Moltiplicatore di Pressione Olio Idraulico: Funzionamento e Applicazioni
Nei principali Paesi industrializzati, denaro, spazio e peso possono essere risparmiati incorporando moltiplicatori di pressione nei sistemi idraulici. La MiniBOOSTER Hydraulics A/S si è specializzata nella produzione dei moltiplicatori idraulici di pressione miniBOOSTER. Circa il 95% della produzione è diretta verso mercati esteri, dove il moltiplicatore di pressione è utilizzato in molti tipi differenti di macchine e sistemi.
Necessità e Vantaggi dei Moltiplicatori di Pressione
Nei sistemi idraulici, è spesso necessario utilizzare pressioni di esercizio variabili. Spesso si vedono sistemi nei quali la maggior parte dell'olio della centralina passa attraverso una valvola limitatrice di pressione che è tarata ad una pressione elevata senza che ve ne sia necessità . Questo perché, per un breve tempo, è necessaria una pressione elevata nel ciclo del macchinario in questione.
Per superare questo problema, un sistema è spesso costituito da diverse pompe che sono collegate in modo che il flusso volumetrico inviato dipenda dalla pressione di esercizio occorrente. Ad esempio, questa è la situazione che si verifica in operazioni di compressione. Utilizzando moltiplicatori di pressione, i progettisti hanno una maggiore flessibilità per quanto riguarda la scelta della pressione di esercizio. Il carico idraulico diventa più uniforme durante il ciclo macchina.
Un settore applicativo particolarmente adatto al moltiplicatore di pressione è in sistemi già esistenti, dove sia necessaria una pressione più elevata di quella consentita dal progetto originale. I costi per aggiornare questo sistema al fine di raggiungere una pressione più elevata sono generalmente molto elevati e procurano un sacco di problemi. Con il moltiplicatore di pressione, un sistema esistente può essere aggiornato alla pressione di esercizio maggiore con la semplice aggiunta di un moltiplicatore.
Schema di Funzionamento del Moltiplicatore di Pressione
La Figura 1 mostra uno schema idraulico di principio di un moltiplicatore di pressione. Quando l'olio arriva al moltiplicatore, questo automaticamente inizia a funzionare per aumentare la pressione fino al livello richiesto, al raggiungimento della pressione richiesta, il moltiplicatore si arresta e si attiva unicamente per mantenere la pressione finale, per es. L'olio viene inviato al raccordo IN e passa attraverso le valvole di ritegno KV1 e KV2 e DV (opzionale) al lato H ad alta pressione Allo stesso istante, il raccordo R viene collegato al serbatoio.
Ora tutta la portata della pompa passa direttamente attraverso il miniBOOSTER ed un cilindro su lato H ad alta pressione si estende rapidamente. Quando la pressione aumenta sul alto ad alta pressione, le valvole KV2 e DV si chiudono, e l'olio riempie il Vol. 1. In fig. 1, il Vol. 2 viene collegato attraverso alla valvola bistabile BV1 al Vo. 3, che è a sua volta collegato al serbatoio. L'incremento di pressione in Vol.
Quando il pistone ad alta pressione HP passa sulla linea di pilotaggio 1 (string 1), questa va in pressione, e BV1 cambia posizione. Questo accade perché l'area sopra BV1 è maggiore dell'area al di sotto, dove la linea pilota 2 (string 2) è costantemente in pressione. Vol. 2 è perciò collegato alla pompa, ed i pistoni LP ed HP si muovono verso l'alto poiché l'area sotto LP è maggiore che l'area sopra HP. L'olio nel Vol. 1 viene inviato al lato ad alta pressione.
Quando il lato opposto di HP supera la linea pilota 1 (come mostrato in Fig. 1), quest'ultima è depressurizzata, e BV1 ritorna alla sua posizione iniziale. Questo continua finché la pressione del lato ad alta pressione aumenta di un fattore equivalente al rapporto fra le aree di LP e di HP.
La pressione può essere scaricata dal lato ad alta pressione inviando la portata della pompa al raccordo R e collegando il raccordo IN al serbatoio. La linea pilota 3 viene pertanto pressurizzata e la valvola DV si apre.
La Figura 2 mostra una tipica situazione della relazione fra la pressione e la portata d'olio al raccordo H, quando la pressione al raccordo IN può essere al massimo di 150 bar ed il carico sul raccordo ad alta pressione va da 0 a 480 bar. In linea di principio, il moltiplicatore di pressione può essere utilizzato dove ci sia la necessità di una elevata pressione in un certo istante.
In generale, il sistema sarà come mostrato in Figura 3, nel quale un cilindro è comandato da un normale distributore 4/3. Il moltiplicatore di pressione è montato direttamente sul cilindro, e la costosa linea in alta pressione è ridotta al minimo.
In sistemi nei quali la pompa è dimensionata non solo per azionare un unico cilindro, come mostrato in Figura 3, ma deve alimentare anche altri utilizzi, la portata fornita può aumentare la frequenza di funzionamento del moltiplicatore ad un livello al quale la sua durata può risultare ridotta.
Da quando il moltiplicatore di pressione è entrato a far parte dei prodotti esistenti sul mercato, è stato utilizzato in un gran numero di sistemi. La Fig. 4 mostra uno schema attrezzatura della Danfoss A/S di un attrezzo di bloccaggio su una macchina di lavorazione STAMA. 2 miniBOOSTER con rapporto di moltiplicazione 4:1 sono montati direttamente sull'attrezzo uno per ciascuna delle piastre di bloccaggio. Con la pressione idraulica di 40 bar del sistema esistente, si raggiunge sull'attrezzatura di bloccaggio una pressione di 160 bar.
MiniBOOSTER e Altre Tipologie di Moltiplicatori
La MiniBOOSTER Hydraulics A/S offre un'ampia gamma di moltiplicatori di pressione idraulici, che sono oggi utilizzati in tutto il mondo in molte applicazioni differenti. HC8 Versione HC2 del miniBOOSTER sviluppata per pressioni di uscita fino a 2000 bar. La struttura compatta del miniBOOSTERTM fa sì che possa essere installato esattamente dove l'alta pressione è richiesta.
I moltiplicatori di pressione olio-olio OLMEC con pressioni di lavoro fino a 4.000 bar, con funzionamento lato bassa pressione a semplice o doppio effetto sono generatori di pressione idonei per il funzionamento di circuiti a semplice effetto. Il volume del circuito idraulico dovrebbe sfruttare soltanto il 70-75% del volume generato dal moltiplicatore per poter disporre di una certa riserva.
Possono fornire il loro volume, in tempi rapidissimi essendo influenzati nel movimento soltanto dal flusso volumetrico dell’olio e dall‘attrito dell’utilizzo idraulico. Ciò potrebbe causare negli utilizzi con flusso volumetrico limitato (cilindri a staffa rotante, cilindri irrigiditori) un funzionamento difettoso. In questi casi si dovrà prevedere una valvola di riduzione e strozzamento sul lato olio.
Disponiamo di 2 tipologie di moltiplicatori di pressione, che si differenziano per concetto costruttivo e pressioni di esercizio: una linea per pressioni fino a 400 bar con valvola di ritegno interna e unico flusso d‘olio all’interno del circuito, ideale in attrezzature di bloccaggio ed azionamenti idraulici con piccoli volumi; un’altra linea per pressione no a 4.000 bar e volumi realizzabili in funzione delle esigenze del circuito, dotati di tutti gli accessori necessari per il controllo di pressione e di posizione.
Moltiplicatori di Pressione Aria-Olio
I moltiplicatori di pressione aria-olio OLMEC con funzionamento a semplice o doppio effetto sono generatori di pressione idonei per il funzionamento di circuiti a semplice effetto. Il volume del circuito idraulico dovrebbe sfruttare soltanto il 70-75 % del volume generato dal moltiplicatore per poter disporre di una certa riserva.
Possono fornire il loro volume, in tempi rapidissimi (entro 1 secondo) essendo influenzati nel movimento soltanto dal flusso volumetrico dell’aria compressa e dall‘attrito dell’utilizzo idraulico. Ciò potrebbe causare negli utilizzi con usso volumetrico limitato (cilindri a staffa rotante, cilindri irrigiditori) un funzioanmento difettoso.
Funzionamento "Statico" e Moltiplicatori di Pressione Oscillanti
Nella maggior parte dei casi i moltiplicatori di pressione lavorano in modo "statico", ovvero attingono a un volume finito di olio per elevarne il valore ad una pressione superiore. A metà degli Anni '90, però, miniBooster ha introdotto un principio nuovo, che andremo ora ad esplorare. La base del funzionamento è un'oscillazione del moltiplicatore, che attinge continuativamente olio da un serbatoio e permette di ripristinare la pressione desiderata in caso di perdite o trafilamenti.
I moltiplicatori di pressione oscillanti offrono prestazioni estremamente elevate in un formato molto compatto. In base alle prestazioni richieste sono disponibili molte varianti, con valori di portata in ingresso differente. I coefficienti di moltiplicazione sono numerosi, con fattori da 1,2 a 25.
Principio di Funzionamento dei miniBooster
I miniBooster sono intensificatori oscillanti: aumentano automaticamente la pressione del sistema, fornendo una pressione di uscita più alta e compensando eventuali perdite di olio sul lato ad alta pressione. Questa funzione si basa su un sistema brevettato semplice, quanto efficace. Il design base include un pistone a bassa pressione (LP), un pistone ad alta pressione (HP) e una valvola di inversione bistabile (BV1).
Il fluido idraulico alla pressione di sistema viene fornito alla connessione IN. Fluisce liberamente attraverso le valvole di ritegno KV1, KV2 e DV (se inclusa) per fuoriuscire dal canale H. In questo momento tutto il flusso d’olio disponibile attraversa l'intensificatore e un cilindro collegato sul lato ad alta pressione H può muoversi in avanti ad alta velocità , sfruttando tutta la portata producibile dalla centralina.
Quando il cilindro utilizzatore incontra resistenza, la pressione aumenta sul lato ad alta pressione H fino a raggiungere la pressione di alimentazione della pompa. Questo causa la chiusura delle valvole di ritegno KV1 e DV e l'olio viene diretto al volume 1. La valvola bistabile BV1 collega il volume 2 al serbatoio tramite il volume 3.
Quando il pistone si è completamente mosso verso il basso, il pilotaggio si attiva, operando la valvola bistabile BV1 e cambiando la sua posizione. Il fluido viene condotto al volume 2, muovendo i pistoni verso l'alto e fornendo fluido ad alta pressione. Una volta che il pistone ad alta pressione (HP) si è mosso verso l'alto, il pilotaggio è collegato al serbatoio, la valvola bistabile BV1 ritorna alla sua posizione originale e il ciclo si ripete fino a quando la pressione finale desiderata è stata raggiunta.
La pressione può essere alleviata dal lato ad alta pressione tramite la valvola di ritegno pilotata DV (se inclusa).
Definizione e Caratteristiche Generali
Definizione di Moltiplicatore di Pressione: un moltiplicatore di pressione, o booster, è un dispositivo automatico che comprime l’aria per ottenere una pressione in uscita maggiore rispetto a quella in entrata. Viene normalmente utilizzato per intensificare localmente la pressione di ingresso di uno o più attuatori.
Un moltiplicatore di pressione converte aria compressa in alta pressione sfruttando il principio delle aree differenziali. Non è necessario nessun collegamento elettrico e nessuna lubrificazione.
I moltiplicatori di pressione sono dotati di valvole di non ritorno che permettono di mantenere la pressione in uscita anche quando l’alimentazione di aria compressa viene interrotta. È pertanto necessario interrompere l’alimentazione e scaricare il circuito prima di effettuare qualsiasi intervento sul dispositivo. Al fine di evitare fluttuazioni della pressione in uscita è consigliabile installare un serbatoio dopo il booster.
Quando il booster viene pressurizzato con aria compressa, le valvole integrate garantiscono automaticamente l’aumento della pressione sul lato secondario. Il moltiplicatore di pressione si avvia automaticamente quando viene applicata la pressione di ingresso e non è ancora stata raggiunta la pressione di uscita desiderata. Quando viene raggiunta la pressione di uscita impostata, il moltiplicatore di pressione smette di funzionare per risparmiare energia, ma si riavvia automaticamente quando la pressione di uscita scende nuovamente.
Nella linea d’ingresso dell’aria compressa verso il moltiplicatore di pressione è raccomandato l’utilizzo di una valvola 3/2. Questa non deve essere aperta fino a quando non viene applicata la pressione in ingresso.
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