Macchine a pistoni assiali Dott. Ing Macchine a pistoni assiali Dott. Ing. Emiliano Specchia Oleodinamica A 1/12/2009

Sommario Introduzione alle macchine a pistoni Presentazione delle diverse architetture Piatto inclinato Asse Inclinato Calcolo portata istantanea (caso ideale) Distribuzione Calcolo coppie sul piatto inclinato(caso statico)

Macchine a pistoni : possibili architetture Piatto inclinato (Swash plate) Pistoni assiali Asse inclinato (Bent axis) Macchine a pistoni Blocco stellare rotante (External piston support) Pistoni radiali Blocco stellare fisso (Internal piston support)

Macchina a pistoni assiali piatto inclinato Blocco cilindri - Rotante - Piatto inclinato - Fisso - Pistone - Rotante -

Pistoni assiali piatto inclinato – cilindrata fissa

Pistoni assiali piatto inclinato – cilindrata variabile

Pistoni assiali Asse inclinato Snodo sferico Giunto cardanico Pistone - Rotante - Albero - Rotante - Blocco cilindri - Rotante -

Pistoni assiali Asse inclinato – cilindrata fissa

Pistoni assiali Asse inclinato – cilindrata variabile Asse di rotazione per cambio cilindrata

Macchina a pistoni assiali e piatto inclinato Blocco cilindri - Rotante - Pistone - Rotante - Albero - Rotante - Piatto inclinato - Fisso - Piatto di ditribuzione - Fisso -

Macchina a pistoni assiali e piatto inclinato

Macchina a pistoni assiali e piatto inclinato

Macchine a pistoni assiali e a piatto inclinato : calcolo portata istantanea teorica

Portata istantanea Traiettoria centro pistone y x z  rcp 

Portata istantanea V PMI  = 0° Q V PMS  = 180°

Portata istantanea V PMS  = 180° Q V PMI  = 360°

Portata istantanea V V PMI  = 0° PMI  = 180° Fase Pressione cilindro Pompa Mandata Alta pressione Motore Scarico Bassa pressione V PMI  = 180°

Principio di funzionamento V PMI =180° Fase Pressione cilindro Pompa Aspirazione Bassa pressione Motore Alimentazione Alta V PMI =360°

Portata istantanea Traiettoria centro pistone y x z  rcp 

Portata istantanea Equazione di continuità QM Generica portata di trafilamento Portata elaborata dalla macchina

Portata istantanea Trafilamenti Blocco cilindri Pattino Pistone Pozzetto Pressione cilindro Strozzatore

Portata istantanea Trafilamenti

Portata istantanea Equazione di continuità QM Generica portata di trafilamento Portata elaborata dalla macchina

Portata istantanea Equazione di continuità QM

Portata istantanea Equazione di continuità

Portata istantanea Equazione di continuità

Portata istantanea MANDATA ASPIRAZIONE

Portata istantanea

Portata istantanea

Portata istantanea np = 2 Dq = 180°

Portata istantanea nK = 3 Dq = 120°

Portata istantanea nK = 4 Dq = 90°

Portata istantanea E’ possibile osservare come: Macchine con un numero di pompanti pari risultano più “irregolari” di macchine con un numero di pompanti dispari L’irregolarità di una macchina decresce all’aumentare del numero di pompanti I valori massimo e minimo della portata istantanea sono tanto più vicini al valore di portata media quanto maggiore è il numero dei corpi pompanti La distanza angolare tra i valori massimo e minimo della portata istantanea decresce all’aumentare del numero dei corpi pompanti

Portata istantanea Grado di Irregolarità Parametri Caratteristici dell’Irregolarità

Portata istantanea Grado di Irregolarità Grado di Irregolarità di una Pompa a Pistoni Assiali Fasatura Ideale 314.16

Macchine a pistoni assiali e a piatto inclinato : distribuzione

Diagramma di indicatore p

Distribuzione V pH pL

Equazione di continuità Distribuzione ideale V pH pL PMI  = 0° V pH pL PMI  = 180°

Equazione di continuità Distribuzione ideale V pH pL PMI  = 180° V pH pL PMI  = 360°

Distribuzione Bassa pressione Alta pressione

Distribuzione Bassa pressione Alta pressione

Distribuzione Pressione cilindro

Distribuzione

Transizione istantanea tra bassa e alta pressione Distribuzione D BC D = BC Transizione istantanea tra bassa e alta pressione

Distribuzione D BC D > BC Isolamento del cilindro compressione+espansione del fluido  Picco di pressione,  tenuta idraulica

Equazione di continuità Distribuzione reale BC D < BC Incrocio tra alta e bassa  Picco di pressione,  tenuta idraulica

Distribuzione Area di efflusso BC = D Area [mm2] BC  [°]

Distribuzione Area di efflusso Area [mm2]  [°]

Riassumendo La distribuzione gestisce la comunicazione del cilindro con ambiente di alta e bassa pressione La distribuzione è responsabile della dinamica della pressione nel cilindro La fasatura tra luci del distributore e luci del blocco cilindri, oltre che l’eventuale adozione di apposite baffature, permette di gestire al meglio tale dinamica La coppia all’albero dipende dalla pressione nei cilindri; brusche variazioni di pressione comportano brusche variazioni di coppia  rumore + vibrazioni

Macchine a pistoni assiali e a piatto inclinato : calcolo coppia all’albero

Equilibrio assiale gruppo pompante (caso statico) Traiettoria centro pistone y x z  rcp

Equilibrio assiale gruppo pompante (caso statico) β Fp FPi-Pa Frp z

Coppie sul gruppo rotante x x  z y ycp Traiettoria centro pattino

Equilibrio assiale gruppo pompante (caso statico) Traiettoria centro pistone y x z  rcp

Coppie sul gruppo rotante La coppia dipende (ovviamente) dall’angolo del piatto ! È massima (in valore assoluto) a metà corsa ( = 90° ,  = 270°), nulla ai punti morti ( =0° , =180°),

Coppie sul gruppo rotante

Coppie sul gruppo rotante pH = 100 bar (alta pressione), pL = 5 bar (bassa pressione) np = 1

Coppie sul gruppo rotante pH = 100 bar (alta pressione), pL = 5 bar (bassa pressione) np = 2

Coppie sul gruppo rotante pH = 100 bar (alta pressione), pL = 5 bar (bassa pressione) np = 3

Coppie sul gruppo rotante pH = 100 bar (alta pressione), pL = 5 bar (bassa pressione) np = 4

Coppie sul gruppo rotante pH = 100 bar (alta pressione), pL = 5 bar (bassa pressione) np = 9

Coppie sul gruppo rotante E’ possibile osservare come: Tutte le considerazioni fatte sull’irregolarità della portata valgono anche per l’irregolarità della coppia Macchine con un numero di pompanti pari risultano più “irregolari” di macchine con un numero di pompanti dispari L’irregolarità di una macchina decresce all’aumentare del numero di pompanti I valori massimo e minimo della portata istantanea sono tanto più vicini al valore di portata media quanto maggiore è il numero dei corpi pompanti La distanza angolare tra i valori massimo e minimo della portata istantanea decresce all’aumentare del numero dei corpi pompanti