Cilindro idraulico a doppio effetto: funzionamento e applicazioni
Il cilindro idraulico, come il motore idraulico, è un attuatore che converte 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.
Tipologie di cilindri idraulici
Esistono diverse tipologie di cilindri idraulici, tra cui:
- Cilindri a semplice effetto
- Cilindri a doppio effetto
- Cilindri a doppio effetto differenziale
- Cilindri a due steli
- Cilindri telescopici
Cilindri a semplice effetto
Nei cilindri a semplice effetto, l’olio in pressione entra in una sola camera e può quindi comandare movimenti solo in una direzione. Questo tipo di cilindro può effettuare solo un’azione di spinta e, a seconda delle necessità, può essere dotato o meno di pistone di guida interno.
Questo tipo di cilindro viene utilizzato quando l’esistenza di una forza di contrasto di direzione certa garantisce il movimento di rientro nella posizione iniziale.
Cilindri a doppio effetto
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. 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 oleodinamico doppio effetto serie HM0-M250 con fondello saldato e senza ancoraggi è particolarmente richiesto nel settore mobile e agricolo. Affidabilità e versatilità sono le caratteristiche essenziali.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM0LM-C200 con fondello saldato e senza ancoraggi è particolarmente richiesto nel settore mobile e agricolo. Affidabilità, leggerezza e ridotto interasse totale sono le principali caratteristiche.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMF-M250 con fondello saldato internamente, flangia anteriore e stelo filettato è indicato nelle applicazioni industriali. Affidabile, pratico e disponibile in breve tempo.
I cilindri oleodinamici doppio effetto serie HFR/HFR2S-M250 con fondello saldato + foro di fissaggio e boccola anteriore sono richiesti in particolare nel settore mobile e agricolo.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM1-M250 con fondello saldato + snodo sferico tipo agricolo posteriore e anteriore è particolarmente richiesto nel settore agricolo. Ricavato dal cilindro standard HMO-M250 gode delle stesse caratteristiche di affidabilità.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM2-M250 con fondello saldato + boccola posteriore e anteriore è particolarmente richiesto nel settore mobile e agricolo. Ricavato dal cilindro standard HMO-M250 gode delle stesse caratteristiche di affidabilità.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HM5-M250 con fondello saldato + occhio fisso posteriore e forcella anteriore è particolarmente richiesto nel settore mobile e agricolo. Ricavato dal cilindro standard HMO-M250 gode delle stesse caratteristiche di affidabilità.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMB-M250 con fondello saldato + terminale lubrificabile posteriore e anteriore è particolarmente richiesto nel settore mobile e industriale. Ricavato dal cilindro standard HMO-M250 gode delle stesse caratteristiche di affidabilità.
Il cilindro oleodinamico doppio effetto serie HMC-M250 con fondello saldato + snodo sferico radiale posteriore e anteriore è particolarmente richiesto nel settore mobile e industriale. Ricavato dal cilindro standard HMO-M250 gode delle stesse caratteristiche di affidabilità.
Cilindri a doppio effetto differenziale
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.
Cilindri a due steli
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.
Cilindri telescopici
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.
Costruzione dei cilindri oleodinamici
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 a doppio effetto
I cilindri a doppio effetto sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali e meccanici, tra cui:
- Macchine agricole
- Impianti industriali
- Veicoli da costruzione
- Sistemi di sollevamento
Questi componenti sono progettati per resistere a condizioni di lavoro gravose, con alte pressioni e temperature variabili, e per garantire prestazioni elevate nel tempo.
Vantaggi dei sistemi a doppio effetto
Ci sono alcune situazioni 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. La maggiore affidabilità dell’attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo.
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.
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.
Dato che i cilindri si muovono in base alla pressione data dal fluido, lo stato degli stessi può essere monitorato da pressostati su entrambi i lati (serraggio e di sbloccaggio).
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.
Inoltre i cilindri idraulici, grazie ai pressostati, risultano “sempre in presa”, capaci di generare forza fintanto che la pressione viene mantenuta ai livelli definiti dal dimensionamento dell’attrezzo. I cilindri a doppio effetto sono spesso migliori per attrezzature di grandi dimensioni con lunghe linee idrauliche o altre restrizioni di flusso.
Componenti oleodinamici
Gli impianti oleodinamici si basano su componenti specifici che consentono il corretto funzionamento del sistema. I componenti oleodinamici sono elementi chiave nei sistemi che sfruttano l’energia dei fluidi per generare movimento e forza.
Il cuore di un sistema oleodinamico è rappresentato dalle pompe, che generano il flusso del fluido all’interno del circuito. Le pompe a ingranaggi sono tra le più diffuse per la loro compattezza e resistenza, mentre quelle a pistoni sono più adatte a impianti ad alta pressione.
Per garantire la corretta gestione del flusso e della pressione del fluido, le valvole oleodinamiche svolgono un ruolo fondamentale. Esse possono essere di diverse tipologie, come le valvole di controllo direzionale, che regolano la direzione del fluido, o quelle di regolazione della pressione, che assicurano che il sistema operi entro parametri sicuri.
Un altro componente chiave è il serbatoio oleodinamico, che funge da riserva per il fluido e consente la decantazione delle impurità. Per mantenere l’olio idraulico pulito, si utilizzano filtri oleodinamici, che eliminano particelle e detriti, garantendo così un funzionamento efficiente dell’impianto.
Infine, per evitare il surriscaldamento del fluido, si utilizzano scambiatori di calore, che mantengono la temperatura entro valori ottimali.
In conclusione gli impianti oleodinamici sono composti da numerosi elementi che devono essere selezionati e mantenuti con cura per garantire prestazioni ottimali. Scegliere componenti di qualità è essenziale per la durata e l’efficienza del sistema.
Sistemi di bloccaggio idraulici
Molto spesso si sentono nominare sistemi di bloccaggio idraulici a semplice o a doppio effetto. Purtroppo, nella frenesia del mondo contemporaneo, non ci si sofferma con la dovuta attenzione sui motivi che portino alla scelta dell’uno o dell’altro e sulle inevitabili ricadute progettuali.
La forma più elementare di bloccaggio è quella meccanica manuale: tramite viti e tiranti è possibile ottenere livelli di forza abbastanza elevati, seppur non facilmente misurabili e monitorabili.
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. La contropressione è anche legata alla lunghezza dei tubi idraulici, il che rende poco adatto l’uso di cilindri a semplice effetto con tubazioni particolarmente lunghe (pena l’impossibilità di sbloccare il cilindro).
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.
Gli utilizzatori che si affacciano per la prima volta al mondo dei bloccaggi idraulici possono solitamente ottenere ottimi risultati usando solo cilindri a semplice effetto.
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