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
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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.
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.
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.
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
CARICO
A-B
A
D
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.
A
Questa aria viene compressa dal
moto del pistone e costretta a
fluire alla via di scarico
attraverso una strozzatura
variabile.
B
C
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)
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
La spola si
sposta lasciando
passare il flusso
dell’aria
compressa
quando riceve il
segnale pilota o
lo blocca in
posizione di
riposo.
A RIPOSO
AZIONATA
Un pistoncino,
premuto da una
molla tarata,
blocca il flusso
dell’aria
compressa o la
lascia passare
quando riceve il
segnale pilota
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.
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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.
manuale
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elettrico
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).
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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.
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Valvola 3/2 Monostabile
3 vie 2 posizioni
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Negli impianti elettropneumatici l'azionamento dei
distributori principali è realizzato attraverso valvole che
sono azionate da comandi elettrici. Esse vengono dette
elettrovalvole.
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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.
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- 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.
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Sensori
I dispositivi più utilizzati in elettropneumatica sono:
1. Finecorsa elettromeccanico
2. 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.
3. 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.
4. Sensore ottico sono le fotocellule
Esempio di circuito elettropneumatico
Lo schema di un semplice impianto elettropneumatico è composto da due parti:
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+24V
S1
2
Y1
Y1
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3
0V
una elettrica
una pneumatica
costituita dagli utilizzatori e dai
distributori principali che sono
delle elettrovalvole;
che prevede con lo schema
elettrico la logica di comando
dei relè di potenza che
azionano con i loro contatti di
lavoro le elettrovalvole.
Comando di un cilindro a semplice effetto tramite
elettrovalvola monostabile
1
+24V
S1
2
Y1
Y1
1
3
0V
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.
