Modellazione di cuscinetti idraulici per servo-cilindri

I servocilindri idraulici sono ampiamente utilizzati in applicazioni industriali versatili come macchine utensili, banchi di prova per qualsiasi tipo di componente, robot industriali, sistemi di produzione autonomi e applicazioni speciali nei laboratori. In generale, sono utilizzati ogni volta che è richiesto un movimento regolare con basso attrito, una rapida risposta dinamica e possibili forze radiali.

I cuscinetti idrostatici con tasche vengono utilizzati sulle estremità dello stelo dei servocilindri per garantire il supporto di carichi elevati, ridurre l'attrito, rimuovere l'usura e consentire uno spostamento regolare e controllabile dell'attuatore.

La progettazione e la produzione di questi elementi è impegnativa poiché il buon funzionamento dipende dalle tolleranze ridotte, necessarie per sopportare il carico sul cilindro e per ridurre le perdite di portata.

Le interfacce lubrificate nei componenti oleodinamici sono uno degli aspetti più critici e da progettare con attenzione per garantire un comportamento regolare e buone efficienze in un sistema. Inoltre, sono fondamentali per analizzare i complessi fenomeni che determinano l'efficienza delle pompe volumetriche e dei motori, e anche il contributo ai guasti.

In questo lavoro viene presentato un modello fluidodinamico 2D di cuscinetti idrostatici: il modello è composto da un sistema di equazioni, creato da SmartFluidPower, scritto in linguaggio Modelica e interamente risolto in ambiente OpenModelica. Il lavoro in oggetto riguarda la prima parte di un'attività di ricerca in cui vengono realizzati un modello virtuale e uno strumento di prova per cuscinetti idrostatici con tasche.

Il modello proposto ha lo scopo di esplorare le condizioni operative critiche dei servocilindri e di migliorare la fase di progettazione: i risultati mostrano una notevole influenza dell'eccentricità e delle tolleranze di lavorazione e, quindi, deve essere effettuata un'accurata scelta dei parametri di progettazione per cercare la migliore configurazione.

Con l'aiuto di un partner industriale il modello numerico viene testato e validato: infine viene creato uno strumento di progettazione virtuale destinato ai progettisti industriali per aiutare e guidare il loro lavoro.

Oltre ai risultati specifici ottenuti in merito alla progettazione dei cuscinetti, il lavoro dimostra anche un diverso utilizzo dell'ambiente OpenModelica: un puro risolutore di equazioni i cui risultati vengono utilizzati per creare uno strumento virtuale industriale che aiuta il progettista a simulare diverse configurazioni e cercare la soluzione ottimale.