Potenza fluida - Fluid power

Illustrazione della moltiplicazione della forza mediante cilindri idraulici collegati, una caratteristica fondamentale della potenza fluida.

La potenza fluida è l'uso di fluidi sotto pressione per generare, controllare e trasmettere potenza. La potenza dei fluidi è suddivisa in idraulica utilizzando un liquido come olio minerale o acqua e pneumatica utilizzando un gas come aria o altri gas. Un tempo i sistemi di aria compressa e di pressione dell'acqua venivano utilizzati per trasmettere energia da una fonte centrale agli utenti industriali su aree geografiche estese; i sistemi oleodinamici oggi si trovano solitamente all'interno di un singolo edificio o macchina mobile.

I sistemi di alimentazione a fluido eseguono il lavoro mediante un cuscinetto a fluido pressurizzato direttamente su un pistone in un cilindro o in un motore a fluido. Un cilindro fluido produce una forza che si traduce in un movimento lineare, mentre un motore fluido produce una coppia risultante in movimento rotatorio. All'interno di un sistema di alimentazione a fluido, cilindri e motori (chiamati anche attuatori ) svolgono il lavoro desiderato. Componenti di controllo come le valvole regolano il sistema.

Elementi

Un sistema di alimentazione a fluido ha una pompa azionata da un motore primo (come un motore elettrico o un motore a combustione interna) che converte l'energia meccanica in energia del fluido, il fluido pressurizzato è controllato e diretto dalle valvole in un dispositivo attuatore come un cilindro idraulico o pneumatico cilindro , per fornire movimento lineare, o un motore idraulico o pneumatico , per fornire movimento rotatorio o coppia . Il movimento rotatorio può essere continuo o limitato a meno di un giro.

Pompe idrauliche

Pompe dinamiche (spostamento non positivo)

Questo tipo viene generalmente utilizzato per applicazioni a bassa pressione e flusso elevato. Poiché non sono in grado di resistere a pressioni elevate, c'è poco uso nel campo della potenza fluida. La loro pressione massima è limitata a 250-300 psi. Questo tipo di pompa viene utilizzato principalmente per il trasporto di fluidi da un luogo a un altro. Le pompe ad elica centrifuga e a flusso assiale sono i due tipi più comuni di pompe dinamiche.

Pompe a spostamento positivo Questo tipo è universalmente utilizzato per i sistemi di alimentazione a fluido. Con questa pompa, una quantità fissa di fluido viene espulsa nel sistema idraulico per giro di rotazione dell'albero della pompa. Queste pompe sono in grado di vincere la pressione derivante dai carichi meccanici sull'impianto così come la resistenza al flusso per attrito. Queste due caratteristiche sono altamente desiderabili nelle pompe idrauliche. Queste pompe presentano anche i seguenti vantaggi rispetto alle pompe volumetriche non positive:

  • Capacità di alta pressione (fino a 12.000 psi)
  • Piccole dimensioni compatte
  • alto rendimento volumetrico
  • piccole variazioni di efficienza in tutto il campo di pressione di progetto

Caratteristiche

I sistemi di alimentazione a fluido possono produrre potenza elevata e forze elevate in piccoli volumi, rispetto ai sistemi azionati elettricamente. Le forze esercitate possono essere facilmente monitorate all'interno di un sistema mediante indicatori e misuratori. Rispetto ai sistemi che forniscono forza attraverso l'elettricità o il carburante, è noto che i sistemi di alimentazione a fluido hanno una lunga durata di servizio se mantenuti correttamente. Il fluido di lavoro che passa attraverso un motore a fluido fornisce intrinsecamente il raffreddamento del motore, che deve essere disposto separatamente per un motore elettrico. I motori a fluido normalmente non producono scintille, che sono una fonte di accensione o esplosioni in aree pericolose contenenti gas o vapori infiammabili.

I sistemi di alimentazione a fluido sono suscettibili alle perdite di pressione e di flusso all'interno dei tubi e dei dispositivi di controllo. I sistemi oleodinamici sono dotati di filtri e altre misure per preservare la pulizia del fluido di lavoro. Qualsiasi sporcizia nel sistema può causare l'usura delle guarnizioni e perdite o può ostruire le valvole di controllo e causare un funzionamento irregolare. Il fluido idraulico stesso è sensibile alla temperatura e alla pressione oltre ad essere alquanto comprimibile. Questi possono causare il malfunzionamento dei sistemi. Se non viene eseguito correttamente, possono verificarsi cavitazione e aerazione .

Applicazione

Un escavatore idraulico
Uno strumento di salvataggio idraulico viene utilizzato per estrarre i feriti dalle auto distrutte.

Le applicazioni mobili di potenza fluida sono molto diffuse. Quasi ogni semovente ruote del veicolo ha o ad azionamento idraulico o pneumatico ad azionamento dei freni . Le attrezzature per il movimento terra come bulldozer , retroescavatori e altri utilizzano potenti sistemi idraulici per lo scavo e anche per la propulsione. Un sistema di alimentazione fluida molto compatto è la trasmissione automatica presente in molti veicoli, che include un convertitore di coppia idraulico .

La potenza fluida viene utilizzata anche nei sistemi automatizzati, dove strumenti o pezzi da lavorare vengono spostati o trattenuti utilizzando la potenza fluida. Le valvole di controllo del flusso variabile e i sensori di posizione possono essere inclusi in un sistema di servomeccanismo per macchine utensili di precisione. Di seguito è riportato un elenco più dettagliato di applicazioni e categorie per cui viene utilizzata la potenza fluida:

  • Industriale (noto anche come fisso)
    • lavorazione dei metalli
    • stampaggio a iniezione
    • controllori
    • movimentazione dei materiali
  • Aerospaziale
    • carrelli di atterraggio
    • Freni

Sistemi pneumatici e idraulici a confronto

Costo
La pneumatica è meno costosa da costruire e da utilizzare. L'aria viene utilizzata come mezzo compresso, quindi non è necessario scaricare o recuperare il fluido. I sistemi idraulici utilizzano pressioni di esercizio maggiori e richiedono parti più grandi rispetto alla pneumatica.
Precisione
A differenza dei liquidi, i gas cambiano volume in modo significativo quando vengono pressurizzati, rendendo difficile ottenere la precisione.

Applicazione comune del circuito idraulico

Sincronizzazione

Questo circuito funziona fuori sincronizzazione. Quando un cilindro raggiunge un certo punto, ne verrà attivato un altro, o da una valvola di finecorsa idraulica o dall'accumulo di pressione nel cilindro. Questi circuiti sono utilizzati nella produzione. Un esempio di questo sarebbe su una catena di montaggio. Come un braccio idraulico viene attivato per afferrare un oggetto. Quindi raggiungerà un punto di estensione o ritrazione, dove l'altro cilindro viene attivato per avvitare un tappo o una sommità sull'oggetto. Da qui il termine Sincronizzazione.

Rigenerativo

In un circuito rigenerativo, viene utilizzato un cilindro a doppio effetto. Questo cilindro ha una pompa che ha un'uscita fissa. L'uso di un circuito rigenerativo consente l'uso di una pompa di dimensioni inferiori per qualsiasi applicazione. Funziona reindirizzando il fluido al tappo invece che al serbatoio. Ad esempio, in un processo di perforazione un circuito rigenerativo consentirà la perforazione a una velocità costante e la retrazione a una velocità molto più rapida. Ciò offre all'operatore una produzione più rapida e precisa.

Controllo elettrico

Le combinazioni di controllo elettrico di elementi di potenza fluida sono molto diffuse nei sistemi automatizzati. Un'ampia varietà di elementi di misurazione, rilevamento o controllo è disponibile in forma elettrica. Questi possono essere utilizzati per azionare elettrovalvole o servovalvole che controllano l'elemento di potenza del fluido. Il controllo elettrico può essere utilizzato per consentire, ad esempio, il controllo remoto di un sistema di alimentazione del fluido senza far passare lunghe linee di controllo a una valvola di controllo manuale situata a distanza.

Guarda anche

Riferimenti

  1. ^ Esposito, Anthony, Fluid Power With Applications , ISBN   0-13-513690-3
  2. ^ Esposito, Anthony, Fluid Power With Applications , ISBN   0-13-513690-3
  3. ^ "Circuiti di rigenerazione" . Idraulica e pneumatica . URL consultato il 19 novembre 2017 .