Introduzione
Negli stampi a iniezione, negli stampi per pressofusione e in numerosi sistemi di automazione industriale è molto frequente dover movimentare contemporaneamente due, quattro o persino più cilindri idraulici. A prima vista la soluzione sembra semplice: collegare tutti i cilindri alla stessa linea idraulica e azionarli nello stesso momento.
Nella pratica, però, questa soluzione raramente garantisce una movimentazione perfettamente sincronizzata.
Anche cilindri con dimensioni identiche possono muoversi a velocità differenti a causa delle tolleranze costruttive, degli attriti, dei diversi carichi applicati, delle perdite interne, delle lunghezze delle tubazioni o delle variazioni di pressione. Piccole differenze che, ripetute per migliaia di cicli produttivi, possono provocare usure premature, carichi non uniformi, errori dimensionali e, nei casi più gravi, danni allo stampo.
Per questo motivo vengono utilizzati i divisori di flusso, dispositivi meccanici progettati per ripartire con precisione la portata dell’olio tra più attuatori.
Un caso reale affrontato dal Reparto Tecnico Vega dimostra però che scegliere un divisore di flusso senza conoscere le caratteristiche dell’impianto è praticamente impossibile. Prima di suggerire qualsiasi componente, Vega ha richiesto dati fondamentali come pressione di esercizio, portata della pompa, numero dei cilindri, dimensioni dei cilindri e tempo di movimentazione. Senza queste informazioni qualsiasi scelta sarebbe stata soltanto un’ipotesi.
Perché i Cilindri Non si Muovono Sempre Insieme
Molti progettisti pensano che collegando più cilindri identici in parallelo essi si muoveranno automaticamente alla stessa velocità.
In realtà ciò non accade.
Ogni cilindro può essere soggetto a carichi differenti, attriti diversi, perdite di carico nelle tubazioni o tolleranze dimensionali che modificano la quantità di olio ricevuta.
Il risultato è uno spostamento non uniforme che può causare:
- movimenti disallineati;
- sollecitazioni meccaniche;
- usura delle guide;
- deformazioni dello stampo;
- maggiori costi di manutenzione.
La sincronizzazione diventa quindi un requisito progettuale fondamentale.
Cos’è un Divisore di Flusso
Un divisore di flusso è costituito da due o più sezioni ad ingranaggi collegate meccanicamente da un albero comune.
A differenza dei semplici regolatori di portata, il divisore obbliga tutte le sezioni a ruotare alla stessa velocità.
Ogni elemento possiede una cilindrata geometrica precisa e trasferisce ad ogni rotazione una quantità definita di olio.
Se tutte le sezioni sono identiche, ogni cilindro riceverà la stessa portata.
Se invece vengono utilizzate sezioni con cilindrate differenti, il divisore distribuirà portate proporzionali alle rispettive cilindrate, permettendo di sincronizzare anche cilindri diversi.
Perché Pressione e Portata Sono Fondamentali
Uno degli aspetti più interessanti emersi nel caso Vega riguarda la richiesta iniziale del cliente, che chiedeva semplicemente un divisore di flusso senza fornire alcun dato idraulico.
Stefano Rogora spiegò immediatamente che queste informazioni erano insufficienti.
Per selezionare correttamente il divisore occorre conoscere almeno:
- pressione di esercizio;
- portata della pompa;
- numero di cilindri;
- diametro e corsa dei cilindri;
- tempo richiesto per il movimento.
Solo con questi dati è possibile calcolare la cilindrata necessaria delle singole sezioni del divisore.
Il Legame tra Portata e Velocità
Come illustrato nel Technical Manual Vega, la velocità del cilindro dipende direttamente dalla portata disponibile.
Maggiore è la portata, maggiore sarà la velocità dello stelo.
Anche il diametro del pistone influisce direttamente, poiché superfici maggiori richiedono volumi d’olio superiori per ottenere la stessa velocità di movimento.
Ad esempio, quattro cilindri da Ø50 mm con una corsa di 100 mm richiedono circa 196 cm³ di olio ciascuno.
Se devono completare la corsa in due secondi, la portata complessiva richiesta supera i 23 litri al minuto.
Solo dopo questo calcolo è possibile scegliere il divisore corretto.
Le Valvole di Rifasatura
Molti divisori di flusso sono dotati di valvole di rifasatura.
Queste valvole correggono automaticamente i piccoli errori di sincronizzazione che possono accumularsi durante il funzionamento.
In questo modo i cilindri mantengono nel tempo la stessa posizione relativa, evitando che gli errori si sommino ciclo dopo ciclo.
Negli stampi a iniezione questa funzione è particolarmente importante perché anche pochi millimetri di differenza possono generare elevate sollecitazioni meccaniche.
Anche l’Installazione è Determinante
La scelta del divisore rappresenta soltanto una parte del lavoro.
Il Technical Manual Vega ricorda che il corretto funzionamento dell’intero sistema dipende anche da:
- filtrazione dell’olio;
- eliminazione dell’aria nel circuito;
- velocità dell’olio;
- corretto dimensionamento delle tubazioni;
- allineamento dei cilindri.
La presenza di aria aumenta la comprimibilità del fluido, mentre contaminazione e perdite di carico compromettono direttamente la precisione della sincronizzazione.
Lezioni Apprese
Il caso reale affrontato dal Reparto Tecnico Vega insegna alcuni principi fondamentali.
Un divisore di flusso non può essere scelto conoscendo soltanto il numero dei cilindri.
Occorre comprendere l’intero impianto oleodinamico.
La sincronizzazione dipende infatti da:
- pressione;
- portata;
- dimensioni dei cilindri;
- ciclo di lavoro;
- configurazione del circuito;
- qualità dell’installazione.
Solo analizzando tutti questi aspetti è possibile progettare un sistema realmente affidabile.
Conclusioni
I divisori di flusso vengono spesso considerati semplici accessori idraulici.
In realtà rappresentano uno degli elementi più importanti per garantire che più cilindri lavorino come un unico sistema perfettamente sincronizzato.
L’approccio seguito dal Reparto Tecnico Vega dimostra che una corretta progettazione non inizia scegliendo un componente, ma comprendendo il funzionamento dell’intero impianto.
Solo dopo aver analizzato pressione, portata, caratteristiche dei cilindri, ciclo di lavoro e condizioni di installazione è possibile selezionare il divisore più adatto.
La sincronizzazione, infatti, non è mai il risultato del caso.
È il risultato di una corretta progettazione ingegneristica.
