Soggetti:
- Cilindro idraulico
- Calcolare il volume sistolico
- Calcolare la pressione del sistema
- Calcolare il flusso volumetrico
- Calcola la potenza
Cilindro idraulico:
Un cilindro idraulico è costituito da un alloggiamento contenente un pistone e uno stelo. Il suo funzionamento si basa sulla legge di Pascal, già descritta. Il fluido idraulico viene pompato nel cilindro su un lato, facendo sì che il pistone esegua un movimento rettilineo. Il cilindro idraulico può trasmettere forze molto elevate. La figura seguente mostra le tre situazioni di un cilindro a doppio effetto:
- A: Il pistone con lo stelo si trova nella posizione più a sinistra.
- B: il fluido idraulico viene fornito tramite l'attacco sinistro del cilindro. Il fluido spinge il pistone verso destra. Il liquido sul lato destro del pistone viene scaricato nel cilindro tramite il collegamento destro.
- C: il pistone è nella posizione più a destra.
Sul lato dell'asta del pistone (a destra nell'immagine sopra), l'area della superficie su cui il fluido idraulico preme contro il pistone è più piccola.
L'immagine seguente mostra il meccanismo di un escavatore. La combinazione di cerniere, leve e cilindri idraulici azionati separatamente garantisce che la benna dell'escavatore sia molto manovrabile. I cilindri sono del tipo a doppio effetto: cambiando la direzione del fluido da e verso il cilindro, il pistone si muove nell'altra direzione.
Oltre ai cilindri a doppio effetto ci sono anche:
- Cilindro a semplice effetto: questo tipo di cilindro contiene una connessione idraulica. Una molla dietro il pistone fornisce la corsa di ritorno.
- Cilindro con ammortizzatore idraulico: il movimento del pistone viene frenato a fine corsa.
- Cilindro telescopico: una serie di cilindri accostati insieme creano una grande lunghezza di lavoro quando estesi. Quando retratto, lo spazio di installazione è relativamente piccolo, grazie al design telescopico.
Calcolare il volume sistolico:
A causa della diversa struttura dei cilindri, le loro applicazioni sono versatili: quando lo stelo deve esercitare molta forza, il diametro dello stelo è maggiore, così come lo sono il pistone, il cilindro e il volume del fluido nel cilindro. Le dimensioni dipendono dal luogo di installazione e dall'applicazione per la quale viene utilizzato il cilindro. Troviamo le seguenti dimensioni:
- diametro del pistone (D)
- diametro asta (d)
- corsa del(i) pistone(i)
L'immagine sotto mostra un cilindro contenente il pistone con stelo. La spiegazione delle abbreviazioni è mostrata accanto all'immagine.
Dichiarazione:
- D = diametro del pistone
- d = diametro dell'asta
- s = corsa
- Az = area del pistone
- Ar = zona dell'anello
- Ast = area dell'asta
- Vz = volume del lato pistone
- Vr = volume lato stelo
Dalle dimensioni del pistone e del cilindro possiamo calcolare la cilindrata lato pistone (Vz). Per questo abbiamo bisogno della superficie del pistone (Az) e moltiplichiamo questo numero per la corsa. Quando Az è sconosciuto possiamo calcolare l'area con la seguente formula:
Per determinare la formula della corsa sul lato destro del pistone, dobbiamo sottrarre l'area dello stelo. Ne risulta la seguente formula:
Con queste formule calcoleremo il volume spazzato del cilindro sottostante.
Inseriamo nella formula i dati per calcolare il volume spostato sul lato del pistone nello stato completamente esteso. La risposta finale è in metri cubi perché è un volume. Convertiamo l'ultima risposta in notazione scientifica.
Successivamente inseriamo i dati sul lato dello stelo per calcolare il volume del fluido presente con il pistone completamente retratto. Ci ritroveremo con un volume di fluido inferiore, perché questo spazio è occupato dallo stelo del pistone. Convertiamo anche questa risposta in notazione scientifica.
Con cilindri con stelo continuo con lo stesso diametro, determinare la portata del fluido è più semplice: la portata in volume in entrata è uguale al volume in uscita.
Calcolare la pressione del sistema:
La pressione nel cilindro per spingere il pistone verso destra prevale sulla superficie Az del pistone. Possiamo calcolare questa pressione se conosciamo la forza che il pistone esercita sull'oggetto da spostare. Questa forza è di 10 kN (10.000 N). Per comodità, utilizziamo i restanti dati di pistone e cilindro della sezione precedente.
Calcoliamo la pressione nel cilindro con la seguente formula. La forza F è nota (10.000 N), ma la superficie del pistone è ancora sconosciuta.
Quindi calcoliamo prima la superficie del pistone:
Ora che conosciamo la superficie del pistone possiamo calcolare la pressione:
Dividendo F (Newton) per A (metro quadrato) otteniamo una risposta in Newton per metro quadrato [N/m²]. Questo è uguale a Pascal, perché 1 Pa = 1 N/m².
Dividendo il numero di Pascal per 100.000 otteniamo il numero di barre. Lo vediamo nella risposta alla formula sopra.
Calcolare il flusso volumetrico:
Possiamo calcolare la portata volumetrica dividendo i dati già noti per il tempo in cui il pistone effettua la corsa completa. Impostiamo questo tempo (t) a 5 secondi.
Calcoliamo la portata volumetrica con la seguente formula:
Calcola la potenza:
Infine, possiamo calcolare la potenza necessaria per spostare il cilindro da sinistra a destra. Per fare ciò moltiplichiamo la pressione del sistema per la portata volumetrica. Il calcolo è mostrato di seguito.
Pagina correlata:
