Simboli delle pompe idrauliche e guida alle pompe idrauliche alimentate dalla presa di forza

Simboli della pompa idraulica sono rappresentazioni grafiche standardizzate utilizzate negli schemi dei circuiti idraulici (schemi) per identificare il tipo, la direzione del flusso e il metodo di controllo di una pompa senza descrizione scritta. Leggerli correttamente è essenziale per chiunque progetti, risolva i problemi o mantenga un sistema idraulico. Tra i molti tipi di pompe rappresentati in questi schemi, la pompa idraulica alimentata dalla PTO (Power Take-Off) è una delle più importanti dal punto di vista pratico: ampiamente utilizzata in agricoltura, autotrasporto, edilizia e servizi di emergenza in cui il motore di un veicolo aziona direttamente le funzioni idrauliche.

Questo articolo spiega come interpretare accuratamente i simboli delle pompe idrauliche, illustra le principali variazioni dei simboli che incontrerai e poi approfondisce in modo pratico le pompe idrauliche alimentate da presa di forza: come funzionano, quali specifiche contano e come selezionare quella giusta per una determinata applicazione.

Come leggere il simbolo base della pompa idraulica

Lo standard ISO 1219 regola i simboli degli schemi idraulici e pneumatici a livello globale. Secondo questo standard, tutti i simboli delle pompe idrauliche condividono una base comune: un cerchio che rappresenta il corpo della pompa, con un triangolo nero pieno che punta verso l'esterno del cerchio per indicare la direzione del flusso. Il triangolo che punta lontano dal cerchio mostra che il fluido viene espulso: questo distingue una pompa (ingresso di energia, uscita di fluido) da un motore idraulico (ingresso di fluido, uscita meccanica), dove il triangolo punta verso l'interno verso il cerchio.

Ulteriori elementi aggiunti a questo simbolo di base trasmettono caratteristiche specifiche della pompa:

• Freccia singola attraverso il cerchio (diagonale): Indica una pompa a cilindrata fissa: la pompa eroga lo stesso volume di fluido per giro indipendentemente dalla pressione del sistema o dalla regolazione esterna.
• Doppia freccia attraverso il cerchio (due diagonali, una con punta di freccia a ciascuna estremità): Indica una pompa a cilindrata variabile: il flusso in uscita può essere regolato mentre la pompa è in funzione, in genere modificando l'angolo del piatto oscillante in una pompa a pistone.
• Due triangoli di flusso sui lati opposti del cerchio: Indica una pompa bidirezionale in grado di pompare in entrambe le direzioni: la pompa può invertire il flusso, cosa comune nei circuiti di trasmissione idrostatica.
• Una freccia curva attorno alla linea dell'albero: Indica la direzione di rotazione dell'albero, in senso orario o antiorario, che è fondamentale quando si specifica la sostituzione della pompa o il collegamento di una presa di forza.
• Simbolo della molla o linea di pressione pilota aggiunta al cerchio: Indica una pompa a cilindrata variabile con compensazione della pressione in cui la cilindrata si riduce automaticamente quando la pressione del sistema raggiunge il punto di regolazione del compensatore.
• Linea tratteggiata da un elemento di controllo alla pompa: Indica lo spostamento variabile pilotato o controllato a distanza: lo spostamento è controllato da un segnale idraulico o elettrico separato.

L'albero che aziona la pompa è mostrato come una linea che entra nel cerchio dal lato opposto al triangolo di flusso. Quando due pompe condividono un albero comune - una configurazione di pompe tandem comune nei trattori agricoli e nei circuiti dei caricatori - vengono disegnati due cerchi collegati dalla stessa linea d'albero, ciascuno con il proprio triangolo di flusso e la propria porta di uscita.

Variazioni dei simboli della pompa idraulica in base al tipo di pompa

Sebbene il simbolo di base sia lo stesso per tutte le pompe idrauliche, la combinazione di modificatori comunica la specifica tecnologia della pompa utilizzata. La tabella seguente riassume i tipi di pompe più comuni e le relative caratteristiche dei simboli:

Quando si legge uno schema idraulico, il simbolo della pompa è quasi sempre collegato al simbolo del motore primo (motore elettrico o motore a combustione interna) da un lato e alla linea di pressione dell'impianto dall'altro. La linea di ritorno del serbatoio (serbatoio) si collega altrove nel circuito. Tracciare questi collegamenti dal simbolo della pompa verso l'esterno è il punto di partenza per comprendere qualsiasi schema di un circuito idraulico.

Come funzionano le pompe idrauliche alimentate dalla presa di forza

Una pompa idraulica alimentata da PTO (Power Take-Off) preleva energia meccanica direttamente dalla trasmissione o dal motore di un veicolo o trattore, convertendola in flusso idraulico e pressione per azionare funzioni di lavoro esterne. L'albero della presa di forza - standardizzato a 540 giri al minuto o 1.000 giri al minuto per trattori agricoli secondo le norme ISO 500 e ASAE S203 - si accoppia direttamente all'albero di ingresso della pompa tramite una connessione scanalata o un adattatore del cambio.

A differenza delle centraline idrauliche ad azionamento elettrico o delle pompe montate sul motore con trasmissione diretta a cinghia o a ingranaggi, una pompa PTO ha una caratteristica operativa chiave: produce flusso idraulico solo quando la PTO è innestata e il motore gira al di sopra del minimo. L'uscita del flusso si adatta direttamente alla velocità dell'albero della presa di forza: se l'acceleratore del motore diminuisce, lo stesso vale per il flusso in uscita della pompa e quindi la velocità di eventuali attuatori azionati idraulicamente.

Il simbolo della pompa idraulica utilizzato nello schema di un sistema azionato dalla presa di forza mostra il cerchio della pompa standard con una linea d'albero, ma il motore primo collegato a quell'albero viene generalmente mostrato come simbolo del motore o etichettato "PTO" anziché il cerchio del motore elettrico standard. In alcuni schemi, tra l'albero della presa di forza e la pompa appare il simbolo di un cambio per indicare un rapporto di trasmissione che aumenta o riduce la velocità.

Tipi di pompe PTO e applicazioni adatte

Ciascuna delle tre principali tecnologie di pompa utilizzate nelle applicazioni PTO offre diversi compromessi in termini di capacità di pressione, uniformità del flusso, efficienza e costi:

Pompe a ingranaggi (le più comuni per l'uso con presa di forza)

Le pompe a ingranaggi esterni dominano le applicazioni idrauliche con presa di forza per la loro semplicità, robustezza e tolleranza ai fluidi contaminati, aspetti importanti negli ambienti agricoli ed edili. Una tipica pompa a ingranaggi PTO funziona a 150–250 bar (2.175–3.625 PSI) pressione continua con portate da Da 11 a 114 litri al minuto a velocità della PTO di 540 o 1.000 giri/min. Sono a cilindrata fissa: il flusso è direttamente proporzionale alla velocità dell'albero e non può essere regolato in modo indipendente.

Pompe a pistone (alta pressione, portata variabile)

Le pompe a pistoni assiali forniscono una pressione continua più elevata, fino a 350–420 bar (5.000–6.000 PSI) — e, nelle configurazioni a cilindrata variabile, consentono di regolare il flusso indipendentemente dalla velocità del motore. Ciò li rende adatti per applicazioni impegnative con presa di forza come gru montate su camion (bracci articolati), sistemi di sollevamento a gancio e strumenti idraulici ad alta pressione. Il compromesso è un costo più elevato e una maggiore sensibilità alla contaminazione del fluido: in genere è richiesta la classe di pulizia ISO 4406 16/14/11 o superiore.

Pompe a palette (flusso regolare, pressione media)

Le pompe a palette offrono un flusso molto regolare e a basse pulsazioni che le rende adatte per applicazioni azionate da presa di forza in cui la qualità del flusso è importante: determinati sistemi di trasporto, applicazioni di spruzzatura e sistemi di sterzo idraulici. La capacità di pressione è moderata 140–175 bar (2.000–2.500 PSI) e sono più sensibili all'usura con fluido contaminato rispetto alle pompe a ingranaggi. Meno comune nell'uso della presa di forza agricola ma presente in alcune applicazioni di veicoli industriali.

Specifiche chiave per la scelta di una pompa idraulica alimentata da presa di forza

Per abbinare una pompa idraulica con presa di forza alla sua applicazione è necessario valutare diverse specifiche interdipendenti. Un errore comporterà prestazioni sottodimensionate o un guasto prematuro della pompa:

Particolare attenzione merita l'indicazione del senso di rotazione. Il funzionamento di una pompa a ingranaggi nella direzione di rotazione errata spinge immediatamente il fluido contro le guarnizioni interne nella direzione errata, causando guasti catastrofici alle guarnizioni e la distruzione della pompa in pochi minuti - non ore. Verificare sempre il senso di rotazione sulla targhetta della pompa e confrontarlo con la rotazione effettiva dell'albero della presa di forza prima dell'avvio.

Configurazioni di montaggio della pompa PTO e disposizioni di trasmissione

Le pompe idrauliche della PTO si collegano alla fonte di alimentazione attraverso diverse disposizioni fisiche a seconda del tipo di veicolo, dei punti di montaggio disponibili e della posizione della pompa richiesta:

• Attacco diretto della presa di forza posteriore del trattore: La pompa si fissa direttamente a una staffa sull'albero cardanico posteriore del trattore utilizzando un albero di trasmissione con giunto universale. Comune per l'alimentazione di attrezzi idraulici esterni: spaccalegna, piantapali, seminatrici idrauliche. La pompa e il relativo serbatoio sono generalmente montati sul telaio dell'attrezzo, non sul trattore.
• PTO montata sulla trasmissione (camion): Sui camion commerciali, una porta PTO del cambio (standard SAE dimensioni da A a F) accetta un'unità PTO abbinata che aziona la pompa attraverso un ingranaggio diretto. La pompa è flangiata al cambio della PTO. Questa è la disposizione standard per autocarri a cassone ribaltabile, veicoli per la raccolta rifiuti, autocarri con scarrabile e autogru.
• Presa di forza del caso di trasferimento: I camion a quattro ruote motrici con ripartitori di coppia a volte forniscono un'uscita della presa di forza dalla scatola di trasferimento, consentendo il funzionamento della pompa mentre il veicolo è fermo con la trasmissione scollegata. Utilizzato negli apparati antincendio e nei veicoli di risposta alle emergenze.
• Presa di forza al volano motore: Pompe montate direttamente sulla campana del motore e azionate dal volano tramite un pacco frizione. Fornisce il funzionamento continuo della pompa indipendentemente dalla scatola del cambio: utilizzato in betoniere, spazzaneve e autocisterne dove è necessaria potenza idraulica continua indipendentemente dalla velocità del veicolo.

Calcolo della cilindrata e della potenza necessarie per la pompa della presa di forza

Il dimensionamento corretto di una pompa PTO inizia con la definizione del flusso idraulico e della pressione richiesti, per poi risalire ai requisiti di cilindrata e potenza in ingresso. I calcoli sono semplici:

Cilindrata richiesta della pompa (cc/giro):

Cilindrata = (Portata richiesta in L/min × 1.000) ÷ Velocità della PTO in RPM

Esempio: uno spaccalegna richiede 30 l/min a una velocità della PTO di 1.000 giri/min. Cilindrata = (30 × 1.000) ÷ 1.000 = 30cc/giro . Selezionare una pompa con cilindrata di 30–35 cc/giro per consentire perdite di efficienza volumetrica (tipicamente 5–15% nelle pompe a ingranaggi).

Potenza in ingresso richiesta (kW):

Potenza (kW) = (Portata in L/min × Pressione in bar) ÷ 600 ÷ efficienza complessiva

Esempio: 30 L/min a 200 bar, efficienza complessiva 0,85. Potenza = (30 × 200) ÷ 600 ÷ 0,85 = 11,8 kW (circa 15,8 CV) . La potenza nominale della PTO del trattore deve superare questo valore: è adeguata una PTO del trattore da 30 HP; un trattore da 20 HP no.

Aggiungi sempre a Margine di sicurezza del 20–25%. potenza sopra calcolata quando si specifica la dimensione del trattore, poiché l'efficienza della pompa diminuisce con l'usura e i transitori di pressione del sistema possono superare i valori di stato stazionario durante le condizioni di stallo dell'attuatore.

Problemi comuni della pompa della presa di forza e come diagnosticarli

La maggior parte dei guasti alla pompa idraulica della PTO seguono schemi riconoscibili che possono essere diagnosticati prima che si verifichi il guasto completo:

• Cavitazione (rumore piagnucoloso o stridente all'avvio): Causato da un'alimentazione di olio insufficiente all'ingresso della pompa, in genere dovuta a un filtro di aspirazione intasato, un tubo di aspirazione collassato o un livello del fluido nel serbatoio troppo basso. La cavitazione erode le parti interne della pompa entro poche ore di funzionamento continuo. Controllare il vuoto nella linea di aspirazione con un vacuometro — più di 0,3 bar (9 inHg) all'ingresso della pompa indica una limitazione dell'aspirazione.
• Portata bassa e movimento lento dell'attuatore: In una pompa a ingranaggi, ciò indica usura interna: il gioco tra ingranaggi e alloggiamento è aumentato oltre le specifiche, consentendo il bypass interno. Confrontare la portata effettiva (misurata con un flussometro) con la portata nominale alla velocità operativa. Una riduzione superiore al 15% rispetto alla portata nominale in una pompa a ingranaggi indica che è necessaria la sostituzione.
• Surriscaldamento del fluido idraulico: Le cause includono una pompa che funziona a una pressione costantemente superiore alla sua portata continua, una valvola di scarico del sistema impostata su un valore troppo alto o un volume del serbatoio insufficiente. La temperatura del fluido idraulico superiore a 80°C (176°F) accelera l'ossidazione dell'olio e il degrado delle guarnizioni — un sistema adeguatamente dimensionato dovrebbe mantenere il fluido al di sotto di 60–65°C in servizio continuo.
• Perdita della tenuta dell'albero: Una perdita di olio esterna sull'albero della pompa indica una guarnizione dell'albero guasta, solitamente causata da un'eccessiva pressione di scarico della custodia (contropressione sulla porta di scarico della custodia della pompa), abrasione del fluido contaminato o disallineamento dell'albero. Sulle pompe a ingranaggi, la pressione di scarico della cassa non deve superare 3–5 bar (44–73 PSI) continuamente.
• Flusso irregolare o pulsante: Nelle pompe a ingranaggi ciò indica l'ingestione di aria attraverso un raccordo di aspirazione che perde o un basso livello del fluido che provoca l'aspirazione di aria in modo intermittente da parte della pompa. Controllare tutti i raccordi della linea di aspirazione e lo sfiato del serbatoio per eventuali ostruzioni.