodotto dall’incompatibilità tra elastomero e fluido impiegato è la contrazione del materiale di tenuta.

Innesti Rapidi Oleodinamici

Gli attacchi rapidi idraulici sono accoppiamenti ad azione rapida robusti e sicuri, progettati per il funzionamento ad alta pressione con applicazioni idrauliche. Forniscono un sistema veloce e conveniente per collegare e scollegare ripetutamente le tubature di fluidi idraulici.

Gli innesti rapidi sono comunemente usati per facilitare la connessione e la disconnessione rapida e facile delle linee di fluidi. Sono un'alternativa utile ai raccordi che richiedono utensili per il montaggio e lo smontaggio.

Indipendentemente dal produttore, tutti gli innesti a sgancio/aggancio rapido hanno una parte maschio e una parte femmina.

Gli innesti rapidi sono progettati con un meccanismo di bloccaggio a vite o a sfere caricate con un sistema a molla. Questo sistema blocca automaticamente le due parti del giunto quando vengono innestate tra di loro. Possono essere sbloccati svitando o facendo scorrere indietro il manicotto che scarica le molle delle sfere per rilasciare la connessione. Questo processo ha il vantaggio di poter essere eseguito rapidamente e con una sola mano.

Gli attacchi possono essere rapidamente collegati o scollegati senza la necessità di utensili e si autosigillano quando vengono rilasciati. Gli accoppiamenti maschio e femmina si collegano in modo da formare una guarnizione a tenuta stagna, che contribuisce a massimizzare la produttività dell'impianto idraulico e a evitare fuoriuscite di liquido.

Applicazioni degli Attacchi Rapidi Idraulici

Gli attacchi rapidi idraulici sono ideali per l'uso con cilindri, pompe e collettori quando è previsto il collegamento e scollegamento frequente. Sono utilizzati in una vasta gamma di settori, tra cui l'agricoltura, l'edilizia, l'industria del legno, il settore alimentare e dei prodotti chimici. Gli attacchi rapidi sono usati con tubazioni per acqua e refrigerante e sono adatti per l'uso con apparecchiature mobili. Se ne consiglia l'uso per applicazioni ad alta pressione e ad alto numero di cicli.

Tipologie di Attacchi Rapidi Idraulici

Le metà maschio degli attacchi sono note come "ugelli" o "connettori" e gli innesti femmina come "bussole".

Componenti Accessori dei Circuiti Oleodinamici

L’aggettivo “accessori” serve più per distinguerli che per classificarli, visto che la loro funzione è determinante per valorizzare al meglio i pregi della trasmissione di potenza oleodinamica. Per facilitare l’analisi abbiamo diviso i componenti accessori in due gruppi: quelli dedicati alla regolazione del regime di flusso e quelli dedicati al collegamento delle varie parti del circuito.

Scambiatori di Calore

La temperatura dell’olio di un circuito idraulico aumenta per effetto delle perdite dovute all’attrito durante il flusso nei condotti e, soprattutto, a causa delle perdite di rendimento nelle trasformazioni energetiche compiute. Anche le caratteristiche intrinseche dell’olio usato danno un contributo significativo.

Molto dipende dal tipo di applicazione: se le condizioni di lavoro non sono particolarmente gravose, l’aumento della temperatura dell’olio è contenuto: se il serbatoio è sufficientemente grande e ventilato la permanenza dell’olio è abbastanza lunga da dissipare verso l’esterno il calore accumulato.

Gli scambiatori di calore sono normalmente a fascio tubiero e con flussi in controcorrente. Questo permette la regolazione di temperatura dell’olio variando la portata dell’acqua. La manutenzione è quella classica degli scambiatori e viene programmata in funzione dell’efficienza dello scambio termico, a propria volta strettamente correlata alla pulizia delle superfici di scambio.

Pur con capacità refrigeranti nettamente minori, l’aria è il fluido più comodo ed immediato per asportare il calore dai fasci tubieri percorsi dall’olio. La superficie di scambio termico deve essere però molto più ampia e quindi si utilizzano tubi sottili, numerosi, di materiali con coefficiente di scambio termico elevato ed alettati.

Serbatoi

Funzioni principali dei serbatoi:

Prima purificazione/separazione di particelle solide estranee via decantazione sul fondo.
Prima filtrazione (in aspirazione).
Compensazione delle espansioni e contrazioni di volume dovute alle variazioni di temperatura dell’olio, in “affiancamento” agli accumulatori.

Sono impiegati anche serbatoi pressurizzati. La pressione è relativamente bassa. Lo scopo è quello di impedire l’ingresso di contaminanti/umidità dall’esterno ed il traboccamento del liquido dal serbatoio.

Filtrazione dell'Olio

Anche l’olio può essere sistematicamente pulito mediante l’utilizzo di filtri carrellati con pompa autonoma. La filtrazione (più spinta di quella effettuata dai filtri a bordo macchina) può quasi sempre essere effettuata senza fermare l’impianto.

Manutenzione Predittiva

Interessantissime le possibilità di manutenzione predittiva (diagnostica precoce), attraverso l’analisi periodica dell’olio: esistono correlazioni precise tra i tipi di inquinanti, la relativa concentrazione, la progressione della medesima e il grado di affidabilità del sistema.

Questa attività è di norma affidata a Specialisti esterni ed è normalmente utilizzata per tutti i tipi di olio (lubrificanti, isolanti nei trasformatori etc.).

Accumulatori

Si trovano installati su tutti i circuiti, oleodinamici ma non solo, in cui operano fluidi incomprimibili soggetti a variazioni di pressione. Nel caso dei circuiti oleodinamici tali variazioni derivano sostanzialmente dalle normali modalità di impiego dei sistemi, in quanto i tipi di pompe volumetriche normalmente impiegati erogano un flusso assimilabile al continuo (pompe a ingranaggi, palette, pistoncini).

Funzione fondamentale degli accumulatori è mantenere il più possibile regolare nel tempo l’andamento dei valori di pressione e di portata dell’olio che circola nel sistema oleodinamico, rendendone “fluide” e senza picchi le variazioni. Spesso infatti sono detti anche “smorzatori”.

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