Cursuri de Acţionări Hidraulice şi Pneumatice PDF

CENTRUL UNIVERSITAR UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 1 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină...

CENTRUL UNIVERSITAR UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 1 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină Bibliografie selectivă 1. Ionescu F. ş.a.: “Mecanica fluidelor şi acţionări hidraulice şi pneumatice”, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980; 2. Micloşină C.-O.: “Acţionări hidraulice şi pneumatice”, Ed. Banatul Montan, Reşiţa, 2022; 3. Tacă C., Păunescu M.: “Acţionări hidraulice şi pneumatice”, Ed. Matrix Rom, Bucureşti, 2009; 4. Vasiliu N. ş.a.: “Acţionări hidraulice şi pneumatice”, Vol. 1, Ed. Tehnică, Bucureşti, 2005. Observaţie: referinţele bibliografice din prezentul curs sunt identice cu cele din titlul cu nr. 2 de mai sus. 1  CAPITOLUL 1 INTRODUCERE 1.1. Generalităţi În decursul evoluţiei sale, omul a utilizat în mod constant energia mediilor fluide pentru acţionarea diferitelor dispozitive şi instalaţii care îl ajutau în realizarea a diferite activităţi. perioada 150 î.e.n. - 50 e.n. au apărut în Europa invenţii importante printre care şi moara de apă, moară la care s-a înlocuit acţionarea umană sau animală cu cea hidraulică ,. Alte dispozitive cu acţionare hidraulică apărute în antichitate au fost ceasul cu apă şi orga hidraulică. Energia eoliană a fost utilizată de egipteni pentru deplasarea ambarcaţiunilor cu pânze încă din jurul anului 3100 î.e.n.. În secolul X e.n., mori de vânt rudimentare au fost consemnate în Persia, fiind răspândite mai apoi în India şi China; în mod independent, mori de vânt au apărut şi în Anglia, cu răspândire în Europa. Cu trecerea timpului, ca urmare a dezvoltării tehnice, s-a modificat ponderea acţionărilor hidraulice şi pneumatice în diferitele domenii în care acestea se regăseau. În prezent, spre exemplu, morile de apă sau de vânt funcţionale se regăsesc doar ocazional, iar ambarcaţiunile cu pânze sunt utilizate în scop de divertisment. Sistemele de acţionare hidraulice şi pneumatice se utilizează însă la scară largă în cadrul proceselor industriale şi în cadrul diferitelor instalaţii şi echipamente la care se cer anumiţi parametri de acţionare. Spre exemplu, acţionarea hidraulică se regăseşte la maşini şi utilaje la care sunt necesare putere mare şi/sau precizie ridicată, cum ar fi buldozere, maşini- unelte, prese, roboţi industriali , etc. 2  Acţionarea pneumatică este întâlnită unde este nevoie de viteză mare, elasticitate ridicată, siguranţă împotriva exploziilor: anumite tipuri de roboţi, dispozitive de prehensiune ale roboţilor ,. , , dispozitive tehnologice, unelte cu scule în mişcare de rotaţie, utilaje miniere etc. Acţionarea hidraulică poate fi definită ca un ansamblu de funcţiuni tehnice prin care se realizează transmiterea de energie mecanică de la un element conducător la unul condus, prin intermediul unui mediu hidraulic ,. Sistemele de acţionare hidraulice utilizează ca purtător de energie un lichid sub presiune, în general ulei. S-au dezvoltat ca răspuns la cerinţa obţinerii unor deplasări, viteze, forţe sau momente ale elementelor de acţionare având valori ridicate, precizie mare şi curse relativ ridicate. Definiţia acţionării pneumatice este analoagă definiţiei acţionării hidraulice, cu specificaţia faptului că mediul pneumatic îl substituie pe cel hidraulic. Sistemele de acţionare pneumatice utilizează ca purtător de energie un gaz sub presiune, de regulă aer comprimat. Acţionarea pneumatică se foloseşte în cadrul unor procese în care sunt necesare viteze ridicate şi nu sunt necesare forţe mari. Iniţial, sistemele de acţionare pneumatice îşi găseau aplicabilitate în medii de lucru cu pericol de explozie sau de incendiu, dar odată cu dezvoltarea lor, domeniile de aplicabilitate s-au diversificat. Indiferent de mediul purtător de energie, acţionarea este funcţia prin care o instalaţie dată face posibilă realizarea unui lucru mecanic L, de un anumit nivel energetic sau de putere, P = F·v sau P = Mt·ω = Mt·2πn/60, după anumite traiectorii rectilinii sau de rotaţie, conform unui program dat. În timpul efectuării lucrului mecanic, organele mobile evoluează cu anumite caracteristici frecvenţiale (viteză sau turaţie), iar învingerea rezistenţelor se face prin crearea unor forţe sau momente necesare. 3 1.2. Avantaje şi dezavantaje ale acţionărilor hidraulice şi pneumatice Acţionări hidraulice Avantaje , , , : simplitate constructivă; dezvoltarea unor forţe şi momente mari la gabarit şi masă mici, respectiv putere specifică ridicată; inversarea uşoară a sensului mişcării; funcţionare lină, fără zgomote şi vibraţii; fiabilitate ridicată; datorită incompresibilităţii sale, agentul purtător de energie (uleiul sub presiune) conferă precizie sistemului de acţionare; posibilitate de reglare continuă a parametrilor cinematici şi dinamici (deplasare, viteză, forţă, moment) ai elementului de ieşire; posibilitate de realizare a unor cicluri de funcţionare automatizate; protecţie relativ simplă la suprasarcini; posibilităţi de tipizare a elementelor componente ale sistemelor de acţionare hidraulică, respectiv posibilităţi de realizare de sisteme de acţionare hidraulică modulare, cu elemente interschimbabile. Dezavantaje , , , : pot apărea pierderi de presiune din cauza pierderilor de lichid între componentele instalaţiei, prin neetanşeităţi, rezultând scăderea randamentului; pierderile de lichid duc la poluarea mediului şi la pericol de incendiu sau explozie; temperatura de funcţionare influenţează vâscozitatea şi calităţile lubrifiante ale lichidului de lucru; este limitată superior, existând pericolul autoaprinderii; ca urmare, în unele cazuri sunt necesare instalaţii de răcire; pătrunderea impurităţilor în lichidul de lucru cauzează uzarea componentelor sistemului de acţionare, mai ales dacă impurităţile sunt abrazive; pătrunderea aerului în lichidul de lucru determină variaţii de presiune care influenţează negativ funcţionarea sistemului de acţionare; tehnologia de fabricaţie a componentelor specifice este relativ complexă, iar costurile sunt relativ ridicate, fiind crescute şi din cauza necesităţii de a introduce elemente şi dispozitive de stocare, filtrare şi transport ale lichidului de lucru, precum şi dispozitive de comandă şi protecţie; mentenanţa sistemelor de acţionare hidraulice necesită personal calificat. 4  Acţionări pneumatice Avantaje , , , : greutate redusă, motoarele pneumatice fiind mai uşoare decât cele electrice având aceeaşi putere; agentul purtător de energie – aerul comprimat – conferă elasticitate sistemului de acţionare şi este nepoluant; supraîncărcare fără pericol de avarii; suprasarcinile pot cauza cel mult oprirea motorului pneumatic, în cazul motorului electric putându-se produce arderea bobinajului; posibilitate de a regla în limite largi viteza şi forţa, respectiv turaţia şi cuplul motorului pneumatic; posibilitate de cuplare la reţele de aer comprimat, unde acestea sunt disponibile; întreţinere uşoară; pericol de accidente redus. Acţionări pneumatice Dezavantaje , , , : dacă se cere o mişcare rapidă a pistonului, la capătul cursei apare un şoc din cauza impactului dintre piston şi cilindru; de aceea sunt necesare dispozitive de frânare sau amortizare; destinderea bruscă a aerului comprimat duce la scăderea temperaturii, care determină condensarea apei pe pereţii motorului, cauzând coroziunea componentelor metalice; pierderile de presiune prin conducte largi, cu multe coturi şi schimbări de secţiune, reduc randamentul acţionării. 5 1.3. Clasificarea sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice Sistemele de acţionare hidraulice şi pneumatice se pot clasifica în funcţie de criteriile următoare , : a) în funcţie de principiul de funcţionare, sistemele de acţionare hidraulice pot fi : de tip hidrostatic (volumic), care au la bază utilizarea energiei potenţiale a lichidului sub formă de presiune hidrostatică; de tip hidrodinamic, în care se dezvoltă forţe produse de presiunea hidrodinamică; de tip hidrosonic (alternativ), la care transmiterea energiei se face prin impulsuri; b) în funcţie de natura mişcării elementului de ieşire, sistemele de acţionare hidraulice şi pneumatice pot fi : cu mişcare de rotaţie; cu mişcare de translaţie; cu mişcare oscilantă; c) din perspectiva teoriei sistemelor automate, sistemele hidrostatice şi pneumostatice pot fi : sisteme de acţionare – cu circuit deschis (fără buclă de reacţie), transmit în general puteri mari, randamentul lor fiind un parametru important; sisteme de comandă – cu circuit deschis (fără buclă de reacţie), transmit în general puteri mici, iar motoarele acestora acţionează asupra elementelor de comandă ale altor transmisii care vehiculează puteri mult mai mari; sisteme de reglare - cu circuit închis (cu buclă de reacţie) care permite compararea parametrilor obţinuţi cu cei prescrişi, adaptând în mod continuu funcţionarea sistemului. 6  CENTRUL UNIVERSITAR UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 2 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină CAPITOLUL 2 STRUCTURA ŞI PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE 2.1. Sisteme de acţionare de tip hidrostatic şi pneumostatic Sistemele de acţionare de tip hidrostatic şi cele de tip pneumostatic utilizează energia potenţială a fluidului de lucru sub formă de presiune hidrostatică, respectiv pneumostatică , ,. Deoarece transmiterea energiei se face prin circulaţia unui fluid care poate atinge viteze ridicate, termenii „hidrostatic”, respectiv „pneumostatic” pot fi consideraţi improprii, dar sunt larg folosiţi în practică. Componenţa sistemelor de acţionare hidrostatice diferă de cea a sistemelor de acţionare pneumostatice, fiecare dintre acestea având elemente specifice. 1  În general, sistemele de acţionare de tip hidrostatic sunt constituite din următoarele componente , : a) generatoare de energie hidraulică (pompe); b) aparatură de distribuţie, reglare şi control (ADRC) a energiei hidraulice, prin intermediul debitului şi al presiunii: - distribuitoare; - supape de sens; - supape de presiune; - rezistenţe fixe şi reglabile (drosele); - regulatoare de debit şi divizoare de debit; c) motoare hidraulice, rotative sau liniare; d) elemente auxiliare: filtre, ungătoare, robinete, schimbătoare de căldură, uscătoare de aer, oale de condens etc.; e) elemente de înmagazinare şi transport al mediului de lucru: rezervoare, acumulatoare, conducte rigide şi flexibile, racorduri, teuri, repartitoare etc.; f) aparate pentru măsurarea unor parametri funcţionali şi pentru semnalizare: manometre, debitmetre, termometre, relee de presiune, relee de debit etc. Pompa şi motorul hidrostatice se mai numesc volumice. Această denumire este dată deoarece, în timpul funcţionării, în interiorul lor au loc deplasări, în mod periodic, de volume determinate de lichid între secţiunea de intrare şi secţiunea de ieşire. În fig. 2.1 se prezintă schema de principiu a unui sistem de acţionare hidrostatică. Acesta conţine o pompă hidrostatică PH, aparatură de distribuţie, reglare şi control ADRC şi un motor hidraulic MH de rotaţie (sau de translaţie) , ,. Fig. 2.1. Schema de principiu a unui sistem de acţionare hidrostatică (SAHS), după , , 2  Motorul electric ME, conectat la o sursă de curent electric având parametrii U şi I, transmite mişcarea de rotaţie cu turaţia n1 şi momentul de torsiune (cuplul) Mt1 la pompa PH. Aceasta aspiră lichid din rezervorul R, pe care îl introduce în sistemul hidraulic cu presiunea pP şi debitul QP. Aparatura de distribuţie, reglare şi control ADRC aduce la valorile dorite presiunea pM şi debitul QM, necesare funcţionării motorului hidraulic MH la parametrii prescrişi. Lichidul în surplus este transmis de către ADRC în rezervor. Motorul hidraulic realizează acţionarea organului de lucru OL, asigurându-i momentul de torsiune Mt2 şi turaţia n2 dacă mişcarea este de rotaţie, respectiv forţa F şi viteza v dacă mişcarea este de translaţie. După ce a parcurs circuitul hidraulic, lichidul utilizat ajunge în rezervorul R. Din punct de vedere energetic, motorul electric transformă energia electrică în energie mecanică, pompa hidraulică transformă energia mecanică în energie hidraulică, iar motorul hidraulic transformă energia hidraulică în energie mecanică. O particularizare a sistemului de acţionare hidrostatică SAHS este prezentată în fig. 2.2. Fig. 2.2. Particularizare a SAHS: BCRP – bloc de comandă, reglare şi protecţie; SLP – supapă de limitare a presiunii; DR – drosel, după Aparatura de distribuţie, reglare şi control ADRC este reprezentată de un bloc de comandă, reglare şi protecţie BCRP, compus dintr-o supapă de limitare a presiunii SLP şi un drosel DR. 3  În cazul sistemelor de acţionare de tip pneumostatic, pompa hidrostatică este înlocuită cu o sursă de aer comprimat (compresor). Compresorul este acţionat cu un motor electric sau cu un motor cu ardere internă. Pentru asigurarea proprietăţilor fizico-chimice necesare ale aerului în sistem, se utilizează aparatură de preparare a acestuia. În general, sistemele de acţionare pneumostatică au în structură următoarele componente, după : a) generatoare de energie pneumostatică (compresoare); b) aparatură pneumatică: - distribuitoare; - supape; - rezistenţe pneumatice; c) motoare pneumatice; d) elemente auxiliare: filtre, ungătoare, rezervoare, amortizoare fonice; e) elemente de înmagazinare şi transport al mediului de lucru: rezervoare, acumulatoare, conducte, racorduri etc.;; f) aparate pentru măsurarea unor parametri funcţionali şi pentru semnalizare: manometre, debitmetre, termometre, relee de presiune etc. 2.2. Sisteme de acţionare de tip hidrodinamic şi pneumodinamic Sistemele de acţionare de tip hidrodinamic se mai numesc „turbotransmisii hidraulice” şi îndeplinesc două funcţii, care în cazul sistemelor mecanice, sunt realizate de două mecanisme diferite. Prima funcţie este cea a unui ambreiaj - de cuplare a arborelui conducător cu cel condus, iar a doua funcţie este cea a unei cutii de viteze - de variaţie a turaţiei arborelui condus ,. Fig. 2.3. Schema de principiu a unui sistem de acţionare hidrodinamică (SAHD); PCF – pompă centrifugă; BR – bloc de reglare; TCP – turbină centripetă, după Variaţia energiei cinetice este comparabilă cu cea a energiei de presiune. 4  Fig. 2.4. Turboambreiaj: schema cinematică (a), după şi schema constructiv-funcţională (b), după. Turboambreiajul conţine două părţi principale : - rotorul primar (2), cu rol de pompă centrifugă, solidar cu arborele primar (1); - rotorul secundar (3), cu rol de turbină, solidar cu arborele secundar (4). Rotorul primar (2) este solidarizat cu semicarcasa (5) şi mai cuprinde inelele (6), în care se montează paletele pompei. Rotorul secundar (3) cuprinde inelele (7), în care se montează paletele turbinei. Paletele, atât ale pompei, cât şi ale turbinei, sunt plane şi au de obicei o dispunere radială. Numărul paletelor pompei este diferit de numărul paletelor turbinei. Energia mecanică a arborelui primar (1), în mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară ω1, este transferată rotorului primar - pompă, care antrenează particulele de fluid, energia mecanică fiind transformată în energie hidraulică. La nivelul diametrului exterior al reţelelor de palete, sub acţiunea forţei centrifuge, particulele de fluid trec cu viteza unghiulară ω la rotorul secundar - turbină, antrenându-l în mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară ω2, energia hidraulică fiind transformată în energie mecanică. Particulele de fluid revin la rotorul primar la nivelul diametrului interior al reţelelor de palete. 5  Are loc astfel o dublă transformare de energie: energia mecanică în energie hidraulică şi, în continuare, transformarea energiei hidraulice în energie mecanică. Volumul în care se mişcă particulele de fluid are forma unui tor, determinat de geometria celor două rotoare. Particulele de fluid au o mişcare complexă, compusă dintr-o mişcare de rotaţie în jurul axei de simetrie a turboambreiajului (sensul vitezei unghiulare ω1) şi o mişcare de rotaţie în jurul axei torului format de geometria celor două rotoare (sensul vitezei unghiulare ω). Un avantaj important al acestor sisteme este lipsa contactului direct între suprafeţele active, fiind posibilă o alunecare între elementul conducător şi cel condus. Se elimină astfel pericolul deteriorărilor în cazul unor suprasarcini şi, în acelaşi timp, este împiedicată transmiterea şocurilor şi vibraţiilor ,. Acest sistem de acţionare se poate utiliza cu un randament bun la maşinile de putere mare (până la 20.000 kW), spre exemplu la maşini de ridicat şi transportat, excavatoare, buldozere, concasoare, laminoare, locomotive, vapoare etc. ,. Dacă fluidul de lucru este aerul, sistemul de acţionare se numeşte pneumodinamic, respectiv turbotransmisia - pneumatică. 2.3. Sisteme de acţionare de tip hidrosonic un generator hidrosonic de impulsuri (sincron sau asincron, mono sau trifazat) sau pompă hidrosonică PHS, care produce vibraţii sonice, şi un receptor hidrosonic (mono sau trifazat) sau motor hidrosonic MHS ,. Fig. 2.5. Schema de principiu a unui sistem de acţionare hidrosonic, după Principiul de funcţionare: pompa hidrosonică PHS produce unde sonice, transmise prin coloana de lichid din conducta de transport CT, spre motorul hidrosonic MHS. Energia produsă de pompa hidrosonică se transmite prin sistemul de unde incidente, şi respectiv reflectate, care ia naştere în conducta de transport CT. Programul de funcţionare este asigurat de către aparatura de reglare şi control. 6  Acest sistem de acţionare, creat de inginerul român Gheorghe Constantinescu, poate fi utilizat în mod eficient pentru distanţe mici, pentru distanţe mari devenind neeconomic. Sistemul s-a aplicat şi în domeniul militar, pentru sincronizarea tirului balistic în raport cu elicele avioanelor monomotoare. Cea mai importantă aplicaţie practică a invenţiilor brevetate de Gheorghe Constantinescu este pompa de injecţie pentru motorul Diesel. Fig. 2.6. Schema cinematică a unui sistem de acţionare hidrosonic: PHS - pompă hidrosonică (generator); MHS - motor hidrosonic (receptor), după Pompa hidrosonică PHS transmite unde către motorul hidrosonic MHS, determinând mişcarea de rotaţie a elementului de ieşire al motorului. 7  CENTRUL UNIVERSITAR UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 3 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 2.4. Fluide utilizate în cadrul sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice În cadrul sistemelor de acţionare hidraulice, ca agenţi purtători de energie sunt utilizate lichide, denumite în mod uzual „de lucru”, „purtătoare de energie”, „hidraulice” sau „funcţionale”. Acestea trebuie să îşi păstreze caracteristicile fizico-chimice între anumite limite în timpul funcţionării, când parametrii cinematici (viteză, acceleraţie) şi de stare (presiune, temperatură) variază, când pot fi poluate cu impurităţi şi pot fi supuse acţiunii a diverse tipuri de radiaţii.  Lichidele de lucru trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe : proprietăţi fizice şi chimice stabile; compresibilitate, volatilitate, tendinţă de spumare, densitate, coeficient de dilatare termică, toxicitate reduse; vâscozitate acceptabilă în orice condiţii de funcţionare ale sistemului de acţionare; calităţi lubrifiante; compatibilitate cu materialele sistemului de acţionare; calităţi antioxidante şi dielectrice; stocare şi manipulare simple; preţ redus. În prezent, din punct de vedere al compoziţiei şi proprietăţilor fizico-chimice, există diverse tipuri de lichide de lucru. La alegerea unui lichid de lucru pentru un anumit sistem de acţionare, se urmăresc următoarele aspecte : gama temperaturilor de utilizare şi stocare, normale şi accidentale; gama de presiuni şi depresiuni la care este supus lichidul în regim normal şi accidental; cerinţele anumitor materiale sau elemente componente ale sistemului; cerinţele de siguranţă; condiţiile economice. În cazul în care mai multe lichide de lucru îndeplinesc aceste cerinţe, se au în vedere eventualele condiţii suplimentare.  În cadrul sistemelor de acţionare hidraulice se utilizează următoarele tipuri de lichide , , : a) lichide pe bază vegetală (uleiuri vegetale) sunt compuse din ulei de ricin, care este un bun lubrifiant, diluat în vederea măririi fluidităţii, într-un solvent cu punct de congelare scăzut şi cât mai puţin volatil. Un exemplu tipic este lichidul utilizat în primele sisteme de frânare ale autovehiculelor, compus din ulei de ricin şi alcool (diacetonă), în părţi egale; sunt compatibile cu cauciucurile naturale, care nu sunt afectate de temperaturile scăzute, şi sunt încă folosite în domenii specifice; sunt corozive, volatile (datorită solventului), inflamabile, instabile în timp şi în raport cu variaţiile de temperatură. b) lichide pe bază minerală (uleiuri minerale) , , datorită proprietăţilor lubrifiante, stabilităţii chimice şi costului relativ scăzut, aceste lichide de lucru sunt des utilizate în cadrul sistemelor hidraulice care operează în domeniul de temperatură cuprins între -54 ºC şi 135 ºC. În aeronautica civilă şi în transmisiile hidraulice industriale expuse pericolului de incendiu, lichidele pe bază minerală sunt înlocuite frecvent cu lichide sintetice neinflamabile (esteri fosfatici sau silicici). c) lichide neinflamabile pe bază de apă , , din cauza unor dezavantaje majore (domeniu limitat de temperatură – 0 ºC - 100 ºC, vâscozitate şi proprietăţi lubrifiante foarte reduse, corozivitate), apa este utilizată în special pentru acţionarea unor utilaje „calde”, mari consumatoare de lichid de lucru, cum sunt presele hidraulice sau utilajele alimentare; îmbunătăţirea proprietăţilor lichidului de lucru se poate realiza prin amestecarea apei cu ulei sau poliglicoli, în diferite proporţii. d) lichide sintetice (uleiuri sintetice) , , au fost dezvoltate pentru a răspunde la unele cerinţe privind limitele de temperatură, vâscozitatea şi durata de exploatare; în această categorie intră lichidele de lucru sintetice neinflamabile, la care însă obţinerea proprietăţii de neinflamabilitate duce la pierderea altor proprietăţi, şi cele pentru temperatură înaltă, utilizate când răcirea sistemului este greu de realizat, de exemplu în domeniul aeronautic; având în vedere compoziţia chimică, lichidele de lucru sintetice pot fi: esteri ai acizilor organici (pot fi utilizaţi până la 200 ºC), esteri fosfatici (utilizaţi până la 260 ºC), compuşi organici halogenaţi, siliconi (utilizaţi până la 315 ºC), silicaţi (utilizaţi între -54 ºC şi 150 ºC) etc. e) metale lichide , , se utilizează la temperaturi foarte ridicate (peste 550 ºC), la care nu rezistă alte lichide de lucru; se folosesc: mercurul, sodiul, potasiul, aliaje de plumb şi bismut. În cadrul sistemelor de acţionare pneumatice, ca agent purtător de energie este folosit aerul atmosferic, comprimat şi preparat pentru utilizare cu ajutorul unor dispozitive şi echipamente specifice.  CAPITOLUL 3 POMPE ŞI MOTOARE HIDROSTATICE (VOLUMICE) 3.1. Noțiuni de bază Sistemele de acționare de tip hidrostatic sunt des întâlnite în diferite aplicații datorită avantajelor pe care le prezintă, cum ar fi puterea specifică ridicată, randamentul ridicat, gabaritul redus, reglarea continuă simplă a vitezelor, fiabilitatea ridicată, simplitatea în utilizare etc. În cadrul acestor sisteme, pompele și motoarele hidrostatice (volumice) sunt componente fundamentale, transformatoare de energie: pompele transformă energia mecanică în energie hidraulică (presiune hidrostatică), iar motoarele transformă energia hidraulică (presiunea hidrostatică) în energie mecanică. Pompele şi motoarele hidrostatice se pot clasifica în funcţie de natura mişcării elementului activ în două categorii: rotative (circulare) sau liniare. Din punct de vedere constructiv, pompele şi motoarele hidrostatice rotative pot fi: cu pistoane axiale, cu pistoane radiale, cu palete sau cu roţi dinţate. Pompele hidrostatice trebuie să asigure anumite valori ale parametrilor de ieşire, respectiv presiune şi debit, în funcţie de parametrii de intrare, cum ar fi turaţia/viteza elementului de ieşire al motorului de antrenare şi puterea acestuia. Presiunile considerate optime la pompele hidrostatice rotative sunt cuprinse între 250-500 bar, la turații de 3.000-5.000 rot/min. În cazuri speciale se poate ajunge la turaţii de 15.000-30.000 rot/min, debite de 8.000 l/min şi puteri de 3.500 kW.  Motoarele hidrostatice rotative trebuie să asigure o stabilitate ridicată a mişcării, într-un domeniu relativ larg de variaţie a mărimilor de ieşire, de exemplu de la 0,1-1 rot/min până la 2000-3000 rot/min, la maşinile-unelte cu comandă numerică. De asemenea, trebuie să prezinte un raport ridicat între cuplul motor şi cel de inerţie. Astfel, pentru motoarele hidrostatice de 200 kW, acest raport este de 50-60 de ori mai mare decât la motoarele electrice de curent continuu. La motoarele hidrostatice de puteri mici, raportul este de 160- 200 de ori mai mare. La motoarele hidrostatice liniare, se cere de regulă o viteză constantă a elementului de ieşire şi o frecvenţă ridicată de inversare a sensului mişcării. În principiu, pompele și motoarele hidrostatice, cu preponderență cele rotative, sunt reversibile, adică pot îndeplini fie rolul de pompă, fie rolul de motor, în funcție de natura energiei de intrare, respectiv de ieşire. Ca urmare, aceste maşini hidraulice pot fi analizate împreună. 3.2. Pompe şi motoare hidrostatice rotative 3.2.1. Pompe şi motoare hidrostatice rotative cu pistoane axiale 3.2.1.1. Generalităţi Pompele şi motoarele hidrostatice rotative cu pistoane axiale sunt des întâlnite în cadrul sistemelor de acţionare de tip hidrostatic, datorită avantajelor specifice. Există diferite variante constructive, cu elemente de bază comune. Astfel, în blocul cilindrilor sunt practicate alezaje, în care intră pistoanele. Axele alezajelor şi pistoanelor aferente sunt dispuse echidistant pe suprafaţa unui cilindru, sau mai rar a unui con, şi sunt paralele cu axa blocului cilindrilor.  Acest tip de dispunere, deşi măreşte gabaritul axial, determină următoarele avantaje : se reduc gabaritul radial şi respectiv momentul de inerţie; datorită dispunerii simetrice a maselor în mişcare de rotaţie, elementul mobil este echilibrat, iar momentul de inerţie rămâne relativ constant, permiţând funcţionarea la turaţii superioare altor tipuri constructive (uzual până la 4.000-5.000 rot/min, în aviaţie până la 20.000-30.000 rot/min); se măreşte lungimea de etanşare a pistoanelor, având ca efecte pozitive micşorarea pierderilor volumice şi posibilitatea de funcţionare la presiuni ridicate, de până la 500-600 bar. Pompele şi motoarele hidrostatice rotative cu pistoane axiale au cele mai bune caracteristici de gabarit şi de masă pe unitatea de putere, deci cele mai ridicate calităţi dinamice. Spre exemplu, la o masă de 1 kg a acestor maşini hidraulice corespunde o putere de aproximativ 5 kW. Caracteristicile prezentate, la care se adaugă valori mari ale randamentului volumic (ηv = 0,93... 0,97) şi total (η = 0,84... 0,92), uşurinţa reglării volumului geometric activ, precum şi o bună stabilitate a mişcării la turaţii scăzute - de până la 0,1 rot/min, au determinat ca aceste echipamente să fie cele mai utilizate în sistemele de acţionare, comandă şi reglare.  3.2.1.2. Structură, funcţionare şi clasificare Structura generală a pompelor şi motoarelor hidrostatice rotative cu pistoane axiale, valabilă şi pentru cele cu dispunere radială a pistoanelor, este prezentată în fig. 3.1. Fig. 3.1. Schema bloc a structurii pompelor (de la stânga la dreapta) şi a motoarelor hidrostatice rotative (de la dreapta la stânga), după Mecanismul de transformare a mişcării realizează transformarea mişcării de rotaţie a arborelui principal în mişcare de translaţie alternativă a pistoanelor în cazul pompelor, respectiv transformarea în sens invers, în cazul motoarelor. În blocul cilindrilor sunt practicate alezaje - camerele active, volumul acestora modificându-se datorită deplasării alternative a pistoanelor. Distribuţia este partea prin care se realizează conectarea succesivă a camerelor active la căile de aspiraţie sau de refulare, în corespondenţă cu sensul de deplasare a pistoanelor. Distribuţia se poate realiza cu ajutorul unor supape (plane, conice, sferice) sau prin intermediul unui sertar (plan, cilindric, sferic) de translație sau de rotaţie. Pe lângă mișcarea relativă dintre pistoane şi cilindri, care stă la baza proceselor de aspiraţie şi refulare, este necesară şi o mişcare relativă între blocul cilindrilor şi partea de distribuție. Astfel, dacă blocul cilindrilor este în mișcare de rotaţie, partea de distribuție (cu supape, sertare etc.) este fixă, iar dacă blocul cilindrilor este fix, partea de distribuție este mobilă.  Clasificarea pompelor şi motoarelor hidrostatice cu pistoane axiale se poate realiza având în vedere următoarele criterii : a) în funcţie de partea mobilă, acestea pot fi: cu discul de antrenare a pistoanelor şi cu blocul cilindrilor în mişcare de rotaţie, axa de rotaţie a discului făcând un anumit unghi cu axa de rotaţie a blocului cilindrilor, în mod asemănător unui cuplaj cardanic; se mai numesc pompe / motoare cu bloc înclinat; cu disc înclinat fix şi cu blocul cilindrilor în mişcare de rotaţie; cu disc înclinat în mişcare de rotaţie (disc fulant) şi cu blocul cilindrilor fix; b) în funcţie de tipul distribuţiei: cu distribuţie frontală, plană sau sferică; cu distribuţie cilindrică; cu distribuţie cu supape; c) în funcţie de numărul de cicluri pe rotaţie: cu acţiune simplă (un ciclu pe rotaţie); cu acţiune multiplă (mai multe cicluri pe rotaţie); d) în funcţie de posibilitatea de reglare a cilindreei (reglarea debitului la pompe sau reglarea turaţiei la motoare): cu cilindree fixă; cu cilindree reglabilă prin modificarea unghiului de înclinaţie α dintre axa discului şi axa blocului cilindrilor.  CENTRUL UNIVERSITAR AL UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 4 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 3.2.1.3. Pompe cu pistoane axiale, cu blocul cilindrilor înclinat Acest tip de pompe este cel mai răspândit în cadrul sistemelor de acţionare hidraulice, datorită gabaritului redus, momentului de inerţie redus al părţii mobile, posibilităţii de reglare a debitului şi reversibilităţii. În fig. 3.2 este prezentată schema cinematică a unei asemenea pompe. Fig. 3.2. Schema cinematică a unei pompe cu pistoane axiale, cu blocul cilindrilor înclinat. 1  Mişcarea de rotaţie, cu deplasarea unghiulară curentă φ şi cu viteza unghiulară ω, este preluată din exterior cu ajutorul arborelui de intrare (1), solidar cu discul de antrenare (2). Acesta, prin intermediul tijelor (5) şi al pistoanelor (6), transmite mişcarea către blocul cilindrilor (7). Tijele pistoanelor sunt articulate de discul de antrenare prin intermediul cuplelor cinematice sferice (3). Datorită înclinării cu unghiul α dintre axa discului de antrenare şi axa blocului cilindrilor, are loc deplasarea relativă a pistoanelor faţă de blocul cilindrilor, pe direcţia axială a acestuia. Ca urmare, lichidul de lucru este aspirat/refulat în/din blocul cilindrilor. Momentul de referinţă pentru sensurile de mişcare relativă ale pistoanelor este considerat începutul cursei de aspiraţie/refulare, şi nu sfârşitul acesteia. Axul de ghidare (4) are rolul de a centra blocul cilindrilor. Placa de distribuţie (8) este solidară cu carcasa (9), în fig. 3.2, a), având o poziţie convenţională pentru alinierea căilor de aspiraţie/refulare (de tip canal în arc de cerc) cu cele ale blocului cilindrilor şi cu cele ale carcasei. Poziţia reală a plăcii de distribuţie este redată în fig. 3.2, b). De asemenea, reprezentarea este convenţională şi din punctul de vedere al numărului pistoanelor: dacă acesta este impar, planul de secţiune vertical nu poate conţine simultan axa centrală şi două axe ale pistoanelor. În principiu, la aceste tipuri de pompe se poate modifica debitul prin modificarea unghiului de înclinare α; în exemplul prezentat, α = 25º. Relaţia dintre cursa pistoanelor şi unghiul de înclinare α se poate scrie sub forma: s = 2·R·sinα, (3.1) în care R este raza cercului pe care sunt dispuse cuplele cinematice sferice pe discul de antrenare, fig. 3.2, a). Dacă transferul energetic se realizează în sens invers, adică energia hidraulică este transformată în energie mecanică (varianta motor), lichidul de lucru sub presiune este introdus în camera cilindrilor, determinând mişcarea axială a pistoanelor cu tije şi respectiv mişcarea de rotaţie a discului de antrenare, solidar cu arborele (1). La unele variante constructive, turaţia acestuia se poate modifica prin modificarea unghiului de înclinare α. 2  În fig. 3.3, în care s-au păstrat semnificaţiile notaţiilor din fig. 3.2, este prezentată schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane axiale, cu blocul cilindrilor înclinat. Fig. 3.3. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane axiale, cu blocul cilindrilor înclinat, după , , : 1 - arbore de intrare; 2 - disc de antrenare; 3 - cuple cinematice sferice; 4 - ax de ghidare; 5 - tijă; 6 - piston; 7 – blocul cilindrilor; 8 - placă de distribuţie; 9 - carcasă; 10 - capac cu racorduri; 11 – arcuri de tip disc; 12 - placă de reţinere a capetelor sferice ale tijelor; 13 - rulmenţi radial-axiali cu bile; 14 - rulment radial cu role; 15 - capac Datorită dispunerii relative a componentelor aflate în mişcare, asupra arborelui de intrare (1) acţionează atât forţe radiale, cât şi axiale. De aceea s- a optat, în această variantă constructivă, pentru asamblarea pe arbore a rulmenţilor radial-axiali (13) şi a celui radial (14). Arcurile de tip disc (11) s-au introdus pentru ca forţa elastică dezvoltată de acestea să asigure contactul permanent al blocului cilindrilor cu placa de distribuţie. Placa (12) are rolul de a reţine capetele sferice ale tijelor în locaşurile aferente din discul de antrenare. 3  3.2.1.4. Pompe cu pistoane axiale, cu disc înclinat fix Un exemplu de pompă cu pistoane axiale, cu disc înclinat fix, este prezentat în fig. 3.4. Fig. 3.4. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane axiale, cu disc înclinat fix, după Arborele de intrare (1) antrenează în mișcare de rotație blocul cilindrilor (3), în care se află pistoanele de tip plunjer. Acestea sunt în contact permanent cu discul înclinat fix (6), datorită forţelor elastice dezvoltate de arcurile elicoidale (4). Înclinarea discului determină deplasări axiale ale pistoanelor în timpul rotaţiei blocului cilindrilor, realizând astfel aspiraţia şi refularea lichidului sub presiune. Ca şi în cazul anterior, momentul de referinţă pentru sensurile de mişcare ale pistoanelor este considerat începutul cursei de aspiraţie/refulare. Unghiul α de înclinare a discului față de orizontală poate fi modificat, în consecinţă modificându-se cilindreea, respectiv debitul pompei. Discul se sprijină, prin intermediul unor rulmenţi, pe componenta cu suprafață sferică (7), care are rolul de a facilita mişcarea relativă faţă de carcasa (8) la schimbarea unghiului. În mod obişnuit, unghiul α ia valori în intervalul 8 - 25º. 4  Distribuţia se realizează cu placa de distribuţie fixă plană (2). În alte variante constructive, se utilizează plăci de distribuţie sferice sau, mai rar, distribuţia se realizează prin canale practicate în arbore. Discul (6) este considerat fix deoarece în timpul funcţionării normale, mişcarea sa de rotaţie are doar rol de reducere a frecării, planul frontal de contact cu pistoanele rămânând fix în spaţiu. În unele surse bibliografice, acest tip de pompe este încadrat în categoria pompelor cu disc mobil (fulant). În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus în camera cilindrilor (2), determinând mişcarea de rotaţie a arborelui (1). În fig. 3.5 este prezentat un motor cu pistoane axiale, cu disc înclinat fix, având carcasă transparentă. Fig. 3.5. Motor cu pistoane axiale, cu disc înclinat fix 5  Comparaţie 3.2.1.5. Pompe cu pistoane axiale, cu disc înclinat mobil (fulant) Aceste tipuri de pompe şi motoare au o construcţie compactă şi moment de inerţie redus, putând funcţiona la turaţii ridicate. Din punct de vedere etimologic, cuvântul „fulant” provine din limba franceză şi are sensul de a călca, a respinge. Mişcarea de rotaţie este transmisă discului, care „calcă” succesiv pistoanele, de aici derivând denumirea de „disc fulant”. În fig. 3.6 este prezentată schema constructiv-funcţională a unei pompe cu disc fulant. 6  Fig. 3.6. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane axiale, cu disc fulant, după Datorită mişcării de rotaţie a arborelui de intrare (1), sprijinit pe rulmenţii radial-axiali (2), discul fulant (3) determină deplasarea pistoanelor (5) pe direcţia axială a acestora, în blocul cilindrilor (6). Astfel, lichidul este aspirat/refulat în/din blocul cilindrilor. Momentul de referinţă pentru sensurile de mişcare ale pistoanelor este considerat începutul cursei de aspiraţie/refulare. Distribuţia este cu supape sferice, pentru fiecare cilindru fiind prevăzută câte o pereche de asemenea supape, una pentru aspiraţie SA şi una pentru refulare SR. Contactul dintre discul fulant şi pistoane este asigurat cu ajutorul unor arcuri elicoidale de compresiune (7). Patinele hidrostatice articulate (4) sunt introduse între disc şi pistoane pe de o parte pentru a micşora frecarea, iar pe de altă parte pentru a asigura posibilitatea de schimbare a înclinaţiei patinelor în timpul mişcării, datorită articulaţiilor sferice. 7  În această variantă constructivă, unghiul α dintre perpendiculara pe planul discului fulant şi axa arborelui este invariabil, ca urmare cilindreea este fixă. În alte variante constructive, unghiul α poate fi modificat, astfel reglându-se cilindreea. În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus în camera cilindrilor, determinând mişcarea de rotaţie a arborelui (1). Materiale video online: Modelul 3D al unei pompe cu pistoane axiale, cu blocul cilindrilor înclinat, şi simularea funcţionării: https://www.youtube.com/watch?v=t16h3Z1F7mY Componentele şi funcţionarea unei pompe cu pistoane axiale, cu disc înclinat: https://www.youtube.com/watch?v=BEpQFZ5BG8c Modelul 3D al unei pompe cu pistoane axiale, cu disc înclinat şi regulator de presiune, şi simularea funcţionării: https://www.youtube.com/watch?v=WMO3-VPbbN8 Componentele şi funcţionarea unei pompe cu disc fulant: https://www.youtube.com/watch?v=CpPOiLSk6Bs 8  CENTRUL UNIVERSITAR AL UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 5 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 3.2.2. Pompe şi motoare hidrostatice rotative cu pistoane radiale Pompele de acest tip realizează presiuni relativ mari (până la 300-350 bar) şi debite ridicate (până la 8000 l/min). Motoarele din această categorie pot furniza cupluri de până la 50.000 N·m şi puteri de până la 400 kW. Dispunerea radială a pistoanelor are drept consecinţă o bună echilibrare în mişcare. Construcţia acestor maşini hidraulice este compactă, cu gabarit redus pe direcţie axială şi cu gabarit mărit pe direcţie radială. 1  O clasificare a pompelor şi motoarelor hidrostatice cu pistoane radiale este prezentată mai jos, după : a) în funcţie de tipul distribuţiei: - cu distribuţie interioară; - cu distribuţie exterioară; b) în funcţie de partea mobilă: - cu blocul cilindrilor mobil; - cu blocul cilindrilor fix; c) în funcţie de numărul de cicluri pe rotaţie: - cu acţiune simplă (un ciclu pe rotaţie); - cu acţiune multiplă; d) în funcţie de numărul de rânduri de pistoane: - cu un rând; - cu mai multe rânduri; e) în funcţie de modul de reglare a cilindreei: - cu cilindree fixă (debit nereglabil); - cu cilindree reglabilă continuu; - manual; - comandat hidraulic; - automat; - cu cilindree reglabilă în trepte (reglare discretă). Fig. 3.7. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane radiale, cu distribuţie interioară, după , , : a) secţiune transversală; b) secţiune X-X 2  Blocul cilindrilor (1) este antrenat în mişcare de rotaţie de către un motor electric, fiind montat excentric faţă de carcasa (statorul) (4). Datorită excentricităţii „e”, pistoanele (2) realizează mişcări alternative pe direcţie radială, având cursa maximă egală cu dublul excentricităţii, s = 2e. Pistoanele pot fi montate pe unul sau pe mai multe rânduri. Arborele central (3) este fix, în acesta fiind executate căile de aspiraţie (A) şi de refulare (R). În jumătatea de rotaţie (0, π), pistonul se deplasează spre exterior, lichidul de lucru fiind aspirat prin orificiul (A) în camera respectivă din blocul cilindrilor. În jumătatea de rotaţie (π, 2π), pistonul se deplasează spre interior, lichidul de lucru fiind refulat prin orificiul (R). Distribuţia se realizează datorită mişcării relative dintre blocul cilindrilor (1) şi arborele central fix (3). Căile de distribuţie fiind practicate prin arborele central, pompa se mai numeşte „cu distribuţie interioară”. În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus în camera cilindrilor pe calea (A), determinând mişcarea de rotaţie a blocului cilindrilor (1). În fig. 3.8 este prezentat un exemplu de schemă constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane radiale, cu distribuţie exterioară. Fig. 3.8. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu pistoane radiale, cu distribuţie exterioară, după , , 3  3.2.3. Pompe şi motoare hidrostatice rotative cu palete Prezintă simplitate constructivă, randament volumic relativ ridicat, funcţionare silenţioasă şi grad de neuniformitate relativ redus. Pot fi reversibile, bidirecţionale şi reglabile. În mod uzual, pompele sunt utilizate pentru presiuni de lucru de până la 100 bar (acţiune simplă), respectiv la 210 bar (acţiune multiplă), debite de 1-1000 l/min şi turaţii de 500-3000 rot/min, iar motoarele pentru turaţii de 50-3500 rot/min. Pentru aplicaţii speciale (aeronautică) se folosesc micropompe cu turaţii de până la 30.000 rot/min ,. Clasificarea se poate realiza în funcţie de mai multe criterii, după cum urmează, după : a) în funcţie de tipul distribuţiei: - cu distribuţie interioară; - cu distribuţie exterioară; b) în funcţie de numărul de cicluri pe rotaţie: - cu acţiune simplă (un ciclu pe rotaţie); - cu acţiune multiplă; c) în funcţie de variabilitatea cilindreei: - cu cilindree fixă; - cu cilindree reglabilă. 4  În fig. 3.9 sunt prezentate două exemple de scheme constructiv-funcţionale ale unor pompe cu palete, cu distribuţie interioară şi cu distribuţie exterioară. Fig. 3.9. Schemele constructiv-funcţionale ale unor pompe cu palete cu acţiune simplă , , : a) cu distribuţie interioară; b) cu distribuţie exterioară În varianta a), arborele central (3) este fix, în acesta fiind executate căile de aspiraţie (A) şi de refulare (R), rotorul (1) fiind antrenat în mişcare de rotaţie de către un motor electric. În varianta b), arborele central (3) este antrenat în mişcare de rotaţie de către un motor electric, transmiţând mişcarea rotorului (1) prin intermediul unei pene. Căile de aspiraţie (A) şi de refulare (R) sunt executate în carcasa (statorul) (4). În ambele variante, rotorul (1) execută o mişcare de rotaţie, fiind montat excentric faţă de statorul (4). Datorită excentricităţii „e”, paletele (2) culisează pe direcţie radială în canalele din rotor, având cursa maximă egală cu dublul excentricităţii, s = 2e. 5  Deplasarea paletelor determină modificarea continuă a volumului camerelor active. În interiorul pompei, lichidul de lucru este transferat de la calea de aspiraţie (A) la cea de refulare (R) în mod discontinuu, în cantităţi egale, în volumul dintre palete. Pentru o cameră (volumul dintre două palete consecutive), un ciclu de lucru este compus din trei faze: aspiraţie, transport şi refulare. În faza de aspiraţie, camera este conectată la calea (A), volumul creşte şi presiunea scade, lichidul de lucru fiind atras în interiorul camerei. Când volumul acesteia ajunge maxim, în faza de transport, camera este închisă mecanic şi apoi este conectată la calea de refulare. În faza de refulare, volumul camerei se micşorează şi presiunea lichidului de lucru creşte, acesta fiind evacuat forţat pe calea de refulare (R). Paletele trebuie să fie în contact continuu cu statorul, cerinţă îndeplinită prin acţiunea forţei centrifuge, iar dacă este necesar, cu ajutorul unor arcuri de compresiune sau cu lichid de lucru sub presiune adus din camera de refulare. În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus pe calea (A), acţionează asupra paletelor şi determină mişcarea rotorului (1). În fig. 3.10 este prezentat un motor cu opt palete, având carcasă transparentă. Fig. 3.10. Motor cu opt palete 6  3.2.4. Pompe şi motoare hidrostatice rotative cu roţi dinţate Sunt des utilizate în cadrul sistemelor de acţionare. Prezintă simplitate constructivă, randament ridicat, game largi de debite şi presiuni de lucru, insensibilitate la variaţia vâscozităţii, turaţii de lucru ridicate, siguranţă mare în funcţionare, preţ relativ scăzut ,. Pompele cu roţi dinţate sunt utilizate cu precădere pentru lichide vâscoase. Sunt folosite la acţionări hidraulice, dar şi ca pompe de ungere sau ca pompe de combustibil la motoarele cu ardere internă. Debitele acestor pompe sunt de obicei de 10-1000 l/min şi au turaţii de 1000- 3000 rot/min. Pentru asigurarea continuităţii transmiterii mişcării, este necesar ca dantura să prezinte un grad de acoperire supraunitar, adică înaintea ieşirii din angrenare a unei perechi de dinţi, perechea următoare să fie intrată deja în angrenare. Aceasta duce însă la comprimarea unui anumit volum de lichid între cele două perechi de dinţi şi părţile laterale ale interiorului incintei, cauzând şocuri, zgomote şi eventuale pierderi de lichid de lucru. Clasificarea se poate realiza în funcţie de următoarele criterii, după : a) în funcţie de modul de angrenare: - cu angrenare interioară; - cu angrenare exterioară; b) în funcţie de modul de dispunere a danturii: - cu dinţi drepţi; - cu dinţi înclinaţi; - cu dinţi în formă de V; 7  c) în funcţie de profilul dinţilor: - cu profil evolventic; - cu profil cicloidal; d) în funcţie de numărul de roţi dinţate angrenate simultan: - cu o singură pereche; - cu mai multe perechi; e) în funcţie de valoarea presiunii nominale de refulare: - cu presiune joasă, pn ≤ 30 bar; - cu presiune medie, 30 bar < pn ≤ 100 bar; - cu presiune înaltă, 100 bar < pn ≤ 350 bar. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu roţi dinţate cu angrenare exterioară, cu o singură pereche de roţi dinţate cu dinţi drepţi, este prezentată în fig. 3.11. Fig. 3.11. Schema constructiv-funcţională a unei pompe cu roţi dinţate cu angrenare exterioară, după , , , , : a) secţiune longitudinală (în raport cu arborii); b) secţiune transversală X-X. 8  Arborele de intrare (1) antrenează roata dinţată (2) în mişcare de rotaţie. Aceasta angrenează cu roata dinţată (2), transmiţându-i mişcarea de rotaţie în sens invers. În general, cele două roţi dinţate au numere de dinţi egale, z1 = z2. Arborii roţilor dinţate se sprijină pe lagărele (4), (5), (6) şi (7), fixate în capacele (8) şi (10). Uleiul este transportat de la calea de aspiraţie (A) către calea de refulare (R) prin camerele active formate de dinţii roţilor dinţate, corpul (9) şi capace, prin părţile în care roţile dinţate nu sunt în angrenare. În fig. 3.12 se prezintă o pompă cu roţi dinţate cu angrenare exterioară. Fig. 3.12. Pompă cu roţi dinţate cu angrenare exterioară https://www.pipingengineer.org/typ es-of-pumps/external-gear-pump/ În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus pe calea (A), acţionează asupra dinţilor şi determină mişcarea roţilor dinţate (2) şi (3). În fig. 3.13 se prezintă un motor cu roţi dinţate cu angrenare exterioară, având carcasă transparentă. Fig. 3.13. Motor cu roţi dinţate cu angrenare exterioară În fig. 3.14 se prezintă schema constructiv-funcţională a unei pompe cu roţi dinţate cu dantură cicloidală, cu angrenare interioară. Diferenţa dintre numerele de dinţi ale celor două roţi dinţate este de un singur dinte: z2 – z1 = 1 (3.1) Viteza relativă dintre cele două roţi dinţate este scăzută, acest fapt având drept consecinţă o uzură mică a angrenajului şi la durate de exploatare mari. 9  Fig. 3.15. Componentele unei pompe cu roţi Fig. 3.14. Schema constructiv-funcţională dinţate cu angrenare interioară a unei pompe cu roţi dinţate cu angrenare https://www.tomorrowstechnician.com/variabl interioară, după , , e-displacement-oil-pumps-2/ Arborele de antrenare (1) transmite, prin intermediul penei (2), mişcarea de rotaţie cu viteza unghiulară ω1 roţii dinţate cu dantură cicloidală (3). Aceasta angrenează cu roata dinţată cu dantură cicloidală interioară (4), conferindu-i viteza unghiulară ω2. Uleiul este transportat prin camerele active formate de către dinţii roţilor dinţate şi pereţii carcasei (5) şi capacului, de la calea de aspiraţie (A) la calea de refulare (R). În varianta motor, lichidul sub presiune este introdus pe calea (A), acţionează asupra dinţilor şi determină mişcarea roţilor dinţate (3) şi (4). În fig. 3.16 este prezentat un motor cu roţi dinţate cu angrenare interioară, având carcasă transparentă. Fig. 3.16. Motor cu roţi dinţate cu angrenare interioară 10  Materiale video online: Modelul 3D al unei pompe cu pistoane radiale şi simularea funcţionării: https://www.youtube.com/watch?v=zupVhX5bwZ0 Modele 3D şi simulări pentru pompe cu roţi dinţate: https://www.youtube.com/watch?v=WMO3-VPbbN8 Construcţie, modele 3D şi simulări pentru diferite tipuri de pompe: https://www.youtube.com/watch?v=4OJTN0M1DBk 11  CENTRUL UNIVERSITAR AL UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 6 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 3.3. Pompe şi motoare hidrostatice liniare 3.3.1. Pompe hidrostatice liniare Pompele hidrostatice liniare au în componenţă o tijă cu piston (sau un piston de tip plunjer) şi un corp de formă cilindrică. Distribuţia se realizează cu ajutorul unor supape de sens unic. Pompele cu plunjere (fig. 3.11) sunt utilizate în mod uzual la staţiile de pompare de la presele hidraulice, putând furniza presiuni cu valori de 2000- 3000 bar , ,. 1  Fig. 3.17. Schema cinematică a unei pompe hidrostatice liniare cu mecanism bielă-manivelă, după , , , Un motor de antrenare furnizează mişcarea de rotaţie cu viteza unghiulară ω. Mecanismul bileă-manivelă transformă mişcarea de rotaţie în mişcare de translaţie alternativă, transmisă plunjerului. Supapele de sens unic permit aspiraţia de pe calea (A) în timpul deplasării spre stânga a plunjerului şi refularea pe calea (R) în timpul deplasării spre dreapta a acestuia. În fig. 3.18 se prezintă schema constructiv-funcţională a unei pompe liniare de înaltă presiune cu plunjer şi excentric. Excentricul (1), în mişcare de rotaţie, acţionează plunjerul (2) în mişcare de translaţie alternativă. Distribuţia se realizează cu ajutorul supapelor (3) şi (4). Acest tip de pompă poate furniza presiuni de 1000 bar. Fig. 3.18. Schema constructiv-funcţională a unei pompe liniare de înaltă presiune, cu plunjer şi excentric, după 2  3.3.2. Motoare hidraulice liniare 3.3.2.1. Construcţie şi funcţionare Motoarele hidraulice liniare (MHL) sunt întâlnite frecvent în cadrul sistemelor de acţionare, datorită avantajelor pe care le prezintă: simplitate constructivă, gabarit redus, fiabilitate ridicată şi preţ relativ scăzut. Motoarele hidraulice liniare, denumite şi „cilindri de lucru”, au în componență două subansambluri principale , : - subansamblul cilindru, a cărui componentă principală este un tub cilindric (denumit şi „cămaşă”), închis cu câte un capac la fiecare capăt; dimensiunile specifice sunt diametrul interior (D) şi lungimea (B) ale tubului cilindric; - subansamblul piston-tijă, compus dintr-un piston solidar cu o tijă unilaterală sau bilaterală; dimensiunile specifice sunt: diametrul pistonului (D), diametrul tijei (d) şi lungimea pistonului (b). Capacele subansamblului cilindru realizează închiderea şi etanşarea acestuia. Alimentarea cu fluid a motorului este posibilă atât prin capace, cât şi prin tubul cilindric, prin căi de curgere prevăzute pentru acest scop. Volumul interior al cilindrului este divizat de către piston în două camere funcţionale, având volum variabil. Prin intermediul căilor de circulaţie a uleiului şi al unui sistem de distribuţie, sursa de presiune, respectiv rezervorul de ulei sunt conectate pe rând la fiecare cameră prin orificii în capace, în piston sau în tijă, pistonul deplasându-se datorită diferenţei de presiune dintre cele două camere. Un caz particular este cel în care diametrul pistonului este egal cu cel al tijei, subansamblul piston-tijă fiind denumit „plunjer”, iar motorul prezentând o singură cameră funcţională. 3  În fig. 3.19 este prezentată schema constructiv-funcţională a unui motor cu piston şi tijă unilaterală. Acest tip de motor se mai numeşte „diferenţial”, având suprafeţe diferite ale pistonului pe care acţionează fluidul de lucru, pe cele două părţi ale sale (S1 > S2). Acestea se denumesc „suprafeţe active” şi depind de diametrele (D) şi (d). S1 = π·D2/4 S2 = π·(D2-d2)/4 c=B-b v1 < v2 F1 > F2 Fig. 3.19. Schema constructiv-funcţională a unui motor diferenţial cu piston şi tijă unilaterală, cu dublă acţiune, după , Sub acţiunea uleiului sub presiune, care poate intra prin capacele (1) sau (5), pistonul (3), solidar cu tija (4), se deplasează în interiorul tubului cilindric (2), cu viteza v1 şi forţa F1, respectiv cu viteza v2 şi forţa F2, în sens opus. În fig. 3.20 se prezintă un motor diferenţial cu piston şi tijă unilaterală, cu dublă acţiune, având carcasă transparentă. Fig. 3.20. Motor diferenţial cu piston şi tijă unilaterală, cu dublă acţiune, produs al firmei HRE Hidraulic 4  Din punctul de vedere al mobilităţii subansamblurilor, se poate fixa fie subansamblul cilindru, fie subansamblul tijă-piston. În general, se recomandă să fie fix subansamblul la care sunt racordate conducte. În fig. 3.21, 3.22 şi 3.23 se prezintă diferite moduri de fixare ale subansamblurilor motoarelor hidraulice liniare, întâlnite în practică Fig. 3.21. Motoare diferenţiale cu piston şi tijă unilaterală, cu dublă acţiune: a) cilindru fix; b) tijă fixă, după , , , Fig. 3.22. Motoare cu piston şi tijă bilaterală, cu dublă acţiune: a) cilindru fix; b) tijă fixă, după , , Fig. 3.23. Motor cu piston şi tijă unilaterală, cu simplă acţiune şi cu element elastic, cu cilindru fix, după , , 5  În fig. 3.24 este prezentată schema constructiv-funcţională a unui motor diferenţial telescopic, cu dublă acţiune, cu cilindru fix. La introducerea uleiului sub presiune pe calea A, cele două pistoane sunt împinse simultan spre dreapta, uleiul din camerele din dreapta fiind evacuat spre rezervor. La introducerea uleiului sub presiune pe calea B, sensul de mişcare a pistoanelor se inversează. Fig. 3.24. Schema constructiv-funcţională a unui motor diferenţial telescopic, cu dublă acţiune, cu cilindru fix, după , , În fig. 3.25 este prezentată schema cinematică a unui motor cu cilindri cu simplă acţiune, cu plunjer principal şi plunjere auxiliare. La introducerea uleiului sub presiune în cilindrul din partea superioară, ansamblul plunjerelor este împins în jos, uleiul din cilindrii inferiori fiind evacuat spre rezervor. La introducerea uleiului sub presiune în cilindrii inferiori, sensul de mişcare a plunjerelor se inversează. Fig. 3.25. Schema cinematică a unui motor cu cilindri cu simplă acţiune, cu plunjer principal şi plunjere auxiliare, după 6  În unele cazuri, la capetele de cursă pot apărea şocuri puternice; pentru reducerea lor, se pot introduce elemente elastice (arc disc, arc elicoidal, tampon din cauciuc) sau subansamblul mobil poate fi frânat pe partea finală a cursei prin mijloace hidraulice (reducerea secţiunii căii de evacuare). Variantele constructive de pistoane frecvent utilizate sunt următoarele, după , :: - piston cu canale circulare având dimensiunile secţiunii a × c (fig. 3.26, a); este utilizat la acţionări cu forţe reduse, pe curse scurte; canalele au dublu rol: de a colecta impurităţile şi de a echilibra forţele radiale; de regulă, lungimea pistonului este mai mare sau egală cu diametrul acestuia, b ≥ D; - piston cu segmenţi având dimensiunile secţiunii b × h (fig. 3.26, b); este utilizat pentru curse mici şi medii; - piston cu manşete simple (fig. 3.26, c); este folosit la cilindrii relativ lungi, nefinisaţi pe suprafaţa interioară, şi la presiuni mici; - piston cu manşete cu inele de protecţie (fig. 3.26, d); se poate utiliza şi la presiuni ridicate, inelele mărind rezistenţa manşetelor; - piston cu etanşare cu inele „O” simple (fig. 3.26, e) sau cu blindaj (fig. 3.26, f); prezintă simplitate constructivă şi tehnologică, întreţinere uşoară şi uzură redusă. Tija pistonului, având de regulă secţiune circulară, transmite mişcarea la dispozitivul de lucru. Fig. 3.26. Forme constructive ale pistoanelor, după 7  3.3.2.2. Clasificare şi parametri tehnico-funcţionali Motoarele hidraulice liniare (MHL) pot fi clasificate în funcţie de diferite criterii, cele mai importante fiind prezentate în continuare, după , , : a) din punct de vedere funcţional, acestea pot fi: cu simplă acţiune, la care deplasarea subansamblului mobil se realizează într- un sens datorită forţei de presiune, iar în celălalt sens, datorită unor forţe elastice sau de greutate; cu dublă acţiune, la care deplasarea subansamblului mobil se realizează în ambele sensuri datorită forţelor de presiune, diferite pe cele două părţi ale pistonului în timpul mişcării; b) din punct de vedere constructiv, având în vedere subansamblul piston-tijă, motoarele hidraulice liniare pot fi: cu tijă unilaterală; cu tijă bilaterală; cu plunjer; de tip telescopic etc.; c) Din punct de vedere al existenţei frânării la un capăt sau la ambele capete ale cursei: fără frânare; cu frânare nereglabilă; cu frânare reglabilă; d) din punct de vedere al modului de alimentare: cu alimentare prin capac; cu alimentare prin cămaşa cilindrului; cu alimentare prin tijă; mixt. 8 9 10  Materiale video online: Simularea funcţionării unei pompe hidrostatice liniare: https://www.youtube.com/watch?v=XmD2kZrUQIY&t=14s Modelul 3D şi simularea funcţionării unui motor cu piston liniar, cu tija conectată excentric: https://www.youtube.com/watch?v=Eka7XcNA9hE Prezentare de motoare hidraulice liniare (cilindri hidraulici): https://www.maverickmachine.ca/products/hydraulic-cylinders/ 11  CENTRUL UNIVERSITAR AL UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 7 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 3.4. Motoare hidraulice oscilante În cazul motoarelor hidraulice oscilante (sau basculante), arborele de ieşire realizează o mişcare de rotaţie alternativă, cu un unghi limitat. Aceste motoare sunt mai puţin utilizate, în raport cu cele rotative sau liniare. Se întâlnesc în aplicaţii cum ar fi , , , , : - acţionarea mecanismelor cu clichet din cadrul lanţurilor cinematice de avans intermitent; - reglarea capacităţii pompelor şi a motoarelor cu pistoane axiale; - închiderea şi deschiderea vanelor; - acţionarea roboţilor industriali etc. În funcţie de modul în care se generează mişcarea de rotaţie alternativă, motoarele oscilante pot fi , : - cu palete (cu mişcare primară de rotaţie); - cu motor liniar şi cu mecanism de transformare a mişcării de translaţie în mişcare de rotaţie alternativă (cu mişcare primară de translaţie). Motoarele oscilante cu palete sunt relativ simple din punct de vedere constructiv, au un unghi de rotaţie mai mic de 360º şi se construiesc cu una sau cu mai multe palete. 1  În fig. 3.27, a, este prezentată schema constructiv-funcţională a unui motor cu o singură paletă, care asigură unghiuri nominale de până la 300º. Deoarece rotorul nu este echilibrat hidrostatic, în lagăre apar solicitări ridicate. În fig. 3.27, b, este prezentată schema constructiv-funcţională a unui motor cu două palete. În acest caz, rotorul este echilibrat hidrostatic, în lagăre nu apar forţe radiale ridicate, dar unghiurile de rotaţie sunt mai mici, sub 100º. La motoarele cu trei palete, fig. 3.27, c, unghiul de rotaţie este sub 72º. Fig. 3.27. Scheme constructiv-funcţionale ale motoarelor oscilante cu palete, după , , în care 1 - stator; 2 - rotor; 3 - paletă: a) cu o paletă; b) cu două palete; c) cu trei palete 2  În fig. 3.28 se prezintă un motor oscilant cu două palete, având o cursă unghiulară de 180º şi carcasă transparentă. Fig. 3.28. Motor oscilant cu două palete În practică sunt des întâlnite motoare oscilante cu mecanisme de transformare a mişcării. Acestea au o structură mai complexă, dar conţin unele componente standardizate specifice motoarelor liniare, au o tehnologie de execuţie mai simplă, iar elementul de ieşire poate realiza curse unghiulare mai mari de 360 [º]. Cele mai frecvent utilizate mecanisme de transformare a mişcării sunt cremalieră - roată dinţată şi şurub - piuliţă. În fig. 3.29 se prezintă schema constructiv-funcţională a unui motor oscilant cu două pistoane cremalieră - roată dinţată. Mişcarea de translaţie a subansamblului pistoane – cremalieră este transformată în mişcare de rotaţie a roţii dinţate. Fig. 3.29. Schema constructiv-funcţională a unui motor oscilant cu două pistoane şi cremalieră - roată dinţată, după , , : 1 - cilindru; 2 - piston; 3 - tija pistonului; 4 - cremalieră; 5 - roată dinţată. 3  În fig. 3.30 se prezintă unui motor oscilant cu două pistoane şi cremalieră - roată dinţată, având o cursă unghiulară de 360º şi carcasă transparentă. Fig. 3.30. Motor oscilant cu două pistoane şi cremalieră - roată dinţată CAPITOLUL 4 DISPOZITIVE ŞI ECHIPAMENTE UTILIZATE PENTRU COMANDA SISTEMELOR DE ACŢIONARE HIDRAULICĂ 4.1. Noţiuni de bază În sistemele de acţionare hidraulică uzuale, uleiul este vehiculat prin intermediul unei pompe de la rezervor către motor şi invers cu ajutorul unor dispozitive şi echipamente specifice, numite generic şi aparataj de comandă ,. Se pot modifica astfel diferite caracteristici ale acţionării, cum ar fi: presiunea, viteza, debitul, sensul de curgere al uleiului. 4  Dispozitivele cu ajutorul cărora se realizează comanda sistemelor de acţionare hidraulică pot fi clasificate în două categorii : a) dispozitive de distribuţie (distribuitoare, supape, robinete, etc.). Aceste dispozitive dirijează uleiul sub presiune către diferitele componente ale sistemului de acţionare, respectiv către rezervor, asigurând şi anumite secvenţe de funcţionare a diverse mecanisme. b) dispozitive de reglare şi control (supape, drosele, stabilizatoare, relee, etc.). Acestea asigură presiunea necesară a uleiului, viteza, debitul, respectiv deplasarea, viteza şi acceleraţia necesare diferitelor componente hidraulice din sistem. Dispozitivele şi echipamentele de comandă trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: siguranţă în funcţionare, comandă uşoară, rezistenţe locale şi pierderi prin frecare minime, preţ redus etc. Acţionarea acestor dispozitive se poate realiza manual sau automat, cu mişcări de translaţie sau de rotaţie. 4.2. Distribuitoare Distribuitoarele au funcţia de a realiza diferite conexiuni hidraulice între căile de circulaţie a lichidului de lucru, pentru a-l dirija de la sursa de presiune către elementul de lucru activ sau către alte componente ale sistemului, precum şi de a asigura evacuarea acestuia către rezervor, după realizarea sarcinii de lucru , ,. Distribuitoarele pot fi clasificate în funcţie de mai multe criterii , , : a) în funcţie de natura mişcării elementului mobil, distribuitoarele pot fi:  rotative;  rectilinii (cu sertar); b) în funcţie de tipul suprafeţei de contact dintre elementul fix şi cel mobil, acestea pot fi:  cilindrice;  plane; c) în funcţie de numărul de poziţii, distribuitoarele pot fi:  cu 2 poziţii;  cu 3 poziţii;  cu 4 poziţii. Având în vedere criteriile prezentate şi combinaţiile dintre acestea, în practică se întâlnesc diferite variante constructive. Spre exemplu, un distribuitor cilindric poate fi rotativ sau cu sertar. 5  Distribuitoare rotative Distribuitoarele rotative sunt simple din punct de vedere constructiv şi se utilizează pentru debite mici (8... 10 l/min.), inversări rare şi precizie scăzută a inversării ,. În fig. 4.1 se prezintă schema constructiv-funcţională a unui distribuitor rotativ. În fig. 4.1, a) se poate observa că în corpul (1) al distribuitorului rotativ, închis cu capacul (3), se află cepul (2) care poate fi acţionat cu ajutorul manetei (4). În fig. 4.1, b) poziţia cepului permite uleiului sub presiune care vine de la pompa (P) să ajungă, pe calea (A), în camera (A) a motorului hidraulic liniar MHL, iar pistonul şi tija se deplasează spre dreapta. Uleiul din camera (B) a MHL ajunge la distribuitor pe calea (B), apoi prin intermediul cepului, pe calea (R), în rezervor. În fig. 4.1, c), cepul este rotit cu unghiul α, inversându-se astfel sensul de circulaţie a uleiului sub presiune. De la pompă, acesta ajunge în camera (B) a MHL, pistonul şi tija se deplasează spre stânga, iar uleiul din camera (A) ajunge, prin intermediul distribuitorului, în rezervor. Fig. 4.1. Schema constructiv-funcţională a unui distribuitor rotativ, după , : a) secţiune longitudinală; b) secţiune transversală, pentru sensul (I) de deplasare a tijei pistonului; c) secţiune transversală, pentru sensul (II) de deplasare a tijei pistonului 6  Distribuitoare rectilinii (cu sertar) Aceste distribuitoare sunt întâlnite frecvent în cadrul echipamentelor de comandă a instalaţiilor hidropneumatice, pentru o gamă largă de presiuni şi debite, precum şi pentru frecvenţe ridicate ale inversării. În fig. 4.2 se prezintă schema funcţională a unui distribuitor cu sertar, cu 4 căi şi 2 poziţii, notat simbolic cu D 4/2. În fig. 4.2, a), în poziţia (I) a manetei de comandă (1), sertarul (2) cu pistonaşe (3) permite ca uleiul sub presiune furnizat de pompă să ajungă prin corpul (4) de la calea (P) la calea (A), către camera (A) a motorului hidraulic liniar MHL. Pistonul cu tijă se deplasează spre dreapta, iar uleiul din camera (B) a MHL ajunge prin distribuitor, de la calea (B) la calea (R), către rezervor. În fig. 4.2, b), pentru a inversa sensul de mişcare a tijei pistonului, maneta de comandă este adusă în poziţia (II). De la calea (P), prin distribuitor, uleiul ajunge la calea (B), către camera (B) a MHL. Pistonul cu tijă se deplasează spre stânga, iar uleiul din camera (A) a MHL ajunge prin distribuitor, de la calea (A) la calea (R), către rezervor. Fig. 4.2. Schema funcţională a unui distribuitor cu sertar cu 4 căi şi 2 poziţii, D 4/2, după , : a) poziţia (I) a manetei, pentru sensul (I) de deplasare a tijei pistonului; b) poziţia (II) a manetei, pentru sensul (II) de deplasare a tijei pistonului; c) simbolizarea distribuitorului 7  În fig. 4.3 se prezintă un distribuitor cu sertar cu 4 căi şi 2 poziţii, D 4/2, cu acţionare manuală, având carcasă transparentă. Fig. 4.3. Distribuitor cu sertar cu 4 căi şi 2 poziţii, D 4/2, produs al firmei HRE Hidraulic Tab. 4.1. Simbolizarea distribuitoarelor în funcţie de numărul de căi şi de numărul de poziţii, după ,. 8  Acţionarea distribuitorului, respectiv deplasarea sertarului, poate fi , : - manuală; se recurge la ea dacă frecvenţa, precizia de oprire a elementului acţionat şi puterea sistemului sunt relativ reduse; - mecanică; prezintă un element specific de acţionare (de exemplu, o camă); este mai rar folosită; - hidraulică; este des întâlnită datorită simplităţii constructive şi posibilităţii de reglare a vitezei pistonaşului prin reglarea debitului; - electrică; se realizează cu ajutorul unui sau a doi electromagneţi, care se află în unul sau în ambele capace ale distribuitorului. În fig. 4.4 este exemplificată varianta de acţionare electrică a unui distribuitor D 2/2. Când electromagnetul (4) nu este alimentat cu curent electric, arcul elicoidal (2) menţine sertarul (1) în poziţia în care legătura dintre calea (P) şi calea (A) este obturată. Când electromagnetul este alimentat, armătura (5) se deplasează spre stânga, împingând sertarul care permite legătura dintre căile (P) şi calea (A). Există posibilitatea să existe scăpări de ulei în camera (3), acesta fiind evacuat în rezervor pe calea (R). Fig. 4.4. Schema constructiv-funcţională a unui distribuitor D 2/2 cu acţionare electrică, după , 9 Tab. 4.2. Simbolizarea acţionării distribuitoarelor cu sertar, după , Materiale video online: Simularea funcţionării motoarelor oscilante: https://www.youtube.com/watch?v=kc0FA8-MYKE https://www.youtube.com/watch?v=HU1ibmoMSrU Simularea funcţionării distribuitoarelor rotative: https://www.youtube.com/watch?v=2AFIgtU7ddE Simularea funcţionării distribuitoarelor rectilinii: https://www.youtube.com/watch?v=CQPwvWXbV3w https://www.youtube.com/watch?v=o-A_9nFpzek Introducerea distribuitoarelor în sisteme de acţionare: https://www.youtube.com/watch?v=2AFIgtU7ddE https://www.youtube.com/watch?v=4GC6OV5gwyo https://www.youtube.com/watch?v=X- aShydGQjw&list=RDCMUCBX5Aj80CYu_DWmwdIZGIKQ&index=10 10  CENTRUL UNIVERSITAR AL UBB DIN REŞIŢA FACULTATEA DE INGINERIE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE Cursul 8 Conf. univ. dr. ing. Călin-Octavian Micloşină 4.3. Dispozitive pentru reglarea debitului (drosele) Viteza motoarelor hidraulice poate fi reglată prin variaţia cantităţii de lichid care trece prin motor în unitatea de timp, adică prin variaţia debitului. Aceasta se poate realiza prin două metode , , : - variaţia regimului de lucru al pompei hidraulice, adică variaţia debitului acesteia (metoda volumică); - variaţia la o presiune constantă a rezistenţei locale în conducta de circulaţie a lichidului (metoda reglării prin drosel). Metoda de reglare a vitezei motoarelor hidraulice se alege având în vedere tipul pompei, valorile vitezelor şi ale presiunilor din sistem, caracterul de variaţie a sarcinii la motor, etc. 1  Droselul este o rezistenţă hidraulică reglabilă, care determină o pierdere de sarcină aproximativ proporţională cu pătratul debitului. Droselul se poate utiliza împreună cu o supapă, obţinându-se un regulator de debit simplu, astfel: prin legarea în paralel a unui drosel cu o supapă de presiune normal închisă, cu ieşire în rezervor, sau prin dispunerea în serie a unui drosel cu o supapă normal deschisă ,. Modificarea rezistenţei la trecerea lichidului prin drosel, respectiv modificarea debitului, se realizează prin variaţia secţiunii de trecere a lichidului. Clasificarea droselelor se poate realiza în funcţie de mai multe criterii , , : a) în funcţie de natura mişcării elementului mobil, droselele pot fi:  de tip rotativ (fig. 4.5, a, b);  de tip rectiliniu (fig. 4.5, c, d);  cu elemente fixe (fig. 4.5, e); b) din punct de vedere constructiv, acestea pot fi:  cu crestătură transversală având adâncime variabilă (fig. 4.5, a);  cu fantă (fig. 4.5, b);  cu „ac” (fig. 4.5, c);  cu canal elicoidal (fig. 4.5, d);  cu diafragme (fig. 4.5, e). Fig. 4.5. Tipuri de drosele, după , : a) de tip rotativ, cu canal transversal având adâncime variabilă; b) de tip rotativ, cu fantă; c) de tip rectiliniu, cu „ac”; d) de tip rectiliniu, cu canal elicoidal; e) cu elemente fixe - diafragme dispuse în serie 2  În fig. 4.6 se prezintă un drosel de tip rectiliniu, cu „ac”, având carcasă transparentă. Fig. 4.6. Drosel de tip rectiliniu, cu „ac”, produs al firmei HRE Hidraulic La droselele de tip rotativ, se pot aminti următoarele dezavantaje : dependenţa debitului de temperatură şi posibilitatea de înfundare a căii de strangulare la valori mici ale debitului. Droselul de tip rectiliniu cu „ac” este simplu din punct de vedere constructiv, dar nu poate asigura debite relativ scăzute şi constante. Fenomenul de „înecare” poate fi evitat prin utilizarea droselelor cu canal elicoidal, la care rezistenţa hidraulică se reglează prin variaţia lungimii canalului, având secţiune constantă. Droselele cu diafragme înseriate se utilizează pentru obţinerea unor rezistenţe hidraulice ridicate şi pentru stabilizarea debitului în cazul unor variaţii de vâscozitate, respectiv de temperatură. Rezistenţa hidraulică ridicată se datorează laminărilor şi destinderilor multiple ale lichidului la trecerea prin diafragme succesive. 3  Utilizarea droselelor se recomandă pentru debite mai mari de 0,1 [l/min]. La debite mici, există pericolul apariţiei fenomenului de „înecare” a droselului, rezultând scăderea stabilităţii şi mişcarea în salturi. Cauzele „înecării” pot fi: impurităţile din ulei care obturează parţial faţa droselului, depunerile parafinice, funcţionarea în regim tranzitoriu etc. Funcţionarea droselelor poate fi îmbunătăţită prin utilizarea unui lichid bine filtrat şi printr-o proiectare corectă a fantei. Debitul teoretic al droselului se determină cu ajutorul relaţiei următoare : = · · · − , (4.1) în care: = 0,885 - coeficient cu valoarea respectivă pentru uleiuri minerale; = 0,63… 0,72 - coeficient de debit; - secţiunea de trecere prin drosel; , – presiunile la intrarea, respectiv la ieşirea din drosel. Diferenţa ∆ = − reprezintă pierderea de presiune în interiorul droselului, datorită rezistenţei hidraulice. În vederea unei bune funcţionări a droselului, este necesar ca pierderea de presiune să ia valori în intervalul 2… 2,5 daN/cm2, în funcţie de forma canalelor prin care trece uleiul şi de raza hidraulică (raportul dintre perimetrul secţiunii de trecere şi mărimea secţiunii). Pe baza relaţiei (4.1) de calcul a debitului droselului, se pot determina secţiunile maximă şi minimă ale fantei droselului, pornind de la vitezele maximă şi minimă , ale motorului hidraulic, care urmează să fie obţinute în urma reglării rezistive. 4  Pot fi determinate debitele maxim şi minim, , , care vor trebui să fie asigurate de către drosel, respectiv secţiunile maximă şi minimă , ale acestuia, cu relaţiile următoare : = · , (4.2) = · , (4.3) · = = , (4.4) · · ∆ · · ∆ · = = , (4.4) · · ∆ · · ∆ în care este secţiunea activă a motorului hidraulic. După alegerea formei fantei, având valorile acestor secţiuni, se pot determina lungimea şi lăţimea fantei. La alegerea droselului pentru introducerea într-un sistem de acţionare hidraulică, se ţine seama de sensul de curgere a lichidului, de posibilitatea de „înecare” a acestuia, de constanţa şi de stabilitatea debitului prin drosel. 4.4. Dispozitive pentru reglarea presiunii Dispozitivele pentru reglarea presiunii au funcţia de a menţine presiunea la o anumită valoare constantă sau de a o reduce sau amplifica, în concordanţă cu programul de acţionare prevăzut. În literatura de specialitate, aceste dispozitive sunt denumite supape, valve sau ventile. Supapele pot fi clasificate în funcţie de mai multe criterii: a) din punct de vedere al modului de închidere, supapele pot fi :  normal închise; în poziţia iniţială, de repaus, nu permit trecerea lichidului;  normal deschise; în poziţia iniţială, de repaus, permit trecerea lichidului; 5  b) din punct de vedere funcţional, supapele pot fi :  de presiune (de siguranţă şi deversare);  de reţinere sau de sens unic;  de reducţie şi de multiplicare;  relee de presiune;  limitatoare de debit;  de blocaj, etc.; c) din punct de vedere constructiv, în funcţie de forma elementelor care asigură etanşeitatea, supapele pot fi, după :  cu bilă (fig. 4.7, a);  cu bilă şi cu element de ghidare (fig. 4.7, b);  cu calotă sferică (fig. 4.7, c)  cu scaun conic (fig. 4.7, d);  cu scaun plat (fig. 4.7, e);  cu plunjer (fig. 4.7, f). Fig. 4.7. Tipuri constructive de supape, după : a) cu bilă; b) cu bilă şi cu element de ghidare; c) cu calotă sferică; d) cu scaun conic; e) cu scaun plat; f) cu plunjer. 6  Supape de presiune (de siguranţă şi de deversare) Supapele de presiune pot avea fie funcţia de protecţie împotriva suprasarcinilor (prin evacuarea în rezervor a surplusului de lichid care creează suprapresiunea), fie funcţia de deversare a excedentului de lichid rezultat de la reglarea deschiderii droselului , ,. Aceste supape trebuie să prezinte o caracteristică funcţională corespunzătoare, siguranţă în funcţionare, stabilitate dinamică, gabarit şi histerezis reduse. Histerezisul reprezintă diferenţa dintre presiunea de deschidere şi cea de închidere a supapei, fiind provocată de frecare şi de disiparea de energie la deformarea arcului. Supapele de presiune intră în categoria supapelor normal închise (fig. 4.9). Acestea rămân închise (fig. 4.9, a, 1) dacă presiunea p nu depăşeşte o valoare maximă admisibilă. Dacă presiunea p depăşeşte această valoare, supapa se deschide, plunjerul deplasându-se pe distanţa variabilă Δh (fig. 4.9, a, 2) şi făcând posibilă evacuarea în rezervor a unei cantităţi de lichid, până când valoarea presiunii scade sub valoarea maximă admisibilă şi supapa se închide. Presiunea la care se deschide supapa se poate stabili prin reglarea forţei de comprimare a arcului care acţionează asupra plunjerului. În fig. 4.10 se prezintă un tip constructiv de supapă la care direcţia de curgere a lichidului se păstrează la intrarea şi la ieşirea supapei. Fig. 4.10. Tip constructiv de supapă cu Fig. 4.9. Funcţionarea unei supape de presiune (a) scaun conic şi cu păstrarea direcţiei de şi simbolizarea acesteia (b), după curgere a lichidului la intrarea şi la ieşirea supapei, după 7  În fig. 4.11 se prezintă moduri de introducere a supapelor de presiune în cadrul sistemelor de acţionare hidraulică. În fig. 4.11, a, supapa de presiune are funcţia de supapă de siguranţă, eliminând suprasarcinile care pot apărea în timpul funcţionării. În fig. 4.11, b, se prezintă cazul în care supapa de presiune are funcţia de supapă de deversare, evacuând către rezervor surplusul de fluid cauzat de variaţia secţiunii droselului şi menţinând presiunea constantă în sistem. Fig. 4.11. Moduri de introducere a supapelor de presiune în cadrul sistemelor de acţionare hidraulică, după : a) supapă de siguranţă; b) supapă de deversare Supape de sens unic Supapele de sens unic au funcţia de a permite lichidului să circule printr-o conductă doar într-un singur sens, închizându-se în perioadele de staţionare a sistemului de acţionare. Aceste supape trebuie să prezinte o mare sensibilitate la închidere, să opună rezistenţă minimă la trecerea lichidului şi să asigure o etanşeitate foarte bună. Din punct de vedere constructiv, nu diferă faţă de supapele de presiune, cele mai frecvent întâlnite fiind cele cu bilă sau cu scaun conic. Din punct de vedere funcţional, se încadrează în categoria supapelor normal deschise (fig. 4.12). În timpul funcţionării sistemului, presiunea p a uleiului menţine deschisă supapa (fig. 4.12, a, 1). Presiunea poate creşte, determinând creşterea dimensiunii h0 cu valoarea Δh, respectiv creşterea debitului de ulei care trece prin supapă (fig. 4.12, a, 2). La scăderea presiunii sub o anumită valoare limită, plunjerul este împins în jos până la capătul cursei, blocând revenirea uleiului înspre pompă. 8  Supapele de sens unic se montează pe conducta de aspiraţie sau pe cea de refulare, în imediata apropiere a pompei (fig. 4.13), pentru a împiedica golirea sistemului hidraulic în timpul opririi acesteia. În cazul în care nu este prevăzută supapa de sens unic, poate apărea fenomenul de dezamorsare a pompei, dacă aceasta se află deasupra nivelului uleiului din rezervor. Fig. 4.12. Funcţionarea unei supape de sens unic, normal deschisă, (a), după , , şi simbolizarea acesteia (b) , (c) Fig. 4.13. Moduri de introducere a supapelor de sens unic în cadrul sistemelor de acţionare hidraulică, după Transformatoare de presiune Transformatoarele d