COMPONENTI OLEODINAMICI Serbatoi: il serbatoio deve, in un impianto oleodinamico, assolvere a numerosi compiti. Esso, permette, grazie alla sosta del liquido nel suo interno, lo spurgo dell'aria e aeriformi in genere che si possono liberare sotto forma di bollicine risalenti alla superficie. Parallelamente si opera all'interno del serbatoio una prima separazione e purificazione da sostanze solide estranee che vanno a depositarsi sul fondo per decantazione. Un'altra funzione favorevole ai fini del buon funzionamento dell'impianto è quella di contribuire, se pure parzialmente, alla dispersione del calore accumulatosi nel fluido idraulico. Il serbatoio permette inoltre che avvengano le espansioni e contrazioni di volume della massa d'olio circolante causate dalle variazioni di temperatura cui il liquido risulta soggetto nelle varie condizioni di funzionamento. Esso costituisce una riserva d'olio che compensa le perdite volumetriche dell'impianto dovute alle fughe di fluido verso l'esterno dei vari componenti, perdite che talvolta corrispondono a volumi d'olio di entità non trascurabile. I serbatoi risultano quindi essere elementi di un circuito idraulico che svolgono contemporaneamente più funzioni di regolazione; essi coadiuvano infatti gli scambiatori di calore nella regolazione della temperatura del liquido, contribuiscono con i filtri a mantenere inalterate alcune caratteristiche chimico-fisiche ed infine svolgono funzioni analoghe agli accumulatori. Va ricordato che vengono anche impiegati dei "serbatoi pressurizzati" nei quali cioè l'olio viene mantenuto ad un valore di pressione maggiore di quello atmosferico ma sempre e comunque di basso valore. L'impiego di tali recipienti è richiesto per tutte le applicazioni nelle quali la presenza di contaminanti o di umidità creerebbe problemi particolarmente gravosi. Il recipiente è normalmente costruito con lamiere d'acciaio saldate con estensioni sulla lamiera di fondo o su una delle pareti per il fissaggio a pavimento o a montanti. Le pareti interne vanno protette con vernici compatibili col fluido impiegato e ciò per evitare la formazione di ruggine dovuta alla condensazione di umidità. Il condotto di aspirazione dal serbatoio deve essere situato in una zona sufficiente mente bassa, ma tuttavia ad una certa distanza dal fondo per consentire la formazione di un pozzetto di olio che non circola nell'impianto e nel quale si raccolgono le particelle contaminanti decantate. L'estremità della tubazione di ritorno dell'olio deve essere posta in un punto inferiore alla superficie libera di quel tanto sufficiente ad evitare che l'olio che confluisce al serbatoio possa incorporare bolle d'aria. La velocità media dell'olio nel serbatoio deve essere piccola per poter permettere l'eliminazione dell'aria inglobata e la decantazione delle particelle solide disperse nel fluido. La manutenzione e la pulizia del serbatoio devono essere le più comode possibili. Questo scopo è raggiunto attraverso un tappo di scarico nel fondo e di sportelli d'ispezione superiori e laterali che consentano un facile accesso all'interno. Inoltre deve essere previsto una spia a vetrino per il controllo del livello. Pompe Rappresenta un campo vastissimo e molto complesso. Dati gli scopi di questo corso, ci limiteremo ad illustrare le pompe ad ingranaggi e le pompe a pistoni assiali. Pompa ad ingranaggi: l'aspirazione e la propulsione del fluido sono realizzate dal distacco e dall'ingranamento di ruote dentate, una motrice calettata sull'albero motore e l'altra condotta con un eguale numero di denti. Con riferimento alla figura la successione dei vani fra i denti nella camera di alimentazione "A" crea una depressione che consente alla pressurizzazione presente nel serbatoio di fare rimontare il fluido nel condotto di aspirazione, farlo entrare nella camera stessa e riempire il vuoto di ogni vano. Con la rotazione degli ingranaggi il liquido imprigionato fra i denti dell'ingranaggio e la carcassa che costituisce il corpo pompa è forzato verso la camera di mandata "M", dalla quale viene espulso per effetto della penetrazione dei vani corrispondenti dell'altra ruota. Gli ingranaggi montati possono essere due (mandata singola), o a multipli di due (quattro, sei, otto) per ottenere più mandate che possono essere indipendenti, cioè alimentano circuiti separati, oppure combinate, cioè alimentano simultaneamente lo stesso circuito. La cilindrata della pompa ad ingranaggi è fissa e pertanto all'aumentare della velocità di rotazione della stessa aumenterà in modo direttamente proporzionale la portata. Questa caratteristica comporterà altresì che con l'aumentare della pressione la portata si manterrà quasi costante, richiedendo così una maggiore potenza al propulsore. I giochi fra i denti degli ingranaggi e il corpo pompa sono nell'ordine di alcuni centesimi di millimetro, questo fa in modo che il rendimento della pompa (a nuovo nell'ordine del 90%) decada nel tempo a causa del consumo dei componenti con conseguente aumento dei trafilamenti. Pompe a pistoni assiali: queste pompe possono essere realizzate sia a cilindrata fissa che a cilindrata variabile. Rispetto alle pompe ad ingranaggi possono funzionare con continuità a pressione e velocità più elevate, per cui risultano, a parità di potenza, di peso ed ingombro ridotti; i rendimenti a parità di ore lavorate sono più elevati. Le parti costituenti la pompa sono: il tamburo scanalato che fa da sede ai pistoni, lo snodo sferico sul quale appoggia ed oscilla il piatto inclinato, la molla del tamburo, i pistoni con pattini di scorrimento, il piatto inclinato. Tutto il gruppo è montato sull'albero conduttore ed è ad esso calettato. Quando il gruppo è montato nel corpo, la molla del tamburo spinge il complessivo contro la piastra di distribuzione ed impone a tutto il gruppo di restare unito. Essendo il piatto inclinato, e scorrendo su di esso i pattini di scorrimento dei pistoni, il moto rotatorio dell'albero della pompa genera un movimento alternativo dei pistoni nelle loro sedi. Nella piastra di distribuzione ci sono due luci semicircolari collegate rispettivamente alle porte di aspirazione e mandata. Nella prima metà del giro il pistone si sfila dal tamburo allontanandosi dalla piastra di distribuzione aspirando così l'olio. Nella seconda metà giro il pistone è costretto a rientrare nel tamburo ormai pieno di olio spingendo così l'olio attraverso la luce di mandata. Le pompe a portata variabile funzionano nello stesso modo ma adattano la mandata dell'olio in funzione della pressione generata dall'impianto attraverso le valvole di controllo. Legenda pompa a pistoni: 1. Tamburo 2. Albero pompa (conduttore) 3. Piastra distributrice 4. Pistoncino (pompante) 5. Piatto inclinato 6. Piastra di contatto 7. Pistoncino di spinta 8. Pistone di massima portata 9. Valvola di compensazione di massima portata Motori idraulici: i motori idraulici sono dei "recettori" destinati a trasformare l'energia idraulica in energia meccanica sotto forma di movimento rotativo continuo utilizzabile sotto sforzo. Il motore idraulico è alimentato dalla portata di una pompa. Sotto sforzo, ovvero quando un ostacolo esterno oppone una resistenza che si oppone alla rotazione del motore idraulico, la pressione si innalza fino al valore massimo fissato dalla taratura della valvola di sicurezza. La cilindrata dei motori idraulici, come per le pompe, corrisponde al volume di olio spostato per ogni giro. Questa si può calcolare conoscendo il volume e il numero dei denti o delle palette per motori ad ingranaggi o a palette, o conoscendo il volume dei pistoni e il loro numero quando ci si riferisce ai motori a pistoni siano essi radiali o assiali. Motori ad ingranaggi: si basano su di una tecnologia simile a quelle delle pompe, sono destinati a alti regimi di rotazione e generalmente la loro pressione di lavoro non supera i 70 bar. Il loro rendimento si attesta al 80%. Motori a pistoni assiali: possono essere a portata fissa o a portata variabile e sono largamente utilizzati su macchine dotate di trasmissione idrostatica. Per quanto concerne la loro concezione generale possiamo dire che si ritrovano gli stessi componenti di una pompa a pistoni. In generale la pressione di lavoro di questi motori può raggiungere valori nell'ordine dei 300-350 bar e il rendimento degli stessi raggiunge il 90-95%. La coppia reale trasmissibile è dell'ordine del 90-95% della coppia teorica. Distributori idraulici: come definizione possiamo dire che questi assicurano, in un circuito idraulico, la direzione del fluido idraulico nel senso prescelto dall'utilizzatore. In altri termini, questi autorizzano l'apertura o la chiusura di una o più bocche di alimentazione. Un distributore è sempre definito in base al suo numero di passaggi e il suo numero di posizioni. Per meglio definire questo termine è meglio rapportarsi alla legenda degli schemi idraulici alla voce distributori. Gli steli possono essere di tre tipi: "D", "F", "N". Steli tipo "D": sono impiegati per il comando dei cilindri perché nella condizione di neutro i condotti di uscita sono chiusi, per cui il movimento dei cilindri è impedito. Steli tipo "F": sono come gli steli "D" ma hanno una quarta posizione, anche bloccabile, che mette in comunicazione i due lati del cilindro contemporaneamente per ottenere la posizione "flottante". Steli tipo "N": sono impiegati per comandare i motori idraulici. Quando lo stelo si trova nella posizione di neutro entrambe le porte di alimentazione sono collegate con lo scarico. Da tenere sempre presente che in ogni distributore l'olio esce dalla parte in cui entra lo stelo. Martinetti: Altri organi che consentono di trasformare l'energia idraulica generata dalla pompa in energia meccanica sono i martinetti. Cerchiamo ora di rendere chiaro il concetto di martinetto e dei suoi componenti che sono: Cilindro: è sempre formato da un corpo tubolare terminante ad un'estremità con un fondello di chiusura che funge a seconda dei casi da basamento di appoggio o da attacco. Pistone: è la parte mobile del martinetto. Scorre all'interno del cilindro dividendo quest'ultimo in due camere che chiameremo alternativamente a seconda dei casi di mandata e ritorno. Stelo: non è altro che il prolungamento del pistone e serve a trasmettere fuori dal cilindro le forze in spinta o in trazione che si vogliono ottenere. Testata: di forma tubolare, viene fissata sul cilindro e permette l'uscita dello stelo. Le fughe del fluido tra pistone e camicia e tra le testate del cilindro e lo stelo sono neutralizzate dalle guarnizioni dinamiche (cioè in movimento), le perdite tra testate e camicia e tra pistone e stelo sono neutralizzate dalle guarnizioni statiche (cioè senza movimento). Completano il martinetto i dispositivi di fissaggio destinati a permettere il collegamento alla struttura o alla macchina ai fini della trasmissione delle forze. Il tipo più elementare è il martinetto a semplice effetto, nel quale l'olio in pressione entra in una sola camera e può quindi comandare movimenti in un solo senso. Nei cilindri a semplice effetto è necessario che il movimento opposto a quello prodotto dall'olio in pressione sia comandato da una forza di altra origine (un contrappeso, una molla, il peso stesso del pistone, ecc.). L'altro tipo di cilindro e quello a doppio effetto. Si chiama così perché l'olio in pressione può entrare sia dal lato asta che dal lato fondello e può quindi comandare i movimenti del pistone in entrambi i sensi. Valvole: mentre i distributori permettono di controllare la direzione del flusso dell'olio, le valvole hanno il compito di regolare altri due elementi fondamentali del circuito oleodinamico: pressione e portata. Le valvole si dividono in tre famiglie: valvole di bloccaggio, valvole regolatrici di pressione, valvole regolatrici di flusso. Valvole di bloccaggio: più comunemente chiamate valvole di blocco servono per impedire un movimento indesiderato di un cilindro (per es. scoppio di un tubo). Un tipo particolare di valvola di blocco è la valvola "shuttle": essa serve per comandare un utilizzo da due circuiti diversi che non possono essere in comunicazione tra loro, oppure convogliare ad un utilizzo la più alta di due pressioni. Un altro tipo di valvola di bloccaggio è la valvola di non ritorno: il suo scopo è quello di permettere il passaggio del flusso d'olio in una direzione ed impedirlo nella direzione opposta. Valvole regolatrici di pressione: comprendono le valvole di massima pressione, le valvole riduttrici di pressione e le valvole di sequenza. Le valvole di massima pressione hanno il compito fondamentale di proteggere l'impianto idraulico, aprendo una porta di comunicazione tra il condotto di mandata e la galleria di scarico al serbatoio, quando la pressione nell'impianto raggiunge un determinato valore prestabilito. Sotto il profilo costruttivo le valvole di massima pressione si dividono in valvole ad azione diretta e valvole pilotate. Le valvole ad azione diretta impiegano come forza di contrasto una molla cilindrica che agisce contro un elemento mobile di tenuta. Le valvole pilotate sostituiscono l'azione della molla con una pressione idraulica. Le valvole riduttrici di pressione servono per produrre, tra l'ingresso e l'uscita, una diminuzione della pressione tale da mantenere costante il valore di pressione del circuito a valle indipendentemente dalla pressione del circuito a monte. Le valvole di sequenza hanno la funzione di realizzare l'apertura e la chiusura di un passaggio in funzione del raggiungimento di un determinato valore di pressione. Valvole regolatrici di flusso: servono per regolare la portata che giunge all'utilizzatore.