Ingegneria caratteristiche dei sistemi oleodinamici

Caratteristiche dei Sistemi Oleodinamici
Paragonati ai sistemi elettromeccanici, quelli oleodinamici presentano i seguenti vantaggi:
• maggiore potenza a parità di volume;
• possibilità di realizzare moto rettilineo senza l’introduzione di riduttori o coppie
elicoidali;
• assenza di problemi di lubrificazione;
• protezione intrinseca ai sovraccarichi;
• variazione semplice e continua di velocità, forza/coppia e posizione;
• adattamento automatico alle forze;

vantaggi dei sistemi oleodinamici
• capacità di immagazzinamento di energia (mediante accumulatori oleopneumatici);
• risposta rapida - alta densità di potenza;
• vita operativa lunga e con alta affidabilità (purché le condizioni di pulizia dell’impianto
al momento del montaggio siano buone e il “flussaggio” sia eseguito correttamente).
Altri vantaggi
L'utilizzo di sistemi oleodinamici ha diversi vantaggi:
- semplicità del sistema di trasmissione del moto
- controllo della forza o della coppia applicata
- controllo preciso delle velocità
- riduzione delle masse

Svantaggi dei Sistemi Oleodinamici
D’altra parte, presentano i seguenti svantaggi rispetto ai sistemi elettromeccanici:
• difficoltà di generare una sorgente di energia;
• perdite di potenza non trascurabili negli elementi di collegamento (perdite di
carico distribuite e concentrate);
• fughe di olio (in particolare attraverso elemento che sono in moto relativo tra
loro, ad esempio tra pistone e cilindro);
• l’energia dissipata viene trasformata in calore, quindi induce un incremento della
temperatura, che può alterare le caratteristiche chimico-fisiche dell’olio;
• l’olio deve mantenere una temperatura non superiore a 70_÷80_ C. In mancanza
di impianti di raffreddamento, una regola pratica dice che deve essere presente
un serbatoio con capacità pari a 3÷5 volte la portata volumetrica al minuto;
• i componenti devono essere realizzati con accurate precisioni meccaniche (si
devono limitare per quanto possibile i giochi, in modo da limitare le fughe),
quindi i costi dei componenti utilizzati sono elevati.

Schema a blocchi di un sistema elettro-oleodinamico per il controllo di un asse.

Componenti di un sistema oleodinamico
• Attuatore;
• Servovalvola (amplificatore);
• Regolatore;
• Unità di potenza
Schema impianto di alimentazione
Figure 2: Schema oleodinamico: gruppo di alimentazione.
P: pompa
EM: motore elettrico
G: giunto
LL: livellostato
HT: sensore allarme di temperatura
PL: tappo a sfiato
F: filtro
T: serbatoio

Attuatori e trasduttori
I movimenti oleodinamici sono realizzati per mezzo di attuatori lineari e rotativi.
Gli attuatori lineari sono monitorati per mezzo di trasduttori di posizione analogici
o digitali che forniscono il segnale di retroazione di posizione per chiudere l’anello e
possono essere montati direttamente nell’attuatore.

Trasduttori
I trasduttori di posizione utilizzati possono essere:
• potenziometrici: sono i meno costosi e pi`u diffusi nelle applicazioni;
• induttivi: sono utilizzati in caso di elevate velocit`a e/o frequenza di lavoro;
• magnetosonici: sono utilizzati quando sono richieste precisioni di posizionamento
elevate o un accurato controllo di velocit`a;
• encoder lineari.
I controlli in anello chiuso di forza o pressione sono realizzati con le stesse modalit`a
dei controlli di posizione e velocit`a, ma utilizzano trasduttori di pressione o celle di
carico.

Trasduttori di posizione a) induttivo b)magnetosonico.

 

Unità di potenza
Esitono vari tipi di pompe. Il ruolo della pompa `e quello di fornire energia al fluido
portandolo a pressione di esercizio erogando la portata richiesta. Le pompe possono
essere classificate in questo modo:
• a cilindrata fissa:
– a ingranaggi;
– a vite;
– a palette;
• a cilindrata variabile:
– a pistoni assiali;
– a palette.
Le pompe a cilindrata fissa, essendo in genere comandate da un motore a giri pressoch
´e costanti, generano sempre la massima potenza prevista per l’impianto. In
impianti di piccola potenza, anche se la portata richiesta non `e costante, in genere
si utilizzano pompe a cilindrata fissa.

 

Servovalvole - alcune possibili configurazioni di fail safe.

 

Servovalvole
Sulla base del rapporto tra la lunghezza assiale del pistone e l’ampiezza delle luci
le servovalvole si dividono in tre classi:
• valvole a ricoprimento positivo: la lunghezza del pistone `e maggiore di quella
dell’apertura (a);
• valvole a ricoprimento negativo: la lunghezza del pistone `e minore di quello
dell’apertura (b);
• valvole a ricoprimento nullo: la lunghezza del pistone `e uguale a quella dell’apertura
(c).

  

 

Studio dinamico di una valvola a cassetto
Portate “principali”:
q1 = h1a1[pa − p1]1/2 ; (1)
q3 = h1a1[p2] 1/2 ; (2)
Portate “di fuga”:
q2 = h2a2[pa − p2 ]1/2; (3)
q4 = h2a2[p1]1/2 ; (4)

 

Studio dinamico di una servovalvola
I coefficienti hi dipendono dalla strozzatura (sono praticamente dei “coefficienti di
forma”) e a rigore non sono costanti.
La portata di mandata qm (in letteratura anglosassone la mandata `e in genere indicata
con la lettera P, ovvero “pressure”) sar`a data da:
qm = q1 − q4 = h1a1ppa − p1 − h2a2pp1 . (5)
La portata di fuga viene smaltita attraverso una sezione anulare compresa tra il cilindro
e il pistone, come mostrato in Fig. 5. La portata di ritorno al serbatoio qr (in
letteratura anglosassone il ritorno `e in genere indicato con la lettera T, ovvero “tank”)
`e data da:
qr = q3 − q2 = h1a1pp2 − h2a2ppa − p2 . (6)
In assenza di fughe nel carico risulta qm = qr = q (ipotesi di carico ideale) e quindi:
q = h1a1
r
pa − p
2 − h2a2
r
pa + p
2
,

dove pa = p1 + p2 e p = p1 − p2, ipotizzando che il salto di pressione si ripartisca
nello stesso modo attraverso le due aperture. Le aperture a1h1 e a2h2 dipendono dalla
corsa x del cassetto. Se l’apertura ha forma rettangolare, a1 `e proporzionale a x,
come mostrato in Fig. 6. Invece a2 rappresenta l’area attraverso cui passa la portata
di fuga: anch’essa dipende da x ma, in generale, secondo una legge non lineare.
Tenendo conto della dipendenza di h1a1 e h2a2 da x, la (7) pu`o essere riscritta come
segue:
q = q(x, p) , (8)
che esprime la dipendenza della portata dalla posizione del cassetto e dal salto di
pressione nel carico. La (8) `e detta caratteristica della valvola.

http://mapp1.de.unifi.it/corsi/CDLmeccanica/RCSM/oleodinamica.pdf