CILINDRI OLEODINAMICI, COSA SONO E COME ISPEZIONARLI CON GLI ENDOSCOPI

Ti sei mai chiesto cosa permette ad un escavatore di sollevare tonnellate di terra o ad un camion di ribaltare il suo pesante cassone? Tutti questi movimenti non sarebbero possibili senza la presenza dei cilindri oleodinamici. Che cosa sono e perché sono così fondamentali nella gran parte dei settori industriali?

Nelle prossime righe vedremo da vicino a cosa servono, il loro funzionamento e le tipologie esistenti. Inoltre, ci soffermeremo anche su come assicurare nel tempo la loro operatività grazie alle ispezioni effettuate attraverso agli endoscopi industriali.

A cosa servono i cilindri oleodinamici?

Partiamo provando a fornire una definizione di cilindri oleodinamici. Si tratta di dispositivi progettati per trasformare l’energia di un fluido in una potentissima forza lineare, ovvero un movimento di spinta o di attrazione. Come già accennavamo in apertura di questo articolo, i cilindri oleodinamici, permettono di rendere possibili operazioni che richiedono spinte impressionanti, come appunto azionare la pala di un escavatore. In sostanza, potremmo equipararli ai muscoli dei vari macchinari industriali!

La differenza tra cilindri oleodinamici, pistoni e martinetti idraulici

Prima di osservare i componenti che caratterizzano i cilindri oleodinamici, è necessario fare una distinzione semantica. Infatti, questi dispositivi vengono spesso confusi con i martinetti ed i pistoni. Quest’ultimi (li osserveremo nel dettaglio tra poco) sono semplicemente una componente del singolo cilindro, nello specifico quella che riceve la pressione del liquido.

Il martinetto idraulico, invece, è un sistema di sollevamento completo che racchiude sia il cilindro, sia la pompa necessaria a muoverla. Un classico esempio di martinetto idraulico è il cric della macchina.

Quali sono le componenti dei cilindri?

I cilindri oleodinamici, detti anche attuatori idraulici, si articolano nei seguenti componenti:

• il corpo cilindrico. Si configura come una camicia o struttura tubolare cava, meticolosamente lavorata al suo interno. In questo spazio, che prende il nome tecnico di alesaggio, scorre e agisce il fluido;
• il pistone e lo stelo. Il primo rappresenta il cuore del cilindro progettato per ricevere direttamente l’impatto e la spinta volumetrica dell’olio. Lo stelo, invece, è l’albero metallico solidale al pistone che sporge esternamente dal corpo del cilindro. Il suo compito è trasferire la forza meccanica generata all’applicazione finale o al carico da movimentare;
• il tappo guida o testata. Sigilla ermeticamente il corpo cilindrico. Oltre a questa funzione, guida anche lo stelo lungo una traiettoria rettilinea millimetrica durante le sue fasi di escursione.

Dovendo operare sotto regimi pressori notevoli e in ambienti industriali spesso ostili, tutti questi componenti si contraddistinguono per la loro robustezza e resistenza. Non a caso, vengono realizzati in acciai ad alta resistenza sottoposti a trattamenti termici e di cromatura.

Come funzionano i cilindri oleodinamici?

Il principio alla base del funzionamento dei cilindri oleodinamici è la fisica dei fluidi incomprimibili. In cosa consiste?

I liquidi sono incomprimibili, ovvero non riduco il loro volume sotto pressione. Per comprendere meglio questa teoria possiamo provare a riempire di olio una siringa. Se tappiamo con il dito il foro d’uscita, ci renderemo conto che sarà impossibile muovere lo stantuffo, proprio perché il fluido al suo interno non può essere compresso.

Nei cilindri oleodinamici si ripropone lo stesso meccanismo su scala più ampia:

• la pompa idraulica spinge l’olio dentro il corpo cilindrico;
• poiché l’olio non può essere schiacciato o rimpicciolito, non ha vie di fuga e scarica tutta la sua energia energetica direttamente contro la superficie del pistone;
• l’enorme pressione generata aziona lo stelo permettendo di movimentare strutture enormi come gli escavatori.

Dal punto di vista tecnico, la forza finale è determinata da due fattori: la pressione esercitata dalla pompa e la grandezza dell’alesaggio, ovvero il diametro interno del tubo. A parità di pressione, un cilindro con un diametro interno più grande offrirà una superficie maggiore all’olio e genererà, di conseguenza, una spinta molto più potente rispetto a un cilindro più stretto.

Quali sono le tipologie di cilindri oleodinamici?

Abbiamo già accennato al fatto che i cilindri oleodinamici vengono applicati in gran parte dei settori industriali. Proprio per questo motivo nel corso degli anni sono state progettate diverse varianti in grado di adattarsi ad ogni contesto operativo. Quali sono le più comuni?

Semplice effetto

In questa configurazione, l’azione motrice impressa dall’olio avviene esclusivamente in una direzione. Il ritorno in posizione iniziale è reso possibile da forze esterne, come il peso del carico stesso o l’azione di una molla meccanica integrata nel sistema.

Doppio effetto

Rappresenta la soluzione più diffusa e versatile. Il fluido in pressione viene convogliato alternativamente su entrambi i lati del pistone grazie a due ingressi separati, permettendo di governare con assoluta precisione sia la fase di estensione sia quella di rientro dello stelo.

Telescopici

Questi modelli sono ideati appositamente per contesti con forti vincoli di spazio. Il loro funzionamento ricorda i vecchi cannocchiali allungabili: sono costituiti da una serie di steli cavi di diametro decrescente, chiamati “sfili” o “stadi”, inseriti l’uno dentro l’altro come una matrioska. 

Quando l’olio entra in pressione, questi elementi si sfilano in sequenza. Questa particolare struttura è fondamentale quando si ha pochissimo spazio a disposizione per montare il cilindro a riposo, ma si ha la necessità di raggiungere una spinta eccezionalmente lunga in fase di estensione, come avviene tipicamente nei cassoni dei camion ribaltabili.

A tiranti

Questa versione si distingue per il metodo di assemblaggio, che utilizza barre d’acciaio filettate esterne (i tiranti, appunto) posizionate longitudinalmente lungo il corpo del cilindro per bloccare saldamente insieme le due testate terminali e il corpo del cilindro. La configurazione stringe l’intera struttura come una morsa, garantendo un’eccellente tenuta alla pressione senza bisogno di saldature.

In quali contesti vengono applicati i cilindri oleodinamici?

I cilindri oleodinamici sono elementi imprescindibili per qualunque attività produttiva. Partiamo dal mondo della meccanica e della siderurgia: qui muovono cesoie, segatrici, presse industriali e molto altro ancora.

Passando al settore delle infrastrutture e agricolo li troviamo ovunque ci sia bisogno di movimentazione. Non a caso, equipaggiano i bracci meccanici degli escavatori, le autogrù dei cantieri ed i sollevatori telescopici utilizzati nei campi.

Nel settore energetico invece muovono le immense pale dei generatori eolici, mentre nell’industria estrattiva governano le imponenti perforatrici, resistendo agli ambienti più ostili, come ad esempio il mare, dove non subiscono la corrosione della salsedine.

Gli endoscopi industriali per monitorare il trafilamento dei cilindri

Negli impianti oleodinamici uno dei pericoli più grandi è rappresentato dal trafilamento dei cilindri. Nella pratica, si innesca un processo degenerativo che porta l’olio a superare le barriere progettate per contenerlo. La fuoriuscita dei fluidi può compromettere l’intero sistema.

Il fenomeno del trafilamento può essere esterno o interno. Nel primo caso può bastare un piccolo urto accidentale in cantiere, l’impatto con un detrito o una bava metallica per creare una micro-ammaccatura sullo stelo d’acciaio. Nel momento in cui questo rientra all’interno del corpo del cilindro, le imperfezioni agiscono come una lama invisibile, tagliando il labbro della guarnizione della testata e aprendo una via di fuga permanente verso l’esterno.

Il trafilamento interno, invece, è un’anomalia completamente invisibile a occhio nudo in cui l’olio scivola da una camera all’altra del cilindro superando il pistone. La causa primaria di questo comportamento va ricercata nel progressivo deterioramento delle tenute interne. Sottoposte a milioni di cicli operativi, le guarnizioni in poliuretano o PTFE subiscono un’inevitabile usura da sfregamento che ne assottiglia i profili. 

Questo quadro clinico viene drasticamente accelerato dal surriscaldamento del circuito: quando l’olio idraulico lavora a temperature troppo elevate, le guarnizioni subiscono una vera e propria “cottura”, perdendo la loro naturale elasticità, cristallizzando e crepando.

Un altro nemico silenzioso dell’ermeticità è la contaminazione del fluido. Se nel circuito idraulico penetrano polveri esterne o micro-frammenti metallici generati dal normale logorio di pompe e valvole, l’olio si trasforma in una miscela abrasiva. Sotto l’effetto delle alte pressioni di esercizio, questi minuscoli detriti si incuneano tra la guarnizione e la parete dell’alesaggio, rigando longitudinalmente il metallo interno e creando microscopici canali in cui l’olio può scorrere liberamente anche in presenza di guarnizioni nuove.

L’ispezione attraverso le sonde endoscopiche

In questi contesti appena raccontati gli endoscopi industriali consentono di verificare le condizioni dei cilindri oleodinamici prima che sia troppo tardi e che i danni compromettano l’intero impianto. Il punto di forza delle sonde è che permettono di operare senza dover smontare le componenti del sistema e di conseguenza, limitando i fermi produttivi.

Grazie alle loro telecamere in grado di restituire immagini in alta definizione, gli endoscopi osservano:

• la presenza di rigature longitudinali nette sintomo di un problema di contaminazione da detriti o particolato;
• l’usura delle guarnizioni dovuta ai picchi di pressione al surriscaldamento termico dell’olio;
• l’usura dei pistoni per capire se si possa innescare o meno un disallineamento meccanico.

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