Dalle origini dell’oleodinamica ad oggi le molle hanno avuto una funzione importante e spesso indispensabile per il funzionamento di valvole e dispositivi. La presenza tuttavia di tali elementi soggetti a ripetuti cicli di fatica, se immersi nel fluido di potenza, introduce un elemento di maggior rischio. Soprattutto quando il progettista perde di vista alcune regole fondamentali o per errore o per scarsa memoria generazionale.

Aspetti chiave

Nelle valvole direzionali proporzionali, normalmente dette distributori proporzionali, le molle hanno una funzione fondamentale che non è quella del semplice ricentraggio della spola, come nei distributori on-off, ma di linearità di risposta dello spostamento del cursore al variare della forza di azionamento applicata sullo stesso. Infatti, come visibile in fig.1, lo stadio pilota non è una valvola direzionale con l’unico compito di inviare fluido alle due camere di pilotaggio della spola principale, bensì è costituito da due riduttrici di pressione a comando proporzionale, ovvero, nei distributori più evoluti, da un distributore direzionale a ricoprimento nullo ad alta dinamica che, come noto, per bassi riferimenti (fino ad un 3-4%) si comporta come una sensibile riduttrice di pressione. Per un buon controllo della posizione della spola principale ci si attende quindi che ad esempio ad un raddoppio della pressione di pilotaggio corrisponda uno spostamento doppio della spola e che questo avvenga in maniera simmetrica sia per il flusso verso A che verso B. Poiché però due molle non possono mai essere perfettamente eguali ecco che una buona soluzione è quella mostrata ancora in fig. 1, dove la stessa molla viene compressa sia che la spola principale si sposti a sinistra che a destra. È questo un rimedio mutuato dai distributori manuali per i quali il lato leva della spola non è disponibile per l’alloggiamento della molla. Evidenziamo poi che, per quanto una molla possa essere robusta, a causa degli ingombri di alloggiamento necessariamente ridotti, essa non sopporterà mai un carico superiore al massimo a qualche kN, per cui le pressioni di pilotaggio in tutti i distributori proporzionali non superano i 25-30 bar. Quanto appena esposto è un esempio di molle corte e rigide dove la caratteristica preminente è la linearità della risposta, mentre in alcune valvole quali i compensatori di pressione è importante che per piccole variazioni di lunghezza della molla si abbiano variazioni trascurabili del carico. Ciò si ottiene utilizzando molle il più possibile lunghe, non particolarmente rigide e molto precaricate: in tale maniera piccoli movimenti comportano variazioni percentuali del carico trascurabili.

In fig.2 è visibile un compensatore di pressione a due vie, da abbinarsi ad un regolatore di flusso quale ad esempio un distributore proporzionale. È noto che il flusso turbolento di portata Q (m³/s) attraverso una luce regolante di sezione A (m²) avviene in accordo con una equazione del tipo Q=C·A·√(2·ΔP/ρ) dove C è un fattore di forma (0,6-0,7 ad es. per fori circolari), ΔP (Pa) la caduta di pressione a cavallo della luce e ρ (kg/m³) la massa volumica del fluido. Riuscendo a mantenere invariato il ΔP, la portata risulterà unicamente dipendente dalla regolazione di apertura della luce A. Questo è appunto ciò che fa il compensatore a due vie di fig. 2.

Sia P la pressione di linea, P1 la pressione di alimentazione per esempio di un distributore proporzionale e P2 un segnale di ritorno preso dopo la luce pilotante. Si noti che P non influenza l’equilibrio della spola perché agisce su superfici eguali, mentre per l’equilibrio della stessa vale la relazione P1 = P2 + Pm dove Pm è la precarica della molla diviso la sezione della spola. Se al variare dell’apertura della luce del compensatore Pm non varia molto, vale la relazione P1 – P2 = Pm = costante, quindi la Q regolata risulterà indipendente dalle pressioni P e P2 a monte e a valle, rendendo il controllo della portata più stabile e ripetitivo. Si noti che in entrambi i casi proposti la geometria dei componenti che alloggiano le molle esclude che esse siano interessate dal flusso principale della portata di fluido.