Read ahp.pdf text version

ACIONRI HIDRAULICE

- suport grafic de curs, selectiv -

. l. dr. ing. Ioan-Lucian MARCU

3. MAINI HIDRAULICE. POMPE I MOTOARE

3.2.3. Pompe rotative Pompele rotative refuleaz fluid sub presiune prin simpla rotaie a elementelor care formeaz volumele de aspiraie - refulare sau prin combinarea unor micri de rotaie i oscilaie a acestora. Orice pomp rotativ este compus dintr-o parte staionar (carcas, stator) i una mobil (rotativ) care posed unul sau mai multe elemente de formare a volumelor de aspiraie - refulare. Principiul de funcionare a pompelor rotative const în aspiraia fluidului între elementele interioare care formeaz volumul de lucru, transportul acestuia pe circumferin spre zona de ieire i refularea lui sub presiune în reeaua de conducte a instalaiei. Aceste pompe nu necesit ventile pentru zonele de aspiraie i refulare, fcând astfel posibil funcionarea lor i ca motor. Lipsa elementelor de antrenare de tip arbore cotit, permite funcionarea acestora la turaii mari, de pân la 5000 rot/min i chiar mai mult. Numrul volumelor de aspiraie - refulare care formeaz volumul unitar al pompei este mai mare decât în cazul pompelor cu pistoane (de la 3 pân la 12, fa de 1-3 a celor cu pistoane, prezentate anterior). În plus, fluxul aproape continuu al uleiului care este aspirat din rezervor i refulat spre circuit, le confer un grad mult mai mare de uniformitate a debitului. Aceste avantaje le-au impus utilizarea în multe domenii, inclusiv construcia de aeronave, unde sunt utilizate la alimentarea cu combustibil a motoarelor, la sistemele de ungere, cât i în transmisiile hidraulice de putere ale acestora. Pompele rotative pot clasificate din punct de vedere constructiv astfel: 1. Pompe cu roi dinate, care pot fi cu roi dinate cilindrice cu dini drepi (cu angrenare exterioar sau interioar), care refuleaz fluidul la un unghi drept fa de axa de rotaie a elementelor de formare a volumului de aspiraie - refulare. 2. Pompe cu uruburi, la care refularea fluidul este realizat de-a lungul axelor de rotaie al uruburilor. 3. Pompe cu palete, în care fluidul este aspirat în spaiul creat de stator, rotor i palete. 4. Pompe cu pistonae, axiale sau radiale fa de axa de rotaie a arborelui de antrenare, în care fluidul este aspirat în spaiile create prin deplasarea pistonaelor în rotor sau în blocul port-pistoane. 3.2.3.1. Pompe cu roi dinate Pompele cu roi dinate, figura 3.9, sunt de regul construite dintr-o pereche de roi dinate cilindrice cu dini drepi, 2 i 3, etanate periferic de carcasa închis 1 (cu excepia zonelor de aspiraie i refulare) i lateral prin aa-numiii ochelari cu buce. Uleiul care intr prin orificiul de aspiraie sub aciunea presiunii atmosferice, umple spaiile în cretere create prin ieirea dinilor din angrenare, fiind apoi transportat la periferia roilor, în golurile 4, spre orificiul de refulare. Linia de contact a dinilor roilor aflai în angrenare permite izolarea celor dou zone cu presiuni diferite, prevenind astfel întoarcerea uleiului dinspre zona de refulare spre rezervor. Oricum, o parte din ulei este transportat înapoi spre zona de aspiraie, deoarece spaiile dintre dini (golurile) sunt cu ceva mai mari decât dinii roilor.

1

Simbol

Fig. 3.9. Pomp cu roi dinate. În figura 3.10 sunt prezentate componentele de baz ale pompei cu roi dinate. Pompe cu angrenaj interior Aceste pompe prezint, comparativ cu cele cu angrenaje exterioare, avantaje datorate în special angrenrii interioare: angrenare mai mare, construcii mai favorabile, datorit dispunerii centrale a axului de antrenare, etanare mai bun. Variaia debitului este de asemenea mai mic, fapt care conduce la o funcionare cu zgomot mai mic. Combinând aceste avantaje cu metodele de compensare se pot obine randamente foarte bune, cât i presiuni de lucru mai mari. În figura 3.12 este prezentat principial construcia unei pompe cu angrenaj interior. Roile dinate, pinionul 2 i roata condus 4, sunt dispuse relativ central în corpul pompei 1, separaia dintre zona de aspiraie i cea de refulare realizându-se cu ajutorul unui element în form de semilun 4.

Fig. 3.12. Pomp cu angrenaj interior. Aceste pompe pot fi construite cu volume unitare cuprinse în gama: Vu = 0,4 ... 12000 cm3, i presiuni de pân la 315 bar. Pompe orbitale DANFOSS Pompa orbital, prezentat schematic în figura 3.14, poate fi privit ca o variant constructiv a pompelor cu roi dinate cu angrenaj interior, care îns nu mai necesit elemente de separaie de tip semilun sau virgul, aceasta realizându-se prin construcia adecvat a profilelor. 2

Fig. 3.14. Pomp orbital DANFOSS. 3.2.3.2. Pompe cu uruburi Pompele cu uruburi respect acelai principiu funcional ca i pompele cu roi dinate, îns cinematica lor este tridimensional. Dintre avantajele lor, se pot meniona debitul aproape uniform i turaiile mari la care pot fi antrenate. Pompa este compus din trei uruburi, figura 3.15, cel din mijloc fiind conductor (celelalte conduse), cu raportul de transmisie 1. Profilul acestora este cicloidal, urubul conductor având filet pe dreapta, iar cele conduse pe stânga. Cele dou canale ale uruburilor exterioare împreun cu urubul conductor i carcasa formeaz un spaiu închis A, care se deplaseaz dinspre aspiraie spre refulare, fr s-i schimbe volumul, sub forma unei piulie de fluid. În zona de aspiraie ieirea profilului exterior al unui urub din golul celuilalt va determina creterea volumului menionat, la refulare producându-se fenomenul invers, în sensul descreterii volumului.

Fig. 3.15. Pomp cu trei uruburi. 3.2.3.3. Pompe cu palete Pompele cu palete sunt construite atât în varianta cu volum unitar reglabil, cât i cu volum unitar fix, fiind des utilizate în diverse domenii. Din punct de vedere constructiv aceste pompe constau dintr-un inel statoric i un rotor montat excentric fa de acesta, în care pot culisa în direcie radial, în canale special prevzute acestui scop, paletele, figura 3.16. Datorit forei centrifuge este meninut în permanen contactul dintre vârful paletelor i inelul statoric. 3

Simbol

Fig. 3.16. Schia principial a pompei cu palete. Uleiul este aspirat din canalul C1 în spaiul aflat în cretere O, dintre palete, rotor i stator, fiind transportat spre canalul de refulare C2 i forat s ias din spaiul P aflat în scdere, prin reintrarea paletelor în rotor. Distana s între cele dou canale de aspiraie i refulare trebuie s fie mai mare decât distana dintre dou palete pentru a separa cele dou zone de lucru. Modificarea excentricitii se realizeaz prin deplasarea statorului, rezultând modificarea volumului unitar. 3.2.3.4. Pompe cu pistonae Clasificarea pompelor cu pistonae se poate face din mai multe puncte de vedere, în aplicaiile practice fiind întâlnite dou categorii constructive mari, în funcie de modul de dispunere a pistonaelor: - pompe cu pistonae radiale; - pompe cu pistonae axiale. De asemenea ambele tipuri constructive pot fi realizate în varianta cu volum unitar fix sau reglabil. Pompele cu pistonae pot realiza debite mari i presiuni de lucru de pân la 500 bar, antrenate fiind la turaii de maxim 3000 rot/min. Pompe cu pistonae radiale Aceste maini, în construcii limit, realizeaz volume unitare mari: Vu = 0,4 ... 15000 cm3 i presiuni de 160 ... 630 bar. La anumite construcii de pompe cu pistonae radiale, rotorul, este montat excentric i este prevzut cu mai multe orificii cilindrice în care oscileaz pistonaele în timpul rotaiei acestuia, figura 3.24.

4

Fig. 3.24. Schia principial a pompei cu pistonae radiale.

Fig. 3.25. Schia pompei cu pistonae radiale cu stator poliprofilat. Prin antrenarea rotorului camerele pistonaelor sunt conectate pe rând la orificiile de aspiraie, respectiv de refulare din arborele fix. Astfel, pe rând fiecare piston va aspira ulei din rezervor, refulându-l apoi în circuit, în funcie de poziia sa rotaional. Pompe cu pistonae axiale i la aceast categorie de pompe, principiul de lucru este acela al aspiraiei i refulrii create de micarea oscilatorie a pistonaelor cilindrice. Micarea oscilatorie a pistonaelor este realizat cu disc fulant, cu disc înclinat fix sau cu tambur (bloc) port-pistoane înclinat. Schematic, în figura 3.29 a, este prezentat construcia pompei cu pistonae axiale cu disc fulant.

5

a

b

Fig. 3.29. Schia pompei cu pistonae axiale cu disc fulant. La aceast variant constructiv aspiraia i refularea se realizeaz prin intermediul unui bloc cu supape, figura 3.29 b, având în vedere faptul c fiecare pistona realizeaz o micare oscilatorie în corpul pompei, în funcie de poziia rotaional a discului fulant. În figura 3.30 este prezentat o pomp cu tambur port-pistoane rotitor i disc înclinat, la care schimbarea sensului de curgere i reglarea volumului unitar se realizeaz prin înclinarea discului .

Fig. 3.30. Pomp cu tambur port-pistoane rotitor i disc înclinat. Un al treilea tip de pomp (cu pistonae axiale) este acela cu tambur port-pistoane înclinat, figura 3.33. Aici discul împreun cu tamburul port-pistoane înclinat T, sunt antrenate în micare de rotaie. Volumul unitar i sensul de parcurgere cu ulei sunt determinate de înclinarea tamburului, mai precis a corpului C.

Fig. 3.33. Pomp cu tambur port-pistoane înclinat. i la acest tip de pomp se pot realiza variante constructive cu volum unitar fix sau cu volum unitar i sens de parcurgere reglabile. 6

3.3. MOTOARE HIDRAULICE 3.3.1. Motoare hidraulice rotative Majoritatea pompelor sunt maini reversibile, ele putând funciona i ca motoare hidraulice. Ca i la motoarele electrice, la care modificarea turaiei se realizeaz prin modificarea curentului rotorului, sau a intensitii câmpului, la motoarele hidraulice, turaia depinde de debitul de ulei care acioneaz motorul, ea putând fi reglat prin modificarea acestuia (corespunde reglrii curentului rotoric) sau prin reglarea volumului de absorbie i refulare (care corespunde reglrii intensitii câmpului). 3.3.2. Motoare hidraulice liniare Motoarele liniare servesc la transformarea energiei hidraulice în micare rectilinie cu ajutorul ansamblului cilindru-piston i a transmiterii de fore. Fora pe care acestea o pot dezvolta este: 3.52 F = p A unde: - p - presiunea maxim admis; - A - aria pistonului. Viteza motorului V, conform relaiei de continuitate, este: Q V = 3.53 A Motorul bilateral cu tij unilateral, figura 3.45, permite realizarea de viteze diferite, în ambele sensuri de micare, la acelai debit condus în el. Cursa de ieire se realizeaz prin alimentarea cu ulei sub presiune a camerei 1 (legtura A) i evacuarea uleiului din camera 2 (legtura B). Raportul de vitez la mersul înainte i înapoi se determin prin raportul suprafeelor A2 A pistonului 2 . Respectând condiia ca = 0,5 , se pot obine pentru acelai debit de intrare, A1 A1 viteze egale în ambele sensuri, cu un distribuitor special care asigur ca uleiul ieit din camera din dreapta motorului s reintre în camera din stânga.

Fig. 3.45. Motor bilateral cu tij unilateral.

Motorul bilateral cu tij bilateral, figura 3.46, funcioneaz (ca viteze i fore dezvoltate) în mod egal în ambele sensuri.

Fig. 3.46. Motor bilateral cu tij bilateral. 7

4. APARATE DE COMAND I REGLARE

4.2. DISTRIBUITOARE Distribuitoarele pot asigura, dup modul de construcie, pornirea, oprirea, alegerea cii de curgere, diviziunea i reunirea fluxului de lichid. Ele pot fi construite dup principiul supapei sau a sertraului. Cele de tip supap pot fi cu bile, cu scaune conice sau supape propriu-zise. Distribuitoarele cu sertrae pot avea sertrae plane, rotitoare sau de tip piston (plunjere). Ultimele au cea mai mare rspândire, cu ele putând fi comandate debite i presiuni mari, dar cu gabarite reduse. În figura 4.2 este prezentat un asemenea distribuitor, cu patru legturi i trei poziii (4/3) în poziia de cuplare "0".

Fig. 4.2. Distribuitor 4/3 (fr partea de acionare). Distribuitorul const, în general, din: carcasa 1, (având un alezaj central întrerupt de trei canale radiale principale, cel din mijloc comunicând cu sursa de presiune P, canalele vecine cu partea A i B a motorului, iar cele dou canale extreme, cu diametru mai mic cu rezervorul notat cu R sau T, plunjerul 2, meninut în poziie centrat de arcurile 3 i piesele 4 i 5. În aceast poziie, care este numit poziie normal sau de zero, care se aplic oricrui aparat atunci când el nu este acionat, racordurile aparatului nu comunic între ele. Aceasta este reprezentat simbolic printr-un ptrat, în care cele patru racorduri apar notate cu P, R (T), A i B, legturile între ele fiind întrerupte, figura 4.3 a. Prin apsarea tijei 7 spre stânga se realizeaz legturile de la P spre A i de la B spre R (T). Distribuitorul se afl în poziia 1, simbolizat în figura 4.3 b. Analog, prin apsarea tijei 6 spre dreapta se obin legturile de la P spre B i de la A spre R (T), simbolul fiind reprezentat în figura 4.3 c.

a

b

c

d

Fig. 4.3. Simbolizarea distribuitorului 4/3. 8

Poziiile extreme ale distribuitorului se obin prin acionarea lui. Un distribuitor cu dou poziii deriv din unul cu trei poziii, prin eliminarea unui arc care asigur poziia de mijloc i prin montarea pe partea opus arcului rmas a unui sistem oarecare de acionare. Exist situaii în care puterea hidraulic vehiculat prin distribuitor este mare. În aceste situaii, fora necesar deplasrii plunjerului crete considerabil. În eventualitatea unei acionri electromagnetice, dimensiunile electromagneilor ar fi excesiv de mari în raport cu cele ale distribuitorului, în aceste situaii, acionarea plunjerului se face exclusiv pe cale hidraulic, prin acionarea sa direct. Plunjerul se va comporta din acest punct de vedere ca i pistonul unui motor hidraulic bilateral (cu suprafee egale), care pentru acionare necesit un alt distribuitor numit pilot, de dimensiune nominal mult mai mic (Dn 6, 8, sau 10), deoarece debitul de comand necesar este corespunztor mai mic. În figura 4.10 este reprezentat un astfel de distribuitor pilotat, unde 1 reprezint distribuitorul pilotat, iar 2 pe cel pilot, care la rândul lui este acionat electromagnetic. Distribuitorul pilot poate fi dispus i în alt loc fa de cel acionat, ieirile lui fiind conectate la legturile de alimentare cu ulei de comand x i y de evacuare a uleiului de comand, a distribuitorului principal. În figura 4.11 sunt prezentate patru posibiliti de alimentare i evacuare a uleiului de comand pentru distribuitorul pilot.

Fig. 4.10. Distribuitor pilotat.

Fig. 4.11. Scheme principiale de realizare a alimentrii i evacurii uleiului de comand pentru distribuitorul pilot. 9

Reprezentarea simplificat a distribuitorului pilotat este redat în figura 4.13.

Fig. 4.13. Simbolul simplificat al distribuitorului pilotat. Poziia zero a distribuitorului principal (centrarea) se poate realiza fie prin dou arcuri, figura 4.10, fie pe cale hidraulic (centrare prin presiune), atunci când debitele i presiunile sunt mari, fapt care conduce la fore mari de acionare a sertarului. Acest caz aduce avantajul independenei timpului de revenire a sertarului fa de fora arcului, timp care va fi mult mai redus. 4.3. VENTILE DE REINERE Ventilele de reinere, figura 4.16, îndeplinesc funcia de a admite trecerea lichidului printr-o conduct numai într-o singur direcie, în direcie opus blocându-se, "diod hidraulic". În majoritatea cazurilor, aceste ventile sunt realizate cu supape cu scaun (conic sau plan) sau cu bile, ceea ce le asigur o bun etanare.

Fig. 4.16. Ventil de reinere. Cel mai frecvent utilizat este ventilul de traseu, la care elementul de închidere este supapa tronconic 1, care este apsat de arcul 2 (sprijinit pe inelul 4) pe scaunul 3. Sensul de parcurgere este cel indicat de sgei, de la A spre B. Presiunea de deschidere este dependent de rigiditatea arcului, fiind aproximativ 0,5 ... 3 bar. Ventile de reinere deblocabile Spre deosebire de ventilul de reinere descris anterior, cel deblocabil poate fi deschis, la comand, i în sens invers. Acestea servesc la: - eliberarea circuitelor de lucru care stau sub presiune; - ca siguran împotriva cderii unei sarcini în cazurile ruperilor conductelor; - împotriva micrilor de cedare lent a motoarelor tensionate hidraulic pe ambele pri. 10

Principial o asemenea construcie este prezentat în figura 4.17.

Simbol

Fig. 4.17. Ventil de reinere deblocabil. Ventilul de reinere deblocabil este compus dintr-un ventil de reinere convenional i un motor hidraulic unilateral 4, alimentat prin orificiul de comand x, motor care va împinge i deschide prin tija T ventilul de reinere atunci când se dorete parcurgerea dinspre B spre A. 4.4. VENTILE DE PRESIUNE Rolul ventilelor de presiune este de a menine presiunea într-un sistem sau circuit hidraulic, ventilele regulatoare de presiune, sau de a asigura o cuplare (comutare), la atingerea unei anumite presiuni, ventilele limitatoare de presiune, de cuplare sau decuplare, prin modificarea unor rezistene hidraulice autovariabile. În schemele hidraulice, aceste aparate se reprezint ca i în cele electrice, adic în poziie neacionat. Trebuie menionat aici c toate ventilele de presiune sunt normal închise, excepie fcând ventilele regulatoare de presiune, care sunt normal deschise. 4.4.1. Ventilul limitator de presiune (maximal) Ventilele limitatoare de presiune sunt aparate normal închise. Schia de principiu a unui astfel de ventil, direct acionat, având ca element mobil o supap cu scaun conic, este prezentat în figura 4.21 a.

a

b - Amortizarea micrii supapei.

Fig. 4.21. Schia principial a ventilului limitator de presiune. 11

Pe traseul care leag pompa cu motorul hidraulic (sau cu o rezisten la trecerea lichidului) se va dezvolta o presiune a crei mrime depinde de mrimea sarcinii la motor (sau a rezistenei). Plasând în derivaie ventilul prezentat, presiunea va aciona asupra suprafeei A, dezvoltând o for care se opune aceleia create de arc. Astfel, supapa are rol de comparator între fora creat de presiunea din sistem i fora indus în arc. În ipoteza în care fora creat de presiune este mai mare, supapa se va ridica pân în punctul în care cele dou fore devin egale. Prin ridicarea supapei o parte a debitului pompei va fi deversat spre rezervor. Ventilul limitator de presiune este simbolizat printr-un ptrat cu o sgeat în sensul de parcurgere, de la A spre B, figura 4.25, sgeat dispus decalat fa de axa conductelor (ceea ce indic starea normal închis a aparatului). Sgeata (ptratul) este cuprins între presiunea de comand (linia punctat subire) i arcul reglabil.

Fig. 4.25. Simbolul ventilului limitator de presiune. Aceste ventile sunt capabile s menin presiunea constant la intrarea în rezistenele hidraulice reglabile i sunt întotdeauna asociate pompelor cu debit constant. Ventilele limitatoare de presiune pot îndeplini de asemenea funcia de ventil de siguran, pentru a evita suprapresiunile accidentale, care ar periclita buna funcionare a sistemului. În aceste situaii, arcul va fi pretensionat corespunztor presiunilor maxime admise în sistem. De regul aceste aparate sunt livrate cu seturi de arcuri de rigiditi diferite, dup domeniul presiunilor la care vor funciona. 4.4.2. Ventilul limitator de presiune pilotat În cazul sistemelor parcurse de debite mari, seciunile de trecere cresc corespunztor i, implicit, întregul gabarit al ventilului, inclusiv cel al plunjerului. În acest caz, formarea presiunii "trebuie" cu ajutorul arcului devine imposibil, gabaritul necesar al acestuia fiind excesiv, acesta crescând exponenial cu deschiderea nominal. Astfel, în loc de arc va fi folosit fora creat de presiunea uleiului. Pentru realizarea presiunii "trebuie" se va utiliza un ventil limitator de presiune direct acionat, numit ventil de pilotare, care va face comparaia cu presiunea "este". Deoarece în vederea deschiderii i închiderii acestui ventil nu sunt necesare debite mari (numite debite de comand), deschiderile lui nominale vor fi mici, în consecin arcurile pentru reglarea presiunii "trebuie" vor fi de asemenea mici. În construciile existente de ventile pilot, sunt utilizate atât plunjere, cât i supape cu scaun conic. 12

Fig. 4.28. Simbolul ventilului limitator de presiune pilotat. În figura 4.29 este prezentat o variant constructiv de ventil limitator de presiune pilotat, la care ventilul pilot este de tip supap cu scaun conic, iar ventilul principal este cu plunjer.

Variant constructiv cu ventil pilot de tip supap cu scaun conic i ventil principal cu plunjer.

Fig. 4.29. Ventil limitator de presiune pilotat. În figura 4.31 este prezentat construcia unui ventil limitator de presiune pilotat "de traseu", aparatul fiind parcurs direct de lichidul care trece de la pomp spre consumator.

Variant constructiv numit "de traseu", cu ventil pilot i ventil principal de tip supap cu scaun conic.

Fig. 4.31. Ventil limitator de presiune pilotat. i aici uleiul de comand trece prin supapa 4 i rezistena Ri, iar lichidul ieit din rezistena Re se scurge, prin orificiul axial al supapei 4, spre rezervor. Cerina amintit anterior este rezolvat prin legarea la rezervor a spaiului s, în perioada în care consumatorul nu funcioneaz, cu ajutorul unui distribuitor 2/2, acionat electromagnetic. Soluia poate fi adoptat la toate ventilele de presiune pilotate, prin legarea 13

spaiului s la un distribuitor 2/2 de deschidere nominal mic, deoarece prin ele trece doar debit de comand. Trebuie menionat faptul c aceast construcie se poate realiza atât pentru deconectarea, cât i pentru conectarea ventilului de presiune cu ajutorul electromagnetului. 4.4.3. Ventilul de decuplare Ventilele de decuplare pot îndeplini mai multe funcii, în raport cu construcia lor. Astfel, ventilul prezentat în figura 4.33, la o comand exterioar, racordul Z, va permite trecerea uleiului de la A spre B, spre exemplu la atingerea unei anumite presiuni reglate, debitul pompei unui alt circuit poate fi returnat în întregime spre rezervor prin acest ventil.

Simbol Fig. 4.33. Ventil de decuplare. O alt funcie a ventilului de decuplare este aceea de a trimite lichidul dat de pomp într-un acumulator hidraulic, pân ce se atinge presiunea necesar, apoi producându-se decuplarea. 4.4.4. Ventilul de cuplare Sarcina unui ventil de cuplare este aceea de deschidere a trecerii uleiului dinspre intrare spre ieire, la atingerea unei valori reglate (prin arc) a presiunii. Spre deosebire de ventilele limitatoare de presiune, la care gradul de deschidere este dependent de variaia presiunii din sistem, la ventilele de cuplare supapa (sau plunjerul) va deschide complet trecerea, indiferent de raporturile presiunilor la racordurile A i B, vezi figura 4.22 c. Construcia i simbolul acestui ventil, în varianta pilotat, sunt prezentate în figura 4.34.

Simbol

Fig. 4.34. Ventil de cuplare pilotat. 14

O particularitate a acestor ventile este aceea c presiunea care se compar la limit cu cea indus de arc, este aplicat din exterior, prin racordul Z sau din interior, din racordul A. De asemenea trebuie menionat c evacuarea uleiului de comand se face spre exterior, prin racordul L, deoarece orificiul de ieire din ventil, B, se afl sub presiune. Din punct de vedere constructiv, pentru asigurarea deplasrii elementului de deschidere între poziiile extreme, complet închis i complet deschis, sunt realizate praguri scurte ale plunjerului (deci curs scurt a acestuia între poziiile extreme). De asemenea arcul montat în treapta principal este lung, cedarea lui fiind, la atingerea presiunii "trebuie", egal cu deplasarea (scurt) a plunjerului. Prin rotirea capacului P cu 180°, ventilul devine, din aparat comandat extern, unul autocomandat, numit ventil de succesiune. 4.4.5. Ventilul de reducie Aceste ventile se numesc ventile de reducie sau ventile de reglare a presiunii, dei în construcia lor exist o diferen, i anume primul este construit dintr-o semipunte de tip C i un comparator, figura 4.36, iar al doilea are în componen o semipunte de tip A i un comparator. Aceste aparate au rolul de a limita, la o valoare reglat, presiunea la ieire, într-un circuit secundar, indiferent de presiunea din circuitul primar, chiar i în situaia în care circuitul secundar nu consum debit. Presiunea în circuitul secundar se poate limita, bineîneles, doar la o valoare mai mic decât cea din circuitul primar. O caracteristic important a ventilelor de reducie sau ventilelor de reglare a presiunii este faptul c sunt singurele ventile de presiune normal deschise. În ambele variante, valoarea limit a presiunii se poate forma direct cu un arc sau hidraulic, cu un ventil pilot (acionare direct sau pilotat). În versiunea pilotat, ventilul de reducie prezentat în figura 4.37, este construit cu treapta principal de tip plunjer, iar pilotul cu supap cu scaun conic. Se poate observa c aparatul s-a obinut dintr-unul tipizat, la care plunjerul a fost introdus invers, pentru ca treapta principal s rmân deschis. Presiunea de comand se culege de la ieirea în circuitul secundar, iar scurgerea lichidului de comand se face extern, prin orificiul L.

Simbol Fig. 4.37. Ventil de reducie pilotat.

15

4.5. VENTILE PENTRU REGLAREA DEBITULUI Ventilele pentru reglarea debitului au rolul de a regla viteza de deplasare a motoarelor liniare sau frecvena de rotaie a motoarelor rotative, prin reglarea debitului de alimentare a acestora. În principiu sunt rezistene hidraulice reglabile continuu. Influenarea vitezei cu rezistene, presupune dezavantajul urmtoarelor pierderi: - pierdere (cdere) de presiune prin rezisten; - pierderea (deversarea) în rezervor a debitului care nu trece prin rezisten (prin ventilul limitator de presiune); care, împreun, constituie pierderi de energie. Sistemele hidraulice, având asemenea rezistene precedate de un ventil limitator de presiune, se numesc sisteme cu presiune constant i sunt alimentate de obicei cu pompe cu volum unitar constant. Spre deosebire de acestea, sistemele hidraulice care sunt alimentate cu pompe cu volum unitar reglabil nu necesit ventile pentru reglare a debitului (rezistene), deoarece pompele furnizeaz chiar debitul solicitat de motor, i în consecin, ele nu prezint pierderile amintite anterior, numindu-se circuite cu debit constant. Tipurile de ventile pentru reglarea debitului, în funcie de comportarea lor, sunt: 1. dependente de presiune i de viscozitate, de tip capilar, 2. dependente de presiune i independente de viscozitate, de tip diafragm Aceste dou categorii de ventile se numesc drosele, cel mai utilizat fiind cel cu diafragm. 3. independente de presiune, dar dependente de viscozitate; 4. independente de presiune i de viscozitate. Ultimele dou categorii sunt numite ventile regulatoare de debit. 4.5.1. Drosele Droselele sunt construite, în marea lor majoritate, cu o rezisten de tip diafragm, cu seciune reglabil. Cele cu rezisten capilar fiind dependente de temperatur sunt utilizeaz mai rar, deoarece nu se preteaz la reglarea vitezei motoarelor hidraulice. Principial, construcia droselelor se poate realiza cu orice tip de element mobil: cu duz ac, cu cresttur longitudinal, cu plunjer de tip pan i cu cresttur circular, cu cam spaial crestat, figura 4.49.

Fig. 4.49. Tipuri de elemente mobile pentru construcia droselelor. Simbolizarea droselelor se face în funcie de tipul rezistenei cu care sunt construite. În figura 4.50 a i b sunt prezentate simbolurile droselului seciune cu capilar, respectiv diafragmatic.

a

b

Fig. 4.50. Simbolizarea droselelor. 16

Droselul de traseu, figura 4.51, se dispune între dou conducte.

Fig. 4.51. Drosel de traseu. Acesta are, în principiu, dou piese de baz: conducta 5, obturat prin peretele 2, având dou rânduri de orificii radiale, 1 i 6, de o parte i de alta a peretelui de obturare i piulia manon 4, a crei deplasare axial conduce la modificarea rezistenei de trecere 3, deci a debitului. Dac droselizarea trebuie s se produc doar într-un singur sens, se utilizeaz construcia de drosel cu ventilul de reinere 2 încorporat coaxial, care este închis datorit presiunii în direcia de curgere indicat, figura 4.52.

Fig. 4.52. Drosel de traseu cu ventil de reinere încorporat. 4.5.2. Ventile regulatoare de debit Este cunoscut faptul c în cazul droselelor, pentru un lichid cu o anumit viscozitate i pentru o seciune de droselizare fixat, debitul care le parcurge depinde de diferena de presiune între intrarea i ieirea din acestea, presiunea de ieire fiind liniar dependent de sarcina motorului hidraulic acionat, iar cea de intrare fiind considerat constant în cazul în care droselul este dispus între pomp i motor. În cazul în care fora rezistent crete atât de mult încât presiunea de ieire devine egal cu presiunea de intrare, debitul care parcurge droselul devine nul, iar motorul hidraulic se oprete. Acest comportament face ca droselele s nu fie compatibile cu cerinele de funcionare ale sistemelor hidraulice în anumite situaii. Pentru aceste cazuri se utilizeaz un alt tip de ventil, care nu prezent dezavantajul menionat anterior, numit ventil regulator de debit. Trebuie subliniat faptul c pentru meninerea constant a debitului care parcurge droselul (deci a vitezei motorului), atunci când sarcina (fora sau momentul) variaz, este necesar meninerea la o valoare constant a diferenei de presiune între intrare i ieire, (p1 - p2), i nu a presiunilor p1 i p2 individual. 17

Ventilul regulator de debit asigur modificarea automat a presiunii de intrare p1, atunci când, datorit variaiei sarcinii, presiunea de ieire p2 se modific în sens cresctor sau descresctor, astfel încât diferena de presiune p1 - p2 rmâne constant. Aparatul este prevzut cu un comparator, care evalueaz în permanen valoarea "trebuie", a diferenei de presiune reglat, cu valoarea "este" a diferenei de presiune, iar în ipoteza c acestea nu sunt egale, comand modificarea presiunii de intrare p1 astfel încât eroarea (diferena) se anuleaz. În figura 4.56 este prezentat ventilul regulator de debit cu trei racorduri (ci), bazat pe utilizarea semipunii cu rezistene de tip A. Comparatorul, care este în principiu un piston cu suprafee egale, a, se va deplasa spre o poziie de echilibru între forele p1 a i p 2 a + FA , unde FA este fora indus de arc: F 4.8 p1 - p2 = A = ct. a

Fig. 4.56. Schia principial ventilului regulator de debit cu trei racorduri. Prin fora indus de arc se programeaz valoarea "trebuie" a diferenei de presiune. Pistonul comparatorului se va deplasa atât timp pân când: 4.9 ( p1 - p2 )este = ( p1 - p2 )trebuie Acest lucru este posibil numai dac deplasarea pistonului comparatorului provoac o schimbare continu a lui ( p1 - p 2 )este , ceea ce se realizeaz prin faptul c deplasarea lui produce micorarea rezistenei de intrare Ri i creterea rezistenei de ieire Re, care au ca efect creterea lui p1, corespunztoare creterii, cauzate de sarcin, a lui p2. O asemenea modificare concomitent de rezistene se realizeaz cu binecunoscuta semipunte cu rezistene de tip A. Pentru a nu se folosi pârghii de legtur între comparator i sertarul semipunii, se utilizeaz ca i comparator chiar suprafeele laterale ale plunjerului, figura 4.57.

18

Fig. 4.57. Construcia principial a ventilului regulator de debit cu semipunte A. În cazul ventilului regulator de debit cu trei racorduri, figura 4.63, exist o derivaie spre rezervor, care reflect de fapt legtura funcional real.

Detaliat

Simplificat

Fig. 4.63. Simbolizarea ventilului regulator de debit cu trei racorduri.

4.6. ELEMENTE AUXILIARE 4.6.1. Rezervoare hidraulice

Într-o instalaie hidraulic, rezervoarele au rolul de a: - egala diferena instantanee între cantitatea de lichid absorbit i cea refulat; - conduce energia termic rezultat din frecri; - compensa pierderile exterioare prin scurgeri; - separa aerul, apa i impuritile mecanice. În figura 4.66 este prezentat o construcie de rezervor hidraulic, în care se remarc: bazinul propriu-zis 1, capacul de curire 2, fundul înclinat 3, care asigur depunerea impuritilor la nivelul orificiului de golire, prevzut cu dop 4, nivela de ulei 6, precum i orificiul de umplere 7. Nu exist pentru rezervoare, o regul deosebit de construcie, ele trebuind s îndeplineasc necesitile specifice fiecrui circuit.

19

Fig. 4.66. Rezervor hidraulic. În general, volumul rezervorului trebuie s fie: 4.10 V = 3 ... 5 Q Dac rezervorul trebuie s fie mic sau din punctul de vedere al temperaturii acest volum nu este suficient, se impune folosirea unui rcitor, în care mediul de rcire este apa sau aerul. Înlimea lichidului nu trebuie s depeasc 80 ... 90% din înlimea rezervorului, spaiul de sus fiind necesar separrii aerului i formrii spumei. Conducta de aspiraie trebuie s aib o gur teit la cel puin 45°, s fie cât mai scurt i mai dreapt, s aib un diametru mare, care s poat asigura o vitez de curgere a lichidului în jurul valorii de 1 m/s i s fie situat la cel puin 30 mm de podeaua rezervorului. Conducta de reîntoarcere (retur) trebuie s fie teit la capt, la 45°, pentru a putea împiedica ieirea lichidului cu vitez, s aib gura sub oglinda acestuia, pentru a evita posibilitatea antrenrii aerului. Cele dou conducte trebuie s se afle la o deprtare maxim posibil pentru a nu se aspira din nou lichid cald i pentru a da timp separrii aerului i a impuritilor. Rezervoarele au în interior perei de separare, de dirijare, precum i site. Acestea au o înclinare de circa 30% i dimensiunea ochiurilor de 100 ... 150 µm. Pereii de dirijare conduc lichidul cald spre pereii de rcire. Rezervorul are de asemenea i un filtru de aer pentru aerisire, având i rolul de a reine praful din mediul înconjurtor, dar tot pe aici poate ptrunde i umiditate, ceea ce permite apariia apei de condens. Apa este primejdioas dac este absorbit de pomp, de aceea acest filtru trebuie s asigure i reinerea umezelii. Umplerea rezervorului se face cu o pâlnie cu sit de 100 ... 200 µm. Temperatura în rezervor nu trebuie s depeasc 50°C. Lichidul, se înclzete mai ales în circuitele cu drosele i distribuitoare pilotate sau alte tipuri de ventile. Dac se utilizeaz rcitoare cu aer, acesta trebuie s fie cu 20 ... 30°C mai rece decât uleiul, iar dac rcitoarele sunt cu ap, cu 30 ... 35°C mai rece. Meninerea constant a temperaturii uleiului se poate face cu un regulator de temperatur sau chiar cu un înclzitor. Adesea capacul de închidere, sau un perete al rezervorului, se utilizeaz pentru dispunerea pe el a pompelor, distribuitoarelor, ventilelor de presiune, filtrelor, etc. În figura 4.68 este reprezentat un astfel de rezervor hidraulic (care uneori poart denumirea de panou hidraulic).

20

Fig. 4.68. Panou hidraulic.

4.6.2. Filtre

Murdrirea uleiului are mai multe cauze posibile : - existena impuritilor la execuia i montajul instalaiei (praf abraziv, picturi de sudur, nisip, etc., care provoac de la început murdrirea uleiului); - impuriti provenite din mediu (praf, ap de condens); - impuriti provenite din uzura instalaiei (produse de uzura metalic, a elementelor de etanare, vopsele i produse de îmbtrânire chimic a uleiului, etc.). Toate aceste impuriti conduc la uzarea instalaiei i la micorarea duratei de funcionare.

Dispunerea filtrelor

Tipul constructiv, dispunerea i fineea filtrelor, depinde de felul instalaiei. În figura 4.69 sunt prezentate diferite posibiliti de dispunere a acestora.

Fig. 4.69. Posibiliti de dispunere a filtrelor în instalaiile hidraulice. Astfel, filtrul de aspiraie 1, protejeaz instalaia de murdria din rezervor. La diferene mari de presiune, cavitaia filtrului poate ptrunde în pompa de joas presiune 2. De aceea, fineea acestuia trebuie s fie mare (100 µm), urmând a fi splat des. Filtrul de presiune joas 3, folosit la instalaii mari, asigur o bun protecie a pompei de înalt presiune 4, a instalaiei i a motoarelor 7. Filtrul de presiune înalt 5, cel mai fin, se situeaz înaintea aparatelor sensibile 6. Filtrul de întoarcere 8 se folosete la instalaii mici, servind la purificarea uleiului care intr în rezervor. 21

Numrul de filtre utilizat depinde de sistemul care este protejat, de posibilitile de apariie a impuritilor, etc. La punerea în funciune a unei maini noi, primul schimb de ulei trebuie efectuat repede (dup 500 ore de funcionare). De asemenea se mai utilizeaz filtre de umplere 9, respectiv filtre de aer 10. În instalaiile secundare, alimentate din acelai rezervor sunt utilizate de asemenea elemente de filtrare, 11.

4.6.3. Acumulatori hidraulici

Utilitatea unui acumulator const în faptul c poate prelua un volum de lichid sub presiune i apoi s-l elibereze când este necesar. Acumulatorii hidraulici pot îndeplini diverse funcii în circuitele hidraulice, cum ar fi: - de rezervor de lichid sub presiune, pentru cazul în care circuitul necesit un volum mai mare de lichid, pentru intervale scurte de timp; - de agregat de siguran pentru cazul defectrii pompelor sau motorului de antrenare, situaie în care va duce la sfârit ciclul de lucru; - de compensator pentru pierderile volumice de lichid; - de compensator volumic, la modificri de temperatur, în circuite închise; - de atenuator al vârfurilor de presiune din timpul comutrilor distribuitoarelor; - de amortizor de pulsaii, diminuator al amplitudinii presiunii la pompe; - de recuperator pentru energiile de frânare. Din punct de vedere constructiv, acumulatorii hidraulici pot fi: - cu piston, figura 4.72 a, b i c, la care fora care se aplic pistonului, înmagazinând astfel energia. Fora poate fi creat de o greutate având masa M, varianta a, un arc, varianta b, sau un gaz sub presiune, varianta c; - cu camer elastic, figura 4.72 d; - cu membran, figura 4.72 e.

Simbol a b c d e

Fig. 4.72. Tipuri constructive de acumulatori hidraulici. Ultimele dou tipuri sunt umplute în general cu azot, la o presiune care este cu 10 ... 20% sub cea mai sczut presiune din sistem. Acumulatorul cu piston este utilizat pentru volume i debite mari.

22

6.1. CIRCUITE HIDRAULICE 6.1.1. Circuite de inversare

Sistemele hidrostatice sunt constituite pe baza unor circuite tip, dintre care se vor prezenta în continuare câteva. În figura 6.1 b, este reprezentat simbolic un circuit de inversare, realizat cu un distribuitor 4/3.

Fig. 6.1. Circuit de inversare cu distribuitor 4/3. Acelai circuit se poate realiza cu un motor cu tij unilateral, figura 6.2, comandat cu un distribuitor 3/3, (care se obine dintr-unul 4/3, cruia i s-a obturat o ieire). În cazul în care A1 = 2 A2 , vitezele de deplasare, în ambele sensuri vor fi egale.

Fig. 6.2. Circuit de inversare cu distribuitor 3/3. În general se poate obine un circuit de inversare prin utilizarea unei fore exterioare pentru un sens de deplasare (arc, greutate, etc), ca în figura 6.5.

Fig. 6.5. Circuit de inversare cu circuit echivalent E, înlocuit printr-o for exterioar.

23

6.1.2. Circuite pentru reglarea vitezei

În scopul reglrii vitezei (turaiei) motoarelor hidraulice, se recurge la dozarea debitului care ajunge la acestea, în cazul utilizrii pompelor cu debit constant.

Circuite cu drosele Ele sunt utilizabile, numai în cazurile în care între pomp i motor se afl un ventil maximal, prin care se deverseaz spre rezervorul hidraulic debitul de ulei care nu poate trece prin drosel. În figura 6.7, variantele a i b, se realizeaz reglarea vitezelor de deplasare ale motorului în cele dou sensuri de deplasare în mod independent, iar în variantele c i d, se realizeaz reglarea dependent a ambelor viteze cu un singur drosel. În variantele b i d, droselizarea se face în poriunea dintre pomp i motor, iar în variantele a i c, între motor i rezervor. În primul caz, exist dezavantajul c în cazul unei sarcini nule sau variabile la motor, pistonul nu este cuprins între dou fore, având tendina s "sar".

a

b

c d Fig. 6.7. Circuite de reglare a vitezei prin dozarea debitului. 24

În al doilea caz acest dezavantaj, al "saltului" motorului, este eliminat, pistonul fiind cuprins mereu între dou fore de sens opus. În schimb, motorul trebuie asigurat nu numai cu presiunea determinat de sarcin, ci i de diferena de presiune pe drosel (care constituie o a doua sarcin). În cazul motoarelor cu tij bilateral, se mai adaug i faptul c suprafeele pistonului nefiind egale, presiunile în cele dou fee difer.

Circuite cu regulatoare de debit

Regulatoarele de debit se pot monta între pomp i motor, între motor i rezervor, în derivaie, (bypass), sau în circuit de redresare hidraulic (punte Graetz), figura 6.8. Varianta prezentat în figur, permite utilizarea regulatorului pentru ambele sensuri de redresare. Acesta poate fi montat i între pomp i distribuitor. Analizând schema, se constat c pentru ieirea pistonului din motor, regulatorul va lucra între motor i rezervor, iar pentru sensul invers, între pomp i motor.

Fig. 6.8. Circuit cu ventil regulator de debit montat în punte Graetz.

Circuite de reglare a mai multor viteze ale motorului hidraulic, cu alimentare de la o singur surs

În figura 6.9 este prezentat o variant care utilizeaz dou regulatoare de debit legate în serie, realizându-se, la ieirea pistonului, trei viteze distincte. Pentru poziia 1 a distribuitorului D3, notat D3(l), se obine viteza maxim deoarece fluidul ocolete regulatoarele prin distribuitor, debitul, deci i viteza, fiind variabile, dependente de sarcina motorului. Pentru D1(0) i D2(l), se obine o vitez constant, corespunztoare reglajului ventilului regulator de debit VR1, iar pentru D1(0) i D2(0), fluidul va trece prin ambele ventile regulatoare de debit. În scopul simplificrii instalaiei, se poate utiliza un singur distribuitor 4/3, ca în figura 6.10, în locul distribuitoarelor D2 i D3. 25

Fig. 6.10. Fig. 6.9. Circuit cu ventile regulatoare de debit. Aceleai reglaje ale debitului, respectiv ale vitezei motorului hidraulic, se pot obine i prin conectarea în paralel a ventilelor regulatoare de debit.

Circuite difereniale (regenerative)

În vederea ieirii mai rapide a pistonului unui motor cu tij unilateral (diferenial), fcând economie de debit (de putere), se folosesc circuitele difereniale, figura 6.11.

Fig. 6.11. Circuit diferenial cu un distribuitor 4/3. Aici, camera din partea dreapt a motorului va funciona ca i o pomp, care va debita fluid în circuitul de alimentare a camerei din stânga. În poziia de zero a distribuitorului, pistonul va iei rapid, deoarece debitul pompei va aciona numai asupra seciunii tijei pistonului. Uleiul din camera din dreapta, va fi refulat în camera din stânga a motorului. O condiie de funcionare este aceea ca sarcina la ieirea rapid s fie redus. Viteza de lucru (încetinit) se va realiza prin comutarea distribuitorului în poziia 1, iar retragerea rapid, prin comutarea în poziia 2, figura 6.12.

26

Fig. 6.12. Diagramele de deplasare i vitez ale circuitului regenerativ. Se obin urmtoarele viteze: 1. viteza de ieire rapid: 2. viteza de ieire încetinit: 3. viteza rapid de retragere: Dezavantajul major al acestei scheme const în faptul c oprirea motorului este posibil numai la capete de curs i nu în orice poziie. Un alt dezavantaj, este acela al dimensiunii nominale (Dn) mari a distribuitorului, care este corespunztoare sumei celor dou debite i nu numai debitului celor dou pompe. Avantajos este faptul c pompa este mic i implicit puterea ei de antrenare sczut. Dezavantajele sus amintite, se elimin prin schema reprezentat în figura 6.13. Aici, motorul poate fi oprit în orice poziie, distribuitorul putând fi cuplat astfel încât pompa s debiteze fr sarcin în rezervor, iar distribuitorul are DN-ul ales corespunztor debitului pompei.

Fig. 6.13. Circuit diferenial cu dou distribuitoare. Se pot obine urmtoarele stri: - D2(0) i D1(0) - motor oprit; - D2(0) i D1(1) - ieire rapid; - D2(1) i D1(1) - ieire încetinit; - D2(0) i D1(2) - retragere rapid.

27

Circuite de reglare a vitezei cu ajutorul pompelor cu debit constant

Procedeul cu mai multe pompe, figura 6.14, se utilizeaz mai frecvent pentru realizarea urmtorului program de lucru al motorului: o ieire, la mers în gol, cu o vitez mare pân în momentul în care motorul întâmpin o sarcin, când acesta trebuie s-i reduc viteza. Într-un astfel de caz se utilizeaz dou pompe, una de presiune joas, pp, i debit mare i a doua, pP, cu debit mic i presiune mare. Viteza mare de ieire se va asigura în prima faz, prin faptul c în circuit vor debita ambele pompe. Când sarcina motorului crete, va crete i presiunea în circuit, comandând ventilul de decuplare VD, debitul pompei fiind deversat, fr sarcin în rezervor. În continuare pistonul va fi alimentat numai de ctre pompa pp. Decuplarea se poate realiza i cu un distribuitor comandat electric dependent de poziia tijei motorului sau de ctre un releu de presiune. Acest sistem se poate aplica i la motoarele cu tij bilateral.

Fig. 6.14. Circuit de reglare a vitezei cu ajutorul pompelor cu debit constant.

28

Information

1

29 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

460419


Notice: fwrite(): send of 202 bytes failed with errno=104 Connection reset by peer in /home/readbag.com/web/sphinxapi.php on line 531