Cilindro Idraulico a Semplice Effetto: Funzionamento e Applicazioni

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

Come Funziona un Cilindro Idraulico

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.

Cilindri a Semplice Effetto: Caratteristiche e Vantaggi

Tra le varie tipologie, i cilindri a semplice effetto si distinguono per la loro semplicità costruttiva e funzionale. I cilindri a semplice effetto sono progettati per esercitare forza in una sola direzione. Il ritorno alla posizione iniziale è generalmente ottenuto tramite una molla interna o attraverso una forza esterna.

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”).

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, cilindri Roemheld sono progettati 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. 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.

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. 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.

Limitazioni dei Cilindri a Semplice Effetto

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).

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.

Quando Optare per 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. 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.

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).

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.

Cilindri a Doppio Effetto: Vantaggi Aggiuntivi

I cilindri a doppio effetto sono più adatti per le applicazioni di lavorazione che utilizzano il fluido refrigerante. 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.

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.

Tipologie di Cilindri Idraulici

Oltre ai cilindri a semplice e doppio effetto, esistono altre varianti:

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: è ottenuto collegando al pistone due steli di diametro uguale o diverso, comunque inferiore a quello del pistone.
Cilindri telescopici: si distinguono dal cilindro normale perché a parità di corsa presenta una lunghezza in posizione rientrata nettamente inferiore.

Considerazioni Costruttive

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.

Esistono diverse tipologie costruttive:

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.

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.

Componenti del Pistone Idraulico

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

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