. Actionari Hidraulice Si Pneumatice

Lucrarea Nr. 1 – Aparatura ce intră în componența sistemelor de acționare hidrostatică și simbolizarea ei…………….3

Lucrarea Nr. 2 – Pompe cu roți dințate…………………………………………10

Lucrarea Nr. 3 – Pompe și motoare cu palete……………………………….14

Lucrarea Nr. 4 – Pompe și motoare cu pistonașe axiale…………………20

Lucrarea Nr. 5 – Analiza constructiv-funcțională și calculul cilindrilor hidraulici………………………………………………………..23

Lucrarea Nr. 6 – Analiza constructiv-funcțională a distribuitoarelor cu sertar……………………………………………………………..29

Lucrarea Nr. 7 – Analiza constructiv-funcțională a aparaturii pentru reglarea presiunii…………………………………………..34

Lucrarea NR. 8 – Analiza constructiv-funcțională a aparaturii pentru reglarea debitului…………………………………….38

Lucrarea NR. 9 – Elemente de înmagazinare a energiei hidrostatice Acumulatoare……………………………………………….43

Lucrarea NR. 10 – Elemente pentru pregătirea aerului condiționat…46

Lucrarea NR.11 – Scheme de acționare cu un singur cilindru pneumatic cu comandă directă………………53

Lucrarea NR. 12 – Scheme pneumatice funcționale………..………58

Lucrarea NR. 13 – Scheme de acționare cu un singur cilindru pneumatic cu comandă indirectă…………….63

LUCRAREA NR. 1

Aparatura ce intră în componența sistemelor de acționare hidrostatică și simbolizarea ei

1.1. Obiectivul lucrării

Lucrarea prezintă cele mai reprezentative elemente care intră în componența sistemelor de acționare hidrostatică, rolul acestora, precum și modul de simbolizare a lor prin semne convenționale.

Lucrarea urmărește să permită studenților înțelegerea și interpretarea schemelor de acționare hidrostatică.

1.2. Aspecte teoretice

Acționarea hidrostatică este acționarea care asigură o dublă conversie energetică, transformând energia mecanică în energie hidraulică și apoi din nou în energie mecanică la alți parametri cinematici și dinamici față de cei de la intrare. Scopul acestei transformări este acela de a realiza mișcarea, la ieșirea din motorul hidraulic, în condiții de forță sau cuplu impuse și cu viteze impuse.

Sistemele de acționare hidraulice se împart în două mari categorii:

hidrostatice, care înmagazinează în agentul motor energie potențială de tip hidrostatic caracterizată prin presiunea mediului hidraulic. În acest caz, energia potențială a agentului motor se dezvoltă pe o suprafață creând mișcare și forță;

hidrodinamice, care vehiculează agent motor încărcat cu energie cinetică, materializată prin viteza acestuia, energie care se produce într-o pompă de tip centrifugal și care se transformă în energie mecanică într-un motor de tip turbină.

Prezenta lucrare va analiza doar structura și simbolurile elementelor ce alcătuiesc sistemul de acționare hidrostatic.

Sistemele de acționare hidrostatică se compun în general dintr-o pompă PH (figura 1.1.), elemente de distribuție, reglare, control și protecție (EDRCP) și un motor hidraulic MH. Pompa PH , antrenată de motorul electric ME la cuplul Mi și turația ni, aspiră agentul motor din rezervorul Rz trimițându-l spre elementele de direcționare și reglare cu presiunea pp și debitul Qp. Elementele de reglare modifică presiunea și debitul agentului furnizat de pompă la alți parametri pm și Qm care sunt necesari acționării motorului hidraulic MH pentru a se putea obține la ieșire cuplul Me sau forța Fe cu turația ne sau viteza ve, utile acționării organului de lucru OL. De la motorul MH agentul motor este retransmis la rezervorul Rz.

Practic, într-un astfel de sistem au loc trei conversii energetice:

electro-mecanică, la nivelul motorului electric ME;

mecano-hidraulică, la nivelul generatorului hidrostatic (pompa PH);

hidro-mecanică, la nivelul motorului hidrostatic MH.

Figura 1.1. Sistemul de acționare hidrostatică

1.3. Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării vor fi prezentate principalele elemente care intră în componența sistemelor de acționare hidrostatică.

Pentru înțelegere, va fi făcută o analiză de principiu a modului lor de funcționare și se va stabili simbolizarea utilizată în schemele de acționare.

Terminologia folosită în domeniul sistemelor de acționare hidrostatică este reglementată de STAS 6965 iar semnele convenționale folosite la reprezentarea în scheme a elementelor de acționare sunt reglementate de STAS 7145.

Principalele componente ale sistemelor de acționare hidrostatice sunt:

Pompele volumice (PH) – sunt ansamble care imprimă mediului hidraulic de lucru energie hidrostatică caracterizată prin presiune (pP) și debit (QP). Ele recepționează energia mecanică produsă de o mașină de forță și caracterizată de momentul Mi și turația ni și o transformă în energie hidrostatică. Aproape toate pompele sunt acționate în mișcare de rotație.

Motoarele hidrostatice (MH) – sunt ansamble care primesc energia hidrostatică produsă de pompă (presiune X debit) și o transformă în energie mecanică de rotație (moment X turație) la motoarele rotative sau de translație (forță X viteză) la motoarele hidraulice liniare (cilindri de forță), pentru antrenarea mecanismului acționat (OL).

Uneori aceleași ansamble pot fi atât pompe cât și motoare, depinzând de modul în care sunt montate. Unele pot funcționa într-un singur sens (nereversibile), altele în ambele sensuri (reversibile).

Din punct de vedere a variabilității debitului vehiculat se disting pompe și motoare cu debit constant și cu debit variabil.

Simbolizarea pompelor și motoarelor rotative hidrostatice este în tabelul 1.1.

Motoarele hidraulice rectilinii (cilindri hidraulici) sunt din punct de vedere constructiv de tip cilindru – piston, motiv pentru care se mai numesc și cilindri de forță.

Tabelul 1.1.

Din punctul de vedere al modului în care se realizează acționarea, respectiv al modului în care agentul motor acționează pe fețele pistonului, cilindri de forță pot fi: cu simplu sau cu dublu efect.

Din punct de vedere al raportului dintre diametrul tijei și a pistonului, pot fi:

cu diametrul pistonului mai mare decât diametrul tijei;

cu diametrul pistonului egal cu cel al tijei, adică cu pistoane plunjer.

Simbolizarea cilindrilor hidraulici este indicată în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2.

Elementele de distribuție au rolul de a dirija agentul motor spre diferitele conducte ale schemei hidraulice. Echipamentul de distribuție al acționării hidrostatice este constituit din: robinete distribuitoare, distribuitoare cu bilă, distribuitoare cu sertar (sertărașe distribuitoare) și supape de sens unic (supape de blocare).

Sertărașele distribuitoare sunt cele mai răspândite elemente de distribuție din sistemele de acționare hidrostatică și se întâlnesc într-o gamă variată de soluții constructive de aceea, simbolizarea lor va cuprinde pe lângă simbolul propriu-zis și un cod numeric exprimat printr-o fracție ordinară unde la numărător se va înscrie numărul căilor hidraulice racordate la distribuitor iar la numitor, numărul fazelor de lucru pe care le poate realiza distribuitorul. Astfel că 4/3 înseamnă că distribuitorul are 4 căi de racordare și 3 faze de lucru.

În tabelul 1.3 este indicată simbolizarea distribuitoarelor.

Tabelul 1.3.

Simbolizarea comenzii pentru comutarea distribuitoarelor în altă fază de lucru, se face printr-un dreptunghi alipit simbolului de bază (tabelul 1.4.), în dreapta sau în stânga lui.

Tabelul 1.4.

Supapele de blocare asigură transmiterea debitului într-o singură direcție pe conductele pe care se montează. Sub aspect constructiv, supapele de blocare se întâlnesc în varianta cu scaun. Pe scaun poate presa o bilă sau un taler conic.

Simbolizarea acestor supape de sens este indicată în tabelul 1.5.

Tabelul 1.5.

Supapele de presiune sunt destinate asigurării presiunii dorite pe anumite circuite hidraulice. Ele pot fi în poziție normală, neacționate, normal închise sau normal deschise. Cele normal deschise au rol de supape de deversare (de descărcare) iar cele normal închise au rol de supape de siguranță.

Simbolizarea acestor supape este redată în tabelul 1.6.

Tabelul 1.6.

Echipamentul de reglare a debitului pe circuitele hidraulice constă în montarea unor rezistențe fixe sau reglabile (drosele) pe circuit, care laminează debitul de agent motor, fracționându-l și administrându-l la valoarea dorită motorului hidraulic.

Din punct de vedere constructiv și al poziției de montare în schema hidraulică, droselele sunt de două categorii:

drosele de traseu, care se montează direct pe conductele schemei hidraulice și care pot fi cu sau fără supapă de sens;

drosele de panou, care se montează pe panoul de comandă al instalației hidraulice și care sunt întotdeauna însoțite de supape de sens.

Simbolizarea acestor elemente de reglare a debitului este data în tabelul 1.7.

Tabelul 1.7.

Echipamentul auxiliar al schemelor hidraulice se compune din: conducte, filtre, acumulatoar, rezervor (tanc), schimbător de căldură.

Conductele asigură circulația agentului motor către diferitele elemente ale schemei. Simbolizarea lor este redată în tabelul 1.8.

Tabelul 1.8.

Filtrele sunt elemente destinate purificării agentului motor. Ele au rolul să rețină atât particulele mecanice cât și produsele de oxidare din agent. Într-o schemă hidraulică trebuie să existe minim trei filtre și anume: filtrul de umplere și aerisire, filtrul pe conducta de aspirație a pompei și un alt filtru montat în schema hidraulică.

Acumulatoarele sunt elemente care înmagazinează o parte a energiei hidrostatice furnizată de pompe, constituind pentru schema hidraulică o rezervă de energie hidrostatică. Acestea se montează pe o derivație a conductei de refulare a pompei. Scopul acumulatoarelor hidraulice este de a prelua volume de lichid sub presiune și de a le restitui ori de câte ori este necesar.

Rezervorul (tancul) are rolul de a furniza agentul motor schemei hidrostatice precum și de a limita temperaturile de funcționare ale acesteia.

Simbolizarea acestor elemente este redată în tabelul 1.9.

Tabelul 1.9.

Aparatele de măsură și control au rolul de a măsura și indica parametrii de lucru ai agentului motor: presiunea se măsoară cu manometrul, debitul cu debitmetrul iar temperatura cu termometrul. Simbolizarea acestor aparate este indicată în tabelul 1.10.

Tabelul 1.10.

În cadrul lucrării se va analiza schema din figura 1.2. atât ca poziție a elementelor în schemă cât și a rolului lor.

Figura 1.2. Schema hidraulică a ciclului de lucru avans rapid – avans lent – retragere rapidă

LUCRAREA NR. 2

Pompe cu roți dințate

Obiectivul lucrării

Lucrarea își propune să prezinte una dintre pompele cel mai des utilizate în instalațiile hidraulice de putere medie, pompa cu roți dințate. Larga ei utilizare se datorește simplității constructive, a fiabilității ridicate și a întreținerii ușoare. Este o pompă cu debit constant deoarece datorită construcției ei nu își poate modifica volumul specific.

Pompa cu roți dințate realizează debite de până la 1000 l/min și presiuni maxime de 250 bari. Ea nu se utilizează ca motor decât în cazuri rare datorită cuplului motor redus pe care îl dezvoltă.

Aspecte teoretice

După numărul de roți dințate în angrenare și felul danturii pompele pot fi:

cu două roți (rotoare), care pot avea dantură exterioară sau interioară;

cu mai multe roți dințate.

Cele mai răspândite sunt pompele cu două roți dințate (figura 2.1.), cu dantură exterioară.

Figura 2.1.Pompa cu două roți dințate egale, cu dantură exterioară

Pompa preia agentul hidraulic prin orificiul de aspirație A și îl transportă prin golurile dintre dinții roților spre orificiul de refulare R. Cele două roți dințate, una antrenoare și cealaltă antrenată, se rotesc cu turația n în interiorul carcasei.

Turația de antrenare a pompelor cu roți dințate nu depășește 3000 rot/min. De regulă, pentru siguranță și creșterea duratei de funcționare, se recomandă ca turația de antrenare să fie de 1500ans lent – retragere rapidă

LUCRAREA NR. 2

Pompe cu roți dințate

Obiectivul lucrării

Lucrarea își propune să prezinte una dintre pompele cel mai des utilizate în instalațiile hidraulice de putere medie, pompa cu roți dințate. Larga ei utilizare se datorește simplității constructive, a fiabilității ridicate și a întreținerii ușoare. Este o pompă cu debit constant deoarece datorită construcției ei nu își poate modifica volumul specific.

Pompa cu roți dințate realizează debite de până la 1000 l/min și presiuni maxime de 250 bari. Ea nu se utilizează ca motor decât în cazuri rare datorită cuplului motor redus pe care îl dezvoltă.

Aspecte teoretice

După numărul de roți dințate în angrenare și felul danturii pompele pot fi:

cu două roți (rotoare), care pot avea dantură exterioară sau interioară;

cu mai multe roți dințate.

Cele mai răspândite sunt pompele cu două roți dințate (figura 2.1.), cu dantură exterioară.

Figura 2.1.Pompa cu două roți dințate egale, cu dantură exterioară

Pompa preia agentul hidraulic prin orificiul de aspirație A și îl transportă prin golurile dintre dinții roților spre orificiul de refulare R. Cele două roți dințate, una antrenoare și cealaltă antrenată, se rotesc cu turația n în interiorul carcasei.

Turația de antrenare a pompelor cu roți dințate nu depășește 3000 rot/min. De regulă, pentru siguranță și creșterea duratei de funcționare, se recomandă ca turația de antrenare să fie de 1500 rot/min.

Pentru calculul debitului se ia în considerare volumul de fluid ce este transportat între A și R la o rotație, de către o roată dințată. Conform figurii 2.1 acesta este:

V1=0,5πDw1hl [mm3] (1)

în care: Dw1 – diametrul de divizare al roții dințate conducătoare [mm]; Dw1 = mz1

h – înălțimea dintelui [mm]; h = 2m

l – lățimea roții [mm]; l = mm

z1 – numărul de dinți al roții conducătoare;

n1 – turația roții conducătoare [rot/min];

m – modulul roții dințate [mm].

Debitul pompei va fi:

Q=πDw1hz1ln1 [l/min] (2)

Înlocuind în relația (2) elementele geometrice ale roții, în funcție de modul și numărul de dinți și ținând seama de unitățile de măsură se obține:

Q=210-6πm3z1mn1 (3)

La pompele cu trei rotoare debitul se dublează.

Pentru calculul aproximativ al momentului de antrenare al pompei se ia în considerare volumul de agent transportat la o rotație:

V=2V1 (4)

Iar momentul de antrenare va fi:

[Nm] (5)

în care: p – presiunea de lucru [bari];

V – volumul [mm3]

Instalarea pompei volumice

Antrenarea mecanică a pompei se face fie coaxial cu arborele de intrare, prin intermediul unui cuplaj elastic, fie lateral față de arborele de ieșire, când transmiterea mișcării se face prin angrenaj, roți de curea sau lanț.

Conectarea pompei la rețeaua hidraulică a instalației trebuie să respecte următoarele reguli:

montarea obligatorie în apropierea orificiului de refulare a unei supape de siguranță pentru reglarea presiunii și deversarea excedentelor de debit ale pompei (figura 2.2);

la conectarea în serie a două sau mai multe pompe este obligatorie ca cea din amonte să aibă debitul ceva mai mare decât cea din aval, excedentul urmând a fi eliminat continuu prin supapă (figura 2.3);

la conectarea în paralel a două sau mai multe pompe se vor folosi supape de sens la conectarea pompelor, supape care fac posibilă reglarea pompelor la presiuni diferite,precum și oprirea uneia fără a perturba funcționarea celorlalte (figura 2.4).

Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării vor fi demontate, studiate și relevate diferite pompe cu roți dințate.

În funcție de diametrul arborelui de antrenare al pompei se vor alege trei motoare de același diametru cu turații diferite (na=750, 1000 și 1500 rot/min la mersul în gol).

Se vor nota: tipul de motor, puterea și turația la mersul în sarcină. Pentru fiecare motor se va calcula momentul de antrenare:

Ma=103 [Nmm] (6)

unde: Pi – puterea la arborele motorului electric [W]

ni –turația la arborele motorului electric la mersul în sarcină [rot/min]

Considerând randamentul pompei = 0,9 se va determina puterea la ieșirea din pompă:

Pe =Pi [W] (7)

Se vor măsura dimensiunile roților dințate ale pompei: diametrul exterior al roții conducătoare (Da1); numărul de dinți a roții conducătoare (z1); lățimea roții (l). Se va stabili și standardiza modulul roților, ținând seama că:

[mm] (8)

Conform STAS 822-82 modulul poate fi: 1; 1,125; 1,25; 1,375; 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5; 2,75; 3; 3,5; 4 [mm] ș.a.

Se vor calcula debitele furnizate de pompă în condițiile antrenării ei cu cele trei motoare alese, cu relația:

Q=210-6m2z1lni [l/min] (9)

Făcând echilibrul puterilor la intrarea și ieșirea din pompă:

(10)

Presiunea fluidului la ieșirea din pompă va fi:

p==612 [bari] (11)

Pentru cele trei motoare alese (cu turații diferite), având același diametru cu al pompei se va completa următorul tabel:

LUCRAREA NR. 3

Pompe și motoare cu palete

Obiectivul lucrării

Lucrarea își propune să prezinte o mașină cu palete ce poate fi utilizată atât ca pompă cât și ca motor, poate fi construită în variantă cu debit constant sau variabil, prezintă gabarit redus, lucrează la presiuni medii (200 bari) și are fiabilitate ridicată.

Se va urmări: cunoașterea constructivă a acestor pompe și motoare; calculul debitului și a turației ce se pot realiza în diverse condiții, în funcție de parametri lor geometrici; modul de montare în instalație.

Aspecte teoretice

Pompele și motoarele cu palete se construiesc în două variante: cu debit vehiculat constant și cu debit variabil.

La cele cu debit constant, în condițiile antrenării rotorului pompei cu turație constantă, debitul refulat va fi constant iar în cazul alimentării motorului cu palete cu debit constant, el furnizează o turație constantă la ieșirea din motor.

După poziția paletelor, pot fi: cu palete în rotor (cel mai des) sau cu palete în stator.

Pompele și motoarele cu palete în rotor pot fi cu dublă acțiune, când au două perechi de camere de admisie și refulare (figura 3.1) sau cu acțiune multiplă când prezintă mai multe perechi de camere de admisie și refulare.

Figura 3.1.Pompe cu palete cu debit constant

La aceste mașini, statorul 1 are un alezaj oval iar în centrul lui se află rotorul 2 prevăzut cu paletele 3, antrenat în mișcare de rotație. În mișcarea lor, paletele mătură un spațiu variabil cuprins între stator și rotor. Acest spațiu se mărește în dreptul camerelor de aspirație A1 și A2 creindu-se depresia necesară aspirației agentului motor și se micșorează în dreptul camerelor R1 și R2 realizându-se refularea agentului din pompă.

Funcționarea ca motor se obține alimentând sub presiune camerele R1 și R2 și punând în comunicație cu rezervorul camerele A1 și A2. Forțele de presiune care acționează pe o suprafață mai mare în dreptul camerei de refulare vor creia un cuplu motor care antrenează rotorul în mișcare de rotație în sens contrar celui indicat pe figura 3.1.

Menținerea paletelor în contact cu statorul se asigură prin arcuri sau cu presiune de ulei introdus în spațiul de sub palete: camerele a1 și a2 primesc ulei sub presiune, iar camerele b1 și b2 sunt cuplate la rezervor. Camerele sunt plasate în flanșele frontale ale pompei și comunică cu spațiile de sub palete. La motoare este invers, camerele a1 și a2 au comunicație cu rezervorul.

Debitul refulat de pompa cu dublă acțiune:

Q=2l(r1-r2)[(r1+r2)–bz/cos]n (1)

unde: r1 și r2 – sunt cele două raze (minimă și maximă) ale alezajului oval;

l – lățimea paletei;

b – grosimea paletei;

z – numărul de palete;

– unghiul de înclinare a paletei (Figura 3.2);

n – turația primită de la motorul electric.

Figura 3.2.Schema de calcul al debitului pompei cu palete cu debit constant

În cazul când mașina funcționează ca motor, turația furnizată va fi:

(2)

b) Cele cu debit variabil, se deosebesc de cele cu debit constant prin faptul că axa rotorului este deplasată față de cea a statorului cu excentricitatea e. Uleiul este aspirat de pompă, prin camera de aspirație A (figura 3.3), datorită depresiunii create, ca urmare a faptului că volumul măturat de palete crește și este refulat în camera de refulare R, unde spațiului dintre rotor și stator descreste. Debitul refulat de pompă se reglează prin modificarea excentricității e.

Figura 3.3.Pompe cu palete cu debit variabil

Paletele sunt menținute în contact cu statorul prin ghidare forțată sau fiind împinse cu arcuri plasate sub palete. Ghidarea se asigură cu cepuri laterale, care culisează în flanșele laterale. Camerele de sub palete, din rotor, au comunicație cu spațiul dintre rotor și stator pentru evitarea depresiunii la aspirație, sau comprimării uleiului la refulare. Recircularea uleiului de sub palete se poate asigura prin practicarea în capacul pompei a unor camere care fac legătura între spațiul de sub paletă și spațiul dintre rotor și stator.

Debitul unei pompe cu palete cu debit variabil are expresia:

Q=2(D–bz)lne (3)

unde: D – diametrul interior al alezajului statorului;

b – grosimea paletei;

l – lățimea paletei;

z – numărul de palete;

e – excentricitatea;

n – turația primită de la motorul electric.

Aceste pompe se folosesc, în general, pentru debite mari și presiuni relativ mici, parametrii lor caracteristici fiind:

Q = (150…1500) [l/min];

p = (50…70) [daN/cm2]

n = (500…1500) [rot/min];

P = (2…50) [kW].

La funcționarea ca motor, turația motorului poate fi reglată, pentru un debit constant de alimentare, prin varierea excentricității e. Turația motorului este dată de expresia:

n= (4)

unde: Q – debitul administrat motorului; celelalte notații rămânând ca la relația (3).

Pompele cu debit variabil pot beneficia de o serie de calități și performanțe deosebite în condițiile când sunt construite cu regulatoare de putere.

Pompele cu palete cu regulator de putere au scopul de a acorda debitul refulat de pompă cu presiunea din sistem. Astfel, când în sistemul hidraulic nu mai este necesar a se furniza debit de ulei (la capetele de cursă ale motoarelor de acționare, în fazele ciclului de lucru fără deplasare etc.) datorită creșterii presiunii în regulator se comandă reducerea debitului pompei aproape de valoarea zero.

Pompele cu palete cu debit variabil prevăzute cu regulator de putere au următoarele avantaje principale:

se îmbunătățește bilanțul energetic al sistemului de acționare prin acordarea automată a debitului refulat la necesitățile reale ale consumatorului;

se micșorează temperatura uleiului ca urmare a reducerii debitului vehiculat;

se simplifică sistemul de protecție al schemei hidraulice, prin supapa de presiune trecând un debit mai mic;

capacitatea rezervorului de ulei poate fi micșorată, reducându-se cantitatea medie de ulei vehiculată.

Pompele cu regulator de putere se construiesc în două variante: folosind deplasarea cu arc a statorului sau folosind deplasarea hidraulică a statorului.

Pompa cu regulator folosind deplasarea cu arc a statorului (figura 3.4.) are statorul (4) format dintr-un inel deplasabil iar camera de refulare dispusă asimetric în raport cu axa pompei. Forța rezultantă F a presiunii din dreptul camerei de refulare se descompune în componentele F1 și F2 . Forța F2 este preluată de reazimele fixe ale arborelui rotorului iar forța F1 presează statorul deplasabil asupra resortului (2). Când forța F1 depășește forța de pretensionare a resortului, atunci statorul este deplasat, reducându-se excentricitatea e. Șurubul (1) reglează forța de pretensionare a resortului (2), reglând astfel presiunea la care are loc reducerea excentricității.

În repaos, când pompa nu refulează ulei, arcul (2) deplasează statorul la excentricitatea reglată inițial prin șurubul (3).

Figura 3.4.Pompa cu palete cu regulator de putere folosind

deplasarea cu arc a statorului

Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării vor fi demontate, studiate și relevate diferite pompe cu palete.

Se vor măsura dimensiunile paletelor (b, l) și ale alezajului statoric (r1; r2- pentru pompele cu debit constant și D- pentru pompele cu debit variabil), numărul paletelor (z) și înclinarea lor.

Considerând că pompa poate fi antrenată de trei motoare cu turații diferite (n=750, 1000 și 1500 rot/min la mersul în gol), se vor calcula debitele furnizate de pompă în condițiile antrenării ei cu cele trei motoare, cu relația:

– pentru pompa cu debit constant:

Q=210-6l(r1-r2)[(r1+r2) – bz/cos]n (5)

– pentru pompa cu debit variabil:

Q=210-6(D – bz) lne (6)

în cazul reglării excentricității e la trei valori între maxim și minim.

Făcând echilibrul puterilor la intrarea și ieșirea din pompă:

(7)

unde: =0,9 randamentul pompei.

Presiunea fluidului la ieșirea din pompă va fi:

p= [bari] (8)

Pentru cele trei motoare de antrenare alese (cu turații diferite), având același diametru cu al pompei se va completa următorul tabel:

LUCRAREA NR. 4

Pompe și motoare cu pistonașe axiale

Obiectivul lucrării

Lucrarea își propune să prezinte pompele și motoarele cu pistonașe axiale, mașini hidraulice care au o mare răspândire datorită comportării bune în exploatare, a fiabilității ridicate și a posibilităților de implementare în categorii de instalații de mare diversitate. Pot realiza presiuni de până la 700 bari și debite de peste 800 l/min. De asemenea, datorită echilibrării radiale și axiale foarte bune, turațiile de antrenare pot depăși 3000 rot/min, iar în cazuri speciale pot ajunge la 20000 rot/min.

Aspecte teoretice

Pompele și motoarele cu pistonașe axiale se construiesc în două variante: cu debit, respectiv turație constantă sau cu debit respectiv turație variabilă.

După modul de antrenare al blocului pistonașelor în raport cu discul antrenor se disting două categorii principale de astfel de mașini:

– cu bloc înclinat;

– cu disc înclinat.

În ambele cazuri, blocul cilindrilor este antrenat în mișcare de rotație și datorită înclinării dintre axa blocului cilindrilor și axa discului, pistonașele sunt obligate să descrie o cursă h aspirând ulei din camera A și refulându-l în camera R. La construcțiile cu debit variabil, se poate modifica unghiul de înclinare a discului și astfel cursa h a pistoanelor.

La pompa cu pistonașe axiale cu bloc înclinat (figura 4.1.) antrenarea se realizează prin arborele 6, care rotește discul 5 și acesta prin axul cardanic 4 pune în mișcare de rotație blocul pistonașelor 1. Pistoanele 2 sunt legate de discul 5 prin tijele 3 terminate cu articulații sferice. Blocul pistonașelor 1 este etanș față de discul de distribuție fix 7, în care se află practicate camerele de aspirație A și refulare R.

Figura 4.1. Pompa cu pistonașe axiale cu bloc înclinat

Figura 4.2. Construcția unei pompe cu pistonașe axiale

cu bloc înclinat și debit constant

Debitul pompei cu pistonașe axiale cu bloc înclinat este dat de expresia:

Q=h.z.n (1)

unde: h – cursa pistoanelor; h = 2R.sin

z – numarul de pistoane;

n – turația pompei;

d – diametrul unui pistonaș.

La pompa cu pistonașe axiale cu disc înclinat (figura 4.3) blocul pistonașelor 1 se rotește cu turația n. Pistoanele 2, presate de arcuri asupra discului înclinat 5, execută o cursă de lungime h. Discul de distribuție fix 6, conține camerele A și R.

Figura 4.3. Pompa cu pistonașe axiale cu disc înclinat

Debitul acestei pompe, cu notațiile din figura 4.3., se scrie:

Q=D.tg.z.n (2)

Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării vor fi demontate, studiate și relevate pompe cu pistonașe axiale. După efectuarea măsurării dimensiunilor elementelor componente vor fi calculate debitele cu relațiile prezentate anterior (1 sau 2).

Volumul de ulei refulat la o rotație a blocului va fi:

V=h·z··d2/4[mm3] (3)

Iar debitul se va calcula în cazul acționării cu motoare având turația la mersul în gol de 3000 rot/min.

Q=10-6·h·z·n··d2/4 [l/min]

Adoptând pentru presiune valori de 500, 600 și 700 bari, se va calcula momentul de antrenare al pompei cu relația:

Ma=10-4[Nm] (4)

unde: p- presiunea [bar] ;

V- volumul [mm3].

Puterea necesară pentru dezvoltarea presiunii p se va calcula cu relația:

P=[KW] (5)

Se consideră randamentul =0,9.

Cu rezultatele obținute se va completa tabelul de mai jos:

LUCRAREA NR. 5

Analiza constructiv-funcțională și calculul cilindrilor hidraulici

Obiectivul lucrării

Lucrarea își propune să analizeze soluțiile constructiv – funcționale ale cilindrilor hidraulici și cum trebuie făcută instalarea lor mecanică și hidraulică.

Se va urmări: cunoașterea constructivă a unor cilindri hidraulici, calculul debitului de fluid necesar deplasării pistonului cu o anumită viteză, presiunea necesară pe piston pentru dezvoltarea unei anumite forțe axiale, realizarea diverselor scheme de acționare și varierea parametrilor de lucru.

Aspecte teoretice

Cilindri hidraulici, cunoscuți și sub denumirea de motoare hidraulice liniare sau cilindri de forță, sunt elemente cu rol de execuție. Ei realizează conversia energetică inversă: din energie hidrostatică în energie mecanică, caracterizată de doi parametri, forță și viteză.

Aceste motoare au o largă răspândire datorită simplității constructive și a posibilității de realizare a unor forțe mari și foarte mari de acționare.

Datorită marii diversități de motoare hidrostatice rectilinii, clasificarea acestora trebuie făcută din mai multe puncte de vedere, astfel:

Din punctul de vedere al modului în care agentul motor acționează pe fețele pistonului, se disting:

cilindri cu simplu efect (figura 5.1. j);

cilindri cu dublu efect (figura 5.1. a, b, c, d).

Din punctul de vedere al mobilității elementelor ele pot fi:

cu cilindru fix și piston mobil (figura 5.1. a, c, e, g, l, j, k);

cu cilindru mobil și piston fix (figura 5.1. b, d, f, h).

3. Din punct de vedere al raportului dintre diametrul tijei și al pistonului:

cu diametrul pistonului mai mare decât diametrul tijei (figura 5.1.a,b,c, d, g);

cu diametrul tijei egal cu diametrul pistonului, numite și pistoane plonjoare (figura 5.1. e, f).

4. Din punct de vedere al numărului de motoare ce acționează același organ de lucru:

hidromotoare singulare (figura 5.1. a, b, c, d, h);

hidromotoare multiple, care pot fi cuplate în serie (figura 5.1. h, i, k) sau în paralel (figura 5.1. e, f, g).

Cilindri de forță se leagă în serie sau în paralel pentru a mări forța de acționare sau cursele de deplasare ale organului acționat.

Figura 5.1. Tipuri de cilindri hidraulici

Soluțiile de instalare mecanică pentru cilindri hidraulici sunt variate, depinzând de rolul funcțional în ansamblul din care aceștia fac parte. Ei pot fi legați de organele pe care le acționează sau de batiu prin:

-capete filetate (figura 5.2. a);

-capete cu ocheți (figura 2. b și c);

-suport de legătură (figura 5.2. e);

-flanșe (figura 5.2. g);

-articulații pe corpul motorului (figura 5.2. d).

Figura 5.2. Instalarea mecanică a cilindrilor hidraulici

Soluțiile de instalare hidraulică ale cilindrilor sunt în funcție de numărul cilindrilor ce se alimentează. Astfel, se disting:

Alimentare individuală a cilindrului (figura 5.3.) cu mai multe variante:

Figura 5.3. Soluții de instalare hidraulică a cilindrilor de forță

Cilindrul alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu două poziții (figura 5.3. a). Soluția nu permite pistonului să staționeze decât la capătul de cursă, în pozițiile extreme.

Cilindrul este alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu trei poziții (figura 5.3. b). Soluția permite blocarea pistonului în orice poziție, pe toată lungimea cursei.

Cilindrul este alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu trei poziții și două supape antișoc (4 și 5), figura 5.3. c. Supapele montate între camerele cilindrului evită crearea suprapresiunii în conductele de legătură dintre distribuitor și cilindru. Suprapresiunea se poate datora unor forțe externe care continuă să acționeze în momentul opririi bruște a pistonului. La depășirea presiunii într-una din camerele cilindrului, supapa se deschide spre cealaltă cameră, în care există tendința inversă, de vidare.

Pistonul cilindrului poate fi deplasat mecanic (figura 5.3. d), într-un sens sau altul, prin intermediul tijei, în momentul când distribuitorul (7) este în poziție mediană. În această poziție, ambele camere ale cilindrului comunică cu rezervorul.

Soluția permite mărirea vitezei pistonului prin recircularea lichidului de la camera mică a cilindrului spre camera mare, lucru posibil datorită distribuitorului (8) cu patru poziții (figura 5.3. e).

Alimentarea mai multor cilindri de la o singură pompă (figura 5.4.) cu mai multe variante:

Figura 5.4. Alimentarea mai multor cilindri de la o pompă

Soluția este denumită „legare în paralel” (figura 5.4. a). Ea oferă posibilitatea acționării simultane a doi sau mai mulți cilindri prin comenzi aferente date de distribuitoare. În acest caz, în condițiile unei comenzi simultane, cilindri vor acționa în ordinea descrescătoare a presiunilor de lucru.

Soluția este denumită „legare în serie” (figura 5.4. b). Este cazul unui multiplu de cilindri în care primul este alimentat de pompă iar următorii de către cilindrul imediat anterior. Soluția oferă posibilitatea deplasării sincrone a cilindrilor cu viteze ce variază în funcție de caracteristicile lor dimensionale.

Desfășurarea lucrării

Se va proiecta un cilindru hidraulic care trebuie să dezvolte la tijă o forță de împingere Fi=200 daN, să împingă obiectul acționat cu o viteză de lucru vi=0,5 m/min pe o distanță c=300 mm și să se retragă cu o viteză vt=2m/min. Presiunea dezvoltată de pompă este p=3 MPa. Schema de funcționare este dată în figura 5.5.

Figura 5.5. Schema hidraulică

Forța axială pe piston:

F=p·Sp (1)

unde: Sp- este suprafața efectivă a pistonului:

Sp1= sau Sp2=

D- diametrul interior al cilindrului;

d- diametrul tijei pistonului.

Din relația (1) va rezulta diametrul interior D:

D= (2)

în care: – randamentul mecanic:

= 0,85…0,9

Se recomandă ca raportul dintre diametrul pistonului și diametrul tijei să fie:

Cursa acestor motoare este cuprinsă între valorile c=87,5…865 mm.

În figura 5.6 este prezentată construcția unui cilindru hidraulic cu dublu efect.

Figura 5.6. Cilindru hidraulic cu dublu efect

Debitul de lichid necesar în cilindru se calculează cu relația:

Q= [l/min] (3)

în care:- este randamentul volumetric:

=0,9

Puterea hidraulică de intrare în motor:

Pm= [KW] (4)

unde: p [bari] ; Q [l/min].

Timpul necesar pentru parcurgerea cursei c:

ti= [min] sau tt= [min]

Diametrul orificiilor de intrare-ieșire:

di [mm] (5)

Pentru vu se adoptă valorile:

Se va reprezenta cilindrul hidraulic la dimensiunile obținute și se vor compara aceste dimensiuni cu cele date pentru cilindri standardizați.

LUCRAREA NR.6

Analiza constructiv-funcțională a distribuitoarelor cu sertar

Obiectivul lucrării

Sertărașele distribuitoare sunt cele mai răspândite elemente de distribuție din sistemul de acționare hidrostatic deoarece, pot fi folosite pentru game largi de debite și presiuni, permit frecvențe ridicate de comutare, asigură o multitudine de funcții de comandă, au formă constructivă și tehnologică simplă.

Din acest motiv, lucrarea își propune să prezinte în detaliu această aparatură precum și principalele probleme ce apar la proiectarea și la execuția lor.

Aspecte teoretice

Echipamentul de distribuție este destinat distribuirii sau dirijării agentului motor spre diferite conducte ale schemei hidraulice. El trebuie să prezinte siguranță în exploatare, rezistențe locale și pierderi prin frecare minime, pierderi de debit reduse, comandă ușoară și sensibilitate mare la schimbarea regimului de lucru, să realizeze inversarea fără șocuri a mișcării într-un timp cât mai scurt.

Echipamentul de distribuție al acționării hidrostatice este constituit din: robinete distribuitoare, distribuitoare cu bilă si distribuitoare cu sertar.

Dintre toate aceste elemente de distribuție, distribuitoarele cu sertar ocupă cel mai important loc, ele diferențiindu-se în funcție de o serie de criterii cum ar fi: numărul de canale, schema de distribuție și natura comenzii de comutare.

Un distribuitor cu sertar se compune dintr-o parte fixă – corp -, o parte mobilă – sertar – și anumite elemente de acționare. Funcționarea lor se bazează pe translatarea și oprirea sertarului în corp, în anumite poziții care asigură o corespondență precisă a căilor de comunicație prin care se face trecerea fluidului conform schemei de distribuție.

În figura 6.1. este prezentată schema unui distribuitor cu sertar cu rol de inversare a sensului de mișcare a unui organ de lucru solidar cu pistonul motorului hidraulic.

În figura 6.1. a poziționarea sertarului permite fluidului refulat de pompa PH să alimenteze camera 1 a motorului hidraulic MH producând mișcarea cu viteza v1 ca urmare a trecerii prin orificiile P și A. Trecerea spre rezervorul Rz a fluidului din camere 2 a motorului MH se face liber prin orificiile B și R2 .

Comutând în poziția din figura 6.1. b, pompa PH alimenteză camera 2 producând deplasarea cu viteza v2, datorită refulării fluidului prin orificiile P și B. În acest timp, scurgerea fluidului din camera 1 a motorului se face prin orificiile A și R1 către rezervor.

Figura 6.1. Sertăraș distribuitor pentru inversarea sensului de mișcare

Ca rezultat al combinației dintre numărul de orificii și poziții ale sertărașului, există o gamă largă de distribuitoare.

Conform STAS 7145 simbolizarea distribuitoarelor se face sub forma unei fracții ordinare: numărătorul, reprezintă numărul căilor hidraulice racordate la distribuitor iar numitorul, numărul fazelor pe care le realizează distribuitorul.

La noi în țară sunt tipizate opt scheme de bază pentru distribuitoarele hidraulice notate 01…08, șase realizate pentru patru căi și două pentru cinci căi hidraulice (figura 6.2).

Figura 6.2. Poziții de comutare la distribuitoarele cu sertar

Comanda acestor distribuitoare poate fi realizată în variantă: manuală (figura 6.3), mecanică, hidraulică, pneumatică (figura 6.4) și electro-magnetică(figura 6.5).

Figura 6.3. Comanda manuală

Figura 6.4. Comanda pneumatică

Figura 6.5. Comanda electro-magnetică

Comanda manuală cu indexare asigură o poziție stabilă după comutare. Comenzile hidraulică și pneumatică sunt similare, numai că agentul de lucru este altul. Comanda electromagnetică este însă cea mai răspândită datorită avantajelor ei: prezintă posibilitatea automatizării electrice a ciclurilor de lucru, asigură o frecvență mare a comutărilor. Comanda electromagnetică se poate face cu curent continuu sau curent alternativ.

Distribuitoarele ce funcționează la debite mari (DN13 mm) nu mai pot fi comandate cu manetă sau cu electromagneți, deoarece forțele dinamice axiale sunt mari, de aceea, deplasarea plunjerului în vederea comutării se face printr-un alt sistem hidraulic. Această comandă hidraulică ce se face prin intermediul altui distribuitor poartă denumirea de pilotare. Pilotarea sertărașelor poate fi obținută în două variante: prin autopilotare (figura 6.6) sau prin pilotere exterioară.

Figura 6.6. Sertăraș distribuitor autopilotat.

Desfășurarea lucrării

Vor fi analizate constructiv și funcțional mai multe tipuri de distribuitoare pilotate și nepilotate. În conformitate cu cataloagele tehnice pentru aparatura hidraulică de distribuție, se va urmări sistemul de simbolizare și de codificare pentru trei dintre tipurile de distribuitoare cu sertar analizate.

Vor fi evidențiate traseele agentului hidraulic în funcție de cele trei poziții ale distribuitoarelor analizate.

Se va realiza montajul din figura 6.7. și se va descrie rolul celor două sertărașe în diversele lor poziții.

Figura 6.7. Ciclul AR-AL-RR cu reciclarea debitului

LUCRAREA NR. 7

Analiza constructiv-funcțională a aparaturii

pentru reglarea presiunii

Obiectivul lucrării

În cadrul sistemelor de acționare hidrostatică, aparatele pentru controlul presiunii, cunoscute sub denumirea de supape de presiune ocupă unul din primele locuri în ordinea importanței. Acest lucru este datorat faptului că presiunea este unul din cei doi parametri prin care se exprimă cantitativ puterea transmisă de către acționarea hidraulică respectivă.

Lucrarea își propune să analizeze cele mai cunoscute tipuri de supape hidrostatice, atât din punct de vedere constructiv și funcțional, cât și din punct de vedere al modului în care ele realizează anumite funcții în cadrul sistemului.

Aspecte teoretice

Supapele ce deservesc sistemele de acționare hidrostatice și se pot împărți, după rolul lor în sistem, în două mari categorii: supape de presiune și supape de blocare (supape de sens unic).

Supapele de presiune sunt destinate asigurării presiunii dorite pe anumite circuite hidraulice. Din punct de vedere funcțional, se împart în:

– Supape de limitare a presiunii;

– Supape de cuplare – decuplare;

– Supape de reducere a presiunii.

Supapele de limitare a presiunii asigură protecția instalației față de suprapresiuni. Ele se întâlnesc în două variante:

Supape de deversare, care funcționează normal deschise, ele deversând la tanc diferența dintre debitul constant al pompei și debitul variabil necesar motorului hidraulic. Supapa de deversare se montează în paralel cu pompa de debit constant (figura 7.1.).

Figura 7.1. Montarea în schemă a Figura 7.2. Montarea în schemă a

supapei de deversare supapei de siguranță

Supape de siguranță, funcționează în general normal închise și se montează în paralel cu o pompă cu debit variabil (figura 7.2). În acest caz, pompa va administra un debit corespunzător necesităților motorului hidraulic, dar când motorul ajunge la capăt de cursă sau intră în suprasarcină, depășindu-se în sistem presiunea nominală, supapa de siguranță SS se deschide și deversează la tanc tot debitul pompei.

Din punctul de vedere al comenzii, supapele de presiune se clasifică în:

– Supape cu comandă directă;

– Supape cu comandă pilotată.

Din punct de vedere constructiv, supapele de presiune se realizează în următoarele variante:

supape cu bilă;

supape cu taler;

supape cu plunjer.

Supapele de cuplare – decuplare sunt subordonate unui circuit hidraulic în care, atunci când se atinge presiunea impusă, se comandă alimentarea unui alt circuit hidraulic.

Supapele de reducere a presiunii au drept scop reducerea presiunii la o valoare mai mică decât cea din sistem și menținerea ei constantă indiferent de fluctuația presiunii principale.

Constructiv, în componența supapelor de presiune (figura 7.3.) există trei elemente importante: corpul supapei (1), elementul de închidere (2) care poate fi de tip bilă, taler sau plunjer și elementul elastic (3) prevăzut sau nu cu mecanism de reglare a forței (4).

a) normal închisă b) normal deschisă

Figura 7.3. Supape de presiune

La supapele normal închise (figura 7.3. a), elementul de închidere obturează complet trecerea de la un orificiu la altul, fiind apăsat pe scaunul din corp de către un element elastic. La supapele normal deschise (figura 7.3. b), există constructiv fanta h0 care permite scurgerea unui anumit debit de ulei de la un orificiu al supapei la celălalt. Această fantă se poate modifica la valoarea h, în funcție de nivelul presiunii controlat de supapă. Diversitatea soluțiilor constructive ale supapelor derivă din preocuparea producătorilor de a realiza cele mai avantajoase variante privind asigurarea funcțiilor, a siguranței în exploatare, a manevrabilității comode și a îmbunătățirii tehnicilor de racordare.

În figura 7.4, este reprezentată o supapă de presiune normal închisă, cu pilot de comandă. Canalul Cx al acestei supape poate fi obturat, caz în care pilotarea se realizează prin comandă internă sau poate fi conectat la un circuit de comandă externă, caz în care diuza (5) se înlocuiește cu un dop filetat. În cazul pilotării prin comandă internă, la un anumit nivel al presiunii se deschide supapa conică a pilotului (9), scade presiunea deasupra plunjerului (3) și schimbându-se echilibrul forțelor pe cele două fețe ale sale el este împins în sus, realizându-se legătura direcă P-T.

Figura 7.4. Supapă de presiune normal închisă, pilotată

1-corp; 2-bucșă; 3-plunjer; 4-arc; 5-diuză; 6-corp pilot; 7-dop filetat; 8-scaun supapă pilot; 9-supapă pilot; 10-arc;11-ghidaj arc; 12-bilă; 13-șurub de reglare

Soluțiile de instalare în schemă a supapelor de presiune sunt prezentate în figura 7.5. Supapele normal închise pot controla presiunea unui singur circuit (figura 7.5. a), sau a mai multor circuite înseriate (figura 7.5. b și c). În schema din figura 7.5. d, supapa normal închisă (3) cu drenaj intern, nu servește la reglarea presiunii din cilindrul (1) ce se află în amonte de ea, ci la asigurarea unei anumite succesiuni de deplasare, după cum urmează: cilindrul (1) va intra în lucru numai după epuizarea cursei cilindrului (2), atunci când presiunea p depășește valoarea de reglaj a supapei (3).

Fig.7.5. Soluții de instalare în schemă a supapelor

Desfășurarea lucrării

Se vor analiza soluțiile constructive ale supapelor prezentate în figurile 7.3 și 7.4 pe modelele fizice similare.

Se vor analiza soluțiile de instalare în schemă ale supapelor, prezentate în figura 7.5 și vor fi făcute pentru fiecare caz în parte aprecieri asupra realizării funcției supapei în cadrul sistemelor.

Se va realiza montajul din figura 7.6 unde supapele au rolul de a crea presiuni diferite, care să conducă la dezvoltarea de forțe diferite, când pistonul cilindrului hidraulic se deplasează într-un sens sau în celălalt.

Figura 7.6. Reglarea presiunii în funcție de sensul deplasării

LUCRAREA NR. 8

Analiza constructiv-funcțională a aparaturii pentru

reglarea debitului

Obiectivul lucrării

Echipamentul de reglare a debitului este destinat reglării vitezei sau turației motoarelor hidraulice, reglare realizată prin modificarea debitului administrat acestora.

În schemele hidraulice, reglarea debitului se poate face în două moduri: volumic (prin pompe cu debit variabil) și rezistiv. Deși are un randament energetic mai scăzut, reglarea rezistivă este de preferat în instalațiile de puteri mici și mijlocii, datorită simplității constructive, a sensibilității sporite în ce privește reglarea vitezei de deplasare a organului de lucru, manevrabilității ușoare a aparaturii și ușurinței efectuării controlului.

Lucrarea își propune să prezinte construcția celor mai folosite aparate pentru reglarea rezistivă a debitului, montarea lor în schemele hidraulice, înțelegerea rolului pe care îl au, precum și modul de alegere a lor pentru a corespunde scopului propus.

Aspecte teoretice

Reglarea rezistivă a debitului constă în montarea în circuitul de alimentare al hidromotorului a unei rezistențe hidraulice reglabile, cunoscută sub denumirea de drosel. De obicei, la această reglare pompa instalației este cu debit constant. Ea este însoțită de o supapă de deversare normal deschisă, care deversează la tanc diferența dintre debitul pompei și debitul furnizat motorului, reglat prin drosel. În cazul droselelor, modificarea debitului se face prin mărirea sau micșorarea unei fante de o anumită formă.

Ecuația de debit a unui drosel este de forma:

Q= (1)

în care: – coeficient de debit; =0,6…0,7

k – constantă în funcție de tipul agentului hidraulic (pentru uleiuri minerale k=0,885); k=

Δp – căderea de presiune pe drosel; Δp=1,5…3 bari

S – suprafața fantei de trecere.

Teoretic, debitul ce trece printr-un drosel variază liniar cu suprafața fantei de trecere. Practic însă, el se corectează cu o valoare datorată frecării vâscoase a agentului motor în timpul curgerii.

Există mai multe criterii de clasificare a droselelor, cel de bază fiind forma fantei de reglare (tronconică, circulară, inelară, dreptunghiulară, elicoidală).

După modul de montare în instalație, ele pot fi:

Drosele de traseu (figura 8.1) care se montează direct pe conductele schemei hidraulice și pot fi cu sau fără supapă de sens. Modificarea fantei de trecere a agentului (b), se realizează prin înșurubarea manșonului (2) pe corpul droselului (1). În interiorul corpului este prevăzută supapa (3), presată pe scaunul ei de către resortul (5).

Figura 8.1.Drosel de traseu

1- corp; 2- element de reglare; 3- taler; 4- inel O; 5- arc; 6- limitator de cursă

Drosele de panou (figura 8.2) se montează pe panoul de comandă al instalației hidraulice și sunt însoțite de obicei de supape de sens unic. Spre deosebire de droselele de traseu, droselele de panou asigură o reglare mai sensibilă a debitului de trecere pe conducta pe care acestea sunt montate.

Droselul de panou din figura 8.2 realizează modificarea suprafeței de trecere a fantei de droselare prin deplasarea axială a plunjerului (4), care constituie elementul de reglare, față de corpul (3). Droselul este prevăzut cu o supapă de sens unic (5), care permite circulația liberă a agentului hidraulic în sens contrar celui controlat de drosel.

Figura 8.2. Drosel de panou

1- tambur gradat; 2- organ de indexare cu bilă și arc; 3- corp; 4- element de reglare; 5- supapa de sens; 6- element pentru numărarea rotațiilor

Droselele prezentate au dezavantajul că nu mențin constantă viteza sau turația organului de lucru antrenat. Ele se folosesc doar când rezistența opusă organului de lucru este constantă sau dacă modificarea vitezei sau turației cu sarcina variabilă nu are o importanță deosebită. Îmbunătățirea stabilității vitezei motoarelor hidraulice alimentate cu pompe cu debit constant se realizează cu ajutorul regulatoarelor de debit (de viteză).

Construcția regulatoarelor se realizează dacă la un drosel simplu se atașează o supapă compensatoare (figura 8.3.)

Figura 8.3. Regulator de debit cu două căi

1-tambur gradat; 2- capac; 3- corp; 4- element de reglare a debitului;

5- capac; 6- supapă compensatoare; 7- limitator de cursă

Regulatoarele de debit se întâlnesc în două variante:

cu două căi (RD2), la care cele două căi sunt pompa și motorul iar supapa compensatoare este normal deschisă;

cu trei căi (RD3), la care cele trei căi sunt P, MH și tancul iar supapa compensatoare este normal închisă.

La regulatorul de debit cu două căi, fanta f a supapei compensatoare joacă rolul de drosel autoreglabil, deschiderea ei fiind determinată de căderea de presiune pe drosel care trebuie să rămână constantă. Dacă rezistența opusă la deplasarea organului de lucru crește, viteza lui va avea tendința să scadă, astfel crește presiunea în MH. Această presiune crescută, va acționa asupra plunjerului supapei (6), mărind fanta f, astfel că un debit mai mare refulat de pompa P va trece prin fantă spre drosel la motorul hidraulic MH. Tendința de scădere a vitezei este anulată de debitul sporit de ulei ce intră în MH și viteza se va menține astfel constantă.

Schemele de instalare a droselelor pentru reglarea vitezei sau turației motoarelor hidraulice sunt prevăzute în figura 8.4.

Figura 8.4. Instalarea droselelor în schemele de acționare a motoarelor hidraulice

Drosel pe conducta de admisie în motor – soluție simplă, permite motorului să lucreze la presiunea efectivă dictată de sarcină. Nu este asigurată însă concordanța debitului util (Q-q) cu sarcina S, pierzând total controlul vitezei în cazul apariției unei sarcini de sens contrar;

Drosel pe conducta de evacuare din motor – se păstrează controlul vitezei la apariția sarcinii negative, dar solicită permanent sistemul la presiunea maximă a supapei de siguranță. Este însă de preferat primei soluții;

Drosel montat în derivație – soluție eficientă energetic, deoarece descărcarea debitului excedentar nu se face prin supapa de siguranță la presiunea maximă de reglaj a acesteia, ci prin droselul însuși, la presiunea efectivă dată de sarcina S. Variația debitului util cu sarcina este însă și mai pronunțată ca în cazurile precedente;

Regulator cu trei căi pe conducta de admisie în motor – soluție cu randament energetic bun (descărcarea excedentului de debit făcându-se prin supapa stabilizatoare la presiunea dată de sarcină). Spre deosebire de cazul prezentat în figura 8.4.a, se asigură menținerea aproximativ constantă a debitului util la variația sarcinii S pozitivă;

Regulator de debit cu două căi montat pe conducta de evacuare din motor – deși cu randament energetic mai slab decât în cazul precedent (sistem mai solicitat, debitul q trecând prin supapa de siguranță), este recomandat la sarcini pozitive cât și la sarcini negative.

Regulator mixt – îmbină calitățile regulatoarelor prezentate în figurile 8.4. d și 8.4. e, punând însă probleme dificile de natură constructivă.

Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării de laborator se vor analiza din punct de vedere constructiv cele trei tipuri de aparate prezentate în figurile 8.1, 8.2 și 8.3, identificându-se elementele componente, rolul lor în ansamblu și funcționarea lor, pe modelele fizice existente în laborator.

Pe standul de laborator, a cărui schemă este prezentată în figura 8.5, se va determina experimental caracteristica Qdr=f(Δpdr).

Căderea de presiune pe drosel va fi determinată cu ajutorul manometrelor (3) și (5), pentru diferite deschideri ale fantei de trecere a droselului. Debitul respectiv va fi stabilit cu ajutorul debitmetrului (8).

Rezultatele măsurătorilor vor fi centralizate în tabelul 1 și vor fi reprezentate grafic.

Figura 8.5. Stand de laborator

1- pompă; 2- supapă de siguranță; 3 și 5 –manometre; 4 –drosel; 6 –distriduitor;

7 –supapă; 8 –debitmetru; 9 –termometru; 10 –filtru; 11 –schimbător de căldură

Tabelul 1

LUCRAREA NR. 9

Elemente de înmagazinare a energiei hidrostatice –

Acumulatoare

Obiectivul lucrării

Acumulatoarele sunt elemente ce înmagazinează o parte a enrgiei hidro-statice furnizată de pompe, constituind pentru schema hidraulică o rezervă de energie hidrostatică. Acestea se montează pe o derivație a conductei de refulare a pompei.

Acumulatoarele pot îndeplini următoarele funcții:

– constituie o rezervă de lichid sub presiune furnizând instalației hidraulice un surplus de debit în cazul în care pompa folosită are un debit mai mic decât debitul necesar;

– aplatizează vârfurile de presiune în schema hidraulică;

– amortizează pulsațiile de presiune și debit ale pompelor, fapt ce conduce la un regim stabil de funcționare al motoarelor hidraulice;

– recuperează energia de frânare: la frânarea motoarelor hidraulice energia poate fi stocată în acumulator.

Lucrarea își propune să prezinte câteve dintre cele mai folosite acumulatoare hidrostatice, precum și anumite particularități legate de construcția și calculul acumulatoarelor cu cameră elastică.

Aspecte teoretice

După modul în care se realizează acumularea energiei, acumulatoarele se împart în două categorii: mecano-hidraulice și pneumo-hidraulice. Din prima categorie fac parte următoarele tipuri: cu greutăți (gravitaționale) (figura 9.1) și cu arc (figura 9.2). Cele pneumo-hidraulice pot fi: cu piston (figura 9.3), cu burduf (cu cameră elastică) (figura 9.4) și cu membrană (figura 9.5).

Figura 9.1.Acumulator cu greutăți: Figura 9.2.Acumulator cu arc:

1-greutăți; 2-pistonașe; 3-cilindru. 1-capac; 2-arc; 3-corp; 4-piston

Figura 9.3. Acumulator cu piston: Figura 9.4. Acumulator cu membrană:

1-gaz; 2-piston; 3-corp; 4-lichid. 1 și 3-corp; 2-membrană; 4-supapă.

Figura 9. 5.Acumulator cu burduf

1-burduf; 2-corp; 3-element de protecție; 4-racord; 6-supapă.

Acumulatoarele pneumo-hidraulice sunt cele mai răspândite și se bazează pe principiul comprimării unei mase de gaz, de obicei azotul, deasupra unui piston, într-un burduf, sau deasupra unei membrane. Acumulatoarele cu piston au avantajul unei fiabilități ridicate la presiuni și temperaturi înalte. Nu se recomandă a fi folosite ca amortizoare de vibrații. Acumulatoarele cu burduf au avantajul unei sensibilități ridicate și a unei construcții simple și compacte. Acumulatoarele cu membrană prezintă avantajul frecărilor reduse și pot avea formă cilindrică sau sferică.

Presiunea gazului din acumulatorul pneumo-hidraulic se află în raport cu volumul acestuia în relația dată de legea transformării politropice:

p·Vn=const. (1)

în care: p – presiunea gazului;

V– volumul gazului;

n– exponent politropic (n=1,25).

Desfășurarea lucrării

Utilizând o schemă ca cea din figura 9.6, adoptând anumite valori pentru parametrii de lucru din sistem (p, Q) și pentru dimensiunile funcționale ale motoarelelor, se va face calculul de dimensionare pentru acumulatorul A.

Figura 9.6. Schema de alimentare a trei motoare hidraulice liniare

Presiunea de preîncărcare trebuie aleasă astfel ca presiunea de lucru să fie folosită cât mai eficient. În condiții politropice, încărcarea maximă se calculează cu relația:

p1=p20,2.p30,8 [bar] (2)

unde: p1 – presiunea de preîncărcare a acumulatorului;

p2, p3 – presiunea maximă respectiv minimă din sistem.

Volumul acumulatorului V1 se calculează cu relația:

V1= [litri] (3)

unde: Vx- volumul fluidului descărcat din acumulator [litri], se calculează cu:

Vx= (4)

unde: Di,j – diametrul cilindrului oarecare [dm];

dj – diametrul tijei motoarelor diferențiale [dm];

si,j – cursa motoarelor [dm];

Ni,j – numărul de curse pe ciclu;

Qp – debitul pompei [l/min];

tc – durata ciclului [min].

Volumul total al acumulatorului va fi dat de relația:

Vt =1,133·V1 [litri] (5)

LUCRAREA NR.10

Elemente pentru pregătirea aerului condiționat

Obiectivul lucrării

Lucrarea urmărește să inițieze studenții în cunoașterea elementelor necesare preparării aerului comprimat. Prepararea aerului comprimat prezintă etapele:

curățirea de impurități mecanice și de umezeală – în acest scop se folosesc filtrele de aer;

îmbogățirea fluxului de aer cu o anumită cantitate de ulei pulverizată în toată masa sa – în acest scop se folosesc ungătoarele de aer;

reglarea presiunii aerului și menținerea la o valoare constantă a ei – în acest scop se folosesc regulatoarele de presiune.

Lucrarea are și scopul de a obișnui studenții cu alegerea și codul de comandă pentru elementele necesare preparării aerului.

Aspecte teoretice

Buna funcționare a unei sistem pneumatic este asigurată numai în condiția pregătirii corespunzătoare a aerului comprimat înainte de a-l introduce în circuit. Pentru aceasta, aerul comprimat furnizat de compresor la cca. 4…6 bari trebuie supus unui proces de purificare pentru a se elimina impuritățile, iar pentru buna funcționare a instalației de acționare, i se va mări capacitatea de ungere prin pulverizarea în masa sa a unor particule de ulei. Totodată se va regla atent valoarea presiunii de lucru, necesară în instalația de acționare, în vederea atingerii parametrilor ceruți. Toate aceste operații, efectuate cu elemente specifice, constituie procesul de preparare a aerului.

Pentru efectuarea operațiilor de mai sus, se asamblează în sensul de curgere a aerului, în ordine: un filtru, un regulator de presiune și un ungător cu ceață de ulei. Aceste elemente formează un tot unitar cunoscut sub denumirea de stație de preparare a aerului comprimat.

În figura 10.1 este prezentată o astfel de stație în componența căreia intră: un filtru de aer 1, un regulator de presiune 5, prevăzut cu manometrul 4 și un ungător de aer cu ceață de ulei 6.

Construcția unui filtru care elimină impuritățile mai mari de 3, cât și condensul, este redată în figura 10.2. Aerul este introdus prin orificiul I, apoi printr-un canal îngust intră în filtru, unde filtrarea se face în două etape:

– filtrarea prin centrifugare, produsă de o rampă elicoidală (12), care prin lovirea aerului de pereții paharului (4), produce decantarea apei și a particulelor solide în partea de jos a acestuia. Sub acțiunea forței centrifuge și datorită răcirii aerului ca urmare a destinderii lui în zona de deasupra deflectorului superior (6), se produce condensarea particulelor foarte fine de apă, care antrenează și microparticulele rămase în suspensie care cad pe deflectorul inferior (14), de unde ajung în partea inferioară a paharului transparent (4) formând împreună cu apa condensată rezidul (3);

– filtrarea fină, care se realizează cu ajutorul unui cartuș filtrant (13), format din straturi de materiale sinterizate, care reține particulele foarte fine de impurități. Aerul astfel filtrat iese prin orificiul E. După o perioadă de folosință cartușul filtrant trebuie înlocuit deoarece căderea de presiune pe filtru devine mult prea mare și randamentul instalației scade.

Figura 10.1. Stație de preparare a aerului comprimat

Figura 10.2. Filtru de aer

Nivelul condensului din pahar nu trebuie să depășească limita maximă, de aceea paharul este prevăzut în partea de jos cu un robinet de golire (2).

Montarea filtrelor în instalație se face întotdeauna în poziție verticală, adică cu paharul în jos.

Alegerea filtrelor se face, determinând diametrul nominal ținând cont de doi parametri principali:

– debitul maxim de aer comprimat, necesar acționării pneumatice;

– căderea de presiune maximă acceptată, în instalația de acționare.

De obicei constructorii de elemente pneumatice furnizează caracteristica de debit pentru dimensionarea corectă a filtrelor (figura 10.3).

Figura 10.3. Caracteristica de debit a unui filtru

Orice stație de preparare a aerului comprimat are după filtru un regulator de presiune. Reglarea presiunii optime este absolut necesară, deoarece de valorile acestui reglaj depinde fiabilitatea elementelor ce compun instalația. Creșterea presiunii peste valoarea optimă conduce la uzura rapidă a elementelor de acționare, iar scăderea presiunii sub aceste valori determină ineficiența instalației.

Regulatorul de presiune este o supapă normal deschisă cu o cameră interioară, care are un dublu rol: reducerea presiunii aerului comprimat până la o valoare optimă și menținerea acestei valori cât mai constantă.

Cel mai des întâlnit regulator este cel cu membrană, prezentat în figura 10.4

Are o construcție relativ simplă ce constă dintr-un corp (7) asamblat prin șuruburi cu capacul (1). Între cele două piese se fixează ansamblul de comparare compus din membrana elastică (9), executată din cauciuc cu inserție textilă, discul (3) și talerul (2). Arcul (10) este pretensionat între talerele (2) și (11) de șurubul (12).

Aerul pătruns în regulator prin orificiul I, la presiunea pi, va trece spre ieșirea E prin droselul format de organul de reglare în formă de taler (6). Poziția talerului (6) este determinată de poziția membranei (9) pe care o urmărește prin intermediul tijei (4), datorită forței din arcul (10). Din echilibrul forțelor provenite din presiunea aerului ajuns prin orificiul (8), care acționează asupra talerului (3) și membranei (9), a forțelor provenite din arcurile (5) și (10) și a forței elastice a membranei (9), se realizează o fantă f de trecere a aerului, între talerul (6) și scunul lui, spre conducta de ieșire E, la presiunea pe. Fanta f joacă rolul unui drosel autoreglabil, prin care se limitează valoarea presiunii din conducta de ieșire. Valoarea presiunii de ieșire se stabilește în funcție de forța din resortul (10), reglată manual de către șurubul (12), prin care se variază fanta de droselare f. Menținerea constantă a presiunii de ieșire se realizează automat prin forțele care acționează asupra membranei. Dacă presiunea de ieșire crește, crește și presiunea care acționează asupra membranei, iar sub acțiunea forței din resortul (5), membrana și talerul coboară închizând fanta f. Astfel se mărește căderea de presiune pe fantă și presiunea la ieșire scade până la valoarea reglată. Valoarea presiunii de ieșire se va citi la un manometru , asamblat direct în corpul regulatorului, așa cum se vede în figura 10.1. Având în vedere modul de reglare a presiunii, prin intermediul ansamblului de comparare, regulatorelor de presiune li se mai spune și balanțe de presiune.

Figura 10.4 Regulatorul de presiune

Alegerea unui regulator de presiune se face pe baza debitului necesar reglat în instalația de acționare proiectată. Diametrul nominal sau mărimea racordurilor este o caracteristică care se determină cu relația:

Dcalc=2 [m] (1)

în care: Qnec – debitul de aer comprimat ce tranzitează regulatorul [m3/s]

w – viteza aerului, se acceptă w=6 m/s.

Alegerea se face în condiția DnDcalc, unde Dn este diametrul nominal al regulatorului ales din catalogul producătorului.

Aerul comprimat care a fost filtrat și uscat, nu are capacitate de ungere și din acest motiv este necesară dispersarea în masa sa a unor particule de ulei cu dimensiuni de cca.5 și chiar mai mici. Aceste particule asigură ungerea elementelor componente ale instalației de acționare. Pulverizarea particulelor se realizează cu ajutorul ungătoarelor, cunoscute sub denumirea de ungătore cu ceață de ulei.

Instalațiile moderne de acționare pneumatică nu au nevoie de ungătoare deoarece elementele componente sunt livrate unse cu lubrifianți care își fac serviciul pe toată durata de funcționare.

Cu toate acestea, sunt instalații care necesită lubrifierea aerului deoarece au componente ce nu pot fi unse pe viață.

Toate ungătoarele se bazează pe același principiu de funcționare, și anume: creerea unei căderi de presiune prin trecerea curentului de aer, ce urmează a fi îmbogățit în ulei, printr-o porțiune de diametru mai mic (figura 10.5).

Figura 10.5.Ungător cu ceață de ulei

Aerul pătrunde în ungător prin orificiul I și suferă o primă accelerare ca urmare a spațiului îngust prin care trebuie să treacă între corpul (9) și piesa specială (10), prevăzută cu o porțiune eliptică. Această piesă se poate roti în jurul axei verticale și astfel să varieze secțiunea de trecere, ceeace are drept consecință creșterea sau scăderea vitezei de curgere a aerului (secțiunea B-B).

Totodată piesa (10) este prevăzută cu un canal radial, oblic față de axa verticală, care este în comunicare cu orificiul de intrare și prin care circulă o mică parte din aerul comprimat și care suferă o nouă accelerare în spațiul îngust creat între piesa (10) și diuza (11) și de aici prin orificiile radiale ale piesei (12), pătrunde în partea superioară a paharului (1). Ca urmare a depresiunii ce se produce, prin orificiul central al piesei (11) se extrage ulei din rezervorul secundar aflat sub capacul (7). Totodată, aceeași depresiune determină absorbția uleiului din pahar prin tubul imersat (13), supapa de sens unic (8) și tubul (6). Uleiul preluat din rezervorul secundar, este pulverizat în jetul de aer și pătrunde sub formă de ceață în perna de aer aflată deasupra uleiului din pahar. Particulele mai mari de ulei se precipită datorită destinderii și numai aerul cu microparticule este antrenat în jetul de aer ce provine din circuitul principal spre orificiul de ieșire E.

Prin manevrarea droselului (4), aflat în corpul (9), se reglează presiunea în rezervorul secundar aflat sub capacul (7), care are efect asupra debitului de ulei. La închiderea droselului (4), debitul de ulei este la maxim, iar la deschiderea completă, debitul este nul.

Pentru o bună funcționare a ungătoarelor se recomandă ca: ungătoarele să funcționeze în poziție verticală; nivelul de instalare să fie superior elementelor pe care le deservește; locul de montaj să fie vizibil și ușor accesibil în vederea umplerii cu ulei și a efectuării reglajelor; trebuie ca la montaj să fie respectat sensul de curgere indicat de fabricant.

1.3. Desfășurarea lucrării

În cadrul lucrării vor fi demontate, studiate și analizate elementele de preparare a aerului.

După măsurarea dimensiunii conductei de alimentare cu aer se va indica seria grupului F.R.C. modular, folosind catalogul pentru “Echipamente pneumatice pentru automatizări industriale” produs de SMC (pag. 1.19 – 1.55).

Se va urmări realizarea montării lor în sistemul de acționare pneumatic.

LUCRAREA NR.11

Scheme de acționare cu un singur cilindru

pneumatic cu comandă directă

Obiectivul lucrării

La realizarea unei instalații de automatizare cu acționare pneumatică, o primă etapă constă în întocmirea unei scheme de principiu care să redea în mod clar succesiunea operațiilor și fazelor care compun ciclul de funcționare. Se stabilesc condițiile de pornire și oprire, condițiile de oprire în caz de avarie, precum și alte condiții specifice ciclului de lucru (temporizări, semnalizare optică sau sonoră, posibilități de reglaj a unor parametri etc.). Pe această bază se trece la realizarea schemei funcționale, în care sunt reprezentate cu ajutorul simbolurilor toate elementele care compun schema, precum și conexiunile dintre acestea, fără a se ține seama de amplasamentul real al acestor elemente.

În general, orice problemă de acționare, simplă sau complexă, poate fi soluționată în mai multe moduri. Schema optimă este aceea care îndeplinește toate condițiile funcționale impuse și este alcătuită dintr-un număr minim de elemente.

Acționările cu un singur motor pneumatic sunt utilizate frecvent pentru automatizarea unor operații de prindere și alimentare cu piese, pentru deplasarea unor organe de lucru sau scule, precum și la dispozitivele de prehensiune ale manipulatoarelor și roboților industriali.

Lucrarea își propune să obișnuiască studenții cu întocmirea schemelor funcționale de acționare pneumatică, în cazul când acestea se realizează cu un singur cilindru pneumatic. Prin realizarea practică și studierea unor scheme reprezentative și module funcționale tip se urmărește să se însușească metodologia, regulile de reprezentare și principiile generale ce stau la baza realizării acestor scheme.

Aspecte teoretice

Pentru realizarea schemelor pneumatice, descrierea și înțelegerea cât mai ușoară a funcționării acestora, se folosesc unele notații și reguli de reprezentare specifice.

Se folosesc pentru identificarea elementelor, litere și numere în diverse combinații, care să ilustreze cât mai clar elementul respectiv. Din considerații didactice, pentru diversele scheme s-au adoptat următoarele notații:

GPA – grup de preparare a aerului, compus din filtru + regulator (FR) sau filtru + regulator + lubrificator (FRL);

C1, C2, C3….- motoare pneumatice liniare (cilindri cu piston sau cu membrană);

MR1, MR2… – motoare pneumatice oscilante;

DP1, DP2…..- distribuitoare pneumatice principale;

D1, D2…. – distribuitoare pneumatice auxiliare;

BP1, BP2…- distribuitore pneumatice cu comandă manuală de tip impuls (butoane pneumatice).

ao, a1, bo, b1 – senzori de cursă: i=1,2..- numărul motorului; a1, b1 sau

j=1 – senzorul pentru cursa maximă; ao, bo sau j=0 – senzorul pentru cursa minimă (tijă complet retrasă);

DR1, DR2… – drosele simple;

DC1, DC2… – drosele de cale;

m1, m2… – comenzi manuale;

x – semnale de intrare produse de senzori de cursă.

Poziționarea elementelor în schemele pneumatice se poate realiza în două moduri:

Dispunerea topografică – elementele sunt poziționate în schemă astfel încât să sugereze dispunerea reală în instalație. Această dispunere se folosește în cazul schemelor simple, cu număr redus de elemente, la care circuitele pot fi urmărite ușor;

Dispunerea pe nivele – elementele sunt grupate pe nivele astfel încât fluxul energetic și informațional să meargă de la partea inferioară a schemei către partea superioară, iar secvențele (fazele) ciclului de funcționare să se deruleze de la stânga la dreapta (figura 11.1). Nivelul superior este nivelul de „putere” (subsistemul de acționare) și cuprinde motoarele pneumatice, distribuitoarele principale și elementele de reglare a vitezelor (drosele). Motorul din stânga efectuează prima cursă activă a ciclului, iar cel din dreapta ultima fază. Nivelul inferior cuprinde elementele de intrare (butoane, sesizore de cursă etc.). Între aceste două nivele sunt amplasate pe nivelul „logic” elemente logice (SI, SAU etc.) și distribuitoare auxiliare care materializează diferite funcții logice.

Figura 11.1. Dispunerea pe nivele a elementelor în schemele pneumatice

Pentru alimentarea unui motor cu simplă acțiune (simplu efect) – schema 1- este necesar un distribuitor principal cu cel puțin două poziții de lucru și trei orificii active (DP 3/2), notate cu P sau 1 – sursa de presiune, A sau 3 – atmosfera si C sau 3 – consumatorul, în acest caz camera activă a motorului. În cazul motoarelor cu dublă acțiune (dublu efect), distribuitorul principal trebuie să aibă minim două poziții de lucru și patru orificii active P (1), A (3), C1 (4), C2 (2). Majoritatea distribuitoarelor pneumatice sunt de tipul 5/2, cu două orificii de atmosferă, notate cu A1 și A2.

Pentru oprirea pistonului motorului pneumatic liniar în poziții intermediare pe cursă este necesar ca distribuitorul principal să aibă trei poziții de lucru (4/3 sau 5/3), iar în poziția centrală toate orificiile să fie închise (centru închis).

Reglarea vitezelor de deplasare se realizează cu ajutorul rezistențelor reglabile, denumite și drosele, care permit modificarea locală a secțiunii de curgere a aerului. La amplasarea acestora în scheme trebuie avute în vedere următoarele reguli:

Pentru fiecare viteză reglată este necesar un drosel care se conectează în schemă astfel încât să nu influențeze și alte viteze;

Se recomandă ca reglarea vitezelor să se realizeze prin controlul debitului de evacuare și numai dacă acest lucru nu este posibil, prin controlul debitului de admisie în motor. Controlul debitului de evacuare permite o regla-re mai stabilă a vitezei, dar această soluție conduce la creșterea contrapresiunii în camera de evacuare a motorului și în consecință la diminuarea forței utile.

Desfășurarea lucrării

Lucrarea este împărțită în două părți:

în prima parte se studiază schemele existente pe standurile de laborator, care evidențiază principiile de bază și modul de utilizare a diferitelor module funcționale;

în cea de-a doua parte, se concep schemele, care să răspundă cerințelor impuse, se realizează și se testează practic.

Acționările pneumatice cu un singur motor se pot realiza cu comandă directă sau indirectă (pilotată) pentru fiecare fază, în ciclu automat unic cu impuls de inițiere sau cu funcționare continuă (ciclu repetat). Aceste variante de utilizare sunt prezentate în exemplele următoare.

Comanda directă se utilizează în cazul când distanța dintre punctul de comandă (în care se găsește operatorul) și motorul pneumatic este relativ mică. Distribuitorul principal DP, cu poziție preferențială (monostabil – figura 11.2) sau cu memorie (bistabil – figura 11.3 și figura 11.4), este acționat prin buton, prin manetă, prin pedală sau de către un organ de mașină.

Figura 11.2. Cilindru cu simplă acțiune și revenire cu arc

Figura 11.3. Cilindru cu dublă acțiune cu comandă manuală

directă prin distribuitor bistabil și reglarea vitezei în ambele sensuri

Figura 11.4. Cilindru cu dublă acțiune cu comandă manuală directă prin

distribuitor cu centru închis, cu reglarea vitezei în ambele sensuri

În cazul schemei din figura 11.2 viteza pe cursa activă v1 este reglată prin controlul debitului admis, iar viteza de revenire v0 poate fi reglată, prin controlul debitului evacuat din motor.

În schema din figura 11.3 distribuitorul principal de tip 4/2 impune pentru reglajul vitezelor folosirea droselelor de cale, montate pe circuitele dintre motor și distribuitor.

În schema din figura 11.4 pistonul poate fi oprit în poziții intermediare ale cursei deoarece distribuitorul care deservește motorul este de tipul 5/3 cu centru închis. Reglarea vitezei în ambele sensuri se realizează cu drosele simple montate pe orificiile de atmosferă ale distribuitorului. Pistonul poate fi oprit în poziții intermediare pe cursă. Dacă distanța dintre cilindru și distribuitor este relativ mare, este totuși de preferat ca pentru reglarea vitezelor să fie utilizate drosele de cale montate ca în figura 11.3.

Se vor realiza schemele menționate mai sus cu aparatura existentă în laborator și se va urmări funcționarea instalației.

LUCRAREA NR. 12

Scheme pneumatice funcționale

Obiectivul lucrării

Acționările pneumatice participă funcțional în agregatele sau instalațiile deservite, ele oferind posibilități de SELECTARE de semnal, SUCCESIUNE de operații, MEMORARE ș.a.

În cadrul schemelor complexe pneumatice se întâlnesc asamblate între ele scheme funcționale de sine stătătoare care au rolul de a realiza anumite funcții pneumatice de bază.

Lucrarea își propune să deprindă studenții cu posibilitățile de folosire a schemelor ce pot realiza pneumatic diverse funcții (ȘI, SAU, NU, MEMORIE ș.a.).

Aspecte teoretice

Comanda și alimentarea elementelor de execuție – cilindri pneumatici, camere cu membrană etc. – se face cu ajutorul distribuitoarelor pneumatice. Prin combinarea acestor elemente și legarea lor în anumite moduri, se pot obține diverse scheme FUNCȚIONALE, astfel:

Funcția ȘI (Fig.12.1) este un circuit pneumatic în care acțiunea unui motor pneumatic liniar (MPL) se produce numai când alimentarea se face comandând distribuitoarele D1 ȘI D2 montate în serie. Această schemă se utilizează în cazurile: când vrem să obligăm un operator de la o mașină să comande o operație atât cu mâna stângă cât și cu mâna dreaptă; când condiționăm comanda manuală și de închiderea unei uși de protecție; când se execută o acțiune pe baza unor comenzi simultane din mai multe puncte, adică din punctul 1 și din punctul 2 și din 3 etc.

Fig.12.1. Funcția ȘI Fig.12.2. Funcția SAU

b) Funcția SAU (figura 12.2) constă dintr-un circuit în care acționarea cilindrului MPL poate fi făcută comandând un distribuitor D1 SAU un alt distribuitor D2. Cele două distribuitoare se montează în paralel iar între ele supapa dublă de sens SD, supapă ce permite alimentarea cilindrului prin distribuitorul D1 SAU prin distribuitorul D2.

Aplicarea acestei scheme se utilizează când acționarea MPL se comandă dintr-un loc fix de muncă sau din alte puncte disparate în jurul mașinii. De exemplu o ușă de la un garaj poate fi comandată local cu mâna sau poate fi comandată de la distanță călcând cu piciorul sau cu un vehicul peste un prag de comandă.

c) Funcția NU (figura 12.3) se aplică în cazul întreruperii unei acțiuni. Cilindrul MPL la capătul cursei NU va mai fi alimentat deoarece limitatorul de cursă montat pe tijă acționează asupra distribuitorului D2, care la rândul său va comanda schimbarea poziției lui D1, astfel că MPL nu va mai fi alimentat. Această funcție se aplică în toate cazurile de oprire automată a unei acțiuni la un anumit moment, de exemplu în scopul evitării unei avarii la apariția unei presiuni sau a unei temperaturi peste limitele admise.

Figura 12.3. Funcția NU Figura 12.4. Funcția “Memorie permanentă”

d) Funcția Memorie permanentă (figura 12.4) realizează menținerea unei comenzi dată sub forma unui impuls.

Cilindrul MPL rămâne alimentat, după ce distribuitorul D a primit o comandă scurtă C1. Caracteristic acestui circuit este prezența supapei duble de sens SD care, după întreruperea comenzii C1, menține distribuitorul D în poziția 2, astfel făcându-se alimentarea în continuare a cilindrului pneumatic, deci supapa dublă SD a memorat permanent comanda C1. Datorită neetanșeităților, această stare se menține totuși o perioadă limitată de timp dar suficientă pentru a fi considerată practic „PERMANENTĂ”. Ieșirea din starea de acționare, adică întreruperea memoriei, se poate face prin diverse circuite suplimentare astfel:

Distribuitorul D poate primi o comandă suplimentară C2 (figura 12.4);

Pe conducta c se montează un al doilea distribuitor care la o comandă manuală să pună MPL în legătură cu atmosfera și să întrerupă comanda distribuitorului D1;

În circuitul primar de alimentare se montează un distribuitor D2 care la comanda manuală întrerupe MEMORIA, oprind alimentarea MPL și a distribuitorului D.

e) Funcția Memorie temporară (figura 12.5) urmărește menținerea (MEMORAREA) unei comenzi pe o perioadă de timp limitată (TEMPORAR). Cilindrul pneumatic MPL este pus sub presiune atât timp cât presiunea aerului din rezervorul R se menține superioară presiunii aerului din distribuitorul D1 de alimentare, altfel spus, MPL este sub acțiune TEMPORAR, atât timp cât circuitul poate păstra (MEMORA) o comandă. Funcționarea circuitului începe prin comanda mecanică a distribuitorului D2. Aerul comprimat trece prin D2, supapa de sens SS și umple rezervorul R. Când presiunea aerului a crescut peste presiunea din distribuitorul D1 se produce comutarea lui D1 și alimentarea cu aer a MPL. După oprirea comenzii lui D2, droselul Dr permite temporizarea evacuării aerului în atmosferă din rezervorul R, iar în momentul când presiunea a scăzut sub presiunea aerului din distribuitorul D1, acest distribuitor își pierde comanda (MEMORIA) și întrerupe alimentarea cilindrului MPL. Această funcție are multiple aplicații, de exemplu: o piesă apucată de mâna unui robot nu poate fi prelucrată atât timp cât ea nu este suficient de bine strânsă, atât timp cât instalația nu MEMOREAZA un efect de presiune datorat strângerii pneumatice a piesei.

Figura 12.5.Funcția „Memorie temporară” Figura 12.6.Funcția „Interblocare”

f) Funcția Interblocare

Unele operații sau procese tehnologice INTERZIC categoric efectuarea simultană a două sau mai multe operații. De exemplu: este interzisă efectuarea operației de desfacere a unei piese în timpul operației de prelucrare a acesteia. Operatorul poate greși și uita să respecte această condiție. În sprijinul securității omului și a procesului tehnologic, comanda pentru acțiunea primei operații BLOGHEAZĂ comanda celui de al doilea element de execuție, de asemenea și comanda celui de al doilea element de execuție BLOCHEAZĂ acțiunea primului element. Această blocare reciprocă dintre cele două comenzi reprezintă funcția de INTERBLOCARE.

În figura 12.6 pentru realizarea funcției de INTERBLOCARE sunt două linii de execuție A1 și A2, comandate de comenzile C1 și C2 prin distribuitoarele D1 și D2. În poziția normală distribuitoarele sunt pregătite pentru primirea comenzii. În momentul efectuării comenzii C1 aerul comprimat acționează elementul de execuție A1 și comandă distribuitorul D2, blocând calea comenzii C2 spre acționarea A2 (D2 pe poziția 2). Situația este similară și când se emite, din starea de repaos, comanda C2 care produce blocarea comenzii C1 spre acționarea A1 (D1 pe poziția 2). Astfel, cele două comenzi C1 și C2 fiind INTERBLOCATE, schema nu permite efectuarea unei comenzi în timpul executării celeilalte comenzi.

În practică funcțiile descrise anterior sunt combinate între ele în cadrul unei scheme pneumatice. Schema efectuată trebuie să corespundă funcționării instalației pe care o deservește.

Desfășurarea lucrării

Pentru a înțelege cu ușurință aplicarea funcțiilor pneumatice se propune realizarea practică a schemei pneumatice care deservește un agregat cu regim periculos de lucru: un cilindru pneumatic, montat pe batiul unei mașini, urmează să preseze într-o matriță o piesă din material granulos. Procesul de presare fiind periculos, operatorul trebuie obligat în acest timp să părăsească acest spațiu. Pentru aceasta, comanda operației trebuie efectuată de operant în altă încăpere.

În cele ce urmează este propusă schema de acționare pneumatică (figura 12.7) a agregatului.

Figura 12.7. Schema de acționare pneumatică a unui agregat periculos

Fazele procesului tehnologic, în care se vor recunoaște FUNCȚIILE pneumatice sunt:

Faza I – Scoaterea de către operant a piesei prelucrate și alimentarea matriței cu materialul brut.

Faza II – Ieșirea operatorului din camera de presare, închiderea ușii care la sfârșitul cursei sale comandă distribuitorul 3 SAU distribuitorul 4 (figura 12.7), care prin intermediul supapei duble de sens 12 alimentează distribuitorul limitator de cursă 11. Fiind la început de cursă, cilindrul pneumatic 13 ține distribuitorul 11 acționat, permițând aerului comprimat să comande distribuitorul 6 anulând starea de siguranță în alimentare.

Faza III – Operatorul execută comanda cu mâna stângă asupra distribuitorului 1 ȘI cu mâna dreaptă asupra distribuitorului 2. Se trimete astfel o comandă sub formă de impuls distribuitorului 7 prin intermediul unei supape de sens unic 8. Distribuitorul 7 MEMOREAZĂ PERMANENT comanda pe care o transmite distribuitorului 9. Distribuitorul 9 având funcția de releu amplifică comanda primită, într-o acțiune de alimentare a cilindrului pneumatic 13 cu aer comprimat la puterea necesară operației de presare.

Faza IV – Are loc operația de presare, în care timp tija cilindrului pneumatic își continuă cursa activă până la limita dinainte stabilită, prin poziționarea unui distribuitor limitator de cursă 5.

Faza V – La capătul cursei active, cama tijei cilindrului pneumatic 13, comandă distribuitorul limitator de cursă 5 și acesta anulează starea de alimentare permanentă a distribuitorului 10, care fiind înseriat cu distribuitorul 7 întrerupe starea de comandă MEMORATĂ PERMANENT de distribuitorul 9. Distribuitorul 9 schimbă sensul de alimentare al cilindrului, urmând să se desfășoare cursa de revenire a acestuia, până la poziția de repaos, stare în care este menținut de alimentarea permanentă cu aer comprimat.

Faza VI – Operatorul deschide ușa și intră în camera matriței pentru pregătirea unei noi operații. Ușa eliberează comanda distribuitoarelor 3 SAU 4 și prin aceasta pune în legătură cu atmosfera conductele de comandă, permițând distribuitorului 6 să asigure securitatea operatorului care lucrează la matriță, anulându-se astfel orice comandă a cilindrului pneumatic 13, de către alte persoane din afară.

LUCRAREA NR. 13

Scheme de acționare cu un singur cilindru

pneumatic cu comandă indirectă

Obiectivul lucrării

În cadrul lucrării se urmărește ca prin realizarea practică și studierea unor scheme reprezentative și să se însușească metodologia, regulile de reprezentare și principiile generale ce stau la baza realizării acestor scheme.

Aspecte teoretice

Comanda indirectă se utilizează în cazul când punctul de comandă este mai depărtat de punctul de lucru. Pentru a nu se utiliza conducte de lungime mare, distribuitorul principal se plasează în apropierea motorului pneumatic, iar pentru comanda acestora se folosesc distribuitoare pilot de dimensiuni mai mici (de tipul butoanelor pneumatice BP) sau se folosește comanda electrică.

Desfășurarea lucrării

Se vor realiza practic schemele din figurile de mai jos, se va analiza funcționarea lor și parametrii ce pot fi reglați.

Figura 13.1. Cilindru cu dublă acțiune cu comandă manuală indirectă prin impulsuri, atât pentru cursa de avans cât și pentru cursa de retragere

În cazul din figura 13.1, distribuitorul cu memorie (bistabil) DP 5/2 memorează comenzile manuale de tip impuls. Funcționarea este similară cu cea din figura 11.3, dar pentru obținerea cursei de avans este necesar să fie acționate simultan butoanele BP1 și BP2 (condiție de pornire).

Figura 13.2. Cilindru cu dublă acțiune cu comandă indirectă prin

impuls de inițiere din două puncte diferite

Cilindrul din figura 13.2 efectuează un ciclu unic de funcționare avans-retragere, cu comandă indirectă prin impuls de inițiere din două puncte diferite (funcția SAU) – BP1 sau BP2. Retragerea pistonului este comandată de sesizorul SC1, care la atingere va comanda schimbarea fazei de lucru a distribuitorului DP.

Figura 13.3. Cilindru cu dublă acțiune cu pornire prin impuls manual

și temporizare în poziția avansat

Cilindrul din figura 13.3 efectuează un ciclu unic de funcționare avans-retragere, pornirea făcându-se prin impuls manual de la butonul m. Semnalul produs de sesizorul SC1 atinge valoarea necesară comutării distribuitorului DP după un timp prestabilit prin reglarea secțiunii de umplere a capacității C din cadrul temporizatorului pneumatic de tip R-C.

Figura 13.4. Cilindru cu dublă acțiune, cu ciclu automat repetat continuu,

cu reglarea vitezelor pe ambele curse

Pistonul cilindrului din figura 13.4 efectuează cursa de avans cu viteza v1, reglarea făcându-se prin droselul DC1 și pe cea de retragere cu viteza v0, reglarea făcându-se prin droselul DC0. Mișcarea se inițiază când se acționează pe pedala distribuitorului bistabil DB trecându-l pe poziția START. Ciclurile se repetă continuu până ce distribuitorul bistabil este trecut pe poziția STOP când pistonul se oprește în poziția inițială (retras). Opritorii SC0 și SC1 limitează cursa pistonului, ei acționând prin intermediul distribuitoarelor la care sunt conectați.

Figura 13.5. Cilindru cu dublă acțiune pentru realizarea ciclului

automat unic, avans rapid AR- avans de lucru AL- retragere rapidă RR

Cilindrul din figura 13.5 realizează un ciclu automat unic AR-AL-RR, cu pornire prin impuls manual de la butonul BP. Astfel sunt comutate simultan distribuitoarele DP și D, iar pistonul începe mișcarea de avans cu viteza vAR controlată de droselul DR1. Prin activarea sesizorului SC2, distribuitorul D este comutat pe poziția inițială. Viteza de avans este acum controlată de droselul DR2, reglat la o secțiune de curgere mai mică decât cea a lui DR1. La sfârșitul cursei de avans este activat sesizorul SC1. Această comandă comutarea distribuitorului principal DP pe poziția inițială și începerea cursei de revenire cu viteza reglabilă vRR controlată de droselul de cale DC.

Aplicația 1. Studentul va stabili schema de acționare pneumatică a unui cilindru C cu dublă acțiune și frânare la sfârșitul curselor, aflat în poziția superioară în stare de repaos (figura 13.6). Cilindrul acționează capul de ștanțare al unei prese și el trebuie să execute o mișcare de coborâre cu viteză reglabilă numai dacă operatorul apasă simultan, cu ambele mâini (condiție de securitate) butoanele pneumatice BP1 și BP2 de tip 3/2 NC și să revină automat, imediat ce operatorul a eliberat unul sau ambele butoane. Se va realiza practic schema și se va testa funcționarea.

Figura 13.6. Schița mașinii de ștanțat piese cu acționare pneumatică

Aplicația 2. Studentul va stabili schema de acționare pneumatică a unui cilindru C care comandă închiderea și deschiderea unei uși de la garaj (figura 13.7). Când ușa este închisă, tija cilindrului este retrasă. Deschiderea ușii se realizează prin apăsarea butonului pneumatic BP1, aflat pe o parte a ușii, sau prin apăsarea butonului pneumatic BP2, aflat pe cealaltă parte a ușii. Închiderea ușii se realizează automat la eliberarea butoanelor, după un timp de staționare reglabil în poziția „deschis”. Vitezele sunt reglabile pe toate cursele. Se va realiza practic schema și se va testa funcționarea ei.

Figura 13.7. Schița sistemului de închidere-deschidere automată

a unei uși de garaj