Effetti del downsizing sulla determinazione del comportamento di componenti sottoposti a prove accelerate di fatica ciclica

L’aspettativa di vita di un componente sottoposto a ciclo affaticante ha assunto, negli ultimi anni, una importanza sempre crescente soprattutto per l’intensificarsi delle normative inerenti la sicurezza (UNI EN ISO 13849-1/2 ISO 12100). Per poter dare al progettista e al collaudatore metodologie sempre più efficienti, sono in evoluzione metodi progettuali e di verifica quali progettazione a vita sicura (Safe-life), progettazione sicura rispetto al danno (Fail-safe), Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) e Main Time To Failure (MTTF); tali metodologie pongono in relazione le sollecitazioni con il numero di cicli affaticanti, al fine di prevedere il comportamento del componente durante la sua vita. La previsione di vita a fatica, però, può divenire difficile quando gli elementi da testare richiedono un grosso impiego di energia (potenze, consumi, pressioni e coppie) e di tempo (cicli intensi, ma di numero elevato). Ereditando l’esperienza delle grandi macchine idrauliche per applicazioni civili, con il lavoro svolto durante questo dottorato si è voluto verificare se un downsizing dei componenti eseguito seguendo i dettami dell’analisi secondo la similitudine idraulica potesse rappresentare un percorso metodologico utile per ottenere indicazioni valide, ai fini della sicurezza a fatica ciclica, ma perseguendo un importante risparmio energetico. L’opportuna selezione di cicli affaticanti, influenza i progettisti per veicolare ai componenti una potenza idraulica pulsante a medio bassa frequenza, ha reso possibile il confronto tra componenti simili per tipologia, geometria e qualità della lavorazione meccanica. Tra i tanti parametri operativi disponibili, la valutazione degli effetti della fatica ciclica sulla prestazione dei componenti è stata condotta in riferimento a grandezze univocamente definite: il rendimento volumetrico per le macchine motrici ed operatrici considerate, il tempo di commutazione per i distributori elettro-idraulici, l’errore di regolazione o la capacità di tenuta per le valvole a sede. L’analisi dei risultati ottenuti dimostra come, indipendentemente dalla dimensione del componente, la perdita di performance abbia una tendenza ricostruibile già dai primi 250000-300000 cicli, mentre i fenomeni che comportano la failure tendono a manifestarsi nei primi 150000-220000 cicli, avvalorando l’ipotesi che il risparmio energetico possa derivare sia dal downsizing del componente, sia da un’opportuna progettazione del ciclo di lavoro affaticante.