Impianto idraulico. Capitolo 4 4.1

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1 Caitolo 4 Imianto idraulico 4.1

2 4.1 Introduzione L'imianto idraulico è un imianto che consente la distribuzione di energia meccanica ed il suo controllo attraverso un fluido incomrimibile. Nell'imianto è necessaria una sezione di trasformazione di energia meccanica in energia idraulica, una rete di trasorto dotata degli oortuni organi di controllo e regolazione, ed utilizzatori che ritrasformano l'energia idraulica in energia meccanica. Gli imianti idraulici utilizzano fluidi incomrimibili e quindi allo stato liquido nelle condizioni di esercizio, in articolare oli minerali. I rincii fisici fondamentali su cui sono basati gli imianti idraulici risiedono nella meccanica dei fluidi er flussi interni. Occorre tenere resente che considerare i liquidi come incomrimibili è una semlificazione giustificata dalla scarsa comrimibilità. Nella grande maggioranza delle alicazioni ratiche è ossibile ignorare la comrimibilità, la comrimibilità erò esiste e diventa fondamentale er la comrensione del funzionamento di un imianto idraulico e er le valutazioni di stabilità e risosta in frequenza. Le caratteristiche fondamentali che rendono conveniente l'imiego del trasorto dell'energia attraverso un fluido incomrimibile sono: basso eso er unità di otenza installata alto rendimento della trasmissione grande flessibilità nell'installazione caacità di sostenere sovraccarichi senza danni alta affidabilità scarsa esigenza di manutenzione ordinaria bassa inerzia del sistema e quindi relativamente alta risosta in frequenza facilità di controllo gli asetti negativi sono : ossibilità di erdita dell'intero imianto er rottura di singoli comonenti difficoltà di sincronizzazione di iù attuatori i fluidi con caratteristiche migliori er l'imiego non sono totalmente resistenti al fuoco. 4.2 Generalità sugli imianti idraulici Un sistema idraulico è costituito da un gruo di generazione di ressione e ortata, una rete di distribuzione e collegamento, le utenze ed alcuni organi accessori. A bordo dei velivoli in genere l imianto idraulico comrende iù circuiti indiendenti. Anche quando il velivolo disone di iù imianti, questi sono normalmente fra loro searati, nel senso che non si ha assaggio di olio da uno all altro. Le utenze sono quindi suddivise fra i diversi circuiti indiendenti, ma le iù imortanti ossono essere ilotate in arallelo da iù circuiti. Per esemio il Boeing 747 ha l imianto formato da 4 circuiti comletamente indiendenti, ognuno dei quali otenziato da una oma azionata da uno dei 4 motori e, in alternativa, da una oma azionata da una turbinetta ad aria comressa. Le 4 turbinette sono 4.2

3 alimentate dall imianto neumatico con aria sillata dai comressori dei roulsori o dell APU. Ogni utenza è alimentabile da almeno 2 circuiti indiendenti. Raramente (ATR42) esiste la ossibilità di alimentazione incrociata dei diversi circuiti, nel caso il gruo di generazione di uno di essi vada in avaria. In alcuni casi (MD80) è invece ossibile che un circuito ne metta in ressione un altro che abbia la generazione in avaria, tramite un gruo reversibile motore idraulico - oma, quindi comunque senza mescolamento dei fluidi dei 2 circuiti. Di solito è imortante che arte dell imianto funzioni con velivolo a terra e motori senti (al limite con l APU in funzione), er le rove funzionali di alcune utenze, le oerazioni di carico e traino, ecc. Per i motivi visti nel caitolo 2, in genere un imianto idraulico di imiego aerosaziale viene realizzato a ressione costante; questa filosofia ermette anzitutto l attivazione in arallelo di un numero qualsiasi di utenze (ammesso che le ome siano in grado di fornire le ortate richieste) senza che interferiscano tra loro; inoltre si ossono dimensionare le varie utenze su un valore ben reciso di ressione (si tenga comunque resente che la ressione viene fissata su un valore nominale attorno al quale è definita una tolleranza; i vari comonenti devono oter lavorare nell intero camo di tolleranza revisto). Un arametro caratteristico da fissare nel rogetto di un imianto idraulico è quindi la ressione di alimentazione. Al fine di ridurre le dimensioni e quindi i esi di tutti i comonenti, è oortuno avere un valore il iù grande ossibile er la ressione; questo ovviamente comorta anche il vantaggio di dover elaborare minori ortate e quindi velocità minori nei tubi e minori erdite di carico. Naturalmente esistono dei limiti al valore di ressione utilizzabile, dovuti a roblemi di: comrimibilità; tenute delle guarnizioni; dimensioni troo iccole di alcuni comonenti. Anche se è ossibile ottimizzare il valore nominale di ressione, er motivi di convenienza economica, si referisce utilizzare valori standardizzati. La ressione nominale iù comunemente imiegata negli imianti idraulici aeronautici è di 21MPa (3000 si, 210 kg/cm 2 ), ma er esemio il Tornado ed il Concord hanno l imianto a 28 MPa, il Cessna Citation a 10.5 MPa. Sono comunque allo studio imianti lavoranti a ressioni decisamente sueriori secialmente er imiego in camo saziale. Come si vede dalla tabella seguente con una ressione di 21 MPa si raggiungono raidamente elevati valori di forza su martinetti anche di iccolo diametro: D [mm] F [N] Tab Forze realizzate in martinetti con ressione di 21 MPa La comrimibilità imlica un lavoro di comressione dato da: L 0 dv 0 V V d 0 V 1 d

4 e l introduzione di un elasticità esrimibile attraverso la rigidezza; in un martinetto di sezione A e corsa L: V Ax A F A A A x V AL L A all aumentare della ressione diminuisce l area necessaria e quindi la rigidezza, come L ure diminuisce la rigidezza all estendere del martinetto o se cala er la resenza di aria nel martinetto Generazione La generazione di ressione e ortata viene svolta dalle ome. Ogni circuito indiendente di bordo è alimentato da una o iù ome. Esse ossono essere azionate dai roulsori (attraverso dei riduttori), da motori elettrici dedicati, da turbine ad aria comressa, da elichette oste al vento relativo, oure manualmente dall equiaggio di bordo Distribuzione e collegamento La rete di distribuzione e collegamento è costituita da tubazioni, raccordi e valvole di comando e controllo Utenze Le utenze sono raresentate dagli attuatori, disositivi che trasformano l energia idraulica in meccanica. Gli attuatori ossono essere lineari (martinetti) o rotativi (motori idraulici). I rinciali utilizzatori a bordo dei velivoli sono: iersostentatori di bordo d uscita e d attacco; aerofreni; freni; equilibratori; alettoni; timoni; sterzo ruotino; inversori di sinta; ortello vano e carrello d atterraggio; ortelloni di ingresso Accessori Elementi accessori sono: accumulatori; filtri; guarnizioni; serbatoi; scambiatori di calore. 4.4

5 4.3 Pome idrauliche Esistono due rinciali categorie di ome idrauliche: ome volumetriche; ome fluidodinamiche. Le rime, raticamente le uniche usate negli imianti idraulici aerosaziali, sono anche dette a sostamento, oiché sono in grado di sostare un volume di fluido quasi indiendentemente dalla ressione a valle. Le ome volumetriche sono in grado di raggiungere le iù alte ressioni e quindi sono articolarmente adatte er imianti di trasmissione di otenza meccanica. Tiico esemio ne è la oma a istone. Le seconde conferisconno energia al fluido accelerandolo, un successivo rallentamento trasforma l energia cinetica acquisita in energia di ressione; ome di questo tio sono articolarmente indicate er imianti dedicati a trasferire fluido, come, ad esemio, gli imianti di alimentazione combustibile, Tiico esemio ne è la oma centrifuga. Per le ome volumetriche si uò definire una ortata volumetrica in uscita esressa da: Q nv V dove V è il volume sostato in un giro ed n il numero di giri nell unità di temo e V il rendimento volumetrico. Il rendimento volumetrico è dovuto alla comressione necessaria a ortare il fluido in ressione ed a eventuali trafilamenti all interno dalla oma. La otenza idraulica ceduta al fluido è ari alla ortata volumetrica erogata er il salto di ressione imosto al fluido: Q La otenza meccanica da fornire dovrà tenere conto di un rendimento: W i W m Wi G in cui è il rodotto di due rendimenti: G V m V rendimento volumetrico m rendimento meccanico 4.5

6 4.3.1 Poma a istoni Il caso iù semlice di oma a istoni è quella a istone singolo. Il movimento del istone, in genere realizzato manualmente o con un sistema a biella e manovella, singe il fluido dal cilindro verso il condotto di mandata ottenendo così una certa ortata. Se la sezione del cilindro è A, il volume sostato er una corsa x è V c Ax er effetto di eventuali trafilamenti e della comressione necessaria er ottenere la ressione di mandata, il volume sostato in uscita si riduce a V u Ax v La ortata volumetrica istantanea è: Q t dv dt u dx v A dt Fig. 4.1 Poma a istone Per avere una ortata costante con una oma del genere, occorrerebbe una velocità costante er una corsa infinita del istone. Non essendo questo realizzabile si deve ricorrere ad un moto alternato del istone, ottenibile ad esemio con un collegamento biella - manovella; in tal caso la velocità v(t) ha andamento sinusoidale, e così la ortata. E chiaro che all imbocco ed all uscita del istone ci dovranno Fig. 4.2 Portata in funzione del temo in oma a essere delle valvole che imediscano l inversione del flusso (valvole di non ritorno), e quindi la ortata avrà l andamento nel singolo istone con moto alternativo temo raresentato nel diagramma di figura, o dall esressione: Q 0 Ac sin t sin t Q v dove c è la velocità massima del istone. 0 sin t 0 4.6

7 Per ottenere una certa uniformità del flusso occorre utilizzare diversi cilindri equisfasati tra loro, ottenendo così una ortata data da: Q Ac v N 1 max sin t,0 dove i è lo sfasamento dell i-esimo istone, N il numero totale dei istoni ed il singolo contributo alla ortata è considerato solo er i valori ositivi del seno. La figura 4.3 mostra il risultato ottenuto nel caso di oma a 7 istoni. In ratica il numero di cilindri utilizzati è nella maggioranza dei casi 7 o 9, numero che comorta una sufficiente uniformità del flusso con un numero abbastanza limitato di cilindri. (E' da notare che una oma con un numero di cilindri disari resenta Fig. 4.3 Portata oma a 7 istoncini una irregolarità della ortata uguale a quella di una oma con un numero di cilindri doio). i Poma a istoni assiali Un tiico esemio di oma volumetrica è raresentato in figura 4.4. Si tratta di una oma a istoncini assiali che scorrono in un tamburo rotante; l estremità dei istoncini è vincolata ad un iattello inclinato; durante un giro del tamburo i istoncini sono così obbligati ad un moto alternativo. Il fatto che il tamburo sia rotante ermette di utilizzare un collettore fisso dotato di una iastra sulla quale sono ricavate due asole, una di mandata ed una di asirazione. Fig. 4.4 Esemio di oma a istoncini assiali 4.7

8 Nel disegno in esame il iattello è rotante attorno al rorio asse di simmetria, inclinato erò risetto all asse di rotazione del tamburo. In altri casi il iattello non è rotante e i istoncini sono collegati ad esso da attini. La corsa del singolo istoncino, e quindi la ortata dell intera oma, è direttamente legata all angolo tra i due assi; se esiste la ossibilità di variare l angolo fra l asse della oma ed il iattello, si realizza una oma a corsa, e quindi ortata, variabile Fig.4.5. Si ha in genere trafilamento di olio tra il tamburo e la iastra del collettore, tra istoni e cilindri e sesso si genera una lubrificazione forzata ai attini del iattello. Questi trafilamenti, sesso voluti er ottenere la lubrificazione, causano una erdita di ortata diendente dalla ressione a valle, ossia una riduzione del rendimento volumetrico. La curva caratteristica tiica di una oma volumetrica ideale mostra una ortata costante se è fissata la cilindrata della oma ed il numero di giri; in realtà il rendimento volumetrico cala al crescere della ressione, sia er i trafilamenti che er la comrimibilità, e si ha quindi una leggera diminuzione della ortata volumetrica al crescere della ressione. In ratica la ortata di una oma volumetrica viene esressa con: Q V nv dove n è il numero di giri nell unità di temo della oma e V la sua cilindrata comlessiva. Attualmente ossono essere realizzate ome a istoncini del eso di qualche kg in grado di fornire ressioni molto elevate (anche 50 MPa) con cilindrate iccolissime, girando a rm. A bordo dei velivoli si usano comunemente ome a 21 MPa, ortata di qualche decina di litri al minuto, con otenze che raggiungono facilmente decine di KW a qualche migliaio di giri al minuto. Fig. 4.5 Poma a cilindrata variabile Fig. 4.6 Trafilamenti tiici in ome a istoncini Fig. 4.7 Curva caratteristica di una oma volumetrica 4.8

9 4.3.3 Poma a istoni radiali E oco usata in camo aerosaziale, erché iù comlessa e meno versatile della recedente. La camma esterna ruota eccentricamente risetto al gruo ortaistoni, costringendo questi al moto alternato di asirazione e mandata. Si uò ottenere una ortata variabile cambiando l eccentricità con una costruzione iù comlessa di quella delle ome a istoncini assiali Poma a istoni in linea Non utilizzata in camo aeronautico, è costruita con cilindri in linea e istoni azionati attraverso un albero a gomiti. Consente di raggiungere facilmente grandi cilindrate e quindi grandi ortate. Fig. 4.8 Poma a istoncini radiali Poma a alette ad eccentrico E realizzata facendo ruotare un rotore ortaalette in modo eccentrico dentro ad una cavità cilindrica, le alette ossono scorrere radialmente. Durante la rotazione si ottengono camere a volume variabile che creano l asirazione e la mandata del fluido come nelle ome a istoni. Un roblema comune er questi disositivi è la tenuta sui fianchi e l usura delle alette. Queste sono sinte contro la suerficie esterna dalla forza centrifuga, che quindi aumenta all aumentare della velocità angolare. Sono macchine che consentono ressioni di esercizio Fig Poma a alette minori risetto alle ome a istoni, sono iù soggette ad usura, ma richiedono gradi di filtrazione meno sinti. E ossibile variare la ortata variando l eccentricità. 4.9

10 4.3.6 Poma ad ingranaggi E costituita da una camera in cui ingranano due ruote dentate controrotanti. Il liquido viene asirato nei vani che si creano tra i denti della singola ruota e la arete della cassa; quando arriva nella zona di mandata, i denti ingranano tra loro ed il liquido fuoriesce dai vani. Per roblemi di tenuta ai fianchi delle ruote e nella zona di ingranamento si ha un maggior decadimento del rendimento volumetrico; queste ome devono quindi essere usate er ressioni iù basse e non si restano a realizzare ome a ortata variabile. Si tratta eraltro di sistemi semlici, robusti, resistenti all usura e iù silenziosi. A bordo di velivoli sono utilizzate negli imianti di lubrificazione del motore. Fig Poma ad ingranaggi 4.4 Regolazione della ressione Come visto nel aragrafo recedente le ome volumetriche forniscono er loro natura una ortata, la ressione deriva da quanto resente a valle; in sostanza è la comrimibilità del fluido (o del gas di un eventuale accumulatore sulla linea di mandata) che determina la ressione in funzione della ortata generata e quella assorbita dall imianto. Un eccesso di ortata risetto a quanto richiesto dall imianto determina un aumento di ressione e viceversa una scarsità di ortata risetto a quanto richiesto determina un calo della ressione. Infatti: dv d V d 1 dv 1 Q i Q u dt V dt V Comressione Utilizzatori Qi Qu Fig Genesi della ressione Dato che gli imianti, er non avere interferenza fra le varie utenze, devono essere a ressione costante, sono indisensabili degli organi di regolazione che adeguino la ortata al valo- 4.10

11 re richiesto dalle utenze. Se ciò non si verifica la ressione nell imianto varia er la comrimibilità del fluido (con gradienti molto elevati) o del gas resente nel circuito. I sistemi di regolazione ossono essere fondamentalmente di due tii: a) si mantiene costante la ortata della oma e si aggiunge a valle una valvola di regolazione in modo che l'eccesso di ortata venga sillato e riortato nel serbatoio dell'olio; b) si introducono degli organi di regolazione che alterino il numero di giri o la cilindrata della oma in modo da avere la sola ortata necessaria all'imianto. Questa seconda tecnica richiede macchine iù comlesse, ma è ovviamente molto iù efficiente dal unto di vista energetico Regolazione tramite valvola regolatrice Questo tio di regolazione è indiendente dalla oma utilizzata, oiché agisce direttamente sulla ortata a valle della oma. Per mantenere costante la ressione si introduce a valle della oma una valvola regolatrice di ressione che rinvia al serbatoio l eccesso di ortata risetto a quanto richiesto dall imianto. La valvola ha un cursore mobile che, a seconda del valore di ressione dell imianto, cambia l aertura dell orifizio di scarico; l orifizio è semre aerto, ma la sua area diende dalla osizione di equilibrio del cursore soggetto all azione della ressione ilota contrastata da una molla recaricata. La osizione del cursore è retta dalle equazioni seguenti: mx A kx F ha 2 x x 0 La ortata rimandata al serbatoio è funzione delle ressioni a cavallo della valvola e dell aertura dell orifizio x Qs Q s f, x Fig Valvola regolatrice di ressione Tarando oortunamente il recarico della molla, in genere attraverso una manoola, è ossibile regolare la valvola su diversi valori di ressione. Le ossibili oscillazioni del cursore sono fortemente smorzate dalle erdite di carico lungo il condotto della ressione ilota. Per il funzionamento di questo sistema di regolazione occorre che vi sia semre un ricircolo di olio e la oma deve lavorare alla massima otenza richiesta dall imianto anche quando le esigenze sono minori. Questo comorta una erdita energetica e un riscaldamento dell olio. Questo sistema di regolazione è quindi conveniente solo quando la otenza assorbita dall imianto è nella maggioranza dei casi vicino alla massima e quando si vuole raidità di intervento della regolazione. 4.11

12 4.1.2 Regolazione tramite retroazione sulla oma Come osservato in recedenza, le ome a istoncini assiali forniscono ortate roorzionali alla corsa dei istoncini; variando l inclinazione del iattello è ossibile realizzare ome a cilindrata variabile, e quindi con ortata variabile. Se la variazione di ortata è controllata dalla ressione è così ossibile far funzionare la oma a ressione costante. A valle della oma si deriva una linea che orta la ressione ilota ad un iccolo cilindro con istone mobile; il istone trova l equilibrio in funzione della ressione dell imianto e della reazione della molla; al istone è collegato il iattello della oma, che verrà inclinato in modo che la oma realizzi la ortata, e quindi la ressione, richiesta. Q Vn v V n Ac n AD tan D E evidente che il metodo retroazionato è iù efficiente, anche se la oma è iù comlessa. Infatti il rimo metodo comorta uno α sreco di ortata e quindi di otenza, oiché la oma deve semre funzionare al massimo della ortata che uò essere richiesta dalle Fig Poma a cilindrata variabile utenze, mentre il secondo adatta la ortata erogata alla richiesta. D altro canto il rimo sistema è iù ronto nella risosta, ovvero ha transitori iù brevi quando si attaccano o staccano le varie utenze, oiché le inerzie in gioco sono minori. 4.5 Tubi Le tubazioni sono in acciaio inossidabile er le arti ad alta ressione, in alluminio er quelle a bassa ressione (sesso le linee di ritorno). Alcuni tratti sono realizzati in tubo flessibile se devono seguire il movimento di un organo. Esse devono avere sezioni adeguate in base al flusso d olio, essere il iù ossibile rettilinee e, nel caso di cambiamenti di direzione, avere ami raggi di curvatura. La scelta del diametro dei tubi è legata ad un comromesso tra eso ed entità di erdite di carico che ci si uò ermettere; valori indicativi delle velocità raccomandate nei vari tii di condotti sono: asirazione mandata ritorno 1.2 m/s 5.0 m/s 2.5 m/s Comunque le dimensioni ed i materiali di tubi e raccordi sono normalizzati. 4.12

13 4.6 Valvole Le valvole hanno la funzione fondamentale di controllare il circuito e ermettere l'introduzione dei comandi dei vari attuatori. Le rinciali tiologie di valvole sono: distributrici di comando di esclusione di non ritorno di sicurezza di sequenza regolatrici di ressione riduttrici di ressione a sola regolatrici di ortata Valvola distributrice La valvola distributrice ha un comando imosto dall'esterno, e in base ad esso collega in vari modi le diverse tubazioni che arrivano alla valvola stessa consentendo quindi l attuazione di una utenza. Essa è caratterizzata dal numero di vie (tubazioni collegate) e dal numero di osizioni. In figura è mostrata una valvola del tio assiale a cassetto a 4 vie e 3 osizioni, Il tio di comando uò essere manuale, idraulico, neumatico o elettromagnetico (elettrovalvole). In secial modo nel caso della valvola a cassetto è semlice collegare le estremità del cursore con un sistema meccanico, con una tubazione idraulica o neumatica, oure con un sistema a solenoide. Fig Valvola distributrice 4.13

14 Nella arte a destra in alto della figura è riortato il simbilo unificato, nel caso si comando con solenoidi. Nella casella dove aaiono i collegamenti esterni vengono riortati i collegamenti interni nella osizione di rioso, nelle caselle di fianco quelli che si hanno in base a comandi da sinistra o da destra. Come mostrato nelle immagini sotto un comando da sinistra rovoca un collegamento di P con A e B con R, un comando da destra un collegamento da P a B e da A a R Valvole di esclusione Equivalgono a distributori a due vie e due osizioni; servono a escludere o a inserire arte del circuito. Fig Valvola di esclusione Valvola di non ritorno Fig Valvola di non ritorno La valvola di non ritorno consente il flusso in un solo senso ed è quindi utilizzata er intercettare flussi di olio in direzioni non desiderate. E sostanzialmente costituita da un cursore tenuto in sede da una molla a bassa rigidezza. Esistono valvole di non ritorno ilotate che ossono essere forzate a ortarsi nella condizione di comunque chiusa o comunque aerta. Fig Valvole di non ritorno ilotate 4.14

15 4.6.4 Valvola di sicurezza La valvola di sicurezza interviene automaticamente er roteggere l'imianto da sovraressioni dell olio. La valvola è montata fra la tubazione di mandata alla rete di distribuzione e il serbatoio; normalmente la valvola è chiusa e si are se si suera di una certa entità il valore di ressione nominale. All aertura della valvola arte di fluido viene inviato al serbatoio deressurizzando quindi l imianto. Vengono tarate su valori del 20-40% sueriori a quelli di funzionamento nominale dell imianto, valori comunque ancora inferiori a quelli utilizzati er il dimensionamento a rottura. Queste valvole devono resentare una forte isteresi dato che la loro aertura deve avvenire con una ressione sueriore alla ressione nominale dell imianto, mentre la loro chiusura deve avvenire quando la ressione è scesa al valore nominale o oco al disotto di questa. Per ottenere l isteresi richiesta è indisensabile che l aertura venga comandata dall effetto della ressione su una certa area, ma che, aena aerta, la ressione agisca su un area maggiore. Fig Valvola di sicurezza La osizione del cursore della valvola è definita dall equazione: m x A kx 1 F 0 dove x non uò assumere valori negativi. La valvola si are quindi quando la ressione è tale da avere: a A 1 F 0 Aena la valvola si are la ressione tende a calare, mentre la forza esercitata dalla molla cresce, la valvola tenderebbe quindi a richiudersi. Se aena la valvola si are la ressione agisce su un area A 2 con A2 A1, essendo al limite della chiusura F0 ch A2 si ha: realizzando così l isteresi voluta. a A 1 F0 ch A2 A 1 ch a A

16 4.6.5 Valvola di sequenza Viene imiegata er comandare la sequenza di due o iù manovre; er esemio l estrazione carrello, che deve avvenire doo l aertura del ortello. E attivata idraulicamente ed è analoga alla valvola di sicurezza a cassetto, ma invece di scaricare in serbatoio alimenta un altra utenza. Fig Valvola di sequenza Quando il rimo martinetto raggiunge il fine corsa sueriore, la ressione nell imianto tende ad aumentare, ilotando l aertura della valvola di sequenza er l alimentazione del secondo martinetto Valvola riduttrice di ressione Questa viene utilizzata er eventuali utenze che richiedono ressioni minori di quella nominale dell imianto. Il cursore, contrastato dalla solita molla regolabile, sente come ressione ilota quella all uscita e trova una osizione di equilibrio che strozza iù o meno l alimentazione a tale utenza. Fig Valvola riduttrice di ressione 4.16

17 4.6.7 Valvola a sola o a navetta Viene installata a monte di utenze che ossono essere alimentate da due diversi circuiti idraulici, tiicamente quello di servizio e quello di emergenza. Come evidente dallo schema di figura, il cursore di questa valvola sente qual è l imianto con maggior ressione, ermettendogli di alimentare l utenza senza scaricare nell altro imianto. Fig Valvola a sola Valvole regolatrici di ortata La figura riorta lo schema di valvole er regolazione di ortata a soletta; entrambe sfruttano la caduta di ressione su una strozzatura er ottenere una differenza di ressione legata alla ortata da regolare, differenza di ressione che determina la osizione del cursore. Il rimo tio manda verso lo scarico l eccesso di ortata e ermette quindi di avere ortate nel unto 1 e 3 diverse fra loro. Il secondo tio, regolando la ortata in linea, richiede che la ortata in arrivo sia comatibile con quella regolata in uscita. Fig Valvole regolatrici di ortata 4.7 Servovalvole Sono delle valvole roorzionali, ossia in grado di variare in modo continuo ressioni o ortate, roorzionalmente ad un segnale di ingresso. Si tratta in genere di sistemi a due stadi, uno a bassa otenza che genera una differenza di ressione in grado di ilotare una valvola rinciale di alta otenza. Esisto- 4.17

18 no comunque anche valvole roorzionali con comando elettrico diretto. L elettrovalvola roorzionale è solitamente utilizzata in sistemi di controllo controreazionati, ermettendo di regolare osizione o velocità o forza esercitate dal martinetto Fig Schema di funzionamento servovalvola La figura 4.24 mostra l installazione di una servovalvola che aziona un martinetto, collegato ad un trasduttore di osizione che genera un segnale di retroazione er il controllo dell inut alla servovalvola stessa. Fig Servovalvola Lo schema della figura 4.25 raresenta un esemio semlice di valvola ilota di bassa otenza, con riortato il circuito idraulico equivalente. Si tratta di una valvola a doio ugello con otturatore mobile. I due ugelli sono alimentati con ressioni uguali S, ma l otturatore uò sostarsi verso uno dei due ostacolandone l uscita del flusso e quindi variando i valori delle ressioni A e B. 4.18

19 Fig Raresentazione schematica di una valvola ilota a doio ugello con otturatore mobile In condizioni di equilibrio i unti A e B non sillano ortata, ertanto si ha: S [ K1 K 2 ] Q A [ K1 (1 ) K 2 ] QB dove QA e QB sono le ortate nei due rami. K1, K2 e (1-)K2 sono i coefficienti di erdita di carico nelle strozzature e un arametro adimensionale che assume valori attorno allo 0.5 in funzione del livello di otturazione dell ugello; svolgendo qualche conto si ottiene: K 2 S K1 0 A K1 K 2 ( 1 ) K 2 S K1 0 B K ( 1 ) K 1 2 che sono uguali er = 0.5 (otturatore in mezzo tra i due ugelli). Se 0 è iccolo risetto a s e K1 grande risetto a K2, A e B variano quasi linearmente con. 4.19

20 L otturatore è azionato da un segnale di ingresso, tiicamente un segnale elettrico tradotto attraverso un solenoide in una coia che viene contrastata da una molla. Una corrente inviata al solenoide determina quindi una rotazione dell otturatore e di conseguenza una differenza fra le ressioni A e B che a sua volta determina uno sostamento del cursore del distributore. Introducendo una retroazione, ad esemio con un collegamento elastico fra l otturatore e il cursore come in figura 4.26 o misurando lo sostamento del cursore ed inviando al solenoide un segnale roorzionale alla differenza fra il comando e lo sostamento ottenuto, si ottiene un ritorno dell otturatore nella osizione neutra con uno sostamento del distributore roorzionale al segnale di ingresso. Comunemente col nome di servovalvola si indica tutto il gruo costituito da organo di comando, valvola ilota, valvola rinciale e circuito di retroazione. La valvola ilota viene di solito miniaturizzata, ed il comlesso diventa un sistema leggero e oco ingombrante. Il vantaggio notevole di questo sistema è anzitutto il fatto che, essendo a due stadi, necessita di un segnale di ingresso di bassa otenza. Fig Servovalvola 4.20

21 4.8 Martinetti I martinetti, o cilindri idraulici, sono il tio di motore iù semlice utilizzato in camo idraulico. Funzionalmente ossono essere a semlice o doio effetto, a seconda che il fluido di alimentazione rovveda allo sostamento in un solo senso o in entrambi, e a singolo o doio stelo. Lo stelo uò essere semlice o assante. L ancoraggio uò essere sullo stelo o sul coro cilindrico. Fig Martinetto a semlice stelo, a doio stelo, telescoico Un tio articolare è il martinetto telescoico, che ermette di ottenere elevate corse con minimi ingombri. I martinetti ermettono con grande facilità di realizzare comandi rettilinei con qualsiasi legge di moto, senza ricorrere a comlicati cinematismi. Va tenuto resente erò che essi resentano dei roblemi se devono lavorare trasmettendo carichi flettenti; si referisce quindi utilizzare martinetti con cerniere alle estremità trasmettendo solo carichi assiali. La forza esercitata da un martinetto è ottenuta dell effetto delle ressioni sulle facce del istone; è data quindi da: F P A P A A a C b C S dove Ac è la sezione del cilindro e As la sezione dello stelo. La resenza delle necessarie guarnizioni fra il cilindro e il istone e fra lo stelo e il fondello creano degli attriti er cui in realtà la forza ottenibile dal martinetto è minore di quella teorica; la forza efficace uò essere raresentata attraverso un rendimento: Fig.4.28 Forza su martinetto F e F dove er si ossono avere valori sueriori al 95%. Al moto del martinetto sono inoltre collegate le ortate nelle due camere dalle relazioni: Q A x Q A B C A C A x S 4.21