shp cursuri semestrul ii 2014-2015

7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015

1/147

1

1. STRUCTURA SISTEMELOR DE ACIONARE,COMAND I REGLARE HIDRAULICE

1.1 STRUCTURA TRANSMISIILOR HIDRAULICE I PNEUMATICE

Caracteristicile mecanice relativ rigide ale mainilor de for sunt adaptate lacerinele variabile ale mainilor de lucru prin intermediul transmisiilor (fig. 1.1).

Fig. 1.1. Schema unui sistem care include o transmisie:F ! main de for" # ! transmisie" $ ! main de

lucru.

Caracteristica mecanic a unei maini de for repre%int dependena dintremomentul furni%at la arbore& i turaia acestuia& n. 'ependena poate fibidimensional (o curb) sau tridimensional (o suprafa)& dac maina de for areposibilitatea reglrii unui parametru funcional.

n pre%ent& sunt utili%ate pe scar larg transmisiile mecanice& electrice&hidraulice i pneumatice.

Transmisiile i!ra"li#e $i #ele %ne"ma&i#e utili%ea% lichide& respectiv ga%e&

pentru transferul de energie ntre intrare i ieire& care sunt supuse unei dubletransformri energetice. n prima fa%& fluidul primete energie mecanic& mrindu*ienergia specific ntr*o main hidraulic sau pneumatic de lucru (pomp saucompresor)" ulterior& fluidul cedea% energia dob+ndit unui motor hidraulic saupneumatic. #ransformrile energetice sunt afectate de pierderi inerente de energie.

, &ransmisie i!ra"li#' este format dintr*o pomp care transform energiamecanic furni%at de maina de for n energie hidraulic" aceasta esteretransformat n energie mecanic de un motor hidraulic care antrenea% maina delucru. Structura transmisiilor pneumatice este similar: un compresor antrenat demaina de for alimentea% cu ga% un motor pneumatic care acionea% maina de

lucru. -ist i sisteme de acionri pneumatice formate n esen din generatoare dega%e i motoare pneumatice ca de eemplu cele utili%ate pentru diri/area unor rachete.

Parame&rii ener(iei me#ani#e )"rni*a&e !e a#es&e &ransmisii %+& )i re(lai#+n&in"" $i -n limi&e lar(i %rin mil+a#e rela&i/ sim%le. 0lei2ili&a&ea #+ns&i&"ie "na/an&a esenial al &ransmisiil+r i!ra"li#e $i %ne"ma&i#e )a' !e #ele me#ani#e,asi("r3n!"4le + lar(' "&ili*are, !e$i %rin#i%i"l l+r !e )"n#i+nare im%li#'ran!amen&e rela&i/ mi#i.

#ransmisiile hidraulice pot fi: hidrostatice (volumice)& hidrodinamice sauhidrosonice.

'ac mainile hidraulice (pompa i motorul)& care constituie elementelefundamentale ale transmisiei hidraulice sunt de tip volumic& transmisia se numeteu%ual hidrostatic sau volumic& deoarece energia mecanic furni%at de maina de


2/147

for este utili%at de o pomp volumic practic numai pentru creterea energiei depresiune a lichidului vehiculat" aceasta este retransformat n energie mecanic de unmotor hidraulic volumic (fig. 1.0).

Fig. 1.0. Schema unei transmisii hidrostatice:#S * transmisie hidrostatic" 2C34 * bloc comand& reglare i protecie" 45 * pomp volumic"5 * motor volumic" S$4 * supap de limitare a presiunii" $ * maina de lucru" - !electromotor.

#ermenul 6hidrostatic6 este impropriu (transmiterea energiei se face princirculaia unui lichid care n numeroase elemente de reglare i protecie atinge vite%e deordinul sutelor de metri pe secund)& dar este larg folosit n practic.

n ca%ul utili%rii unei pompe centrifuge i a unei turbine hidraulice& transmisia se

numete hidrodinamic deoarece n cursul transformrilor energetice variaia energieicinetice a lichidului este comparabil cu cea a energiei de presiune (fig. 1.7).

-nergia mai poate fi transmis prin intermediul unui lichid i cu a/utorul undelorde presiune generate de o pomp 6sonic6 i recepionate de un motor 6sonic6&transmisia numindu*se n acest ca% "sonic" (fig. 1.8).

Fig. 1.7. Schema unei transmisii hidrodinamice:4CF * pomp centrifug" #C4 * turbin centripet" 23 * bloc de reglare"

#' * transmisie hidrodinamic.


3/147

Fig. 1.8. Schema unei transmisii sonice:1 * pomp sonic" 9 * motor sonic.

nventatorul transmisiilor sonice este inginerul rom+n ;ogu Constantinescu& carele*a aplicat ndeosebi n domeniul militar (de eemplu& pentru sincroni%area tiruluibalistic cu elicele avioanelor monomotoare). Cea mai important aplicaie practic ainveniilor brevetate de ;. Constantinescu este pompa de in/ecie pentru motorul'iesel.

#ransmisiile 5%ne"m+s&a&i#e5 utili%ea% maini pneumatice volumice& iar cele5%ne"m+!inami#e5 * turbomaini pneumatice& eist+nd i soluii mite (compresorvolumic * turbin pneumatic).

1.9. CLASI0ICAREA TRANSMISIILOR HIDRAULICE I PNEUMATICE

n cadrul transmisiilor hidrostatice i pneumostatice se disting& din punctul devedere al teoriei sistemelor automate& sisteme de acionare& sisteme de comand isisteme de reglare automat.

Sis&emele !e a#i+nare $i #+man!' i!r+s&a&i#e $i %ne"m+s&a&i#e suntsisteme cu circuit deschis& n sensul c mrimea de intrare& care impune regimul defuncionare al sistemului& nu este influenat de efectul aciunii sale" datoritperturbaiilor inerente& mrimea de ieire nu poate fi corelat n mod univoc cu mrimeade intrare.

Sistemele de acionare hidrostatice i pneumostatice transmit n general puterimari& randamentul lor fiind un parametru important& utili%at obligatoriu n comparaie cualte tipuri de transmisii.

Sistemele de comand hidrostatice i pneumostatice transmit n general puterimici& iar motoarele acestora acionea% asupra elementelor de comand ale altortransmisii care vehiculea% puteri mult mai mari.

Sis&emele !e re(lare a"&+ma&' i!r+s&a&i#e $i %ne"m+s&a&i#e sunt sistemecu circuit nchis& deci conin o legtur de reacie care permite compararea& continuusau intermitent& a mrimii de intrare cu cea de ieire" diferena dintre acestea (eroarea)

constituie semnalul de comand al amplificatorului sistemului& care alimentea%elementul de eecuie n scopul anulrii erorii" astfel& preci%ia acestor sisteme este


4/147

ridicat (n regim staionar& relaia dintre mrimea de intrare i cea de ieire este practicbiunivoc).

4arametrii reglai u%ual sunt: po%iia& vite%a unghiular (liniar)& momentularborelui (fora ti/ei) motorului hidrostatic sau pneumostatic& puterea consumat detransmisie de la maina de for etc.

n continuare& transmisiile hidrostatice vor fi numite 6hidraulice6& iar transmisiilepneumostatice 6pneumatice6.

Fig. 1.. Schema unui sistem de comand hidraulic cuplat cu un sistem de acionare hidraulic.


5/147

Fig. 1.?. Schema unui sistem de reglare hidraulic:a) Schema bloc: -4*element de prescriere" -C*element de comparaie" =-*amplificator de

eroare" --*element de eecuie" #*instalaie tehnologic" #*traductori" i*mrimea de intrare" e*mrimea de ieire" *eroarea" m*masa echivalent a sarcinii redus la ti/a pistonului"

b) Schema hidraulic echivalent: C'-*cilindru hidraulic cu dublu efect" =-*amplificatorelectrohidraulic" '-*bloc electronic" =4*acumulator hidropneumatic" F3*filtru de refulare"S$4*supapa de limitare a presiunii" 45*pompa volumic.

1.@. A6ANTA7ELE I DE8A6ANTA7ELE TRANSMISIILOR HIDRAULICE IPNEUMATICE

#ransmisiile hidraulice i pneumatice au c+teva caracteristici specifice& care lediferenia% de alte tipuri de transmisii& eplic+nd at+t larga lor rsp+ndire c+t irestriciile de utili%are.

$ocul transmisiilor hidraulice i pneumatice n cadrul transmisiilor poate fi stabilitpe ba%a mai multor criterii de natur practic.


6/147

[email protected]. A/an&ae

1. 4osibilitatea amplasrii motoarelor hidraulice volumice ntr*o po%iie oarecare fa demainile de for constituie un avanta/ ma/or al transmisiilor hidraulice fa de celemecanice& simplific+nd considerabil proiectarea mainilor de lucru.

9. -lementele de comand ale transmisiilor hidraulice solicit operatorilor fore saumomente reduse i pot fi amplasate n locuri convenabile& conferind mainilor delucru caliti ergonomice deosebite.

:. Cuplul reali%at de motoarele electrice rotative este proporional cu intensitateacurentului absorbit& fiind limitat de ncl%irea i%olaiei i de saturaia circuitului magnetic.Cuplul de%voltat de motoarele hidraulice volumice rotative este proporional cu diferenade presiune dintre racordurile energetice& fiind limitat numai de eforturile admisibile alematerialelor utili%ate.

;. Cldura generat de pierderile interne& care limitea% performanele oricrei maini&este preluat de lichidul vehiculat i cedat mediului ambiant printr*un schimbtorde cldur amplasat convenabil" ca urmare& mainile volumice au n mod curentputeri specifice mai mari de 1 ABAg.


7/147


8/147

:.'eoarece au scurgeri& transmisiile hidraulice sunt poluante& eist+nd ntotdeaunapericolul pierderii complete a lichidului datorit neetaneitii unui element.

;.Ceaa de lichid care se formea% n ca%ul curgerii sub presiune mare prin fisuri estefoarte inflamabil& datorit componentelor volatile ale hidrocarburilor care constituieba%a ma/oritii lichidelor utili%ate n transmisiile hidraulice.

.4trunderea aerului n lichidul de lucru generea% oscilaii care limitea% severperformanele dinamice ale transmisiilor hidraulice.

?.ntreinerea& depanarea i repararea transmisiilor hidraulice necesit personal decalificare specific& superioar celei corespun%toare altor tipuri de transmisii.

@.Compleitatea metodelor de anali% i sinte% a transmisiilor hidraulice nu permiteelaborarea unei metodologii de proiectare accesibil fr o pregtire superioar.

1. 4rincipalul de%avanta/ al transmisiilor pneumatice este randamentul foartesc%ut.

11.ivelul redus al presiunii de lucru limitea% forele& momentele i puterile transmise.

19. Compresibilitatea ga%elor nu permite reglarea precis& cu mi/loace simple& aparametrilor funcionali ai transmisiilor pneumatice& ndeosebi n ca%ul sarcinilorvariabile.

1:. =erul nu poate fi complet purificat& contaminanii provoc+nd u%ura icoro%iunea continu a elementelor transmisiei.

1;. =pa& pre%ent totdeauna n aer& pune n mare pericol funcionarea sistemelorpneumatice prin ngheare.

#ransmisiile pneumatice le concurea% pe cele electrice la puteri mici& ndeosebin ca%urile c+nd sunt necesare deplasri liniare reali%abile simplu cu a/utorul cilindrilorpneumatici.

C+n#l"*ie=legerea tipului optim de transmisie& pentru condiii concrete date& repre%int& n

principiu& o problem de natur tehnico * economic& a crei soluionare corectnecesit cunoaterea detaliat a caracteristicilor tuturor soluiilor posibile.


9/147

1

9. LICHIDELE UTILI8ATE BN TRANSMISIILEHIDRAULICE

9.1 PROPRIETILE NECESARE LICHIDELOR UTILI8ATE BNTRANSMISIILE HIDRAULICE

$ichidele vehiculate n circuitele energetice& de comand i auiliare aletransmisiilor hidraulice sunt numite n practic "hidraulice", "de lucru" sau "funcionale""ele sufer ciclic variaii importante de presiune& vite% i temperatur& vin n contact cudiferite materiale i pot fi epuse c+mpului electromagnetic& radiaiilor nucleare etc.

Condiiile dificile de utili%are impun acestor lichide urmtoarele #erine:* caliti lubrifiante"

* v+sco%itate acceptabil n orice condiii de funcionare a sistemului"* stabilitate fi%ic i chimic"

* compatibilitate cu materialele sistemului"* compresibilitate& densitate& volatilitate& tendin de spumare& coeficient de dilataretermic& pre i toicitate reduse"

* caliti antioidante i dielectrice"* stocare i manipulare simple.

n pre%ent& eist o gam larg de lichide funcionale& care aparin& din punct devedere chimic& mai multor clase& dar nici unul nu pre%int toate calitile necesare uneitransmisii ideale.

Ca urmare& alegerea unui lichid funcional constituie n general un compromiscare asigur satisfacerea cerinelor eseniale& dar impune restricii structurii sistemului

i condiiilor de utili%are.

Da&ele +&ar3&+are -n ale(erea "n"i li#i! )"n#i+nal sunt:* gama temperaturilor de utili%are i stocare& normale i accidentale"* gama de presiuni i depresiuni la care este supus lichidul funcional n regim normal

i accidental"* cerinele anumitor materiale sau componente ale sistemului"* cerinele de siguran"* condiiile economice.

9.9 PROPRIETI ALE LICHIDELOR 0UNCIONALE

9.9.1 63s#+*i&a&ea

=ceasta este o caracteristic esenial a lichidelor funcionale deoarece: asigurportana lagrelor& limitea% pierderile de lichid prin elementele de etanare igenerea% fore care amorti%ea% oscilaiile hidromecanice.

n acelai timp& v+sco%itatea provoac pierderi de energie n spaiile dintrepiesele n micare relativ i n conducte i neliniari%ea% caracteristicile orificiilor decomand.

5+sco%itatea lichidelor scade rapid cu temperatura i crete& ntr*o msur multmai mic& cu presiunea.


10/147

$a temperaturi nalte& scurgerile interne ale mainilor hidraulice volumice ielementelor de distribuie alterea% esenial randamentul transmisiilor hidraulice& iarscderea capacitii portante a peliculelor lubrifiante poate provoca griparea diferitelormecanisme ale acestora.

5+sco%itatea ecesiv& specific temperaturilor /oase& generea% pierderi mari desarcin pe conductele de aspiraie ale pompelor& favori%+nd apariia cavitaiei& reduce

vite%a motoarelor hidraulice i randamentul transmisiilor.=ceste dou categorii de fenomene eplic interesul ma/or pentru lichidele a

cror v+sco%itate varia% puin cu temperatura& deoarece conin 6aditivi de v+sco%itate6&de eemplu& polimer metacrilic.

5ariaia visco%itii cu temperatura i presiunea conduce la modificarea continua parametrilor funcionali ai transmisiilor hidraulice.

9.9.9 Cali&'ile l"2ri)ian&e

5isco%itatea determin n mare masur calitile lubrifiante ale lichidelor la vite%erelative mari ale suprafeelor adiacente& dar nu constituie elementul hotr+tor la vite%erelative mici i sarcini mari& c+nd eist pericolul griprii lagrelor. 4entru prevenireasau reducerea u%urii acestora se utili%ea% cupluri de materiale antifriciune i seintroduc n lichidele lubrifiante aditivi de ungere.

=ci%ii grai& esterii lor i ali compui organici cu caten lung& care conin clor&plumb& sulf sau staniu& ader la suprafeele metalice impiedic+nd contactul acestora.

$a temperaturile locale ridicate generate de microgripa/e& unii compuihalogenai se combin cu metalele form+nd halogenuri cu punct de topire sc%ut care

nete%esc suprafeele n micare relativ.Calitile lubrifiante ale lichidelor se estimea% cu dispo%itive care simulea%

lagre practice sau cu pompe volumice de calitate garantat. 4ierderea n greutate apieselor solicitate la u%ur constituie un indiciu asupra calitilor lubrifiante ale lichiduluitestat.

9.9.@ Densi&a&ea si #+m%resi2ili&a&ea

'ensitatea lichidelor influenea% greutatea transmisiilor hidraulice& care este unparametru important al instalaiilor mobile.

n regim staionar& pierderile de sarcin prin orificii i fante& care sunt eseniale nca%ul elementelor de distribuie i reglare varia% invers proporional cu densitatea.

5ariaia densitii cu presiunea n regim tran%itoriu generea% oscilaiihidromecanice& care pot fi neamorti%ate.

5ariaia densitii cu temperatura trebuie considerat n calculul volumuluire%ervoarelor.

n calculele practice& se utili%ea% modulul de elasticitate i%oterm& . n condiiinormale& pentru uleiurile minerale pure& G 1


11/147

Cea mai mare influen revine aerului nedi%olvat. odulul de elasticitateechivalent e se calculea% cu relaia :

1=

1+

1Vg 1

+ e r l Vt g

n care r este modulul de elasticitate al recipientului n care este stocat lichidul" l *modulul de elasticitate al lichidului pur" 5g * volumul de ga% nedi%olvat" 5t * volumultotal al recipientului" g * modulul de elasticitate al ga%ului& practic egal cu presiunea lacare se afl acesta.

4romptitudinea transmisiilor hidraulice este proporional cu modulul deelasticitate echivalent al lichidului. Ca urmare :

* racordurile elastice vor fi utili%ate cu precdere pentru alimentarea elementelor dedistribuie i pentru racordarea acestora la re%ervor" racordurile dintre distribuitoarele

inversoare i motoare trebuie s fie metalice"* toate transmisiile hidraulice trebuie prev%ute cu robinete de pur/are (evacuare aaerului) amplasate n punctele cele mai nalte ale sistemului.

9.9.0 In)lama2ili&a&ea

4ericolul de incendiu sau de eplo%ie constituie un de%avanta/ esenial allichidelor funcionale reali%ate pe ba%a hidrocarburilor& /ustific+nd efortul considerabildepus pentru crearea i ameliorarea lichidelor sintetice.

ncendiile pot fi provocate de vaporii din re%ervoarele deschise sau de contactullichidelor cu suprafeele calde ale mainilor de lucru (metal topit& tobe de eapament&

discuri de fr+n& conducte de abur viu etc.). =precierea posibilitilor de utili%are alichidelor din acest punct de vedere se face pe ba%a a trei temperaturi caracteristice.

P"n#&"l !e in)lama2ili&a&e. $ichidul fiind ncl%it ntr*un creu%et& se apropieperiodic de suprafaa sa liber o flacr pilot" punctul de inflamabilitate estetemperatura la care apare o flacr de scurt durat. =ceast temperatur este decirca 1HHHC la uleiurile minerale i de 9HHHC la esteri i silicai. 4entru lichidele sinteticeneinflamabile aceast caracteristic nu este definit& dar la circa 1HHHC ele ncep sdega/e din abunden vapori& uneori toici.

Tem%era&"ra !e ar!ere este temperatura lichidului la care vaporii si continus ard dup ndeprtarea flcrii pilot" ntre aceast temperatur i punctul deinflamabilitate eist o diferen de circa 0HHC.

Tem%era&"ra !e a"&+a%rin!ere este temperatura la care trebuie s sencl%easc o suprafa pentru ca o pictur de lichid c%ut pe ea s se aprindspontan. =ceast temperatur depinde de condiiile de msurare& fiind de circa 97HHCpentru uleiurile minerale i de circa 0HHHC pentru esteri i silicai. 4ractic nu eistlichide funcionale neinflamabile& ci doar lichide care elimin+nd n condiii concreteu%uale riscul incendiilor i eplo%iilor se numesc n pre%ent 6lichide re%istente la foc6.=cestea nu trebuie confundate cu lichidele de nalt temperatur care i conserv

calitile funcionale la temperaturi nalte (ceea ce nu este obligatoriu pentru lichideleneinflamabile) dar pot fi mai inflamabile dec+t alte lichide.


12/147

9.9.7. C+m%a&i2ili&a&ea #" ma&erialele sis&em"l"i

4rincipalele materiale afectate de lichidele funcionale sunt elastomerii folosiipentru confecionarea elementelor de etanare i a racordurilor elastice.

Eleiurile minerale au nlocuit uleiurile vegetale ca lichide funcionale numai dupelaborarea elastomerilor de sinte%& deoarece di%olv cauciucul natural. $ichidele

neinflamabile din transmisiile hidraulice ale aeronavelor civile moderne nu au putut fintrebuinate dec+t dup crearea butililor i a etilenpropilenelor. $ichidele de nalttemperatur necesare ndeosebi avioanelor supersonice i rachetelor nu au nc unelastomer ideal.

aterialele de etanare trebuie adaptate lichidului funcional" schimbareaacestuia impune n general schimbarea tuturor etanrilor.

u eist n pre%ent un sistem universal de testare a compatibilitii lichidelor cuelastomerii. 4ractic& se studia% relaia dintre lichid i fiecare tip de etanare& n condiiireale de funcionare: precomprimare& micri relative& cicluri de suprapresiune& cicluride temperatur& urmrindu*se mbtr+nirea accelerat i n timp real.

$ichidele funcionale sunt compatibile cu ma/oritatea materialelor metalice

ntrebuinate curent n construcia transmisiilor hidrostatice: oel& aluminiu& magne%iu&cupru& alam& bron%& argint& carburi metalice sinteti%ate etc.

Enele lichide sintetice afectea% acoperirile metalice cu cadmiu& %inc i cupru&form+nd precipitate. $ichidele pe ba% de ap pot deveni electrolii ntre diverse piesemetalice& provoc+nd o coro%iune intens.

#oate lichidele funcionale sunt supuse testului de aciditate& care furni%ea%informaii utile asupra agresivitii chimice a acestora.

9.9.8. Al&e %r+%rie&'i

=pa& aerul i particulele metalice favori%ea% oidarea lichidelor& elastomerilor ia metalelor transmisiilor hidrostatice.n instalaiile prev%ute cu re%ervoare deschise nu se poate evita contactul

lichidelor cu aerul i condensarea apei. 'ei complic structura i ntreinereasistemelor& re%ervoarele etane& presuri%ate pneumatic sau mecanic& sunt ntotdeaunautili%ate dac sigurana funcional constituie o cerin esenial. 'in acelai motiva%otul nlocuiete aerul n ma/oritatea acumulatoarelor hidropneumatice care lucrea%la presiuni mai mari de 8@ bar. =ceste msuri permit mrirea sensibil a temperaturiimaime admise n instalaii i a duratei de via a lichidelor& micor+nd n acelai timppericolul de incendiu. 'e eemplu& lichidele petroliere de aviaie pot fi ntrebuinatep+n la 1@7oC& n loc de ?HoC n circuit deschis.

Circuitele etane& umplute cu precauii deosebite& sunt obligatorii n ca%ulntrebuinrii lichidelor de nalt temperatur pe ba% de silicai& care n pre%ena apei ia aerului formea% precipitate i cristale deosebit de periculoase pentru sistemelehidraulice.

4roprietatea lichidelor de a*i conserva calitile fi%ice i chimice n pre%ena apeise numete stabilitate hidrolitic i determin n mare msur durata de stocare i dentrebuinare.

=meliorarea re%istenei fa de oidani se obine cu aditivi care au o mareafinitate pentru oigen dar nu influenea% proprietile lichidului.

'ega/area ga%elor i agitaia ecesiv a lichidelor n pre%ena aerului provoacapariia spumei. =ceasta mrete compresibilitatea lichidelor& favori%ea% oidarea lor

i coro%iunea metalelor. Stabilitatea spumei depinde de visco%itatea lichidului& detensiunea sa superficial i de factorii poluani. #endina de spumare se determin prinmsurarea volumului spumei generate de o cantitate constant de aer.


13/147

#ransmisiile hidraulice n circuit nchis nu sunt afectate de acest fenomen.Sistemele deschise necesit& at+t precauii constructive c+t i aditivarea lichidelorfuncionale cu antispumani.

n eploatare este greu s se evite contactul operatorilor cu lichidele funcionalei mai ales inhalarea vaporilor acestora. -ste deci necesar ca lichidele s nu fie toicenici nainte de ntrebuinare& nici dup aceasta. $ichidele sintetice moderne& ndeosebi

cele neinflamabile sunt toice n anumite concentraii. =ciunea lor asupra mucoaselori ndeosebi asupra ochilor impune utili%area ecranelor protectoare la standurile dencercri ale elementelor hidraulice i ventilaia forat a laboratoarelor.

Presi"nea /a%+ril+r sa&"rai ai lichidelor funcionale trebuie s fie c+t mai micpentru a evita apariia cavitaiei& ndeosebi n ca%ul lichidelor care lucrea% latemperaturi ridicate.

C'l!"ra s%e#i)i#' $i #+e)i#ien&"l !e #+n!"#&i2ili&a&e &ermi#' trebuie s fie c+tmai mari pentru a evita gradieni mari de temperatur.

C"l+area $i mir+s"l facilitea% identificarea lichidelor funcionale.

C+s&"l este un criteriu important n alegerea lichidelor funcionale& mai ales nca%ul instalaiilor industriale complee. $ichidele sintetice sunt mai scumpe dec+t celeminerale. 'e eemplu& lichidele florurate sunt de o sut de ori mai scumpe dec+t celepetroliere.

9.@ TIPURI DE LICHIDE 0UNCIONALE

Li#i!e %e 2a*a /e(e&al'

Sunt compuse din ulei de ricin (bun lubrifiant) i un solvent cu punct decongelare sc%ut. Sunt compatibile cu cauciucurile naturale& put+nd fi folosite latemperaturi sc%ute.

Li#i!e %e 2a*' mineral'=u caliti lubrifiante bune i cost relativ sca%ut& dar sunt inflamabile. Sunt numite

uleiuri minerale i au cea mai larg utili%are.

Li#i!e nein)lama2ile %e 2a*' !e a%'-mulsiile de ulei n ap i de ap n ulei sunt larg utili%ate n utila/ele calde i

mari consumatoare de lichid.

Soluiile de poliglicooli n ap au caliti lubrifiante bune& dar sunt incompatibilecu lichidele petroliere& fiind ntrebuinate n marin.

Li#i!e sin&e&i#eCele mai importante lichide sintetice au la ba% esterii fosfatici. =cetia tind s

nlocuiasc uleiurile minerale n toate instalaiile epuse pericolului de incendiu (ntermoenergetic& aeronautic& sectorul minier etc).

, alt categorie important de lichide sintetice include silicaii& care sunt lichidede nalt temperatur& inflamabile i sunt sensibile la ap. Sunt utili%ate cu precauiispeciale n aeronautica supersonic.


14/147

9.0 LICHIDE UTILI8ATE IN ARA NOASTR

a/oritatea lichidelor utili%ate n transmisiile hidraulice industriale din ara noastrau la ba%a uleiurile minerale. -le sunt codificate cu litera & urmat de un numr carerepre%int v+sco%itatea cinematic la 7HoC& eprimat n cSt.

4entru presiuni mari (@HH bar) codul este completat de literele -4 (etrema

presiune).n aeronautica militar se utili%ea% uleiuri minerale nalt aditivate de provenienrus (=; 1H) sau france% (=3 @79H =).

n aeronautica civil se intrebuinea% i esteri fosfai. 'e eemplu& aeronavele3,2=C utili%ea% lichidul SIJ'3,$ 7HH=. $a C- Cernavod& lichidul din circuitulde reglare a turaiei turboagregatelor este un fosfat arilic neinflamabil (triarilfosfat).


15/147

1

@. ELEMENTE DE MECANICA 0LUIDELORSPECI0ICE TRANSMISIILOR HIDRAULICE

@.1 PARTICULARITI ALE UTILI8RII LEGILOR I ECUAIILORGENERALE DIN MECANICA 0LUIDELOR

4roiectarea raional a elementelor transmisiilor hidraulice i asocierea lorcorect necesit cunoaterea legilor i ecuaiilor care descriu micarea fluidelor ndomeniile specifice acestor sisteme.

-voluia unei particule fluide ntr*un domeniu dat poate fi definit complet cua/utorul a > %arame&ri: coordonatele centrului su de greutate& presiunea& densitatea&temperatura i visco%itatea. Cele > e#"aii in!e%en!en&e ne#esare sunt: ecuaia demicare (trei)& ecuaia de continuitate& legea conservrii energiei& ecuaia de stare iecuaia de variaie a visco%itii cu temperatura i presiunea.

'atorit dificultilor matematice& pentru anali%a practic a regimului staionar ia celui tran%itoriu din circuitele energetice i de comand ale transmisiilor hidraulice& seutili%ea% e#"aia #+n&in"i&'ii i relaia l"i ern+"lli corespun%toare micrilorpermanente& respectiv semipermanente" se ine seama de re%istenele hidraulicema/ore introduse intenionat n circuite n scopul reglrii parametrilor funcionali&deoarece acestea constituie re%istenele dominante.

Pier!erile !e sar#in' relativ mici corespun%toare elementelor de legtur(tuburi scurte& coturi& ramificaii etc) sunt considerate n special pentru dimensionareaconductelor de aspiraie ale pompelor n scopul evitrii cavitaiei i a racordurilorhidromotoarelor amplasate la distane mari de pompe.

#otui& e#"aiile !e mi$#are sunt frecvent utili%ate n calculul disipaiilorvolumice prin interstiiile de mici dimensiuni ale elementelor hidraulice. 'e asemenea&ecuaiile de micare sunt folosite pentru calculul pierderilor de presiunecorespun%toare re%istenelor hidraulice introduse n circuite pentru amorti%areaoscilaiilor hidromecanice de mic amplitudine.

-fectul &em%era&"rii asupra densitii i visco%itii lichidelor este consideratndeosebi n ca%ul curgerilor cu gradieni termici mari specifice lagrelor utili%ate nconstrucia mainilor hidraulice volumice. n ca%ul micrilor cu gradieni termici mici&influena temperaturii este introdus n calcul numai prin evaluarea proprietilor

lichidului la temperatura de funcionare medie global a sistemului.

=stfel& legea conservrii energiei se reduce la relaia lui 2ernoulli& v+sco%itateaeste considerat constant& iar ecuaia de stare include numai variaia practic liniar adensitii cu presiunea.


16/147

@.9 MICAREA BN CONDUCTE

:.9.1 Mi$#area laminar'Curgerea permanent n conductele circulare ale transmisiilor hidraulice este

frecvent laminar& deoarece lichidele funcionale au o v+sco%itate relativ mare&diametrele conductelor sunt relativ mici& iar vite%ele medii nu depesc u%ual 7 ms n

scopul limitrii ocurilor hidraulice provocate de elementele de distribuie& reglare iprotecie.

C+e)i#ien&"l l"i Dar# se calculea% cu relaia:

64

75Re Re

deoarece curgerile tehnice se reali%ea% cu variaii de temperatur.

Le(ea Ha(en4P+ise"ille& stabilit pentru curgeri laminare i%oterme& corespundelimitei inferioare a pierderilor de presiune:

D 4Q =

128L

Liniari&a&ea relaiei !in&re !e2i& $i #'!erea !e %resi"ne& caracteristic tuturormicrilor laminare& este foarte util n calculul circuitelor hidraulice. Conductelecirculare drepte& av+nd un diametru redus& sunt numite n practic tuburi capilare isunt frecvent utili%ate pentru mrirea rigiditii lagrelor hidrostatice& pentru stabili%areaelementelor de reglare a presiunii i debitului& pentru amorti%area oscilaiilor motoarelorhidraulice volumice etc.

#otui& micarea laminar este sensibil la /ariaiile !e &em%era&"r' caremodific visco%itatea lichidelor. =cest de%avanta/ poate fi esenial n unele aplicaii i nupoate fi evitat dec+t prin termostatarea sistemului.

Dimensi+narea &"2"ril+r #a%ilare trebuie s respecte n principiu condiia:L

400D

pentru a putea utili%a relaia agen*4oiseuille. #otui& rapoarte mult mai mici sunt

satisfctoare la numere 3e mici& specifice ndeosebi curgerilor alternative de marefrecven.

#uburile capilare pot fi reali%ate i prin introducerea presat a unui urub cuprofil triunghiular sau dreptunghiular ntr*o buc cilindric circular. 3a%a de dispunerea canalului astfel format este mult mai mare dec+t dimensiunea sa caracteristic&permi+nd calculul pierderii de presiune cu a/utorul relaiilor stabilite pentru tuburiprofilate drepte.

4entru o conduct ptrat& de latur b&b

4

Q = 28,4L (p1 p2 )


17/147

n ca%ul unei conducte av+nd seciunea de forma unui triunghi echilateral culatura b&

b4

Q =185L

(p1 p2 )

n aceste relaii& $ repre%int lungimea conductei drepte sau lungimea desfurat atubului curbat.

@.9.9 Mi$#area &"r2"len&'Conductele metalice& utili%ate n transmisiile hidraulice& sunt eecutate din oeluri

carbon sau inoidabile& trase la cald sau la rece& au n mod normal caracteristicigeometrice i mecanice garantate i sunt supuse unor operaii complee& mecanice ichimice& de ndeprtare a oi%ilor formai n cursul laminrii i prelucrrilor ulterioare(tiere& ndoire& sudare). 3ugo%itatea& astfel obinut& este relativ mic i nu crete ntimp& astfel c din punct de vedere hidraulic conductele transmisiilor hidraulice pot ficonsiderate netede.

Coeficientul se poate calcula cu relaia lui Blasius:

=0,3164

Re0,25

valabil pentru 0HHH K 3e K 1HH HHH.

Relaia lui arc!&

L 2

p = vmed2 D

poate fi combinat cu relaia lui 2lasius pentru a obine relaia practic:

p = 0,242L0,75

0,25 Q1,75

D4,75

Cderea de presiune n regim tur#ulent depinde de de#it la puterea $,%&. ecieste de dorit ca micarea s fie laminar, dar aceast condiie poate conduce ladiametre neeconomic de mari. Cderea de presiune specific admis curent este de',(& #ar)m. *n calculele apro+imative se poate considera ','(&.

@.@ CURGEREA PRIN ORI0ICII I 0ANTE

,rificiile i fantele constituie un mi/loc de ba% pentru reglarea parametrilorfuncionali ai transmisiilor hidraulice i pentru asigurarea stabilitii lor. Se vor pre%entacaracteristicile de regim staionar ale principalelor tipuri de orificii i fante cu seciunefi sau variabil& numite n practic !r+sele.

$a numere Re mari& curgerea este turbulent& cderea de presiune pe orificii ifante determin+nd accelerarea particulelor fluide. $a numere Re mi#i cderea depresiune este provocat de eforturile tangeniale corespun%atoare v+sco%itii.


18/147

@[email protected] C"r(erea &"r2"len&'

a/oritatea curgerilor prin orificiile i fantele utili%ate pentru reglarea transmisiilorhidraulice se produc la numere 3e mari& fiind considerate turbulente.

Se consider un orificiu circular cu muchie ascuit ([email protected]). 4articulele de fluidsunt accelerate ntre seciunile 1 i 9 cu pierderi mici de energie& micarea fiind practicpotenial. 'atorit ineriei particulelor de fluid& aria seciunii tranversale a /etului estemai mic dec+t aria orificiului.

3aportul dintre aria seciunii contractate& =9 i aria orificiului& =H se numete#+e)i#ien& !e #+n&ra#ie:

c =A

2

cA0

Fig. @.1* ,rificiu circular cu muchie ascuit

ntre seciunile 9 i : curgerea este turbulent& produc+ndu*se un amestecviolent ntre /et i lichidul din aval de orificiu. -nergia cinetica acumulat de lichid prinaccelerare nu se mai recuperea%& ci se transform n cldur& astfel c presiunile p9 ip@ sunt practic egale& dei vite%ele medii corespun%toare difer. 'eci& %ona din aval deorificiu poate fi considerat o eva%are brusc.

4entru determinarea caracteristicii orificiului& se aplic relaia l"i ern+"lli ntreseciunile 1 i 9:

2

1 1

2g +p

1 =g

2

2 22g +

p2 +

g12

2

22g

unde 1 si 9 sunt coeficienii lui Coriolis& iar 1*9 * coeficientul pierderii de sarcinlocal n %ona de accelerare.

'in e#"aia !e #+n&in"i&a&e re%ult:

V =Q

=A2

V2=

cc V2 A0

A1 A1 A1

=dmi+nd c 1 = 9 1 se poate calcula vite%a medie n seciunea contractat:

V V V

1


19/147

V2 = (p1 p2)

1

c2A

2= v2 tcv

1 + c 012 21

'atorit visco%itii aceast vite% este mai mic dec+t cea teoretic&

V2 t = (p1 p2 )

coeficientul de vite%&v 1

c = =2 2v

2 t 1+

12 cc A02

1

fiind subunitar& dar foarte apropiat de unitate: cv H&?< ... H&?>.

Cara#&eris&i#a !e re(im s&ai+nar a +ri)i#i"l"i poate fi scris sub forma:

Q = c A

2(p - p

d

n care produsul

0

1 2

cd = cc cv

este #+e)i#ien&"l !e !e2i& al +ri)i#i"l"i.

, form echivalent a caracteristicii orificiului se ba%ea% pe un coeficient globalde pierderi de sarcin :

p1 p2g

2

= 02g

Q2

= 2 g A2

C+e)i#ien&"l !e #+n&ra#ie depinde de raportul dintre diametrul orificiului d idiametrul conductei ' ([email protected]).

2

A

2

2v

A

v

0


20/147

[email protected] ! 5ariaia coeficientului de contracie al unui orificiu circular cu muchieascuit n funcie de raportul d'


21/147

-perimental se constat c valoarea cd H&81 poate fi utili%at pentru toateorificiile i fantele cu muchii ascuite& indiferent de geometria acestora& dac =H KK =1 imicarea este turbulent.

Ori)i#iile #ir#"lare #" m"#ie as#"i&' sunt utili%ate ndeosebi datoritcertitudinii caracteristicii de regim staionar i invarianei coeficientului de debit n raport

cu temperatura& dar sunt scumpe& datorit tehnologiei speciale.

Ori)i#iile l"n(i (dopuri sau uruburi perforate) sunt mult mai rsp+ndite datoritsimplitii eecuiei. Coeficientul lor de debit depinde de numrul 3eLnolds echivalent:

Ree = ReD

Ln care ' este diametrul iar $ ! lungimea orificiului.

'ac Ree >


22/147

apare n special n ca%ul re%istenelor hidraulice introduse n circuite pentru amorti%areaoscilaiilor de mic amplitudine.


23/147

Re

Re

Re

=nali%a comportrii orificiilor n regim turbulent nu poate fi etins n ca%ulregimului laminar. #otui& dac se repre%int variaia coeficientului cd n raport cuse constat (fig. @.0) o liniaritate a curbei la 3e K 1H& adic

cd =

[email protected] ! 5ariaia coeficientului de debit al unui orificiu cu muchie ascuit n funcie de

rimea se numete #+e)i#ien& !e !e2i& laminar i depinde de geometriaorificiului sau fantei.

4entru orificii circulare cu muchie ascuit G H&9& iar pentru fantedreptunghiulare cu muchie ascuit G H&17


24/147

'eplasarea aial a sertarului crea% o fant inelar de lime variabil. $adeschideri mici& (d K H&1)& n regim turbulent& coeficientul de debit este practicconstant (cd G H&81) dac muchiile ntre care se produce curgerea sunt ascuite.#ran%iia de la curgerea laminar la cea turbulent se produce la 3et G 98H. Enghiul format de /etul aial*simetric cu aa sertarului este de cca 8?o. =cest tip de drosel estelarg ntrebuinat n construcia distribuitoarelor& supapelor i a altor elemente ale

transmisiilor hidraulice datorit simplitii constructive i forei de comand relativ mici.n po%iia nchis fora necesar pe sertar este nul& avanta/ ma/or n comparaiecu alte tipuri de drosele. n plus& sertarul 6deschis6 are tendina de a se 6nchide6 subaciunea forei hidrodinamice. =ceasta se calculea% cu teorema impulsului aplicatpentru suprafaa de control aial*simetric S din [email protected]:

[email protected] ! Schem pentru calculul forei hidrodinamice pe un sertar cilindric

Q(V2 - V1 = "p1 # "p 2 # "g # "l

4roiect+nd aceast ecuaie vectorial dup direcia aei sertarului& re%ult:

sau

QV2 c$% = "l

c d& 2

(pp )c

2

(pp ) c$%

deci&

d1

2 v

1 2

"l = 2 d & cd cv c$% (p1 p2 )

=ceasta este fora cu care sertarul& prin umerii si& acionea% asupra lichiduluidin suprafaa de control. 3e%ultanta forelor de presiune pe sertar& Fh& este orientat n


25/147

sens contrar& tin%+nd s readuc sertarul n po%iia neutr. =pariia acestei fore seeplic prin asimetria repartiiei presiunii pe umerii sertarului (fig.@.


26/147

Fig.@.< ! 3epartiia presiunii pe umerii unui sertar cilindric

$a cdere de presiune constant pe drosel& fora hidrodinamic are caracterulunei fore elastice:

Fh G Ih

unde IhG9dcdcvcos(p1*p9). rimea F se numete rigiditatea hidraulic aorificiului. Fora hidrodinamic poate atinge valori importante. 'e eemplu& pentrud = 97 mm& = 9&7 mm i p1 * p9 = 9HH bar& Fh = 18>1 .

=cest calcul evidenia% faptul c sertarele de diametru mare nu pot ficomandate manual.

b)Dr+sel"l #" +2&"ra&+r s)eri# (fig.@.>) este format dintr*un scaun cu muchie ascuitsau conic i o bil de rulment& ghidat radial i aial. 'atorit simplitii iposibilitii de nchidere etan& acest obturator este larg utili%at n practic& mai ales nstructura supapelor de limitare a presiunii. arele de%avanta/ al obturatorului sferic estetendina sa de a oscila lateral sub aciunea forelor de presiune hidrodinamice. E%ual&raportul dintre ra%a sferei& 3& i ra%a scaunului& r& este 3r G 1&@& la deschideri mici ariade curgere fiind: =() 1&7 3 & fiind deplasarea aial a sferei.

Fig.@.> ! 'rosel cu obturator sferic

c)Dr+sel"l #" +2&"ra&+r #+ni# (fig.@.?) permite varierea fin a seciunii de curgere&fiind utili%at pentru reglarea vite%ei motoarelor hidraulice volumice& pentru fr+nareacilindrilor hidraulici la cap de curs& ca amorti%or de oscilaii hidromecanice etc. 'e

asemenea& obturatorul conic este larg rasp+ndit n structura supapelor de limitarea presiunii. $a deschideri mici&

=() 93 sin &

iar coeficientul de debit depinde de unghiul .

Fig. @.?. 'rosel cu obturator conic (ac)


27/147

! O2&"ra&+r"l plan ([email protected]) este utili%at n construcia diferitelor variante dere%istene hidraulice reglabile& dar aplicaia sa fundamental n domeniul transmisiilorhidraulice este poteniometrul hidraulic ([email protected]).

Fig. @.1H. 'rosel cu obturator plan.

'e fapt& acesta este un amplificator mecanohidraulic de for& format dintr*unorificiu fi cu muchie ascuit& un a/uta/ cu acoperire variabil i un cilindru hidraulic cusimplu efect i revenire elastic.

Fig. @.11. 4oteniometrul hidraulic simplu:a) schema de principiu" b) schema echivalent.

4entru a stabili comportarea n regim staionar a amplificatorului se utili%ea%urmtoarele patru relaii:

* caracteristica de regim staionar a orificiului fi"* caracteristica de regim staionar a orificiului variabil"* ecuaia continuitii"* ecuaia de echilibru static a pistonului cilindrului hidraulic.

,rificiul fi este alimentat la presiune constant ps de o surs a crei presiunenu depinde de debitul furni%at.


28/147

Caracteristica orificiului fi+ este:

d2 c 2(p

p )0,5

Q

=

0 d 00

4

% c

unde do este diametrul orificiului" cdH * coeficientul de debit" * densitatea lichidului" pc *presiunea n aval de orificiul fi.

Caracteristica orificiului varia#il este:

Q!= d!

&!

2(pc c

d!

p'

)

0,5

unde da este diametrul a/uta/ului" a * distana dintre obturatorul plan (palet) i a/uta/"p# * presiunea re%ervorului& u%ual negli/abil n raport cu cealalt presiune.

n regim staionar& cele dou debite sunt egale: MH G Ma (ecuaia decontinuitate)& deci

d20 c 2(p% pc

)

0,5 = d & c 2(pc p')

0,5

d0

! ! d0

ntr*o prim aproimaie& se poate admite egalitatea coeficienilor de debit:cdH G cda.

4rin ridicare la ptrat& relaia anterioar devine:4

0 p p= d2 & 2 p p

( % c

)16

! !(

c ')

Conform unei reguli de proiectare ce va fi discutat ulterior& diametrul orificiuluise alege /umtate din cel al a/uta/ului:

1d0 = d!

2

3elaia anterioar devine:

pc (&! ) = p%2

1 + 64!

4

d

&

d2


29/147

0

5ariaia presiunii )n spaiul dintre cele dou re%istene hidraulice esterepre%entat n figura @.19.


30/147

Fig. =.@19. 5ariaia presiunii de comand n funcie de deschiderea a/uta/ului.

, valoare remarcabil a deschiderii a/uta/ului este:1

&! 0 = d08

n acest ca%& pc G H&7 ps.

cuaia de echili#ru static a pistonului cilindrului hidraulic este:d2

pc = e () + )0e )4

unde dc este diametrul cilindrului" L * deplasarea pistonului n raport cu capacul superioral cilindrului" LHe * precomprimarea resortului.

'in aceast relaie re%ult:

)(&! ) = d2 p% 0e4

e 1 + 64&

!

0

'ispo%itivul anali%at este un amplificator de for& deoarece fora care poate fiobinut de la pistonul cilindrului hidraulic este mult mai mare dec+t fora necesarpentru comanda paletei.

n forma anali%at& poteniometrul hidraulic este utili%at n numeroase sisteme de

reglare a unor procese industriale. Cea mai important aplicaie este poteniometrulhidraulic dublu& av+nd schema hidraulic simetric (fig. @.1@).=cest dispo%itiv furni%ea% o diferen de presiune practic proporional cu

descentrarea paletei din po%iia neutr& . 'eschiderile celor dou a/uta/e devin:

'eci

&1 = &! 0 &,

& 2 = &! 0+ &

1

1

pc (&) =pc1

(&)pc2

(&) =p%

1

+ 64 (&! 0

&)2 1+ 64

(& + &)2

c

c

2 )

d2


31/147

2 2 0 0

!

d d


32/147

Fig. @.1@. 4oteniometrul hidraulic dublu:a) schema de principiu" b) schema hidraulic echivalent.

Fig. @.10. Caracteristica unui preamplificator cu a/uta/ i palet dublu.

$iniaritatea acestei relaii ([email protected]) permite utili%area preamplificatorului dublu n

structura amplificatoarelor electrohidraulice& servomecanismelor mecanohidraulice ielectrohidraulice etc.


33/147

1

0. CONSTRUCIA, 0UNCIONAREA I UTILI8AREA MAINILORHIDRAULICE 6OLUMICE ALE TRANSMISIILOR HIDRAULICE

0.1 INTRODUCERE

4ompele i motoarele volumice sunt componentele fundamentale aletransmisiilor hidraulice. /ompele transform energia mecanic furni%at de un motortermic& electric& hidraulic sau pneumatic n energie hidraulic& mrind practic numaienergia de presiune a lichidelor vehiculate. Motoarele volumice reali%ea%transformarea invers.

n anumite condiii& mainile hidraulice volumice sunt re/ersi2ile& funciandeplinit fiind indicat de bilanul energetic. 3eversibilitatea este obligatorie pentrumotoare n ma/oritatea transmisiilor hidraulice datorit componentelor ineriale alesarcinilor u%uale.

umeroase aplicaii necesit inversarea sensului de micare al motoarelorvolumice. 'eci& acestea trebuie s fie 2i!ire#i+nale (pot furni%a moment activ nambele sensuri de rotaie ale arborelui). 4ompele sunt n general unidirecionale (cama/oritatea motoarelor termice).

otoarele disponibile pentru antrenarea pompelor au u%ual turaii ridicate imomente mici& astfel c pompele trebuie s accepte turaii mari at+t din punct devedere organologic& c+t i din punct de vedere cavitaional.

n schimb& acionarea sarcinilor mari la turaii reduse necesit motoare volumicede capacitate mare& care funcionea% stabil la turaii mici& furni%+nd momente mari cu

randamente ridicate. n practic sunt deci necesare ndeosebipompe rapide i motoarelente.

Re(larea turaiei motoarelor fr disipare de energie se poate reali%a prinreglarea debitului pompelor. otoarele reglabile sunt utili%ate numai n ca%uri speciale&c+nd domeniul de reglare al turaiei este mare (turaia minim a motorului hidraulic estemai mic de un sfert din turaia maim).

Cu toate aceste deosebiri& formularea problemelor de natur static& cinematic&dinamic& hidraulic& termic& organologic i tehnologic este unitar pentru cele doucategorii de maini.

0.9 PRINCIPIUL DE 0UNCIONARE AL POMPELOR 6OLUMICE

4ompele volumice sunt caracteri%ate de trecerea discontinu a lichidului dinracordul de aspiraie n cel de refulare& prin camere de volum variabil constituite dinelemente ale unui mecanism numite 6elemente active6.

n )a*a !e as%iraie& camerele sunt conectate la racordul de aspiraie& volumullor crete& iar presiunea scade p+n la valoarea necesar umplerii cu lichid. C+ndvolumul camerelor devine maim& acestea sunt nchise mecanic i apoi conectate la

racordul de refulare. Ermea% scderea volumului& care produce suprapresiuneanecesar pentru evacuarea lichidului n racordul de refulare ()a*a !e re)"lare).


34/147

/resiunea minim posi#iln camere este presiunea de vapori%are a lichidului latemperatura de funcionare a pompei& iar presiunea de refulare poate fi teoretic oric+tde mare& fiind practic limitat numai de re%istena organelor pompei.

#eoretic& o camer aspir i refulea% ntr*un ciclu de pompare un volum delichid 5 egal cu diferena dintre volumul su maim 5ma i volumul su minim& 5min&

5G5ma * 5min

care nu depinde de presiunea de refulare& impus practic de instalaie.

De2i&"l /+l"mi# &e+re&i# me!i"& Mtm al pompei este proporional cu frecvenade refulare& f:

Mtm G f 5

De2i&"l /+l"mi# &e+re&i# (instantaneu) Mt(t)& aspirat sau refulat de o camer&repre%int vite%a de variaie a volumului acesteia:

dVMt (t) G

dt

i& n ca%ul general& este variabil n timp& depin%+nd numai de tipul mecanismului utili%ati de vite%a de antrenare a elementului su conductor.

'ac se utili%ea% o singur camer& debitul aspirat i cel refulat au un caracterintermitent& determin+nd micri nepermanente n conductele de aspiraie i derefulare. Etili%area mai multor camere sincrone i sinfa%ice mrete debitul mediu fra schimba caracterul intermitent al curgerii n eteriorul pompei. 4rin defa%area

adecvat a funcionrii camerelor& neuniformitatea debitelor poate fi micorat p+n lavalori admisibile pentru instalaie. euniformitatea debitelor se mai poate reduce cuacumulatoare hidropneumatice (hidrofoare).

De2i&"l /+l"mi# real, & este mai mic dec+t cel teoretic& Mt& din cau%apierderilor de lichid din spaiile de nalt presiune spre spaiile de /oas presiune alepompei& prin interstiiile necesare micrii relative a elementelor active.

/ierderile volumice& M G Mt * M& sunt proporionale cu presiunea de refulare&astfel c debitul volumic real scade fa de cel teoretic la creterea presiunii. 'ebitulvolumic real este mai mic dec+t cel teoretic i din cau%a compresibilitii lichidului.

'atorit u%urii inerente a elementelor de etanare& pierderile volumice cresc ntimp& alter+nd debitul (randamentul) volumic. 'urata de utili%are a unei pompe estelimitat de scderea ecesiv a acestuia.

4ierderile hidraulice sunt negli/abile fa de nlimea de pompare& datorit unorvite%e de curgere mici& astfel c randamentul hidraulic este practic egal cu unitatea.

'ac elementele active nu pot reali%a nchiderea i comunicarea alternativ acamerelor de volum variabil cu racordurile& pompa trebuie prev%ut cu un sistem dedistri#uie. esincroni%area acestuia cu elementele active poate provoca depresiuni isuprapresiuni importante n camerele pompei i micorarea debitului.


35/147

M+men&"l &e+re&i#, M&& necesar pomprii este proporional cu re%ultanta forelorde presiune pe elementele active& deci depinde numai de sarcina i de mrimeapompei& fiind independent de turaia acesteia. 4ulsaiile debitului determin pulsaii depresiune& astfel c momentul teoretic este variabil n timp. omentul real& & depinde ide turaie& datorit frecrilor.

Presi"nea ins&an&anee n racordul de aspiraie este determinat de pierdereade sarcin pe traseul de aspiraie& impus de debitul instantaneu. =stfel& turaia maima pompelor volumice este limitat de apariia fenomenului de cavitaie. , alt limitare aturaiei re%ult din solicitrile elementelor mecanismului pompei& dar u%ual condiia decavitaie este mai sever.

4ompele volumice sunt utili%ate n domeniul debitelor mici i sarcinilor mari&unde pompele centrifuge multieta/ate au randamente mici& mase i volume mari. -le auurmtoarele de%avanta/e: sensibilitate la impuriti& pulsaii ale debitului i presiunii&%gomote i vibraii& tehnologii speciale& cost ridicat& durat de utili%are redus& personalde ntreinere i reparaie calificat.

4ompele volumice sunt utili%ate ndeosebi n sistemele de acionare hidraulic&n sistemele de ungere& n sistemele de alimentare cu combustibil& n transportulfluidelor v+scoase i ca pompe de proces.

'ebitul unor pompe volumice poate fi reglat nedisipativ. 'ac sistemul dedistribuie este comandat de mecanismul care acionea% elementele active& pompelevolumice sunt reversi#ile (pot funciona ca motoare).

n fig.0.1 se indic simbolurile standardi%ate ale c+torva genuri de pompe imotoare volumice.

Fig.0.1. Simboluri standardi%ate ale mainilor hidraulice volumice:a) pomp unidirecional" b) motor unidirecional" c) pomp bidirecional"

d) motor bidirecional" e) main reversibil reglabil.

0.@ RELAII 0UNDAMENTALE PENTRU MAINI 6OLUMICE

, main hidraulic volumic ideal (t G 1) poate fi definit cu a/utorul unuisingur parametru numit #a%a#i&a&e. =cesta este egal cu volumul de lichid ce parcurgemaina la o rotaie complet a ar#orelui, diferena de presiune ntre racorduri fiind nul.Se notea% cu 5g sau 5 i mai este numit volumul geometric de lucru.

* e#itul teoretic mediu al unei maini volumice este

Mt G n 5(g)

'in condiia de egalitate a puterii mecanice i a celei hidraulice&

t G Mt 4re%ult


36/147

* =Qt +

=V+

=V+

.

t 2 2

S*a notat cu: t * momentul teoretic al mainii" 4 * diferena de presiune dintreracordurile energetice ale mainii" * vite%a unghiular a arborelui mainii.

* rimea

D =V

2se numete capacitatea 0mainii1 pe radian.

-presia momentului devine:

t G '4

Se #+ns&a&' #' + ma$in' i!eal' %+a&e )i !e)ini&' #+m%le& #" a"&+r"l "neisin("re m'rimi #a%a#i&a&ea, 6 m:Jr+&K.

* 4rin definiie& randamentul volumic al unei pompe volumice este raportul dintredebitul real i cel teoretic:

Qvp =

t

n ca%ul motoarelor&

vm

=QtQ

Mt fiind debitul teoretic& corespun%ator turaiei i capacitii.

* 4rin definiie& randamentul mecanic al unei pompe volumice este raportul dintremomentul teoretic i momentul real absorbit

* tmp =*

n ca%ul motoarelor&

=*

&mm

t

momentul teoretic corespun%+nd capacitii i diferenei de presiune dintre racorduri.

* Randamentul total al unei pompe este raportul dintre puterea util (hidraulic)

i puterea absorbit (mecanic):

=

.

=+ Q + Q

= vp t

Q

*


37/147

+ V = p mp vp = tp

! * *t

mp

2

2 *tmp vp


38/147

n ca%ul motoarelor:

=

.

=*

=mm *t 2 =

mm vm

=

tp

! +

Q

+

Qt

vm

*t+

Vp

2

mm vm

0.0 PROLEMELE DE STUDIU I CLASI0ICAREA POMPELOR 6OLUMICE

Studiul pompelor volumice este necesar n urmtoarele genuri de activititehnice: concepie& eecuie i utili%are.

C+n#e%ia are ca scop proiectarea pompei pentru a reali%a parametrii funcionali(debit& sarcin& nlime de aspiraie etc) i obiective tehnico*economice (randament

maim& cost minim& greutate minim& fiabilitate maim etc.) impuse prin tema deproiectare.

Ee#"ia are drept scop reali%area pompei conform proiectului& n condiiitehnice& economice i sociale date.

U&ili*area implic:* alegerea dintre pompele disponibile a aceleia care corespunde cel mai bine

particularitilor instalaiei"* monta/ul& punerea n funciune& eploatarea& ntreinerea i depanarea.

3e%olvarea acestor probleme necesit studierea pompelor volumice din punct devedere hidraulic& termic& organologic& tehnologic i economic.

Clasificarea practic a pompelor volumice se face n funcie de tipul organuluiactiv i de genul de micare efectuat de acesta.

Ca elemente active se utili%ea% pistoane& angrena/e& palete& uruburi etc.Se anali%ea% n continuare tipurile de pompe cele mai importante pentru

sistemele de acionare& comand i reglare hidraulice.

0.7 POMPE CU PISTOANE

;.


39/147

$a %+m%ele #" "n %is&+n (fig.0.9) neuniformitatea debitului este mare& astfel cacestea sunt de obicei prev%ute cu hidrofoare (acumulatoare hidropneumatice). 'easemenea& se pot utili%a ambele fee ale pistonului pentru pompare (pompe cu dubluefect).

Fig.0.9. 4omp cu piston& cu simplu efect: a) simbol" b) schema funcional"c) variaia debitului teoretic specific aspirat n funcie de unghiul manivelei.

4ompele cu un piston se folosesc ndeosebi la debite foarte mici i presiuni mari&dac pulsaia debitului nu afectea% instalaia. =plicaii tipice sunt: ncercarea dere%isten i etaneitate a re%ervoarelor i reelelor de conducte& precomprimareabetonului& ungerea cutiilor de vite%e i diferenialului automobilelor& etracia petroluluietc. =cionarea acestor pompe poate fi manual& electric sau termic.

P+m%ele #" mai m"li #ilin!ri (policilindrice) se construiesc cu cilindri imobilisau n micare relativ fa de carcas (pompe cu pistoane rotative).

2+ele cilindrilor imo#ili pot fi dispuse ntr*un plan care trece prin aa arborelui (nlinie)& pe un cilindru coaial cu arborele (aial) sau radial fa de aa arborelui (n stea).

2+ele cilindrilor rotativi pot fi paralele cu aa de rotaie sau dispuse radial fa deaceasta.

0.7.9 P+m%e %+li#ilin!ri#e #" #ilin!ri im+2ili

a P+m%ele #" #ilin!ri im+2ili !is%"$i -n linie (fig.0.@). Se utili%ea% ndeosebipentru vehicularea lichidelor incompatibile cu mecanismul de acionare al pistoanelor n

industria chimic& pentru alimentarea cu ap a ca%anelor de abur& la presele hidraulicede mare capacitate etc.$a pompele cu simplu efect& pistoanele sunt de tip plun/er& antrenarea lor fiind

fcut de un arbore cotit prin biele i capete de cruce.n vederea evitrii cavitaiei& turaia este limitat la 1HH ... @HH rotmin& fiind

necesar intercalarea unui reductor de turaie ntre motor i pomp. 4entru evitareapulsaiilor de debit& aceste pompe sunt prev%ute cu hidrofoare. 'istribuia sereali%ea% cu supape de sens.

-tanarea pistonului se reali%ea% cu nur de a%best grafitat sau teflon sau cugarnituri elastomerice care etanea% prin deformarea provocat de presiunealichidului din cilindru.


40/147

Fig.0.@. 4ompe cu cilindri dispui n linie:c) pomp cu came circulare: 1 ! cam cu fereastr de aspiraie" 9 ! racord de aspiraie" d) pomp cu

came circulare: 1 ! racord de refulare" 9 ! patin hidrostatic" @ ! piston" 0 ! scaunul supapei derefulare" 7 ! ventilul supapei de refulare.

2 P+m%ele #" #ilin!ri im+2ili aiali. Sunt utili%ate pentru pomparea lichidelorlubrifiante la debit constant. 4istoanele sunt acionate de un disc fulant (nclinat fa deaa de rotaie)& prin intermediul unui rulment radial*aial sau prin lagre hidrostatice.

'istribuia se reali%ea% fie cu supape de sens (fig.0.0)& fie cu distribuitor rotativantrenat de arbore.

Cursa de aspiraie a pistoanelor se reali%ea% datorit unor arcuri amplasate ncilindri sau prin supraalimentare cu o pomp auiliar.


41/147

1 ! ventilul supapei de refulare" 9 ! scaunul supapei de refulare" @ ! piston" 0 ! supap de aspiraie"7 ! rulment radial*aial" 8 ! disc fulant" < ! rulment radial*aial" > ! arbore" ? ! semicarcas de aspiraie"

1H ! buc suprafinisat" 11 ! cu%inet" 19 ! semicarcas de refulare.


42/147

4omp cu disc fulant dublu: 1 * pomp de supraalimentare cu angrena/ interior" 9 * supap de aspiraie" @! piston" 0 * glisier" 7 * disc fulant dublu" 8 * inel de echilibrare" < * supap de refulare& > * blocul

cilindrilor" ? * lagr aial dublu& 1H * plac de reinere a patinelor hidrostatice" 11 * patin hidrostatic" 19 *buc sferic" 1@ * arbore.

Fig.0.0. 4ompe cu pistoane aiale i disc fulant.

# P+m%e #" #ilin!ri im+2ili ra!iali. Sunt utili%ate pentru pomparea lichidelorlubrifiante n instalaii de acionare hidraulic i ca pompe do%atoare.

icarea radial a pistoanelor este provocat de un ecentric prin intermediulunui rulment radial sau al unor lagre hidrostatice (fig.0.7).

Contactul dintre pistoane i ecentric n fa%a de aspiraie este asigurat deresoarte.

'istribuia se reali%ea% cu supape de sens sau cu distribuitor rotativ. =ceastultim soluie este specific motoarelor cu pistoane radiale.


43/147

Fig.0.7. 4omp cu pistoane radiale i ecentric.

0.7.@ P+m%e #" #ilin!ri m+2ili

P+m%ele #" %is&+ane r+&a&i/e aiale sunt cele mai rsp+ndite n sistemele deacionare hidraulic datorit gabaritului redus& reversibilitii& posibilitii de reglare adebitului i momentului de inerie redus ale parii mobile.

Cilindrii sunt dispui circular& ntr*un bloc av+nd aele paralele cu aa de rotaiea acestuia. icarea rectilinie alternativ a pistoanelor este determinat de un disc a

crui a este nclinat fa de aa blocului cilindrilor. 'iscul poate fi imobil (pompe cudisc nclinat * fig.0.8) sau poate fi rotativ (pompe cu bloc nclinat * fig. 0.


44/147

1 * arbore" 9 * rulment radial cu role cilindrice" @ * rulment radial*aial" 0 * disc de antrenare a

pistoanelor" 7 * buc sferic" 8 * biel" < * carcas" > * blocul cilindrilor" ? * plac de distribuie" 1H*rulment radial cu ace" 11* capacul racordurilor" 19* arbore de ghidare a blocului cilindrilor" 1@ * resortdisc" 10 * plac de reinere a bielelor.

a) seciune: 1 * arbore de ghidare a blocului cilindrilor" 9 * piston" @ * biel" 0 * arbore cardanic" 7 *carcas" 8 * etanare mecanic" < * rulment radial*aial" > * blocul cilindrilor" ? * resort de meninere acontactului dintre blocul cilindrilor i placa de distribuie" b) vedere a pieselor interioare.


45/147

a) pomp cu pistoane aiale cu bloc nclinat& reglabil& cu distribuie plan:1* cep de basculare" 9 * arc disc" @ * distanier" 0 * carcas" 7 * blocul cilindrilor" 8 * arbore de ghidare a

blocului cilindrilor" < * plac de distribuie" > * capacul carcasei blocului cilindrilor" ? * rulment radial cu ace"1H * carcasa blocului cilindrilor" 11 * limitator al unghiului de basculare"

b) pomp cu pistoane aiale cu bloc nclinat& reglabil& cu

distribuie sferic. Fig. 0.


46/147

n primul ca%& contactul dintre pistoane i discul nclinat se face printr*un rulmentradial*aial sau prin patine hidrostatice. 4istoanele sunt etrase din cilindri de o placde reinere a patinelor hidrostatice& de arcuri sau prin supraalimentarea pompei la opresiune corespun%toare turaiei.

n ca%ul pompelor cu disc mobil& acesta acionea% pistoanele prin biele& av+nd

ambele etremiti sferice. 'esprinderea bielelor de pistoane i de disc n fa%a deaspiraie este impiedicat prin mai multe procedee& cel mai rsp+ndit fiind serti%area curole profilate.

#ransmiterea micrii de la disc la blocul cilindrilor se poate face prin contactullateral dintre biele i pistoane& prin arbore cardanic sau prin angrena/ conic (fig.0.>).

Fig. 0.>. Schema cinematic a pompelor cu pistoane aiale cu bloc nclinat.

'atorit rotaiei blocului cilindrilor fa de carcas este posibil distribuialichidului cu o plac de distribuie plan sau sferic (fig.0.?).


47/147

c)

Fig. 0.?. 'istribuitorul plan al pompelor cu pistoane aiale:a) vedere" b) seciune" c) distribuitor plan cu fante de amorti%are.

4resiunea maim de funcionare continu a acestor pompe este de @HH ... 09Hbar. 3andamentul total al acestor maini are valori ridicate (H&>0 ... H&?@).'ebitul acestor pompe poate fi reglat prin varierea nclinrii discului sau a

blocului cilindrilor& av+nd ca efect varierea cursei pistoanelor.'e eemplu& din fig.0.> re%ult cursa pistoanelor n funcie de unghiul :

c 93 sin& deci capacitatea ested2

5 G % 93sin G Iv sin4

unde % este numrul pistoanelor& iar d * diametrul acestora.

4ompele cu disc nclinat sunt compacte i ieftine& dar sunt sensibile la impuriti&fiind adecvate ndeosebi transmisiilor n circuit nchis.

4ompele cu bloc nclinat sunt mai robuste n raport cu impuritile& dar necesit otehnologie mai comple& iar n varianta reglabil au un gabarit relativ mare.

2 P+m%ele #" %is&+ane r+&a&i/e ra!iale. Sunt larg utili%ate n sistemele deacionare hidraulic deoarece sunt compacte& reglabile i reversibile.

4istoanele culisea% n cilindri radiali practicai ntr*un bloc rotativ amplasatecentric fa de carcas (fig.0.1H). 'istana dintre carcas i blocul cilindrilor estevariabil: pe un arc de 1>Hon sensul rotaiei crete& pistoanele ies din cilindri i aspirlichid prin fereastra de aspiraie a distribuitorului cilindric" urmea% scderea distaneidintre carcas i blocul cilindrilor& care determin ptrunderea pistoanelor n cilindri ievacuarea lichidului prin fereastra de refulare a distribuitorului.

Contactul permanent dintre pistoane i carcas n fa%a de aspiraie se meninedatorit forelor centrifuge& prin resoarte sau prin inele de ghidare laterale.

Frecarea ecesiv dintre pistoane i carcas este evitat printr*un rulment radial&prin lagre hidrostatice sau prin role ataate pistoanelor care se deplasea% n canalepracticate n pereii carcasei.

'istribuia se reali%ea% cu distribuitor cilindric fi. 4rin dispunerea pistoanelor pemai multe r+nduri se pot obine debite mari cu un gabarit redus. 3eglarea debitului seface prin varierea ecentricitii rotorului fa de carcas.

4resiunea maim de funcionare continu este de @HH...09H bar& randamentulfiind ridicat (H&>0...H&?7).


48/147

Fig.0.1H. 4ompe cu pistoane rotative radiale.1 * lagrul aial al carcasei mobile" 9 * rulment radial*aial" @ * cupla/ frontal" 0 * distribuitor cilindric" 7 *

blocul cilindrilor" 8 * piston" < * carcasa blocului cilindrilor" > * bol" ? * carcas.

0.8 POMPE CU ANGRENA7E CILINDRICE

, pomp simpl cu angrena/ cilindric este format din dou roi dinateamplasate ntr*o carcas nchis lateral cu dou capace ce susin lagrele. Ena dintreroi (pinionul) este antrenat de un motor printr*un arbore.

=ngrena/ul poate fi:- evolventic- cicloidal

sau - eterior- interior.

'inii pot fi:- drepi

- nclinai- n 5.


49/147

Fig. 0.11. 4ompe cu angrena/ eterior sau interior evolventic:a) pomp cu angrena/ eterior evolventic (2,SC*;ermania): 1 * element de etanare elastomeric" 9 *

capac posterior" @ * buc flotant" 0 * carcas" 7 * roat condus" 8 * cu%inet" < * roat conductoare" >* capac anterior" ? * manet de rotaie" b) pomp cu angrena/ interior evolventic (5CI-3S*S.E.=.): 1* roat dinat interioar" 9 ! roat dinat eterioar" @ * element de etanare semilunar" 0 * carcas.

Camerele !e /+l"m /aria2il se formea% n %ona de angrenare& ntre diniiroilor& carcas i capacele acesteia. eirea dinilor din angrenare crea% goluri ce seumplu cu lichid din conducta de aspiraie& datorit diferenei de presiune dintre re%ervori spaiul de volum cresctor" lichidul este transportat n golurile dintre dini de laracordul de aspiraie la cel de refulare& fiind epul%at n acesta datorit reintrrii dinilorn angrenare.

$inia de contact dintre pinion i roat constituie o etanare mobil a spaiului denalt presiune fa de cel de /oas presiune. n ca%ul pompelor cu angrena/ interiorevolventic& separarea %onelor de refulare i aspiraie necesit n plus o diafragm deforma semilunar amplasat ntre pinion i roat.

$a pompele cu angrena/ eterior distribuia se reali%ea% prin guri practicate n

carcas sau n capace" dac se utili%ea% un angrena/ interior& aspiraia i refularealichidului pot fi asigurate prin ferestre situate n capace sau prin guri radiale practicaten carcas i ntre dinii roilor.


50/147

4ompele cu roi dinate moderne au capacitatea constant" ele pot fi prev%utecu supape de limitare a presiunii i cu regulatoare de debit cu trei ci& amplasate ncapacul posterior (opus arborelui).

4ompele cu angrena/e cilindrice sunt larg rspndite n transmisiile hidrostaticedatorit simplitii constructive& gabaritului redus i costului sc%ut" au nsa randamente

mai mici dec+t pompele cu pistoane& sunt mai %gomotoase dec+t acestea i au oneuniformitate mare a debitului.Cu unele modificri n construcia lagarelor& pompele cu angrena/e cilindrice pot

fi utili%ate ca motoare.

Fig. 0.19. 4omp cu angrena/ interior cicloidal i regulator de debit(-=#, ! E%ina ecanic 4lopeni):a) seciune cu un plan paralel prin aa regulatorului de debit" b) seciune cu un plan aial: 1 * carcas" 9

* arbore" @ * cu%inet" 0 * roat interioar" 7 * roat eterioar" 8 * cu%inet" < * corpul regulatorului dedebit" > * sertarul regulatorului de debit.

0.< RECOMANDRI PRI6IND ALEGEREA POMPELOR 6OLUMICE PENTRU SISTEMEDE ACIONARE HIDRAULIC

4rincipalele #ri&erii utili%ate n alegerea tipului optim de pomp pentru otransmisie hidrostatic sunt :

a) nivelul presiunii medii de funcionare continu"b) reversibilitatea"c) durata de utili%are"d) fineea de filtrare i calitile lubrifiante ale lichidelor disponibile"e) nivelul de pulsaie al presiunii i debitului"f) gabaritul i greutatea"g) nivelul de %gomot.

3a presiuni medii mai mari de $&' #ar se utili%ea%& practic& eclusiv pompe cupistoane. $a presiuni inferioare acestei valori concurea% pompele cu roi dinate ipalete culisante. 4rimele sunt ieftine& dar au randamente mai mici i o mareneuniformitate a debitului& fiind i foarte %gomotoase.

4ompele cu palete culisante au %gomot redus& pulsaie practic nul a debitului&sunt reglabile& dar sunt scumpe& deoarece necesit tehnologii evoluate.


51/147

3a presiuni su# 4' #ar se pot utili%a i pompe cu uruburi care au marele avanta/al uniformitii debitului. n acelai timp au randamente volumice relativ mici i suntfoarte scumpe deoarece necesit tehnologii complee.

0.> RECOMANDARI PRI6IND ALEGEREA MOTOARELOR 6OLUMICE ROTATI6EPENTRU SISTEME DE ACIONARE HIDRAULIC

4rincipalele #ri&erii utili%ate n alegerea tipului optim de motor hidraulic volumicpentru o transmisie dat sunt:

a) turaia maim de funcionare continu"b) turaia minim de funcionare continu"c) puterea specific (ABAg)"d) momentul specific (mAg)"e) presiunea de pornire n gol"f) momentul de demara/.4erformanele dinamice ale motoarelor depind n mare masur de raportul dintre

momentul de demara/ i momentul de inerie al parilor mobile redus la arbore.

Cea mai important caracteristic a motoarelor volumice este capacitatea lor dea funciona sta#il la turaii reduse. 'in acest punct de vedere eist m+&+are len&e(nminG 1 ... 1H rotmin)& semira%i!e (1H ... 7H rotmin) i ra%i!e (7H ... 0HH rotmin).'ac turaia maim de funcionare continu este mai mare de 7HH rotmin seutili%ea% motoare rapide cu pistoane rotative& roi dinate i palete culisante.

'ac primea% randamentul& se prefer motoare cu pistoane rotative& motoarelecu angrena/e fiind utili%ate ndeosebi n acionarea continu a unor maini de lucru(pompe& ventilatoare& suflante). $a turaii maime sc%ute& se utili%ea% motoare lentei semirapide. $a momente mari& se utili%ea% motoare lente cu pistoane radiale.otoarele lente cu angrena/e se utili%ea% la momente mici i medii. -ist posibilitateaantrenrii lente a sarcinilor mari prin motoreductoare formate din motoare rapide ireductoare de turaie (de obicei planetare).

'ac se impun performante dinamice deosebite (timpi de accelerare i fr+narefoarte scuri)& se recomand motoare cu pistoane rotative aiale.


52/147

1

7. MOTOARE HIDRAULICE LINIARE I ASCULANTE

7.1 CONSTRUCIA I 0UNCIONAREA CILINDRILOR HIDRAULICI

otoarele volumice liniare (cilindrii hidraulici) transform energia de presiune a

lichidului furni%at de o pomp n energie mecanic de translaie& pe care o transmitmecanismelor acionate.

Clasi)i#area acestor motoare se face dup numrul direciilor n care sedeplasea% organul activ sub aciunea forei de presiune i dup construcia organuluiactiv (fig.7.1).

En cilindru hidraulic 6cu dubl aciune6 (fig.7.1 a&b) este format dintr*un tubcilindric circular& numit 6cma6& nchis la capete prin dou capace& tub n interiorulcruia culisea% un piston sub aciunea diferenei de presiune dintre cele dou camereconectate la racorduri" pistonul transmite fora de presiune printr*o ti/ care poate fiunilateral sau bilateral.

'ac pistonul este deplasat de fora de presiune ntr*un singur sens i revinesub aciunea unui arc (fig.7.1 c) sau a greutii mecanismului acionat& cilindrul hidraulicse numete 6cu simpl aciune6.

'ac diametrul pistonului se reduce (p+n la cel al ti/ei)& ansamblul se numete6plun/er6 (fig.7.1 d).

Cilindrii 6telescopici6 asigur curse mari cu gabarite mici (fig.7.1 e)" cei mai

rsp+ndii sunt cu 6simpl aciune6& formai din tuburi cilindrice concentrice acionatesuccesiv& ncep+nd cu cilindrul de diametru maim i sf+rind cu cilindrul central(plun/erul)& prin creterea n trepte a presiunii& datorit scderii suprafeei active.Camerele formate ntre cilindrii de gulerele necesare limitrii cursei acestora pot firacordate la admisie sau meninute la presiunea atmosferic.

n toate ca%urile discutate& pistonul poate fi blocat& acionarea reali%+ndu*se princorpul motorului (fig.7.1 f& g& h& i).

Alimen&area camerelor se face u%ual prin guri practicate n capace sau ncma& dar eist i variante de racordare prin ti/& utili%ate de eemplu la unele

servomecanisme.

0iarea capacelor de cma se poate reali%a n mai multe moduri: prin sudur&prin filet& cu tirani& cu inel de siguran. odul de fiare influenea% gabaritul&tehnologia de fabricaie i presiunea maim de funcionare.

$a presiune mic i medie (sub 1HH bar) se utili%ea% inele de siguran i tirani&iar la presiune mare uruburi& filete i suduri. n ara noastr sunt tipi%ate pentrufabricaie centrali%at ultimele dou soluii.

Cilindrii de u% general pot fi echipai cu diverse piese de prindere& conformcerinelor mainilor acionate: filete& articulaii cilindrice sau sferice& tlpi sau flane.


53/147

Fig. 7.1. #ipuri de cilindri hidraulici:a) cu dubl aciune i ti/ unilateral (piston mobil)" b) cu dubl aciune i ti/ bilateral (piston mobil)"c) cu simpl aciune i revenire elastic (piston mobil)" d) cu simpl aciune i plun/er (plun/er mobil)"

e) telescopic& cu dubl aciune" f) cu dubl aciune i ti/ unilateral (corp mobil)" g) cu dubl aciune i

ti/ bilateral (corp mobil)" h) cu simpl aciune i revenire elastic (corp mobil)" i) cu simpl aciune(plun/er fi).

Cmile cilindrilor hidraulici se eecut din eav de oel laminat& din bare deoel carbon de calitate sau aliat i din alia/e de aluminiu de nalt re%isten.

Rugo5itatea ma+im admis curent este de ',4 mm. #oul, reali5at prinale5are, gurire ad6nc sau strun7ire, tre#uie urmat de rectificare, honuire sau trasarecu role. Cilindrii hidraulici ai servomecanismelor aeronavelor se cromea5 sau seelo+ea5 cromic, se rectific i se rodea5.

4istoanele i capacele se eecut din font& aluminiu sau oel n funcie degradul de solicitare i alte cerine (de e. greutatea).

#i/ele pistoanelor se eecut din oel carbon de calitate sau din oel aliat& serectific i se prote/ea% prin cromare dur& urmat de rectificare i lustruire.


54/147

7.9 ETANAREA CILINDRILOR HIDRAULICI

En cilindru hidraulic tipic (fig.7.9) necesit etanarea static a capacelor fa decorp& a pistonului fa de ti/ i a niplurilor racordurilor fa de capace sau cma. ntrepiston i cma& respectiv ntre ti/ i capac& sunt necesare etanri dinamice. n plus&pistonul trebuie ghidat n cma& iar ti/a * n capac prin lagre hidrostatice.

4trunderea prafului i a lichidelor agresive n cilindru este impiedicat de obicei printr*un 6ra%uitor6 montat n capacul strpuns de ti/.

Fig. 7.9. -lementele de etanare ale unui cilindru hidraulic tipic.

aterialele elastomerice u%uale sunt: cauciucul acrilonitrilic sau butadienic(23)& fluorocauciucul (FI) i cauciucul polimetanic (=5)" principalul materialtermoplastic cu ntrebuinri multiple este teflonul (4#F-)" se mai folosesc relonul&nLlonul& poliamida etc.

$a vite%e i curse mici& pistoanele pot fi etanate numai printr*un /oc redus&echilibrarea forelor radiale hidraulice i colectarea contaminanilor ce pot provocagripa/e i u%uri fiind asigurat de crestturi circulare" preci%ia de prelucrare a celor dousuprafee este ridicat. 3educerea pierderilor volumice poate fi reali%at cu segmenisau cu elemente de etanare elastice.

Segmenii (fig.7.@) necesit o prelucrare superioar a cilindrului (honuire saurectificare)" etanarea aial este asigurat at+t de prestr+ngerea de monta/& c+t i depresiunea lichidului& iar etanarea radial * numai de fora de presiune.

Segmenii se eecut din font special& turnat centrifugal sau din teflon.

Fig. 7.@. -tanarea cu segmeni:a) elemente geometrice ale unui segment cu fant dreapt" b) alte tipuri de fante" c) pistonul

pompei -$$-3 (;ermania) (etanat cu segmeni)" d) segment de pomp -$$-3.


55/147

Finisarea precis a cmilor lungi este neeconomic" n acest ca% se preferetanrile elastomerice& care sunt eficiente i solicit n mod deosebit doar o rugo%itateredus.

$a presiuni mici (sub 8@ bar) pentru etanrile dinamice se pot ntrebuinamanete simple sau combinate cu metal& evit+ndu*se contactul pieselor metalice.

$a presiuni mai mari ( 18H bar) se folosesc etanri combinate formate din

inele 6,6 de cauciuc i inele concentrice de teflon cu seciune dreptunghiular. 'ac senlocuiesc inelele 6,6 cu inele de seciune ptrat& presiunea maim de etanarecrete la 91H bar. 4este aceast presiune (N 91H bar) se ntrebuinea% maneteleduble.

a/oritatea etanrilor statice ale cilindrilor hidraulici se reali%ea% cu inele 6,6.iplurile racordurilor se etanea% cu inele de cupru sau de cauciuc& ngropate nlama/e sau cu inele combinate metal*cauciuc.

3%uitoarele se eecut din cauciuc compact sau armat cu fibre tetile.

7.@ CALCULUL CILINDRILOR HIDRAULICI

Fiind elemente larg utili%ate& ntreprinderile speciali%ate n producerea cilindrilorhidraulici pun la dispo%iia proiectanilor diagrame ce permit alegerea rapid atipodimensiunilor necesare unei transmisii. 'ac nu este posibil adoptarea unuicilindru tipi%at& trebuie proiectat unul nou.

n ca%ul unui cilindru cu dublu efect i ti/ unilateral se calculea%:* presiunea nominal"* diametrul pistonului& ' i cel al ti/ei& d& necesare reali%rii forei Fe la ieirea ti/ei&

respectiv a forei Fi& la retragerea acesteia"

* debitul Me& corespun%tor vite%ei maime de ieire a ti/ei& ve& respectiv debitul Mi&necesar reali%rii vite%ei maime de retragere a acesteia& vi"* timpul ts de parcurgere a cursei s n regim stationar"* puterea hidraulic& 4h& absorbit pentru de%voltarea forei Fe (Fi) i a vite%ei ve (vi)"* variaia lungimii cilindrului s datorit compresibilitii lichidului"* diametrele racordurilor& de i di.

Cal#"l"l "n"i #ilin!r" necesit reducerea forelor Fr care trebuie nvinse nregim staionar i tran%itoriu la ti/a acestuia (fig.7.0):

Fig. 7.0. Schem pentru calculul cilindrilor hidraulici.

"r = "% c$% + "!+ "/

= "% c$% + m ! + (m% g + "% % )

n care Fs este fora re%istent& ! unghiul dintre aa ti/ei i direcia forei re%istente"Fa! fora de inerie corespun%toare masei ms i subansamblului mobil al cilindrului&

mc (m G ms D mc)" Ff ! fora de frecare de alunecare" a ! acceleraia impus princondiia ca masa ms s ating vite%a v n timpul t.


56/147

D2O 4FiPPpn Pm

Componenta aial a forei re%istente i fora de frecare generea% momente&care& n absena unor ghida/e adecvate& solicit radial ti/a cilindrului" productorii decilindri hidraulici indic forele admisibile pentru fiecare tipodimensiune.

n regim tran%itoriu trebuie s se considere i forele re%ultate din ciocnireamaselor acionate sau din micrile ineriale ale acestora.

Forele reali%ate de cilindrii hidraulici sunt micorate de frecrile din etanri ighida/e. 3andamentul mecanic va fi:

="

m

t

n general m G H&>7 Q H&?9.

4resiunea nominal considerat n calculele de dimensionare depinde deperformanele pompelor disponibile i de cerinele mainilor acionate.

e e+emplu, pentru reali5area sarcinilor tehnologice ale utila7elor mo#ile, se adoptcurent presiuni nominale cuprinse ntre ($' i 8(' #ar, deoarece se urmrete reducerea la

minimum a ga#aritului i greutii transmisiilor hidraulice, n timp ce pentru acionarea maselormainilor de rectificat pn (' ... 4' #ar, n scopul reducerii la minimum a ocurilor hidraulicecare afectea5 calitatea prelucrrii.

'in relaiile

"e =p

i

D2

m4

se calculea%

" =

p

(D2

d2

)m

4

D 4

i

"ep

m

d =

n ca%ul cilindrilor cu plun/er& ' este diametrul interior al ghida/ului& iar pentrucilindrii telescopici& ' repre%int diametrul ultimei trepte (plun/erului).

Se pot calcula n continuare debitele D2

Qe = ve

i4v

Q = v

"


57/147

(D

2

d2

)

4v

3andamentul volumic depinde de tipul etanrilor i de presiune" n calculepreliminare se poate admite v H&?< Q H&?>.

este :4uterea hidraulic consumat de cilindru pentru a furni%a fora Fe la vite%a ve

+ =p Qe

/rincipala pro#lem de re5isten mecanic ridicat de un cilindru hidraulic este flam#a7ul ti7ei.

Cilindrii hidraulici se eecut curent pentru presiuni cuprinse ntre 9H i @7H bar&limita superioar fiind de circa 9HHH bar" diametrele nominale varia% ntre 1H i 8HHmm& n ca%ul preselor hidraulice ating+nd 10HH mm" cursele u%uale sunt cuprinse ntre1H i 8HHH mm& n ca%ul instalaiilor hidroenergetice ating+nd 1>HHH mm.

7.0 0RNAREA CILINDRILOR HIDRAULICI LA CAP DE CURS

4istoanele care ating vite%e mari& sau acionea% mase importante& provoacscoaterea prematur din funciune a cilindrilor prin lovirea repetat a capacelor. =cestproces poate fi evitat prin fr+narea pistoanelor la cap de curs& utili%+nd procedeemecanice sau hidraulice (fig.7.7).

$a vite%e moderate& se introduc n cilindrii arcuri elicoidale sau disc (a)& dar

eist pericolul ruperii arcurilor.Cele mai rsp+ndite procedee de fr+nare se ba%ea% pe introducerea unei

re%istene hidraulice n circuitul de evacuare a lichidului din cilindru& av+nd ca efectcreterea presiunii pe faa pasiv a pistonului& deci fr+narea acestuia.

, soluie simpl const n eecutarea pistonului din dou trepte (b) i practicareaunui ale%a/ corespun%tor n capac. -vacuarea lichidului din camera format ntrepistonul mic i capac necesit o suprapresiune care produce fr+narea pistonului.

$egea de variaie a vite%ei poate fi controlat prin conicitatea pistonului (c) sauprin forma crestturilor practicate pe piston (d). Supapa de sens amplasat n paralel

cu re%istena corespun%toare fantei cilindrice sau conice permite accelerarea maima pistonului n sens contrar. 'ecelerarea poate fi reglat cu a/utorul unui drosel variabil(e)& dispus n paralel cu racordul de alimentare al cilindrului de diametru mic. 'ac


58/147

droselul este nlocuit cu o supap de limitare a presiunii (f)& se obine o decelerarepractic constant.

$iniari%area fr+nrii se poate reali%a i prin practicarea ntr*o anumit succesiunea unor orificii calibrate n cmaa cilindrului& orificii pe care pistonul le obturea%succesiv& mrind re%istena circuitului de retur pe masur ce este fr+nat (g).

3educerea vite%ei pistonului la cap de curs se obine i prin introducerea pecale mecanic a unei re%istene hidraulice variabile n circuitul de admisie (h).


59/147

Fig. 7.7. 4rocedee de fr+nare a pistoanelor la cap de curs:a) cu arcuri disc" b) cu fant inelar" c) cu fant conic" d) cu crestturi triunghiulare" e) cu drosel reglabil"f) cu supap de limitare a presiunii" g) cu orificii calibrate practicate n cma" h& i) cu drosel comandatde ti/" /& A) cu orificiu calibrat.


60/147

7.7 MOTOARE 6OLUMICE ASCULANTE

Sunt utili%ate c+nd mecanismul acionat necesit o micare de rotaie incompletalternativ& de eemplu pentru reglarea capacitii pompelor cu pistoane aiale cu discnclinat& n lanurile cinematice de avans intermitent ale mainilor * unelte& pentruacionarea vanelor sferice i fluture etc.

Cele mai rsp+ndite soluii constructive ntrebuinea% ca organe active una saumai multe palete oscilante& unul sau mai multe plun/ere cu cremalier sau un piston acrui micare de translaie este transformat n micare de rotaie printr*un urub cumai multe nceputuri.

-tanrile periferice i frontale ale paletelor fie i ale celor mobile nu permitfuncionarea economic la presiuni mai mari de 1HH bar& n timp ce etanrileplun/erelor i solicitrile acestora permit utili%area la 18H ... 1>H bar.

otoarele cu palete basculante de u% general furni%ea% momente maime de

circa 90 HHH m. n aplicaii speciale (de eemplu& pentru acionarea c+rmelor navelori reglarea turbinelor '-3=R)& aceste motoare ating momente de 1 0HH HHH m.

otoarele basculante cu plun/ere se produc curent pentru momente maime decca. @HH HHH m.


61/147

1

8. ELEMENTE DE REGLARE A PRESIUNII

8.1. CONSTRUCIE, 0UNCIONARE I CLASI0ICARE

4resiunea din circuitele energetice i de comand ale sistemelor de acionare&comand i reglare hidraulice poate fi reglat sau limitat cu elemente

mecanohidraulice sau electrohidraulice& numite n practic s"%a%e.

, supap mecanohidraulic este format dintr*o carcas n interiorul creia sedeplasea% un o#turator sub aciunea forelor de presiune i a forei elastice furni%atde un resort.

n ca%ul general& un astfel de element are patru racorduri: unul de intrare (=)&unul de ieire (2)& unul de comand etern () i un orificiu de drena/ al camerei devolum variabil n care se afl amplasat resortul (J).

0"n#iilendeplinite de aceste elemente pot fi urmtoarele:

a) limitarea presiunii n racordul de intrare la o valoare impus printr*un resort (supapede siguran)"

b) conectarea unui motor hidraulic la pomp& dup atingerea unei valori prestabilite apresiunii n racordul de refulare al pompei& ca urmare a reali%rii cursei unui altmotor hidraulic (supape de succesiune)"

c) conectarea unui circuit hidraulic la re%ervor& ca urmare a atingerii unei valoriprestabilite

shp cursuri semestrul ii 2014-2015

Documents