UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA

ANALISI DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DI UNA VALVOLA

PRIORITARIA ED APPLICAZIONE AD UN SISTEMA DI STERZATURA

IDROSTATICA

Relatore: Ill.mo Dott. Ing. Andrea Vacca Correlatore: Dott. Ing. Michele Greco Tesi di laurea di:Alexander Milanese Anno Accademico 2007-2008

Riassunto della tesi

Negli ultimi decenni in molte applicazioni oleodinamiche si è diffusa la strategia di regolazione “load sensing”, in cui sostanzialmente si provvede ad adattare la portata e la pressione del gruppo di alimentazione in base alle esigenze dell’utenza. Ciò ha portato alla creazione di componenti specifici, preposti a realizzare questo tipo di controllo del circuito. In questa famiglia rientra il componente preso in esame in questo lavoro di tesi: “valvola prioritaria load sensing PLP20“, prodotta dall’azienda Casappa S.p.A. (fig. 1).

Figura 1: esploso della valvola LS Il termine prioritaria sta ad indicare che la portata entrante nella valvola è suddivisa su due linee di utenza, delle quali una è prioritaria. Pertanto, viene in primis soddisfatta la richiesta di portata da parte dell’utenza primaria (CF), e l’eventuale portata eccedente è indirizzata sull’utenza secondaria (EF) alle altre. Come mostra la fig. 1, la valvola è destinata ad essere istallata

direttamente sul coperchio di una pompa (ad ingranaggi esterni) prodotta dalla stessa azienda. Questo particolare unitamente alle soluzioni progettuali adottate determinano una realizzazione molto compatta. Tipicamente la valvola in questione viene impiegata per alimentare il sistema di idroguida di macchine operatrici, come carrelli elevatori, destinando la portata in eccedenza (rispetto alla richiesta dell’idroguida) agli altri attuatori idraulici presenti nella macchina. Il controllo della portata su CF è reso possibile dalla valvola in quanto essa stabilisce una caduta di pressione idealmente costante ai capi delle porte di ingresso CF e LS (quest’ultima riveste pertanto la funzione di porta di segnale). L’idroguida sfrutta questa caratteristica introducendo una strozzatura variabile tra dette forze. L’entità di tale strozzatura risulta essere univocamente legata alla portata sulla linea, quindi alla velocità di sterzatura. In realtà, il funzionamento reale della valvola è tale da approssimare la condizione di costanza della caduta di pressione Δp ai capi delle porte CF e LS. Ciò in conseguenza di fattori principalmente legati alle portate in gioco (comportamento reale della molla, fig. 1, forze di flusso, fenomeni di attrito, ecc.). Al fine di analizzare gli aspetti tipici del comportamento reale del componente, è stato

realizzato, precedentemente a questo lavoro, un modello di simulazione in ambiente AMESim. In questo lavoro di tesi è stato possibile sottoporre il componente a prove sperimentali di tipologia diversa, rispetto a quelle precedentemente effettuate per la validazione del modello. Le prove effettuate, in particolare, hanno avuto le seguenti finalità: 1) rilievo della posizione del cassetto della valvola in condizioni stazionarie; 2) caratterizzazione del comportamento della valvola durante i transitori. La prima tipologia di prove ha permesso di mettere alla luce importanti lacune del modello di simulazione, nei riguardi della predizione della posizione del cassetto. La seconda tipologia di prove era invece finalizzata ad analizzare il comportamento della valvola in condizioni rappresentative del suo reale impiego. Molto frequentemente il sistema è sottoposto a transitori anche repentini (variazioni improvvise di velocità di sterzatura o di forza sugli attuatori), ed è importante che la valvola non manifesti instabilità nei confronti di particolari condizioni. In fig. 2 è riportata un’immagine relativa all’apparato di prova impiegato durante i test presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università degli studi di Parma.

Figura 2: circuito idraulico realizzato per le prove stazionarie e dinamiche Le due tipologie di prove sperimentali hanno permesso una riformulazione del modello di simulazione capace di aumentarne le capacità predittive, sia per quanto riguarda il comportamento stazionario che quello transitorio.

Per il primo, è stata necessaria una rivalutazione dei parametri di valutazione delle portate attraverso le sezioni di passaggio interne alla valvola e delle forze di flusso. Riguardo al comportamento dinamico, invece, si è agito sui parametri di attrito del cassetto. L’analisi di diverse configurazioni di valvola, per tipologia di cassetto, strozzatori e molla impiegati, ha permesso di formulare una analisi completa, e di verificare le potenzialità del modello su una base ampia di dati sperimentali (fig. 3).

Figura 3: confronto della posizione del cassetto acquisita al banco prova con la posizione calcolata dal modello Nella parte conclusiva del lavoro è stato allestito un sistema di idroguida (fig 4) comandato con un motore elettrico retro azionato. Nella tesi, verificate le potenzialità di questo circuito, sono state esposte alcune proposte per migliorare ulteriormente il circuito idraulico ed è stata tracciata una linea guida per svolgere degli studi futuri sulla valvola prioritaria Load Sensing.

Figura 4: impianto di sterzatura con idroguida Danfoss azionata con un motore elettrico retro azionato

Valvola LS

Ramo CF

Ramo EF Ramo IN

Valvola LS

Motore elettrico

Idroguida