Clasificarea sistemelor de actionare hidraulica

CLASIFICAREA SISTEMELOR DE ACTIONARE HIDRAULICA

Clasificarea sistemelor de actionare hidraulica, poate fi facuta dupa mai multe criterii dar cel mai semnificativ este criteriul legaturii dintre elementul de intrare si cel de iesire al sistemului, dupa care se disting:

Sisteme de actionare hidrostatica ordinare;

Amplificatoare hidrostatice;

Sisteme automate.

Sistemele ordinare sunt destinate realizarii unor miscari tip si se caracterizeaza prin aceea ca intre elementul de iesire si cel de intrare, nu exista nuci un fel de legatura, deci elementul de intrare nu este sensibilizat de efectul comenzii sale. Aceste sisteme echipeaza instalatii fara pretentii mari de precizie si realizeaza comenzi de executie de tipul ''tot sau nimic''.

Amplificatoarele hidrostatice sunt sisteme de actionare de asemeni fara legatura intre organul de intrare si cel de iesire, dar au in schimb posibilitatea realizarii unui reglaj in limite largi a parametrului principal de iesire, prin variatia parametrului de intrare. Nu sunt excluse insa legaturile de reactie interioare la unele elemente (mai ales in interiorul elementelor de comanda ).

Sistemele hidrostatice automate se caracterizeaza prin existenta legaturii dintre marimea de intrare si cea de iesire, care realizeaza o comparatie permanenta intre comanda si efect. Marimea de comanda este diferenta dintre marimile comparate (intrare-iesire); in momentul cand aceasta dispare sistemul isi intrerupe actiunea, pana cand apare o noua diferenta, deci o noua comanda. Aceste sisteme se caracterizeaza prin performante inalte in ceea ce priveste precizia si timpul de reactie, dar sunt deosebit de pretentioase din punct de vedere al calculului, executiei si exploatarii.

In acest capitol, se face o clasificare a sistemelor ordinare, urmand ca ulterior sa se abordeze problematica amplificatoarelor si sistemele automate.

Marea varietate a schemelor si scopurilor functionale, face dificila introducerea unor criterii de clasificare unice. Totusi, se pot formula urmatoarele (tabelul 1.1):

tipul motorului de executie;

modul de comanda al elementului de comanda;

tipul circuitului;

tipul pompei de alimentare;

criterii speciale.

In cele ce urmeaza se fac succinte referiri la schemele de actionari, destinate realizarii unor miscari tip, urmarind clasificarea din tabelul 1.1. Caracteristicile comune pe grupe de scheme, permit tratarea prin metode similare de calcul. In descrierea schemelor, se utilizeaza simbolurile elementelor din schemele de actionari, precizate in STAS 7145-86.

Tabelul 1.1- clasificarea sistemelor de actionare ordinare

Criteriul Tipul motorului Modul de actionare Tipul Tipul Tipul miscarii si

de executie a elementului de circuitului pompei destinatii speciale

comanda

MOTOR MANUAL CU DEBIT MISCARI

LINIAR CONSTANT RECTILINII

MECANIC

CIRCUIT

ELECTRIC DESCHIS

HIDRAULIC CU DEBIT MISCARI

VARIABIL SINCRONIZATE

PILOTAT

SISTEME

ORDINARE

MOTOR MANUAL CIRCUIT CU DEBIT MISCARI DE

ROTATIV DESCHIS CONSTANT ROTATIE

MECANIC

ELECTRIC

HIDRAULIC

CIRCUIT CU DEBIT MISCARI

PILOTAT INCHIS VARIABIL OSCILATORII

SISTEME CU MOTOR LINIAR

1.1. Sistem cu motor liniar, cu comanda manuala

Un astfel de sistem, figura 1.2, asigura deplasarea sarcinii exterioare in ambele directii, cu ajutorul motorului liniar 1, alimentat de pompa cu debit reglabil 2 prin intermediul distribuitorului 3 comandat manual. In pozitia neutra a distribuitorului (cea figurata in schema) toate caile conduc la rezervorul R, ceea ce asigura un consum energetic minim la pompa. Supapa 4, indeplineste rolul de protectie, fiind reglata sa se deschida la presiunea maxima atinsa in sistem.. Filtrul 5 are rolul de a retine impuritatile din fluid.

In figura 1.3 se prezinta o varianta a schemei, care insa realizeaza lucrul mecanic util numai la ridicarea plonjorului motorului 1. Revenirea pistonului in pozitia initiala se face sub actiunea sarcinii, prin indexarea distribuitorului cu doua pozitii si trei cai, in cealalta pozitie. Schema prezinta dezavantajul ca pompa consuma energie multa, fiind obligata sa deverseze la presiune inalta prin supapa 4, care de obicei se regleaza la o presiune putin mai mare decat cea necesara ridicarii plonjorului sub sarcina. In cazul cand sarcina trebuie mentinuta in timp intr-o anumita pozitie, se utilizeaza un distribuitor cu trei cai si trei pozitii, figurat alaturat. Schemele de acest tip se utilizeaza in industria cauciucului, la actionarea preselor de vulcanizare si in industria lemnului, la masinile de aplicat placaje.

In cazul cand manevrarea verticala a plonjorului se face pe o lungime mare, in schimb cursa utila este mica, pentru reducerea timpului de manevra este utila realizarea unei viteze mari ''de apropiere'', respectiv a unei viteze reduse in timpul procesului tehnologic. Schema din figura 1.4 utilizeaza in acest scop doua pompe si un distribuitor cu trei cai si trei pozitii. In faza de lucru distribuitorul 3 se indexeaza in pozitia ''stanga'' si sarcina fiind mica (de exemplu numai greutatea deplasata vertical), motorul liniar 1 este alimentat de ambele pompe, pompa 2 fiind de presiune mica si debit mare, iar 2' de presiune mare si debit mic si variabil. In prima faza pompa 2 deschide supapa de sens 4, in timp ce supapa 5 este inchisa. In momentul cand incepe procesul tehnologic (de exemplu, de presare), presiunea din motor si circuitul de alimentare creste brusc, supapa 4 se inchide, iar alimentarea este asigurata numai de pompa 2'; pompa 2 deverseaza la bazin prin supapa 5 care se deschide. Supapa 6, cu rol de protectie dar reglata judicios, poate asigura si o presiune constanta in timpul operatiei de presare. Pozitia ''dreapta'' a distribuitorului, asigura revenirea plonjorului in pozitia initiala.

Sistem cu motor liniar si comanda mecanica

In figura 1.5. se arata un exemplu de astfel de sistem, in care schimbarea sensului de deplasare a pistonului se face cu ajutorul distribuitorului 3 cu patru cai si doua pozitii, comandat mecanic la capatul de cursa de cama de pe tija pistonului. Acest distribuitor este ''de retinere'' adica ramane in pozitie indexata. Un distribuitor principal 4, comandat hidraulic prin intermediul primului distribuitor, asigura propriu-zis alimentarea motorului liniar.

 

In pozitia figurata, pistonul motorului liniar se va deplasa catre dreapta, pana cand cama va actiona tija distribuitorului 3 comutandu-l in pozitia a 2-a, ceea ce asigura si schimbarea pozitiei distribuitorului comandat hidraulic 4 si deci schimbarea sensului de miscare al motorului. Droselele reglabile 5,6 determina indexarea inceata a lui 4, ceea ce are ca efect eliminarea socurilor de la capatul de cursa al motorului liniar. Distribuitorul manual 7 are rolul de a conecta si deconecta schema hidraulica. Schema prezentata este specifica masinilor unelte de rabotat si rectificat plan.

Sistem cu motor liniar si comanda electrica

In sistemele cu comanda electrica, foarte raspandite, elementul de baza este distribuitorul comandat electromagnetic, figura 1.7. Acesta este prevazut cu

Fig. 1.7

unul sau doi electromagneti 1 si 2 (in functie de existenta a 2 sau 3 pozitii ale distribuitorului), care actioneaza asupra sertarasului 3. Semnalul in curent poate sa provina de la o comanda centrala exterioara sistemului, sau din sistem, in functie de atingerea unor parametri de control.

In figura 1.8. se prezinta 4 scheme, in care (a) si (b) sunt sisteme cu limitator de cursa, (c) cu releu de presiune, (d) cu limitator si releu depresiune. La sistemele cu limitatori de cursa, semnalul de inversare a cursei, provine direct de la limitator; in cazul releului de presiune, semnalul provine de la saltul de presiune de la capatul de cursa. La schema din figura 1.9., comanda de incepere a procesului se da manual prin distribuitorul 3 (prevazut cu contact de semnalizare), iar conducerea procesului se asigura prin contactele limitatoare de cursa 5 si releul de presiune 6. Se remarca faptul ca functionarea supapei de protectie 7, este posibila numai cand electromagnetul distribuitorului 4 este excitat, iar excitarea se produce numai cand exista semnal atat la limitatorul distribuitorului 8 cat si la releul de presiune 6.

SISTEME CU MOTOR OSCILANT

In figura 1.10 este prezentat un exemplu de sistem cu motor oscilant 1, alimentat de pompa cu debit reglabil 4 si comandat hidraulic prin distribuitorul principal 2. Bascularea motorului oscilant este determinata de suprapresiunile de la capetele de cursa, sesizate de releele de presiune 5 si 7. In pozitia figurata in schema, pompa alimenteaza motorul oscilant care executa cursa spre dreapta; ajungand la capatul de cursa, presiunea in circuitul de alimentare creste, ceea ce determina deschiderea supapei 7, iar datorita strangularii determinate de droselul 6, distribuitorul 8 se indexeaza contra arcului, ceea ce determina si comutarea pozitiei distribuitorului 2 comandat hidraulic. In acelasi timp uleiul din 7,8,2 se scurge prin droselul 6 si presiunea scazand, distribuitorul 8 revine in pozitia initiala, datorita arcului propriu. In momentul cand 1 atinge capatul de cursa stanga, se deschide supapa 5, ceea ce determina indexarea distribuitorului 9 si comanda hidraulica a distribuitorului 2, care revine in pozitia initiala. In acest fel, intreg procesul se reia. Droselele 6 se regleaza in asa fel incat uleiul din distribuitoarele 8 si 9 sa poata fi eliminat sub actiunea arcurilor acestora, intr-un timp mai mic decat cel necesar parcurgerii unei curse a motorului oscilant 1. Sistemul isi gaseste aplicatii in actionarea mainilor mecanice de alimentare cu piese ale masinilor unelte automate.

3. SISTEME CU MOTOR ROTATIV

Sistem cu motor rotativ, cu reglarea vitezei prin drosel

Schemele cu motoare rotative prezinta unele particularitati determinate in special de faptul ca valorile momentelor de inertie ale motoarelor rotative si sarcinilor antrenate sunt mari, in special datorita turatiilor mari la care functioneaza aceste motoare. Reglarea vite-zei prin drosel se aplica si in acest caz, cu precizarea ca droselul se instaleaza neaparat dupa motor, in caz contrar, strangularea pe aspiratie determina aparitia fenomenului de cavitatie in motor. In general, reducerea debitului de alimentare in scopul opririi motoru-lui se combina cu franarea acestuia. In figura 1.11, pompa 1 alimenteaza direct motorul rotativ 2, pe evacuarea caruia este instalat un drosel de franare 4 si un alt drosel de reglare a vitezei 5. Cu cat acesta din urma stranguleaza mai mult evacuarea la bazin, cu atat presiunea din amonte creste, ceea ce determina o strangulare mai accentuata in droselul 4 si deschiderea droselului 6. Acesta din urma determina trecerea debitului pompei la bazin, deci diminuarea debitului de alimentare al motorului rotativ 2 si reducerea turatiei acestuia.

In figura 1.12, droselul este montat in derivatie cu motorul 1. Sistemul este mult mai simplu dar are dezavantajul ca turatia motorului, reglata prin droselul 2, este dependenta in mare masura de variatia sarcinii exterioare.

Sistem cu motor rotativ, reversibil, cu comanda manuala

Motorul rotativ reversibil isi schimba sensul de rotatie in functie de pozitia distribui-torului 2, comandat manual, iar viteza de rotatie a motorului se stabileste prin reglarea corespunzatoare a cilindreei pompei 1, figura 1.13. Sistemul este deficitar, nefiind prevazut cu elemente care sa asigure franarea inaintea inversarii si ca atare, va functiona cu socuri mari la schimbarea sensului de rotatie.

Schema din figura 1.14 este conceputa special pentru a reduce socurile la inversare. Motorul rotativ reversibil 1 este alimentat prin distribuitorul 2 de pompa cu debit variabil 3. Schimbarea sensului de rotatie al motorului 1 se face cu distribuitorul 2, care trebuie insa sa treaca prin pozitia neutra in timpul efectuarii manevrei. In aceasta pozitie, pompa debiteaza la bazin, iar motorul 1, din cauza inertiei mari a maselor in rotatie, trece la functionarea in regim de pompa, refuland prin una din supapele de sens 4, dupa care uleiul trece in aspiratia motorului prin supapele de sens 5. Franarea este determinata de pretensionarea arcului supapei 6. Reglarea vitezei motorului se face prin modificarea cilindreei pompei 3. Schema prezinta si avantajul mentinerii sarcinii in pozitia neutra a distribuitorului, ceea ce este important la utilajele de ridicat.

Sistem cu motor rotativ reversibil, comandat electric

Un sistem cu larga utilizare este cel din figura 1.15. Motorul rotativ reversibil este alimentat de pompa cu debit variabil 3, prin distribuitorul cu 4 cai si 3 pozitii comandat electric 2. Pentru franare, pe fiecare ramura de alimentare a motorului, sunt prevazute supapele 6,5 deblocabile pe cale hidraulica si supapele de sens 7,8. In functie de pozitia distribuitorului 2, uleiul patrunde prin supapa de sens 7 sau 8 si in prealabil prin calea 9 sau 10, deblocand supapele de strangulare 5 sau 6;astfel, uleiul iese din motor catre bazin, avand cale libera. Daca debitul pompei scade, iar turatia motorului de asemenea, din cauza inertiei presiunea din camera de alimentare a motorului scade, in timp ce ramura de intoarcere la bazin este pusa sub presiune. Functionarea supapei 5 este urmatoarea: In camera C, legata la ramura de alimentare, presiunea scazuta va permite arcului supapei sa impinga pistonul obturator, stranguland trecerea uleiului catre bazin in sensul A-B; in acest fel, introducerea rezistentei hidraulice determina franarea motorului si ca atare, pe ramura de alimentare, deci si in C, apare o presiune inalta care determina comprimarea arcului supapei si deci eliberarea caii uleiului spre bazin. In cazul cand distribuitorul 2 este in pozitia de mijloc, motorul isi consuma inertia prin vehicularea uleiului in circuit inchis, prin supapa 5 sau 6. Supapa 11 are rolul de a mentine o usoara presiune in circuitul de evacuare a uleiului, pentru a nu permite aspirarea aerului in motor. Sistemul asigura un consum energetic minim si realizeaza in mod automat franarea maselor in rotatie in cazul reducerii voite a turatiei.

Sistem cu motor rotativ reversibil, in circuit inchis

Sistemele in circuit inchis au aplicatii in special in echiparea vehiculelor grele, pentru realizarea tractiunii la roti. Ele mai poarta numele de transmisii hidrostatice si prezinta pe langa alte avantaje, acela al realizarii unui reglaj de turatii in mod continuu, fara trepte de viteza. Se pot realiza in trei variante: - cu pompa cu debit variabil (sau cu reglaj primar ), purtand numele de variatoare de putere, fig.1.16.(a); - cu motor cu debit variabil (sau cu reglaj secundar) purtand numele de variator de moment; - cu motor si pompa cu debit variabil, fig.1.16(c).

In figura 1.17 s-a prezentat un sistem cu reglaj primar. Supapele de sens 4 si 7 , impreuna cu supapa de strangulare 8, formeaza un bloc de franare prin care uleiul transmis de motorul 3 functionand in regim de pompa, poate fi trecut la rezervorul tampon. Supapele 5 si 6 au rolul de a permite motorului sa-ai completeze uleiul in cantitate echivalenta celui trecut la rezervor prin 8.

Sisteme pentru sincronizarea miscarilor

In figura 1.18, cele doua motoare liniare sunt legate in serie, ceea ce asigura simultaneitatea miscarilor lor. Presiunea pompei de alimentare p_p va fi egala cu suma presiunilor necesare invingerii fortelor exterioare F₁, F₂, la tijele motoarelor. Schema este in principiu utilizabila si in cazul cand motoarele sunt rotative reversibile.

La schema din figura 1.29. reglarea vitezei motoarelor 1 si 2 la cursa activa, se realizeaza prin droselele 3,4, amplasate in circuitele de evacuare. La cursa de intoarcere, viteza este nereglabila.

Sisteme pentru alimentarea mai multor motoare de la o singura pompa

In figura 1.31. sunt prezentate doua scheme de alimentare a mai multor motoare, de la aceeasi pompa. Se remarca faptul ca distribuitoarele trebuie sa aiba o pozitie neutra, prin care alimentarea se leaga la bazin. Daca in schema sunt incluse si motoare rotative, distribui-torul motorului rotativ trebuie sa asigure mentinerea sarcinii.

Amplificatoarele hidrostatice sunt sistem alcatuite in principal dintr-un element de comanda si un element de executie, alimentate in general de la o sursa de presiune constanta. Se mani numesc servosisteme sau servomecanisme (in cazul cand amplificatoarele sunt mecano-hidraulice). Elementul de comanda are dublu rol: comanda motorului de executie si reglajul unui sau mai multor parametri ai motorului.

Sistemele hidrostatice automate, cunoscute si sub denumirea de sisteme de urmarire, pe langa insusirile de amplificare intalnite la categoria precedenta, au proprietatea specifica de sensibilizare a actionarii hidrostatice fata de efectul actiunii sale. Altfel spus, asemenea sisteme realizeaza pe cale hidraulica si in mod automat, o dependenta functionala intre marimea de intrare a sistemului (parametru controlat) si marimea de iesire (marimea reglata).