29 Circuiti oleodinamici fondamentali

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1 29 Circuiti oleodinamici fondamentali Fig. 1. Circuito oleodinamico: (1) motore elettrico; (2) pompa; (3) serbatoio; (4) filtro; (5) tubazione di mandata; (6) distributore; (7) cilindro; (8) tubazione di ritorno; (9) valvola di massima pressione. Un circuito oleodinamico deve essere costituito come minimo dai seguenti elementi: una pompa con relativo motore primo, un serbatoio, un filtro, una tubazione di mandata, un distributore, un attuatore, una tubazione di ritorno. Per motivi di sicurezza è bene inoltre che sia presente una valvola di massima pressione. Utilizzando la ormai nota simbologia unificata possiamo disegnare, per esempio, un circuito come indicato in figura 1, dove si è considerato un cilindro a d.e. comandato da un distributore 4/3; il filtro è stato inserito allo scarico e non si è fatta alcuna ipotesi circa il sistema di azionamento del distributore; commutando quest ultimo si ottengono le due corse di andata e ritorno del cilindro. Un sistema oleoidraulico, comunque complesso, può essere sempre pensato come l insieme di un certo numero di circuiti elementari, ovvero di circuiti che svolgono una determinata funzione utilizzando allo scopo il più piccolo numero possibile di componenti. 1. Circuiti di alimentazione Fig. 2. Circuito di alimentazione. Al circuito di alimentazione si richiede di inviare, a comando, un flusso d olio nell impianto; esso sarà tanto più complesso quante più sono le funzioni complementari che gli vengono richieste. Nella configurazione più semplice (fig. 2), oltre ai necessari tubi e raccordi, si ha una pompa a portata fissa, azionata da un motore elettrico, e una valvola di massima pressione. Qualora un filtro non sia presente nella tubazione di ritorno, come nel caso della figura 1, occorre inserirne uno nel circuito di alimentazione, o in mandata o in aspirazione (fig. 3). Se le interruzioni richieste dall applicazione sono frequenti, per evitare noie al motore elettrico, che non sopporta continue manovre di attacco e stacco, si può utilizzare una frizione posta tra il motore elettrico e la pompa, oppure mandare il circuito in scarico. Questa seconda soluzione si può ottenere in due modi diversi: utilizzando un elettrovalvola come indicato nella figura 4; collegando l attacco di pilotaggio ausiliario, chiamato anche venting, della valvola di massima a una valvola 2/2 come nello schema della figura 5. Fig. 3. Circuito di alimentazione con filtro: (A) filtro in aspirazione; (B) filtro in mandata. Quando è richiesta un alimentazione a pressione costante si può utilizzare un accumulatore oppure una pompa a portata variabile. Nella figura 6 è riportato lo schema con l accumulatore, nella figura 7 quello con la pompa a portata variabile munita di regolatore a comando di pressione. 166 COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI

2 Fig. 4. Circuito di alimentazione con messa in scarico mediante elettrovalvola. Fig. 5. Circuito di alimentazione con messa in scarico mediante valvola di massima. Fig. 6. Circuito di alimentazione con accumulatore. Fig. 7. Circuito di alimentazione con pompa a cilindrata variabile a comando di pressione. Fig. 8. Circuito di alimentazione con valvola regolatrice di portata. Se è necessaria un alimentazione a portata variabile, si può ricorrere al circuito di figura 8 nel quale si utilizza una valvola regolatrice di portata. Se occorre invece un alimentazione a portata costante al variare del carico, si può usare, come indicato nella figura 9, una pompa a cilindrata variabile con regolatore a comando di portata. Quando per la stessa applicazione si hanno, in tempi diversi, le due opposte esigenze di elevata portata a bassa pressione e bassa portata a pressione elevata, come si verifica nel caso di alcune presse, oppure quando occorre alimentare diversi attuatori con circuiti separati, bisogna ricorrere all uso di due o tre pompe come mostrato nelle figure 10 e 11. L azionamento simultaneo delle tre pompe per mezzo dello stesso motore si ottiene utilizzando appositi dispositivi denominati accoppiatori. Fig. 9. Circuito di alimentazione con pompa a cilindrata variabile a comando di portata. Fig. 10. Circuito di alimentazione a due pompe. Fig. 11. Circuito di alimentazione a tre pompe. COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI 167

3 2. Circuito di comando di un cilindro a s.e. Per comandare un cilindro a s.e. è necessario almeno il circuito di figura 12 che utilizza, oltre alla sezione d alimentazione, un distributore 2/2 e una valvola di non ritorno. Se con la stessa pompa si devono muovere altri attuatori, occorre usare un distributore 3/3 (fig. 13) o due distributori 2/2 (fig. 14). Fig. 12. Comando di un cilindro a s.e. Fig. 13. Comando di più cilindri a s.e. con distributore 3/3. Fig. 14. Comando di più cilindri a s.e. con due distributori 2/2 interbloccati. 3. Circuiti di comando di un cilindro a d.e. Fig. 15. Comando di un cilindro a d.e. per corse semplici di andata e ritorno. Consideriamo separatamente le due diverse esigenze: corse semplici di andata e ritorno; corse con necessità di arresto intermedio. Le prime si realizzano con un distributore 4/2, come mostra lo schema della figura 15; velocità e spinta dipendono dalla portata, dalla pressione e dall area su cui agisce l olio, che è diversa per le due corse nei cilindri a uno stelo. Nel secondo caso occorre distinguere le due situazioni di arresto con stelo libero e di arresto con stelo bloccato. L arresto con stelo libero si può ottenere con uno degli schemi della figura 16; l arresto con stelo bloccato si può ottenere con uno degli schemi della figura 17. Fig. 16. Comando di un cilindro a d.e. con arresto intermedio a stelo libero. Fig. 17. Comando di un cilindro a d.e. con arresto intermedio a stelo bloccato. 168 COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI

4 4. Circuiti di regolazione della velocità La regolazione della velocità degli attuatori oleodinamici si effettua con le valvole limitatrici di portata. In funzione della posizione di montaggio di tali elementi si può avere la regolazione: sulla mandata; sul ritorno; alternata sulla mandata e sul ritorno; contemporanea sulla mandata e sul ritorno. Fig. 18. Regolazione della velocità sulla mandata. Fig. 19. Regolazione della velocità sul ritorno. Fig. 20. Regolazione della velocità alternativamente sulla mandata e sul ritorno. Fig. 21. Regolazione della velocità contemporanea sulla mandata e sul ritorno. 1. La regolazione sulla mandata si ottiene con il circuito della figura 18 da cui risulta che il regolatore è posto sulla tubazione di mandata immediatamente a monte del distributore. Poiché la portata è regolata su un certo valore, se sono diverse le aree su cui agisce l olio in pressione, si hanno velocità diverse nelle due corse di andata e ritorno; tale regolazione dà luogo a un movimento a strappi dello stelo. 2. La regolazione sul ritorno si realizza con lo schema di figura 19: una valvola limitatrice di portata viene posta sulla tubazione di ritorno immediatamente a valle del distributore. Anche in tal caso si hanno velocità diverse nelle due corse ma si evita il movimento irregolare dello stelo; è sconsigliabile quando l attuatore è collegato a valvole di sequenza. 3. La regolazione alternata sulla mandata e sul ritorno si ottiene con lo schema della figura 20: un regolatore è posto subito dopo il distributore e prima della camera posteriore dell attuatore; con tale disposizione la regolazione si ha sulla mandata nella corsa di andata e sul ritorno durante il rientro dello stelo; la velocità delle due corse risulta in tal caso uguale, a meno che il regolatore non abbia perdite di carico diverse nei due versi di percorrenza. 4. La regolazione contemporanea sulla mandata e sul ritorno si realizza come descritto in figura 21: si usano due regolatori di portata in combinazione con due valvole di ritegno; sia dal punto di vista della precisione che della regolarità del movimento questa è sicuramente la soluzione migliore. Altre modalità di regolazione della velocità sono basate sull impiego di pompe a cilindrata variabile, di pompe multiple a mandate indipendenti, di più pompe a cilindrata fissa con un dispositivo che consente l inserimento di una di esse per volta. COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI 169

5 5. Circuiti rigenerativi Fig. 22. Circuito rigenerativo. Fig. 23. Circuito con possibilità di funzionamento normale o rigenerativo. Un circuito si dice rigenerativo quando le due camere di un attuatore sono collegate come mostrato in figura 22. Quando si invia olio in pressione si ha l avanzamento dello stelo poiché S a S p ; la particolarità di tale collegamento è quella di consentire una velocità d uscita dello stelo molto elevata, poiché l olio inizialmente contenuto nella camera anteriore si aggiunge alla portata inviata dalla pompa; tali circuiti sono particolarmente adatti per ottenere posizionamenti rapidi. Nella figura 23 è dato un esempio di circuito con possibilità di funzionamento sia normale che rigenerativo, molto utile quando è necessario avere prima una corsa di avanzamento veloce, poi una spinta a tutta pressione. La prima fase si ha con il distributore A commutato dal segnale y, la seconda fase con A commutato da x; nel funzionamento rigenerativo, con A posizionato come in figura, quando B commuta in posizione (a) si ha l avanzamento rapido, quando B commuta in posizione (b) lo stelo resta bloccato, quando infine B commuta in posizione (c) si ottiene il rientro dello stelo. 6. Circuiti aperti e chiusi ❿ La pompa di carico, quasi sempre del tipo a ingranaggi, alimenta con fluido prelevato dal serbatoio il circuito principale per compensare le perdite d olio; viene anche detta pompa di sovralimentazione o ausiliaria. Le valvole di ritegno assicurano che la pompa di carico invii olio sempre sul ramo a bassa pressione del circuito principale; la valvola di massima limita la pressione della pompa di carico; la valvola di scambio migliora il raffreddamento e il filtraggio dell olio nel circuito principale sostituendone continuamente una parte. Con riferimento al percorso seguito dal fluido, i circuiti oleodinamici si possono suddividere in due tipi fondamentali, circuiti aperti e circuiti chiusi. 1. I circuiti aperti sono caratterizzati dalla circolazione dell olio proveniente dalla pompa, attraverso la valvola direzionale, l attuatore, il filtro e infine il serbatoio dal quale il fluido viene riprelevato, per percorrere di nuovo il circuito. Il serbatoio deve contenere una quantità d olio proporzionale a quella circolante nell impianto. Normalmente le sue dimensioni devono essere tali da contenere da due a quattro volte la portata della pompa; per esempio per una portata di 30 l/min si ha un serbatoio di l; ciò rappresenta l inconveniente maggiore di questi circuiti, traducendosi in un notevole ingombro del sistema. 2. I circuiti chiusi sono caratterizzati dalla circolazione diretta dell olio tra la pompa e l attuatore e tra questo e la pompa; consentono un controllo di posizione e di velocità più accurato; necessitano di un serbatoio più piccolo, però richiedono l inserimento di ulteriori elementi nel circuito: la pompa di carico ❿, alcune valvole di non ritorno, una valvola di massima pressione, una valvola di scambio e, in alcuni casi, uno scambiatore di calore. Il circuito chiuso è quello che meglio si presta al comando dei motori oleodinamici; con esso è possibile variare il verso del moto semplicemente agendo sulla pompa in modo da invertire la direzione del flusso nei due rami del circuito. Esso consente una durata superiore della pompa perché, avendo questa l alimentazione in pressione, può lavorare con portate più elevate e quindi con pressioni minori. 170 COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI

6 Esercizi Esercizio 1. Comando di un sollevatore a parallelogramma articolato I sollevatori a parallelogramma articolato (fig. 24) trovano larga diffusione nelle industrie per operazioni di carico e scarico. Studiare la loro movimentazione. 29 Circuiti oleodinamici fondamentali la chiusura del circuito, nel senso della discesa, allorché viene dato il segnale di fine discesa o sollevamento; inoltre funziona da valvola di sicurezza poiché, in caso di assenza di alimentazione elettrica, assume la posizione di tutto chiuso impedendo la discesa della piattaforma che avverrebbe, se tale valvola fosse assente, a causa degli inevitabili trafilamenti d olio nel distributore. La valvola di controllo discesa (4) permette di avere una velocità di discesa costante entro un certo campo di carico applicato sulla piattaforma. Esercizio 2. Comando di un argano Azionare un argano con un sistema di comando oleodinamico. Fig. 24. Sollevatore a parallelogramma articolato. Il circuito oleodinamico di comando è costituito come illustrato in figura 25: una centralina oleodinamica (1), tramite un distributore 4/3 (2), comanda un cilindro a d.e. che spinge sulle due forbici del sollevatore provocandone il movimento. Quando la piattaforma scende il cilindro è motore ma le valvole (3) e (4) impediscono che il funzionamento sia anomalo; il circuito è concepito in modo che le possibili avarie non provochino in nessun caso la rapida discesa della piattaforma; il distributore (2) in condizioni di riposo, cioè in assenza di corrente, è posizionato nella configurazione centrale. L elettrovalvola (3) assolve a due funzioni: opera Essendo richiesta una coppia continua da fornire all albero dell argano si deve impiegare come attuatore un motore idraulico; inoltre, poiché in tale applicazione risulta utile sfruttare lo stesso motore anche in frenatura, esso deve essere reversibile; un tale comando può realizzarsi con il circuito della figura 26. Il motore funziona come tale nella fase di sollevamento, mentre diviene una pompa nella fase di discesa del carico; ciò consente di sfruttare l energia cinetica del carico, trasformandola in energia idraulica, per effettuare la frenatura. Durante questa fase il distributore 4/3 è in posizione centrale, come indicato in figura, e il motore pompa olio, attraverso la valvola di massima, nel ramo a bassa pressione del circuito (ramo destro in figura). Fig. 25. Circuito di comando di un sollevatore a parallelogramma articolato. Fig. 26. Circuito di comando di un argano. COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI 171

7 Esercizio 3. Comando di un carrello elevatore Considerare un veicolo molto utilizzato all interno degli stabilimenti industriali, ovvero il carrello elevatore a forche della figura 27. Studiare il sistema di comando delle forche. Esercizio 4. Comando della tavola di una rettificatrice per piani Comandare la macchina della figura 29 impiegando un cilindro a stelo passante le cui due estremità sono bloccate sulla tavola da azionare. Fig. 27. Carrello elevatore a forche. Per ottenere il movimento della piastra porta forche si può usare un cilindro oleodinamico telescopico, a uno o più sfili, a d.e., comandato come illustrato nello schema della figura 28. Il distributore ha come posizione di riposo quella intermedia, che è un centro chiuso; viene azionato meccanicamente da una leva e ha il ritorno a molla; il centro chiuso è necessario per ottenere il fermo della piastra porta forche in qualsiasi posizione; in mancanza di alimentazione la discesa avviene ugualmente, per effetto del peso, ma solo commutando il distributore sul lato discesa. Qualora il carrello debba muoversi su un terreno sconnesso occorre montare, in derivazione dalla tubazione di mandata tra il distributore e il cilindro, un accumulatore che effettua uno smorzamento degli urti. Fig. 29. Rettificatrice per piani. Lo schema del comando oleodinamico è riportato in figura 30; il distributore di potenza 4/2 è di tipo rotante ad azionamento meccanico; sulla tavola sono predisposti due risalti che al termine della corsa in un verso commutano la valvola distributrice; è prevista la regolazione sia della portata che della pressione. Fig. 30. Circuito di comando della tavola della rettificatrice per piani. Fig. 28. Circuito di comando di un carrello elevatore a forche. 172 COMANDI OLEODINAMICI ED ELETTROIDRAULICI