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Il misterioso potere dei cilindri idraulici: perché vengono chiamati muscoli meccanici?
Un cilindro idraulico (chiamato anche motore idraulico lineare) è un attuatore meccanico che fornisce una forza in una direzione attraverso una corsa unidirezionale. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata nell'ingegneria dei veicoli, nei macchinari di produzione, negli ascensori e nell'ingegneria civile e svolge un ruolo fondamentale. Il principio di funzionamento dei cilindri idraulici è simile a quello dei muscoli. Quando il sistema idraulico di una macchina viene attivato, il cilindro idraulico è responsabile del raggiungimento del movimento, motivo per cui viene chiamato "muscolo meccanico".
Come viene convertita l'energia in movimento meccanico in un sistema idraulico?
Principio di funzionamento
La potenza di un cilindro idraulico deriva dall'olio idraulico pressurizzato, un liquido che non si comprime facilmente. Il liquido più comunemente utilizzato nei cilindri idraulici è l'olio. Un cilindro idraulico è costituito da un cilindro con un pistone collegato a un'asta che può muoversi avanti e indietro all'interno del cilindro. La canna del cilindro è chiusa a un'estremità dalla base del cilindro (detta anche tappo), mentre all'altra estremità si trova la testata del cilindro (detta anche premistoppa), anche se lo stelo del pistone si estende dal cilindro. Il pistone è dotato di anelli di scorrimento e dispositivi di tenuta, che dividono l'interno del cilindro in due camere, vale a dire la camera inferiore (estremità del cappello) e la camera laterale dello stelo del pistone (estremità dello stelo/testa).
Relazione tra pompa idraulica e cilindro idraulico
Il cilindro idraulico è l'attuatore o parte "motore" del sistema idraulico, mentre la pompa idraulica è il "generatore" del sistema. La pompa fornisce un flusso di olio fisso o regolato al cilindro idraulico per spingere il pistone. Le pompe idrauliche più comuni sono le pompe manuali, le pompe ad aria compressa e le pompe elettriche.
Ambito di applicazione
I cilindri idraulici sono ampiamente utilizzati nelle macchine che richiedono forze elevate, come le macchine movimento terra (escavatori, terne e trattori, ecc.) per sollevare o abbassare componenti quali bracci, bracci e benne. Nell'industria manifatturiera, i cilindri idraulici vengono utilizzati anche nelle piegatrici, nelle cesoie per lamiere e nella pressatura di pannelli truciolari o compensati.
Componenti di un cilindro idraulico
Cilindro
La funzione principale del cilindro è quella di contenere la pressione al suo interno. Solitamente realizzati in tubi di acciaio lucidati senza saldatura. La superficie del cilindro è liscia e resistente all'usura, supportando efficacemente il funzionamento del pistone.
Fondo o coperchio del cilindro
La funzione principale del coperchio è quella di chiudere un'estremità della camera di pressione e può essere utilizzato come elemento di montaggio del cilindro. Solitamente fissato al corpo del cilindro mediante saldatura, filettatura o bullonatura.
Pistone
Il pistone viene utilizzato per separare le aree di pressione nel cilindro. Il suo design consente al pistone di funzionare efficacemente ad alta pressione.
Biella
Lo stelo del pistone è realizzato in acciaio laminato a freddo con cromatura dura, è collegato al pistone e si estende dalla testata del cilindro per collegarsi al pezzo in lavorazione.
Dispositivo di tenuta
Il dispositivo di tenuta viene utilizzato per impedire la perdita di olio idraulico lungo l'interfaccia dello stelo del pistone e svolge un ruolo fondamentale nella scanalatura di tenuta nella testata del cilindro.
Applicazione di vari materiali di tenuta
Diversi materiali di tenuta sono adatti a diversi scenari applicativi. Nylon, poliuretano e materiali fluorocarbonici sono scelte comuni. Possono resistere a diverse pressioni e temperature di esercizio idrauliche.
Progetto di lavoro del cilindro idraulico
I cilindri idraulici sono disponibili nelle versioni a semplice e a doppio effetto. I cilindri a semplice effetto sono generalmente più economici. Pompano liquido per estendere il pistone e ritrarlo tramite forza esterna o gravità. I cilindri a doppio effetto hanno ingressi per l'olio su entrambe le estremità per controllare l'estensione e la ritrazione del pistone.
Tipi di progettazione strutturale
La progettazione strutturale dei cilindri idraulici si divide principalmente in due tipologie: a tiranti e a saldare. I cilindri idraulici a tirante sono collegati alle testate terminali tramite barre di acciaio filettate solide, il che risulta comodo per la manutenzione e l'assistenza; mentre il tipo saldato ha una struttura più compatta ed è adatto all'uso in luoghi con spazio limitato.
L'importanza dei cilindri idraulici nella costruzione di macchinari pesanti è evidente, ma dove porteranno i futuri sviluppi tecnologici questa tecnologia?
