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In un articolo precedente, abbiamo discusso dei sistemi pompa idraulica e del loro principio di funzionamento generale. Per riassumere brevemente, un sistema idraulico è una tecnologia di trasmissione che trasferisce energia utilizzando un fluido come mezzo. Converte l'energia meccanica di un motore elettrico in energia liquida, che viene poi trasmessa ai componenti di esecuzione attraverso il liquido. I componenti principali di un sistema idraulico includono pompe idrauliche, componenti di esecuzione (motori idraulici), valvole e serbatoi dell'olio.
Questo articolo si concentrerà sulle pompe idrauliche e sui motori idraulici, spiegando come funzionano insieme in un sistema idraulico. Partiremo dalla pompa idraulica.
Classificazione dei motori idraulici
I motori idraulici sono generalmente suddivisi in due grandi categorie:
Motori idraulici a bassa velocità e alto momento (LSHT)
Motori idraulici ad alta velocità e basso momento (HSLT)
Scegliere un motore idraulico a bassa velocità permette al sistema di erogare una coppia maggiore a velocità inferiori. All'interno di queste due categorie, è possibile effettuare ulteriori classificazioni in base alla struttura, distinguendo tra motori a ingranaggi, motori a palette e motori a pistoni. I motori a pistoni possono essere ulteriormente suddivisi in motori a pistoni assiali e motori a pistoni radiali.
Classificazione delle pompe idrauliche
I tipi più comuni di pompe idrauliche includono:
1. In base alla capacità di regolazione della portata:
Pompe variabili — La portata in uscita può essere regolata secondo le esigenze
Pompe a cilindrata fissa — La portata in uscita è costante
2. Per struttura: pompe a ingranaggi, pompe a palette, pompe a pistoni
Pompe a ingranaggi: di piccole dimensioni, struttura semplice, richiedono bassa pulizia dell'olio e sono economiche; tuttavia, l'albero della pompa è soggetto a forze non bilanciate, presenta un'usura elevata e una grande perdita volumetrica.
Pompe a palette: possono essere suddivise in tipi a singola azione e a doppia azione. Hanno una portata uniforme, funzionamento regolare, rumore ridotto e pressione più elevata con efficienza volumetrica superiore rispetto alle pompe a ingranaggi, ma la loro struttura è più complessa di quella delle pompe a ingranaggi.
Pompe a pistoni: alta efficienza volumetrica, basse perdite e possono operare ad alta pressione, risultando adatte per sistemi idraulici ad alta potenza. Tuttavia, hanno una struttura complessa, richiedono materiali e precisione di lavorazione elevate, hanno un costo elevato e richiedono anche una elevata pulizia dell'olio.
Composizione delle pompe idrauliche
Le pompe idrauliche sono generalmente composte da tre parti principali: giunti, serbatoi di olio idraulico e filtri.
Giunti
L'albero motore di una pompa idraulica non può sopportare forze radiali o assiali, quindi non è consentito installare direttamente pulegge, ingranaggi o catene sull'estremità dell'albero. Generalmente, l'albero motore è collegato all'albero della pompa tramite un giunto.
Se, per motivi di produzione, la coassialità della pompa e del giunto supera lo standard e si verifica uno scostamento durante il montaggio, all'aumentare della velocità della pompa aumenterà anche la forza centrifuga, il che potrebbe causare una deformazione del giunto. Questa deformazione aumenta ulteriormente la forza centrifuga, creando un ciclo vizioso che porta infine a vibrazioni e rumori, con conseguente riduzione della durata della pompa. Inoltre, fattori come spine del giunto allentate o anelli di gomma usurati non sostituiti tempestivamente possono influire sul funzionamento della pompa.
Serbatoio dell'olio idraulico
Le funzioni principali del serbatoio dell'olio idraulico in un sistema idraulico sono: immagazzinare olio, dissipare il calore, separare l'aria contenuta nell'olio ed eliminare la schiuma.
Nella scelta di un serbatoio dell'olio, il primo aspetto da considerare è la capacità: per le attrezzature mobili, essa equivale generalmente a 2-3 volte la portata massima della pompa, mentre per le attrezzature fisse a 3-4 volte. In secondo luogo, occorre considerare il livello dell'olio nel serbatoio: quando tutti i cilindri idraulici del sistema sono completamente estesi, il livello dell'olio nel serbatoio non deve essere inferiore al livello minimo; quando i cilindri si ritraggono, il livello dell'olio non deve superare il livello massimo. Infine, va considerata la struttura del serbatoio: le partizioni nei serbatoi tradizionali non riescono a sedimentare efficacemente lo sporco, pertanto si dovrebbe installare una partizione verticale lungo l'asse longitudinale del serbatoio. Tra questa partizione e la piastra terminale del serbatoio deve essere previsto un passaggio, in modo da consentire la comunicazione tra gli spazi su entrambi i lati della partizione. I collegamenti di ingresso e uscita della pompa idraulica devono essere posizionati sull'estremità della partizione che non è collegata, in modo da massimizzare la distanza tra l'olio in ingresso e quello di ritorno. Allo stesso tempo, il serbatoio potrà dissipare meglio il calore.
Filtro dell'olio
In generale, i contaminanti con una dimensione delle particelle inferiore a 10 μ m hanno scarso effetto sulla pompa, ma quando la dimensione delle particelle supera i 10 μ m, in particolare oltrepassando i 40 μ m, influiscono significativamente sulla durata della pompa. Le particelle solide di contaminanti nell'olio idraulico tendono ad accelerare l'usura delle superfici dei componenti in movimento relativo all'interno della pompa. Pertanto, è necessario installare un filtro dell'olio per ridurre il grado di contaminazione dell'olio. La precisione di filtrazione raccomandata è la seguente: 10~15 μ m per le pompe a pistoni assiali, 25 μ m per le pompe a palette e 40 μ m per le pompe a ingranaggi. L'uso di filtri dell'olio ad alta precisione può notevolmente estendere la durata delle pompe idrauliche.
La funzione dei motori idraulici
Un motore idraulico è un elemento attuatore che converte l'energia di pressione di un liquido in energia meccanica, erogando coppia e movimento rotatorio, e ricopre un ruolo importante nei sistemi idraulici.
I motori idraulici sono generalmente suddivisi in due tipi: a bassa coppia e ad alta coppia. Negli ultimi anni, con lo sviluppo continuo della tecnologia idraulica verso alte pressioni e alte potenze, e con l'attenzione crescente rivolta alla protezione ambientale, si richiede agli attuatori idraulici di possedere caratteristiche come bassa rumorosità, ridotta inquinamento e funzionamento regolare. Per questo motivo, i motori ad alta coppia sono diventati una delle tendenze dello sviluppo.
Dal punto di vista della conversione dell'energia, le pompe idrauliche e i motori idraulici sono componenti idraulici invertibili: fornendo del fluido operativo a qualsiasi pompa idraulica, questa può essere trasformata in un motore idraulico in funzione; viceversa, quando l'albero principale del motore idraulico viene fatto ruotare da una coppia esterna, esso può essere trasformato in una condizione di funzionamento da pompa idraulica. Ciò avviene perché entrambi presentano gli stessi elementi strutturali fondamentali: un volume sigillabile e periodicamente variabile, nonché un corrispondente meccanismo di distribuzione dell'olio.
Il ruolo delle pompe idrauliche nei sistemi idraulici
In termini semplici, una pompa idraulica è un dispositivo che converte l'energia meccanica in energia idraulica. I sistemi di trasmissione idraulica utilizzano diversi tipi di pompe idrauliche per vincere i carichi e ottenere la potenza richiesta.
Ad esempio, nei sistemi di trazione idraulica come le escavatrici, la pompa idraulica ha il compito di fornire la pressione necessaria per sollevare veicoli o oggetti pesanti. La maggior parte delle macchine edili pesanti è dotata di pompe idrauliche, che rappresentano componenti fondamentali dei sistemi idraulici.
Oltre agli equipaggiamenti di grandi dimensioni, esistono anche pompe idrauliche più piccole utilizzate per alimentare vari utensili idraulici, come strumenti di taglio, presse, seghe idrauliche, ecc. Tutti questi utensili dipendono dalle pompe idrauliche per funzionare in modo efficiente.
Differenze tra pompe idrauliche e pompe ordinarie
La differenza principale tra pompe idrauliche e pompe ordinarie risiede nei loro metodi di funzionamento. Le pompe ordinarie tipicamente mantengono un flusso costante di liquido, mentre la portata delle pompe idrauliche è strettamente correlata alla pressione del carico.
Inoltre, le loro funzioni sono diverse: le pompe idrauliche devono superare la pressione generata dal carico del sistema, mentre le pompe ordinarie si occupano soltanto di trasportare o far circolare continuamente il liquido.
La Funzione di un Motore Idraulico
Un motore idraulico è un componente attuatore rotativo, noto anche come attuatore rotante. La sua funzione principale è quella di convertire l'energia idraulica in energia meccanica per azionare il carico.
La potenza in uscita di un motore idraulico è determinata dalla caduta di pressione e dalla portata dell'olio idraulico. In altre parole, la potenza in uscita di un motore idraulico è direttamente proporzionale alla sua velocità di rotazione.
Il Principio di Funzionamento Collaborativo tra Pompe Idrauliche e Motori Idraulici
Dopo aver compreso le funzioni delle pompe idrauliche e dei motori idraulici, esaminiamo come lavorano insieme in un sistema:
In primo luogo, la pompa idraulica converte l'energia meccanica di un motore primo (ad esempio un motore elettrico o un motore diesel) in energia idraulica, che si manifesta sotto forma di olio idraulico in movimento.
Successivamente, il motore idraulico riceve l'energia idraulica generata dalla pompa idraulica e la riconverte in energia meccanica, utilizzata per azionare il carico e compiere lavoro.
Una volta completato questo processo di conversione da parte del motore idraulico, l'intero sistema dispone dell'energia meccanica necessaria per svolgere le attività. I sistemi idraulici sono ampiamente utilizzati nella nostra vita quotidiana; ad esempio, ascensori, distributori di carburante e impianti di intrattenimento si basano tutti sull'azione collaborativa tra pompe e motori idraulici.
Domande frequenti (FAQ)
1. Qual è la differenza tra una pompa idraulica e un motore idraulico?
Risposta: Una pompa idraulica converte l'energia meccanica in energia idraulica (fluido pressurizzato), mentre un motore idraulico converte nuovamente l'energia idraulica in energia meccanica (coppia e movimento rotazionale).
2. Quali sono i principali tipi di motori idraulici?
Risposta: I motori idraulici sono principalmente suddivisi in due categorie:
Motori a Bassa Velocità e Alta Coppia (LSHT)
Motori ad Alta Velocità e Basso Coppia (HSLT)
Inoltre, in base alla struttura, comprendono motori a ingranaggi, motori a palette e motori a pistoni (inclusi i tipi assiali e radiali).
3. Quali sono i comuni tipi di pompe idrauliche e i metodi di classificazione?
Risposta: Le pompe idrauliche sono comunemente classificate secondo i seguenti due criteri:
Regolabilità della portata: Pompe variabili (regolabili) e pompe fisse (portata costante)
Tipo strutturale: Pompe a ingranaggi, pompe a palette, pompe a pistoni.
Pompe a ingranaggi: dimensioni ridotte, struttura semplice, costo basso, ma usura elevata e perdite elevate.
Pompe a palette: flusso uniforme, funzionamento regolare, rumore ridotto, efficienza superiore rispetto alle pompe a ingranaggi, ma struttura complessa.
Pompe a pistoni: elevata efficienza volumetrica, basse perdite, possono operare ad alta pressione, adatte per sistemi ad alta potenza, ma costo elevato e elevati requisiti di pulizia dell'olio.
4. Quali sono i componenti di un sistema idraulico con pompa?
Risposta: Un sistema idraulico con pompa comprende generalmente:
Giunto (collega l'albero motore e l'albero della pompa)
Serbatoio dell'olio idraulico (immagazzina l'olio, disperde il calore, separa l'aria ed elimina la schiuma)
Filtro (riduce le particelle solide inquinanti nell'olio)
Per garantire l'affidabilità del sistema, è necessario assicurare un corretto allineamento del giunto, una capacità e una struttura adeguate del serbatoio e la selezione di filtri con la precisione corretta.
5. Quale ruolo svolge un motore idraulico nel sistema?
Risposta: Un motore idraulico riceve un liquido sotto pressione, converte l'energia idraulica in energia meccanica ed emette coppia e movimento rotatorio. La sua potenza in uscita dipende dalla caduta di pressione del liquido e dalla portata, quindi quando la portata o la pressione cambiano, l'uscita del motore cambia di conseguenza.
6. Come funzionano insieme le pompe idrauliche e i motori idraulici?
Risposta: In un sistema idraulico:
La pompa idraulica converte l'energia meccanica fornita dal motore primo (ad esempio un motore elettrico o un motore diesel) in energia del liquido.
Il motore idraulico riceve questo liquido sotto pressione e lo riconverte in energia meccanica per azionare il carico.
Attraverso questa conversione dell'energia, il sistema può ottenere l'uscita meccanica richiesta.
7. Perché la pulizia dell'olio e la filtrazione sono così cruciali nei sistemi idraulici?
Risposta: Le particelle solide nell'olio idraulico (specialmente quelle superiori a 10 μ m, in particolare superiori a 40 μ m) può aggravare l'usura dei componenti interni di pompe e motori, riducendo efficienza e durata. L'installazione di filtri con precisione adeguata (ad esempio, 10-15 μ m per le pompe a pistoni assiali, 25 μ m per pompe a palette, 40 μ m per pompe a ingranaggi) può mantenere efficacemente l'affidabilità del sistema.
8. Se la mia pompa idraulica produce rumore o vibrazioni, cosa devo controllare?
Risposta: Cause comuni includono:
- Allineamento errato tra pompa e giunto/albero
- Velocità o carico superiori ai valori nominali
- Aspirazione d'aria o cavitazione nella tubazione di aspirazione
- Scarsa pulizia dell'olio o quantità/tipo di olio non corretti
- Usura o danni al giunto o ai componenti interni della pompa
Affrontare questi problemi contribuisce a ridurre rumori, vibrazioni ed estende la durata della pompa.
9. Una pompa idraulica "genera" pressione nel sistema?
Risposta: In realtà, no. La funzione principale di una pompa idraulica è produrre portata; la pressione si forma soltanto quando questa portata incontra una resistenza nel sistema (ad esempio carico, valvole o attuatori). Pertanto, non è corretto attribuire esclusivamente alla pompa la generazione della pressione.
10. Quali sono le metriche di efficienza per le pompe e i motori idraulici?
Risposta: Le principali metriche di efficienza includono:
- Efficienza volumetrica: Portata effettiva ÷ Portata teorica
- Efficienza meccanica/idraulica: Coppia teorica ÷ Coppia effettiva (o correlata alle perdite meccaniche)
- Efficienza complessiva: Efficienza volumetrica × Efficienza meccanica/idraulica