L'oleodinamica, più raramente nota come oleoidraulica, è una branca della fluidodinamica che trova applicazione in ingegneria meccanica e si occupa dello studio della trasmissione dell'energia tramite fluidi in pressione, in particolare l'olio idrauliconell'ambito di questa disciplina il sostantivo "idraulica" e l'aggettivo "idraulico", utilizzati spesso per coerenza con la terminologia inglese e francese, corrispondono al termine "oleoidraulica" o "oleodinamica" della letteratura tecnica italiana corrente. (vettore energetico).
Nella tipica applicazione oleodinamica, la portata d'olio generata da una pompa all'interno di un circuito oleodinamico viene utilizzata per muovere un martinetto o un motore idraulico a seconda che l'effetto meccanico desiderato (forza o coppia) sia lineare o rotatorio. Un classico attuatore lineare oleodinamico è il cilindro, costituito da una camicia in cui scorre un pistone, il quale spinge uno stelo che esplica il moto. Per il moto rotatorio basti pensare alle ruote delle macchine movimento terra come gli escavatori o grandi trattori agricoli, oppure pensare agli argani per issare le reti dei pescherecci dove servono coppie elevate e solitamente velocità angolari modeste.
Il settore oleodinamico è in forte espansione a livello mondiale grazie alla sua grande capacità di gestire notevoli potenze tramite componentistica di dimensioni e pesi ridotti rispetto a tecnologie alternative. L'Italia occupa un ruolo di punta nel mercato europeo ed è tra i primi 5 produttori mondiali di componenti oleodinamicifonte C.E.T.O.P - dati 2004.
Componenti di un sistema oleodinamico Analogamente a quanto avviene in un sistema pneumatico, in quello oleodinamico si devono avere: un gruppo generatore in cui si ha la trasformazione di energia meccanica in energia idraulica; un gruppo di controllo in cui il fluido viene condizionato facendo assumere ad esso determinati valori di pressione e portata e distribuendolo ove necessario; un gruppo di utilizzo formato da attuatori di diverso tipo.
Un sistema oleodinamico può essere composto dai seguenti componenti, all'interno dei quali scorre il fluido di lavoro:
Centralina oleodinamica In essa si hanno: un motore asincrono elettrico trifase; una pompa immersa; una lanterna per proteggere il giunto; un giunto elastico; un filtro in aspirazione; una valvola limitatrice di pressione; un manometro; un rubinetto per escludere il manometro; un filtro allo scarico; uno scambiatore di calore; un tappo di carico; un indicatore per il livello dell'olio; degli anelli per il sollevamento; un tappo di scarico serbatoio; un coperchio.
Circuito oleodinamico
Il circuito oleodinamico oggetto della trattazione è quello di funzionamento di un escavatore idraulico di cui la figura di fianco.
Confrontando lo schema dell'escavatore idraulico e lo schema funzionale dell'impianto è possibile distinguere i seguenti circuiti: (T) il circuito di traslazione che permette l'azionamento dei cingoli; (R) il circuito che permette la rotazione della torretta; (S) il circuito di movimentazione del monoblocco; (A) il circuito di movimentazione del bilanciere; (B) il circuito di movimentazione della benna. Il circuito è alimentato tramite un doppio circuito ad alta pressione dotato di 2 pompe a pistoni assiali e a piastra inclinata (quindi a portata variabile) (P) calettate entrambe sullo stesso albero del motore primo a ciclo diesel. Le pompe sono dotate quindi anche di regolatore a somma di potenze(Rp). La pompa destra alimenta il circuito di movimentazione della benna e quello di sollevamento del monoblocco mentre la pompa di sinistra alimenta il circuito di movimentazione del braccio penetratore, di rotazione e di traslazione, quest'ultima che avviene tramite motori idraulici a pistoni assiali completamente reversibili. Sono presenti nel circuito, il centro di distribuzione a 5 assi, dotato di distributori 6/3 e il distributore (DC) del tipo 3/2. Un escavatore è caratterizzato dalla capacità di eseguire 2 movimenti in maniera del tutto indipendente. Questo è permesso dalla presenza di 2 unità idrostatiche primarie indipendenti. Circuito di azionamento dei motori idraulici per la traslazione (T).Il distributore è il Dt. I motori sono montati generalmente a scomparsa nei cingoli. Il circuito è, in fase di lavoro, alimentato dalla pompa alta, ma come vedremo, in fase di trasferimento, cioè quando la macchina deve affrontare dei lunghi spostamenti, è coadiuvata dalla pompa bassa. Immaginiamo ora che il verso orario dia lo spostamento in avanti e quello antiorario la marcia indietro. Per ottenere la marcia avanti il cursore del distributore va portato nella posizione J, mentre per ottenere la retromarcia il cursore va portato nella posizione K. In entrambe la configurazioni, allo scarico del circuito, quindi sul ramo di bassa pressione, è presente una valvola di regolazione della portata a taratura fissa Vp. Questa permette, quando si affronta una discesa, che il mezzo non scenda in maniera incontrollata regolando così la velocità che risulterà essere la medesima sia in fase di salita, con qualunque grado di pendenza, che in fase di discesa. Azionamento del distributore DC. Come detto, per lunghi spostamenti, in cui sono richieste, ovviamente, velocità maggiori, la pompa bassa assiste quella alta nell'alimentazione del circuito di movimentazione dei motori idraulici (T). Questo risultato lo si ottiene attivando il distributore in questione (DC), mettendo così in collegamento la pompa di destra con il circuito di traslazione. Aumentando la portata aumenterà la velocità di rotazione degli motori idraulici e di conseguenza dei cingoli. Circuito di azionamento dei motori idraulici per la rotazione della torretta (R). Il distributore è il Dr. La pompa di alimentazione è quella alta. Volendo ottenere la rotazione in senso antiorario della torretta il cursore del distributore va portato nella configurazione K. È presente, per sezionare il circuito in caso di pericolo, la valvola di massima pressione (9) che mette in collegamento il ramo di alta con il ramo di bassa pressione nel caso in cui la pressione del circuito superi il valore critico per il quale è tarata la molla della valvola. Per ottenere la rotazione in senso orario della torretta basterà portare il cursore sulla posizione J. È da notare la presenza della valvola di massima pressione. Circuito di movimentazione del braccio penetratore (A). Il distributore in questione è il Da. La pompa che alimenta il circuito è quella di sinistra a cui può eventualmente sommarsi la pompa di destra. Per ottenere il sollevamento del martinetto idraulico il cursore del distributore deve portarsi nella configurazione J, mentre volendo richiamare il martinetto il cursore va portato nella configurazione K. Se il cursore è portato al centro, l'olio va a finire direttamente nel serbatoio. Come detto la pompa di destra può assistere la pompa di sinistra nell'alimentazione del circuito del braccio penetratore quando l'escavatore è impegnato, ad esempio, nella rottura di superfici particolarmente compatte dove è necessaria la massima potenza. Esclusione dei distributori Ds e Db. Quando i distributori 7Ds e 7Db hanno il cursore in posizione centrale, cioè sono bypassati, è attiva in entrambi la presa idraulica di destra del compartimento centrale indicata come presa idraulica di bypass. In questo frangente la pompa di destra collabora con quella di sinistra nell'alimentare il distributore Da. Circuito che permette la movimentazione del monoblocco (S). Il distributore in questione è il Ds. Questo circuito è alimentato dalla pompa di destra. Volendo sollevare il martinetto oleodinamico, che solleva a sua volta il monoblocco, si agisce sul distributore posizionando il cursore sulla configurazione J. In questa posizione, si nota osservando il compartimento centrale che le prese idrauliche di destra vengono chiuse, attivando le prese, centrali e di sinistra. Se la pressione durante il sollevamento supera un valore prestabilito, in funzione dell'integrità di tutto il circuito, la valvola di massima pressione Vm, si apre mettendo in comunicazione il condotto di alta con il condotto di bassa pressione. Volendo abbassare il martinetto, per far scendere il monoblocco, si posiziona il cursore sulla configurazione K. È presente anche in questo caso la valvola di massima pressione Vm ed in più la valvola di freno Vf. Questa valvola, che come si vede si aziona solo quando il condotto a cui è accoppiata è percorso dall'olio in fase di scarico, serve per evitare la brusca caduta del monoblocco. Circuito che permette l'azionamento della benna (B). Il distributore è il Db. Questo circuito è ancora alimentato dalla pompa di destra. Per ottenere il sollevamento del martinetto idraulico e quindi la chiusura della benna, il cursore del distributore va posto nella posizione J. Per ottenere invece l'apertura della benna il cursore va posto nella configurazione K.
Pompa
Le pompe quando utilizzate in un circuito idrostatico sono normalmente di tipo volumetrico, in quanto vengono richiesti, nel caso di tali circuiti, elevati salti di pressione, nell'ordine di centinaia di bar. Come noto le pompe volumetriche possono essere sia di tipo rotativo che di tipo alternativo; di tipo rotativo sono le pompe ad ingranaggi, mentre di tipo alternativo sono le pompe a pistoni. Entrambe le tipologie di pompe fin qui descritte, possono funzionare sia da unità idrostatica primaria che da secondaria (motori idraulici) ed in particolare le pompe a pistoni assiali possono anche funzionare a portata variabile. Esistono diverse tipologie di pompe ma le più diffuse nei circuiti idrostatici sono quelle a pistoni assiali e quelle ad ingranaggi esterni.
Pompa a pistoni assiali La pompa a pistoni assiali dotata di piastra inclinata è una tipologia di pompa in cui il blocco cilindri è calettato direttamente sull'albero di azionamento e gira con esso. Nel blocco cilindri sono presenti un certo numero di cavità cilindriche, corrispondenti ad altrettanti stantuffi, operanti in stretta tolleranza. Mettendo in rotazione il blocco cilindri mediante l'albero di azionamento, il movimento alternativo che provoca l'effetto di pompaggio è conferito agli stantuffi da una piastra ferma, inclinata dell'angolo γ rispetto all'asse del blocco cilindri, sulla quale poggiano le estremità degli stantuffi stessi. L'ingresso e l'uscita dell'olio si ottengono mediante una piastra di distribuzione fissa, sulla quale sono fresate due luci di scarico ad arco. Durante il mezzo giro in cui, uno degli stantuffi compie “la discesa” dal PMS al PMI (movimento di aspirazione dell'olio), l'apertura esistente sul fondo del corrispondente cilindro passa davanti alla luce in comunicazione con l'attacco di aspirazione. In questo modo il cilindro si riempie di olio. Nel mezzo giro successivo l'apertura del cilindro passa davanti alla seconda luce, che si trova in comunicazione con l'attacco di mandata e proprio in quel momento lo stantuffo compie il movimento di “risalita”, dal PMI al PMS, espellendo l'olio precedentemente immagazzinato. Agendo sul dispositivo di comando dell'inclinazione della piastra, si può variare il valore dell'angolo γ e quindi la corsa degli stantuffi nei relativi cilindri; in conseguenza di ciò varia la portata erogata. Quando l'inclinazione della piastra viene annullata, il moto oscillante degli stantuffi cessa e l'erogazione si interrompe. Se l'inclinazione viene invertita, la luce fissa, che prima era di aspirazione, diviene ora di mandata e viceversa. Si ottiene così l'inversione del flusso (evenienza tipica nei motori idraulici, che sono poi pompe funzionanti al contrario, calettati sulle pulegge motrici delle macchine movimento terra cingolate).
Pompa ad ingranaggi esterni