CAPITOLUL II

APARATAJ HIDRAULIC PENTRU REGLAREA PRESIUNII( SUPAPE DE PRESIUNE)

2.1. Consideraţii generale

Presiunea este unul din parametrii de bază ai acţionării hidraulice. Se impune reglarea şi controlul mărimii acesteia, aproape în toate cazurile, între limite sau rapoarte dinainte stabilite pe timpul desfăşurării proceselor de lucru.

În instalaţiile hidraulice este necesară reglarea presiunii, stabilirea şi menţinerea constantă a acesteia la valoarea impusă. Prin presiune se controleaza forţa F şi cuplul M util, pe care le dezvoltă motorul hidraulic liniar, respectiv motorul hidraulic rotativ.Pentru o construcţie dată, valoarea lui F, respectiv M depinde de valoarea presiunii de lucru, iar la motoarele rotative cu capacitatea reglabilă şi de valoarea de reglaj a acestora.

Aparatele ce reglează presiunea în instalaţie sunt supapele (valve sau ventile) şi releele.

Supapele se împart în supape de presiune şi supape de sens.Supapele de presiune se clasifică după circuitul a cărui presiune o reglează (supape

normal închise, supape normal deschise), după tipul comenzii (directă sau pilotată), după tipul contactului hidraulic (cu închidere cilindrică sau conică). Într-un circuit, aparatajul de reglare a presiunii (supapele) se montează în paralel sau în serie cu circuitul pompei.

Supapele de sens sunt aparate ce permit circulaţia lichidului numai în anumite sensuri şi pot fi cu sens interzis deblocabile printr-o comandă hidraulica internă sau externă, sau cu sens interzis.

Supape de sens – au rolul de a stabili anumite sensuri de curgere preferentiale in circuitele actionarilor. Se folosesc la compensarea pierderilor de lichid in actionarile hidraulice care lucreaza in circuit inchis Variantele deblocabile permit curgerea bidirectionala a lichidului hidraulic pe portiunea de conducta pe care sunt montate.

Figura 2.1. Supapa de sens

7

Releele de presiune au în plus contacte electrice prin care se comandă diferite aparate electrice legate în sistem.

Supapele, prin construcţia lor şi modul de funcţionare se află permanent sub acţiunea unor forţe date de greutatea proprie, forţa elementului elastic, forţele de frecare, presiunea activă a lichidului de lucru, etc. Datorită variaţiei în timp a forţelor de frecare şi de presiune la care se adaugă şi prezenţa elementului elastic, iau naştere oscilaţii forţate care îngreunează menţinerea constantă a parametrilor impuşi. Acest fapt presupune luarea de măsuri pentru amortizarea şi reducerea la minim a efectului dăunător al vibraţiilor supapelor. Constructiv supapele se deosebesc după forma ventilului şi a scaunului acestuia. Pot fi supape cu scaun plat, conic sau cu bilă. Pentru a se realiza o închidere perfectă se folosesc suprafeţe de ghidare. Reglarea forţei arcului, conduce la reglarea presiunii de deschidere a supapei.

În general comanda se realizează prin modificarea cantităţii de fluid ce trece prin supapă. Aceasta este folosită ca impuls de comandă asupra supapei. Viteza de reacţie a supapei este influenţată negativ de forţele de frecare şi de pierderile de lichid.

Elementele hidraulice/pneumatice pentru controlul si reglarea presiunii (supape): -limiteaza valoarea maxim admisa a presiunii generale in sistem; -mentin constanta presiune in sistem, permitand curgerea la rezervor a debitului in exces; -asigura o succesiune dinainte stabilita a intrarii in functiune a elementelor de executie; -diferentiaza presiunile de lucru ale diferitilor consumatori; -regleaza forta/momentul exercitat de actuator independent de debitul pe care acesta il consuma.

2.2. Rol funcţional. Tipuri constructive

În circuitule hidraulice supapele îndeplinesc urmatoarele funcţii:-limiteză valoarea maximă admisă a presiunii generale în sistem (supapele de

siguranţa) ;Supape de siguranta – in cazul inversarilor de sens sau la cresteri accidentale de sarcina

peste limitele admise se deschid pentru a atenua varfurile de presiune.

comanda directa pilotata

Figura 2.2. Supapa cu comanda directa si pilotata

8

-menţin constantă presiunea în sistem şi permit curgerea la rezervor a debitului în exces (supape de descărcare,deversare);

Supape de descarcare – pentru mentinerea presiunii la o valoare constanta, prin deversarea la rezervor a debitului in exces.

Figura 2.3. Supape cu comanda directa

Figura 2.4. Supapa pilotata

-asigură o succesiune prestabilitã a intrării în funcţiune a motoarelor hidraulice (supape de succesiune);

Supape de succesiune – asigura o anumita ordine de intrare in functiune a doua sau mai multe actuatoare alimentate de la acelasi circuit, parametru de comanda fiind presiunea din actuatorul actionat la inceputul ciclului.

Figura 2.5. Supapa de succesiune

9

-diferenţiază presiunile de lucru ale diferiţilor consumatori (supape de reducţie);-reglează forţe sau momente realizate de motorul hidraulic, independent de debitul pe

care acesta îl consumă (supape proporţionale)-regleză debitul pompei astfel încât presiunea din circuit sa se mentină constantă

(servoregulatoare de presiune).După modul în care se face reglarea presiunii, sistemele de reglare pot fi grupate în

trei categorii:-cu supape care realizează regalarea presiunii prin deversarea surplusului de debit în

rezervor (supape de descărcare, siguranţă);-cu supape care realizează reglarea presiunii prin ştrangulare (supape de reducţie);-cu reglarea presiunii prin modificarea cilindreei pompei (reglarea volumică la

presiune constantă).Supape de deconectare – asigura descarcarea pompei direct la rezervor, in aplicatiile

care actioneaza un element de executie cu ciclu tehnologic in mai multe trepte de viteza.

Figura 2.6. Supape cu comanda directa

Figura 2.7. Supapa pilotata

10

După modul de închidere al supapelor, acestea pot fi grupate în două categorii:-supapa normal închisă, care în poziţia iniţiala nu permite trecerea uleiului prin

supapă; Supape normal inchise, care in pozitia initiala nu permit trecerea agentului de lucru

prin tronsonul de conducta pe care sunt montate;

Figura 2.8. Supapa normal inchisa cu drenaj intern

- supapa normal deschisă, care în poziţia iniţială permite trecerea uleiului prin supapă Supape normal deschise, care in pozitia initiala permit trecerea lichidului de lucru prin tronsonul de conducta pe care sunt montate.

Figura 2.9. Supapa normal deschisa cu drenaj extern

2.3. Calculul şi proiectarea supapelor

Calculul supapei cu scaun plat:

Deoarece în toate supapele acţionează forţe principale date de presiunea activă a lichidului şi forţa arcului, figura 2.10, calculul este asemănător pentru toate tipurile de supape.

Dependenţa dintre debitul de lichid ce trece prin supapă şi căderea de presiune, atunci când elementul de sesizare a presiunii se ridică de pe scaun cu distanţa h, este dat de relaţia:

Q=cD⋅S⋅√ 2ρ⋅Δp

(2.1)

11

T

P

în care:c D - coeficientul de debit dependent de numărul Reynolds; S- secţiunea de trecere a fluidului prin supapă; ρ - densitatea uleiului (ρ=900kg/m3); p = p1-p2 , căderea de presiune pe supapă.

Fig. 2.10. Supapă cu scaun plat

Presiunea în regim staţionar variază în funcţie de debitul necesar motorului hidraulic.Din relaţia 2.1 se poate determina secţiunea S de trecere a fluidului, respectiv

înălţimea h, cunoscându-se debitul maxim ce trece prin supapă şi căderea de presiune p.Secţiunea de trecere S depinde de mărimea deschiderii supapei h şi de coeficientul de

debit. Pentru regimul de curgere turbulent a lichidului prin supapă se considera coeficientul de debit ca fiind constant.

Poziţia de lucru a supapei cu scaun plat este normal închisă, poziţie pentru care forţele F1 = F2.

La depăşirea presiunii reglate, supapa se deschide cu înălţimea h, restabilind un nou echilibru intre F

1 şi F2. Arcul se comprimă cu mărimea h,

k⋅h=F'1−F1 (2.2)

Cu relaţia 2.1 se determină secţiunea activă a supapei. Cunoscând această secţiune se determină diametrul orificiului de intrare a lichidului în supapă, d1.

12

d1=√ 4 Sπ (2.3)

Din condiţia de rezistenţă la strivire a scaunului supapei sub acţiunea forţei arcului Fa, se determină diametrul d2:

π (d22−d

12 )σa

4≥Fa

(2.4)

d2=√ 4 Fa

πσ a

+d12

(2.5)

Diametrul d3 al supapei se determină din condiţia ca secţiunea cuprinsă între corpul supapei şi supapă să fie aproximativ aceeaşi cu secţiunea de intrare, pentru a avea aceeaşi viteză de curgere.Rezultă:

π4(d

23−d

22 )≥S

(2.6)

d3≥√d21+d

22

(2.7)

Deschiderea h a supapei se determină din condiţia ca întreg debitul Q să treacă, printr-o secţiune egală cu suprafaţa laterală a cilindrului de diametru d1 şi înălţime h atunci când supapa este deschisă, cu o viteză v2 egală cu viteza v1 de curgere a lichidului prin secţiunea de intrare.

Din ecuaţia de continuitate rezultă:

v1S=πd1hv2 (2.8)

Pentru v1 = v2 rezultă:

S=πd2

1/4 (2.9)

h= Sπd1

= πd21

4 πd1

=d1

4 (2.10)

Pentru dimensionarea arcului se pleacă de la relaţia de echilibru (2.2), neglijând forţele de frecare şi greutatea arcului şi a supapei.

kF

'1−F1

h=

( p'1−p1)S

h (2.11)

13

unde p1 este suprapresiunea din sistem care duce la deschiderea supapei cu înălţimea h pentru

eliminarea surplusului de lichid.

Constanta elastică k a arcului se calculează cu relaţia:

k= G⋅d4

8⋅z⋅D3[ daN /mm ]

(2.12)unde:

G [ daN /mm2 ]– modulul de elasticitate la răsucire G=8000[ daN /mm2 ] ;d [mm]– diametrul sârmei;D [mm] – diametrul mediu al arcului;z – numărul de spire al arcului;Se recomandă ca raportul D/d să fie cuprins între 4 şi 10; D se alege ca medie între d1

şi d2. Se poate astfel determina numărul de spire z al arcului:

z= Gd4

8kD3 (2.13)

Pentru un anumit reglaj, înălţimea h a deschiderii supapei variază cu valoarea Q a debitului deversat .

Calculul supapei cu scaun conic:

Figura 2.11. Supapa cu scaun conic (de presiune)

Pentru scaun conic cu muchii ascuţite ale orificiului de trecere, coeficientul de debit pentru Re ≈ 4000 se poate considera cD =0,71.

În cazul supapelor cu scaun conic figura 2.12, se consideră ca diametrul de calcul, diametrul mediu al scaunului conic:

14

dm=d+d1

2 (2.14)

S=πdm h'=πh' (d1+d

2)

(2.15)

în care:d1 [mm] - diametrul orificiului supapei;d [mm] - diametrul efectiv al secţiunii conice de închidere a supapei;h [mm] - distanţa dintre muchia scaunului şi suprafaţa conică a supapei.

Fig. 2.12. Supapă cu scaun conic

Pe baza figurii 2.12 se poate scrie:d=d1−h sin α (2.16)

(2.17)

Secţiunea de trecere a lichidului S va fi:

S=πd1 h sinα2(1− h

2 d1

sin α ) (2.18)

Deoarece h <<d1 ,

h⋅sin α2⋅d1

≈0, relaţia 2.18 se reduce la forma:

S=πd1 h sinα2 (2.19)

15

Ţinând cont de relaţiile 2.1 şi 2.19 se poate determina înălţimea h de deschidere a supapei:

h= Q

cD πd1 sinα2

√ ρ2 Δp

(2.20)Calculul de dimensionare a arcului supapei cu scaun conic este similar calculului

arcului supapei cu scaun plat.Pentru evitarea înţepenirilor supapei pe scaun conic, se recomandă ca unghiul α¿200.Pentru supapele cu bilă, calculul este similar celui de la supapa cu scaun conic, cu

menţiunea că la supapele de reţinere h = (0,1 - 0,5)d1 şi diametrul bilei D = (1,2 – 1,3) d1.

Figura 2.13. Supapa cu bila

16

Supapa cu diafragma supapa fluture

Figura 2.14. Supapa cu diafragma si supapa fluture

Odată cu deschiderea h variază si forţa dată de resort. Creşte astfel presiunea reglată ps pe măsură ce debitul creşte. Acest lucru este ilustrat de de caracteristica hidraulică a supapei Qs=f(ps figura 2.15.).

Fig. 2.15. Caracteristica hidraulicã a supapei

Cu linie punctată este reprezentată dependenţa parabolică dată de relaţia 2.1. Această dependenţă ete valabilă numai pentru debite mari prin supapă Q>Qs .Pentru prima porţiune a caracteristicii dependenţa este aproape liniară începând de la valoarea p0 a presiunii la care

17

începe sa se deschidă supapa până la valoarea ps . Cu creşterea presiunii se măreşte posibilitatea lucrului supapelor în regim de autooscilaţie.

Fig. 2.16. Caracteristici închidere-deschidere pentru supapele de presiune

Se recomandă ca lăţimea scaunului supapei să fie minimum posibilă, fiind suficientă o faţetă cu luciu de oglindă cu lăţimea de 1 – 1,50 [mm].

Presiunea de ermetizare pe depinde de materialul suprafeţelor în contact, de duritatea lor, de rugozitatea suprafeţei şi de presiunea din sistem.Presiunea de ermetizare pe se poate determina cu relaţia empirică:

pe=A1

√b (2.21)în care b este lăţimea fantei conice, iar A un coeficient care depinde de presiunea p din sistem. În tabelul numărul 2.1 se dau valorile coeficientului A (A0 -pentru oţel şi Af -pentru fontă) în funcţie de presiunea din sistem:

Tabelul 2.1P [daN/cm2] 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90

A0 125 140 150 175 200 225 250 275 300 325

Af 40 45 50 55 60 65 70 80 85 90

2.4. Supape de presiune normal închise

2.4.1. Supape de presiune normal închise cu comandă directă:

18

La supapele de presiune cu comandă directa, figura 2.17, forţa de presiune acţionează numai de o parte a sertarului de presiune, pe cealaltă parte acţionând forţa arcului. Uleiul sub presiune ajunge în camera a respectiv pe suprafaţa inferioară a sertarului printr-un orificiu numit circuit de comandă a supapei, notat cu Px. Uleiul care pătrunde prin jocul dintre sertar şi corp în zona arcului b trebuie eliminat pentru a nu se crea în camera arcului o contrapresiune care ar perturba echilibrul de forţe asupra sertarului.

Eliminarea uleiului din zona arcului se realizează printr-un orificiu, numit circuit de drenaj al supape, notat cu Tx . Supapa cu comandă directă prezintă două circuite de lucru specifice, respectiv circuitul de comandă Px şi circuitul de drenaj Tx .

Elementele componente ale acestei supape sunt şurubul de reglaj al arcului 1, arcul 2, capacul superior 3; dop filetat al circuitului de drenaj 4; sertar de presiune 5; corpul supapei 6; capac inferior 7; dop filetat al circuitului de comandă 8. În corp sunt practicate orificiile de intrare P şi ieşire T.

Funcţionarea supapelor cu comandă directă:

Figura 2.17 corespunde supapei cu comandă directă şi rol funcţional de supapă de descărcare sau siguranţă.

Semn convenţional

19

Fig. 2.17. Supapa de presiune cu comandă directă

Uleiul sub presiune intră prin orificiul P în supapă iar apoi prin canalul Px ajunge in camera a pe suprafaţa inferioară a sertarului de presiune. Atunci când forţa de presiune învinge forţa arcului 2 de reglaj a supapei, sertarul se deplasează în sus realizându-se comunicarea între orificiul P de intrare şi orificiul T de ieşire din supapă. Astfel, o parte din debitul pompei trece prin supapă, în rezervor. Prin această deversare a uleiului în rezervor se regleză presiunea din circuit la o valoare constantă ps la care va lucra tot sistemul hidraulic. În acest caz circuitul de comandă a supapei Px face legatura , prin interiorul supapei, cu orificiul de intrare P(Px intern), iar circuitul de drenaj Tx al supapei face legatura, tot prin interiorul supapei, cu orificiul de ieşire T(p=0) legat la rezervor (Tx intern).

Supapa de descarcare (Px intern, Tx intern) poate avea şi rol de protecţie a circuitului. Ea se deschide numai la atingerea unei presiuni maxime, de suprasarcină în circuitul hidraulic, prin reglajul corespunzător al arcului. În acest caz denumirea supapei va fi de supapă de siguranţă.

Supapa cu comandă directă normal închisă prezentată in figura 2.17 poate avea si rol de distribuţie a debitului datorită presiunii din circuitul hidraulic care este transmisă prin interiorul sau exteriorul supapei pe suprafaţa inferioară a sertarului de presiune. Rolul funcţional a supapei în acest caz va fi diferit în funcţie de comanda şi drenajul supapei. Denumirile supapelor de distribuţie a debitului sunt:

- supapă de succesiune (comandă internă, drenaj extern);- supapă de deconectare (comandă externă, drenaj intern);- supapă de conectare (comandă externă, dreanj extern).

Simbolizarea tipurilor funcţional-constructive ale supapelor de presiune cu comandă directă este prezentată in extrasul din STAS 7145-86.

Realizarea comenzii externe sau a drenajului extern (deci schimbarea rolului supapei) se obţine prin rotirea cu 90o a capacului superior 3 sau a capacului inferior 7 şi racordarea conductelor în locul dopurilor filetate 4 şi 8. Cu ajutorul acestor tipuri de supape se poate realiza comanda şi reglarea sistemelor de acţionare hidraulica.

Se prezintă schemele unor circuite hidraulice în care sunt folosite supapele cu comandă directa, normal închise prezentate anterior.

În circuitul hidraulic prezentat în figura 2.18, supapa S indeplineşte rolul de supapă de siguranţă la suprasarcină (de descărcare).

20

Fig. 2.18. Schemă de acţionare hidraulică cu supapă de descărcare

Supapa de siguranţă are rolul de a menţine în sistem o anumită presiune maximă impusă circuitului hidraulic.Supapa se deschide şi lasă să treacă în rezervor o cantitate de lichid, ceea ce duce la restabilirea presiunii din sistem. În acest caz, rolul supapei este de a înlătura suprasarcinile din sistem şi evitarea deteriorării organologice a sistemului. Supapa se leagă în paralel cu pompa.Prin reglarea supapei se limitează forţa maximă la tija cilindrului hidraulic.Daca reglarea debitului se face cu drosel legat in serie pe conducta de alimentare supapa are rolul de a menţine o presiune constantă . În acest caz supapa îndeplineşte rolul de suapă de deversare.

În figura 2.19 se prezintă schema unui circuit hidraulic cu supapă de succesiune. Supapa de succesiune S2 asigură intrarea în lucru a cilindrului C2 după ce a fost realizată cursa cilindrului C1. În momentul pornirii pompei P uleiul va intra mai întâi în cilindrul de strângere C1 realizând fixarea piesei, după care presiunea creşte în circuit şi se deschide supapa de succesiune S2, iar cilindrul C2 porneşte în avans de lucru. Sistemul lucrează în continuare la presiune constantă reglată de supapa S1.

F

Fig. 2.19. Schemă de acţionare hidraulică cu supapă de succesiune

În figura 2.20 supapa de deconectare S1 realizează descarcarea pompei P1 atunci cand se lucrează în avans tehnologic AT. La cuplarea pompelor P1 şi P2, tija cilindrului hidraulic se va deplasa cu avans rapid AR, cu o viteză corespunzătoare sumei debitelor celor două pompe.

21

Pompa P1 este o pompă de debit mare şi presiune mică, iar pomoa P2 de debit mic si presiune mare.

Fig. 2.20. Schemă hidraulică de actionare cu supapa de deconectare

În momentul cuplării electromagnetului E2 al distribuitorului D2 uleiul este obligat să treacă prin droselul Dr realizându-se viteza de avans tehnologic AT şi, în acelasi timp, presiunea din circuit creşte comandând supapa S1 care se deschide. Debitul pompei P1 este trimis în rezervor prin supapă (pompa se descarcă). În circuit va lucra în sarcină numai pompa P2.

În figura 2.21 supapa de conectare S4 are rolul de a conecta circuitul la atingerea unei valori a presiunii în sistem. Pentru lucrul cu avans rapid AR, se cuplează electromagnetul E al distribuitorului D.

22

Fig. 2.21. Schemă de acţionare hidraulică cu supapă de conectare

Uleiul pătrunde în camera fără tijă a cilindrului, iar uleiul din camera cu tijă este trimis prin supapa de sens S2 tot în camera fără tijă a cilindrului.

Dacă apare sarcină la tijă, presiunea în sistem creşte, se comandă deschiderea supapei de conectare S4, iar uleiul din camera cu tijă este trimis la rezervor. Are loc mişcarea de avans tehnologic AT până la capăt de cursă.

La trecerea în poziţia iniţială a distribuitorului D, uleiul pătrunde prin supapa de sens S3 în camera cu tijă, iar pistonul execută mişcarea de retragere rapidă RR.

La supapa de conectare, spre deosebire de supapa de deconectare, curgerea uleiului sub presiune se poate face în ambele direcţii ( de la P la T sau de la T la P) deoarece drenajul este extern.

2.4.2. Supape de presiune normal închise cu comandă pilotată:

Supapa cu comandă directă prezintă avantajul unui cost mic şi stabilitate dinamica superioară, în schimb presiunea prezintă o creştere cu creşterea debitului prin supapă ca rezultat a creşterii forţei din arc. Pentru ridicarea sertarului de presiune de pe scaun la creşterea presiunii din circuit cresc dimensiunile arcului de reglare, respectiv gabaritul supapei. Acest lucru limitează folosirea supapelor cu comandă directă până la 10 Mpa şi deschideri nominale DN 10 (circa 40 /min).

Pentru înlăturarea deficienţelor prezentate anterior s-au proiectat supape cu comandă pilotată utilizând, pentru acţiunea de descărcare a supapei principale, propria presiune a uleiului care este comandată de către o supapă pilot. Deci supapa cu comandă pilotată este de fapt formată din două supape etajate; supapa de bază (etaj 1) şi suapapa pilot (etaj 2). Funcţionarea supapei cu comandă pilotată normal închisă rezultă din figura 2.22, în care este prezentată schema funcţională a supapei de descărcare cu rol de reglare a presiunii în circuitul hidraulic (cel mai des întâlnită în practică).

23

Detaliat

Simplificat

Fig. 2.22. Supapă de siguranţă BALANŢA SIBIU

Părţile componente ale supapei de bază sunt : arcul slab 1; sertarul de presiune 2; corpul supapei 3; rezistenţa hidraulică R1(orificiu calibrat de Ø 0,8 mm).

Supapa pilot are următoarele elemente de bază : şurubul de reglare a arcului 4 ; corpul 5 ; arcul 6 ; supapa 7 ; rezistenţa de amortizare a oscilaţiilor supapei R2(orificiu calibrat de Ø 1,2mm).

Funcţionarea supapei de siguranţa si descărcare pilotată rezultă din analiza schemei din figura 2.22.

În momentul în care este conectată pompa în circuit (valoarea presiunii nupoate deschide supapa pilot) uleiul sub presiune trece prin rezistenţa R1 în camera a şi în camera b a arcului supapei de bază. Conform principiului lui Pascal presiunea va fi aceeaşi atât pe suprafaţa inferioară a supapei de bază cât si pe suprafaţa superioară a ei, deci forţele de presiune pe cele două suprafeţe vor fi egale(suprafeţele sunt egale). Supapa ramâne închisă datorită forţei arcului slab 1. În momentul în care forţa de presiune creată de presiunea ps din circuit depaşeşte forţa arcului de reglaj a supapei pilot 6, supapa 7 se ridică de pe scaun şi permite deversarea unei cantităţi de ulei în rezervor. Are loc scăderea presiunii în camera b si apare o cădere de presiune pe rezistenţa R1. Această diferenţă de presiune modifică echilibrul de forţe pe sertarul supapei de bază 2. Forţa de presiune pe suprafaţa inferioara a sertarului este acum mai mare decât forţa de presiune pe suprafaţa superioară şi supapa se va deplasa în sus. Uleiul din orificiul de presiune P trece prin supapă în orificiul de ieşire T legat la rezervor. Prin deversarea acestui debit în rezervor se menţine constantă presiunea în circuit la valoarea

dorită ps0 .Rezistenţa R2 a supapei pilot amortizează oscilaţiile supapei de baza 2 provocate de pulsaţia presiunii din circuit. Stabilitatea dinamică si frecvenţa naturală a supapei pilotate sunt

24

Px

P

Tx

T

P T

mai mici decât cele ale supapelor cu comandă directă, în schimb aceste supape pot lucra la presiuni ridicate (20-30 MPa) şi la debite mari (100-200 l/min).

Supapa de succesiune pilotată este prezentată in figura 2.23. Drenajul Tx este extern, iar comanda Px internă cu acelaşi rol funcţional ca la supapele cu comanda directă, respectiv de a distribui debitul către consumator la creşterea presiunii în circuit. Se asigură intrarea în lucru a cilindrului hidraulic pe care îl deserveşte.

În figura 2.24. este prezentată o supapă de succesiune cu comandă electromagnetică:

25

Detaliat

Simplificat

Fig. 2.23. Supapă de succesiune cu supapă de ocolire BALANŢA SIBIU

P T

Px

P

Tx

T

Fig. 2.24. Supapă de succesiune cu comandă electromagnetică BALANŢA SIBIU

Supapa de deconectare pilotată este prezentată în figura 2.25. Comanda Px este externă, iar drenajul Tx este intern. Construcţia acestei supape diferă faţă de supapa de descărcare prin faptul că sertarul pilot este acţionat cu o presiune de comandă din exterior. Rolul funcţional al ei este de a realiza o distribuţie a debitului(descărcare de pompa) prin supapă la o comanda de presiune de pe alt circuit hidraulic.

Detaliat

Simplificat

Fig. 2.25. Supapă de deconectare BALANŢA SIBIU

Supapa de conectare pilotată este prezentată în figura 2.26. Comanda Px şi drenajul Tx sunt externe. Această supapă reglează presiunea în circuitul P, în condiţiile în care ieşirea din supapă, T nu este conectată la rezervor.

26

Detaliat

Simplificat

Fig. 2.26. Supapă de conectare BALANŢA SIBIU

2.5. Supape de presiune normal deschise ( supape de reducţie)

Supapele de presiune de tip normal deschise ( de reducţie) realizează ,în stare de repaus, contactul hidraulic intrare-ieşire şi asigură reglarea presiunii pe circuitul de ieşire al supapei. Supapele normal deschise permit circulaţia uleiului pentru poziţia iniţială, cu rolul de a menţine constantă o presiune redusa la ieşire, indiferent de variaţia presiunii la intrare. Funcţional, supapa poate fi considerată un drosel automat a carui secţiune de trecere este o rezistenţă hidraulică care se modifică în funcţie de diferenţa de presiune între intrare (presiunea variabila) şi ieşire (presiunea redusa, de valoare constantă). Atunci cînd se atinge in circuitul de comandă presiunea corespunzatoare forţei arcului supapei,contactul hidraulic îşi schimba semnul faţă de starea iniţială

Supapele normal deschise (de reducere) sunt folosite şi în scopul obţinerii de debite constante la reglarea prin drosel, reglarea forţei de strângere în mecanisme de alimentare, micşorarea vitezei de deplasare a unor sertăraşe.

O supapă de reducere a presiunii este prezentată în figura 2.27 şi este formată din corpul 3, pistonul 2, arcul 5, şurubul de reglare a presiunii 6 şi camerele 4 şi 7. Lichidul intră prin orificiul 1 în camera 7, iar prin orificiul pistonului 2 în camera de reducţie 4.

27

Fig. 2.27. Supapă de reducere a presiunii

Mărimea presiunii reduse pr obţinute la ieşirea din camera 4, se poate deduce din ecuaţia de echilibru a forţelor care acţionează asupra pistonului 2. Dacă se neglijează forţele de frecare, obţinem relaţia de echilibru:

prπ⋅d2

4=Fa+ y⋅K

(2.22)în care:

- d – diametrul pistonului supapei; - Fa – forţa iniţială a arcului; - y – deplasarea pistonului; - K– constanta elastica a arcului.

Neglijând ultimul termen al relaţiei (2.22), deci pentru o deplasare a pistonului şi o constantă a arcului suficient de mici, se obţine:

pr=4 Fa

π⋅d2=const .

(2.23)Din relaţia (2.23) rezultă că presiunea din camera de reducere este constantă, ceea ce

reprezintă o caracteristică a acestor supape.În situaţia când presiunea pr creşte, pistonul 2 comprimă arcul 5 şi va trece spre

rezervor o cantitate de lichid, restabilindu-se presiunea la valoarea pr iniţială.Supapele normal deschise sunt utilizate pentru reducerea presiunii si menţinerea

constanta a acesteia pe circuite hidraulice care au consumatori ce solicita diverse presiuni, inferioare presiunii sursei de alimentare. În general supapele de reducţie se construiesc cu comandă pilotată, asigurându-se astfel o mai bună stabilitate mărimii presiunii reduse.

Schema constructiv –funcţională a unei supape normal deschise cu comandă pilot este prezentata în figura 2.28. Uleiul sub presiune intră prin orificiul P, apoi prin sectiunea de droselizare formată între sertarul de presiune 2 şi corpul 3 trece in orificiul de iesire T. Prin rezistenta R1 ,uleiul trece în camera a corespunzatoare supapei normal închise şi în camera b a sertarului de presiune 2.

Atunci când presiunea de intrare creşte peste valoarea impusă prin arcul de reglaj 6, supapa pilot 7 se ridică de pe scaun, realizându-se astfel deversarea unui debit de ulei către rezervor prin orificiul Tx extern.

Presiunea din cele doua camere (a si b) scade şi apare o diferenţa de presiune între suprafeţele superioara si inferioara (egale intre ele) ale sertarului de presiune. Diferenţa de

28

Px

P

Tx

T

P T

presiune realizează o forţă care deplasează sertarul de presiune în sensul micşorării secţiunii de trecere şi a creşterii rezistenţei hidraulice. Astfel presiunea din orificiul de ieşire scade, ceea ce echivalează cu menţinerea constantă a acesteia atunci cînd presiunea de intrare creşte.

Presiunea pred <ps0 de valoare mai mică, se va menţine constantă indiferent de variaţia presiunii de intrare pi. Mărimea presiunii reduse se reglează prin arcul 6 al supapei pilot prin actionarea din exterior a şurubului de reglaj 4.

Detaliat

Simplificat

Fig. 2.28. Supapă de reducţie BALANŢA SIBIU

Caracteristicile statice ale supapelor normal închise si normal deschise sunt prezentate în figura 2.29.

29

Fig. 2.29. Caracteristici statice ale supapelor de presiune

2.6. Supape hidraulice de sens

Supapele hidraulice de sens realizează controlul sensului de curgere a fluidului într-o instalaţie şi pot fi supape de sens unic şi supape de sens deblocabile (pilotate hidraulic).Analog elementelor electronice, supapa de sens este similară diodei, iar supapa de sens deblocabilă este similară triodei. În anumite situaţii se folosesc supape de sens speciale pentru compensarea pierderilor din sistem, blocarea unor mecanisme, menţinerea constantă a presiunii de strângere, pentru echilibrarea unor asambluri mobile pe direcţie verticală,etc.

Ca rol funcţional supapele de sens pot îndeplini următoarele funcţiuni:- supape anti-retur - supape de de reţinere şi contra-presiune

- supape de şoc şi anticavitaţionale sau antiambalare.Supapele hidraulice de sens trebuie să asigure următoarele condiţii:

- sensibilitate mare la închidere şi deschidere;- rezistenţă minimă la trecerea lichidului;- închidere ermetică între supapă şi scaunul supapei.

Supape de reţinere şi contrapresiune: Supapele de reţinere au rolul de a permite lichidului de lucru circulaţia într-un singur

sens. Supapele de sens pot de supape anti-retur, figura 2.30 a, care interzic mişcarea inversă a

pistonului 1 , de exemplu când presiunea în cilindrul 2 scade sub valoarea S1 / A1 ; supape de contra-presiune, figura 2.30 b, care interzic, de exemplu, golirea uleiului din circuitul de evacuare, la staţionarea maşinii; supape de anticavitaţie sau anti-ambalare, figura 2.30 c şi 2.30 d, care interzic căderea accelerată a pistoanelor, sub acţiunea unei sarcini gravitaţionale, fapt care ar putea duce (în poziţia A a distribuitorului) la şocuri în maşină şi la cavitarea circuitului C, dacă debitul solicitat în cilindru ar depăşi debitul cu care îl alimentează pompa.

30

a) b)

c) d)

Fig. 2.30. Scheme de utilizare

31

Supape de sens deblocabile:

Fig. 2.31. Supape de sens deblocabile tip SUDM

32

Supapele de sens deblocabile (zăvor hidraulic), se pot deschide şi spre sensul interzis in cazul unei comenzi hidromecanice externe de deblocare şi numai pe durata acesteia.Se utilizeaza pentru:

- eliberarea unor circuite de lucru sub presiune - ca siguranţă împotriva căderii unei sarcini (spargeri de conducte, etc) - evitarea, în stare de repaus, unor mişcări cu cursă foarte mică a motoarelor tensionate

hidraulic in ambele părţi - asigurarea unor curse rapide de închidere – deschidere in circuitelor hidraulice de

presiune .În figura 2.31. este prezentată construcţia supapei de sens deblocabile pentru montaj

modular tip SUDM 315 bar, producţie BALANŢA SIBIU, şi schemele functionale ale acestora.Se pot utiliza în trei variante funcţionale,respectiv:

- ca supape deblocabile pe orificiul A (consumator)- ca supape deblocabile pe orificiul B (consumator)- ca supape deblocabile pe ambele orificii A , B (supape duble de sens

deblocabile) Utilizarea în schemele de actionare a supapelor de sens deblocabile conduce la evitarea

coborîrii necontrolate sau a prăbuşirii sarcinii în cazul spargerii conductelor de alimentare a motorului hidraulic, protecţie la avarie a unui sistem hidraulic, protecţie la maşinile de ridicat şi evitarea unor accidente de muncă.

Proiectarea supapei cu scaun plat:

Date de calcul:

ρ - densitatea uleiului (ρ=900kg/m3)z(numarul de spire al arcului)-4D=12 mm (ales)d=3mm (ales)Se recomandă ca raportul D/d să fie cuprins între 4 şi 10; D se alege ca medie între d1

şi d2.

33

Figura:

Dependenţa dintre debitul de lichid ce trece prin supapă şi căderea de presiune, atunci când elementul de sesizare a presiunii se ridică de pe scaun cu distanţa h, este dat de relaţia:

Q=cD⋅S⋅√ 2ρ⋅Δp

(2.1)

(2.2)

La depăşirea presiunii reglate, supapa se deschide cu înălţimea h, restabilind un nou echilibru intre F

1 şi F2. Arcul se comprimă cu mărimea h,

k⋅h=F'1−F1

Cu relaţia 2.1 se determină secţiunea activă a supapei. Cunoscând această secţiune se determină diametrul orificiului de intrare a lichidului în supapă, d1.

34

d1=√ 4 Sπ (2.3)

Din condiţia de rezistenţă la strivire a scaunului supapei sub acţiunea forţei arcului Fa, se determină diametrul d2:

π (d22−d

12 )σa

4≥Fa

(2.4)

d2=√ 4 Fa

πσ a

+d12

(2.5)

Diametrul d3 al supapei se determină din condiţia ca secţiunea cuprinsă între corpul supapei şi supapă să fie aproximativ aceeaşi cu secţiunea de intrare, pentru a avea aceeaşi viteză de curgere.Rezultă:π4(d

23−d

22 )≥S

(2.6)

d3≥√d21+d

22

(2.7)

35

S=πd2

1/4 (2.8)

h= Sπd1

= πd21

4 πd1

=d1

4 (2.9)

Pentru dimensionarea arcului se pleacă de la relaţia de echilibru (2.2), neglijând forţele de frecare şi greutatea arcului şi a supapei.

kF

'1−F1

h=

( p'1−p1)S

h (2.10)

unde p1 este suprapresiunea din sistem care duce la deschiderea supapei cu înălţimea h pentru

eliminarea surplusului de lichid.

Constanta elastică k a arcului se calculează cu relaţia:

k= G⋅d4

8⋅z⋅D3[ daN /mm ]

(2.11)

unde:

36

G [ daN /mm2 ]– modulul de elasticitate la răsucire G=8000[ daN /mm2 ] ;d [mm]– diametrul sârmei;D [mm] – diametrul mediu al arcului;z – numărul de spire al arcului;

Se recomandă ca raportul D/d să fie cuprins între 4 şi 10; D se alege ca medie între d1

şi d2. Se poate astfel determina numărul de spire z al arcului:

z= Gd4

8kD3 (2.12)

Pentru un anumit reglaj, înălţimea h a deschiderii supapei variază cu valoarea Q a debitului deversat .

37