Vibrazione in una coppia di cilindri telescopici

In un circuito oleodinamico l’oscillazione nel controllo di un asse o la sua vibrazione possono avere molteplici cause, normalmente di facile individuazione, anche se non di facile risoluzione. Il caso di una giostra.

Le oscillazioni nel controllo di un asse o le sue vibrazioni possono essere causate dall’instabilità di una valvola, dalla risonanza fra una over-centre e il servocomando di una pompa load sensing, dalla bassa frequenza naturale della struttura meccanica che vada in risonanza per transitori di accelerazione troppo brevi o infine per disallineamenti ed attriti sia nella meccanica che nelle guarnizioni dei cilindro (stick-slip). In ogni caso si dice: trovata la causa, trovato il rimedio. Nel caso specifico della giostra di cui si tratta nel presente articolo le ragioni del difetto di funzionamento non sono state chiarite analiticamente, ma la soluzione è stata trovata e parlarne può essere di aiuto in situazioni analoghe.

La giostra sotto esame

Questa giostra ha diversi nomi commerciali, quali Peppa Pig o Bateaux Volant, a seconda dell’allestimento delle navette per i passeggeri o della scelta dell’acquirente, ma la sua struttura meccanica è sempre la stessa ed è composta da una colonna montante con guide su cui scorre verso l’alto un anello che porta i bracci di sostegno delle navette e che può ruotare assieme ad esse attorno al montante stesso (Figura 1). Il sollevamento è esattamente di 7,8 metri e viene realizzato con una coppia di cilindri oleodinamici telescopici, mentre la rotazione è affidata ad una ralla elettromeccanica. Si tratta di una giostra per bambini, che non ha movimenti particolarmente dinamici ma che, se opportunamente inserita nell’ambiente, offre una piacevole vista panoramica a quasi otto metri dal suolo.

Figura 1 – Struttura rotante della giostra con navette a mongolfiera.

Christian Martini, socio della Technical Park di Melara costruttrice delle giostra, e Marco Tinti, tecnico progettista, hanno contribuito fattivamente alla redazione del presente articolo fornendo informazioni, immagini e documentazione.

In realtà la vibrazione di cui parleremo non si manifestava su tutte le giostre della stessa gamma ma solo in alcune di esse e a partire da una certa serie produttiva. L’impegno della Technical Park per risolvere questo problema, in qualche modo più “estetico” che funzionale, è stato davvero grande, oneroso ma finalmente risolutivo.

La vibrazione si manifestava anche durante la salita ma soprattutto durante la discesa. Come si può apprezzare dallo schema circuitale di Figura 2, mentre la salita si ottiene mediante somma delle portate di due pompe per il rapido e l’uso di una sola per il lento, la discesa avviene a gravità controllando le due distinte velocità con regolatori. I cilindri sono montati poggiati su delle culle (Figura 3) e spingono con l’estremità bombata del terzo stelo contro il fondo di due “tazze” dentro cui si centrano liberi senza particolari vincoli. Questi hanno perciò alcuni gradi di libertà e una certa possibilità di auto-allinearsi rispetto alla struttura. La vibrazione si manifestava alle alte velocità, quasi nulla nel movimento lento.

Figura 4 – Sezione del cilindro a tre sfili nella configurazione originale.

In discesa, poiché tutti gli attriti sono a favore del sostentamento del carico, la pressione nei cilindri è minore. Come si vede dalla Figura 4, i cilindri sono a semplice effetto a tre sfili sincronizzati, cioè la camera anulare dello sfilo maggiore invia il fluido in essa contenuto al pistone del secondo sfilo e la camera anulare del secondo al pistone del terzo. Con questa tecnica gli steli escono assieme (sincronizzati) evitando così il fastidioso salto di velocità fra uno sfilo e l’altro che si ha in quelli non sincronizzati. Per evitare accumulo di aria, che si separa sempre dall’olio in camere chiuse ed a riposo, a steli ritratti si aprono internamente delle valvole meccaniche di by-pass che permettono il cosiddetto rinfresco dei cilindri (vedi Figura 2) mediante l’invio di una portata d’olio a bassa pressione, che entrando dal basso e uscendo dal secondo e dall’ultimo stelo (si vedano in Figura 3 a destra i due piccoli innesti rapidi che verranno collegati all’uopo al serbatoio) flussa assieme all’olio l’aria eventualmente accumulatasi nelle camere interne.

 

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