Progettazione efficiente di blocchi idraulici

MDTools di Vest offre soluzioni innovative per la progettazione e la verifica di blocchi integrati. Con i nuovi comandi di “efficienza energetica” il progettista ha ancora maggiori strumenti per aumentare velocità, produttività e precisione in un pacchetto software completo e affidabile.

L’efficienza energetica è una problematica piuttosto diffusa nel panorama industriale e solitamente piuttosto bassa nei sistemi idraulici. A un macro livello, la sfida sull’energia è quella di capire che le perdite di energia nei fluidi richiedono comprensione di meccanica dei fluidi e l’abilità di analizzare i sistemi usando software ad Elementi Finiti. Il progettista generico o il tecnico commerciale che struttura un sistema non hanno il tempo o la capacità di eseguire un’analisi agli Elementi Finiti. Uno studio tramite CFD sui canali di un blocco idraulico mostra graficamente e numericamente molti effetti che causano perdite di pressione e inefficienze energetiche: vortici, separazioni di flusso attraverso spigoli vivi, cavitazione, turbolenza, effetti di strati limite, profili ad alta velocità attraverso una condotta – tutti questi portano a perdite di energia.

L’approccio storico nella progettazione di manifold

fig.1 – Modello 3D di un manifold progettato con MDTools per Autodesk Inventor (modello gentilmente concesso da Bosch Rexroth Spa).

Tradizionalmente i progettisti di blocchi progettano il manifold attorno alla dimensione nominale della valvola: in pratica con un foro da ½ pollice tutte le connessioni saranno da ½ pollice. Questo approccio “storico” è debole, perché non considera le condizioni di lavoro della valvola e non ottimizza il blocco. Un altro errore comune nell’industria è ritenere equivalenti due fori con la stessa area di passaggio di uno solo, come se il flusso d’olio fosse egualmente suddiviso; o non tenere conto delle profondità delle forature.
Le condizioni di stato limite delle superfici invece sono differenti a seconda si tratti di un foro o di due fori “equivalenti”, così come una curva con un gomito “smussato” causerà meno perdite di carico di una curva dove le forature si estendano eccessivamente.

L’approccio MDTools

fig.2 – Esempio di simulazioni CFD.

Vest ha lanciato simulazioni FEA estensive per tutte le combinazioni di velocità e diametri per coppie ottimizzate di fori, al fine di costruire una knowledge base: ora gli utenti MDTools sono in grado di utilizzare i risultati in pochi secondi e non è necessario che sappiano utilizzare un software CFD.
MDTools comunica con HyDraw e usa i punti di lavoro per guidare il progettista nella selezione dei fori di collegamento. Come esempio specifico si consideri una valvola D03 (ISO 4401), con portata massima di 50 l/min, la velocità media è 22 m/s; MDTools suggerisce automaticamente un foro di connessione ridimensionato qualora fosse previsto dalla knowledge base.
MDTools automatizza il ridimensionamento delle profondità di foratura, in modo che l’intersezione tra forature garantisca una configurazione con minori perdite di carico.
Ogni azienda impiega regole dettate dall’esperienza, ad esempio per definire quali velocità siano accettabili per linee in pressione o in scarico. MDTools consente di definire questi standard e di utilizzarli per visualizzare e illustrare graficamente i collegamenti nel progetto dove le velocità siano eccessive, mostrare le velocità e i punti operativi del sistema, consentendo al progettista di apportare correzioni: aumentare diametri, aggiungere percorsi multipli ecc.
La capacità di MDTools di risultare sensibile al flusso, ed efficiente energeticamente, non garantisce che il sistema sarà “efficiente”. La strategia di controllo – pompe load-sensing o a cilindrata variabile – determina il primo grado di efficienza; così come la scelta della dimensione delle valvole – in genere valvole più grosse – si traducono in minori perdite nella trasmissione. MDTools prende un determinato circuito dimensionato e ne riduce le perdite di carico. Ogni piccola funzione di MDTools permette di risparmiare qualche frazione di bar. Un miglioramento qua e uno là: nella ricerca dell’efficienza energetica, ogni parte del progetto deve contribuire con coscienza all’innalzamento dell’efficienza globale.

Progettare blocchi idraulici senza errori

Fig.3 – Visualizzazione velocità nel blocco in ambiente MDTools per Solidworks.

Quello dell’efficienza energetica è solo un tassello in più per il costante e incessante sviluppo di MDTools, il software di progettazione di blocchi integrati in ambiente 3D sviluppato per la prima volta nel 2003 da Vest. Disponibile su piattaforma Autodesk® Inventor® e Solidworks®, MDTools fornisce strumenti davvero potenti ed efficaci per automatizzare la progettazione, il controllo, la documentazione e il processo di modellazione di un blocco idraulico di qualsiasi dimensione. Con MDTools è possibile progettare facilmente, velocemente e senza errori blocchi integrati grandi e complessi, controllando e misurando gli spessori del materiale, i collegamenti errati, mancanti o di cattiva qualità.
MDTools abilita una visualizzazione ottimizzata delle canalizzazioni all’interno del blocco utilizzando colori diversi per ciascuna rete di collegamenti, ogni rete è ben distinguibile dalle altre, il comando “connect to cavity” collega le varie parti del circuito avvisando in caso di errate intersezioni.
La libreria vastissima di cavità con i dati dei maggiori OEM del settore fluid power è completamente configurabile e consente di aggiungere, modificare o personalizzare nuove cavità, sedi O-ring o maschere di foratura e organizzarle in cartelle. MDTools è composto da un menu intuitivo con una vasta serie di comandi ottimizzati per chi progetta blocchi idraulici, tutto è organizzato per un facile accesso alle funzioni più utili e non serve neppure essere esperti dell’ambiente CAD (Inventor o Solidworks): basta utilizzare soltanto i comandi del pannello di MDTools.

L’ambiente 3D

fig.4 – Assieme realizzato con MDTools.

È possibile ruotare maschere di foratura, cambiare faccia o invertire due cavità, creare fori inclinati manualmente o automaticamente, inserire tappi, fori calibrati, barenature, sedi per O-ring e molto altro ancora: ogni funzione rende il lavoro del progettista preciso, veloce e produttivo. Una serie di controlli per verificare o misurare gli spessori di materiale, i collegamenti errati o di cattiva qualità, la corrispondenza tra le reti di progetto e quelle realizzate nel blocco permettono di tenere sotto controllo l’intero processo. Tutto questo in ambiente 3D utilizzando le ultime tecnologie CAD. MDTools rende la progettazione del blocco sicura e precisa e guida il disegnatore nella realizzazione della tavola di disegno. Bastano poche impostazioni e MDTools crea automaticamente una tavola di disegno con le 6 viste ortogonali, tabelle di foratura, posizione e nome delle cavità, lista di cavità, lista di collegamenti, tappi, tabelle di stampigliatura e molto altro ancora. Tutto questo in maniera sicura perché MDTools legge le informazioni direttamente dal modello 3D appena progettato, senza errori e senza perdita di tempo. Vest fornisce anche personalizzazioni per creare un’interfaccia tra MDTools e i sistemi CAM. Durante la creazione degli assiemi MDTools aiuta il disegnatore: tutti i tappi vengono inseriti automaticamente, un’interfaccia intuitiva guida l’associazione tra singole valvole e cavità. Per gli utenti HyDraw sarà presto disponibile un comando per realizzare l’assieme in maniera completamente automatica partendo dallo schema idraulico.
MDTools è compatibile con il software di disegno di schemi idraulici HyDraw e consente di leggere dallo schema le informazioni tra le reti, cioè i collegamenti tra porte e vie di ciascuna valvola, e le cavità, risparmiando ulteriore tempo per il progettista nella definizione delle reti o nella ricerca delle cavità.
MDTools è un prodotto di Vest, inc. distribuito in Italia da Carlo Molon

 

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