Introduzione agli azionamenti per cancelli
Ryszard Daniel, Tim Paulus, in Cancelli chiusi e altre chiusure in progetti idraulici , 2019
11.3.7 Motori idraulici
I motori idraulici convertono la pressione del fluido in movimento rotatorio. Il fluido pressurizzato proveniente dalla pompa idraulica fa girare l'albero di uscita del motore spingendo sugli ingranaggi, sui pistoni o sulle palette del motore idraulico. I motori idraulici possono essere utilizzati per applicazioni ad azionamento diretto, dove è disponibile una capacità di coppia sufficiente, o tramite riduzioni di ingranaggi. La maggior parte dei motori idraulici deve funzionare in condizioni di rotazione e frenatura reversibili. I motori idraulici spesso devono funzionare a velocità relativamente bassa e alta pressione e possono subire ampie variazioni di temperatura e velocità durante il normale funzionamento. I motori idraulici possono fornire coppie estremamente elevate. Nelle applicazioni di azionamento dei cancelli, i motori idraulici sono spesso combinati con azionamenti meccanici ( Fig. 3.151b e 11.23 ) in particolare pignoni. La rappresentazione schematica in Fig. 11.23 mostra il motore idraulico che aziona il pignone per il cancello del settore LPV 149 a New Orleans. Questo è il caso di molti cancelli settoriali negli Stati Uniti e di molteplici applicazioni di cancelli avvolgibili in Europa. Nelle applicazioni con cancelli avvolgibili, i motori idraulici spesso costituiscono la forza motrice di un argano meccanico ( Fig. 11.8 ). I motori idraulici possono anche essere l'input per un cambio come mostrato nella foto in Fig. 11.24 . Questo è il sistema utilizzato nella camera di chiusura del porto di Bremerhaven Fishery per l'azionamento delle serrande avvolgibili.
Esistono tre tipi di motori idraulici: a ingranaggi, a pistoni e a palette. I motoriduttori sono compatti e forniscono un servizio continuo a livelli di potenza nominale con efficienza moderata. Hanno un'elevata tolleranza alla contaminazione dell'olio idraulico, un fattore da tenere in considerazione per le applicazioni in ambienti sporchi. I motoriduttori esterni sono costituiti da una coppia di ingranaggi accoppiati racchiusi in un unico alloggiamento. Entrambi gli ingranaggi hanno la stessa forma dei denti e sono azionati dal fluido pressurizzato. Un ingranaggio è collegato a un albero di uscita e l'altro a un tenditore. Il fluido pressurizzato entra nell'alloggiamento nel punto in cui gli ingranaggi ingranano. Costringe gli ingranaggi a ruotare e segue il percorso di minor resistenza attorno alla periferia dell'alloggiamento. Il fluido esce a bassa pressione dal lato opposto del motore. Le strette tolleranze tra gli ingranaggi e l'alloggiamento aiutano a controllare le perdite di fluido e ad aumentare l'efficienza volumetrica. Esistono diverse varianti del motoriduttore, inclusi il gerotor, il motoriduttore differenziale e il gerotor a rulli. Tutte queste variazioni producono una coppia più elevata con una minore perdita di attrito.
Tutti i motori idraulici a pistoni sono disponibili nelle versioni a volume fisso e variabile. Il tipo più comune di motore idraulico disponibile è il tipo a pistoni assiali. I motori idraulici a pistoni assiali hanno un'elevata efficienza volumetrica. Ciò consente una velocità costante in condizioni di coppia variabile o viscosità del fluido. I motori idraulici a pistoni assiali sono anche tra i più adattabili alle condizioni di carico variabili. Sono disponibili in due tipi di design di base, tra cui piatto oscillante e asse piegato. Il design del piatto oscillante è quello più comunemente disponibile, ma il design dell'asse piegato è il più affidabile e generalmente più costoso.
I motori idraulici a pistoni radiali hanno una canna del cilindro collegata a un albero condotto e solitamente possono produrre una coppia maggiore rispetto ai motori idraulici a pistoni assiali. Tuttavia, hanno un intervallo di velocità limitato e sono più sensibili alla contaminazione del fluido idraulico. La canna contiene una serie di pistoni che si muovono alternativamente in un foro radiale. Le estremità esterne del pistone poggiano contro un anello reggispinta e il fluido pressurizzato scorre attraverso un perno al centro della canna del cilindro per spingere i pistoni verso l'esterno. I pistoni spingono contro l'anello reggispinta e le forze di reazione fanno ruotare la canna. La cilindrata del motore viene variata spostando lateralmente il blocco scorrevole per modificare la corsa del pistone. Quando le linee centrali della canna del cilindro e dell'alloggiamento coincidono, non c'è flusso di fluido e quindi la canna del cilindro si ferma. Spostando la slitta oltre il centro si inverte il senso di rotazione del motore. I motori a pistoni radiali sono estremamente efficienti e progettati per una coppia relativamente elevata. In molti settori USACE vengono utilizzati motori idraulici a pistoni radiali. Il motore idraulico mostrato in Fig. 11.23 è del tipo a pistoni radiali e fornisce una coppia di 260 Nm/bar. La velocità nominale è di 50 giri/min. Il motore idraulico aziona un pignone che a sua volta aziona una cremagliera sul cancello del settore.
I motori a palette sono compatti, semplici nel design, affidabili e hanno una buona efficienza complessiva alle condizioni nominali. Tuttavia, hanno capacità limitate a bassa velocità. I motori a palette utilizzano molle o pressione del fluido per estendere le palette. I motori a palette hanno un rotore scanalato montato su un albero motore azionato dal rotore. Le palette, strettamente inserite nelle fessure del rotore, si muovono radialmente per sigillare contro l'anello della camma. L'anello ha due sezioni radiali maggiori e due minori unite da tratti di transizione o rampe. I motori a palette utilizzano generalmente una configurazione a due o quattro porte. I motori a quattro porte generano il doppio della coppia a circa la metà della velocità dei motori a due porte. L'elevata efficienza della coppia di avviamento dei motori a palette li rende adattabili agli azionamenti degli argani di sollevamento consentendo al motore di avviarsi sotto carico elevato. I motori a palette forniscono buone efficienze operative, ma non così elevate come quelle dei motori a pistoni. La durata di un motore a palette è generalmente inferiore a quella di un motore a pistoni.