Conoscere l’escavatore cingolato: l’impianto idraulico

Centro nevralgico dell’escavatore cingolato e artefice delle sue prestazioni, l’impianto idraulico è frutto di un complesso equilibrio di componenti e architetture circuitali. La cui corretta calibrazione incide in misura determinante sul comportamento sul campo della macchina.

Se il motore diesel rappresenta il cuore dell’escavatore, l’impianto idraulico ne è in tutti i sensi il sistema nervoso. Quest’ultimo è infatti il punto dove potenza del motore, affidabilità delle pompe, gestione elettronica e ser­vocomandi, unitamente alle carat­teristiche strutturali della macchina, confluiscono dando origine alle prestazioni finali dell’escavatore. 

Dal punto di vista funzionale l’impianto idraulico è costituito da quattro componenti: pompe, distributori, sistema di con­trollo e attuatori.

Quanto alle prime, dando ormai per acquisita la generalizzata adozione di pompe a portata variabile, le due tipo­logie principali sono quella delle pompe a pistoni assiali a portata variabile per inclinazione del blocco cilindri e quella delle pompe a pistoni assiali a portata varia­bile per inclinazione del piattello di distribuzione. Le prime sono generalmen­te adottate in combinazione a distributori convenzionali, le seconde sono più frequentemente adottate in accoppiata a distributori load sensing e per l'azionamento della rota­zione in circuito chiuso. Entrambe le tipologie offrono in ogni caso un’elevata affidabilità e un altrettanto positivo rendimento. 

I livelli di potenza idraulica erogata dalle pompe possono essere programmati e gestiti dal computer di bordo; questi, definiti comunemente modalità di lavoro, vengono calibrati in funzione degli utilizzi tipici dell’escavatore. Accanto a tali funzioni principali la logica di controllo dell’idraulica è in grado di gestire ulteriori funzionalità. Per citarne solo alcune, il cosiddetto cut off, grazie al quale, al raggiungimen­to della pressione massima in impianto, è possibile ridurre quasi a zero la cilindrata minima delle pompe; o ancora, sempre in tema di regolazione della cilindrata delle pompe idrauliche, il ritorno automatico in cilindrata minima in assenza di pressione di pilotag­gio. Nel caso delle pompe idrauliche specifi­catamente concepite per I'alimentazione di distributori idraulici del tipo load sensing, la cilindrata delle pompe si adegua automati­camente alla pressione in impianto, e par­tendo da un valore sostanzialmente nullo si porta al valore massimo al raggiungimento della pressione di inizio regolazione. II risul­tato energetico complessivo si concretizza in una drastica riduzione dei consumi.

Passando al gruppo distributore, sono due le tecnologie oggi maggiormente diffuse, quella convenzionale e quella load sensing. La principale differenza fra le due soluzioni consiste essenzialmente nel fatto che la seconda è in grado, attraverso i compensatori, di riequilibrare automaticamente le dif­ferenze di pressione tra la pompa e i diversi attuatori in modo tale che la por­tata di olio inviata a ciascuno di essi sia esat­tamente proporzionale all’apertura della relativa spola del distributore. Un secondo importante vantaggio consiste nel fatto che i rapporti di velocità tra i singoli attuatori si mantengono costanti anche quando la somma delle singole portate richieste dall'operatore è superiore alla portata massi­ma erogata dalla pompa; in parole semplici, anche in caso di contemporaneo utilizzo di tutti gli azionamenti, almeno in teoria, la macchina non accusa rallentamenti. Naturalmente nulla obbliga all’adozione di un’unica pompa idraulica sulla macchina; al contrario, spesso e volentieri, già a partire dalle macchine del segmento medio è prassi non sporadica l’utilizzo di una doppia pompa idraulica, naturalmente con la relativa maggiore complessità circuitale che questo comporta. 

Proseguendo nell’analisi dell’impianto idraulico dell’escavatore, con particolare riguardo al gruppo distributori, va segnalato come negli azionamenti singoli nei distributori convenzionali il rad­doppio delle portate per i movimenti di sollevamento e di chiusura dell'a­vambraccio è una soluzione ormai largamente adottata, mentre nei sistemi load sensing la somma delle portate delle pompe è in funzione della portata massima che ogni singola spola è in grado di gestire, portata massima che in genere risulta inferio­re alla massima portata complessiva­mente erogata dalle pompe. Per quanto riguarda la disposizione degli azionamenti, nel caso dei sistemi load sensing è pressoché sempre in parallelo, anche se questo non rappresenta una regola inviolabile; alcune disposizioni circuitali serie/paral­lelo, tipiche dei distributori convenzionali, gestiscono alla perfezione le contempora­neità di utilizzi che hanno un reale impatto sul comportamento e la produttività dell’escavatore, complice il fatto che la costante evoluzione e miglioramento dei sistemi di pilo­taggio delle spole consente di raggiungere un grado di sensibilità e precisione di controllo di livello davvero eccellente. Naturalmente anche i sistemi load sensing sono in grado di garantire apprezzabili prestazioni in rapporto a tali due aspetti, ma per raggiungere questo obiettivo devono essere affiancati da ulteriori componenti; fra questi, in particolare, val­vole di unloading e regolatori di flusso compensati del comando load sensing per stabiliz­zare le eventuali oscillazioni delle pompe conseguenti al doppio impulso di pilotaggio load sensing/potenza costante.

Per quanto riguarda la logica di controllo dell’impianto idraulico e il suo coordinamento funzionale complessivo, questo compito è oggi affidato al computer di bordo, normalmente alloggiato in cabina. Quanto ai sistemi di pilotaggio, fatta salva la fondamentale e già ricordata importanza della sensibilità e precisione dei servocomandi, va innanzitutto osservato che il circuito idraulico dei servoco­mandi dispone in genere di una pompa dedicata, di un filtro in linea che garantisce una adeguata pulizia dell'olio in circolo, aspetto indispensabile per garan­tire la costanza della  sensibilità di azionamento, e di un sistema ad accumulo di energia che consente la messa in sicurezza dell’escavatore anche a motore spento. Pur se comune, l’adozione di una pompa dedicata al circuito dei servocomandi non rappresenta una soluzione vincolante; in alternativa possono infatti essere utilizzati sistemi di pilotaggio che prelevano l’olio idraulico direttamente dal circuito primario, conservando il sopra citato dispositivo ad accumulo di energia. 

Tutte le architetture circuitali e i componenti citati concorrono a determinare il comportamento finale sul campo dell’escavatore. E per quanto questo, inutile nasconderlo, dipenda in misura non trascurabile anche dalla “mano” dell’operatore, esistono alcuni parametri di valutazione oggettivi. Fra questi, la sensibilità dei servocoman­di, che se non adeguata costringe l’operatore a una maggiore attenzione con conseguente affaticamento; la proporzionalità della risposta ai comandi, che deve essere assoluta ed equilibrata in rapporto a tutti gli automatismi funzionali che caratterizzano il distributore idraulico; la leggerezza dei comandi, che devono richiedere un basso sforzo di azionamento; la presenza di un sistema di autocontrollo dei servocomandi, utile ad evitare contraccolpi in caso di rilascio troppo brusco delle leve di comando.