curs ahp im 2014_2015

Post on 10-Mar-2016

24 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

foarte bun

TRANSCRIPT

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    1

    TITULAR CURS: .L. dr. ing. Daniel VIAN TITULAR LABORATOR: .L. dr. ing. Daniel VIAN

    AN UNIVERSITAR 2014-2015

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    2

    CUPRINS

    1 ELEMENTE GENERALE PRIVIND STRUCTURA SISTEMELOR HIDROPNEUMATICE ................................ 6

    1.1 Structura general sistemelor hidropneumatice .................................................................................. 6

    1.2 Avantajele i dezavantajele utilizrii sistemelor hidropneumatice ...................................................... 9

    1.3 Elemente generale de mecanica fluidelor cu aplicaii n acionrile hidropneumatice ...................... 10

    1.3.1 Fluidele ........................................................................................................................................... 10

    1.3.2 Fluide utilizate n sistemele hidropneumatice ............................................................................... 11

    2 ORGANOLOGIA SISTEMELOR HIDROSTATICE ................................................................................ 16

    2.1 Pompe i hidromotoare ...................................................................................................................... 16

    2.1.1 Pompe hidraulice ........................................................................................................................... 16

    2.1.2 Pompe cu angrenaje evolventice ................................................................................................... 19

    2.1.3 Pompe cu angrenaje neevolventice ............................................................................................... 22

    2.1.4 Pompe cu lobi................................................................................................................................. 23

    2.1.5 Pompe cu uruburi ......................................................................................................................... 24

    2.1.6 Pompe i motoare cu palete .......................................................................................................... 26

    2.1.7 Pompe cu pistoane ......................................................................................................................... 31

    2.1.8 Pompe i motoare cu pistonae radiale ......................................................................................... 34

    2.1.9 Hidromotoare oscilante ................................................................................................................. 36

    2.1.10 Motoare hidraulice rectilinii ........................................................................................................ 37

    3 ECHIPAMENTUL DE DISTRIBUIE .................................................................................................. 44

    3.1 Robinete distribuitoare ....................................................................................................................... 44

    3.2 Distribuitoare cu bil (cu scaun) .......................................................................................................... 45

    3.3 Distribuitoare cu sertar (sertrae distribuitoare) .............................................................................. 47

    3.3.1 Poziii de comutare ........................................................................................................................ 49

    3.3.2 Centrarea sertraelor distribuitoare ............................................................................................ 50

    3.3.3 Poziii de trecere ............................................................................................................................ 51

    3.3.4 Pilotarea distribuitoarelor cu sertar ............................................................................................... 52

    3.3.5 Comanda distribuitoarelor cu sertar .............................................................................................. 54

    4 ECHIPAMENTUL DE REGLARE A PRESIUNII .................................................................................... 58

    4.1 Supape de blocare ............................................................................................................................... 58

    4.1.1 Supape simple de blocare .............................................................................................................. 58

    4.1.2 Supape de blocare cu comand hidraulic de deblocare .............................................................. 60

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    3

    4.1.3 Supape duble de blocare................................................................................................................ 62

    4.1.4 Supape de umplere ........................................................................................................................ 63

    4.2 Supape de presiune ............................................................................................................................. 65

    5 ECHIPAMENTUL DE REGLARE A DEBITULUI ................................................................................... 68

    5.1 Reglarea debitului ............................................................................................................................... 68

    5.2 Construcia droselelor ......................................................................................................................... 70

    5.3 Utilizarea droselelor ............................................................................................................................ 72

    5.4 Drosele cu regulatoare de vitez ........................................................................................................ 75

    5.4.1 Rezistena hidraulic cu regulator ................................................................................................. 75

    5.4.2 Drosele cu regulator de vitez cu dou ci .................................................................................... 76

    6 ECHIPAMENTUL AUXILIAR AL SCHEMELOR HIDRAULICE ................................................................ 80

    6.1 Conducte ............................................................................................................................................. 80

    6.2 Filtre .................................................................................................................................................... 83

    6.3 Rezervorul ........................................................................................................................................... 86

    7 SCHEME HIDRAULICE PENTRU REALIZAREA DIFERITELOR CICLURI ................................................. 89

    7.1 Alegerea schemei hidraulice ............................................................................................................... 89

    7.2 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL ................................................................................... 89

    7.2.1 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu motor hidraulic rotativ .................................... 89

    7.2.2 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu motor hidraulic rectiliniu ................................ 90

    7.2.3 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu reglarea vitezei prin drosel montat pe conducta

    de refulare ...................................................................................................................................... 90

    7.2.4 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu drosel montat n paralel cu pompa ................. 92

    7.2.5 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu drosel montat pe conducta de scurgere ......... 92

    7.2.6 Ciclul avans de lucru-retragere de lucru AL-RL cu drosel cu regulator de vitez ........................... 93

    7.3 Ciclul avans de lucru-retragere rapid ................................................................................................ 93

    7.4 Ciclul avans rapid-retragere de lucru AR-RL ........................................................................................ 94

    7.5 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR ............................................................ 95

    7.5.1 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR cu drosel pe conducta de scurgere95

    7.5.2 Ciclul avans rapld-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR cu drosel pe conducta de refulare a

    pompei ........................................................................................................................................... 95

    7.5.3 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapidAR-AL-RR cu recircularea agentului hidraulic

    ntre camerele hidromotorului ...................................................................................................... 96

    7.5.4 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR cu dou pompe selectate prin supap

    de sens ........................................................................................................................................... 96

    7.5.5 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR cu dou pompe selectate prin

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    4

    sertra distribuitor ....................................................................................................................... 97

    7.5.6 Ciclul avans rapid-avans de lucru-retragere rapid AR-AL-RR cu pomp cu debit variabil

    comandat hidraulic ...................................................................................................................... 97

    8 NOIUNI GENERALE DESPRE ACIONRILE PENUMATICE .............................................................. 99

    8.1 Componena instalaiilor de acionare penumatic ........................................................................... 99

    8.2 Avantajele i dezavantajele acionrilor pneumatice ....................................................................... 100

    8.3 Rentabilitatea acionrilor pneumatice ............................................................................................ 101

    9 SCURGEREA AERULUI COMPRIMAT ............................................................................................ 104

    9.1 Scurgerea aerului prin conducte ....................................................................................................... 104

    9.2 Scurgerea aerului prin rezistene locale ............................................................................................ 105

    10 ELEMENTE PENUMATICE DE EXECUIE........................................................................................ 107

    10.1 Generaliti .................................................................................................................................. 107

    10.2 Clasificarea cilindrilor pneumatici ................................................................................................ 108

    10.2.1 Cilindrul pneumatic cu simplu efect fr frnare la cap de curs ....................................... 108

    10.2.2 Cilindrul cu dublu efect cu frnare reglabil la ambele capete de curs ............................ 109

    10.2.3 Cilindrul cu dublu efect cu tij bilateral ............................................................................. 109

    10.2.4 Cilindrii tandem ................................................................................................................... 110

    10.2.5 Cilindrul cu amplificare de for .......................................................................................... 110

    10.2.6 Cilindri fr tij .................................................................................................................... 111

    10.2.7 Cilindri cu membran .......................................................................................................... 113

    11 DISTRIBUITOARE PNEUMATICE .................................................................................................. 115

    11.1 Generaliti .................................................................................................................................. 115

    11.2 Comanda distribuitoarelor ........................................................................................................... 115

    11.3 Clasificarea distribuitoarelor ........................................................................................................ 117

    11.3.1 Distribuitoare cu sertar ........................................................................................................ 118

    11.3.2 Distribuitoare cu membrane ............................................................................................... 121

    11.3.3 Distribuitoare cu supape ..................................................................................................... 122

    11.3.4 Alte tipuri de distribuitoare ................................................................................................. 123

    12 SUPAPE PNEUMATICE ................................................................................................................ 124

    12.1 Supape de selectare ..................................................................................................................... 124

    12.1.1 Supape de sens .................................................................................................................... 124

    12.1.2 Supap de selectare sau element logic SAU ........................................................................ 125

    12.1.3 Supap selectoare cu dou presiuni sau element logic I ................................................... 126

    12.1.4 Supap de evacuare rapid ................................................................................................. 126

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    5

    12.2 Supape de debit ........................................................................................................................... 127

    12.3 Supape de presiune ...................................................................................................................... 128

    12.3.1 Supape de limitare a presiunii ............................................................................................. 128

    12.3.2 Supape de succesiune (secveniale) .................................................................................... 128

    12.3.3 Supape regulatoare de presiune ......................................................................................... 129

    13 FILTRAREA AERULUI COMPRIMAT .............................................................................................. 130

    13.1 Contaminri a aerului comprimat ................................................................................................ 130

    13.2 Necesitatea filtrrii ....................................................................................................................... 130

    13.3 Procesul de filtrare ....................................................................................................................... 131

    13.4 Construcia i funcionarea filtrelor ............................................................................................. 133

    13.5 Parametrii tehnici ai filtrelor ........................................................................................................ 134

    14 UNGEREA AERULUI COMPRIMAT ............................................................................................... 136

    14.1 Necesitatea ungerii ...................................................................................................................... 136

    14.2 Construcia i funcionarea ungtoarelor .................................................................................... 137

    15 SCHEME PNEUMATICE ............................................................................................................... 140

    15.1 Structura unei scheme pneumatice ............................................................................................. 140

    15.2 Clasificarea schemelor pneumatice ............................................................................................. 141

    15.3 Ciclograma schemei pneumatice ................................................................................................. 141

    15.4 Funcii pneumatice....................................................................................................................... 144

    15.4.1 Funcia I" .......................................................................................................................... 144

    15.4.2 Funcia SAU" ...................................................................................................................... 144

    15.4.3 Funcia NU" ........................................................................................................................ 145

    15.4.4 Funcia MEMORIE TEMPORAR" ....................................................................................... 145

    15.4.5 Funcia MEMORIE PERMANENT" .................................................................................... 146

    15.4.6 Funcia AMPLIFICARE SEMNAL" ......................................................................................... 146

    15.4.7 Funcia INTERBLOCARE COMENZI" .................................................................................... 147

    15.4.8 Circuit cu comenzi MEMORIE INTERBLOCATE ..................................................................... 147

    15.5 Scheme pneumatice de funcionare ............................................................................................ 148

    15.5.1 Scheme de funcionare cu un singur cilindru de lucru ........................................................ 148

    15.5.2 Scheme de funcionare cu doi cilindri de lucru ................................................................... 152

    15.5.3 Scheme de funcionare cu trei sau mai muli cilindri de lucru ............................................ 154

    16 BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................................ 156

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    6

    1 ELEMENTE GENERALE PRIVIND STRUCTURA SISTEMELOR HIDROPNEUMATICE

    1.1 Structura general sistemelor hidropneumatice

    n principiu un sistem hidropneumatic este constituit dintr-un ansamblu de elemente care au

    funciuni tehnice diferite, bine determinate. Funcia sistemului este de a transmite energia mecanic

    dintr-un loc ntr-altul. Acest lucru este realizat de ctre sistem prin asamblarea funciilor elementelor

    componente i vehicularea ntre acestea a unui mediu hidraulic sau pneumatic, agentul purttor de

    energie i informaie. Din punct de vedere structural un astfel de sistem este reprezentat n figura 1.1.

    Fig. 1.1 Sistem hidropneumatic

    Prin intermediul su, energia este transferat de la un element de for EF, element conductor,

    la un element de element de execuie EE, condus. Energia respectiv puterea mecanic furnizat de

    elementul conductor este transmis unui element primar EP la nivelul cruia se realizeaz o prim

    conversie mecano-hidraulic sau mecano-pneumatic, energia mecanic preluat fiind transmis mediului

    de fluid. Acesta ajunge n final la elementul secundar ES la care se realizeaz conversia energetic invers

    hidro-mecanic sau pneumo-mecanic. Practic la nivelul acestui element energia hidraulic sau

    pneumatic primit prin intermediul mediului fluidic se retransform n energie mecanic. Cele dou

    elemente care asigur transmiterea, transformarea respectiv preluarea energiei formeaz mpreun un

    bloc transformator i transmitor de energie, TT, care constituie elementul fundamental al sistemului i

    este cunoscut sub denumirea de convertor. n afar de acesta un sistem hidropneumatic mai are n

    componen att elemente de comand i reglare ECR a parametrilor caracteristici hidraulici sau mecanici

    ct i elemente auxiliare cu funii complementare.

    Dac se are n vedere natura energiei cu care opereaz convertorul sistemelor hidropneumatice

    acestea pot fi difereniate dou grupe. O prim categorie o formeaz sistemele hidrostatice sau

    pneumostatice care au la baza funcionrii energia potenial a mediului de fluid. Cea de a doua categorie

    o compun sistemele hidrocinetice sau pneumocinetice a cror funcionare se bazeaz pe energia cinetic

    a mediului fluidic. De regul sistemele hidropneumatice cu utilizare n construcia de maini sunt din prima

    categorie.

    Sistemele hidrostatice, figura 1.2, au o structur compus din elementele convertorului, pompa

    hidraulic PH i hidromotorul rotativ MHR sau hidromotorul liniar MHL care compun elementele

    convertorului TT, aparatura de comand i reglare ACR a valorii parametrilor hidraulici, aparatura de

    control pentru valoarea acelorai parametri precum i elemente auxiliare.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    7

    Fig. 1.2 Sistem hidropneumatic

    Pompa antrenat n micare de ctre un motor electric ME sau termic transform efectiv cei doi

    parametrii caracteristici puterii mecanice primii, np - turaie i Mp - moment, n doi parametri

    caracteristici puterii hidraulice, Qp - debit respectiv presiune pp. Motorul hidraulic primete la rndul su,

    de la pomp, agentul hidraulic care este elementul purttor de energie i informaie. Prin intermediul

    acestuia preia cei doi parametri hidraulici QM, PM i i transform n parametri mecanici M, MM sau v -

    vitez, F - for pe care i transmite unui element de execuie EE. Agentul hidraulic scurs din hidromotor

    poate fi retransmis pompei n mod direct sau prin intermediul unui rezervor Rz.

    Aparatele caracteristice unui sistem hidrostatic precum i funciile ndeplinite de ctre acesta sunt

    grupate n:

    a. Elementele convertorului din care fac parte: Pompele vohimice sunt generatoare de energie hidrostatic. Ele convertesc energia

    mecanic primit de la un motor electric sau termic n energie hidrostatic pe care o

    transfer mediului hidraulic vehiculat;

    Motoarele hidrostatice rotative, elemente terminale din cadrul sistemului, recepioneaz agentul hidraulic i reconvertesc energia hidraulic primit de la acesta n energie

    mecanic. Caracterul micrii rezultate este de rotaie;

    Motoarele hidrostatice liniare, cunoscute i sub denumirea de cilindri hidraulici sunt elemente terminale din cadrul sistemului, recepioneaz agentul hidraulic i reconvertesc

    energia hidraulic primit de la acesta n energie mecanic. Caracterul micrii rezultate

    este de translaie;

    b. Aparatura de comand i reglare a parametrilor hidraulici care cuprinde: Distribuitoarele, care au ca principal funcie cea de direcionare a agentului hidraulic pe

    diverse trasee ale sistemului, de inversare a sensului de micare a acestuia, de blocare a

    curgerii;

    Supapele de presiune, aparate care au funcia de reglare a valorii presiunii agentului hidraulic pe diverse trasee ale sistemului;

    Supapele de sens, aparate care au funcia de selectare a unui singur sens de deplasare a agentului hidraulic pe un traseu al sistemului;

    Droselele i regulatoare de debit, aparate care au funcia de reglare a valorii debitului agentului hidraulic pe diverse trasee ale sistemului.

    c. Aparatura de control: Manometre i traductoarele de presiune sunt aparate care dau indicaii cu privire la

    valoarea presiunii n diferite puncte ale sistemului;

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    8

    Debitmetrele, aparate pentru msurarea valorii presiunii n diferite puncte ale sistemului. d. Aparatura auxiliar:

    Acumulatoarele sunt aparate ce au funcia de nmagazinare a unei anumite cantiti de energie hidrostatic;

    Filtrele au funcia de purificare a agentului hidraulic utilizat n instalaii, prin reinerea corpurilor strine aflate n masa acestuia sub form de particule;

    Rezervoarele au rolul de nmagazinare a agentului hidraulic utilizat n instalaii i de meninerea acestuia n domeniul unor temperaturi controlate;

    Conductele, plcile i blocurile modulare fac legtura ntre elementele sistemului asigurnd vehicularea agentului hidraulic sub presiune ntre acestea.

    Sistemele pneumatice (pneumostatice) sunt compuse conceptual dintr-o serie de elemente ce au

    aceleai funcii ca cele ale sistemelor hidrostatice. Schema din figura 1.3 ilustreaz asemnarea structural

    a celor dou tipuri de sisteme. ntruct la un sistem pneumatic agentul purttor de energie este aerul

    comprimat la acest sistem n locul pompei hidrostatice sursa de energie este generatorul pneumatic GP,

    compresorul. Acesta primete, ca i n cazul unui sistem hidrostatic, energia mecanic de la un motor

    electric ME sau termic i aspirnd aerul din atmosfer at, realizeaz prima conversie cea

    mecano-pneumostatic. Al doilea element al convertorului va fi un motor pneumatic liniar MPL (cilindru

    pneumatic sau camer cu membran) sau rotativ MPR. Motorul pneumatic realizeaz cea de a doua

    conversie n acest caz pneumo-mecanic i transmite energia mecanic astfel obinut unui element de

    execuie EE.

    Fig. 1.3 Sistem pneumatic

    La sistemele pneumatice aparatura ACRP este completat de aparatura pentru preparare a

    aerului comprimat care i asigur acestuia calitile necesare ndeplinirii funciei de purttor de energie.

    Acestea sunt:

    Rcitoarele care au ca principal funcie reducerea temperaturii aerului comprimat care la ieirea din compresor poate atinge valori de pn la 200 C;

    Usctoarele care servesc la eliminarea din instalaie a apei i a uleiului degradat, prin metode mecanice sau chimice;

    Oalele de condens colecteaz i evacueaz automat apa rezultat prin condensare n rcitoarele i usctoarele mecanice;

    Pulverizatoarele au funcia de a asigura aerului comprimat proprieti de lubrifiere prin mprtierea n mod controlat n masa de aer comprimat a unor particule fine de lichid cu

    proprieti lubrificatoare;

    Se poate spune c un sistem hidropneumatic reprezint un ansamblu de aparate prin care se

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    9

    realizeaz transmiterea micrii dintr-un loc ntr-altul ntre dou elemente, micarea desfurndu-se

    dup un anumit program ea fiind caracterizat de valori bine determinate pentru parametri de lucru.

    1.2 Avantajele i dezavantajele utilizrii sistemelor hidropneumatice

    Utilizarea sistemelor hidrostatice n construciile de maini ofer urmtoarele avantaje:

    - Densitate crescut a energiei transferate - Greutatea elementelor unui sistem hidraulic, raportat la unitatea de putere (1KW), este de 8-10 ori mai mic fa de cele a unui sistem electric de aceeai

    putere. Totui datorit dificultilor tehnice de miniaturizare a aparaturii folosirea acionrilor

    hidraulice este raional pentru puteri vehiculate mai mari de 0,5 KW;

    - Comandabilitate i reglabilitate performante - Este posibil reglarea continu n timpul funcionrii sistemului a valorii parametrilor de lucru. Permite de asemenea inversarea uoar a sensului de

    micare fr efecte dinamice periculoase. Comenzile pot fi fcute direct sau telecomandat;

    - Siguran, control i protecie ridicate - Cunoaterea permanent a valorii parametrilor hidraulici, prin intermediul aparaturii de control, ofer posibilitatea ncrcrii elementelor de execuie la valori

    maxime ale forelor i momentelor.

    - Elementele de protecie ale sistemului de mare sensibilitate se opun deteriorrii acestuia n situaii de suprasarcini. Acionarea hidraulic este cotat drept una dintre cele mai performante n ceea ce

    privete sigurana n funcionare;

    - Fiabilitate ridicat - Faptul c agentul hidraulic, purttor de energie i de informaie, este de regul un lichid cu foarte bune caliti de lubrifiere, face ca uzura elementelor n micare din cadrul instalaiei s

    fie neglijabil n timp;

    - Posibilitatea deservirii centralizate - ntruct structura unui sistem hidraulic poate conine mai multe hidromotoare cu funcii i performane diferite este posibil ca un astfel de sistem s deserveasc mai

    multe maini sau instalaii limitrofe pe o raz de aciune de cca. 350 m;

    Principalele dezavantaje sunt:

    - Randamentul - Datorit pierderilor de presiune prin rezistenele liniare i locale ale sistemului, care cresc cu ptratul vitezei de deplasare a agentului hidraulic, randamentul sistemelor hidraulice este

    mai redus dect a celor electrice de aceeai putere dar mai ridicat dect al celor mecanice;

    - Variaia viscozitii n raport cu temperatura - Faptul c modificarea viscozitii agentului hidraulic are drept consecin modificarea valorii parametrilor hidraulici ce intervin n funcionarea sistemului

    implic necesitatea stabilitii acesteia. Acest lucru ns necesit introducerea unor sisteme

    suplimentare pentru termostatarea agentului hidraulic;

    - Instabilitatea micrii hidromotoarelor la viteze reduse - La viteze mici i foarte mici exist tendina micrii intermitente a subansamblurilor mobile ale hidromotoarelor, datorat variaiei accentuate n

    timp a forelor de frecare. n aceast situaie se impune utilizarea unor regulatoare de vitez;

    - Costul aparaturii - Costurile elementelor sistemelor hidraulice cresc pe msura miniaturizrii acestora avnd variaii mari, funcie de complexitate i de gradul de automatizare ale acestora.

    La rndul lor acionrile pneumatice au drept principale avantaje:

    - Greutatea redus a aparaturii - Faptul c presiunile de lucru ale sistemelor pneumatice nu depesc

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    10

    10 bari fac ca aparatura s fie mult mai puin robust dect aparatura hidraulic care este solicitat la

    presiuni de peste 300 bari;

    - Pericol redus la suprasarcin - Suprancrcarea elementului de execuie poate avea drept consecin cel mult oprirea deplasrii motorului pneumatic ea neducd la avarierea instalaiei, chiar n absena

    unor sisteme speciale de protecie;

    - Posibilitatea deservirii centralizate - Raza deservit este de cca. 120 m, mai redus dect cea a sistemelor hidraulice;

    - Sigurana automatizrii - Ca i sistemele hidraulice cele pneumatice pot fi uor automatizate ntruct agentul purttor de energie este i purttor de informaie. Automatizarea unui sistem hidropneumatic

    este mai sigur dect a cea electronic care poate fi influenat de anumite semnale parazite.

    Ca dezavantaje pot fi menionate:

    - Frnarea dificil la capt de curs - Este cazul utilizrii cilindrilor pneumatici fr amortizare; - Condensul - Ca urinare a destinderii brute a aerului comprimat la intrarea n cilindri pneumatici are loc o rcire semnificativ a acestuia fapt care are drept consecin condensarea apei element care

    favorizeaz coroziunea elementelor metalice ala instalaiei;

    - Randamentul sczut - Pierderile severe de presiune din instalaiile pneumatice, pierderile produse prin producerea, stocarea, transportul i utilizarea aerului comprimat, fac ca randamentul acestora s

    coboare sub 20 %. n ciuda acestui fapt sunt situaii cnd utilizarea lor se impune mai ales datorit

    simplitii constructive, a ntreinerii uoare i a costurilor reduse a aparaturii.

    Randamentul energetic redus nu afecteaz major preul de cost al operaiei efectuate cu ajutorul

    sistemului pneumatic ntruct castul energiei este doar o component a sa.

    n consecin la alegarea unei variante hidraulice sau pneumatice de acionare trebuie s se aib

    n vedere, pe lng puterea vehiculat, toate aspectele legate de cerinele impuse instalaiei pe care

    aceasta o deservete. Acionarea hidraulic este recomandat pentru puteri mijlocii i mari iar cea

    pneumatic pentru puteri mici, avantajele i dezavantajele fiecrui sistem acestea fiind particularizate fa

    de situaia concret n care este utilizat sistemul.

    1.3 Elemente generale de mecanica fluidelor cu aplicaii n acionrile hidropneumatice

    1.3.1 Fluidele

    Fluidele sunt corpuri ale cror molecule au o mare mobilitate, unele n raport cu altele. Fluidele

    capt forma vaselor n care se afl. Ele se mpart n dou grupe:

    gazele - fluide compresibile; lichidele - fluide foarte puin compresibile.

    Incompresibilitatea lichidelor st la baza utilizrii acestora n hidraulic pentru obinerea

    presiunilor de valori ridicate.

    Moleculele fluidelor, foarte mobile, sunt legate ntre ele prin fore de coeziune care Ie

    ngreuneaz deplasarea. Aceast proprietate determin n ultim instan viscozitatea i introduce

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    11

    noiunile de fluid perfect, respectiv fluid real.

    Un fluid perfect este fluidul ale crei molecule se deplaseaz fr nici un efort unele n raport cu

    altele, datorit lipsei coeziunii.

    Un fluid real este acel fluid ale crui molecule se deplaseaz dificil unele fa de altele, datorit

    existenei coeziunii i a frecrii ntre straturi. Forele de coeziune diferite fac ca fluidele s aib regimuri de

    curgere diferite. Ele sunt la origine fore vscoase.

    Toate fluidele utilizate n sistemele hidropneumatice sunt fluide reale.

    1.3.2 Fluide utilizate n sistemele hidropneumatice

    1.3.2.1 Mediul hidraulic suport energetic al sistemelor hidrostatice

    Pentru ca mediul hidraulic, folosit n sistemele hidrostatice, s-i poat realiza funcia de purttor

    de energie i informaie trebuie s ntruneasc anumite condiii:

    s aib proprieti lubrifiante i de absorbie la suprafaa metalic n condiiile micrii relative a suprafeelor n contact;

    s aib o viscozitate ct mai constant n raport cu variaia temperaturii, ntre limitele domeniului de funcionare normal a instalaiei;

    s aib punct de inflamabilitate ct mai ridicat i de nghe ct mai sczut; s nu vaporizeze la temperatura de lucru; s fie antispumant; s fie compatibil din punct de vedere chimic cu materialele elementelor instalaiei; s aib stabilitate termic i chimic; s nu duneze sntii operatorilor.

    La alegerea unui agent hidraulic, n afara condiiilor amintite, mai trebuiesc avute n vedere

    anumite aspecte legate de destinaia instalaiei, condiiile sale de utilizare, parametri funcionali respectiv

    temperatura i presiunea de lucru i nu n ultimul rnd costul realizrii i ntreinerii sistemului hidraulic.

    Dintre cele mai folosite fluide n acionrile hidrostatice sunt:

    - Apa, cel mai vechi agent hidraulic, folosit i astzi la unele prese pentru deformare plastic, se caracterizeaz prin avantaje cum ar fi invariabilitatea viscozitii cu temperatura, compresibilitate

    redus i neinflamabilitate. Prezint n schimb serioase dezavantaje cum sunt:

    domeniul limitat de temperatur (mai mic de 100C), punct ridicat de nghe, lubrifiere necorespunztoare, viscozitate redus, etc;

    - Apa cu glicerin, n amestec, prezint proprieti mbuntite fa de apa simpl. Amestecurile de ap-glicerin au densitate (1,2 ... 1,7) kg/dm3, vscozitate cinematic (10 ... 35) Cst; punct de nghe (-30 ... -40)C.

    n schimb amestecul este un slab lubrifiant, are o concentraie variabil n timp ntruct este

    higroscopic i produce coroziunea suprafeelor metalice fiind un bun electrolit.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    12

    - Uleiul mineral, poate fi considerat drept cel mai folosit mediu hidraulic pentru instalaiile hidrostatice. densitatea de cca. 0,9 kg/dm3; vscozitatea cinematic (20 ... 250) Cst la 50C; intervalul de temperatur ntre punctul de congelare i cel de infiamabilitate (-35 ...

    260)C.

    Acestea constituie proprieti adecvate sistemelor hidrostatice utilizate n construciile de maini.

    Uleiul mineral are de asemenea bune proprieti de lubrifiere, de aderen i de rezisten a peliculei pe

    suprafeele metalice. El conine amelioratori de viscozitate destinai stabilizrii valorii vscozitii cu

    variaia temperaturii. mbuntirea performanelor n sensul lrgirii domeniilor de temperatur i de

    presiune la care pot fi utilizate se realizeaz printr-o aditivare mbuntit la care pe lng aditivi

    antispumani i amelioratori de viscozitate se mai adaog i ali aditivi antioxidani, anticoroziune,

    antiuzur, etc.

    Astfel uleiurile pot fi utilizate la temperaturi cuprinse ntre (-20 ... 85)C i la presiuni ntre (50 ...

    300) bar. Pentru solicitri foarte mari la temperaturi cuprinse ntre (-8 ... 90)C i la presiuni ntre (200 ...

    500) bar se utilizeaz uleiuri aditivate de extrem presiune obinute din fraciuni de uleiuri parafinice i

    naftenice selecionate i rafinate prin metode speciale i coninnd aditivi de extrem presiune;

    - Uleiul cu petrol, n amestec, mrete limita presiunii de lucru. Uleiul de transformator cu petrol poate fi utilizat la presiuni mai mari de 900 bar. La o proporie ulei/petrol de 1/4 presiunea poate ajunge la

    10 Kbar;

    - Uleiul de ricin, crete limita de utilizare la presiuni de pn la 200 Kbar; - Clorura de argint, talcul i polifluoretilena, pot fi utilizate la presiuni cuprinse n domeniul (200 ... 400) Kbar,

    - Lichidele sintetice, se caracterizeaz prin proprieti bune de lubrifiere i temperaturi de funcionare crescute. n categoria acestora se ncadreaz diesterii care funcioneaz pn la 205C, silicat-esterii

    pn la 260C, siliconii pn la 315C, silanii i diesterii pn la 425C;

    - Lichidul metalic NaK (eutecticul NaK), poate fi utilizat la temperaturi de pn la 760C. Acesta prezint avantajul invariabilitii viscozitii cu temperatura, fiind totodat i antispumant. Are ns

    dezavantajul oxidrii, oxizii formai producnd impurifiarea sa.

    - Izopentanul, este utilizat n instalaiile ce funcioneaz la temperaturi foarte sczute (-40 ... -150)C; - Heliu lichid, poate fi utilizat la temperaturi de pn la -210C;

    Fig. 1.4 Domenii de utilizare a agenilor hidraulici

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    13

    1.3.2.2 Aerul comprimat suport energetic al sistemelor pneumatice

    I Proprietile mediului pneumatic

    Sistemele pneumatice folosesc, ca fluid purttor de energie, aerul atmosferic sub presiune.

    Principalele caracteristici ale aerului comprimat, pentru ca acesta s-i poat ndeplini funcia, de agent

    purttor de energie i informaie sunt:

    - Puritatea. Aerul comprimat conine ntotdeauna picturi sau vapori de ap, ulei precum i alte impuriti rezultate n urma procesului de comprimare sau i a circulaiei prin conducte. Depunerea

    lor n aparatura sistemelor pneumatice provoac perturbri n funcionarea acestora i scderea

    performanelor. Din aceste motive, aerul atmosferic, dup comprimare, este supus unui proces de

    purificare care const n eliminarea impuritilor, a apei i a vaporilor de ap;

    - Gradul de umectare, const n lubrifierea aerului comprimat. Aceasta este necesar pentru ai conferi aerului comprimat proprietile de ungere necesare funcionrii n bune condiii a aparaturii

    sistemelor pneumatice. Lubrifierea se realizeaz n mod controlat prin umectare cu ajutorul unor

    ungtoare cu cea de ulei, ea netrebuind s fie excesiv ntruct poate provoca nfundarea orificiilor

    i fantelor aparaturii.

    Pentru aer exponentul adiabatic este =1,40, constanta gazelor R=29,27 [daNm/kggrd] i

    echivalentul caloric al lucrului mecanic A=426,8 [kcal/daNm].

    Cldura specific la volum constant, ntre (100 .... 1500)K se determin cu relaia:

    = 0,161 (1 + 255 106 ) (1.1) II Transformrile caracteristice mediului pneumatic

    Funcia pe care o are aerai de a transmite energie n cadrul sistemelor pneumatice este

    influenat total de transformrile gazelor i de starea lor, ntruct aerul este un gaz extrem de

    compresibil. Aceste transformri sunt:

    a) Transformarea izoterm (legea Boyle-Mariote) La temperatur constant, presiunea unei cantiti de gaz are o variaie invers proporional cu

    volumul su.

    Pentru ca transformarea izoterm s aib loc trebuie ca viteza desfurrii procesului s fie foarte

    redus aa nct temperatura sa T [K] s rmn nemodificat. Pentru dou stri 1 i 2 ale gazului aflat la

    temperatur constant aceast transformare se exprim prin:

    1 1 = 2 2 (1.2) sau

    = = (1.3) n care p1, p2 i V1, V2 sunt presiunile, respectiv, volumele gazului corespunztoare celor dou stri.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    14

    Fig. 1.5 Transformarea izoterm

    Curbele de temperatur constant sunt hiperbole, figura 1.5, ntruct pentru orice punct situat pe

    una dintre ele, aria dreptunghiului abc0 are aceeai valoare.

    b) Transformarea izobar (legea Gay-Lussac) La presiune constant volumul unei cantiti bine determinate de gaz variaz invers proporional

    cu temperatura sa.

    Pentru ca transformarea s aib loc trebuie ca incinta care nmagazineaz cantitatea de gaz s fie

    solicitat la o sarcin constant. Pentru dou stri 1 i 2 ale gazului aflat la presiune constant aceast

    transformare se exprim prin: 12

    = 12

    , 11

    = 22

    (1.4)

    sau

    = . (1.5)

    Fig. 1.6 Transformarea izobar

    Curbele de presiune constant sunt drepte, figura 1.6, ntruct pentru orice punct situat pe una

    dintre ele, unghiul a al triunghiului ab0 are aceeai valoare.

    c) Transformarea izocor (legea Charles) La volum constant variaia presiuni unei cantiti de gaz este invers proporional cu variaia

    temperaturii sale. Pentru ca transformarea s aib loc trebuie ca incinta n care se afl gazul s nu i

    modifice volumul. Pentru dou stri 1 i 2 ale gazului ce are un volum constant: 12

    = 12

    , 11

    = 22

    (1.6)

    Fig. 1.7 Transformarea izocor

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    15

    sau

    = (1.7)

    Curbele de presiune constant sunt drepte, figura 1.7, ntruct pentru orice punct situat pe una

    dintre ele, unghiul a al triunghiului ab0 are aceeai valoare.

    d) Transformarea adiabat (izotropic) Transformrile izoterm, izobar i izocor sunt transformri ideale care nu pot avea loc dect cu

    regimuri lente de transformare. n practica curent a funcionrii acionrilor pneumatice regimurile de

    lucru sunt foarte rapide i de aceea schimbul de cldur cu exteriorul poate fi considerat foarte redus,

    practic nul.

    Fig. 1.8 Transformarea adiabat

    Aceast transformare se exprim prin:

    = (1.8) n care k este exponentul adiabatic. Pentru aer k=1,40.

    n diagrama din figura 1.8 este ilustrat diferena ntre aceast transformare i transformarea

    izoterm (legea Boyle-Mariote).

    e) Indicatori de stare Starea unui gaz este determinat de trei mrimi presiunea p, volumul V i temperatura T. ntre

    aceste mrimi denumite i indicatorisau parametri de stare exist urmtoarea relaie:

    = (1.9) Relaia 1.9 se numete ecuaia general a gazelor sau ecuaia de stare n care constanta universal

    a gazelorR=8,31447 mol-1K-1.

    n cazul aerului produsul nR se consider constant, astfel c relaia 1.9 devine:

    = (1.10)

    care reprezint o lege fundamental privind calculul de proiectare al acionrilor pneumatice.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    16

    2 ORGANOLOGIA SISTEMELOR HIDROSTATICE

    2.1 Pompe i hidromotoare

    2.1.1 Pompe hidraulice

    ntr-o instalaie hidraulic pompa are rolul de a furniza energia hidraulic necesar pentru

    realizarea unui lucru mecanic. mpreun cu motorul hidraulic, pompa formeaz grupul

    generator-transformator de energie mecanic n energie hidraulic i respectiv hidraulic n mecanic.

    Principial o pomp hidraulic transport un debit Q de fluid ntre aspiraie la presiunea p0 i refulare la o

    presiune oarecare p1>p0.

    Fig. 2.1 Schema bloc a acionrii hidraulice

    Conversiunile succesive de energii sunt realizate astfel: n zona A energia electric n energie

    mecanic, n zona B energia mecanic n energie hidrostatic, n zona C energia hidrostatic n energie

    mecanic fiecare transformare intervine cu un randament propriu.

    2.1.1.1 Furnizarea de agent hidraulic

    Energia consumat pentru a obine agent motor sub presiune este suma a dou energii: energia

    de comprimare propriu-zis i energia de deplasare a agentului motor comprimat.

    Cilindrul piston de seciune S comprim i deplaseaz un agent motor de presiune p1, dup ce a

    fost alimentat la presiunea p0. Energiile de comprimare i de deplasare se calculeaz astfel:

    Fig. 2.2 Calculul energiei consumate

    Energia de comprimare E1 corespunde ariei BFA i se calculeaz prin relaia:

    1 = ( 0) 10 = ( 0) 10 (2.1)

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    17

    inndu-se seama de relaia care d coeficientul de compresibilitate B,

    =

    , care poate fi

    scris sub form diferenial = , energia E1 are valoarea:

    1 = ( 0)10 (2.2) Pentru variaii mici ale volumului V, se poate folosi valoarea sa medie Vm iar relaia energiei

    comprimate se poate scrie astfel:

    1 = 12 (1 0)2 1 (2.3) Energia de deplasare E2 corespunde ariei BCDE i este egal cu:

    2 = 1 (1 0) (2.4) Energia total E, care este suma celor dou energii va avea valoarea:

    = 1 + 2 = (1 0) 1 + 12 (1 0) = (1 0) 1 + 2 (2.5) Dac se ine cont c V

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    18

    2.1.1.3 Clasificarea pompelor hidraulice

    Pompele hidraulice se pot clasifica dup mai multe criterii dat fiind varietatea foarte mare de

    tipuri constructive i funcionale realizate de firmele constructoare. Dintre aceste criterii patru sunt mai

    reprezentative i anume:

    1. Criteriul funcional dup care se deosebesc: pompe cu debit constant; pompe cu debit variabil.

    2. Criteriul constructiv dup care mai important este semnificaia rotorului se deosebesc: pompe cu rotor; pompe fr rotor; de construcie special; cu destinaie special.

    3. Criteriul sensului de curgere a fluidului conform cruia pompele pot fi: traversate unidirecional de lichidul de lucru; traversate bidirecional de lichidul de lucru

    4. Criteriul reversibilitii transformrii energiilor dintr-o natur fizic n alta pompe; motoare.

    Prezena unei pompe sau a unui motor rotativ ntr-o schem de instalaie hidraulic este marcat

    printr-un simbol, care este o reprezentare sintetic a caracteristicilor sale funcionale eseniale.

    n figura 3 sunt prezentate cteva simboluri utilizate n schemele hidraulice.

    Fig. 2.3 Simboluri grafice pentru pompe i motoare

    n cadrul simbolurilor sgeata dirijat spre exterior exteriorul cercului indic sensul circulaiei

    fluidului la pompe (fig. 2.3a, b), dou sgei dirijate ambele spre exteriorul cercului (fig. 2.3c, d),

    precizeaz c pompa este bidirecional putnd fi antrenat s refuleze n ambele sensuri, o sgeat

    dirijat spre interiorul cercului arat c unitatea respectiv este motor hidraulic rotativ, dou sgei

    dirijate ambele spre exterior arat c motorul este reversibil i bidirecional putndu-se roti n ambele

    sensuri dac fluidul de lucru este transmis n sens schimbat, sgeata transversal arat caracterul reglabil

    al capacitii care se transpune la pompe (fig. 2.3a, c), n debit reglabil, iar la motoare (fig. 2.3e, g) n

    turaie reglabil. Sgei combinate arat c motorul este pomp sau motor reglabil (fig. 2.3e),

    pomp-motor reglabil bidirecional (fig. 2.3g), pomp-motor nereglabil i bidirecional (fig. 2.3f),

    pomp-motor nereglabil unidirecional (fig. 2.3h).

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    19

    2.1.2 Pompe cu angrenaje evolventice

    Pompele i motoarele rotative cu roi dinate evolventice sunt, datorit compactitii i simplitii

    lor constructive, dintre cele mai folosite n tehnica acionrilor hidraulice, n diferite domenii. Ele ofer n

    plus avantajul unei mari sigurane precum i un pre de cost mai redus.

    Din multitudinea de modele constructive i funcionale de pompe i motoare folosite pot fi

    identificate cteva tipuri distincte, clasificate astfel:

    1. dup tipul profilului danturii folosite: profil evolventic; profil cicloidal.

    2. dup tipul angrenajului angrenare exterioar nclinat sau dreapt; angrenare interioar nclinat sau dreapt

    3. dup caracterul capacitii cu capacitate constant; cu capacitate variabil.

    4. dup numrul de roi motoare cu un rotor; cu multirotor.

    5. dup valoarea presiunii nominale pompe care funcioneaz la presiuni nalte; pompe care funcioneaz la presiuni medii; pompe care funcioneaz la presiuni joase.

    2.1.2.1 Pompe cu roi dinate cu angrenaj exterior

    La acest tip de pompe i motoare rolul de transportor al fluidului sub presiune ntre aspiraie i

    refulare l au cupele constituite din golul dintre dinii pinioanelor, carcas i capacele laterale, circulaia

    fluidului n pomp avnd loc dup cum arat sgeile din figura 2.4.

    Fig. 2.4 Pompa cu roi dinate

    Aspiraia este determinat de depresiunea care ia natere la ieirea dinilor din angrenare n zona

    de aspiraie. Refularea se produce la intrarea dinilor n angrenare n zona R. Eficacitatea aciunii de

    transport este influenat de valoarea jocurilor radiale care exist ntre dini i carcasa exterioar, precum

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    20

    i de valoarea jocurilor axiale pe suprafaa plan frontal dintre roi i capacele laterale. Antrenarea este

    asigurat de pinion, care datorit angrenajului antreneaz n micare de rotaie i roata condus.

    Fig. 2.5 Pompa cu trei roi dinate

    n figura 2.5 este prezentat o construcie n care ansamblul zone de aspiraie-refulare, cupe

    transportoare sunt situate n acelai plan. Drumul parcurs de fluid ntre aspiraie i refulare este pentru

    roata antrenoare 1, foarte scurt, corespunztor unghiului 1, n timp ce drumul parcurs de fluidul

    transportat de roile 2, este mai mare, corespunztor unghiului 2.

    Datorit existenei a dou zone cu presiuni diferite, aspiraia A de joas presiune i refularea R de

    nalt presiune, apare un puternic dezechilibru static al forelor n pomp (respectiv n motor) rezultanta

    fiind dirijat dinspre R spre A.

    Pompele cu roi dinate destinate presiunilor mari (150...300 bar) sunt construite astfel nct s

    asigure echilibrarea radial a forelor de presiune care acioneaz asupra arborilor roilor. n absena unor

    msuri de compensare, existena acestor fore marcate prin F, conduce la uzura prematur a lagrelor i

    statorului n partea opus. n scopul compensrii acestor fore se aduce, prin canale special construite

    fluidul sub presiune n camerele notate cu a n figura 2.6. n acestea se creeaz o for Fe, care acionnd

    diametral opus cu F, echilibreaz radial lagrele pompei.

    Fig. 2.6 Modalitate de compensare a forelor radiale

    La pompele cu echilibrare radial a presiunilor se asigur o meninere a jocurilor radiale ntre

    roile dinate i carcas, se micoreaz solicitrile arborilor i lagrelor, se mbuntete randamentul

    energetic prin micorarea forelor de frecare.

    innd seama c pierderile volumice prin jocurile frontale (ntre roi i capace sau carcas) sunt de

    circa trei ori mai mari ca pierderile prin jocurile radiale, la pompele de nalt presiune se practic

    compensarea jocului frontal. Pentru aceasta se monteaz flane pe prile frontale ale roilor dinate. Se

    trimite ulei sub presiune asupra flanelor care sunt meninute n contact permanent cu suprafeele

    frontale ale roilor, compensnd jocul frontal.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    21

    Datorit gradului de acoperire supraunitar al angrenajului pompei, exist o cantitate de ulei

    blocat ntre dinii de contact, care este supus unor presiuni mari, ca urmare a micorrii spaiului nchis

    ntre dini. Aceast cantitate de ulei creeaz ocuri de presiune i solicitri dinamice asupra elementelor

    pompei. Reducerea presiunii uleiului strivit se realizeaz prin canale de descrcare prevzute n flanele

    frontale ale roilor sau prin orificii radiale n roata condus i canale n arborele acesteia.

    2.1.2.2 Calculul debitului

    Debitul unei pompe este rezultatul transportrii fluidului de ctre cupele transportatoare ale

    tuturor roilor dinate ntre aspiraie i refulare. El este determinat de volumul transportat la o rotaie.

    Fig. 2.7 Calculul debitului pentru pompa cu roi dinate

    Debitul pompei cu roi dinate se poate calcula aproximativ innd seama de faptul c volumul de

    fluid ocupat n golurile unei roi dinate are expresia:

    1 = 12 (2.8) n care:

    Dr este diametrul de rulare a ambelor roi;

    h - nlimea dinilor;

    l - limea roilor.

    La o roat dinat se poate exprima n funcie de modulul roii, m, toi aceti parametrii:

    = = 2 =

    unde:

    z este numrul de dini;

    - coeficientul de lime al roii.

    n aceste condiii volumul de fluid transportat de roata z1 la o rotaie este:

    1 = 3 1 (2.9) Pentru roata z2 volumul de fluid se exprim similar:

    2 = 3 2 (2.10) Pentru pompa cu dou roi dinate, funcionnd la turaia n, debitul este:

    = 1 1 + 2 2

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    22

    = 3 (1 1 + 2 2) (2.11) innd cont de raportul de transmisie dintre cele dou roi dinate:

    = 21

    = 12 1 1 = 2 2

    Rezult debitul pompei:

    = 2 3 1 1 (2.12) Se observ c debitul nu depinde de numrul de dini i turaia roii conduse. El este n funcie

    numai de geometria i cinematica roii conductoare, depinznd n special de modulul roii conductoare.

    2.1.2.3 Pompe cu roi dinate cu angrenaj interior

    Aceste pompe prezint, comparativ cu cele cu angrenaje exterioare, avantaje datorate n 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. Combinnd aceste avantaje cu metodele de compensare se pot obine

    randamente foarte bune, ct i presiuni de lucru mai mari.

    Aceste pompe pot fi construite cu volume unitare cuprinse n gama: Vu=0,4...12000 cm3, i

    presiuni de pn la 315 bar.

    n figura 2.8 este prezentat principial construcia unei pompe cu angrenaj interior. Roile dinate,

    pinionul 2 i roata condus 3, sunt dispuse relativ central n corpul pompei 1, separaia dintre zona de

    aspiraie i cea de refulare realizndu-se cu ajutorul unui element n form de semilun 4.

    Fig. 2.8 Pompa cu angrenaj interior

    2.1.3 Pompe cu angrenaje neevolventice

    Aceste construcii folosesc angrenarea interioar i au n componena lor roat cu dantur

    interioar 1 i o roat exterioar 2. Profilul danturii este de regul cicloidal, dar se folosesc i alte tipuri de

    curbe de profilare.

    n figura 2.9 sunt prezentate dou tipuri principale de pompe cu angrenaje neevolventice.

    Fig. 2.9 Pomp cu angrenaje neevolventice

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    23

    n figura 2.9a, camerele de aspiraie A, i de refulare R (de nalt presiune) sunt separate de un

    miez mobil 3 plasat ntre roile 1 i 2 ntre ale cror axe exist o excentricitate. Pinionul 2 are un numr de

    z dini mai mic cu doi dini dect roata 1. Piesa 3 preia uzura dintre roile 1 i 2 putnd fi nlocuit dup

    deteriorarea sa. n acest fel etanarea ntre flancurile dinilor roilor angrenajului i implicit uzura sunt mai

    mici.

    n figura 2.9b este prezentat o alt construcie compus din aceleai elemente de angrenare 1 i

    2, roata dinat 1, cu un dinte n plus fa de pinionul 2, fiind realizat direct pe corpul pompei. Viteza

    relativ dintre roata cu dantur interioar i cea cu dantur exterioar este mic. Dac numerele de dini

    sunt 10 i 11, roile vor efectua 10 respectiv 11 rotaii. Viteza relativ mic conduce la uzura mic a

    angrenajelor i deci la mrirea duratei de funcionare a pompei.

    La pompa din figura 2.9a, aspiraia se produce la ieirea dinilor roii 2, din angrenarea cu dinii

    roii 1, fapt care d natere la o depresiune. Fluidul este refulat dup parcurgerea unui unghi de 3

    2 (rad)

    urmare a intrrii n angrenare a dinilor danturii. Roile dinate se rotesc simultan n acelai sens dup cum

    arat sgeile.

    La modelul din figura 2.9b, aspiraia i refularea se produc ca urmare a acelorai fenomene care

    nsoesc ieirea i intrarea dinilor n angrenare. Canalele care asigur alimentarea cu fluid de joas

    presiune n vederea aspiraiei i evacuarea fluidului sub presiune se execut n dou variante:

    Fiecare gol dintre doi dini ai roii cu dantur interioar asigur dup caz, prin supape se sens, legtura golului cu canalele A sau R.

    Prin dou canale practicate n capacele frontale laterale.

    2.1.4 Pompe cu lobi

    Aceste pompe sunt folosite pentru presiuni mici i foarte mici n instalaiile de ungere sau de

    alimentare a pompelor de nalt presiune. Ele sunt similare pompelor cu roi dinate cu dantur interioar

    sau exterioar numai c roile (rotoarele) au o form special a danturii. n figura 2.10 este prezentat o

    pomp cu lobi cu dantur interioar.

    Fig. 2.10 Pomp cu lobi cu dantur interioar

    Rotorul 1, prevzut cu lobi exteriori, este antrenat cu turaia n1. El antreneaz prin angrenare

    reciproc coroana cu lobi interiori 2 (n interiorul carcasei 3), cu turaia n2. Coroana 2 are cu un lob mai

    mult fa de rotorul 1. Dac numrul de lobi ai rotorului 1 este z, atunci: 12

    = 1+11

    (2.13)

    Excentricitatea e dintre axele rotoarelor este jumtate din nlimea lobilor.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    24

    Agentul de lucru este aspirat din camera A, prin depresiunea format ntre rotoare i este refulat

    n camera R.

    Datorit suprafeei mici de etanare ntre cele dou rotoare n zona dintre camerele A i R,

    presiunile realizate de aceste pompe sunt relativ mici.

    n figura 2.11 este prezentat o pomp cu lobi exteriori. Ea este de obicei destinat transportului

    materialelor semifluide sau pstoase. n cazul pompelor cu doi lobi, ntre axele lobilor, n exteriorul

    pompei, se folosete un angrenaj cilindric z1/z2 pentru antrenarea celor doi lobi.

    Fig. 2.11 Pomp cu lobi cu dantur exterioar

    2.1.5 Pompe cu uruburi

    Pompele cu uruburi sunt constituite din dou, trei sau cinci uruburi n angrenare, introduse

    etan n alezajele unei carcase. n figura 2.12 pompa conine un urub central antrenat cu turaia n i dou

    uruburi laterale. uruburile au profiluri cicloidale care asigur o bun etanare reciproc.

    Fig. 2.12 Pomp cu uruburi

    Lichidul este transportat din camera de aspiraie A n camera de refulare R prin golurile dintre

    spirele tuturor uruburilor. Deplasarea lichidului este continu, masele de lichid efectund micri de

    translaie uniform n lungul axei uruburilor. Din acest motiv pompele asigur uniformitatea debitului

    refulat (fr pulsaii de debit).

    Datorit unui numr mare de suprafee de contact ntre uruburi, precum i ntre uruburi i

    carcas, corespunztor numrului de spire, pierderile de debit prin neetaneiti sunt reduse, iar

    randamentul volumic al pompei este mare.

    Pentru evitarea nepenirii uruburilor, ca urmare a antrenrii lor n micare de rotaie, n cazul

    pasului mare al filetului, se folosesc roile dinate z1/z2 i z1/z3 (fig. 2.12) pentru antrenarea lor n micare

    de rotaie.

    Debitul refulat de pomp se scrie ca o sum a debitelor transportate de fiecare urub din camera

    de aspiraie n camera de refulare:

    = (2.14)

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    25

    n care: S i sunt seciunile active ale uruburilor;

    n i - turaiile uruburilor;

    pi - paii uruburilor.

    Pentru ca uruburile s angreneze reciproc ele trebuie s aib acelai unghi al spirelor .

    =

    = 11

    (2.15)

    n care: D, D1 sunt diametrele de rulare ale uruburilor;

    p, p1 - paii uruburilor.

    ntre diametre, turaii i paii uruburilor exist relaia:

    1=

    1= 1

    (2.16)

    deci:

    1 1 = (2.17) Relaia (2.17) semnific faptul c viteza axial a punctelor de contact ntre uruburi este aceeai

    pentru toate uruburile.

    Ca atare, relaia (2.14), n care:

    1 1 = = se scrie:

    = (2.18) La construciile de pompe de tipul celor prezentate n figura 2.12, asupra uruburilor apare o for

    de mpingere axial, fapt ce reclam preluarea acesteia de ctre lagrele uruburilor, special construite n

    acest sens. Frecrile mrite n lagre datorit forei axiale pe uruburi micoreaz randamentul pompei.

    Fig. 2.13 Pomp cu uruburi cu compensarea forei axiale

    n figura 2.13 se prezint schematic o soluie pentru diminuarea forei axiale pe uruburi.

    Printr-un orificiu practicat n urubul central 1 se trimite ulei sub presiune (din camera de refulare) asupra

    fusului urubului, presuriznd incinta a din capacul 3 al pompei (2 sunt uruburile acionate).

    O alt soluie constructiv pentru reducerea forei axiale (fig. 2.14) const n realizarea de

    uruburi cu elicea nclinat n ambele sensuri, care funcioneaz similar angrenajelor cilindrice cu dini n

    V. n acest caz pompa are dou camere de aspiraie T i o singur camer de refulare P.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    26

    Fig. 2.14 Pomp cu uruburi avnd elicele nclinate n ambele sensuri

    Construcia unei pompe cu dou uruburi, cu descrcarea forelor axiale, este prezentat n figura

    2.15.

    Fig. 2.15 Pomp cu uruburi cu descrcarea forei axiale

    uruburile 1 i 2 aspir agentul motor din camera A i l refuleaz n camera R. Pragurile 3 asigur

    evitarea deplasrilor axiale reciproce ale celor dou uruburi. Lichidul sub presiune din camera R ptrunde

    prin orificiul axial a al urubului 1 n spaiile b exercitnd reaciunea de compensare a forei axiale din

    uruburi. Lichidul sub presiune din camera c este descrcat n camera A prin orificiul axial d al urubului 2.

    2.1.6 Pompe i motoare cu palete

    Pompele i motoarele cu palete se construiesc n variantele cu debit vehiculat constant, respectiv

    variabil.

    2.1.6.1 Pompe i motoare cu palete cu debit constant

    Aceste tipuri de maini volumice sunt constituite dintr-un rotor, un stator i palete. n condiiile

    antrenrii rotorului cu turaie constant (n cazul pompelor), debitul refulat este teoretic constant, n

    condiiile alimentrii motorului hidraulic cu palete cu un debit constant, acesta furnizeaz o turaie

    constant.

    Dup poziia paletelor, aceste maini hidraulice pot fi cu palete n rotor (cele mai des folosite),

    respectiv cu palete n stator. Dup forma paletelor acestea pot fi cu palete drepte sau curbe.

    Pompele i motoarele cu palete n rotor pot fi cu aciune dubl, cnd au dou perechi de camere

    de aspiraie i refulare, sau cu aciune multipl, cnd prezint mai multe perechi de camere de aspiraie i

    refulare.

    Pompa cu palete cu aciune dubl (fig. 2.16) este format din statorul 1 n interiorul cruia se afl

    rotorul 2, prevzut cu paletele 3, antrenat n micare de rotaie cu viteza unghiular .

    Alezajul statoric este oval, sau sub forma unei curbe nchise speciale, astfel c paletele mtur un

    spaiu variabil cuprins ntre stator i rotor. Acest spaiu se mrete n dreptul camerelor de aspiraie A1, i

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    27

    A2, crendu-se depresiunea necesar aspiraiei agentului, i se micoreaz n dreptul camerelor R1, i R2,

    realiznd refularea agentului din pomp. Camerele A1, A2, R1 i R2 se afl plasate n una din flanele

    frontale ale mainii hidraulice.

    Fig. 2.16 Pomp cu palete cu debit constant

    Funcionarea ca motor a acestei maini se obine alimentnd sub presiune camerele R1 i R2 i

    punnd n comunicaie cu rezervorul camerele A1 i A2. Datorit diferenei de suprafa a paletelor din

    dreptul camerelor R1 i R2, forele de presiune creeaz un moment care antreneaz rotorul n micare de

    rotaie n sensul contrar lui .

    Meninerea paletelor n contact cu statorul se asigur trimind ulei sub presiune n camerele b1

    i b2, camere care sunt plasate n flanele frontale ale pompei i care comunic cu spaiile de sub palete.

    n cazul folosirii mainii ca motor vor trebui racordate la conducta R camerele b1 i b2 (sub

    presiune) i la conducta A camerele a1 i a2 (n comunicaie cu rezervorul).

    Ca atare, o pomp cu palete de acest tip nu poate fi folosit ca motor dect dup inversarea

    alimentrii spaiilor a1, a2 i b1, b2. Deci, diferena principial ntre pompa i motorul cu palete cu debit

    constant, respectiv cu turaie constant, const n modul de racordare a camerelor a1, a2, b1 i b2 n

    raport cu conductele A i R.

    Debitul unei pompe cu debit constant cu dubl aciune se determin dup schema din figura 2.17.

    Fig. 2.17 Schema de calcul al debitului pompei cu palete cu debit constant

    Se pleac de la faptul c debitul este produsul dintre suprafa i vitez:

    = = (2.19) n care:

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    28

    S este suprafaa dintre stator i rotor;

    rm - raza medie a seciunii mturate de palete;

    - viteza unghiular a rotorului.

    Seciunea maxim ntre rotor i stator este:

    1 = (1 0) (2.20) iar raza medie este:

    1 = 1+02 (2.21) n consecin, debitul pe care pompa l trimite n camera de refulare este:

    1 = 1 = (1 0) 1+02 = 12 (12 02) (2.22) Seciunea minim ntre rotor i stator este:

    2 = (2 0) (2.23) iar raza medie este:

    2 = 2+02 (2.24) Debitul de ulei recirculat ntre o camer de refulare i una de aspiraie este:

    2 = 2 = (2 0) 2+02 = 12 (22 02) (2.25) Debitul de ulei pierdut datorit paletelor se calculeaz admind c paletele efectueaz pe

    direcie radial la o rotaie o curs (1 2)/ cos, c grosimea paletelor este b i pompa are z palete: 3 = 12cos 0 (2.26)

    Debitul total refulat de pompa cu dubl aciune n baza relaiilor (2.22), (2.25) i (2.26) devine:

    = 2 (1 2 3) = (12 22) 2 12cos 0 = 2 (1 2) (1 + 2) cos 0 (2.27)

    Expresia turaiei motorului hidraulic cu palete cu dubl aciune rezult dup cum urmeaz:

    0 = 2(12)(1+2) cos (2.28)

    2.1.6.2 Pompe i motoare cu palete cu debit variabil

    Aceste pompe i motoare au acelai principiu de funcionare ca i pompele i motoarele cu palete

    cu debit constant. Deosebirea const n faptul c axa rotorului este deplasat fa de axa statorului cu

    excentricitatea e (fig. 2.18a).

    Uleiul este aspirat de pomp, prin camera de aspiraie A, datorit depresiunii create, ca urmare a

    faptului c volumul mturat de palete crete i este refulat n camera de refulare R, datorit micorrii

    spaiului dintre rotor, stator i palete n dreptul acestei camere. Debitul refulat de pomp se regleaz prin

    modificarea excentricitii e. Similar, pentru un debit constant de alimentare, turaia motorului se

    regleaz n funcie de excentricitatea e.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    29

    Paletele sunt meninute n contact cu statorul prin ghidare forat sau fiind mpinse cu arcuri

    plasate sub palete. Ghidarea forat se asigur cu cepuri laterale (fig. 2.18b), care cu liseaz n degajri

    circulare practicate n flanele laterale, degajri coaxiale cu axul statorului.

    Fig. 2.18 Pompe cu palete cu debit variabil: 1-rotor; 2-stator; 3-palete; 4-camere n rotor

    Unghiurile i , trebuie s fie mai mari de 2/z, n care z este numrul paletelor, pentru ca cel

    puin o palet s separe camerele A i R. Camerele de sub palete, din rotor, au comunicaie cu spaiul

    dintre rotor i stator pentru evitarea depresiunii la aspiraie, sau comprimrii uleiului la refulare.

    Axul pompei este solicitat radial unilateral sub aciunea rezultantei presiunilor de pe aproximativ

    o jumtate din periferia statorului cu fora:

    = 2 (2.29) n care:

    R este raza alezajului statoric;

    l - limea rotorului.

    Datorit solicitrii unilaterale (neechilibrare radial) presiunea maxim de lucru a acestor maini

    este de 100...180 bari.

    Fig. 2.19 Geometria pompelor cu palete cu debit variabil

    Debitul pompei cu palete cu debit variabil se calculeaz scznd din debitul Q1 de ulei refulat n

    condiiile n care nu exist palete, debitul Q2 pierdut datorit existenei paletelor (fig. 2.19):

    = 1 2 (2.30) Debitul Q, n baza relaiei de definire a debitului se scrie:

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    30

    =

    (2.31)

    n care:

    V este volumul de ulei refulat, compus din volumul V1 de ulei transportat ntre camera de aspiraie i

    camera de refulare (i refulat), minus volumul V2 de ulei recirculat ntre camera de refulare i aspiraie.

    = 1 2 (2.32) Elementele de volum se scriu:

    1 = 1 2 = 2 (2.33)

    i explicitnd elementele de suprafa:

    1 = (1 ) 1 2 = (2 ) 2 (2.34)

    n care razele medii m1 i m2 au expresiile:

    1 = 1+22 = 2+2 (2.35)

    innd seama de (2.35), expresiile (2.34) devin:

    1 = 12 (12 2) 2 = 12 (22 2) (2.36)

    iar expresia (2.32) se scrie:

    = (1 2) = 12 (12 22) (2.37) n baza figurii 2.19, mrimile 1 i 2 se pot scrie funcie de raza alezajului statoric R i

    excentricitatea e: 1 = + 2 = (2.38)

    Deci relaia (2.37) devine:

    = 2 (2.39) n care:

    R este raza alezajului statoric.

    Debitul de ulei refulat n lipsa paletelor devine:

    1 = 2 = 2 = 4 (2.40) Debitul pierdut prin existena paletelor, innd seama c limea paletelor este b, numrul de

    palete ale pompei este z, iar cursa paletelor 2e, va fi:

    2 = 2 (2.41) Deci, debitul unei pompe cu palete cu debit variabil are expresia:

    = 2 (2 ) (2.42)

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    31

    Variaia continu i liniar a debitului se asigur prin modificarea excentricitii e ntre axa

    rotorului i a statorului.

    n condiiile funcionrii ca motor, turaia acesteia, n funcie de debitul administrat i

    excentricitatea e are expresia:

    = 2(2) (2.42)

    2.1.7 Pompe cu pistoane

    2.1.7.1 Pompe cu pistonae axiale

    Aceste maini hidrostatice sunt cele mai rspndite n acionarea hidraulic din construcia de

    maini. Ele au gabarit i greutate reduse la puteri i momente mari de acionare. Datorit momentului de

    inerie mic i a echilibrrii axiale pot funciona la turaii mari, curent la (1500...2000) rot/min., iar n cazuri

    speciale la (4000...20000) rot/min. Ele vehiculeaz debite cuprinse ntre Q = (3...800) l/min la presiuni mari

    i foarte mari p = (200...700) bar. Aceste maini pot ajunge la puteri pn la 3500 kW.

    Ca i mainile cu palete, pompele i motoarele cu pistonae axiale se construiesc n variante cu

    debit, respectiv turaie constant sau cu debit, respectiv turaie variabil.

    Dup modul de amplasare al blocului pistonaelor n raport cu discul antrenor se disting dou

    categorii principiale de astfel de maini:

    cu bloc nclinat; cu disc nclinat.

    Fig. 2.20 Pompa cu pistonae axiale cu bloc nclinat

    Pompa sau motorul cu bloc nclinat (fig. 2.20) este format din blocul 1 al pistonaelor, n

    interiorul cruia se deplaseaz axial pistonaele 2. Antrenarea pompei o realizeaz arborele 6, care rotete

    discul 5 i acesta prin axul cardanic 4 pune n micare de rotaie blocul pistonaelor. Pistonaele sunt

    legate de discul 5 prin tijele 3, terminate cu articulaii sferice. Blocul pistonaelor 1 este alipit etan cu

    discul de distribuie fix 7, n care se afl camerele de aspiraie A i refulare R ntruct blocul pistonaelor 1

    este nclinat cu unghiul a fa de arborele de antrenare 6, pistonaele sunt obligate s execute o curs

    axial de lungime h n timpul micrii de rotaie a pompei, aspirnd uleiul din camera A i refulndu-l n

    camera R.

    Debitul pompei cu pistonae axiale cu bloc nclinat este dat de expresia:

    = (2.43) n care:

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    32

    S este suprafaa unui pistona;

    = 2 sin - cursa pistonaelor; z - numrul de pistonae;

    n - turaia pompei.

    Relaia (2.13) devine:

    = 22 sin (2.44)

    La variantele constructive cu debit variabil, debitul pompei, respectiv turaia motorului se variaz

    prin modificarea unghiului a, respectiv prin nclinarea blocului pistonaelor n raport cu arborele de

    antrenare.

    Debitul refulat de pomp are ns un caracter pulsator, corespunztor trecerii pistonaelor prin

    dreptul camerei de refulare. Deplasarea curent x a unui piston (fig. 2.9) are expresia:

    = sin = (1 cos) sin (2.45) n care:

    = . Viteza instantanee de deplasare a pistonaului se obine:

    = = sin sin (2.46) iar debitul refulat de un pistona are expresia:

    = = 24 sin sin (2.47) Debitul total refulat de pomp rezult:

    = 12=1 = 24 sin sin sin12=1 (2.48) sau

    = 12=1 = 24 sin sin12=1 (2.49) Ca atare, debitul pompei variaz n timp, valoarea medie a debitului fiind dat de relaia (2.44).

    Echivalnd relaiile (2.49) cu (2.44) rezult:

    sin12=1 = deci

    sin12=1 = (2.50) Pompele cu pistonae axiale se construiesc cu un numr impar de pistonae, ntruct n aceste

    condiii pulsaia debitului scade sensibil.

    Pompa sau motorul cu pistonae axiale cu disc nclinat (fig. 2.21) realizeaz antrenarea n micare

    de rotaie, prin arborele 3 al blocului pistonaelor 1.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    33

    Fig. 2.21 Pompa cu pistonae axiale cu disc nclinat

    Pistonaele 2, presate de arcurile 4 asupra discului nclinat 5, execut o curs de lungime h. Discul

    de distribuie 6, fix, gzduiete camerele de aspiraie A i refulare R. Cu notaiile din figura 6 debitul

    acestei pompe se scrie:

    = = 24 tan (2.51)

    Variaia debitului poate fi obinut prin modificarea unghiului de nclinare a discului.

    2.1.7.2 Calculul forelor, momentelor i puterii

    Pompa sau motorul cu bloc nclinat pot fi schematizate, sub aspectul transmiterii forelor ntre

    pistonae i disc, ca n figura 2.21. Articulaiile sferice au rolul unor reazeme pe care se sprijin

    pistonaele. Fora de presiune F acioneaz n lungul pistonaelor, ea se descompune n forele F, i F2.

    Fora F2 de pe o semicircumferin a discului creeaz momentul (fig. 2.22):

    Fig. 2.22 Forele la pompele cu pistonae axiale cu bloc nclinat

    Fig. 2.23 Momentul la pompele cu pistonae axiale cu bloc nclinat

    = 2 2 sin unde

    2 = sin = 24 sin Momentul total de antrenare al pompei sau rezultat la arborele motorului devine:

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    34

    = = 24 sin 2 sin12=1 (2.52) innd seama de expresia (2.50), momentul total mediu se scrie:

    = 28

    sin (2.53) Se observ c, pentru mrirea momentului de acionare, preferabil ar fi s creasc diametrul

    pistonaelor d, dar totodat creterea numrului pistonaelor z favorizeaz micorarea pulsaiilor de debit

    sau turaie.

    Puterea necesar acionrii pompei sau furnizat de motorul hidraulic cu pistonae axiale are

    expresia:

    = = 24

    sin (2.54) Maina cu pistonae axiale cu disc nclinat (v. fig. 2.21) se caracterizeaz (sub aspectul transmiterii

    forelor) prin aceea c blocul pistonaelor este descrcat de fore exterioare perpendiculare pe axa

    blocului. Discul i arborele lui este n schimb ncrcat prin forele F, i F2 care solicit la ncovoiere i

    torsiune acest subansamblu. Reaciunile R1 i R2 din lagrele arborelui discului au valori importante,

    acioneaz pulsatoriu, reclamnd o lgruire cu rulmeni radiali axiali multipli i uneori cu rulmeni cu ace.

    Similar celor prezentate anterior, momentul total de acionare are expresia:

    = = 24 tg 2 sin12=1 (2.55) iar momentul total mediu devine:

    = 28

    tg (2.56) cu puterea de acionare:

    = = 24

    tg (2.57) La aceast main blocul pistonaelor preia solicitarea de ncovoiere a forelor F1 i F2. Sunt

    supuse ncovoierii i pistonaele pompei, astfel c n raport cu alezajele blocului apar reaciunile S1 i S2,

    cu efect defavorabil asupra uzurii unilaterale a ajustajului. Reaciuni importante, variind pulsatoriu, R1 i

    R2 apar n sistemele de lgruire ale arborelui blocului pistonaelor.

    2.1.8 Pompe i motoare cu pistonae radiale

    La aceste pompe, pistonaele sunt dispuse pe direcie radial n raport cu axul acestora. Din punct

    de vedere constructiv, se disting maini cu pistonae radiale la care pistonaele sunt plasate n rotorul

    mainii, sau maini cu pistonae radiale la care pistonaele sunt fixe, plasate n statorul mainii.

    n figura 2.23 este prezentat o pomp cu pistonae radiale la care pistonaele sunt dispuse n

    rotorul mainii.

    Statorul 1 este fix, iar rotorul 2, n care se afl pistonaele 3, este antrenat n micare de rotaie.

    Axul 4 al rotorului n care sunt practicate camerele de aspiraie A i de refulare R rmne fix. De el sunt

    racordate conductele tancului i ale pompei. ntre axa rotorului i a statorului exist excentricitatea e. Ca

    urmare a antrenrii rotorului 2 n micare de rotaie cu turaia n, pistonaele sunt obligate s execute n

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    35

    alezajele din rotor o curs radial de lungime 2e. Cnd pistonaele ies din rotor, acestea aspir uleiul din

    camera A; cnd sunt introduse n rotor ele refuleaz uleiul n camera R. Contactul permanent al

    pistonaului cu alezajul statoric se realizeaz de obicei prin intermediul unor resorturi plasate n rotor, sub

    pistonae. Admind c suprafaa unui pistona este 4d2 cursa pistonaului este e2 , pompa are z

    pistonae, rotorul se rotete cu turaia n, atunci debitul pompei se poate calcula cu relaia:

    = 24 2 =

    2 2 (2.58)

    Fig. 2.24 Pomp cu pistonae radiale dispuse n rotor

    Aceste maini hidraulice funcioneaz la presiuni pn la 300 bar, la debite pn la 800 l/min,

    furniznd puteri pn la 4000 kW. Turaia minim stabil a motoarelor cu pistonae radiale este de circa 1

    rot/min.

    Pentru mrirea randamentului mecanic al mainilor cu pistonae radiale, de acest tip, este

    necesar reducerea forelor de frecare, ntre pistonaele rotitoare l statorul fix al mainii. Cteva situaii

    sunt date n figura 2.25. Pe capetele pistonaelor pot fi fixate role de contact ntre pistona i alezajul

    statoric.

    Fig. 2.25 Scheme de reducere a forei de frecare dintre pistonae i stator

    i la aceste pompe poate fi folosit un papuc hidrostatic, care reduce fora de frecare ntre el i

    alezajul statoric, ca urmare a sustentaiei hidrostatice a papucului pe alezajul din stator.

    La unele maini, pistonaele radiale sunt rotative, ele se sprijin pe o suprafa conic a statorului,

    astfel nct n timpul rotaiei lor n jurul axului mainii primesc i o micare proprie de rotaie n jurul axei

    acestora. Se uniformizeaz astfel uzura dintre pistona i alezajul din rotor.

    Mainile cu pistonae radiale plasate n stator sunt formate din statorul 1 (fig. 2.26), rotorul 2,

    pistonaele 3 i camerele de aspiraie i refulare prevzute cu supape 4.

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    36

    Fig. 2.26 Pomp cu pistonae radiate plasate n stator

    Fiecare pistona execut o cursa egal cu dublul excentricitii dintre axa rotorului 2 i a statorului

    1. Ele aspir i refuleaz uleiul din propriile camere de aspiraie i refulare, practicate n capetele

    alezajelor pistonaelor din stator.

    Fig. 2.27 Pompe cu pistonae radiale cu stator (a), respectiv rotor (b) cicloidal

    O construcie particular de maini cu pistonae radiale este prezentat n figura 2.27. La aceste

    maini, fie statorul este prevzut cu un alezaj cicloidal (fig. 2.27a) fie rotorul este prevzut cu o suprafa

    exterioar cicloidal (fig. 2.27b). Pistonaele, urmrind prin role suprafeele cicloidale ale statorului sau

    ale rotorului, aspir sau refuleaz uleiul, n figura 2.27a din axul rotorului, iar n figura 2.27b din camerele

    de aspiraie i refulare proprii plasate n stator.

    2.1.9 Hidromotoare oscilante

    Aceste hidromotoare sunt folosite pentru realizarea micrii circulare a organului de lucru pe un

    unghi sub 360.

    Fig. 2.28 Motoare hidraulice oscilante

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    37

    n figura 2.28 sunt prezentate hidromotoarele oscilante, cu una, dou i trei palete. Paletele 1

    aflate n interiorul statorului 2 sunt antrenate n micare de rotaie de presiunea agentului motor

    administrat prin conducta P. Uleiul din spatele paletelor iese spre tanc prin conducta T. Cursa circular a

    paletelor este limitat de opritoarele 3.

    La hidromotoarele cu dou i trei palete, alimentarea cu ulei sub presiune se face prin orificii

    plasate n arborele motor, respectiv n arborele port-palete. Evacuarea uleiului se obine prin alte orificii,

    dispuse n arborele hidromotorului.

    La hidromotorul cu o singur palet, reglarea cursei circulare se poate realiza cu dou limitatoare

    3, reglate prin uruburi. Cu creterea numrului de palete crete cuplul dezvoltat de motor, n schimb

    cursa micrii circulare se reduce.

    Aceste hidromotoare funcioneaz de obicei la presiuni de 20 - 80 bari. Folosirea unor presiuni

    mai mari nu este posibil datorit unei etanri mai dificile realizate pe capetele paletelor, sau ntre

    suporii statorului i rotorului motorului.

    2.1.10 Motoare hidraulice rectilinii

    Aceste motoare au o foarte larg rspndire datorit simplitii constructive i a posibilitii de

    realizare a unor fore mari i foarte mari de acionare.

    Ele sunt din punct de vedere constructiv de tip cilindru piston, motiv pentru care se mai numesc i

    cilindri de for (fig. 2.29).

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    38

    Fig. 2.29 Motoare hidraulice rectilinii

    Datorit marii diversiti de hidromotoare rectilinii, clasificarea acestora trebuie fcut din mai

    multe puncte de vedere.

    Din punctul de vedere al modului n care se realizeaz acionarea, respectiv din punctul de vedere

    al modului n care agentul motor acioneaz pe feele pistonului se disting:

    hidromotoare cu simplu efect (fig. 2.29, j); hidromotoare cu dublu efect (fig. 2.29, a, b, c, d). Din punctul de vedere al mobilitii elementelor hidromotorului se disting: hidromotoare cu cilindru fix i piston mobil (fig. 2.29, a, c, e, g, i, j, k); hidromotoare cu cilindru mobil i piston fix (fig. 2.29, b, d, f, h).

    Din punctul de vedere al raportului dintre diametrul tijei i diametrul pistonului, se disting:

    hidromotoare la care diametrul pistonului este mai mare dect diametrul tijei (fig. 2.29, a, b, c, d, g, h, i, j, k);

    hidromotoare cu pistoane plonjoare (fig. 2.29, e, f). Din punctul de vedere al numrului motoarelor ce acioneaz acelai organ de lucru, se disting:

    hidromotoare singulare (fig. 2.29, a, b, c, d, j);

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    39

    hidromotoare multiple, care pot fi cuplate n serie (fig. 2.29, h, i, k), sau n paralel (fig. 2.29, e, f, g).

    Hidromotoarele se leag n serie sau paralel pentru a mri fora de acionare, a modifica vitezele

    de acionare ale organului de lucru sau cursele de deplasare ale organului acionat. Hidromotoarele din

    figura 2.29, h, i, mresc cursa organului acionat, hidromotorul din figura 2.29, j este un hidromotor de tip

    telescopic, hidromotorul din figura 2.29, k asigur organului de lucru fore de acionare variabile,

    corespunztor administrrii presiunii pe pistonul mic, pe pistonul mare sau pe ambele pistoane.

    2.1.10.1 Calculul parametrilor hidraulici ai hidromotoarelor rectilinii

    Parametrii de lucru ai hidromotoarelor rectilinii sunt presiunea de alimentare i debitul

    administrat.

    Fig. 2.30 Forele rezistente la acionarea cu hidromotoare rectilinii

    Presiunea de alimentare trebuie s aib o astfel de valoare nct fora presiunii hidrostatice creat

    de motor s nving suma rezistenelor ce se opun acionrii (fig. 2.30):

    1 = = + + + + 1 + + (2.59) n care:

    S este suprafaa activ a hidromotorului;

    Fu - fora util pentru care a fost proiectat acionarea;

    Rf - fora de frecare n ghidajele organului de lucru;

    Rf - fora de frecare n elementele de etanare ale pistonului;

    Rf - fora de frecare n elementele de etanare ale tijei;

    G1 - greutatea organului de lucru pe direcia deplasrii;

    Fc - fora de contrapresiune din camera inactiv a hidromotorului;

    F i - fora de inerie din perioadele de demarare, respectiv frnare.

    Ca atare, presiunea necesar acionrii este:

    = 1

    (2.60)

    ntr-o instalaie hidraulic, presiunea administrat hidromotorului se regleaz cu ajutorul

    supapelor.

    Al doilea parametru hidraulic de calcul al hidromotorului este debitul administrat. Acesta depinde

    de viteza, respectiv gama de viteze ale organului de lucru care trebuie deplasat:

  • CURS ACIONRI HIDRAULICE I PNEUMATICE - SPECIALIZAREA INGINERIE MECANIC

    40

    = 1 (2.61) Debitul administrat hidromotorului se regleaz fie prin intermediul pompelor, dac acestea sunt

    cu debit variabil, sau cu ajutorul unui echipament hidraulic de reglare ce poart denumirea de drosel.

    Este de reinut faptul c din punctul de vedere al numrului tijelor, construcia influeneaz

    asupra vitezei de deplasare a organului de lucru.

    Pentru acelai debit administrat, dac hidromotorul este cu tij unilateral, atunci vitezele de

    deplasare n cele dou sensuri sunt diferite. Viteza va fi mai mare atunci cnd debitul ptrunde pe

    suprafaa mai mic S1 a hidromotorului i va fi mai mic atunci cnd debitul ptrunde pe suprafaa mai

    mare S2 a hidromotorului.

    Ca atare, atunci cnd vitezele n cele dou sensuri trebuie s fie egale, la acelai debit administrat

    este necesar ca hidromotorul s aib tije bilaterale, iar diametrele acestora din cele dou camere