Pistone Idraulico: Corsa e Funzionamento Dettagliato

Il cilindro idraulico, similmente al motore idraulico, è un attuatore che trasforma l'energia idraulica in energia meccanica. A differenza del motore che ha un moto rotatorio e trasmette una coppia, il cilindro ha un moto rettilineo e trasmette una forza.

Principi di Funzionamento

I cilindri idraulici sono elementi fondamentali nei sistemi meccanici dove è richiesta una forza notevole. Questi vengono utilizzati in varie applicazioni: dalla costruzione all’ingegneria pesante. Tali dispositivi trasformano l’energia del fluido idraulico in forza meccanica.

Ma come avviene esattamente questo processo? Il ciclo di lavoro di un cilindro idraulico inizia con l’immissione del fluido idraulico attraverso una valvola. Quando il fluido entra nel cilindro genera pressione che sposta il pistone lungo il cilindro stesso. Questo movimento sposta a sua volta lo stelo del pistone che è connesso all’attrezzatura o al carico da muovere.

Il pistone idraulico è la parte mobile di un organo idraulico, che si muove grazie ad un fluido. Il funzionamento del pistone idraulico è un meccanismo all’apparenza complesso ma, come per il funzionamento di un ascensore, è abbastanza semplice da capire.

Componenti Chiave e Loro Funzioni

Il pistone idraulico è tipicamente costituito da un tubo, chiuso da due terminali: il fondello e la testata. All'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 personali soluzioni empiriche.

Un cilindro idraulico a doppio effetto con singolo stelo può sorreggere un certo carico verticale. In questo caso, le due connessioni del cilindro possono essere bloccate da ritegni per impedire il flusso dell'olio attraverso le connessioni. Le 2 connessioni alle estremità del cilindro possono essere bloccate da una valvola di blocco rexroth del tipo z2s, interposta tra il distributore 4/3 e le connessioni del cilindro. In altre parole, l'olio in uscita dal cilindro incontra prima la valvola di non ritorno (una per ciascuna delle due linee) e dopo il distributore. È stata messa proprio per mantenere le posizioni visto che un semplice distributore anche se a centri chiusi può presentare piccoli trafilamenti.

Considerazioni sulla Compressibilità dell'Olio

Non è del tutto vero che l'olio sia incomprimibile: ha una sua "costante elastica", come tutti i materiali. Senza contare che è possibile che nell'olio ci siano dei gas disciolti o delle sacche d'aria intrappolate da qualche parte.

Guarnizioni e Tenuta

Le tenute servono solo sulla flangia "top", ma fra pistone e camicia non credo servano. In questo caso la spinta è garantita dalla differenza di area della sezione fra la camera inferiore e quella superiore. Soprattutto sui cilindri a corsa lunga (ascensori) questo sistema permette di evitare di rettificare la camicia del cilindro.

Comunque, tenute ci sono. Il pistone autobloccante realizzato dalla Naldoni e Biondi S.r.l. è caratterizzato da un collare realizzato in nylon, inserito a termine del filetto che serve a collegare lo stelo col pistone, con solchi autofrenanti, che bloccano ogni possibilità di rotazione del pistone.

Tipologie di Cilindri Oleodinamici

Cilindri a semplice effetto: L’olio in pressione entra in una sola camera e può quindi comandare movimenti solo in una direzione.
Cilindro a doppio effetto: Il fluido in pressione può alimentare entrambe le camere consentendo in tal modo il controllo dei movimenti del pistone in entrambi i sensi.
Cilindro a doppio effetto differenziale: Possiede due superfici utili contrapposte di sezione diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione.
Cilindro a due steli: Ottenuto collegando al pistone due steli di diametro uguale o diverso, comunque inferiore a quello del pistone.
Cilindri telescopici: Si distingue dal cilindro normale perché a parità di corsa presenta una lunghezza in posizione rientrata nettamente inferiore.
Cilindri a tiranti: La testata, il mantello cilindrico ed il fondello sono tenuti insieme da tiranti.
Cilindri a profilo circolare: La testata, il corpo e il fondello sono congiunti strettamente tra di loro con viti o per saldatura o mediante anelli di bloccaggio.

Funzionamento del Pistone a Doppio Effetto

Nell’esecuzione a doppio effetto il fluido in pressione può alimentare entrambe le camere consentendo in tal modo il controllo dei movimenti del pistone in entrambi i sensi.

Il cilindro a doppio effetto possiede due superfici utili contrapposte di area uguale o diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione, che in maniera alternativa funzionano uno da alimentazione vera e propria e l’altro da scarico.

Il cilindro a doppio effetto differenziale possiede due superfici utili contrapposte di sezione diversa ed è munito di due attacchi di alimentazione. Il cilindro si dice differenziale perché le due sezioni utili sono diverse.

Il cilindro a due steli è ottenuto collegando al pistone due steli di diametro uguale o diverso, comunque inferiore a quello del pistone. Se i diametri dei due steli sono uguali, lo sono anche le aree anulari sui due lati del pistone, per cui a parità di pressione sono uguali le forze sviluppate nei due sensi.

Costruzioni Particolari di Cilindri

Esistono una serie di costruzioni particolari di cilindri. Grazie a questa costruzione si ottiene, per un dato diametro del pistone e per una data pressione, il raddoppio della superficie utile e quindi della forza sviluppata. Questi cilindri trovano impiego soprattutto nella costruzione delle presse.

Finché non è richiesta la forza massima di pressata, la pressione agisce su una sezione ridotta, corrispondente al cosiddetto pistone veloce o pistone di avvicinamento. Nel momento in cui è richiesta la forza massima, la pressione, per intervento di una valvola di sequenza o di un finecorsa va ad agire sulla sezione totale.

Il cilindro telescopico si distingue dal cilindro normale perché a parità di corsa presenta una lunghezza in posizione rientrata nettamente inferiore. Grazie al rientro telescopico dei pistoni, l’ingombro è uguale alla corsa divisa per il numero di elementi più una quota morta (spessore del fondello, lunghezza della guida, elementi di fissaggio).

Per una data corsa totale i cilindri telescopici possono essere costituiti a 2- 3-4-5 elementi a seconda dei limiti di ingombro prefissati. Per lo stesso motivo, per un valore prefissato di pressione e portata, il movimento di uscita di un cilindro telescopico, inizia con la massima forza e la minima velocità e si conclude con la minima forza e la massima velocità.

L’esecuzione costruttiva di un cilindro oleodinamico dipende innanzitutto dalla particolare applicazione alla quale è destinato: in funzione dell’impiego previsto, che può spaziare dalle macchine utensili alle macchine per movimento terra, dalle centrali elettriche agli impianti siderurgici e alle acciaierie, occorre valutare quali siano le caratteristiche costruttive più idonee.

Nei cilindri a tiranti, la testata, il mantello cilindrico ed il fondello sono tenuti insieme da tiranti. Nei cilindri a profilo circolare, la testata, il corpo e il fondello sono congiunti strettamente tra di loro con viti o per saldatura o mediante anelli di bloccaggio. Tutti i componenti sono dimensionati per garantire un elevato grado di sicurezza anche alla pressione massima.

I pistoni dei cilindri oleodinamici sono soggetti a carico di punta.

Applicazioni dei Cilindri Oleodinamici a Doppio Effetto

I cilindri oleodinamici a doppio effetto trovano vasta applicazione in diversi settori. Di seguito alcuni esempi:

Settore mobile e agricolo: Molti modelli sono particolarmente richiesti in questo settore, come il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0-M250 con fondello saldato e senza ancoraggi, noto per affidabilità e versatilità.
Applicazioni industriali: Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMF-M250 con fondello saldato internamente, flangia anteriore e stelo filettato è ideale per queste applicazioni.

Esempi specifici di cilindri a doppio effetto includono:

Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0LM-C200 con fondello saldato e senza ancoraggi (affidabilità, leggerezza e ridotto interasse totale).
Cilindri oleodinamici doppio effetto serie HFR/HFR2S-M250 con fondello saldato + foro di fissaggio e boccola anteriore.
Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM1-M250 con fondello saldato + snodo sferico tipo agricolo posteriore e anteriore.
Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM2-M250 con fondello saldato + boccola posteriore e anteriore.
Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM5-M250 con fondello saldato + occhio fisso posteriore e forcella anteriore.
Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMB-M250 con fondello saldato + terminale lubrificabile posteriore e anteriore.
Cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMC-M250 con fondello saldato + snodo sferico radiale posteriore e anteriore.

Sistemi di Bloccaggio Idraulici a 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.

I bloccaggi a semplice effetto sono comunque ideali per molte tipologie di sistemi di serraggio. 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.

Nello specifico, i cilindri Roemheld sono progettati con molle di ritorno più reattive e affidabili rispetto a quelle di qualsiasi altro produttore, quindi la necessità di dispositivi a doppio effetto non è sempre scontata.

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.

Con un po' di esperienza, costruire sistemi a doppio effetto può essere facile quasi quanto costruire sistemi a semplice effetto. La maggiore affidabilità dell'attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo.

Vantaggi dei Cilindri a Doppio Effetto

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.

Quest'aria viene scaricata durante la corsa di bloccaggio, mentre nella corsa di sbloccaggio viene nuovamente aspirata. 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.

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. Si sceglie di utilizzare un cilindro oleodinamico quando si deve realizzare uno spostamento lineare oppure per applicare una forza costante.

Cilindro oleodinamico idraulico a doppio effetto: In questo caso l’operatore può muovere il pistone nelle due direzioni, quindi attraverso una pompa potrà farlo andare avanti e indietro a piacimento. Questa tipologia di cilindri garantisce all’operatore il massimo controllo sul mezzo che deve governare.

Grazie ad oltre 40 anni di esperienza, la PAGANI EUGENIO si propone di rispondere a tutte le esigenze in cui la diligenza e il know-how dalle prime fasi della progettazione, fino al termine della produzione risultino fondamentali per la buona riuscita del progetto finale, ed è in grado di offrire cilindri speciali, fuori standard, su disegno del cliente o su disegno elaborato dal nostro ufficio tecnico, in base alle indicazioni del cliente. La qualità e l’efficienza nascono fin dalla scelta dei costituenti che, nel nostro caso, prevedono solo l’acciaio migliore reperibile sul mercato, poi nel meticoloso assemblaggio dei componenti e nell’estrema cura investita nelle operazioni e finiture accessorie necessarie per il singolo caso.

Calcoli di Esempio

Corsa a Vuoto

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.

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.

Risultato: 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

Manutenzione dei Pistoni Idraulici

Per assicurare il corretto funzionamento del sistema di elevazione, è fondamentale eseguire un’attenta manutenzione dei pistoni idraulici. Nella fase di manutenzione dei pistoni idraulici viene controllato lo stato di usura e bisognerà prevedere un piano di riciclaggio per l’olio utilizzato. Un uso eccessivo dell’impianto potrebbe portare a un surriscaldamento precoce del liquido.

I cilindri idraulici sono alcuni dei componenti maggiormente sollecitati in qualsiasi operazione. Spesso sono sottoposti a cicli di funzionamento elevati, con carichi di pressione estremi in ambienti difficili. Esistono molteplici ragioni per le quali i cilindri idraulici si deteriorano: contaminazione del fluido, guasti alle guarnizioni, steli piegati o rigati, canne del cilindro deformate, corrosione, effetti dell’usura sulle tolleranze, perdite interne o mancanza di lubrificante...

Tutti i cilindri con il passare del tempo perdono inevitabilmente prestazioni, a volte addirittura si guastano del tutto. Tuttavia, è possibile mantenere i cilindri in perfetto funzionamento e tagliare i costi nel lungo termine! Tutto quello che ti occorre è la corretta manutenzione, disciplina e prestare attenzione alle cose importanti.

TVH ti aiuta a individuare i problemi prima che diventino gravi. Una manutenzione regolare è essenziale per prevenire l'usura prematura e mantenere alta l'efficienza.

Passaggi essenziali per la manutenzione

Ispezione e sostituzione del fluido: Il fluido idraulico è la linfa vitale del sistema. Controllare regolarmente i livelli, la qualità e la pulizia del fluido.
Ispezione delle guarnizioni: Le guarnizioni del cilindro idraulico svolgono un ruolo fondamentale nella prevenzione delle perdite e nel mantenimento di una pressione adeguata.
Lubrificazione: Accertarsi che tutte le parti in movimento siano correttamente lubrificate per ridurre frizione e usura.
Ispezione asta e canna: Ispezionare regolarmente l'asta e la canna per verificare la presenza di segni di corrosione, vaiolatura o rigatura.
Test di pressione e prestazioni: Verificare periodicamente la pressione e le prestazioni del cilindro per individuare eventuali deviazioni dalla norma.

È ora di diventare proattivi. Riconoscere i segni di usura consente di affrontare i potenziali problemi prima che diventino tali. Le perdite di fluido idraulico sono spesso segno di guarnizioni danneggiate o di un'installazione non corretta.

Affidati a TVH per la manutenzione dei tuoi cilindri idraulici. Grazie alla nostra vasta esperienza e al nostro impegno per la qualità, possiamo offrire i seguenti vantaggi ai nostri stimati clienti:

Gamma prodotti completa: Ottieni accesso alle migliori soluzioni per le tue esigenze di manutenzione con la nostra gamma completa di ricambi per cilindri idraulici,tra cui guarnizioni, aste, canne, fluidi ...
Guida esperta: Il nostro valido team di esperti può fornire una guida sulle corrette pratiche di manutenzione, risoluzione dei problemi e selezione dei componenti giusti per la tua applicazione specifica.
Assicurazione qualità: I prodotti di TVH provengono da produttori affidabili e vengono sottoposti a rigorosi controlli di qualità per garantire la loro affidabilità e longevità.
Disponibilità immediata: Siamo consapevoli dell'importanza di ridurre al minimo i tempi di inattività.

Una corretta manutenzione dei gruppi di cilindri idraulici è essenziale per garantirne la longevità e le prestazioni ottimali. Se ti appassiona l’idraulica e sei in grado di fare diversi lavoretti in casa potrebbe sicuramente esserti capitato di non riuscire a risolvere determinate problematiche legate ad una riparazione in cui serve il pistone idraulico.

Principio di Pascal e il Torchio Idraulico

Il torchio idraulico è un dispositivo basato sul principio di Pascal che si comporta come un amplificatore di forza. Esso è costituito da due piatti o superfici posti come stantuffo sopra un cilindro. Pertanto ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa. Per la legge di Pascal la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto. Se applichiamo una forza alla superficie S1 la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2 che pertanto subirà una forza F2.

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