Modellazione parametrica di un attuatore idraulico quarto di giro con "ROV override"

Il problema del dimensionamento della macchina è stato affrontato scegliendo i parametri fondamentali da cui partire per ricavare tutte le altre grandezze necessarie. In seguito ad analisi tecniche sul funzionamento della macchina ed in base ad esigenze di natura progettuale sono stati scelti i seguenti parametri in ingresso:

Tali parametri sono contrassegnati nei fogli di calcolo del file Excel da noi realizzato con una colorazione diversa a seconda che essi dipendano dalle richieste del cliente oppure siano decisi in fase di studio dal progettista. Maggiori dettagli sono forniti nella relazione di progetto all'interno del capitolo dedicato alla reportistica.

Per quanto riguarda i parametri richiesti dalla valvola (coppie in apertura ed in chiusura) essi sono generalmente forniti dal cliente oppure derivano dalla tipologia della valvola stessa sulla quale la macchina va ad operare: tali valori dunque non rientrano nel nostro studio e devono essere inseriti di volta in volta a seconda dei casi.

I margini di sicurezza della molla, in posizione di inizio e fine chiusura (rispettivamente STC e ETC), hanno la funzione di mantenere la coppia fornita dalle molle costantemente al di sopra di quella richiesta dalla valvola; per rendere più semplice la loro determinazione si è pensato di visualizzare attraverso un grafico gli andamenti dei valori forniti e richiesti in funzione della posizione angolare del pignone.

Fig. 1: grafico rappresentante le coppie fornite e richieste durante la fase di chiusura per una macchina con le caratteristiche richieste 

In questo modo è possibile controllare in maniera immediata se effettivamente le coppie fornite stiano al di sopra di quelle richieste in ogni punto ed in caso contrario modificare i valori immessi nei campi corrispondenti.

Il diametro primitivo della ruota dentata deve essere scelto dal progettista tenendo conto del fatto che esso influisce su: le dimensioni della cassa che la ospita, quindi ingombri totali e peso; la corsa delle molle e del pistone, ricavata in funzione del fatto che l’attuatore è a un quarto di giro per cui essa sarà pari ad un quarto della circonferenza della ruota dentata stessa; la costante di rigidezza delle molle, in quanto le molle devono essere in grado di erogare una coppia superiore a quella richiesta dalla valvola restando nei limiti imposti dalla corsa; l’interasse minimo tra i due complessi pacco molle - attuatore idraulico poiché questi non devono venire a contatto (quindi esso deve essere maggiore della somma del raggio massimo della cassa del pistone più il raggio massimo della cassa delle molle).

Il diametro della molla esterna (o eventuale unica molla presente all’interno del pacco) determina le dimensioni della cassa, quindi il suo ingombro nelle varie direzioni, e di conseguenza determina anche le dimensioni del pistone e della relativa cassa. Un problema che si può manifestare è che se le casse sono troppo lunghe possono essere soggette ad un eventuale snervamento.

Il numero di pacchi molle può essere scelto a priori, così come il numero di molle per pacco: il limite per il passaggio da un caso all’altro può essere ad esempio un valore di rigidezza impostato in partenza. Si può osservare che utilizzando un solo pacco molle non vi sono più vincoli sul diametro primitivo della ruota dentata perché non è necessario rispettare l’interasse minimo citato precedentemente, mentre utilizzando una sola molla per pacco scompaiono anche le relazioni legate al diametro della molla esterna e riguardanti le dimensioni delle eventuali molle interne in quanto non presenti.

Il rendimento della molla non è fondamentale: è stato assunto pari a 0,88 (valore utilizzato nel dimensionamento della macchina dalla quale siamo partiti) ma può essere modificato a seconda delle esigenze.

Esiste inoltre un parametro che non è propriamente progettuale: tale grandezza è la pressione fornita agli attuatori idraulici che in base alle specifiche date dalla Ring-O Valve deve variare tra i  140 e i 200 bar; anche in questo caso, per facilitare la determinazione del valore da introdurre, si è pensato di creare due campi denominati “Rapporto STO” e “Rapporto ETO” nei quali viene effettuato il rapporto percentuale tra la coppia fornita dagli attuatori e la coppia complessivamente richiesta. Nel caso in cui i campi sopra citati contengano un valore superiore o uguale al 100%  allora la pressione impostata è sufficiente mentre in caso contrario occorrerà aumentarla.

Tutte le altre grandezze necessarie per la costruzione della macchina vengono ricavate in funzione dei parametri principali citati, comprese le viti e le corrispondenti filettature. Durante il dimensionamento però ci si è accorti che alcune grandezze potevano essere decise dal progettista a seconda delle caratteristiche tecniche o delle dimensioni della macchina: si è scelto dunque di riportare i campi corrispondenti a tali grandezze all’inizio dei fogli di calcolo necessari al loro dimensionamento impostando un valore ottimale o comunque consigliato che però può essere cambiato allorché lo si ritenga necessario. Tra le altre, possiamo citare, a titolo di esempio il diametro dei condotti oleodinamici presenti all’interno della cassa centrale e della camera contenente il pistone oppure il numero dei fori di fissaggio tra i vari componenti.