ELETTROPNEUMATICA (versione semplificata) Riguarda tutti i sistemi che utilizzano dispositivi, atti a controllare o comandare le operazioni effettuate da macchine, azionati sia da correnti che da aria compressa Prof. A. Messina

I dispositivi maggiormente utilizzati sono: ATTUATORI VALVOLE DIREZIONALI SENSORI

Attuatori pneumatici Gli elementi pneumatici di lavoro (attuatori) sono gli organi finali di un sistema automatico ed il fluido che vi opera ha la funzione di trasmettere energia. Gli attuatori sono organi che trasformano l'energia pneumatica (energia dell’aria compressa)in un lavoro meccanico. Gli attuatori di maggiore impiego negli impianti pneumatici sono i cilindri pneumatici

Caratteristiche dei cilindri pneumatici I cilindri pneumatici sono insensibili a sovraccarichi e, se dimensionati correttamente non danneggiano alcun prodotto ne alterano le loro funzioni per effetto di un bloccaggio. Non influenzano in alcuna maniera l'ambiente in cui sono posti. Hanno requisiti di manutenzione modesti Forza e velocità possono essere facilmente controllate - Possono eseguire inversioni molto rapide

CILINDRI LINEARI La forza dei cilindri pneumatici è data da F = Pressione x area L'area è quell'effettiva del pistone lato spinta e, quella dell’area del pistone meno area dello stelo sul lato trazione. Sono da tenere in considerazione le perdite per attrito dovute allo strisciamento delle guarnizioni di tenuta. Questo significa che l'attrito statico presente allo spunto è superiore all'attrito dinamico e può influenzare il controllo della velocità con il fastidioso fenomeno dello "stick slip". Il valore di pressione medio nei circuiti pneumatici è di circa 7 bar. Quando il pistone staziona per un certo periodo in una posizione la compressione delle guarnizioni di tenuta contro la parete interna della camicia espelle il velo di lubrificante interposto tra se e la superficie di scorrimento lungo la generatrice di tenuta. In questo punto cessano le condizioni di lubrificazione ed il pistone allo spunto deve superare una superficie "secca". Immediatamente dopo ritrova le condizioni idrodinamiche di lubrificazione.

CILINDRO A SEMPLICE EFFETTO Il cilindro di figura è un cilindro a semplice effetto, l'aria compressa in questo caso può solamente attuare la fuoriuscita dello stelo, ma non il suo rientro. In questo caso la forza che fa rientrare lo stelo nella fase di riposo è dovuta all'azione di una molla. Il cilindro a semplice effetto può essere del tipo in spinta o in trazione e l'azione della molla ha solo funzione di riposizionamento

CILINDRO A DOPPIO EFFETTO Il dispositivo di figura è un cilindro a doppio effetto in quanto la spinta dell'aria compressa può agire nei due sensi: per la fuoriuscita e per il rientro dello stelo. A B Il dispositivo richiede l’utilizzo di una valvola 5/2 poiché essa inverte, a seconda dei comandi, la via di potenza con quella di scarico. Lo stelo fuoriesce quando l’aria giunge in A e l’aria esce da B attraverso la via di scarico della valvola 5/2. Lo stelo rientra quando l’aria giunge da B e l’aria esce da A

CILINDRI TANDEM Quando lo spazio disponibile in larghezza non è sufficiente ma c'è disponibilità di spazio in lunghezza, per avere disponibile una forza superiore richiesta, è possibili usare cilindri tandem. Si tratta di collegare due cilindri aventi lo stelo comune in modo da disporre di una doppia sezione di spinta come illustrato nella figura. C A D B CARICO A - B SCARICO C - D Tale cilindro può essere usato utilizzando la forza doppia per tutta la sua corsa, oppure alimentandolo con due valvole separate, effettuare ad esempio una corsa di avvicinamento attuando una sola delle due valvole e poi applicare tutta la forza quando la zona di lavoro è stata raggiunta, attuando anche la seconda sezione di spinta.

CILINDRI ROTANTI Sono quelli che consentono di ottenere rotazioni di un albero inferiori a 360°. La figura mostra un tipo di cilindro rotante, quello a pignone e cremagliera. L’albero che fuoriesce è collegato ad un pignone che ingrana su di una cremagliera mossa alternativamente da due pistoni. Altri tipi rotativi sono costituiti sostanzialmente da un rotore inserito in una sede cilindrica.

AMMORTIZZO I cilindri pneumatici sono in grado di sviluppare velocità elevate e le forze d'urto al termine della corsa possono essere di notevole entità. I cilindri di piccolo diametro sono provvisti di paracolpi costituiti da rondelle in gomma che attutiscono l'impatto. In cilindri di diametri superiori l'urto è smorzato mediante l'uso di un cuscino d'aria che decelera la velocità del pistone in prossimità della fine della corsa. guarnizioni

AMMORTIZZO Durante la corsa l'aria è libera di fluire verso la bocca di scarico. (fig. A) Quando l'ogiva entra nella camera ricavata nella testata s'impegna con una guarnizione (fig. B) che impedisce il passaggio dell'aria attraverso la normale via di scarico, imprigionandola nella camera anulare formatasi attorno all'ogiva dell'ammortizzo. La pressione in questa camera sale ed inizia ad agire in direzione opposta al moto del pistone. Se la strozzatura variabile fosse completamente chiusa la pressione nella camera anulare salirebbe talmente che il pistone si fermerebbe completamente prima della fine della corsa, poi inizierebbe a muoversi in senso contrario (fenomeno del rimbalzo). La strozzatura variabile (valvola regolatrice di flusso) dosa l'efficacia dell'ammortizzo facendo urtare il pistone contro la testata alla minore velocità possibile. (fig. C) A B C Questa aria viene compressa dal moto del pistone e costretta a fluire alla via di scarico attraverso una strozzatura variabile.

Valvole direzionali Sono dispositivi pneumatici che hanno il compito di bloccare o inviare il flusso di aria compressa agli attuatori. Le valvole di maggiore impiego negli impianti pneumatici sono a : CASSETTO OTTURATORE A RIPOSO Un pistoncino, premuto da una molla tarata, blocca il flusso dell’aria compressa o la lascia passare quando riceve il segnale pilota A RIPOSO La spola si sposta lasciando passare il flusso dell’aria compressa quando riceve il segnale pilota o lo blocca in posizione di riposo. AZIONATA AZIONATA

Le valvole di direzione hanno la funzione di distribuire l'aria compressa nelle direzioni volute una volta attivate da opportune azioni di comando; è per tale motivo che sono chiamate distributori. 2 1 3 Esistono diversi tipi di distributori; essi sono caratterizzati dal numero delle vie e dal numero delle posizioni diverse che può assumere. Ciascuna posizione (numero di quadrati presenti nel segno grafico) realizza un collegamento diverso tra le vie.

Con il termine via si indica un condotto dell’aria quale ad esempio quello di alimentazione dell'aria compressa, quello dello scarico o quello che collega un utilizzatore. elettrico manuale L'azione di comando o « azionamento » della valvola può essere manuale, automatica, dovuta a una pressione o a un segnale elettrico

Le norme prescrivono che le vie di un distributore vengano contrassegnate da numeri con la seguente regola: la via riservata all'alimentazione è contrassegnata dal numero 1, le vie degli scarichi sono contrassegnate da un numero dispari (ad esempio 3, 5, ecc.), le vie che portano l'aria compressa agli utilizzatori sono contrassegnate da un numero pari (ad esempio 2, 4, ecc). 4 2 1 3

La sigla identificativa di un distributore è composta da due numeri separati da una barra: il numero a sinistra della barra indica il numero delle vie presenti, quello a destra il numero delle posizioni (numero di quadrati presenti nel segno grafico) che può assumere la valvola. Ad esempio la sigla 3/2 identifica un distributore a tre vie (una di alimentazione, una di scarico e una di utilizzo) e due posizioni. 2 1 3 Valvola 3/2 Monostabile 3 vie 2 posizioni

Negli impianti elettropneumatici l'azionamento dei distributori principali è realizzato attraverso valvole che sono azionate da comandi elettrici. Esse vengono dette elettrovalvole. 4 2 1 3 Valvola servopilotata Azionamento elettronico con bobina La circolazione di una corrente elettrica in un'apposita bobina di comando provoca un campo magnetico che, attraendo l'organo mobile della valvola, causa la commutazione della valvola.

Le elettrovalvole sono generalmente utilizzate come distributori principali: sono quindi valvole di potenza e sarebbero necessarie potenze elettriche elevate e bobine molto grandi per il loro azionamento. Per tale motivo generalmente esse sono servopilotate: il segnale elettrico pilota cioè una valvola di piccola potenza che a sua volta aziona la valvola di grossa potenza.

le valvole possono essere: - monostabili: se esiste una sola posizione stabile nella quale il sistema permane in assenza di segnale di comando; l'attivazione del dispositivo di azionamento modifica la posizione della valvola, ma cessando l'attivazione suddetta il sistema ritorna nella posizione di stabilità. 2 1 3 - bistabili: esistono due posizioni stabili, occorrono quindi due dispositivi di azionamento uno per ciascuna posizione; l'azionamento dopo essere stato attivato può essere disattivato senza che venga modificata la posizione della valvola.

Sensori I dispositivi più utilizzati in elettropneumatica sono: Finecorsa elettromeccanico Sensore di prossimità induttivo si utilizza quando l’oggetto del controllo è metallico, sfrutta un avvolgimento che crea un campo magnetico alternato. Quando un corpo metallico si trova all’interno di tale campo avviene la commutazione dei contatti elettrici. Sensore di prossimità capacitivo si utilizza quando l’oggetto del controllo è metallico o non metallico, sfrutta la variazione di capacità che si crea tra esso e il corpo da rilevare. Sensore ottico sono le fotocellule

Esempio di circuito elettropneumatico Lo schema di un semplice impianto elettropneumatico è composto da due parti: una elettrica che prevede con lo schema elettrico la logica di comando dei relè di potenza che azionano con i loro contatti di lavoro le elettrovalvole. una pneumatica costituita dagli utilizzatori e dai distributori principali che sono delle elettrovalvole;

Comando di un cilindro a semplice effetto tramite elettrovalvola monostabile Premendo S1 si eccita la bobina di Y1 che provoca la commutazione dell’ elettrovalvola che passa nella posizione di lavoro. L’aria compressa viene convogliata nella camera anteriore, mentre la camera posteriore sarà connessa allo scarico. Questa situazione provocherà l’uscita dello stelo del cilindro. Rilasciando il pulsante S1 l’elettrovalvola si diseccita , la molla la riporta nella posizione di riposo e lo stelo del cilindro rientra.