Pistoni Idraulici: Funzionamento e Applicazioni

Nel linguaggio comune, con il termine pistoni oleodinamici si indica spesso l’attuatore idraulico lineare o cilindro oleodinamico.

Cilindri Idraulici o Oleodinamici: Cosa Sono?

I cilindri idraulici o oleodinamici, noti anche come attuatori lineari idraulici, sono organi idraulici che, grazie all’azione di un fluido (in questo caso olio), producono un movimento. Tali dispositivi trasformano l’energia del fluido idraulico in forza meccanica. Il funzionamento dei cilindri idraulici si verifica grazie all’applicazione di una forza lungo la direzione della loro estensione. 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.

Componenti Principali di un Cilindro Idraulico

I cilindri idraulici sono composti da:

Cilindro
Stelo
Tappo guida o testata

Ciclo di Lavoro di 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.

Il Pistone Idraulico: Cuore del Sistema

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.

Applicazioni del Pistone Idraulico

Il pistone idraulico è uno strumento che è destinato a vari usi. Di fatti può essere utilizzato dal cambio di pneumatici, ai lavori di riparazione. Lo troviamo solamente nell’ascensore idraulico, azionato da un sistema idraulico o oleodinamico. L'azione del cilindro, pistone e pompa consentono il movimento dell'impianto. Adottare un impianto simile vuol dire rendere indipendenti le persone che hanno problemi con la deambulazione.

I pistoni, che si trovano all’interno dei cilindri, vengono azionati dall’olio minerale in pressione, regolati da una valvola. La portata è così resa personalizzabile. La salita della cabina avverrà dunque, grazie alla pressione dell’olio sui pistoni, il cilindro si estenderà, provocando l’innalzamento dell’argano. L’impianto non ha bisogno di un contrappeso, permettendo di sfruttare pienamente le dimensioni del vano corsa. In caso di blackout l’ascensore a pistone riporterà la cabina al piano terra, inoltre è meno rumoroso.

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.

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, solchi autofrenanti, che bloccano ogni possibilità di rotazione del pistone.

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.

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. Un fluido contaminato o degradato può causare un'usura accelerata. Sostituire il fluido secondo le raccomandazioni del produttore.
Ispezione delle guarnizioni: Le guarnizioni del cilindro idraulico svolgono un ruolo fondamentale nella prevenzione delle perdite e nel mantenimento di una pressione adeguata. Controllare che non vi siano segni di usura, crepe o danni nelle guarnizioni. La sostituzione immediata delle guarnizioni usurate può prevenire danni più gravi.
Lubrificazione: Accertarsi che tutte le parti in movimento siano correttamente lubrificate per ridurre frizione e usura. Seguire le linee guida del produttore per la frequenza e il tipo di lubrificazione.
Ispezione asta e canna: Ispezionare regolarmente l'asta e la canna per verificare la presenza di segni di corrosione, vaiolatura o rigatura. Le superfici danneggiate possono causare danni alle guarnizioni e perdite di fluido.
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.

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.

Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni uno di area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro di superficie maggiore. Il cilindro, 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.

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.

Tipologie di Cilindri Oleodinamici a Doppio Effetto

Esistono una serie di costruzioni particolari di cilindri. Grazie a questa costruzione di 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, corrispondete 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

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, 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.

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.

La Pompa a Pistone: Funzionamento, Campi di Applicazione e Vantaggi

La pompa a pistone fa parte delle nostre tecnologie di alimentazione più potenti. Consente di lavorare anche materiali densi e ad alta viscosità.

Funzionamento della Pompa a Pistone

La pompa a pistone è preposta all'alimentazione del materiale dal contenitore alla pistola a spruzzo. A questo proposito viene generata una pressione con la quale il materiale viene erogato ad alta pressione attraverso l’ugello, quindi scomposto, nebulizzato e applicato a spruzzo sulla superficie. Il principio dell'alimentazione è basato sullo spostamento poiché il pistone spinge il materiale nel tubo dopo che è stato aspirato, ragion per cui la pompa a movimento alternativo può essere ritenuta una pompa volumetrica.

La pompa a pistone è composta da un cilindro dove è alloggiato il pistone stesso. Essa presenta inoltre un ingresso, tramite il quale viene aspirato il materiale nella pompa a movimento alternativo, e un'uscita attraverso la quale il materiale viene spinto nel tubo. L'ingresso e l'uscita sono dotati di valvole atte ad assicurare il movimento del materiale in una sola direzione.

Quando il pistone si allontana dall'ingresso, si crea un vuoto, un'aspirazione. La valvola si apre quindi automaticamente e il materiale viene aspirato nella camera del cilindro. Quando il pistone viene spinto nella direzione opposta della biella, cioè verso l'uscita, la pressione solleva l'elemento di chiusura della valvola di uscita e il materiale alimentato viene pressurizzato nel tubo.

Dato che con le successive corse del pistone viene aspirato sempre più materiale e infine spinto nel tubo, esso viene alimentato alla pistola a pressione crescente anche all'interno del tubo, quindi scomposto e nebulizzato attraverso l'ugello.

La pompa a pistone non è un maratoneta. Ciò significa: si attiva quando la pressione scende al di sotto di una determinata soglia. Essa alimenta quindi il materiale riformando la pressione impostata sul dispositivo. La pompa si arresta al raggiungimento della pressione necessaria. Spruzzando il materiale la pressione si abbassa di nuovo.

Quali sono i vantaggi della pompa a pistone?

Una pompa a pistone assicura un'elevata aspirazione e un'ottima portata, in particolare per i materiali ad alta viscosità. La pompa stessa è robusta e resistente, due caratteristiche importanti per la lavorazione di materiali ad alto riempimento. Il fatto che non sia un maratoneta significa anche risparmio delle parti soggette a usura.

Campo di applicazione della pompa a pistone: quali materiali possono essere lavorati?

La pompa a pistone presenta un ampio campo di applicazione. Dai materiali liquidi, quali le velature, fino a quelli ad alta viscosità e ad alto riempimento per esterni è praticamente tutto possibile. Possono essere applicati:

Smalti e velature
Colori a dispersione
Vernici a base di latex
Prodotti ignifughi
Materiali per rivestimenti spessi
Vernici a base di polveri di zinco
Ferro micaceo
Stucchi a spruzzo Airless
Trattamenti anticorrosione
Isolamenti per edifici
Materiali bituminosi e di rivestimento simili
Adesivi per tessuti
Sigillanti
Intonaci (se non riempiti) ed altri.

Le nostre pompe a pistone sono disponibili in varie classi di prestazione e modelli.

Per quali utenti e applicazioni è adatta la pompa a pistone?

La pompa a pistone è concepita, sviluppa e ottimizzata per uso professionale. Essa consente la lavorazione di un ampio spettro di materiali che spazia dai colori agli intonaci, fino agli adesivi, per cui è ovviamente ideale per lavori artigianali e di pittura. L'uso frequente consente inoltre un rapido ammortamento dei costi. L'applicazione a spruzzo dei materiali garantisce un elevato risparmio di tempo che può essere investito nella realizzazione di altri progetti. Rispetto agli altri metodi di lavoro, l'impiego della pompa a pistone assicura anche un risparmio di materiale.

Soprattutto con le macchine di tipo più grande, i dispositivi WAGNER dotati di pompa a pistone sono disponibili sia ad azionamento elettrico che a benzina e possono anche essere convertiti da un tipo di azionamento all'altro a garanzia di una flessibilità e operatività totale, anche a prescindere dalla disponibilità di energia elettrica sul cantiere.

Con i dispositivi di tipo più piccolo, oltre che per gli artigiani, la pompa a pistone è adatta anche per gli amanti dei Fai da Te particolarmente attivi nei lavori in casa dove il dispositivo a spruzzo è spesso in uso.

Le differenze delle pompe a pistone dalle altre tecnologie di alimentazione WAGNER

Adesso sapete come funziona la pompa a pistone. La pompa a pistone è uno dei quattro sistemi di alimentazione del materiale integrati nei dispositivi WAGNER.

Pompa a membrana: Il materiale viene in tal caso alimentato attraverso una membrana che, movimentata da un pistone ad azionamento idraulico, aspira il materiale tramite un vuoto che viene quindi pressurizzato nel tubo.
Pompa a doppia membrana: La pompa a doppia membrana rappresenta l'evoluzione di questa soluzione. Come si intuisce dal nome stesso, due membrane si muovono simultaneamente aspirando e alimentando il materiale contemporaneamente.
Pompa a vite: La pompa a vite lavora con lo spostamento del materiale attraverso il tubo e lo statore. Consente anche di lavorare materiali ad alta viscosità.
Turbina: La quarta tecnologia di alimentazione applicata ai dispositivi WAGNER è quella XVLP e HVLP. Essa si affida a una turbina che nebulizza materiali a bassa viscosità tramite una ridotta pressione dell'aria e un elevato volume d'aria.

Dispositivi a spruzzo WAGNER dotati di pompa a pistone

La nostra pompa a pistone, ad azionamento elettrico o a benzina, è applicata ai seguenti dispositivi WAGNER: Dispositivi Airless. La pompa a pistone WAGNER è applicata ai nostri dispositivi a spruzzo airless in varie classi di prestazioni. A seconda del modello, i dispositivi PowerPainter e ProSpray sono predisposti per materiali a bassa o media viscosità, utilizzo frequente e oggetti di grandi dimensioni.

Per gli appassionati di pompe e gli storici degli hobby: un excursus sulla pompa a pistone

Naturalmente, le pompe odierne sono caratterizzate dalla ricercatezza tecnica del processo di pompaggio e dai materiali di moderna concezione, ad alta prestazione e a usura ridotta. Sapevate però che il principio di funzionamento della pompa a pistone era già applicato nelle culture antiche, ad esempio dai romani per il trasporto dell'acqua?

Sono molte le persone che si ricordano anche delle pompe meccaniche (le cosiddette pompe a mano) installate negli orti, nei cimiteri o altri luoghi per annaffiare le piante. La pompa a pistone è un pezzo di tecnologia quotidiana: pensiamo ad esempio alle pompe d'aria, come quelle per biciclette, o ai dispenser del sapone: ecco la pompa dosatrice al loro interno è una piccola pompa a pistone.

Questo sistema è descritto anche nei documenti di uno studioso dell'impero Ottomano risalenti al XVI secolo. In essi è descritta una pompa di tipo complesso, comandata da un albero a camme centrale e azionata tramite energia idrica. La pompa presentava non meno di sei cilindri, contrappesi e valvole di ritegno.

Nei sistemi di pompaggio dell'acqua, la pompa a pistone è stata sostituita nel tempo da quella centrifuga. Un suo ulteriore sviluppo è inoltre rappresentato dalla pompa inline. Si tratta di una pompa a due pistoni azionati in direzioni opposte da due bielle. Viene utilizzata in vari settori dell'industria, ad esempio per il foraggiamento liquido nell'agricoltura.

Anche la prova dell'esistenza del vuoto da parte di Otto von Guericke non sarebbe stata possibile senza pompa a pistone, che fu appunto utilizzata per pompare aria dalla sfera.

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