Amplificatori di Pressione Oleodinamici: Progettazione e Simulazione di Soluzioni Alternative.

Pressure intensifiers (or boosters) are hydraulic or pneumatic devices designed to locally increase the pressure developed by a hydraulic cylinder when it needs to overcome an external load greater than a certain threshold. This threshold varies depending on the application, which is mainly found in industrial sectors (hydroforming, die casting, testing, and quality control) or in demolition fields (shears, rail breakers, demolition pliers, crushers, orange peel grapples). In many existing systems, activation of the pressure intensification function is managed automatically once the setting pressure of an appropriate valve installed upstream of the boosting system is reached. If this pressure threshold is not exceeded, the system does not amplify and bypasses the oil directly to the actuator, which usually consists of a hydraulic cylinder. This thesis presents the state of the art of pressure amplifier technology and summarizes an internship carried out at SmartFluidPower in Modena, during which virtual prototypes of pressure amplifiers were developed with a lumped parameter modelling approach. The work was structured in two main steps. The first focused on the design of a pressure amplifier derived from the ODA STANDARD model, aiming to minimize internal leakage within the amplification piston: the fully hydraulic switching of the bistable valve was replaced with an electro-actuated one, through the prototyping of three versions (FBa, FBb, FBc). Comparison with the baseline model showed that FBc offered the best overall performance, although its efficiency remained below expectations, attributable to increased internal leakage within the bistable valve. In the second step, a virtual prototype of a dual-piston pressure amplifier, with pistons arranged in parallel, was developed to increase the processable flow rate under equal external load conditions, considering both the electro-actuated bistable configuration (based on FBc) and the fully hydraulic switching configuration (HFB). Parallel and series feedback line arrangements were investigated, along with system performance, behavior under different initial piston positions, and the effects of pressure losses. The results obtained provide useful guidance for the future development of more efficient pressure amplifiers, paving the way for further work on control electronics and experimental validation.

Gli amplificatori (o moltiplicatori) di pressione, sono dispositivi idraulici o pneumatici atti ad aumentare localmente la pressione sviluppata da un cilindro idraulico quando questo deve vincere un carico esterno maggiore di una certa soglia. Tale soglia varia a seconda delle applicazioni, le quali sono principalmente in ambito industriale (hydroforming, pressofusione, test e controllo qualità) oppure nel campo della demolizione (cesoie, spacca binari, pinze demolitrici, frantumatori, benne polipo). In molti dei sistemi esistenti, la gestione dell’attivazione della funzione di moltiplicazione della pressione avviene in maniera automatica al raggiungimento della pressione di taratura di un’opportuna valvola installata a monte del sistema di amplificazione. Se tale soglia di pressione non viene superata, il sistema non amplifica e manda l’olio in bypass direttamente all’utilizzatore, solitamente consistente in un cilindro idraulico. Questo lavoro di tesi presenta lo stato dell'arte della tecnologia degli amplificatori di pressione e la sintesi dell'attività di tirocinio svolta presso SmartFluidPower a Modena, nel corso della quale sono stati sviluppati prototipi virtuali di amplificatori di pressione mediante modellazione a parametri concentrati Il lavoro si è articolato in due fasi principali. Nella prima è stata affrontata la progettazione di un amplificatore di pressione derivato dal modello ODA STANDARD, con l'obiettivo di ridurre i trafilamenti interni al pistone di amplificazione: la commutazione completamente idraulica della valvola bistabile è stata sostituita con una commutazione elettro-attuata, sviluppando tre versioni (FBa, FBb, FBc). Il confronto dei risultati con il modello di partenza ha evidenziato la versione FBc come la soluzione più idonea in termini prestazionali, sebbene con efficienze inferiori alle attese, riconducibili a maggiori trafilamenti nella valvola bistabile. Nella seconda fase è stato sviluppato un prototipo virtuale di amplificatore di pressione a doppio pistone, disposti in parallelo, con l'obiettivo di aumentare la portata processabile a parità di carico esterno, sia nella configurazione con bistabile elettro-attuata (basata sulla FBc), sia in quella con commutazione completamente idraulica (HFB), studiando in particolare linee di feedback in parallelo e in serie, le prestazioni del sistema, il comportamento in condizioni di posizioni iniziali differenti dei due pistoni e gli effetti delle perdite di carico. I risultati ottenuti forniscono indicazioni utili per lo sviluppo futuro di amplificatori di pressione più efficienti, aprendo la strada a successivi approfondimenti su elettronica di controllo e validazione sperimentale.