curs 1 hidraulica

Partea I - Hidraulica

Hidraulic i acionri hidraulice

1. Noiuni generale despre hidraulic

Hidraulica este tiina care studiaz legile de echilibru i de micare a fluidelor din punctul de vedere al aplicaiilor n tehnic.

Denumirea de hidraulic provine din cuvintele greceti hdor-ap i aulos-tub.Noiunea a fost iniial pus n legtur cu orga de ap ( instrument muzical n Grecia antic ) unde caracterisicile sunetelor erau realizate de nlimea coloanelor de ap.

Hidraulica studiaz n principal lichidele care sunt fluide practic incompresibile, ele nu au form proprie ci sunt perfect elastice la efortul de compresiune. Lichidele n cantiti mici iau forma sferic iar in cantiti mari iau forma recipientului, prezentnd o suprafa liber.

1.1 Locul hidraulicii n industrie

Hidraulica are un vast domeniu de aplicabilitate. Apa fiind un element indispensabil vietii, primele aezri omeneti au fost condiionate de prezena ei. n timp au aprut primele lucrri hidrotehnice: diguri, stvilare, apeducte, sisteme de irigaii. Mai trziu rezervele mari de ap strnse n lacurile de acumulare au putut fi utilizate dup dorin pentru irigaii, navigaie, pentru scopuri industriale sau energetice.

Domeniul de aplicabilitate al hidraulicii s-a extins considerabil. La ora actual nu exist nici o ramur a tehnicii unde s nu i gseasc aplicabilitatea.

Exemple:

din industria constructoare de masini: n tehnica automobilului, locomotivei, aviaiei, navale, n industria uoar i alimentar s-au extins sistemele hidraulice de comenzi, acionri i automatizri, amortizoare,suspensii hidraulice,etc.

din transporturi : principiile de funcionare ale celor mai multe mijloace de transport sunt bazate pe legile hidraulicii.Astfel sunt vapoarele i submarinele, avioanele, vehiculele pe pern de aer,etc. De asemenea transportul fluidelor n conducte i canale, transportul hidraulic i pneumatic al diferitelor materiale n suspensie (pulberi, paste, grne). din metalurgie, siderurgie, n industria grea, de o importan deosebit este problema apei de rcire la furnale, laminoare, dispozitive hidraulice de turnare a metalelor i maselor plastice, echipamente hidraulice ale forjelor i preselor etc.

mainile hidraulice reprezint de asemenea un domeniu vast de aplicabilitate: turbine hidraulice sau eoliene, turbine de foraj, pompe de diferite tipuri,etc.

1.2 Tipuri de lichide hidraulice i proprietile acestora

1.2.1 Proprieti

Principalele proprieti ale lichidelor hidraulice sunt:

a) Densitatea, reprezint masa unitii de volum:

(1.1)

Ea variaz cu temperatura i presiunea, dar pentru variaii mici se poate considera constant. Valoarea densitii influeneaz att pierderile de presiune din sistem ct i pierderile volumice (probleme de etanare pentru vscozitate mic).

b) Greutatea specific, reprezint greutatea unitii de volum:

(1.2)

c) Viscozitatea, este proprietatea fluidelor de a opune rezisten la curgere, datorit interaciunii ntre particulele constituente.

Viscozitatea poate fi:

dinamic, (, reprezint raportul dintre tensiunea tangenial (() i gradientul de vitez al masei de fluid:

(1.3) cinematic, (, reprezint raportul dintre vscozitatea dinamic i densitatea fluidului. Din punct de vedere fizic reprezint rezistena opus de fluid deplasrii sub greutatea proprie.

(1.4)

Viscozitatea cinematic se poate exprima i n uniti tehnice, grad ENGLER (E) pentru Europa; relaia dintre cele dou uniti este:

( (cSt)

7,3 ( (E)

(1.5)

Viscozitatea uleiului variaz cu temperatura, fapt ce influeneaz pierderile volumice i energetice din sistem. Influena temperaturii trebuie luat n considerare, deoarece transportul de energie ntre pomp i motor are loc cu pierderi ireversibile, nsoite de degajare de cldur care modific temperatura uleiului.

d) Compresibilitatea, indic variaia relativ a volumului unitar de lichid supus unei variaii unitare de presiune. Este exprimat printr-un coeficient de compresiune relativ ( sau prin modulul de elasticitate volumic Ev.

(1.6)

Ca valori medii ale modulului de elasticitate la temperatura de 20C i presiune atmosferic, se pot considera valorile:

Ev = (1,31,7).104 daN/cm2, [( = (74...57).10-6 cm2/daN] pt. uleiurile minerale.

Ev = (0,81).104 daN/cm2 pentru lichide sintetice.

Ev = 2,1.104 daN/cm2 pentru ap.

Ev = 4.104 daN/cm2 pentru glicerin.

e) Punctul de aprindere este temperatura la care vaporii de ulei se aprind. n sistemele de

acionare hidraulic acest punct de inflamabilitate nu are importan prea mare deoarece temperatura agentului motor n aceste sisteme este mult mai mic dect temperatura de inflamabilitate a uleiului. n schimb la presele hidraulice pentru presare la cald acionate cu ulei mineral este foarte important. Deasemenea n cazul depozitarii uleiurilor n legatur cu prevenirea incendiilor.

f) Puritatea agentului de lucru

Impurificarea uleiului cu substane care provin din afar ( substane mecanice ca: praf, nisip, particule de metal,etc.) are urmri grave putnd duce la deteriorarea elementelor hidraulice n micare. Impuritile se determin prin gravimetrie. Uleiul se poate purifica i cu produi lichizi i n special cu ap.

Prezena apei poate fi constatat i vizual, n unele cazuri, dup culoarea tulbure pe care o d uleiurilor.

1.2.2 Tipuri de lichide hidraulice

Lichidul de lucru din sistemele de acionare hidraulic este supus aciunii ndelungate a unor temperaturi, viteze i presiuni ridicate variind n limite largi. n aceste condiii, mediul hidraulic trebuie s rspund unor cerine restrictive dintre care amintim:

s aib bune proprieti lubrifiante;

s aib rezisten mecanic ridicat a peliculei;

s aib rezisten chimic i termic ridicat;

s nu degaje vapori la temperaturi obinuite;

s nu fie activ chimic n raport cu elementele sistemului;

s aib o variaie minim a vscozitii n raport cu temperatura;

s aib punct ridicat de inflamabilitate;

s nu absoarb aer i s nu formeze spum;

s aib un coninut minim de impuriti.

Lichidele de lucru utilizate in sistemele de acionare hidraulic se pot grupa n trei categorii: apa, uleiurile minerale i lichidele sintetice.

Caracteristicile principale ale diferitelor tipuri de lichide hidraulice sunt prezentate comparativ n tabelele urmtoare.

Cele mai utilizate lichide sunt uleiurile minerale, care au o durat de via ce este determinat de calitatea lor, precum i de condiiile de lucru. Principalele lichide hidraulice fabricate n ar i caracteristicile lor sunt prezentate n tabelele de mai jos.

Pentru cazul unor instalaii care funcioneaz la temperaturi ridicate (metalurgie, siderurgie) mediul hidraulic utilizat este metalul lichid care de regul este un aliaj eutectoid compus din 77% NATRIU i 23% KALIU. Punctul de topire este -12C, iar cel de fierbere este cca 850C.

Aplicaii

1.Precizai care sunt proprietile pe care trebuie s le ndeplineasc lichidele de lucru.

2.Definii densitatea unui lichid i precizai unitile de msur n S. I.

3.Dai exemple de utilizare a hidraulicii n domeniul transporturilor.

FLUIDUL

Coninut (%)Proprieti de lubrefiereProtecie anticorosivPlaja de viscozitateIndicele de viscozitateRezisten la aprindereCostul

APULEI

AP1000nulenulfoarte ngustfoarte naltexcelentneglijabil

ULEIURI MINERALE0100excelentefoarte bunfoarte larg90-100foarte slabsczut spre moderat

EMULSII959951slabefoarte slabfoarte ngustfoarte naltexcelentfoarte sczut

40606040satisfctoarebunngust--bunmoderat

ESTERI FOSFATICI----bunesatisfctoarelargsczut

(40-45)foarte bunfoarte nalt

LICHIDE SILICONICE----satisfctoaresatisfctoarelargnaltexcelentextrem de nalt

AP CU GLICOL40606040bunesatisfctoarengust spre mediepeste 150bunnalt

FLUIDUL

Greutate specific (tipic)Temp. de congelare (tipic)

(oC)Temp. maxim de serviciu (oC)Temp. normal de serviciu (oC)Aciditate (neutra-lizare)Coninutul de ap

(%)Temp. de aprindere (tipic)

(oC)Temp. de auto-aprindere

(oC)Greutate com-parativ

%Cldur specific

(kcal./

kgoC)Conductibi-litate termic

(kcal./

mhoC)

AP1,00653750--100----1151,00,147

ULEI MINERAL0,865-209550650,060,022203901000,44-0,460.050

EMULSIE0,920,94variabil6550600,05min. 40--4351100,80,90,100

ESTER

FOSFATIC1,275-2015060800,020,032606501250,6000,050

LICHID SILICONIC0,931,03sub -55370pn la 290----1502301100,4250,080

AP CU GLICOL1,06-60655060alcalin3040--6501200,7650,096

Denumiea lichiduluiUleiuri hidraulice aditivateUleiuri hidraulice pentru solicitari uoare

(max. 50 bar i 50% C)Uleiuri hidro-

staticUlei hidra-ulic pentru LDHUlei emulsi-onabilAlte uleiuri n curs de asimilare

Normativul internSTAS 9691 / 80

TipulH 12H 20H 30H38H 19H 35H 57H 72H 230H 42Ulei LDHPE1A

Densitate la 15%, maximg/cm20,9000,9000,9050,9050,8000,8950,9000,9050,9150,9050,8700,960H9EP

H25EP

H36EP

H50EP

H10W/30

Viscozitate cinematic la 500CcSt11,8

14,819,4

23,028,6

32,036,6

40,51923354057657280230

240384519,42345

Viscozitate convenio-nal la 500C0E

22,32,83,23,94,34,95,42,83,24,75,37,58,59,510,53032562,83,26

Punct de in-flamabilitate M, minim0C150175180190190210220230265160180-

Punct de congelare maxim0C

-55-35-30-25-20-120-40-30-12

Indice de viscozitate, minim%95959085135100-

Ap, max.%-----------5

2. Studiul comparativ al acionarilor hidraulice, pneumatice si electrice

Fore liniare:

Hidraulic: Fore i presiuni mari, au gabarit mic, nu se consum energie la meninerea sub sarcin.

Pneumatic: Sunt limitate de presiunea de lucru i de diametrul cilindrului (max. 40.000N). Nu este necesar consum de energie pentru meninerea sub sarcin.

Electric: Eficien sczut, nu exist protecie la supranclzire, consum mare de energie cnd nu se lucreaz sub sarcin, fore mici, gabarit mare, consum energetic la meninerea sub sarcin.

Momente:

Hidraulic: Momente foarte mari, chiar i n staionare; consum mare de energie n staionare.

Pneumatic: Momente mari, chiar i n staionare. Nu consum suplimentar energie n staionare.

Electric: Cel mai mic moment n staionare.

Micare liniar:

Hidraulic: Uor de generat, uor de controlat, acceleraii i viteze mai mici ca la pneumatic.

Pneumatic: Uor de generat, acceleraii mari, viteze mari.

Electric: Complicat i costisitor pentru curse lungi, mai ales datorit inversrii de sens. Pentru curse foarte mici: cu solenoid sau motoare liniare, dar fore i momente mici.

Micare rotativ sau oscilant:

Hidraulic: Turaie mic, randament mare. Opriri / porniri i inversri dese, rapide.

Pneumatic: Turaii mari, costuri mari, randament sczut, micarea de oscilaie i stabilirea turaiei se face cu dispozitive mecanice. Opriri / porniri i inversri dese, rapide.

Electric: Cea mai bun eficien cu motoare rotative, vitez limitatHidraulic: Foarte bun controlabilitate de fore, momente, viteze, precizie mare la viteze mici.

Pneumatic: Forele i momentele se controleaz cu regulatoare de presiune, iar turaia cu drosele.

Electric: Control limitat, cu costuri mari.

Stocarea i transmisia energiei:Hidraulic: Stocare limitat cu gaz sau resort auxiliar. Transmisii eficiente prin conducte (pn la 100m).

Pneumatic: Stocare uoar i ieftin, n cantitate mare, transmisie bun prin conducte (pn la 1000m).

Electric: Stocare dificil i n cantiti mici, transmisie uoar prin conductori, pe distane mari.

Influena mediului:

Hidraulic: Sensibil la variaie de temperatur, pericol de contaminare, de incendiu.

Pneumatic: Sensibil la variaie de temperatur, pericol de nghe n anumite condiii, sensibil la contaminri.

Electric: Insensibil la variaie de temperatur, sunt necesare msuri speciale de izolare. Pericol de incendiu, explozie.

Costuri energetice:

Hidraulic: Mari.

Pneumatic: Mari.

Electric: Cele mai mici.

Uurina n utilizare:

Hidraulic: Mai complicat datorit presiunii mari de lucru; sunt necesare circuite de retur.

Pneumatic: Se pot utiliza cu uurin; sunt sigure, posibilitate de avarii i accidente reduse.

Electric: Se cer cunotine speciale; pericol de avarii i accidente.

Generaliti:

Hidraulic: Zgomotele cresc cu presiunea de lucru, componentele pot fi suprancrcate.

Pneumatic: Componentele pot fi suprancrcate; sunt necesare amortizoare de zgomot.

Electric: Nu exist protecie la suprancrcare (doar cu costuri mari), zgomotoase.

Aplicaii

1.Caracterizai acionrile hidraulice d.p.d.v. al forelor i respectiv al momentelor.

2.Comparai d.p.d.v. al costurilor energetice i al influenei mediului cele trei tipuri de acionri.

3. Structura unui sistem de acionare hidraulic

Dup principiul de funcionare distingem:

sisteme hidraulice de acionare de tip hidrostatic (volumic) care se bazeaz pe folosirea energiei poteniale a lichidului, sub form de presiune hidrostatic.

sisteme hidraulice de acionare de tip hidrodinamic, n care se folosete energia cinetic (de micare) a lichidului.

Transformarea energiei ntr-o instalaie hidraulic de tip hidrostatic poate fi prezentat astfel:

Pompa hidraulic este de tip volumic i realizeaz transformarea energiei mecanice

primite n energie hidraulic, modificnd starea energetic a lichidului de lucru prin variaia volumului cuprins ntre organele mobile i cele fixe ale pompei.

Motorul hidrostatic (liniar sau rotativ) transform energia hidrostatic primit n energie mecanic (for sau moment), utilizabil la organul de lucru.

Sistemele de acionare de tip hidrodinamic, denumite n mod uzual transmisii hidrodinamicesau turbotransmisii hidraulice, ndeplinesc dou funciuni:

de cuplare a arborelui conductor cu cel condus (turbocuplaj);

de variaie a turaiei arborelui condus, deci funcia de cutie de vitez (convertizor hidraulic).

Principiul de funcionare const n transformarea energiei mecanice primite de la motorul de antrenare, de ctre pompa hidrodinamic 1, n energie cinetic a lichidului, care pune n micare turbina hidrodinamic 2 i aceasta face conversia energie cinetic - energie mecanic. Rezult c n interiorul unei transmisii hidrodinamice are loc o dubl transformare de energie, lichidul executnd o micare complex determinat de sensul de micare al arborelui pompei.

Aplicaii

1.Ce rol au pompele volumice i motoarele hidraulice n structura sistemelor de acionare hidraulic.

2.Desenai simbolul pompelor hidraulice i a motoarelor hidraulice.

3.1. Filtre hidraulice, structur, importan

Filtrele sunt elemente hidraulice de condiionare,care au scopul de a cura lichidul de lucru de impuriti solide,crund astfel instalaia de o uzur prematur.

Impuritile din mediul hidraulic sunt de natur mecanic (praf,pan) i de natur chimic (nmoluri,parafin,vopsea,etc.) Ele sunt datorate:mediului hidraulic,elementelor instalaiei i mediului ambiant,putnd fi preexistente n fluid sau pot aprea pe parcursul funcionrii instalatiei.

Tipuri de elemente filtrante.Elementele filtrante pot reine particulele pe suprafaa lor sau n orice punct al grosimilor i se numesc filtre de adincime.

Filtrele de suprafa,au n general o grosime mic,fiind constituite din estur metalic,hrtie i din fibra metalic.

Fig. 3.3

Prin inversarea circulaiei fluidului sau prin suflare,filtrele de suprafa i recapt n mare parte capacitatea filtrant iniial.

Filtrele de adncime sunt constituite din elemente filtrante mici dispuse spaial i aleator n straturi succesive,crend o anumit adncime elementului filtrant care poate reine astfel particulele n orice punct al grosimii lui pe direcia de curgere a fluidului. Alctuire: plci de hrtie sau psl impregnat cu rini sintetice;din mici bile sau elemente sudate,eventual lipite prin sinterizare.

Construcia filtrelor.

Filtrele sunt construite din elementul filtrant 1,ales corespunztor fineii de filtrare dorite,carcasa de prindere a acestuia 2, n care se gsesc gurile 3 i 3 pentru conductele care aduc sau preiau fluidul,magnetul 4, pentru reinerea eventualelor particule din fier,supapa de by-pass 5,(necesar n cazul nfundrii totale a filtrului, indicatorul de impuriti optic,elementele de prindere 6, legtura pentru manometrul 7.

Fig. 3.4

Aplicaii

1. Precizai materialele din care sunt alctuite filtrele de suprafa i cum i recapt capacitatea filtrant iniial.

2. Enumerai elementele ce intr n alctuirea filtrelor.

3.2. Maini hidraulice

3.2.1 Motoare hidraulice

Ele au rolul de a converti energia hidraulic de presiune a uleiului n energie mecanic de translaie(motoare liniare),sau de rotaie(motoare rotative),prin nvingerea forelor de translaieF sau a cuplurilor de rotaie M. Motoarele hidrostatice liniare se numesc cilindri hidraulici.

3.2.1.1 Generalitati, solutii constructiv-functionale

Cilindrii hidraulici sunt motoare liniare (elemente de execuie) de larg utilizare n construcia de maini; acestia recepioneaza energia hidrostatic produs de o pomp volumic (presiune x debit) pe care o transform n energie mecanic de translaie (for x vitez) necesara actionarii diferitelor mecanisme.

Pentru a putea utiliza limbajul de specialitate, vom defini principalele elemente ale miscarii unui cilindru hidraulic, considerind cilindrul cu dublu efect din figura 3.5:

Fig. 3.5

C: cursa cilindrului, este spatiul maxim pe care l pot parcurge tija sau pistonul;

CR sau (-): deplasarea pistonului pe cursa de retragere (retragere);

CA sau (+): deplasarea pistonului pe cursa de avans (avans);

PM: pozitia median, este pozitia ocupat de piston la jumtatea cursei;

CCR sau (0): captul de curs pe retragere, este poziia extrem ocupat de piston cnd este retras;

CCA sau (1): captul de curs pe avans, este poziia extrem ocupat de piston la avans;

Camera activ: este camera n care cilindrul primete lichid (volumul ei se mrete prin deplasarea pistonului);

Camera pasiv este camera care se golete de lichid (volumul ei se micoreaz tot datorit deplasrii pistonului);

Numrul direciilor n care cilindrul efectueaz deplasarea sub aciunea energiei hidrostatice, precum i construcia organului motor (piston, plunjer simplu sau multiplu) determin urmtoarea clasificare:

Cilindri cu simpl aciune (cu simplu efect) care pot efectua cursa activ numai pe o singur direcie, pe avans:

Cilindrul cu simplu efect cu revenire cu arc, la care avansul se face hidraulic iar revenirea pistonului se realizeaz cu ajutorul unui arc.

Cilindrul cu simplu efect cu piston, la care deplasarea pistonului spre dreapta are loc la alimentarea cu presiune prin racordul A, pentru revenire fiind necesar o for exterioar.

Cilindrul cu simplu efect cu plunjer: la acest tip de cilindru, caracterizat de obicei de diametrul mic, pistonul i tija sunt unul i acelai element, iar etanarea se realizeaz prin ajustajul i prelucrarea suprafeelor corespunztoare.

Cilindrul cu dubl aciune (cu dublu efect) care efectueaz curs activ n ambele direcii, poate fi:

Cilindrul cu dubl aciune, cu tij de o singur parte a pistonului (tij unilateral). Alimentnd cilindrul prin orificiul A tija pistonului avanseaz i revine cnd lichidul ptrunde prin orificiul B. Deoarece suprafeele active ale pistonului sunt diferite i forele dezvoltate vor fi: maxime - la avans, minime - la revenire. Deasemenea, vitezele de deplasare ale tijei sunt: minime - la avans, maxime - la revenire.

Cilindrul cu dublu efect cu tij bilateral. Datorit prezenei tijei de ambele pri ale pistonului suprafeele active sunt egale pe ambele direcii. Deci, pentru fore i viteze vor rezulta valori egale n ambele direcii.

Cilindrul telescopic, care poate fi cu simplu efect sau cu dublu efect. Utilizarea acestui tip de cilindru permite ca la un volum mic de montaj s se realizeze curse lungi. nlimea de montaj este numai cu puin mai mare dect o treapt.

Cilindrul telescopic este format dintr-un multiplu de plunjere care se desfoar progresiv, de la diametrele mari spre cele mici.

Cele mai utilizate motoare hidraulice liniare rmn cilindrii cu piston, cu simplu sau dublu efect, realizai n diferite variante constructive, funcie de presiunea de lucru, de aplicaie, de tipul prinderii, etc:

pentru p

100bar se realizeaz n varianta cu tirani de fixare a celor dou capace;

pentru 100 < p

160 se realizeaz cu capace filetate, sau un capac sudat (cel spre piston) i cellalt filetat (spre tij).

- pentru p

320bar, cu capace sudate.

n figura 3.6 a,b este prezentat o seciune printr-un cilindru cu dubl aciune, cu frnare reglabil la ambele capete de curs, care are n componen urmtoarele elemente:

1 - garnitur (inel rzuitor sau raclor);

2 capac frontal;

3 - garnitur etanare tij;

4 - buc de ghidare a tijei;

5 - racord;

6 - cma cilindru;

7 - tij piston;

8 - piston;

9 etanri piston;

10- capac de fund;

11- drosel reglabil;

12- dop;

13- manet de frnare;

14- bucs de frnare;

15- traseu de evacuare prin drosel;

16- canal circular de evacuare ;

17-buc de frnare;

18- supap de sens.

Fig. 3.6 a,b

3.2.1.2 Frnarea (amortizarea ocurilor) la cap de curs

ncepnd cu anumite valori ale vitezei de lucru, v > 0,1 m/s, este necesar ca la sfrit de curs s se amortizeze micarea, pentru a evita ocurile prin lovirea pistonului n capetele cilindrului.

Energia cinetic rezultat din micare :

(3.1)

unde m este masa n micare, iar v este viteza tijei.

Aceast energie trebuie preluat n totalitate de capacul, respectiv fundul cilindrului.

La deplasarea pistonului spre stnga, buca de frnare ptrunde n alezajul capacului de fund, oblignd lichidul aflat in camera pasiv s urmeze un traiect ocolitor (traseul pereche 15, droselul 11, canalul de evacuare). Cu ajutorul droselului reglabil se poate ajusta efectul de amortizare (o seciune mai mic condiioneaz o amortizare mai puternic). Pentru o revenire mai uoar din poziia final s-a montat supapa de sens 18, care permite ocolirea droselului de revenire.

Aplicaii

1.Clasificai cilindrii hidraulici.

2.Definii principalele caracteristici ale micrii unui cilindru cu dublu efect.

3.2.1.3 Motoarele hidraulice rotative se utilizeaz pentru acionarea n micarea de rotaie continuu,iar n lanurile cinematice de avans, pentru fazele de poziionare, pe spaii unghiulare limitate,uneori chiar sub 360(. Privite prin prisma regimului de turaii de lucru,ele sunt motoare de turaii medii i mari i motoare de turaii joase.Din punct de vedere al presiunilor de lucru,motoarele de rotaie sunt de presiune joas, medie i de presiuni ridicate.

Pentru acionarea mainilor unelte moderne,cu comand numeric inclusiv,se folosesc motoare de construcie special, electro-hidraulice cu comand digital.

Motoarele hidrostatice rotative trebuie s asigure o mare stabilitate a micrii ntr-un domeniu larg de variaie a mrimilor de ieire i un mare raport ntre cuplul motor i cel de inerie.

Acestea sunt deosebirile fa de motoarele hidraulice liniare care trebuie s asigure o vitez constant a organului de lucru i o mare frecven de inversare.

n mod frecvent se utilizeaz: motoarele cu pistoane radiale,motoarele cu pistoane axiale,motoarele hidraulice cu roi dinate,motoarele hidrostatice cu palete glisante,.a.

Motoarele hidrostatice (n special cele rotative) i pompele hidrostatice sunt n majoritatea cazurilor reversibile, n sensul c pot ndeplini funcii de generator sau motor, motiv pentru care vor fi tratate mpreun.

3.2.2. Pompe hidrostatice

Pompele i motoarele circulare se clasific n funcie de criteriul funcional-constructiv al elementului activ,n:

-pompe i motoare cu pistoane axiale,

-pompe i motoare cu pistoane radiale,

-pompe i motoare cu roi dinate,

-pompe cu palete,.a.

Pompe cu pistoane radiale

Sunt frecvent utilizate n acionrile hidraulice,cnd se cer presiuni de refulare mari (p mai mici sau egale dect 210 daN/cm ) i debite mari ( Q = 20 750 l/min ). Randamentele maxime sunt de obicei mai mici sau egale cu 0,95. Principiul de funcionare al acestui tip de pomp poate fi urmrit n figura 3.7. Datorit forei centrifuge, pistoanele rotitoare 4 sunt presate pe coroana 2, dispus excentric fa de rotorul 1. n timpul unei rotaii, volumul cuprins ntre piston i fundul cilindrului variaz; n partea dreapt a figurii acest volum se reduce, iar n parrtea stng crete. Dac acest volum este pus n comunicaie cu orificii de distribuie, dispuse ca n figur, se obine o pomp care aspir pe partea stng i refuleaz pe parrtea dreapt. Cursa pistoanelor este dublul excentricitii e, care n general se ia de 38 mm. La unele construcii (pompe cu debit variabil ) excentricitatea se poate modifica, prin deplasarea carcasei 2 n raport cu arborele 3, de la valoarea 0 (debit nul ) pn la o valoare maxim e (debit maxim). Diametrele cilindrilor au de obicei valori cuprinse ntre 10 i 18 mm,iar viteza se alege de 23m/s n conducta de aspiraie i 46m/s n cea de refulare. Pentru a mri debitul pompei, pe aceeai ax se pot monta n paralel dou-trei rnduri de cilindri.

Alte notaii pe desen : h-cursa pistonului, d-diametrul unui piston, r- braul manivelei, R- distan egal cu diferena dintre raza coroanei i lungimea pistonului.

Fig. 3.7

Pompe cu pistoane axiale

Pompa cu pistoane axiale reprezint tipul cel mai frecvent utilizat din clasa pompelor cu piston.Presiunea maxim poate atinge 350 daN/ cm, pentru debite variind ntre 8 i 580 l/min. Randamentele maxime sunt de obicei mai mici sau egale cu 0,98 fiind cele mai bune pentru ntregul domeniu al pompelor volumice.

Pompa cu pistoane axiale (figura 3.8) const dintr-un bloc al cilindrilor rotitor, avnd axa nclinat fa de discul de antrenare, de asemenea rotitor. Bielele leag pistoanele de discul rotitor prin intermediul a dou rotule, iar blocul cilindrilor este antrenat printr-un arbore cardanic. Blocul cilindrilor este sprijinit n distribuitorul nerotitor, fixat n carcas ( n figura 3.8 carcasa nu a fost reprezentat ).

nclinarea blocului cilindrilor fa de arborele de antrenare determin micarea alternativ a pistoanelor n cilindri. Un punct oarecare din planul C nu prsete acest plan n timpul micrii de rotaie, pe cnd punctele B trebuie s rmn ntr-un plan paralel cu D,deoarece lungimea bielelor este constant.n acest fel pistonul este obligat s realizeze cursa s.Fiecare cilindru este pus n legtur cu orificiul de aspiraie pe un unghi egal aproximativ cu o jumtate de nvrtitur, urmnd ca pe cealalt jumtate s fie n legtur cu orificiul de refulare.Forma orificiilor de refulare i de aspiraie din capacul de distribuie se vede n figur vedere din E.

Pompa cu pistoane axiale efectueaz micri spaiale ceea ce necesit utilizarea unor articulaii sferice greu de realizat.Pistoanele,alezajele cilindrilor i suprafeele de frecare bloc-cilindri distribuitor trebuie prelucrate cu precizie ridicat i cu rugozitate foarte sczut,altfel randamentul volumic va fi foarte mic.Este de asemenea necesar o filtrare de finee excepional,pentru a preveni distrugerea suprafeelor n frecare prin particule abrazive.

Fig. 3.8

Pompe cu roi dinate

Au o mare rspndire datorit robusteii i fabricaiei relativ simple. Cu toate acestea,presiunea maxim posibil de circa 175 daN/ cm2 limiteaz sfera lor de aplicabilitate. n funcie de construcie, debitul poate varia de la 4 la 600 l/ min,iar randamentele au urmtoarele valori : (m=0,90, ( v =0,80.

n figura 3.9 se prezint o seciune printr-o pomp cu roi dinate, de joas presiune. Sensul de rotaie este dat ntotdeauna de sgeata care merge de la punctul de angrenare nspre aspiraie. n momentul cnd dinii n angrenare se separ, n cavitatea de aspiraie se formeaz un vid care permite aspirarea uleiului. Cnd dinii ating punctele B i D, fluidul este obligat s rmn n spaiul format de flancul dinilor i carcasa exterioar i este condus spre punctele C i E. Rotaia continund, volumul umplut cu ulei este condus la punctul de angrenare A,iar dinii pinionului opus elimin uleiul mpingndu-l n cavitatea de refulare. Examinnd figura se constat c pot aprea curgeri inverse ( dinspre refulare ctre aspiraie ) att la ntrefierul obligatoriu dintre vrful dinilor i carcas ct i n zonele frontale ale roilor. Evident cu ct presiunea este mai mare, cu att pierderile sunt mai mari. De cele mai multe ori, pe suprafeele frontale se dispun plci de mpingere care pot compensa uzurile i reduc pierderile de debit pe partea frontal a roilor dinate.

Cnd se controleaz o pomp cu roi dinate care a funcionat vreme ndelungat se constat c uzurile mecanice maxime s-au produs n partea de aspiraie n apropiere de punctele B i D (linia ntrerupt din figur ).Uzura este mult agravat atunci cnd pompa funcioneaz la presiuni mai mari dect cele indicate de firma constructoare. Pentru a mri durata de exploatare,pompele cu roi dinate sunt utilizate la presiuni curente, cu 2530 % mai mici dect presiunea nominal, indicat de constructor.

Fig. 3.9

3.3 Aparate de reglare, distribuie i control

3.3.1 Supape de siguran, de sens unic, de reglare a presiunii

Supape de siguran

Generatoarele hidraulice volumice refuleaz debit constant,indiferent de presiunea cerut.

Pentru a evita depirea presiunii maxime admise,pe o conduct de scurtcircuitare se prevd supape de siguran ,care dirijeaz surplusul de lichid spre rezervor.

Principiul de funcionare se bazeaz pe echilibrarea forei generate de presiunea lichidului asupra supapei cu ajutorul unui resort.

Presiunea maxim admis se poate regla prin tensionarea resortului.

n figura 3.10 se prezint schematic unele tipuri de supape.

Fig. 3.10

Astfel, a-supap cu scaun plat, b- supap cu bil, c-supap cu scaun conic, d- supap cu plunjer.

Caracteristicile statice p=f(Q) sau h=f(Q), unde h este ridicarea supapei, trebuie s aib o pant ct mai mic posibil i ct mai liniar.

Supapele cu aciune direct, cum sunt cele din figur, au n mod obligtoriu o caracteristic pozitiv-cresctoare datorit arcului, la care mrirea sgeii necesit mrirea forei,deci presiuni din ce n ce mai mari.

Seciunea de trecere a fluidului depinde de tipul supapei. De exemplu pentru supapa plan din figura 3.10-a, notnd cu d1 diametrul orificiului de intrare a lichidului n supap i cu h nlimea de deschidere a supapei, seciunea de trecere a fluidului este:

S= hd1 (3.2)

Notnd cu k constanta elastic a arcului, ntre fora exercitat pe supap i nlimea de ridicare exist urmtoarea relaie:

kh=Sp (3.3)

Pentru calcul debitului supapelor de siguran se folosete fomula urmtoare:

(3.4)

unde coeficient de debit care depinde de construcia orificiului de curgere i de numrul Reynolds: Re=v1D/(, p= diferena de presiune care se poate msura cu un piezometru diferenial.

Supapele de siguran au un rol deosebit n funcionarea sistemelor hidraulice ele trebuie s asigure siguran n exploatare, gabarite reduse i stabilitate dinamic.

Supape de sens unic

Pe lng scopul principal de interzicere a ntoarcerii lichidului,supapele de sens unic trebuie s ndeplineasc i condiia de rezisten minim la trecerea fluidului.

Din punct de vedere constructiv ele nu difer de cele de siguran. Arcul supapei nendeplinind rol funcional,este de for mic, unele construcii fiind lipsite de arc. Pentru exemplificare se prezint n figura 3.11-a o supap de sens unic cu arc i scaun conic, iar n figura 3.11-b o supap cu dou bile n serie, prin care se asigur o nchidere mai bun, ceea ce permite aplicarea ei n sisteme cu presiune nalt.

Fig. 3.11 a,bLa proiectarea supapelor de sens nu se pun probleme deosebite. Seciunea de intrare i deci diametrul d se determin n funcie de debit i de viteza de circulaie a lichidului; nlimea de deschidere h = (0,10,5 )d; diametrul bilei D((1,21,3)d, iar diametrul camerei interioare se determin din condiia ca S1=S2.

Supape de reglare a presiuniiSunt aparate avnd rolul de a limita presiunea n circuitele instalaiei, sau de a realiza succesiunea automat a unor faze din ciclul de lucru al mainii. Se difereniaz dup :

Circuitul a crui presiune se regleaz: supape normal nchise, acestea limiteaz presiunea pe circuitul i de intrare n supap , supape normal deschise care limiteaz presiunea pe circuitul e de ieire din supap (prin reducerea presiunii de pe intrare pn la valoarea stabilit de reglajul arcului).

Tipul comenzii: supape cu comand direct, mai ieftine, mai mici, dar pentru puteri hidraulice ce nu depesc 10 kW; supape cu comand pilotat utilizate pentru puteri mai mari sau pentru realizarea unor caracteristici statice superioare (presiune-debit).

Tipul contactului hidraulic: supape cu nchidere cilindric (mai tehnologice,insensibile la impuriti,cu caracteristici dinamice mai slabe) i supape cu nchidere conic(invers).

Supapele de presiune normal nchise pot controla presiunea unui singur circuit figura 3.12-a, sau a mai multor circuite nseriate: figura 3.12 - b i c.Supapa 1 cu drenaj intern din figura 3.12-d servete nu la reglarea presiunii pe circuitul din amonte de ea, ci la asigurarea unei succesiuni de deplasare: pistonul cilindrului1 nu se va deplasa dect dup epuizarea cursei pistonului 2, cnd presiunea p va crete depind valoarea de reglaj a supapei de succesiune 3.

Fig. 3.12 a,b,c,d

n figura 3.13 este prezentat schema constuctiv-funcional a unui regulator de presiune (o supap de reglare a presiunii normal-deschis), care controleaz presiunea din racordul aval pe2 (Y conectat la A), n funcie de reglajul urubului su.

Fig. 3.13

3.3.2. Distribuitoare

Scopul acestor elemente hidrostatice este de a dirija lichidul de lucru de la sursa de presiune nspre organul activ de lucru sau nspre alte elemente ale sistemului, precum i de a asigura evacuarea acestuia spre rezervor, dup ndeplinirea funciei programate.

n cazul n care distribuitorul este folosit la inversarea sensului de micare a motorului hidraulic cu o anumit frecven - de exemplu la mainile unelte cu micare rectilinie alternativ - acesta trebuie s ndeplineasc o serie de condiii ca : inversarea silenioas, fr ocuri, un timp minim de inversare, pierderi minime de putere la realizarea celor 3 faze ale inversrii (frnare, temporizare i accelerare ), variaia minim a presiunii, etc.

n figura 3.14 este prezentat simbolizarea grafic pentru distribuitoarele cu dou (figura 3.14 a-d), trei (figura 3.14 e-i), patru (figura 3.14 j) i cinci (figura 3.14 k) poziii de lucru.3.3.3 Drosele

Reglarea vitezei organului de lucru (motorului hidraulic ) se poate face prin variaia cantitii de lichid ce intr n motor n unitatea de timp sau prin variaia capacitii motorului. Acest lucru se poate face prin folosirea unor rezistene reglabile, denumite drosele sau supape de debit.

Exist o multitudine de variante constructive. Principiul de funcionare este comun, bazndu-se pe variaia seciunii active de strangulare.

n continuare sunt prezentate cteva soluii constructive des utilizate.

Droselul cu ac (figura 3.15) are urmtoarele caracteristici:

- regleaz debite mici i mijlocii, prin deplasarea axial a acului 2 n raport cu scaunul cilindric practicat n corpul 1:

- are o plaj mare de reglare, n funcie de unghiul conului;

- la seciuni foarte mici exist pericolul obturrii lor datorit impuritilor.

Fig. 3.14

Droselul cu fant longitudinal (figura 3.16): pe corpul mobil 2 sunt practicate crestturi avnd o anumit geometrie;

permite reglarea debitelor de valoare medie;

la reglaje foarte fine apar cderi mari de sarcin pe drosel, cu consecine nefavorabile asupra funcionrii instalaiei.

Droselul cu fant longitudinal i diafragma (figura 3.17):

- realizeaz un reglaj fin al debitului;

- elimin posibilitatea obturrii;

- pierderea de sarcin este diminuat.

Droselul cu fant circular din figura 3.18 permite un reglaj fin al debitului, dar curgerea prin fanta circular depinde mult de viscozitatea uleiului.

Droselul cu suprafa nclinat (figura 3.19), are urmtoarele caracteristici:

- controleaz debite mari;

- nu permite un reglaj fin al debitului;

- nu este sensibil la variaii de viscozitate.

Indiferent de tipul constructiv al droselului, acesta i realizeaz funcia numai dac lucreaz n diferena de presiune constant, cderea de presiune pe drosel fiind n domeniul 2 - 6 bar.

Soluii de instalare a supapelor de debit (droselelor)

Supapele de debit (droselele) pot fi instalate n diverse soluii:

Drosel pe admisia n motor: este o soluie ieftin, permind cilindrului s lucreze la presiunea efectiv dictat de sarcin (figura 3.20-a). n schimb, ea nu asigur constaa debitului util Qut = Q - q la variaia sarcinii S i pierde total controlul vitezei n cazul apariiei unei sarcini negative S, care tinde s transforme motorul n pomp.

Drosel pe evacuarea din motor (figura 3.20-b): soluia pstreaz controlul vitezei la apariia sarcinii negative, dar solicit n permanen ntregul circuit, inclusiv cilindrul, la presiunea maxim a supapei de siguran.

Droselul n derivaie (figura 3.20-c): soluie mai eficient energetic, deoarece descarc debitul excedentar q nu prin supapa de siguran, la presiunea maxim de reglaj a acesteia, ci prin droselul nsui, la presiunea efectiv dat de sarcin, n schimb variaia debitului util cu sarcina este mai pronunat dect n cazurile a i b.

Fig. 3.20 a,b,c

3.3.4. Regulatoare de debit

S-a menionat c un drosel nu poate menine debitul constant atunci cnd temperatura i presiunea variaz n timpul funcionrii. Se tie deasemenea c droselul este un mare consumator de energie.

Pentru a atenua influena cderii de presiune asupra debitului trebuie ca pierderea de sarcin pe drosel s fie constant. Pentru aceasta, se adaug droselului un compensator de presiune care reacioneaz sub aciunea presiunii din amonte i aval de drosel i a unui arc de revenire, de rigiditate redus. Ansamblul astfel rezultat se numete regulator de debit. Dup numrul de orificii exist dou tipuri de regulatoare de debit:

- cu dou ci;

- cu trei ci.

Regulatorul de debit cu dou ci : n figura 3.21 este prezentat schematic acest tip de regulator; p1 este presiunea de alimentare; p2 - p1 este cderea de presiune pe drosel, iar p3 este presiunea la care este alimentat consumatorul. Sistemul funcioneaz n echilibru, p3 fiind constant.

Dac p1 crete, tendina este ca debitul ctre consumator s creasc; aceast tendin este anulat de sertarul 1, care sub aciunea presiunii p1 se deplaseaz contra arcului i micoreaz seciunea de curgere ctre consumator, meninnd astfel debitul de alimentare constant.

O eventual descretere a presiunii p1 determin deplasarea sertarului sub mpingerea arcului, deci se va mri seciunea de curgere ctre consumator.

Avnd numai dou ci (orificii), acest echipament i realizeaz funcia numai n combinaie cu supapa de siguran a sistemului, dac pompa nu are debit reglabil sau cu pompa, dac are debitul reglabil.

Aceste regulatoare se monteaz att n amonte (figurile 3.22, 3.23) ct i n aval de motor (figurile 3.24, 3.25). n cazul montajului n amonte, regulatorul lucreaz n sursa de presiune constant, combinat cu supapa de siguran a sistemului.

Montajele din figurile 3.22 i 3.23 se recomand atunci cnd avem motoare rotative unidirecionale sau cnd avem mai multe motoare alimentate de o singur pomp.

n varianta montajului n aval, pe evacuare de reglare este mai mic; pentru ca variaiile de presiune la evacuare s fie mici, se recomand utilizarea unei pompe autoreglabile.Acest montaj se recomand atunci cnd n timpul funcionrii exist posibilitatea apariiei unor sarcini negative, care tind s transforme motorul n pomp.O alt posibilitate este montarea regulatorului n paralel cu supapa de siguran (figura 3.26). Din punct de vedere energetic acest montaj este avantajos, deoarece presiunea cerut pompei corespunde celei impus de sarcin. Totui, la acest montaj debitul este controlat indirect, iar o reglare precis este posibil doar dac debitul pompei este riguros constant. Aceast variant se recomand atunci cnd se controleaz debite mari, cu o precizie sczut.

Regulatorul de debit cu trei ci: asigur o reglare mai precis a debitului care l tranziteaz, n comparaie cu regulatorul ci. Meninerea cderii de presiune constant pe drosel se realizeaz prin varierea debitului deversat.

n figura 3.27 se pot vedea schema unui regulator de debit cu trei ci i mai jos, o seciune simplificat a aceluiai aparat; dac debitul furnizat de pomp crete, presiunea p va crete; implicit, va lua natere o for de presiune suplimentar care va deplasa sertarul contra arcului, avnd ca rezultat conectarea debitului de alimentare la tanc pn cnd este anulat tendina de cretere a debitului. Datorit principiului de funcionare, acest tip de regulator nu poate fi montat dect n amonte de consumator (nu este ngrdit n nici un fel curgerea prin orificiul de intrare n regulator ).

Deseori, se utilizeaz un regulator divizor de debit pentru a sincroniza micrile a doi cilindri (figura 3.28). Divizorul de debit repartizeaz debitul primit de la pomp n mod egal ntre cei doi cilindri. La schimbarea sensului de micare, divizorul reunete cele dou debite refulate, meninnd i n acest caz sincronismul micrilor. Pentru a obine o precizie mai mare, se recomand utilizarea unei pompe n trepte, de exemplu cu roi dinate; deoarece toate roile au aceeai turaie, debitul va fi repartizat proporional cu cilindreea fiecareia.

EMBED Visio.Drawing.4

Fig. 3.1


Fig. 3.2







EMBED Word.Picture.8







Aplicaii

1.Clasificai pompele dup criteriul funcional constructiv al elementului activ.

2.Descriei funcionarea pompelor cu pistoane radiale.

126

_925209522.unknown

_1078127060.vsd

_1129877676.doc

Fig 3.23

Fig 3.22

_1129878843.doc

A

P

T

P

2

P

1

P

3

Fig. 3.27

_1129892917.unknown

_1129878950.doc

Fig. 3.28

_1129877958.doc

Fig. 3.24

Fig. 3.25

Fig. 3.26

_1129871642.unknown

_1129876009.doc

Fig. 3.18

Fig. 3.19

_1129877237.doc

P

2

P

1

P

3

Fig. 3.21

A

P

_1129875207.doc

2

1

Fig. 3.15

1

2

Fig. 3.16

Fig. 3.17

_1078127795.vsd

_1078215690.vsd

_1078127569.vsd

_1058092791.vsd

_1078126996.vsd

_950963238.vsd

_952170728.vsd

_952171130.vsd

_925210076.unknown

_925045668.unknown

_925047369.unknown

_925209490.unknown

_925046695.unknown

_925044633.unknown

_925045138.unknown

_925043855.unknown

_925034714.vsd

curs 1 hidraulica

Documents