Pompa Idraulica a Portata Variabile: Funzionamento e Principi
Le pompe idrauliche sono componenti fondamentali in molti sistemi, specialmente in quelli che richiedono elevate potenze e controllo preciso del movimento. Tutte le pompe che qui di seguito verranno presentate, hanno una caratteristica in comune, ossia sono tutte pompe volumetriche. È opportuno precisare subito che una pompa volumetrica, di qualunque tipo essa sia, eroga semplicemente una portata che può essere considerata circa costante, mentre il livello di pressione alla mandata non dipende dalla pompa ma soltanto dal circuito a valle della stessa.
La cilindrata di una pompa corrisponde al volume del fluido pompato, a seconda del modello, dagli ingranaggi, dalle palette o dai pistoni durante un ciclo completo. Le pompe a pistone e le pompe a palette possono essere a cilindrata fissa o variabile, a seconda del modello. Cilindrata: Con il termine cilindrata di una pompa si indica il volume teorico di liquido spostato (aspirato ed espulso) in una rotazione completa dell’albero motore.
Portata (Qv), chiamata anche flusso, che è espressa in l/min. All’avviamento della pompa, nei vani viene trasportata, dall’attacco di aspirazione a quello di mandata, solo l’aria presente nelle tubazioni dall’aspirazione al serbatoio. Affinché il funzionamento della pompa sia corretto, è necessario che i vani siano a tenuta pressoché perfetta, in modo da garantire un trasporto del fluido senza perdite rilevanti.
Il Controllo Idraulico Automotive per Pompe a Cilindrata Variabile
Il controllo idraulico automotive di una pompa a cilindrata variabile in circuito chiuso rappresenta una soluzione avanzata ma intuitiva per la gestione delle trasmissioni idrostatiche. Il sistema di controllo idraulico automotive per pompe a cilindrata variabile in circuito chiuso consente una regolazione precisa della trasmissione idrostatica tramite un’unica interfaccia operativa, come un pedale. Questo meccanismo di controllo permette alla pompa di adattare dinamicamente la propria cilindrata in base alle variazioni della velocità di rotazione del motore principale (che sia a combustione interna o elettrico).
Il sistema regola la cilindrata della pompa idraulica in base alle variazioni di regime del motore. Quando il numero di giri del motore aumenta, la cilindrata della pompa cresce proporzionalmente; al contrario, quando i giri del motore diminuiscono, la cilindrata si riduce. Una valvola inching opzionale, disponibile sia in configurazione meccanica che idraulica, offre un ulteriore livello di controllo riducendo la cilindrata della pompa indipendentemente dalla velocità del motore.
La capacità di adattare dinamicamente la cilindrata, combinata con l’opzione della funzione inching, lo rende indispensabile nelle applicazioni mobili ad alte prestazioni come pale caricatrici, dumpers, skid steer loaders, sollevatori telescopici, forwarders e pale articolate. Il sistema di controllo idraulico automotive è ampiamente utilizzato su diverse macchine mobili idrauliche, migliorandone efficienza, sicurezza e precisione operativa.
Tipologie di Pompe Volumetriche
Esistono diverse tipologie di pompe volumetriche, ognuna con caratteristiche specifiche adatte a diverse applicazioni:
Pompe a Ingranaggi
Le pompe a ingranaggi hanno pochissimi componenti mobili. Sono costituite da due ruote dentate che ingranano l’una nell’altra. Hanno una portata costante e generalmente operano a pressioni comprese tra 50 e 210 bar. Nelle pompe a ingranaggi esterni, solo una delle ruote dentate, la ruota motrice, è collegata alla trasmissione. Esistono pompe a doppio ingranaggio esterno, che consistono in due pompe a ingranaggi azionate dallo stesso albero.
Le pompe ad ingranaggi esterni hanno cilindrate comprese tra 0.2 e 200 cm3 , con una pressione massima di esercizio di circa 300 bar e una velocità di rotazione compresa fra i 500 e i 6000 RPM. La caratteristica più rilevante delle pompe ad ingranaggi interni è la bassa rumorosità. Mettendo in rotazione il rotore dentato accoppiato al motore di azionamento il volume fra i fianchi dei denti aumenta e la pompa aspira. L'aumento di volume interessa un angolo di rotazione di circa 120°, per cui il vano si riempie in un tempo relativamente lungo. Nella zona delimitata dall'elemento di riempimento a forma di falce il fluido viene trasportato senza variazione di volume.
Pompe a Viti
Le pompe a viti, così come le pompe ad ingranaggi interni, presentano una notevole silenziosità di funzionamento. L’albero ad elica destra, viene accoppiato al motore dal quale riceve la coppia e trasmette il movimento rotatorio all’altro albero, munito di elica sinistra. Dal punto a minor distanza tra le due circonferenze, procedendo in senso orario si ha dapprima un progressivo aumento del volume delle camere, per poi subire una diminuzione progressiva.
Pompe a Pistoni
Le pompe idrauliche a pistone sono in grado di pompare flussi molto elevati ad alte pressioni. Il loro principio di funzionamento si basa sul movimento alternato dei pistoni. Trovano impiego non solo nell’industria, specialmente nelle macchine per la pressofusione e per lo stampaggio a iniezione, ma anche nelle macchine per la costruzione e i lavori pubblici. Trovano impiego anche nelle macchine da taglio a getto d’acqua. In questo caso il fluido idraulico è acqua e non olio.
Nelle pompe a pistoni radiali con albero eccentrico, l’albero rotante eccentrico genera movimenti radiali dei pistoni inseriti nel corpo esterno fisso. Le pompe a pistoni radiali vengono generalmente progettate con un numero di pompanti dispari, poiché un numero di pompanti pari - anche se maggiore - presenta una pulsazione di portata superiore. In questo tipo di macchina il movimento rotatorio dell’albero si trasforma in un moto oscillatorio dei pistoncini (pompanti) nella direzione parallela a quella dell’asse di rotazione.
L' unità a pistoni assiali a blocco cilindri inclinato (detta anche ad asse inclinato) è una macchina volumetrica i cui pistoni, insieme al blocco cilindri in cui scorrono, sono montati in posizione inclinata rispetto all'asse dell’albero. Ad ogni giro completo dell'albero i pistoni compiono nei rispettivi alloggiamenti ricavati nel blocco una corsa di andata e ritorno, la cui entità è proporzionale all'angolo d'inclinazione. Mettendo in rotazione l’albero il blocco cilindri viene trascinato dall’accoppiamento scanalato.
Pompe a Palette
Con blocco cilindri eccentrico: la rotazione del pistone avviene all’interno di un anello esterno rigido. Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari.
Rendimenti delle Pompe
Nel ciclo reale si hanno una serie di perdite che vanno ad incrementare l’area del ciclo e quindi la potenza interna richiesta dalla macchina. Inoltre, a causa delle perdite di tipo meccanico, la potenza assorbita dalla pompa è superiore alla potenza interna: si introduce, a tal fine, il rendimento meccanico ηm pari al rapporto tra la potenza interna e quella assorbita.
Il rendimento globale della pompa ηP, che appare nella espressione precedente, è definito come il rapporto tra la potenza idraulica conferita al fluido dalla pompa e la potenza meccanica assorbita attraverso l’albero motore ed è esprimibile come prodotto dei rendimenti volumetrico, idraulico e meccanico prima introdotti.