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Come funziona un cilindro idraulico?

In questo video vedremo le principali differenze tra Cilindri Idraulici e Pneumatici, il loro funzionamento e le loro applicazioni nel settore industriale.

Una macchina idraulica è un dispositivo che ha il compito di trasformare l’energia cinetica di un fluido incomprimibile in energia meccanica. Come le scavatrici nei cantieri, le catene di montaggio, ma anche le macchine imballatrici industriali.

In tutte queste macchine il dispositivo che converte la pressione di un fluido in movimento lineare è il CILINDRO IDRAULICO.
In questo video vedremo quali sono i componenti del cilindro idraulico ed i suoi meccanismi principali.

Prima di cominciare è doveroso precisare quali sono le differenze tra Cilindro a singolo effetto e Cilindro a doppio effetto.

Il pistone del cilindro a singolo effetto può essere governato in una sola direzione. Il fluido o gas, che viene immesso nel cilindro per mezzo di una pompa o di un compressore, entra da una sola estremità, spingendo in fuori lo stelo. Una molla integrata nel sistema garantisce che il pistone venga respinto in modo da far ritornare lo stelo nella sua posizione originaria.

Il pistone a doppio effetto, invece, può essere mosso in entrambi i versi dall’operatore, che può farlo scorrere sia in avanti che indietro, lungo il suo asse. Ciò permette di avere il pieno controllo dell’organo meccanico da governare. Questo sistema è generalmente il più utilizzato per il movimento di moltissimi dispositivi, perché permette di avere il completo controllo degli stessi senza aver bisogno dell’azione di una molla di ritorno.

Il gruppo pistone mostrato nel video è il modello più utilizzato in un sistema idraulico. Esso è costituito da un cilindro forato con un cappuccio terminale. La sua funzione è quella di contenere la pressione del fluido quando l’olio viene pompato nel cilindro. Una testata è fissata all’altra estremità del cilindro.
Lo STELO si estende all’interno del cilindro attraverso la testa. La BIELLA invece ha il compito di trasferire la forza dal cilindro al dispositivo che lo utilizza.

Un PISTONE è attaccato allo STELO, che separa la camera del cilindro in due sezioni così da permettere il movimento alternato in entrambe le direzioni quando si sviluppa la pressione da qualsiasi lato del cilindro. Una serie di guarnizioni circolari vengono utilizzate per evitare il contatto diretto tra le superfici metalliche. Alcune guarnizione sono mobili e seguono lo spostamento del pistone, inoltre resistono all’azione di forze radiali, mentre altre sono fisse come la guarnizione posta sul pistone, che ha la funzione di separare le due camere che contengono il liquido.

Un RASCHIATORE viene posto sulla testa d’ingresso del cilindro per rimuovere residui di sporco ed evitare la contaminazione del liquido. Un ANELLO GUIDA viene utilizzato per assorbire le forze trasversali che agiscono sul sistema ed impedisce il contatto tra testata e pistone.

Adesso cerchiamo di capire il suo funzionamento. Il modello mostrato in video è un cilindro a doppio effetto. Questo tipo di cilindro può sia estendersi che ritrarsi utilizzando un fluido idraulico.

Il principio su cui si basa il funzionamento di un cilindro idraulico è quello di PASCAL, noto matematico francese, che nel 1953 scrisse la legge della fisica dei fluidi, la quale, stabilisce che quando avviene un aumento della pressione in un punto di un fluido confinato, tale aumento viene trasmesso anche ad ogni punto del fluido all’interno del contenitore con la stessa intensità.
Come vediamo dalle immagini sul cilindro viene creato un passaggio per permettere al liquido di entrare nella camera che chiameremo C-A. Dato che la camera è ermetica, il fluido eserciterà una pressione su tutti i lati. Il pistone è l’unica parte mobile all’interno del cilindro, quindi quando all’interno la pressione sale il pistone comincerà a muoversi. Allo stesso tempo il pistone spinge il liquido nella camera che chiameremo C-B. Il liquido, fuoriuscendo dal cilindro, avrà una pressione più bassa.

Possiamo osservare il funzionamento di un cilindro idraulico su questa scavatrice. Il cilindro è collegato ad una pompa attraverso dei cavi che contengono il liquido idraulico. Una valvola di controllo gestisce l’immissione del liquido nelle camere del cilindro. L’operatore regola la pressione esercitata dal liquido, per far si che il pistone del cilindro possa effettuare il suo movimento lineare in entrambe le direzioni. L’operatore può controllare con precisione il braccio della scavatrice dalla sua postazione semplicemente aumentando o diminuendo la pressione nelle camere del cilindro.

Il cilindro pneumatico non è molto diverso da un cilindro idraulico. A differenza di quello idraulico, il cilindro pneumatico infatti utilizza un gas compresso invece di un liquido.

I cilindri pneumatici e gli attuatori rappresentano dei dispositivi ideali per ottenere forza e generare un movimento lineare o rotatorio accurato. Possono essere utilizzati in ambienti difficili, e possono operare anche con temperature estreme. Leggeri e affidabili, richiedono poca manutenzione, e sono più economici rispetto ai sistemi idraulici o elettrici. Essi però producono meno forza e hanno una velocità inferiore.

I componenti chiave di un cilindro pneumatico includono le “testate”, un pistone, uno stelo, una “camicia”, una guarnizione raschiante, un guida e le guarnizioni di tenuta.

I sistemi pneumatici possono utilizzare anche l’aria compressa per creare così delle applicazioni di moto e potenza rotanti o lineari. Il cilindro pneumatico può utilizzare l’aria compressa per agire su un pistone all’interno del cilindro al fine di creare il movimento richiesto. Questo movimento può essere sfruttato ad esempio per il serraggio delle parti di un meccanismo, o semplicemente per lo spostamento di un carico lungo un percorso lineare.

Un attuatore o cilindro pneumatico a doppio effetto ha due fori che consentono di applicare la pressione per spostare il pistone nella direzione opposta a quella creata dalla prima porta.

Generalmente, più grande è il foro del cilindro, maggiore è l’uscita in termini di forza.

JAES, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, è diventata il partner di riferimento per alcune delle più importanti aziende appartenenti al mondo della meccanica industriale, offrendo nel proprio catalogo una vasta gamma di cilindri idraulici e pneumatici.

I cilindri pneumatici possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni e sono particolarmente comuni nell’industria dell’automazione. Ciò include la produzione, la movimentazione e l’imballaggio dei materiali in cui vengono utilizzati per posizionare o spostare parti o strumenti e svolgere attività di “prelievo e posizionamento”. Altre applicazioni comprendono il serraggio, in cui un pezzo di lavoro è tenuto in posizione da delle ganasce azionate dal cilindro. E la punzonatura, dove la spinta del cilindro pneumatico a semplice effetto può essere utilizzata per marcare un oggetto.