INDICE Indice...i Supporti al corso... 1 1. Programma... 1 1.1 Lezioni... 1 1.2 Esercitazioni... 1 1.3 Laboratori... 1 2. Attrezzature sperimentali... 2 3. Sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati... 2 3.1 National Instruments... 2 4. Simulazione digitale di componenti e sistemi oleodinamici... 3 4.1 Hardware... 3 4.1.1 Didattica... 3 4.1.2 Ricerca... 3 4.2 Software per la simulazione... 3 4.3 Software per la schematizzazione circuitale... 3 4.4 Software per testi scientifici... 3 5. Pagine Web... 3 Bibliografia... 4 1. Libri di testo in lingua straniera... 4 2. Libri di testo in lingua italiana... 4 3. Riviste specializzate in lingua straniera... 4 4. Riviste specializzate in lingua italiana... 5 5. Manuali di Ditte Costruttrici... 5 6. Indirizzi Internet... 5 Nomenclatura... 6 1. Sigle... 6 2. Porte... 6 3. Lettere italiane... 6 4. Lettere greche... 6 Introduzione... 7 1. Sistemi di trasmissione della potenza... 7 Blocchi funzionali... 10 1. Regole per il tracciamento dello schema a blocchi funzionali... 10 1.1 Regole per la scrittura delle equazioni relative ai blocchi funzionali... 10 2. Blocco funzionale di un motore elettrico M... 10 3. Blocchi funzionali della pompa e del serbatoio... 11 4. Blocco funzionale del motore idraulico... 12 5. Blocchi funzionali di giunzioni a 2 e a 3 bocche... 13 6. Blocco funzionale di valvola limitatrice di pressione a comando diretto... 13 7. Blocco funzionale di valvola unidirezionale (o di non ritorno)... 13 I gruppi di alimentazione... 15 1. Gruppo di Alimentazione a Portata Fissa... 15 1.1 Analisi qualitativa del funzionamento del gruppo... 16 1.2 Analisi quantitativa del GAQF... 16 1.2.1 VL chiusa... 16 1.2.2 VL in regolazione... 17 1.2.3 Caratteristica del GAQF... 17 1.2.4 Calcolo del rendimento... 17 1.2.5 Caratteristica reale del GAQF per valori crescenti di velocità angolare... 19 1.3 Gruppo di alimentazione a portata fissa con distributore di Vent... 19 2. Gruppo di alimentazione a portata variabile per valori discreti... 20 2.1 Analisi qualitativa del GAQVD... 20 2.2 Analisi quantitativa del GAQVD... 21 2.2.1 VL2 e VL1 chiuse... 21 OePsysTOC.doc - i -
Fluid Power Research Laboratory 27 febbraio 2002 2.2.2 VL1 chiusa, VL2 in regolazione e NR aperta... 22 2.2.3 VL2 in regolazione VL1 e NR chiuse... 23 2.2.4 VL1 in regolazione... 23 2.2.5 Caratteristica del GAQVD... 24 2.2.6 Calcolo del rendimento... 24 2.2.7 Limitatrice di pressione con pilotaggio diretto... 25 2.2.8 Limitatrice di pressione con pilotaggio remoto... 25 2.2.9 GAQVD con limitatrice di pressione con pilotaggio remoto... 26 3. Gruppi di alimentazione a portata variabile per valori continui... 27 3.1 Gruppo di alimentazione a portata variabile per circuiti aperti... 27 3.2 Gruppo di alimentazione a portata variabile per circuiti chiusi... 27 4. Gruppo di alimentazione a pressione fissa... 28 4.1 Gruppo di alimentazione a pressione fissa vera... 28 4.1.1 Caratteristica reale del GAPFV per valori crescenti di velocità angolare... 29 4.2 Gruppo di alimentazione a pressione fissa approssimata... 29 4.2.1 I blocchi funzionali del GAPFA... 31 4.2.2 Valvola di esclusione... 31 5. Logiche di connessione per GA... 33 Valvole a cartuccia... 35 Gruppi di alimentazione presenti in laboratorio... 37 1. Centrale di alimentazione... 37 1.1 Funzionamento... 38 1.1.1 Pompa principale... 38 1.1.2 Controlli di variazione della cilindrata... 38 1.1.3 Pompa di sovralimentazione... 40 1.1.4 Pressostato... 40 1.1.5 Accumulatore Olaer... 40 1.1.6 Trattamento del fluido... 40 1.1.7 Fluido di lavoro... 41 1.2 Pannelli di controllo... 41 2. Centralina ATOS... 42 2.1 Funzionamento... 43 2.2 Gruppo di condizionamento... 44 Gruppi di Utilizzazione... 45 1. Blocchi funzionali per attuatori lineari... 45 1.1 Condizioni di carico resistente... 45 1.1.1 Primo caso... 45 1.1.2 Secondo caso... 46 1.2 Condizioni di carico trascinante... 46 1.2.1 Primo caso... 46 1.2.2 Secondo caso... 46 Sistemi per il controllo di carichi trascinanti... 50 1. Valvole di controbilanciamento (VCB)... 50 2. Valvole di overcenter (OVC)... 52 3. Simulazione di un argano ad azionamento idraulico... 54 3.1 Introduzione... 54 3.2 Analisi stazionaria e criteri di dimensionamento... 55 3.3 Il sistema nell ambiente di simulazione... 56 3.4 Analisi dinamica... 60 3.4.1 Sollevamento del carico (DCV: 0 --> 2)... 60 3.4.2 Discesa del carico (DCV: 0 --> 1)... 61 Sistemi multiutenza con priorità... 63 1. Valvola di sequenza... 63 1. Valvola di priorità... 63 Variazione della velocità in attuatori lineari: soluzione non dissipativa con rigenerazione di portata... 67 1. Blocchi funzionali per la situazione rigenerativa... 67 2. Selezione automatica della configurazione rigenerativa... 68 Sistemi - ii OePsysTOC.doc
2.1 I caso... 69 2.2 II caso... 71 2.3 III caso... 71 3. Soluzioni diverse di impianti con rigenerazione... 72 Circuiti sequenziali con componenti oleodinamici di potenza e circuito elettrico di comando... 74 Circuiti per sincronismi... 76 1. Introduzione... 76 2. Divisore di Flusso... 77 2.1 Alcuni commenti sui blocchi funzionali... 78 2.2 Valutazione della potenza dissipata nel divisore di flusso... 79 2.3 Ricombinatore di flusso... 80 3. Martinetto Dosatore... 80 3.1 Logica di funzionamento... 81 I sistemi load sensing... 84 1. Il problema... 84 1.1 Pompa a cilindrata variabile con limitatore di pressione differenziale (il pilotaggio LS)... 85 1.2 Sistemi LS con GAQF... 86 1.2.1 Distributore proporzionale LS... 87 1.3 Il passaggio a più utenze controllate in velocità... 88 1.4 I compensatori locali... 89 1.5 Schema circuitale completo... 91 Connessione serie-parallelo di attuatori rotativi... 101 1. Connessione in parallelo... 101 2. Connessione in serie... 102 2.1 Considerazioni generali... 103 2.1.1 Commutazione serie-parallelo... 103 2.1.2 Commutazione parallelo-serie... 103 Trasformatori idraulici... 108 1. Trasformatori ad una linea verso l utenza... 108 1.1 Amplificatore di pressione... 108 1.2 Amplificatore di portata... 109 2. Trasformatore a due linee verso l utenza... 109 Banco prova rigenerativo... 111 1. Equazioni dai blocchi funzionali del banco rigenerativo... 111 2. Risoluzione con metodo alternativo... 113 Servosistemi... 114 1. Controllo della cilindrata di una pompa... 114 1.1 Spostamento a destra... 114 1.2 Spostamento a sinistra... 114 2. Idrocopiatore... 115 2.1 Spostamento verso sinistra... 117 2.2 Spostamento verso destra... 117 2.2.1 Equazioni del sistema... 118 2.2.2 Analisi della velocità... 118 2.2.3 Analisi del comportamento dinamico... 119 2.2.4 Segnale a gradino... 119 2.2.5 Segnale sinusoidale... 120 Servosistemi di sterzatura idrostatica... 123 1. Il servosterzo... 124 1.1 Il sistema costruito da TRW... 125 1.1.1 La geometria del distributore rotante... 127 1.1.2 Descrizione delle posizioni di funzionamento... 127 1.2 Mantenimento di un raggio di curvatura costante... 130 1.3 Ritorno del volante in eventi di sterzatura... 130 1.4 La pompa a palette ZF... 131 OePsysTOC.doc - iii -
Fluid Power Research Laboratory 27 febbraio 2002 1.5 Le prospettive future... 132 2. L idroguida... 133 2.1 Principio di funzionamento... 133 2.2 Unità di sterzatura idrostatica Danfoss OSPB... 134 2.3 Unità di sterzatura idrostatica Danfoss OSPB ON (Centro aperto - Non reattiva)... 136 2.3.1 Principio di funzionamento... 136 2.3.2 Geometria del distributore rotante... 138 2.3.3 Descrizione delle posizioni di funzionamento... 141 2.4 Unità di sterzatura idrostatica Danfoss OSPB OR (Centro aperto - Reattiva)... 143 2.5 Valvole presenti sull unità di sterzatura idrostatica Danfoss OSPC... 145 2.5.1 Valvola di sicurezza... 145 2.5.2 Valvola di non ritorno... 145 2.5.3 Valvole anticavitazione... 145 2.5.4 Valvole antishock... 146 2.6 Unità di sterzatura idrostatica Danfoss OSPB LS (Load Sensing)... 146 2.6.1 Geometria del distributore rotante... 147 2.6.2 Descrizione delle posizioni di funzionamento... 147 2.6.3 Il montaggio errato... 152 2.6.4 I distributori più recenti... 152 2.6.5 Idroguida OSPBX LS per amplificatore di portata... 153 2.7 Leggi di variazione delle luci di passaggio nel distributore rotante... 153 2.8 Caratteristiche indesiderate... 156 3. Confronto tra idroguida e servosterzo... 159 4. Amplificatori di portata... 160 4.1 Amplificatore OSQ (Danfoss)... 160 4.1.1 Componenti interni, collegamenti e schemi simbologici equivalenti... 160 4.1.1 Sezione A-A... 160 4.1.2 Sezione B-B... 162 4.1.1 Livello superiore... 162 4.1.2 Livello intermedio... 164 4.1.3 Livello inferiore... 166 4.1.4 Schema simbologico equivalente dell amplificatore di portata... 167 4.2 Amplificatore di portata OSQA8 (Danfoss)... 168 4.2.1 Introduzione... 168 4.2.2 Generalitá... 168 4.2.3 Valvole interne e loro collegamenti... 169 4.2.4 Sezione A-A... 169 4.2.1 Valvola di prioritá... 169 4.2.2 Stadio di amplificazione... 171 4.2.3 Sezione B-B... 173 4.2.1 Valvole antishock e anticavitazione... 173 4.2.2 Cassetto principale... 174 4.2.3 Schema simbologico equivalente... 175 4.3 Studio del comportamento del componente in una manovra di sterzata... 176 4.3.1 Nomenclatura adottata... 176 4.3.2 Dinamica e statica delle principali valvole interne... 178 4.3.3 Realizzazione del rapporto di amplificazione... 180 4.3.4 Stadio di amplificazione (Amplifier Stage)... 180 4.3.5 Verifica del rapporto di amplificazione con l ausilio di una simulazione in ambiente AMESim... 181 4.3.1 Modello della camicia... 181 4.3.2 Simulazione, risultati ottenuti... 183 4.3.3 Prima modifica al modello... 184 4.4 Sterzatura di emergenza... 185 4.4.1 Introduzione... 185 4.4.2 Ipotesi di partenza... 185 4.4.3 Sterzatura di emergenza... 187 4.4.4 Conclusioni... 188 Sistemi di frenatura elettroidraulici... 191 1. Generalità... 191 2. Componenti... 191 Sistemi - iv OePsysTOC.doc
2.1 Servofreno... 191 2.1.1 Distributore... 194 2.2 Pompa doppia... 196 2.3 Fluido di lavoro... 201 3. Sistema di frenatura antibloccaggio (ABS)... 202 3.1 ABS 2S (Bosch)... 203 3.1.1 Analisi generale... 203 3.1.2 Valvola a solenoide 3/3... 204 3.1.3 Funzionamento... 206 3.1.4 Condotto di ricircolo... 208 3.1.5 Pompa di ritorno... 209 3.1.6 Circuito completo... 211 3.2 Riflessioni sulla transizione dall ABS 2 all ABS 5 e all ABS 8...212 3.3 ABS Nissin Honda... 216 3.3.1 Pistone modulatore... 218 3.3.2 Le elettrovalvole... 220 3.3.3 Funzionamento... 222 3.3.4 Funzionamento normale (senza intervento dell ABS)... 223 3.3.5 Funzionamento con ABS... 224 3.3.6 Prevenzione bloccaggio ruote posteriori con ABS in avaria... 224 Il principio PWM in oleodinamica... 228 1. Influenza del diametro dello strozzatore nella porzione demodulante... 229 2. Influenza del volume della capacità demodulante... 229 3. Una limitatrice di pressione con stadio pilota di tipo switching comandata in PWM... 232 Sistema elettroidraulico di selezione e innesto marce... 236 1. Schema di principio... 236 1.1 Gruppo di alimentazione GAPFA... 236 1.2 Distributore DF... 237 1.2.1 Analisi del comportamento reale del gruppo di comando frizione... 239 1.3 Distributori DI... 239 1.4 Distributore DS... 241 2. Simulazione completa del sistema Selespeed... 242 Trasmissioni idrostatiche... 244 1. Definizione... 244 2. Trasmissioni idrostatiche in circuito aperto e chiuso... 245 2.1 Inversione del senso di rotazione dell albero di uscita... 245 2.2 Interventi per evitare la cavitazione all aspirazione della pompa... 245 2.3 Dimensioni del serbatoio... 246 2.4 Comportamento con carichi trascinanti... 247 3. Variazione di cilindrata e verso di rotazione in una unità idrostatica... 247 4. Caratteristiche di una trasmissione idrostatica... 248 4.1 TI con primario a cilindrata variabile e secondario a cilindrata fissa (PV-SF)... 249 4.1.1 Funzione di trasferimento di una TI con PV-SF... 251 4.2 TI con primario a cilindrata fissa e secondario a cilindrata variabile (PF-SV)... 252 4.3 TI con primario e secondario a cilindrata variabile (PV-SV)... 253 4.3.1 Confronto tra le TI a coppia costante e le TI a potenza costante... 254 4.3.2 Rendimenti di una TI con PV-SV... 255 4.4 Limiti al campo di utilizzazione di una TI... 255 5. Scelta di una TI... 256 5.1 Scelta della taglia... 256 5.2 Scelta della configurazione della TI... 256 6. Controllo delle trasmissioni idrostatiche a portata imposta... 257 6.1 Controllo automotivo... 257 7. Trasmissioni idrostatiche a pressione imposta con regolazione sul secondario... 262 7.1 Controllo per trasmissioni a pressione imposta... 264 7.2 Evoluzione delle TI a pressione imposta... 268 8. Schemi circuitali relativi a TI di impianti reali... 269 Modello dello schema di principio di un controllo automotivo per TI... 273 OePsysTOC.doc - v -
Fluid Power Research Laboratory 27 febbraio 2002 1. Costruzione dei modelli... 273 1.1 TI senza controllo automotivo... 274 1.1.1 Parametri... 274 1.1.2 Simulazione... 275 1.2 TI con controllo automotivo... 276 1.2.1 Parametri... 277 1.2.2 Simulazione... 277 1.2.3 Conclusioni... 279 1.3 Avviamento della TI (ideale) con controllo automotivo... 279 1.3.1 Parametri... 280 1.3.2 Simulazione... 280 1.3.3 Conclusioni... 282 1.4 Avviamento della TI (ideale) con controllo automotivo e variazione automatica della sezione dello strozzatore di controllo... 282 1.4.1 Parametri... 282 1.4.2 Simulazione... 283 1.4.3 Conclusioni... 283 Il Fluido di lavoro... 285 1. Classificazione ISO dei fluidi idraulici... 285 2. Proprietà fisiche dei fluidi idraulici... 285 2.1 Equazione di stato... 285 2.2 Densità... 286 2.2.1 Misura della densità per olio Fiat ATF (Automatic Transmission Fluid)... 288 2.3 Viscosità... 289 2.3.1 Misura della viscosità per olio Fiat ATF (Automatic Transmission Fluid)... 290 2.3.2 Dipendenza dalla temperatura... 292 2.3.3 Classificazione ISO della viscosità di oli minerali (ISO-VG)... 292 2.3.4 Dipendenza della viscosità dalla pressione... 293 2.4 Influenza della viscosità (temperatura) sulle perdite... 294 2.4.1 Perdite legate alle portate di fuga... 294 2.4.2 Perdite legate all attrito viscoso... 294 2.4.3 Un esempio di applicazione... 295 2.5 Modulo di comprimibilità effettivo... 297 2.5.1 Portata di comprimibilità... 300 2.5.2 Influenza della comprimibilità del fluido... 300 3. Contaminazione dei fluidi idraulici... 301 3.1 Classi di contaminazione ISO... 302 3.1.1 Potere assoluto di filtrazione... 302 3.1.2 Potere nominale di filtrazione... 302 3.1.3 Variazione temporale del contaminante solido in un sistema oleodinamico... 302 3.2 Contaminazione gassosa del fluido idraulico... 305 4. Fluido prevalentemente impiegato nei banchi del laboratorio... 306 Condizionamento termico di impianti oleodinamici... 307 1. Bilancio energetico semplificato di impianto... 307 1.1 PROGRAM CONDTERM... 309 Analisi della potenza persa in impianto tipo... 310 1. Pompa... 310 2. Motore... 310 3. Linee ed eventuale valvola in derivazione... 311 Modulo di comprimibilità di un tubo a parete sottile... 312 1. Sezione utile di passaggio in assenza di pressione... 312 2. Sezione utile di passaggio alla pressione p... 312 Velocità di propagazione delle piccole perturbazioni... 314 Colpo d'ariete... 316 1. Esempio... 316 Note introduttive sulle caratteristiche di trasmissione dei conditti... 317 Sistemi - vi OePsysTOC.doc
1. Effetto capacitivo... 317 2. Effetto inerziale... 317 3. Effetto resistivo... 318 4. Colonna di fluido quale oscillatore omogeneo... 318 Analisi delle tenute... 320 1. Flusso laminare stazionario in tubo a sezione circolare... 320 2. Flusso laminare stazionario in meato a sezione rettangolare con b>>h... 321 Elementi di tenuta... 323 Conduttori del fluido... 326 OePsysTOC.doc - vii -