7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
1/147
1
1. STRUCTURA SISTEMELOR DE ACIONARE,COMAND I REGLARE HIDRAULICE
1.1 STRUCTURA TRANSMISIILOR HIDRAULICE I PNEUMATICE
Caracteristicile mecanice relativ rigide ale mainilor de for sunt adaptate lacerinele variabile ale mainilor de lucru prin intermediul transmisiilor (fig. 1.1).
Fig. 1.1. Schema unui sistem care include o transmisie:F ! main de for" # ! transmisie" $ ! main de
lucru.
Caracteristica mecanic a unei maini de for repre%int dependena dintremomentul furni%at la arbore& i turaia acestuia& n. 'ependena poate fibidimensional (o curb) sau tridimensional (o suprafa)& dac maina de for areposibilitatea reglrii unui parametru funcional.
n pre%ent& sunt utili%ate pe scar larg transmisiile mecanice& electrice&hidraulice i pneumatice.
Transmisiile i!ra"li#e $i #ele %ne"ma&i#e utili%ea% lichide& respectiv ga%e&
pentru transferul de energie ntre intrare i ieire& care sunt supuse unei dubletransformri energetice. n prima fa%& fluidul primete energie mecanic& mrindu*ienergia specific ntr*o main hidraulic sau pneumatic de lucru (pomp saucompresor)" ulterior& fluidul cedea% energia dob+ndit unui motor hidraulic saupneumatic. #ransformrile energetice sunt afectate de pierderi inerente de energie.
, &ransmisie i!ra"li#' este format dintr*o pomp care transform energiamecanic furni%at de maina de for n energie hidraulic" aceasta esteretransformat n energie mecanic de un motor hidraulic care antrenea% maina delucru. Structura transmisiilor pneumatice este similar: un compresor antrenat demaina de for alimentea% cu ga% un motor pneumatic care acionea% maina de
lucru. -ist i sisteme de acionri pneumatice formate n esen din generatoare dega%e i motoare pneumatice ca de eemplu cele utili%ate pentru diri/area unor rachete.
Parame&rii ener(iei me#ani#e )"rni*a&e !e a#es&e &ransmisii %+& )i re(lai#+n&in"" $i -n limi&e lar(i %rin mil+a#e rela&i/ sim%le. 0lei2ili&a&ea #+ns&i&"ie "na/an&a esenial al &ransmisiil+r i!ra"li#e $i %ne"ma&i#e )a' !e #ele me#ani#e,asi("r3n!"4le + lar(' "&ili*are, !e$i %rin#i%i"l l+r !e )"n#i+nare im%li#'ran!amen&e rela&i/ mi#i.
#ransmisiile hidraulice pot fi: hidrostatice (volumice)& hidrodinamice sauhidrosonice.
'ac mainile hidraulice (pompa i motorul)& care constituie elementelefundamentale ale transmisiei hidraulice sunt de tip volumic& transmisia se numeteu%ual hidrostatic sau volumic& deoarece energia mecanic furni%at de maina de
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
2/147
for este utili%at de o pomp volumic practic numai pentru creterea energiei depresiune a lichidului vehiculat" aceasta este retransformat n energie mecanic de unmotor hidraulic volumic (fig. 1.0).
Fig. 1.0. Schema unei transmisii hidrostatice:#S * transmisie hidrostatic" 2C34 * bloc comand& reglare i protecie" 45 * pomp volumic"5 * motor volumic" S$4 * supap de limitare a presiunii" $ * maina de lucru" - !electromotor.
#ermenul 6hidrostatic6 este impropriu (transmiterea energiei se face princirculaia unui lichid care n numeroase elemente de reglare i protecie atinge vite%e deordinul sutelor de metri pe secund)& dar este larg folosit n practic.
n ca%ul utili%rii unei pompe centrifuge i a unei turbine hidraulice& transmisia se
numete hidrodinamic deoarece n cursul transformrilor energetice variaia energieicinetice a lichidului este comparabil cu cea a energiei de presiune (fig. 1.7).
-nergia mai poate fi transmis prin intermediul unui lichid i cu a/utorul undelorde presiune generate de o pomp 6sonic6 i recepionate de un motor 6sonic6&transmisia numindu*se n acest ca% "sonic" (fig. 1.8).
Fig. 1.7. Schema unei transmisii hidrodinamice:4CF * pomp centrifug" #C4 * turbin centripet" 23 * bloc de reglare"
#' * transmisie hidrodinamic.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
3/147
Fig. 1.8. Schema unei transmisii sonice:1 * pomp sonic" 9 * motor sonic.
nventatorul transmisiilor sonice este inginerul rom+n ;ogu Constantinescu& carele*a aplicat ndeosebi n domeniul militar (de eemplu& pentru sincroni%area tiruluibalistic cu elicele avioanelor monomotoare). Cea mai important aplicaie practic ainveniilor brevetate de ;. Constantinescu este pompa de in/ecie pentru motorul'iesel.
#ransmisiile 5%ne"m+s&a&i#e5 utili%ea% maini pneumatice volumice& iar cele5%ne"m+!inami#e5 * turbomaini pneumatice& eist+nd i soluii mite (compresorvolumic * turbin pneumatic).
1.9. CLASI0ICAREA TRANSMISIILOR HIDRAULICE I PNEUMATICE
n cadrul transmisiilor hidrostatice i pneumostatice se disting& din punctul devedere al teoriei sistemelor automate& sisteme de acionare& sisteme de comand isisteme de reglare automat.
Sis&emele !e a#i+nare $i #+man!' i!r+s&a&i#e $i %ne"m+s&a&i#e suntsisteme cu circuit deschis& n sensul c mrimea de intrare& care impune regimul defuncionare al sistemului& nu este influenat de efectul aciunii sale" datoritperturbaiilor inerente& mrimea de ieire nu poate fi corelat n mod univoc cu mrimeade intrare.
Sistemele de acionare hidrostatice i pneumostatice transmit n general puterimari& randamentul lor fiind un parametru important& utili%at obligatoriu n comparaie cualte tipuri de transmisii.
Sistemele de comand hidrostatice i pneumostatice transmit n general puterimici& iar motoarele acestora acionea% asupra elementelor de comand ale altortransmisii care vehiculea% puteri mult mai mari.
Sis&emele !e re(lare a"&+ma&' i!r+s&a&i#e $i %ne"m+s&a&i#e sunt sistemecu circuit nchis& deci conin o legtur de reacie care permite compararea& continuusau intermitent& a mrimii de intrare cu cea de ieire" diferena dintre acestea (eroarea)
constituie semnalul de comand al amplificatorului sistemului& care alimentea%elementul de eecuie n scopul anulrii erorii" astfel& preci%ia acestor sisteme este
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
4/147
ridicat (n regim staionar& relaia dintre mrimea de intrare i cea de ieire este practicbiunivoc).
4arametrii reglai u%ual sunt: po%iia& vite%a unghiular (liniar)& momentularborelui (fora ti/ei) motorului hidrostatic sau pneumostatic& puterea consumat detransmisie de la maina de for etc.
n continuare& transmisiile hidrostatice vor fi numite 6hidraulice6& iar transmisiilepneumostatice 6pneumatice6.
Fig. 1.. Schema unui sistem de comand hidraulic cuplat cu un sistem de acionare hidraulic.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
5/147
Fig. 1.?. Schema unui sistem de reglare hidraulic:a) Schema bloc: -4*element de prescriere" -C*element de comparaie" =-*amplificator de
eroare" --*element de eecuie" #*instalaie tehnologic" #*traductori" i*mrimea de intrare" e*mrimea de ieire" *eroarea" m*masa echivalent a sarcinii redus la ti/a pistonului"
b) Schema hidraulic echivalent: C'-*cilindru hidraulic cu dublu efect" =-*amplificatorelectrohidraulic" '-*bloc electronic" =4*acumulator hidropneumatic" F3*filtru de refulare"S$4*supapa de limitare a presiunii" 45*pompa volumic.
1.@. A6ANTA7ELE I DE8A6ANTA7ELE TRANSMISIILOR HIDRAULICE IPNEUMATICE
#ransmisiile hidraulice i pneumatice au c+teva caracteristici specifice& care lediferenia% de alte tipuri de transmisii& eplic+nd at+t larga lor rsp+ndire c+t irestriciile de utili%are.
$ocul transmisiilor hidraulice i pneumatice n cadrul transmisiilor poate fi stabilitpe ba%a mai multor criterii de natur practic.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
6/147
[email protected]. A/an&ae
1. 4osibilitatea amplasrii motoarelor hidraulice volumice ntr*o po%iie oarecare fa demainile de for constituie un avanta/ ma/or al transmisiilor hidraulice fa de celemecanice& simplific+nd considerabil proiectarea mainilor de lucru.
9. -lementele de comand ale transmisiilor hidraulice solicit operatorilor fore saumomente reduse i pot fi amplasate n locuri convenabile& conferind mainilor delucru caliti ergonomice deosebite.
:. Cuplul reali%at de motoarele electrice rotative este proporional cu intensitateacurentului absorbit& fiind limitat de ncl%irea i%olaiei i de saturaia circuitului magnetic.Cuplul de%voltat de motoarele hidraulice volumice rotative este proporional cu diferenade presiune dintre racordurile energetice& fiind limitat numai de eforturile admisibile alematerialelor utili%ate.
;. Cldura generat de pierderile interne& care limitea% performanele oricrei maini&este preluat de lichidul vehiculat i cedat mediului ambiant printr*un schimbtorde cldur amplasat convenabil" ca urmare& mainile volumice au n mod curentputeri specifice mai mari de 1 ABAg.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
7/147
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
8/147
:.'eoarece au scurgeri& transmisiile hidraulice sunt poluante& eist+nd ntotdeaunapericolul pierderii complete a lichidului datorit neetaneitii unui element.
;.Ceaa de lichid care se formea% n ca%ul curgerii sub presiune mare prin fisuri estefoarte inflamabil& datorit componentelor volatile ale hidrocarburilor care constituieba%a ma/oritii lichidelor utili%ate n transmisiile hidraulice.
.4trunderea aerului n lichidul de lucru generea% oscilaii care limitea% severperformanele dinamice ale transmisiilor hidraulice.
?.ntreinerea& depanarea i repararea transmisiilor hidraulice necesit personal decalificare specific& superioar celei corespun%toare altor tipuri de transmisii.
@.Compleitatea metodelor de anali% i sinte% a transmisiilor hidraulice nu permiteelaborarea unei metodologii de proiectare accesibil fr o pregtire superioar.
1. 4rincipalul de%avanta/ al transmisiilor pneumatice este randamentul foartesc%ut.
11.ivelul redus al presiunii de lucru limitea% forele& momentele i puterile transmise.
19. Compresibilitatea ga%elor nu permite reglarea precis& cu mi/loace simple& aparametrilor funcionali ai transmisiilor pneumatice& ndeosebi n ca%ul sarcinilorvariabile.
1:. =erul nu poate fi complet purificat& contaminanii provoc+nd u%ura icoro%iunea continu a elementelor transmisiei.
1;. =pa& pre%ent totdeauna n aer& pune n mare pericol funcionarea sistemelorpneumatice prin ngheare.
#ransmisiile pneumatice le concurea% pe cele electrice la puteri mici& ndeosebin ca%urile c+nd sunt necesare deplasri liniare reali%abile simplu cu a/utorul cilindrilorpneumatici.
C+n#l"*ie=legerea tipului optim de transmisie& pentru condiii concrete date& repre%int& n
principiu& o problem de natur tehnico * economic& a crei soluionare corectnecesit cunoaterea detaliat a caracteristicilor tuturor soluiilor posibile.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
9/147
1
9. LICHIDELE UTILI8ATE BN TRANSMISIILEHIDRAULICE
9.1 PROPRIETILE NECESARE LICHIDELOR UTILI8ATE BNTRANSMISIILE HIDRAULICE
$ichidele vehiculate n circuitele energetice& de comand i auiliare aletransmisiilor hidraulice sunt numite n practic "hidraulice", "de lucru" sau "funcionale""ele sufer ciclic variaii importante de presiune& vite% i temperatur& vin n contact cudiferite materiale i pot fi epuse c+mpului electromagnetic& radiaiilor nucleare etc.
Condiiile dificile de utili%are impun acestor lichide urmtoarele #erine:* caliti lubrifiante"
* v+sco%itate acceptabil n orice condiii de funcionare a sistemului"* stabilitate fi%ic i chimic"
* compatibilitate cu materialele sistemului"* compresibilitate& densitate& volatilitate& tendin de spumare& coeficient de dilataretermic& pre i toicitate reduse"
* caliti antioidante i dielectrice"* stocare i manipulare simple.
n pre%ent& eist o gam larg de lichide funcionale& care aparin& din punct devedere chimic& mai multor clase& dar nici unul nu pre%int toate calitile necesare uneitransmisii ideale.
Ca urmare& alegerea unui lichid funcional constituie n general un compromiscare asigur satisfacerea cerinelor eseniale& dar impune restricii structurii sistemului
i condiiilor de utili%are.
Da&ele +&ar3&+are -n ale(erea "n"i li#i! )"n#i+nal sunt:* gama temperaturilor de utili%are i stocare& normale i accidentale"* gama de presiuni i depresiuni la care este supus lichidul funcional n regim normal
i accidental"* cerinele anumitor materiale sau componente ale sistemului"* cerinele de siguran"* condiiile economice.
9.9 PROPRIETI ALE LICHIDELOR 0UNCIONALE
9.9.1 63s#+*i&a&ea
=ceasta este o caracteristic esenial a lichidelor funcionale deoarece: asigurportana lagrelor& limitea% pierderile de lichid prin elementele de etanare igenerea% fore care amorti%ea% oscilaiile hidromecanice.
n acelai timp& v+sco%itatea provoac pierderi de energie n spaiile dintrepiesele n micare relativ i n conducte i neliniari%ea% caracteristicile orificiilor decomand.
5+sco%itatea lichidelor scade rapid cu temperatura i crete& ntr*o msur multmai mic& cu presiunea.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
10/147
$a temperaturi nalte& scurgerile interne ale mainilor hidraulice volumice ielementelor de distribuie alterea% esenial randamentul transmisiilor hidraulice& iarscderea capacitii portante a peliculelor lubrifiante poate provoca griparea diferitelormecanisme ale acestora.
5+sco%itatea ecesiv& specific temperaturilor /oase& generea% pierderi mari desarcin pe conductele de aspiraie ale pompelor& favori%+nd apariia cavitaiei& reduce
vite%a motoarelor hidraulice i randamentul transmisiilor.=ceste dou categorii de fenomene eplic interesul ma/or pentru lichidele a
cror v+sco%itate varia% puin cu temperatura& deoarece conin 6aditivi de v+sco%itate6&de eemplu& polimer metacrilic.
5ariaia visco%itii cu temperatura i presiunea conduce la modificarea continua parametrilor funcionali ai transmisiilor hidraulice.
9.9.9 Cali&'ile l"2ri)ian&e
5isco%itatea determin n mare masur calitile lubrifiante ale lichidelor la vite%erelative mari ale suprafeelor adiacente& dar nu constituie elementul hotr+tor la vite%erelative mici i sarcini mari& c+nd eist pericolul griprii lagrelor. 4entru prevenireasau reducerea u%urii acestora se utili%ea% cupluri de materiale antifriciune i seintroduc n lichidele lubrifiante aditivi de ungere.
=ci%ii grai& esterii lor i ali compui organici cu caten lung& care conin clor&plumb& sulf sau staniu& ader la suprafeele metalice impiedic+nd contactul acestora.
$a temperaturile locale ridicate generate de microgripa/e& unii compuihalogenai se combin cu metalele form+nd halogenuri cu punct de topire sc%ut care
nete%esc suprafeele n micare relativ.Calitile lubrifiante ale lichidelor se estimea% cu dispo%itive care simulea%
lagre practice sau cu pompe volumice de calitate garantat. 4ierderea n greutate apieselor solicitate la u%ur constituie un indiciu asupra calitilor lubrifiante ale lichiduluitestat.
9.9.@ Densi&a&ea si #+m%resi2ili&a&ea
'ensitatea lichidelor influenea% greutatea transmisiilor hidraulice& care este unparametru important al instalaiilor mobile.
n regim staionar& pierderile de sarcin prin orificii i fante& care sunt eseniale nca%ul elementelor de distribuie i reglare varia% invers proporional cu densitatea.
5ariaia densitii cu presiunea n regim tran%itoriu generea% oscilaiihidromecanice& care pot fi neamorti%ate.
5ariaia densitii cu temperatura trebuie considerat n calculul volumuluire%ervoarelor.
n calculele practice& se utili%ea% modulul de elasticitate i%oterm& . n condiiinormale& pentru uleiurile minerale pure& G 1
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
11/147
Cea mai mare influen revine aerului nedi%olvat. odulul de elasticitateechivalent e se calculea% cu relaia :
1=
1+
1Vg 1
+ e r l Vt g
n care r este modulul de elasticitate al recipientului n care este stocat lichidul" l *modulul de elasticitate al lichidului pur" 5g * volumul de ga% nedi%olvat" 5t * volumultotal al recipientului" g * modulul de elasticitate al ga%ului& practic egal cu presiunea lacare se afl acesta.
4romptitudinea transmisiilor hidraulice este proporional cu modulul deelasticitate echivalent al lichidului. Ca urmare :
* racordurile elastice vor fi utili%ate cu precdere pentru alimentarea elementelor dedistribuie i pentru racordarea acestora la re%ervor" racordurile dintre distribuitoarele
inversoare i motoare trebuie s fie metalice"* toate transmisiile hidraulice trebuie prev%ute cu robinete de pur/are (evacuare aaerului) amplasate n punctele cele mai nalte ale sistemului.
9.9.0 In)lama2ili&a&ea
4ericolul de incendiu sau de eplo%ie constituie un de%avanta/ esenial allichidelor funcionale reali%ate pe ba%a hidrocarburilor& /ustific+nd efortul considerabildepus pentru crearea i ameliorarea lichidelor sintetice.
ncendiile pot fi provocate de vaporii din re%ervoarele deschise sau de contactullichidelor cu suprafeele calde ale mainilor de lucru (metal topit& tobe de eapament&
discuri de fr+n& conducte de abur viu etc.). =precierea posibilitilor de utili%are alichidelor din acest punct de vedere se face pe ba%a a trei temperaturi caracteristice.
P"n#&"l !e in)lama2ili&a&e. $ichidul fiind ncl%it ntr*un creu%et& se apropieperiodic de suprafaa sa liber o flacr pilot" punctul de inflamabilitate estetemperatura la care apare o flacr de scurt durat. =ceast temperatur este decirca 1HHHC la uleiurile minerale i de 9HHHC la esteri i silicai. 4entru lichidele sinteticeneinflamabile aceast caracteristic nu este definit& dar la circa 1HHHC ele ncep sdega/e din abunden vapori& uneori toici.
Tem%era&"ra !e ar!ere este temperatura lichidului la care vaporii si continus ard dup ndeprtarea flcrii pilot" ntre aceast temperatur i punctul deinflamabilitate eist o diferen de circa 0HHC.
Tem%era&"ra !e a"&+a%rin!ere este temperatura la care trebuie s sencl%easc o suprafa pentru ca o pictur de lichid c%ut pe ea s se aprindspontan. =ceast temperatur depinde de condiiile de msurare& fiind de circa 97HHCpentru uleiurile minerale i de circa 0HHHC pentru esteri i silicai. 4ractic nu eistlichide funcionale neinflamabile& ci doar lichide care elimin+nd n condiii concreteu%uale riscul incendiilor i eplo%iilor se numesc n pre%ent 6lichide re%istente la foc6.=cestea nu trebuie confundate cu lichidele de nalt temperatur care i conserv
calitile funcionale la temperaturi nalte (ceea ce nu este obligatoriu pentru lichideleneinflamabile) dar pot fi mai inflamabile dec+t alte lichide.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
12/147
9.9.7. C+m%a&i2ili&a&ea #" ma&erialele sis&em"l"i
4rincipalele materiale afectate de lichidele funcionale sunt elastomerii folosiipentru confecionarea elementelor de etanare i a racordurilor elastice.
Eleiurile minerale au nlocuit uleiurile vegetale ca lichide funcionale numai dupelaborarea elastomerilor de sinte%& deoarece di%olv cauciucul natural. $ichidele
neinflamabile din transmisiile hidraulice ale aeronavelor civile moderne nu au putut fintrebuinate dec+t dup crearea butililor i a etilenpropilenelor. $ichidele de nalttemperatur necesare ndeosebi avioanelor supersonice i rachetelor nu au nc unelastomer ideal.
aterialele de etanare trebuie adaptate lichidului funcional" schimbareaacestuia impune n general schimbarea tuturor etanrilor.
u eist n pre%ent un sistem universal de testare a compatibilitii lichidelor cuelastomerii. 4ractic& se studia% relaia dintre lichid i fiecare tip de etanare& n condiiireale de funcionare: precomprimare& micri relative& cicluri de suprapresiune& cicluride temperatur& urmrindu*se mbtr+nirea accelerat i n timp real.
$ichidele funcionale sunt compatibile cu ma/oritatea materialelor metalice
ntrebuinate curent n construcia transmisiilor hidrostatice: oel& aluminiu& magne%iu&cupru& alam& bron%& argint& carburi metalice sinteti%ate etc.
Enele lichide sintetice afectea% acoperirile metalice cu cadmiu& %inc i cupru&form+nd precipitate. $ichidele pe ba% de ap pot deveni electrolii ntre diverse piesemetalice& provoc+nd o coro%iune intens.
#oate lichidele funcionale sunt supuse testului de aciditate& care furni%ea%informaii utile asupra agresivitii chimice a acestora.
9.9.8. Al&e %r+%rie&'i
=pa& aerul i particulele metalice favori%ea% oidarea lichidelor& elastomerilor ia metalelor transmisiilor hidrostatice.n instalaiile prev%ute cu re%ervoare deschise nu se poate evita contactul
lichidelor cu aerul i condensarea apei. 'ei complic structura i ntreinereasistemelor& re%ervoarele etane& presuri%ate pneumatic sau mecanic& sunt ntotdeaunautili%ate dac sigurana funcional constituie o cerin esenial. 'in acelai motiva%otul nlocuiete aerul n ma/oritatea acumulatoarelor hidropneumatice care lucrea%la presiuni mai mari de 8@ bar. =ceste msuri permit mrirea sensibil a temperaturiimaime admise n instalaii i a duratei de via a lichidelor& micor+nd n acelai timppericolul de incendiu. 'e eemplu& lichidele petroliere de aviaie pot fi ntrebuinatep+n la 1@7oC& n loc de ?HoC n circuit deschis.
Circuitele etane& umplute cu precauii deosebite& sunt obligatorii n ca%ulntrebuinrii lichidelor de nalt temperatur pe ba% de silicai& care n pre%ena apei ia aerului formea% precipitate i cristale deosebit de periculoase pentru sistemelehidraulice.
4roprietatea lichidelor de a*i conserva calitile fi%ice i chimice n pre%ena apeise numete stabilitate hidrolitic i determin n mare msur durata de stocare i dentrebuinare.
=meliorarea re%istenei fa de oidani se obine cu aditivi care au o mareafinitate pentru oigen dar nu influenea% proprietile lichidului.
'ega/area ga%elor i agitaia ecesiv a lichidelor n pre%ena aerului provoacapariia spumei. =ceasta mrete compresibilitatea lichidelor& favori%ea% oidarea lor
i coro%iunea metalelor. Stabilitatea spumei depinde de visco%itatea lichidului& detensiunea sa superficial i de factorii poluani. #endina de spumare se determin prinmsurarea volumului spumei generate de o cantitate constant de aer.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
13/147
#ransmisiile hidraulice n circuit nchis nu sunt afectate de acest fenomen.Sistemele deschise necesit& at+t precauii constructive c+t i aditivarea lichidelorfuncionale cu antispumani.
n eploatare este greu s se evite contactul operatorilor cu lichidele funcionalei mai ales inhalarea vaporilor acestora. -ste deci necesar ca lichidele s nu fie toicenici nainte de ntrebuinare& nici dup aceasta. $ichidele sintetice moderne& ndeosebi
cele neinflamabile sunt toice n anumite concentraii. =ciunea lor asupra mucoaselori ndeosebi asupra ochilor impune utili%area ecranelor protectoare la standurile dencercri ale elementelor hidraulice i ventilaia forat a laboratoarelor.
Presi"nea /a%+ril+r sa&"rai ai lichidelor funcionale trebuie s fie c+t mai micpentru a evita apariia cavitaiei& ndeosebi n ca%ul lichidelor care lucrea% latemperaturi ridicate.
C'l!"ra s%e#i)i#' $i #+e)i#ien&"l !e #+n!"#&i2ili&a&e &ermi#' trebuie s fie c+tmai mari pentru a evita gradieni mari de temperatur.
C"l+area $i mir+s"l facilitea% identificarea lichidelor funcionale.
C+s&"l este un criteriu important n alegerea lichidelor funcionale& mai ales nca%ul instalaiilor industriale complee. $ichidele sintetice sunt mai scumpe dec+t celeminerale. 'e eemplu& lichidele florurate sunt de o sut de ori mai scumpe dec+t celepetroliere.
9.@ TIPURI DE LICHIDE 0UNCIONALE
Li#i!e %e 2a*a /e(e&al'
Sunt compuse din ulei de ricin (bun lubrifiant) i un solvent cu punct decongelare sc%ut. Sunt compatibile cu cauciucurile naturale& put+nd fi folosite latemperaturi sc%ute.
Li#i!e %e 2a*' mineral'=u caliti lubrifiante bune i cost relativ sca%ut& dar sunt inflamabile. Sunt numite
uleiuri minerale i au cea mai larg utili%are.
Li#i!e nein)lama2ile %e 2a*' !e a%'-mulsiile de ulei n ap i de ap n ulei sunt larg utili%ate n utila/ele calde i
mari consumatoare de lichid.
Soluiile de poliglicooli n ap au caliti lubrifiante bune& dar sunt incompatibilecu lichidele petroliere& fiind ntrebuinate n marin.
Li#i!e sin&e&i#eCele mai importante lichide sintetice au la ba% esterii fosfatici. =cetia tind s
nlocuiasc uleiurile minerale n toate instalaiile epuse pericolului de incendiu (ntermoenergetic& aeronautic& sectorul minier etc).
, alt categorie important de lichide sintetice include silicaii& care sunt lichidede nalt temperatur& inflamabile i sunt sensibile la ap. Sunt utili%ate cu precauiispeciale n aeronautica supersonic.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
14/147
9.0 LICHIDE UTILI8ATE IN ARA NOASTR
a/oritatea lichidelor utili%ate n transmisiile hidraulice industriale din ara noastrau la ba%a uleiurile minerale. -le sunt codificate cu litera & urmat de un numr carerepre%int v+sco%itatea cinematic la 7HoC& eprimat n cSt.
4entru presiuni mari (@HH bar) codul este completat de literele -4 (etrema
presiune).n aeronautica militar se utili%ea% uleiuri minerale nalt aditivate de provenienrus (=; 1H) sau france% (=3 @79H =).
n aeronautica civil se intrebuinea% i esteri fosfai. 'e eemplu& aeronavele3,2=C utili%ea% lichidul SIJ'3,$ 7HH=. $a C- Cernavod& lichidul din circuitulde reglare a turaiei turboagregatelor este un fosfat arilic neinflamabil (triarilfosfat).
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
15/147
1
@. ELEMENTE DE MECANICA 0LUIDELORSPECI0ICE TRANSMISIILOR HIDRAULICE
@.1 PARTICULARITI ALE UTILI8RII LEGILOR I ECUAIILORGENERALE DIN MECANICA 0LUIDELOR
4roiectarea raional a elementelor transmisiilor hidraulice i asocierea lorcorect necesit cunoaterea legilor i ecuaiilor care descriu micarea fluidelor ndomeniile specifice acestor sisteme.
-voluia unei particule fluide ntr*un domeniu dat poate fi definit complet cua/utorul a > %arame&ri: coordonatele centrului su de greutate& presiunea& densitatea&temperatura i visco%itatea. Cele > e#"aii in!e%en!en&e ne#esare sunt: ecuaia demicare (trei)& ecuaia de continuitate& legea conservrii energiei& ecuaia de stare iecuaia de variaie a visco%itii cu temperatura i presiunea.
'atorit dificultilor matematice& pentru anali%a practic a regimului staionar ia celui tran%itoriu din circuitele energetice i de comand ale transmisiilor hidraulice& seutili%ea% e#"aia #+n&in"i&'ii i relaia l"i ern+"lli corespun%toare micrilorpermanente& respectiv semipermanente" se ine seama de re%istenele hidraulicema/ore introduse intenionat n circuite n scopul reglrii parametrilor funcionali&deoarece acestea constituie re%istenele dominante.
Pier!erile !e sar#in' relativ mici corespun%toare elementelor de legtur(tuburi scurte& coturi& ramificaii etc) sunt considerate n special pentru dimensionareaconductelor de aspiraie ale pompelor n scopul evitrii cavitaiei i a racordurilorhidromotoarelor amplasate la distane mari de pompe.
#otui& e#"aiile !e mi$#are sunt frecvent utili%ate n calculul disipaiilorvolumice prin interstiiile de mici dimensiuni ale elementelor hidraulice. 'e asemenea&ecuaiile de micare sunt folosite pentru calculul pierderilor de presiunecorespun%toare re%istenelor hidraulice introduse n circuite pentru amorti%areaoscilaiilor hidromecanice de mic amplitudine.
-fectul &em%era&"rii asupra densitii i visco%itii lichidelor este consideratndeosebi n ca%ul curgerilor cu gradieni termici mari specifice lagrelor utili%ate nconstrucia mainilor hidraulice volumice. n ca%ul micrilor cu gradieni termici mici&influena temperaturii este introdus n calcul numai prin evaluarea proprietilor
lichidului la temperatura de funcionare medie global a sistemului.
=stfel& legea conservrii energiei se reduce la relaia lui 2ernoulli& v+sco%itateaeste considerat constant& iar ecuaia de stare include numai variaia practic liniar adensitii cu presiunea.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
16/147
@.9 MICAREA BN CONDUCTE
:.9.1 Mi$#area laminar'Curgerea permanent n conductele circulare ale transmisiilor hidraulice este
frecvent laminar& deoarece lichidele funcionale au o v+sco%itate relativ mare&diametrele conductelor sunt relativ mici& iar vite%ele medii nu depesc u%ual 7 ms n
scopul limitrii ocurilor hidraulice provocate de elementele de distribuie& reglare iprotecie.
C+e)i#ien&"l l"i Dar# se calculea% cu relaia:
64
75Re Re
deoarece curgerile tehnice se reali%ea% cu variaii de temperatur.
Le(ea Ha(en4P+ise"ille& stabilit pentru curgeri laminare i%oterme& corespundelimitei inferioare a pierderilor de presiune:
D 4Q =
128L
Liniari&a&ea relaiei !in&re !e2i& $i #'!erea !e %resi"ne& caracteristic tuturormicrilor laminare& este foarte util n calculul circuitelor hidraulice. Conductelecirculare drepte& av+nd un diametru redus& sunt numite n practic tuburi capilare isunt frecvent utili%ate pentru mrirea rigiditii lagrelor hidrostatice& pentru stabili%areaelementelor de reglare a presiunii i debitului& pentru amorti%area oscilaiilor motoarelorhidraulice volumice etc.
#otui& micarea laminar este sensibil la /ariaiile !e &em%era&"r' caremodific visco%itatea lichidelor. =cest de%avanta/ poate fi esenial n unele aplicaii i nupoate fi evitat dec+t prin termostatarea sistemului.
Dimensi+narea &"2"ril+r #a%ilare trebuie s respecte n principiu condiia:L
400D
pentru a putea utili%a relaia agen*4oiseuille. #otui& rapoarte mult mai mici sunt
satisfctoare la numere 3e mici& specifice ndeosebi curgerilor alternative de marefrecven.
#uburile capilare pot fi reali%ate i prin introducerea presat a unui urub cuprofil triunghiular sau dreptunghiular ntr*o buc cilindric circular. 3a%a de dispunerea canalului astfel format este mult mai mare dec+t dimensiunea sa caracteristic&permi+nd calculul pierderii de presiune cu a/utorul relaiilor stabilite pentru tuburiprofilate drepte.
4entru o conduct ptrat& de latur b&b
4
Q = 28,4L (p1 p2 )
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
17/147
n ca%ul unei conducte av+nd seciunea de forma unui triunghi echilateral culatura b&
b4
Q =185L
(p1 p2 )
n aceste relaii& $ repre%int lungimea conductei drepte sau lungimea desfurat atubului curbat.
@.9.9 Mi$#area &"r2"len&'Conductele metalice& utili%ate n transmisiile hidraulice& sunt eecutate din oeluri
carbon sau inoidabile& trase la cald sau la rece& au n mod normal caracteristicigeometrice i mecanice garantate i sunt supuse unor operaii complee& mecanice ichimice& de ndeprtare a oi%ilor formai n cursul laminrii i prelucrrilor ulterioare(tiere& ndoire& sudare). 3ugo%itatea& astfel obinut& este relativ mic i nu crete ntimp& astfel c din punct de vedere hidraulic conductele transmisiilor hidraulice pot ficonsiderate netede.
Coeficientul se poate calcula cu relaia lui Blasius:
=0,3164
Re0,25
valabil pentru 0HHH K 3e K 1HH HHH.
Relaia lui arc!&
L 2
p = vmed2 D
poate fi combinat cu relaia lui 2lasius pentru a obine relaia practic:
p = 0,242L0,75
0,25 Q1,75
D4,75
Cderea de presiune n regim tur#ulent depinde de de#it la puterea $,%&. ecieste de dorit ca micarea s fie laminar, dar aceast condiie poate conduce ladiametre neeconomic de mari. Cderea de presiune specific admis curent este de',(& #ar)m. *n calculele apro+imative se poate considera ','(&.
@.@ CURGEREA PRIN ORI0ICII I 0ANTE
,rificiile i fantele constituie un mi/loc de ba% pentru reglarea parametrilorfuncionali ai transmisiilor hidraulice i pentru asigurarea stabilitii lor. Se vor pre%entacaracteristicile de regim staionar ale principalelor tipuri de orificii i fante cu seciunefi sau variabil& numite n practic !r+sele.
$a numere Re mari& curgerea este turbulent& cderea de presiune pe orificii ifante determin+nd accelerarea particulelor fluide. $a numere Re mi#i cderea depresiune este provocat de eforturile tangeniale corespun%atoare v+sco%itii.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
18/147
@[email protected] C"r(erea &"r2"len&'
a/oritatea curgerilor prin orificiile i fantele utili%ate pentru reglarea transmisiilorhidraulice se produc la numere 3e mari& fiind considerate turbulente.
Se consider un orificiu circular cu muchie ascuit ([email protected]). 4articulele de fluidsunt accelerate ntre seciunile 1 i 9 cu pierderi mici de energie& micarea fiind practicpotenial. 'atorit ineriei particulelor de fluid& aria seciunii tranversale a /etului estemai mic dec+t aria orificiului.
3aportul dintre aria seciunii contractate& =9 i aria orificiului& =H se numete#+e)i#ien& !e #+n&ra#ie:
c =A
2
cA0
Fig. @.1* ,rificiu circular cu muchie ascuit
ntre seciunile 9 i : curgerea este turbulent& produc+ndu*se un amestecviolent ntre /et i lichidul din aval de orificiu. -nergia cinetica acumulat de lichid prinaccelerare nu se mai recuperea%& ci se transform n cldur& astfel c presiunile p9 ip@ sunt practic egale& dei vite%ele medii corespun%toare difer. 'eci& %ona din aval deorificiu poate fi considerat o eva%are brusc.
4entru determinarea caracteristicii orificiului& se aplic relaia l"i ern+"lli ntreseciunile 1 i 9:
2
1 1
2g +p
1 =g
2
2 22g +
p2 +
g12
2
22g
unde 1 si 9 sunt coeficienii lui Coriolis& iar 1*9 * coeficientul pierderii de sarcinlocal n %ona de accelerare.
'in e#"aia !e #+n&in"i&a&e re%ult:
V =Q
=A2
V2=
cc V2 A0
A1 A1 A1
=dmi+nd c 1 = 9 1 se poate calcula vite%a medie n seciunea contractat:
V V V
1
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
19/147
V2 = (p1 p2)
1
c2A
2= v2 tcv
1 + c 012 21
'atorit visco%itii aceast vite% este mai mic dec+t cea teoretic&
V2 t = (p1 p2 )
coeficientul de vite%&v 1
c = =2 2v
2 t 1+
12 cc A02
1
fiind subunitar& dar foarte apropiat de unitate: cv H&?< ... H&?>.
Cara#&eris&i#a !e re(im s&ai+nar a +ri)i#i"l"i poate fi scris sub forma:
Q = c A
2(p - p
d
n care produsul
0
1 2
cd = cc cv
este #+e)i#ien&"l !e !e2i& al +ri)i#i"l"i.
, form echivalent a caracteristicii orificiului se ba%ea% pe un coeficient globalde pierderi de sarcin :
p1 p2g
2
= 02g
Q2
= 2 g A2
C+e)i#ien&"l !e #+n&ra#ie depinde de raportul dintre diametrul orificiului d idiametrul conductei ' ([email protected]).
2
A
2
2v
A
v
0
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
20/147
[email protected] ! 5ariaia coeficientului de contracie al unui orificiu circular cu muchieascuit n funcie de raportul d'
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
21/147
-perimental se constat c valoarea cd H&81 poate fi utili%at pentru toateorificiile i fantele cu muchii ascuite& indiferent de geometria acestora& dac =H KK =1 imicarea este turbulent.
Ori)i#iile #ir#"lare #" m"#ie as#"i&' sunt utili%ate ndeosebi datoritcertitudinii caracteristicii de regim staionar i invarianei coeficientului de debit n raport
cu temperatura& dar sunt scumpe& datorit tehnologiei speciale.
Ori)i#iile l"n(i (dopuri sau uruburi perforate) sunt mult mai rsp+ndite datoritsimplitii eecuiei. Coeficientul lor de debit depinde de numrul 3eLnolds echivalent:
Ree = ReD
Ln care ' este diametrul iar $ ! lungimea orificiului.
'ac Ree >
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
22/147
apare n special n ca%ul re%istenelor hidraulice introduse n circuite pentru amorti%areaoscilaiilor de mic amplitudine.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
23/147
Re
Re
Re
=nali%a comportrii orificiilor n regim turbulent nu poate fi etins n ca%ulregimului laminar. #otui& dac se repre%int variaia coeficientului cd n raport cuse constat (fig. @.0) o liniaritate a curbei la 3e K 1H& adic
cd =
[email protected] ! 5ariaia coeficientului de debit al unui orificiu cu muchie ascuit n funcie de
rimea se numete #+e)i#ien& !e !e2i& laminar i depinde de geometriaorificiului sau fantei.
4entru orificii circulare cu muchie ascuit G H&9& iar pentru fantedreptunghiulare cu muchie ascuit G H&17
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
24/147
'eplasarea aial a sertarului crea% o fant inelar de lime variabil. $adeschideri mici& (d K H&1)& n regim turbulent& coeficientul de debit este practicconstant (cd G H&81) dac muchiile ntre care se produce curgerea sunt ascuite.#ran%iia de la curgerea laminar la cea turbulent se produce la 3et G 98H. Enghiul format de /etul aial*simetric cu aa sertarului este de cca 8?o. =cest tip de drosel estelarg ntrebuinat n construcia distribuitoarelor& supapelor i a altor elemente ale
transmisiilor hidraulice datorit simplitii constructive i forei de comand relativ mici.n po%iia nchis fora necesar pe sertar este nul& avanta/ ma/or n comparaiecu alte tipuri de drosele. n plus& sertarul 6deschis6 are tendina de a se 6nchide6 subaciunea forei hidrodinamice. =ceasta se calculea% cu teorema impulsului aplicatpentru suprafaa de control aial*simetric S din [email protected]:
[email protected] ! Schem pentru calculul forei hidrodinamice pe un sertar cilindric
Q(V2 - V1 = "p1 # "p 2 # "g # "l
4roiect+nd aceast ecuaie vectorial dup direcia aei sertarului& re%ult:
sau
QV2 c$% = "l
c d& 2
(pp )c
2
(pp ) c$%
deci&
d1
2 v
1 2
"l = 2 d & cd cv c$% (p1 p2 )
=ceasta este fora cu care sertarul& prin umerii si& acionea% asupra lichiduluidin suprafaa de control. 3e%ultanta forelor de presiune pe sertar& Fh& este orientat n
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
25/147
sens contrar& tin%+nd s readuc sertarul n po%iia neutr. =pariia acestei fore seeplic prin asimetria repartiiei presiunii pe umerii sertarului (fig.@.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
26/147
Fig.@.< ! 3epartiia presiunii pe umerii unui sertar cilindric
$a cdere de presiune constant pe drosel& fora hidrodinamic are caracterulunei fore elastice:
Fh G Ih
unde IhG9dcdcvcos(p1*p9). rimea F se numete rigiditatea hidraulic aorificiului. Fora hidrodinamic poate atinge valori importante. 'e eemplu& pentrud = 97 mm& = 9&7 mm i p1 * p9 = 9HH bar& Fh = 18>1 .
=cest calcul evidenia% faptul c sertarele de diametru mare nu pot ficomandate manual.
b)Dr+sel"l #" +2&"ra&+r s)eri# (fig.@.>) este format dintr*un scaun cu muchie ascuitsau conic i o bil de rulment& ghidat radial i aial. 'atorit simplitii iposibilitii de nchidere etan& acest obturator este larg utili%at n practic& mai ales nstructura supapelor de limitare a presiunii. arele de%avanta/ al obturatorului sferic estetendina sa de a oscila lateral sub aciunea forelor de presiune hidrodinamice. E%ual&raportul dintre ra%a sferei& 3& i ra%a scaunului& r& este 3r G 1&@& la deschideri mici ariade curgere fiind: =() 1&7 3 & fiind deplasarea aial a sferei.
Fig.@.> ! 'rosel cu obturator sferic
c)Dr+sel"l #" +2&"ra&+r #+ni# (fig.@.?) permite varierea fin a seciunii de curgere&fiind utili%at pentru reglarea vite%ei motoarelor hidraulice volumice& pentru fr+nareacilindrilor hidraulici la cap de curs& ca amorti%or de oscilaii hidromecanice etc. 'e
asemenea& obturatorul conic este larg rasp+ndit n structura supapelor de limitarea presiunii. $a deschideri mici&
=() 93 sin &
iar coeficientul de debit depinde de unghiul .
Fig. @.?. 'rosel cu obturator conic (ac)
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
27/147
! O2&"ra&+r"l plan ([email protected]) este utili%at n construcia diferitelor variante dere%istene hidraulice reglabile& dar aplicaia sa fundamental n domeniul transmisiilorhidraulice este poteniometrul hidraulic ([email protected]).
Fig. @.1H. 'rosel cu obturator plan.
'e fapt& acesta este un amplificator mecanohidraulic de for& format dintr*unorificiu fi cu muchie ascuit& un a/uta/ cu acoperire variabil i un cilindru hidraulic cusimplu efect i revenire elastic.
Fig. @.11. 4oteniometrul hidraulic simplu:a) schema de principiu" b) schema echivalent.
4entru a stabili comportarea n regim staionar a amplificatorului se utili%ea%urmtoarele patru relaii:
* caracteristica de regim staionar a orificiului fi"* caracteristica de regim staionar a orificiului variabil"* ecuaia continuitii"* ecuaia de echilibru static a pistonului cilindrului hidraulic.
,rificiul fi este alimentat la presiune constant ps de o surs a crei presiunenu depinde de debitul furni%at.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
28/147
Caracteristica orificiului fi+ este:
d2 c 2(p
p )0,5
Q
=
0 d 00
4
% c
unde do este diametrul orificiului" cdH * coeficientul de debit" * densitatea lichidului" pc *presiunea n aval de orificiul fi.
Caracteristica orificiului varia#il este:
Q!= d!
&!
2(pc c
d!
p'
)
0,5
unde da este diametrul a/uta/ului" a * distana dintre obturatorul plan (palet) i a/uta/"p# * presiunea re%ervorului& u%ual negli/abil n raport cu cealalt presiune.
n regim staionar& cele dou debite sunt egale: MH G Ma (ecuaia decontinuitate)& deci
d20 c 2(p% pc
)
0,5 = d & c 2(pc p')
0,5
d0
! ! d0
ntr*o prim aproimaie& se poate admite egalitatea coeficienilor de debit:cdH G cda.
4rin ridicare la ptrat& relaia anterioar devine:4
0 p p= d2 & 2 p p
( % c
)16
! !(
c ')
Conform unei reguli de proiectare ce va fi discutat ulterior& diametrul orificiuluise alege /umtate din cel al a/uta/ului:
1d0 = d!
2
3elaia anterioar devine:
pc (&! ) = p%2
1 + 64!
4
d
&
d2
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
29/147
0
5ariaia presiunii )n spaiul dintre cele dou re%istene hidraulice esterepre%entat n figura @.19.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
30/147
Fig. =.@19. 5ariaia presiunii de comand n funcie de deschiderea a/uta/ului.
, valoare remarcabil a deschiderii a/uta/ului este:1
&! 0 = d08
n acest ca%& pc G H&7 ps.
cuaia de echili#ru static a pistonului cilindrului hidraulic este:d2
pc = e () + )0e )4
unde dc este diametrul cilindrului" L * deplasarea pistonului n raport cu capacul superioral cilindrului" LHe * precomprimarea resortului.
'in aceast relaie re%ult:
)(&! ) = d2 p% 0e4
e 1 + 64&
!
0
'ispo%itivul anali%at este un amplificator de for& deoarece fora care poate fiobinut de la pistonul cilindrului hidraulic este mult mai mare dec+t fora necesarpentru comanda paletei.
n forma anali%at& poteniometrul hidraulic este utili%at n numeroase sisteme de
reglare a unor procese industriale. Cea mai important aplicaie este poteniometrulhidraulic dublu& av+nd schema hidraulic simetric (fig. @.1@).=cest dispo%itiv furni%ea% o diferen de presiune practic proporional cu
descentrarea paletei din po%iia neutr& . 'eschiderile celor dou a/uta/e devin:
'eci
&1 = &! 0 &,
& 2 = &! 0+ &
1
1
pc (&) =pc1
(&)pc2
(&) =p%
1
+ 64 (&! 0
&)2 1+ 64
(& + &)2
c
c
2 )
d2
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
31/147
2 2 0 0
!
d d
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
32/147
Fig. @.1@. 4oteniometrul hidraulic dublu:a) schema de principiu" b) schema hidraulic echivalent.
Fig. @.10. Caracteristica unui preamplificator cu a/uta/ i palet dublu.
$iniaritatea acestei relaii ([email protected]) permite utili%area preamplificatorului dublu n
structura amplificatoarelor electrohidraulice& servomecanismelor mecanohidraulice ielectrohidraulice etc.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
33/147
1
0. CONSTRUCIA, 0UNCIONAREA I UTILI8AREA MAINILORHIDRAULICE 6OLUMICE ALE TRANSMISIILOR HIDRAULICE
0.1 INTRODUCERE
4ompele i motoarele volumice sunt componentele fundamentale aletransmisiilor hidraulice. /ompele transform energia mecanic furni%at de un motortermic& electric& hidraulic sau pneumatic n energie hidraulic& mrind practic numaienergia de presiune a lichidelor vehiculate. Motoarele volumice reali%ea%transformarea invers.
n anumite condiii& mainile hidraulice volumice sunt re/ersi2ile& funciandeplinit fiind indicat de bilanul energetic. 3eversibilitatea este obligatorie pentrumotoare n ma/oritatea transmisiilor hidraulice datorit componentelor ineriale alesarcinilor u%uale.
umeroase aplicaii necesit inversarea sensului de micare al motoarelorvolumice. 'eci& acestea trebuie s fie 2i!ire#i+nale (pot furni%a moment activ nambele sensuri de rotaie ale arborelui). 4ompele sunt n general unidirecionale (cama/oritatea motoarelor termice).
otoarele disponibile pentru antrenarea pompelor au u%ual turaii ridicate imomente mici& astfel c pompele trebuie s accepte turaii mari at+t din punct devedere organologic& c+t i din punct de vedere cavitaional.
n schimb& acionarea sarcinilor mari la turaii reduse necesit motoare volumicede capacitate mare& care funcionea% stabil la turaii mici& furni%+nd momente mari cu
randamente ridicate. n practic sunt deci necesare ndeosebipompe rapide i motoarelente.
Re(larea turaiei motoarelor fr disipare de energie se poate reali%a prinreglarea debitului pompelor. otoarele reglabile sunt utili%ate numai n ca%uri speciale&c+nd domeniul de reglare al turaiei este mare (turaia minim a motorului hidraulic estemai mic de un sfert din turaia maim).
Cu toate aceste deosebiri& formularea problemelor de natur static& cinematic&dinamic& hidraulic& termic& organologic i tehnologic este unitar pentru cele doucategorii de maini.
0.9 PRINCIPIUL DE 0UNCIONARE AL POMPELOR 6OLUMICE
4ompele volumice sunt caracteri%ate de trecerea discontinu a lichidului dinracordul de aspiraie n cel de refulare& prin camere de volum variabil constituite dinelemente ale unui mecanism numite 6elemente active6.
n )a*a !e as%iraie& camerele sunt conectate la racordul de aspiraie& volumullor crete& iar presiunea scade p+n la valoarea necesar umplerii cu lichid. C+ndvolumul camerelor devine maim& acestea sunt nchise mecanic i apoi conectate la
racordul de refulare. Ermea% scderea volumului& care produce suprapresiuneanecesar pentru evacuarea lichidului n racordul de refulare ()a*a !e re)"lare).
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
34/147
/resiunea minim posi#iln camere este presiunea de vapori%are a lichidului latemperatura de funcionare a pompei& iar presiunea de refulare poate fi teoretic oric+tde mare& fiind practic limitat numai de re%istena organelor pompei.
#eoretic& o camer aspir i refulea% ntr*un ciclu de pompare un volum delichid 5 egal cu diferena dintre volumul su maim 5ma i volumul su minim& 5min&
5G5ma * 5min
care nu depinde de presiunea de refulare& impus practic de instalaie.
De2i&"l /+l"mi# &e+re&i# me!i"& Mtm al pompei este proporional cu frecvenade refulare& f:
Mtm G f 5
De2i&"l /+l"mi# &e+re&i# (instantaneu) Mt(t)& aspirat sau refulat de o camer&repre%int vite%a de variaie a volumului acesteia:
dVMt (t) G
dt
i& n ca%ul general& este variabil n timp& depin%+nd numai de tipul mecanismului utili%ati de vite%a de antrenare a elementului su conductor.
'ac se utili%ea% o singur camer& debitul aspirat i cel refulat au un caracterintermitent& determin+nd micri nepermanente n conductele de aspiraie i derefulare. Etili%area mai multor camere sincrone i sinfa%ice mrete debitul mediu fra schimba caracterul intermitent al curgerii n eteriorul pompei. 4rin defa%area
adecvat a funcionrii camerelor& neuniformitatea debitelor poate fi micorat p+n lavalori admisibile pentru instalaie. euniformitatea debitelor se mai poate reduce cuacumulatoare hidropneumatice (hidrofoare).
De2i&"l /+l"mi# real, & este mai mic dec+t cel teoretic& Mt& din cau%apierderilor de lichid din spaiile de nalt presiune spre spaiile de /oas presiune alepompei& prin interstiiile necesare micrii relative a elementelor active.
/ierderile volumice& M G Mt * M& sunt proporionale cu presiunea de refulare&astfel c debitul volumic real scade fa de cel teoretic la creterea presiunii. 'ebitulvolumic real este mai mic dec+t cel teoretic i din cau%a compresibilitii lichidului.
'atorit u%urii inerente a elementelor de etanare& pierderile volumice cresc ntimp& alter+nd debitul (randamentul) volumic. 'urata de utili%are a unei pompe estelimitat de scderea ecesiv a acestuia.
4ierderile hidraulice sunt negli/abile fa de nlimea de pompare& datorit unorvite%e de curgere mici& astfel c randamentul hidraulic este practic egal cu unitatea.
'ac elementele active nu pot reali%a nchiderea i comunicarea alternativ acamerelor de volum variabil cu racordurile& pompa trebuie prev%ut cu un sistem dedistri#uie. esincroni%area acestuia cu elementele active poate provoca depresiuni isuprapresiuni importante n camerele pompei i micorarea debitului.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
35/147
M+men&"l &e+re&i#, M&& necesar pomprii este proporional cu re%ultanta forelorde presiune pe elementele active& deci depinde numai de sarcina i de mrimeapompei& fiind independent de turaia acesteia. 4ulsaiile debitului determin pulsaii depresiune& astfel c momentul teoretic este variabil n timp. omentul real& & depinde ide turaie& datorit frecrilor.
Presi"nea ins&an&anee n racordul de aspiraie este determinat de pierdereade sarcin pe traseul de aspiraie& impus de debitul instantaneu. =stfel& turaia maima pompelor volumice este limitat de apariia fenomenului de cavitaie. , alt limitare aturaiei re%ult din solicitrile elementelor mecanismului pompei& dar u%ual condiia decavitaie este mai sever.
4ompele volumice sunt utili%ate n domeniul debitelor mici i sarcinilor mari&unde pompele centrifuge multieta/ate au randamente mici& mase i volume mari. -le auurmtoarele de%avanta/e: sensibilitate la impuriti& pulsaii ale debitului i presiunii&%gomote i vibraii& tehnologii speciale& cost ridicat& durat de utili%are redus& personalde ntreinere i reparaie calificat.
4ompele volumice sunt utili%ate ndeosebi n sistemele de acionare hidraulic&n sistemele de ungere& n sistemele de alimentare cu combustibil& n transportulfluidelor v+scoase i ca pompe de proces.
'ebitul unor pompe volumice poate fi reglat nedisipativ. 'ac sistemul dedistribuie este comandat de mecanismul care acionea% elementele active& pompelevolumice sunt reversi#ile (pot funciona ca motoare).
n fig.0.1 se indic simbolurile standardi%ate ale c+torva genuri de pompe imotoare volumice.
Fig.0.1. Simboluri standardi%ate ale mainilor hidraulice volumice:a) pomp unidirecional" b) motor unidirecional" c) pomp bidirecional"
d) motor bidirecional" e) main reversibil reglabil.
0.@ RELAII 0UNDAMENTALE PENTRU MAINI 6OLUMICE
, main hidraulic volumic ideal (t G 1) poate fi definit cu a/utorul unuisingur parametru numit #a%a#i&a&e. =cesta este egal cu volumul de lichid ce parcurgemaina la o rotaie complet a ar#orelui, diferena de presiune ntre racorduri fiind nul.Se notea% cu 5g sau 5 i mai este numit volumul geometric de lucru.
* e#itul teoretic mediu al unei maini volumice este
Mt G n 5(g)
'in condiia de egalitate a puterii mecanice i a celei hidraulice&
t G Mt 4re%ult
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
36/147
* =Qt +
=V+
=V+
.
t 2 2
S*a notat cu: t * momentul teoretic al mainii" 4 * diferena de presiune dintreracordurile energetice ale mainii" * vite%a unghiular a arborelui mainii.
* rimea
D =V
2se numete capacitatea 0mainii1 pe radian.
-presia momentului devine:
t G '4
Se #+ns&a&' #' + ma$in' i!eal' %+a&e )i !e)ini&' #+m%le& #" a"&+r"l "neisin("re m'rimi #a%a#i&a&ea, 6 m:Jr+&K.
* 4rin definiie& randamentul volumic al unei pompe volumice este raportul dintredebitul real i cel teoretic:
Qvp =
t
n ca%ul motoarelor&
vm
=QtQ
Mt fiind debitul teoretic& corespun%ator turaiei i capacitii.
* 4rin definiie& randamentul mecanic al unei pompe volumice este raportul dintremomentul teoretic i momentul real absorbit
* tmp =*
n ca%ul motoarelor&
=*
&mm
t
momentul teoretic corespun%+nd capacitii i diferenei de presiune dintre racorduri.
* Randamentul total al unei pompe este raportul dintre puterea util (hidraulic)
i puterea absorbit (mecanic):
=
.
=+ Q + Q
= vp t
Q
*
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
37/147
+ V = p mp vp = tp
! * *t
mp
2
2 *tmp vp
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
38/147
n ca%ul motoarelor:
=
.
=*
=mm *t 2 =
mm vm
=
tp
! +
Q
+
Qt
vm
*t+
Vp
2
mm vm
0.0 PROLEMELE DE STUDIU I CLASI0ICAREA POMPELOR 6OLUMICE
Studiul pompelor volumice este necesar n urmtoarele genuri de activititehnice: concepie& eecuie i utili%are.
C+n#e%ia are ca scop proiectarea pompei pentru a reali%a parametrii funcionali(debit& sarcin& nlime de aspiraie etc) i obiective tehnico*economice (randament
maim& cost minim& greutate minim& fiabilitate maim etc.) impuse prin tema deproiectare.
Ee#"ia are drept scop reali%area pompei conform proiectului& n condiiitehnice& economice i sociale date.
U&ili*area implic:* alegerea dintre pompele disponibile a aceleia care corespunde cel mai bine
particularitilor instalaiei"* monta/ul& punerea n funciune& eploatarea& ntreinerea i depanarea.
3e%olvarea acestor probleme necesit studierea pompelor volumice din punct devedere hidraulic& termic& organologic& tehnologic i economic.
Clasificarea practic a pompelor volumice se face n funcie de tipul organuluiactiv i de genul de micare efectuat de acesta.
Ca elemente active se utili%ea% pistoane& angrena/e& palete& uruburi etc.Se anali%ea% n continuare tipurile de pompe cele mai importante pentru
sistemele de acionare& comand i reglare hidraulice.
0.7 POMPE CU PISTOANE
;.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
39/147
$a %+m%ele #" "n %is&+n (fig.0.9) neuniformitatea debitului este mare& astfel cacestea sunt de obicei prev%ute cu hidrofoare (acumulatoare hidropneumatice). 'easemenea& se pot utili%a ambele fee ale pistonului pentru pompare (pompe cu dubluefect).
Fig.0.9. 4omp cu piston& cu simplu efect: a) simbol" b) schema funcional"c) variaia debitului teoretic specific aspirat n funcie de unghiul manivelei.
4ompele cu un piston se folosesc ndeosebi la debite foarte mici i presiuni mari&dac pulsaia debitului nu afectea% instalaia. =plicaii tipice sunt: ncercarea dere%isten i etaneitate a re%ervoarelor i reelelor de conducte& precomprimareabetonului& ungerea cutiilor de vite%e i diferenialului automobilelor& etracia petroluluietc. =cionarea acestor pompe poate fi manual& electric sau termic.
P+m%ele #" mai m"li #ilin!ri (policilindrice) se construiesc cu cilindri imobilisau n micare relativ fa de carcas (pompe cu pistoane rotative).
2+ele cilindrilor imo#ili pot fi dispuse ntr*un plan care trece prin aa arborelui (nlinie)& pe un cilindru coaial cu arborele (aial) sau radial fa de aa arborelui (n stea).
2+ele cilindrilor rotativi pot fi paralele cu aa de rotaie sau dispuse radial fa deaceasta.
0.7.9 P+m%e %+li#ilin!ri#e #" #ilin!ri im+2ili
a P+m%ele #" #ilin!ri im+2ili !is%"$i -n linie (fig.0.@). Se utili%ea% ndeosebipentru vehicularea lichidelor incompatibile cu mecanismul de acionare al pistoanelor n
industria chimic& pentru alimentarea cu ap a ca%anelor de abur& la presele hidraulicede mare capacitate etc.$a pompele cu simplu efect& pistoanele sunt de tip plun/er& antrenarea lor fiind
fcut de un arbore cotit prin biele i capete de cruce.n vederea evitrii cavitaiei& turaia este limitat la 1HH ... @HH rotmin& fiind
necesar intercalarea unui reductor de turaie ntre motor i pomp. 4entru evitareapulsaiilor de debit& aceste pompe sunt prev%ute cu hidrofoare. 'istribuia sereali%ea% cu supape de sens.
-tanarea pistonului se reali%ea% cu nur de a%best grafitat sau teflon sau cugarnituri elastomerice care etanea% prin deformarea provocat de presiunealichidului din cilindru.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
40/147
Fig.0.@. 4ompe cu cilindri dispui n linie:c) pomp cu came circulare: 1 ! cam cu fereastr de aspiraie" 9 ! racord de aspiraie" d) pomp cu
came circulare: 1 ! racord de refulare" 9 ! patin hidrostatic" @ ! piston" 0 ! scaunul supapei derefulare" 7 ! ventilul supapei de refulare.
2 P+m%ele #" #ilin!ri im+2ili aiali. Sunt utili%ate pentru pomparea lichidelorlubrifiante la debit constant. 4istoanele sunt acionate de un disc fulant (nclinat fa deaa de rotaie)& prin intermediul unui rulment radial*aial sau prin lagre hidrostatice.
'istribuia se reali%ea% fie cu supape de sens (fig.0.0)& fie cu distribuitor rotativantrenat de arbore.
Cursa de aspiraie a pistoanelor se reali%ea% datorit unor arcuri amplasate ncilindri sau prin supraalimentare cu o pomp auiliar.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
41/147
1 ! ventilul supapei de refulare" 9 ! scaunul supapei de refulare" @ ! piston" 0 ! supap de aspiraie"7 ! rulment radial*aial" 8 ! disc fulant" < ! rulment radial*aial" > ! arbore" ? ! semicarcas de aspiraie"
1H ! buc suprafinisat" 11 ! cu%inet" 19 ! semicarcas de refulare.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
42/147
4omp cu disc fulant dublu: 1 * pomp de supraalimentare cu angrena/ interior" 9 * supap de aspiraie" @! piston" 0 * glisier" 7 * disc fulant dublu" 8 * inel de echilibrare" < * supap de refulare& > * blocul
cilindrilor" ? * lagr aial dublu& 1H * plac de reinere a patinelor hidrostatice" 11 * patin hidrostatic" 19 *buc sferic" 1@ * arbore.
Fig.0.0. 4ompe cu pistoane aiale i disc fulant.
# P+m%e #" #ilin!ri im+2ili ra!iali. Sunt utili%ate pentru pomparea lichidelorlubrifiante n instalaii de acionare hidraulic i ca pompe do%atoare.
icarea radial a pistoanelor este provocat de un ecentric prin intermediulunui rulment radial sau al unor lagre hidrostatice (fig.0.7).
Contactul dintre pistoane i ecentric n fa%a de aspiraie este asigurat deresoarte.
'istribuia se reali%ea% cu supape de sens sau cu distribuitor rotativ. =ceastultim soluie este specific motoarelor cu pistoane radiale.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
43/147
Fig.0.7. 4omp cu pistoane radiale i ecentric.
0.7.@ P+m%e #" #ilin!ri m+2ili
P+m%ele #" %is&+ane r+&a&i/e aiale sunt cele mai rsp+ndite n sistemele deacionare hidraulic datorit gabaritului redus& reversibilitii& posibilitii de reglare adebitului i momentului de inerie redus ale parii mobile.
Cilindrii sunt dispui circular& ntr*un bloc av+nd aele paralele cu aa de rotaiea acestuia. icarea rectilinie alternativ a pistoanelor este determinat de un disc a
crui a este nclinat fa de aa blocului cilindrilor. 'iscul poate fi imobil (pompe cudisc nclinat * fig.0.8) sau poate fi rotativ (pompe cu bloc nclinat * fig. 0.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
44/147
1 * arbore" 9 * rulment radial cu role cilindrice" @ * rulment radial*aial" 0 * disc de antrenare a
pistoanelor" 7 * buc sferic" 8 * biel" < * carcas" > * blocul cilindrilor" ? * plac de distribuie" 1H*rulment radial cu ace" 11* capacul racordurilor" 19* arbore de ghidare a blocului cilindrilor" 1@ * resortdisc" 10 * plac de reinere a bielelor.
a) seciune: 1 * arbore de ghidare a blocului cilindrilor" 9 * piston" @ * biel" 0 * arbore cardanic" 7 *carcas" 8 * etanare mecanic" < * rulment radial*aial" > * blocul cilindrilor" ? * resort de meninere acontactului dintre blocul cilindrilor i placa de distribuie" b) vedere a pieselor interioare.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
45/147
a) pomp cu pistoane aiale cu bloc nclinat& reglabil& cu distribuie plan:1* cep de basculare" 9 * arc disc" @ * distanier" 0 * carcas" 7 * blocul cilindrilor" 8 * arbore de ghidare a
blocului cilindrilor" < * plac de distribuie" > * capacul carcasei blocului cilindrilor" ? * rulment radial cu ace"1H * carcasa blocului cilindrilor" 11 * limitator al unghiului de basculare"
b) pomp cu pistoane aiale cu bloc nclinat& reglabil& cu
distribuie sferic. Fig. 0.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
46/147
n primul ca%& contactul dintre pistoane i discul nclinat se face printr*un rulmentradial*aial sau prin patine hidrostatice. 4istoanele sunt etrase din cilindri de o placde reinere a patinelor hidrostatice& de arcuri sau prin supraalimentarea pompei la opresiune corespun%toare turaiei.
n ca%ul pompelor cu disc mobil& acesta acionea% pistoanele prin biele& av+nd
ambele etremiti sferice. 'esprinderea bielelor de pistoane i de disc n fa%a deaspiraie este impiedicat prin mai multe procedee& cel mai rsp+ndit fiind serti%area curole profilate.
#ransmiterea micrii de la disc la blocul cilindrilor se poate face prin contactullateral dintre biele i pistoane& prin arbore cardanic sau prin angrena/ conic (fig.0.>).
Fig. 0.>. Schema cinematic a pompelor cu pistoane aiale cu bloc nclinat.
'atorit rotaiei blocului cilindrilor fa de carcas este posibil distribuialichidului cu o plac de distribuie plan sau sferic (fig.0.?).
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
47/147
c)
Fig. 0.?. 'istribuitorul plan al pompelor cu pistoane aiale:a) vedere" b) seciune" c) distribuitor plan cu fante de amorti%are.
4resiunea maim de funcionare continu a acestor pompe este de @HH ... 09Hbar. 3andamentul total al acestor maini are valori ridicate (H&>0 ... H&?@).'ebitul acestor pompe poate fi reglat prin varierea nclinrii discului sau a
blocului cilindrilor& av+nd ca efect varierea cursei pistoanelor.'e eemplu& din fig.0.> re%ult cursa pistoanelor n funcie de unghiul :
c 93 sin& deci capacitatea ested2
5 G % 93sin G Iv sin4
unde % este numrul pistoanelor& iar d * diametrul acestora.
4ompele cu disc nclinat sunt compacte i ieftine& dar sunt sensibile la impuriti&fiind adecvate ndeosebi transmisiilor n circuit nchis.
4ompele cu bloc nclinat sunt mai robuste n raport cu impuritile& dar necesit otehnologie mai comple& iar n varianta reglabil au un gabarit relativ mare.
2 P+m%ele #" %is&+ane r+&a&i/e ra!iale. Sunt larg utili%ate n sistemele deacionare hidraulic deoarece sunt compacte& reglabile i reversibile.
4istoanele culisea% n cilindri radiali practicai ntr*un bloc rotativ amplasatecentric fa de carcas (fig.0.1H). 'istana dintre carcas i blocul cilindrilor estevariabil: pe un arc de 1>Hon sensul rotaiei crete& pistoanele ies din cilindri i aspirlichid prin fereastra de aspiraie a distribuitorului cilindric" urmea% scderea distaneidintre carcas i blocul cilindrilor& care determin ptrunderea pistoanelor n cilindri ievacuarea lichidului prin fereastra de refulare a distribuitorului.
Contactul permanent dintre pistoane i carcas n fa%a de aspiraie se meninedatorit forelor centrifuge& prin resoarte sau prin inele de ghidare laterale.
Frecarea ecesiv dintre pistoane i carcas este evitat printr*un rulment radial&prin lagre hidrostatice sau prin role ataate pistoanelor care se deplasea% n canalepracticate n pereii carcasei.
'istribuia se reali%ea% cu distribuitor cilindric fi. 4rin dispunerea pistoanelor pemai multe r+nduri se pot obine debite mari cu un gabarit redus. 3eglarea debitului seface prin varierea ecentricitii rotorului fa de carcas.
4resiunea maim de funcionare continu este de @HH...09H bar& randamentulfiind ridicat (H&>0...H&?7).
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
48/147
Fig.0.1H. 4ompe cu pistoane rotative radiale.1 * lagrul aial al carcasei mobile" 9 * rulment radial*aial" @ * cupla/ frontal" 0 * distribuitor cilindric" 7 *
blocul cilindrilor" 8 * piston" < * carcasa blocului cilindrilor" > * bol" ? * carcas.
0.8 POMPE CU ANGRENA7E CILINDRICE
, pomp simpl cu angrena/ cilindric este format din dou roi dinateamplasate ntr*o carcas nchis lateral cu dou capace ce susin lagrele. Ena dintreroi (pinionul) este antrenat de un motor printr*un arbore.
=ngrena/ul poate fi:- evolventic- cicloidal
sau - eterior- interior.
'inii pot fi:- drepi
- nclinai- n 5.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
49/147
Fig. 0.11. 4ompe cu angrena/ eterior sau interior evolventic:a) pomp cu angrena/ eterior evolventic (2,SC*;ermania): 1 * element de etanare elastomeric" 9 *
capac posterior" @ * buc flotant" 0 * carcas" 7 * roat condus" 8 * cu%inet" < * roat conductoare" >* capac anterior" ? * manet de rotaie" b) pomp cu angrena/ interior evolventic (5CI-3S*S.E.=.): 1* roat dinat interioar" 9 ! roat dinat eterioar" @ * element de etanare semilunar" 0 * carcas.
Camerele !e /+l"m /aria2il se formea% n %ona de angrenare& ntre diniiroilor& carcas i capacele acesteia. eirea dinilor din angrenare crea% goluri ce seumplu cu lichid din conducta de aspiraie& datorit diferenei de presiune dintre re%ervori spaiul de volum cresctor" lichidul este transportat n golurile dintre dini de laracordul de aspiraie la cel de refulare& fiind epul%at n acesta datorit reintrrii dinilorn angrenare.
$inia de contact dintre pinion i roat constituie o etanare mobil a spaiului denalt presiune fa de cel de /oas presiune. n ca%ul pompelor cu angrena/ interiorevolventic& separarea %onelor de refulare i aspiraie necesit n plus o diafragm deforma semilunar amplasat ntre pinion i roat.
$a pompele cu angrena/ eterior distribuia se reali%ea% prin guri practicate n
carcas sau n capace" dac se utili%ea% un angrena/ interior& aspiraia i refularealichidului pot fi asigurate prin ferestre situate n capace sau prin guri radiale practicaten carcas i ntre dinii roilor.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
50/147
4ompele cu roi dinate moderne au capacitatea constant" ele pot fi prev%utecu supape de limitare a presiunii i cu regulatoare de debit cu trei ci& amplasate ncapacul posterior (opus arborelui).
4ompele cu angrena/e cilindrice sunt larg rspndite n transmisiile hidrostaticedatorit simplitii constructive& gabaritului redus i costului sc%ut" au nsa randamente
mai mici dec+t pompele cu pistoane& sunt mai %gomotoase dec+t acestea i au oneuniformitate mare a debitului.Cu unele modificri n construcia lagarelor& pompele cu angrena/e cilindrice pot
fi utili%ate ca motoare.
Fig. 0.19. 4omp cu angrena/ interior cicloidal i regulator de debit(-=#, ! E%ina ecanic 4lopeni):a) seciune cu un plan paralel prin aa regulatorului de debit" b) seciune cu un plan aial: 1 * carcas" 9
* arbore" @ * cu%inet" 0 * roat interioar" 7 * roat eterioar" 8 * cu%inet" < * corpul regulatorului dedebit" > * sertarul regulatorului de debit.
0.< RECOMANDRI PRI6IND ALEGEREA POMPELOR 6OLUMICE PENTRU SISTEMEDE ACIONARE HIDRAULIC
4rincipalele #ri&erii utili%ate n alegerea tipului optim de pomp pentru otransmisie hidrostatic sunt :
a) nivelul presiunii medii de funcionare continu"b) reversibilitatea"c) durata de utili%are"d) fineea de filtrare i calitile lubrifiante ale lichidelor disponibile"e) nivelul de pulsaie al presiunii i debitului"f) gabaritul i greutatea"g) nivelul de %gomot.
3a presiuni medii mai mari de $&' #ar se utili%ea%& practic& eclusiv pompe cupistoane. $a presiuni inferioare acestei valori concurea% pompele cu roi dinate ipalete culisante. 4rimele sunt ieftine& dar au randamente mai mici i o mareneuniformitate a debitului& fiind i foarte %gomotoase.
4ompele cu palete culisante au %gomot redus& pulsaie practic nul a debitului&sunt reglabile& dar sunt scumpe& deoarece necesit tehnologii evoluate.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
51/147
3a presiuni su# 4' #ar se pot utili%a i pompe cu uruburi care au marele avanta/al uniformitii debitului. n acelai timp au randamente volumice relativ mici i suntfoarte scumpe deoarece necesit tehnologii complee.
0.> RECOMANDARI PRI6IND ALEGEREA MOTOARELOR 6OLUMICE ROTATI6EPENTRU SISTEME DE ACIONARE HIDRAULIC
4rincipalele #ri&erii utili%ate n alegerea tipului optim de motor hidraulic volumicpentru o transmisie dat sunt:
a) turaia maim de funcionare continu"b) turaia minim de funcionare continu"c) puterea specific (ABAg)"d) momentul specific (mAg)"e) presiunea de pornire n gol"f) momentul de demara/.4erformanele dinamice ale motoarelor depind n mare masur de raportul dintre
momentul de demara/ i momentul de inerie al parilor mobile redus la arbore.
Cea mai important caracteristic a motoarelor volumice este capacitatea lor dea funciona sta#il la turaii reduse. 'in acest punct de vedere eist m+&+are len&e(nminG 1 ... 1H rotmin)& semira%i!e (1H ... 7H rotmin) i ra%i!e (7H ... 0HH rotmin).'ac turaia maim de funcionare continu este mai mare de 7HH rotmin seutili%ea% motoare rapide cu pistoane rotative& roi dinate i palete culisante.
'ac primea% randamentul& se prefer motoare cu pistoane rotative& motoarelecu angrena/e fiind utili%ate ndeosebi n acionarea continu a unor maini de lucru(pompe& ventilatoare& suflante). $a turaii maime sc%ute& se utili%ea% motoare lentei semirapide. $a momente mari& se utili%ea% motoare lente cu pistoane radiale.otoarele lente cu angrena/e se utili%ea% la momente mici i medii. -ist posibilitateaantrenrii lente a sarcinilor mari prin motoreductoare formate din motoare rapide ireductoare de turaie (de obicei planetare).
'ac se impun performante dinamice deosebite (timpi de accelerare i fr+narefoarte scuri)& se recomand motoare cu pistoane rotative aiale.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
52/147
1
7. MOTOARE HIDRAULICE LINIARE I ASCULANTE
7.1 CONSTRUCIA I 0UNCIONAREA CILINDRILOR HIDRAULICI
otoarele volumice liniare (cilindrii hidraulici) transform energia de presiune a
lichidului furni%at de o pomp n energie mecanic de translaie& pe care o transmitmecanismelor acionate.
Clasi)i#area acestor motoare se face dup numrul direciilor n care sedeplasea% organul activ sub aciunea forei de presiune i dup construcia organuluiactiv (fig.7.1).
En cilindru hidraulic 6cu dubl aciune6 (fig.7.1 a&b) este format dintr*un tubcilindric circular& numit 6cma6& nchis la capete prin dou capace& tub n interiorulcruia culisea% un piston sub aciunea diferenei de presiune dintre cele dou camereconectate la racorduri" pistonul transmite fora de presiune printr*o ti/ care poate fiunilateral sau bilateral.
'ac pistonul este deplasat de fora de presiune ntr*un singur sens i revinesub aciunea unui arc (fig.7.1 c) sau a greutii mecanismului acionat& cilindrul hidraulicse numete 6cu simpl aciune6.
'ac diametrul pistonului se reduce (p+n la cel al ti/ei)& ansamblul se numete6plun/er6 (fig.7.1 d).
Cilindrii 6telescopici6 asigur curse mari cu gabarite mici (fig.7.1 e)" cei mai
rsp+ndii sunt cu 6simpl aciune6& formai din tuburi cilindrice concentrice acionatesuccesiv& ncep+nd cu cilindrul de diametru maim i sf+rind cu cilindrul central(plun/erul)& prin creterea n trepte a presiunii& datorit scderii suprafeei active.Camerele formate ntre cilindrii de gulerele necesare limitrii cursei acestora pot firacordate la admisie sau meninute la presiunea atmosferic.
n toate ca%urile discutate& pistonul poate fi blocat& acionarea reali%+ndu*se princorpul motorului (fig.7.1 f& g& h& i).
Alimen&area camerelor se face u%ual prin guri practicate n capace sau ncma& dar eist i variante de racordare prin ti/& utili%ate de eemplu la unele
servomecanisme.
0iarea capacelor de cma se poate reali%a n mai multe moduri: prin sudur&prin filet& cu tirani& cu inel de siguran. odul de fiare influenea% gabaritul&tehnologia de fabricaie i presiunea maim de funcionare.
$a presiune mic i medie (sub 1HH bar) se utili%ea% inele de siguran i tirani&iar la presiune mare uruburi& filete i suduri. n ara noastr sunt tipi%ate pentrufabricaie centrali%at ultimele dou soluii.
Cilindrii de u% general pot fi echipai cu diverse piese de prindere& conformcerinelor mainilor acionate: filete& articulaii cilindrice sau sferice& tlpi sau flane.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
53/147
Fig. 7.1. #ipuri de cilindri hidraulici:a) cu dubl aciune i ti/ unilateral (piston mobil)" b) cu dubl aciune i ti/ bilateral (piston mobil)"c) cu simpl aciune i revenire elastic (piston mobil)" d) cu simpl aciune i plun/er (plun/er mobil)"
e) telescopic& cu dubl aciune" f) cu dubl aciune i ti/ unilateral (corp mobil)" g) cu dubl aciune i
ti/ bilateral (corp mobil)" h) cu simpl aciune i revenire elastic (corp mobil)" i) cu simpl aciune(plun/er fi).
Cmile cilindrilor hidraulici se eecut din eav de oel laminat& din bare deoel carbon de calitate sau aliat i din alia/e de aluminiu de nalt re%isten.
Rugo5itatea ma+im admis curent este de ',4 mm. #oul, reali5at prinale5are, gurire ad6nc sau strun7ire, tre#uie urmat de rectificare, honuire sau trasarecu role. Cilindrii hidraulici ai servomecanismelor aeronavelor se cromea5 sau seelo+ea5 cromic, se rectific i se rodea5.
4istoanele i capacele se eecut din font& aluminiu sau oel n funcie degradul de solicitare i alte cerine (de e. greutatea).
#i/ele pistoanelor se eecut din oel carbon de calitate sau din oel aliat& serectific i se prote/ea% prin cromare dur& urmat de rectificare i lustruire.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
54/147
7.9 ETANAREA CILINDRILOR HIDRAULICI
En cilindru hidraulic tipic (fig.7.9) necesit etanarea static a capacelor fa decorp& a pistonului fa de ti/ i a niplurilor racordurilor fa de capace sau cma. ntrepiston i cma& respectiv ntre ti/ i capac& sunt necesare etanri dinamice. n plus&pistonul trebuie ghidat n cma& iar ti/a * n capac prin lagre hidrostatice.
4trunderea prafului i a lichidelor agresive n cilindru este impiedicat de obicei printr*un 6ra%uitor6 montat n capacul strpuns de ti/.
Fig. 7.9. -lementele de etanare ale unui cilindru hidraulic tipic.
aterialele elastomerice u%uale sunt: cauciucul acrilonitrilic sau butadienic(23)& fluorocauciucul (FI) i cauciucul polimetanic (=5)" principalul materialtermoplastic cu ntrebuinri multiple este teflonul (4#F-)" se mai folosesc relonul&nLlonul& poliamida etc.
$a vite%e i curse mici& pistoanele pot fi etanate numai printr*un /oc redus&echilibrarea forelor radiale hidraulice i colectarea contaminanilor ce pot provocagripa/e i u%uri fiind asigurat de crestturi circulare" preci%ia de prelucrare a celor dousuprafee este ridicat. 3educerea pierderilor volumice poate fi reali%at cu segmenisau cu elemente de etanare elastice.
Segmenii (fig.7.@) necesit o prelucrare superioar a cilindrului (honuire saurectificare)" etanarea aial este asigurat at+t de prestr+ngerea de monta/& c+t i depresiunea lichidului& iar etanarea radial * numai de fora de presiune.
Segmenii se eecut din font special& turnat centrifugal sau din teflon.
Fig. 7.@. -tanarea cu segmeni:a) elemente geometrice ale unui segment cu fant dreapt" b) alte tipuri de fante" c) pistonul
pompei -$$-3 (;ermania) (etanat cu segmeni)" d) segment de pomp -$$-3.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
55/147
Finisarea precis a cmilor lungi este neeconomic" n acest ca% se preferetanrile elastomerice& care sunt eficiente i solicit n mod deosebit doar o rugo%itateredus.
$a presiuni mici (sub 8@ bar) pentru etanrile dinamice se pot ntrebuinamanete simple sau combinate cu metal& evit+ndu*se contactul pieselor metalice.
$a presiuni mai mari ( 18H bar) se folosesc etanri combinate formate din
inele 6,6 de cauciuc i inele concentrice de teflon cu seciune dreptunghiular. 'ac senlocuiesc inelele 6,6 cu inele de seciune ptrat& presiunea maim de etanarecrete la 91H bar. 4este aceast presiune (N 91H bar) se ntrebuinea% maneteleduble.
a/oritatea etanrilor statice ale cilindrilor hidraulici se reali%ea% cu inele 6,6.iplurile racordurilor se etanea% cu inele de cupru sau de cauciuc& ngropate nlama/e sau cu inele combinate metal*cauciuc.
3%uitoarele se eecut din cauciuc compact sau armat cu fibre tetile.
7.@ CALCULUL CILINDRILOR HIDRAULICI
Fiind elemente larg utili%ate& ntreprinderile speciali%ate n producerea cilindrilorhidraulici pun la dispo%iia proiectanilor diagrame ce permit alegerea rapid atipodimensiunilor necesare unei transmisii. 'ac nu este posibil adoptarea unuicilindru tipi%at& trebuie proiectat unul nou.
n ca%ul unui cilindru cu dublu efect i ti/ unilateral se calculea%:* presiunea nominal"* diametrul pistonului& ' i cel al ti/ei& d& necesare reali%rii forei Fe la ieirea ti/ei&
respectiv a forei Fi& la retragerea acesteia"
* debitul Me& corespun%tor vite%ei maime de ieire a ti/ei& ve& respectiv debitul Mi&necesar reali%rii vite%ei maime de retragere a acesteia& vi"* timpul ts de parcurgere a cursei s n regim stationar"* puterea hidraulic& 4h& absorbit pentru de%voltarea forei Fe (Fi) i a vite%ei ve (vi)"* variaia lungimii cilindrului s datorit compresibilitii lichidului"* diametrele racordurilor& de i di.
Cal#"l"l "n"i #ilin!r" necesit reducerea forelor Fr care trebuie nvinse nregim staionar i tran%itoriu la ti/a acestuia (fig.7.0):
Fig. 7.0. Schem pentru calculul cilindrilor hidraulici.
"r = "% c$% + "!+ "/
= "% c$% + m ! + (m% g + "% % )
n care Fs este fora re%istent& ! unghiul dintre aa ti/ei i direcia forei re%istente"Fa! fora de inerie corespun%toare masei ms i subansamblului mobil al cilindrului&
mc (m G ms D mc)" Ff ! fora de frecare de alunecare" a ! acceleraia impus princondiia ca masa ms s ating vite%a v n timpul t.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
56/147
D2O 4FiPPpn Pm
Componenta aial a forei re%istente i fora de frecare generea% momente&care& n absena unor ghida/e adecvate& solicit radial ti/a cilindrului" productorii decilindri hidraulici indic forele admisibile pentru fiecare tipodimensiune.
n regim tran%itoriu trebuie s se considere i forele re%ultate din ciocnireamaselor acionate sau din micrile ineriale ale acestora.
Forele reali%ate de cilindrii hidraulici sunt micorate de frecrile din etanri ighida/e. 3andamentul mecanic va fi:
="
m
t
n general m G H&>7 Q H&?9.
4resiunea nominal considerat n calculele de dimensionare depinde deperformanele pompelor disponibile i de cerinele mainilor acionate.
e e+emplu, pentru reali5area sarcinilor tehnologice ale utila7elor mo#ile, se adoptcurent presiuni nominale cuprinse ntre ($' i 8(' #ar, deoarece se urmrete reducerea la
minimum a ga#aritului i greutii transmisiilor hidraulice, n timp ce pentru acionarea maselormainilor de rectificat pn (' ... 4' #ar, n scopul reducerii la minimum a ocurilor hidraulicecare afectea5 calitatea prelucrrii.
'in relaiile
"e =p
i
D2
m4
se calculea%
" =
p
(D2
d2
)m
4
D 4
i
"ep
m
d =
n ca%ul cilindrilor cu plun/er& ' este diametrul interior al ghida/ului& iar pentrucilindrii telescopici& ' repre%int diametrul ultimei trepte (plun/erului).
Se pot calcula n continuare debitele D2
Qe = ve
i4v
Q = v
"
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
57/147
(D
2
d2
)
4v
3andamentul volumic depinde de tipul etanrilor i de presiune" n calculepreliminare se poate admite v H&?< Q H&?>.
este :4uterea hidraulic consumat de cilindru pentru a furni%a fora Fe la vite%a ve
+ =p Qe
/rincipala pro#lem de re5isten mecanic ridicat de un cilindru hidraulic este flam#a7ul ti7ei.
Cilindrii hidraulici se eecut curent pentru presiuni cuprinse ntre 9H i @7H bar&limita superioar fiind de circa 9HHH bar" diametrele nominale varia% ntre 1H i 8HHmm& n ca%ul preselor hidraulice ating+nd 10HH mm" cursele u%uale sunt cuprinse ntre1H i 8HHH mm& n ca%ul instalaiilor hidroenergetice ating+nd 1>HHH mm.
7.0 0RNAREA CILINDRILOR HIDRAULICI LA CAP DE CURS
4istoanele care ating vite%e mari& sau acionea% mase importante& provoacscoaterea prematur din funciune a cilindrilor prin lovirea repetat a capacelor. =cestproces poate fi evitat prin fr+narea pistoanelor la cap de curs& utili%+nd procedeemecanice sau hidraulice (fig.7.7).
$a vite%e moderate& se introduc n cilindrii arcuri elicoidale sau disc (a)& dar
eist pericolul ruperii arcurilor.Cele mai rsp+ndite procedee de fr+nare se ba%ea% pe introducerea unei
re%istene hidraulice n circuitul de evacuare a lichidului din cilindru& av+nd ca efectcreterea presiunii pe faa pasiv a pistonului& deci fr+narea acestuia.
, soluie simpl const n eecutarea pistonului din dou trepte (b) i practicareaunui ale%a/ corespun%tor n capac. -vacuarea lichidului din camera format ntrepistonul mic i capac necesit o suprapresiune care produce fr+narea pistonului.
$egea de variaie a vite%ei poate fi controlat prin conicitatea pistonului (c) sauprin forma crestturilor practicate pe piston (d). Supapa de sens amplasat n paralel
cu re%istena corespun%toare fantei cilindrice sau conice permite accelerarea maima pistonului n sens contrar. 'ecelerarea poate fi reglat cu a/utorul unui drosel variabil(e)& dispus n paralel cu racordul de alimentare al cilindrului de diametru mic. 'ac
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
58/147
droselul este nlocuit cu o supap de limitare a presiunii (f)& se obine o decelerarepractic constant.
$iniari%area fr+nrii se poate reali%a i prin practicarea ntr*o anumit succesiunea unor orificii calibrate n cmaa cilindrului& orificii pe care pistonul le obturea%succesiv& mrind re%istena circuitului de retur pe masur ce este fr+nat (g).
3educerea vite%ei pistonului la cap de curs se obine i prin introducerea pecale mecanic a unei re%istene hidraulice variabile n circuitul de admisie (h).
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
59/147
Fig. 7.7. 4rocedee de fr+nare a pistoanelor la cap de curs:a) cu arcuri disc" b) cu fant inelar" c) cu fant conic" d) cu crestturi triunghiulare" e) cu drosel reglabil"f) cu supap de limitare a presiunii" g) cu orificii calibrate practicate n cma" h& i) cu drosel comandatde ti/" /& A) cu orificiu calibrat.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
60/147
7.7 MOTOARE 6OLUMICE ASCULANTE
Sunt utili%ate c+nd mecanismul acionat necesit o micare de rotaie incompletalternativ& de eemplu pentru reglarea capacitii pompelor cu pistoane aiale cu discnclinat& n lanurile cinematice de avans intermitent ale mainilor * unelte& pentruacionarea vanelor sferice i fluture etc.
Cele mai rsp+ndite soluii constructive ntrebuinea% ca organe active una saumai multe palete oscilante& unul sau mai multe plun/ere cu cremalier sau un piston acrui micare de translaie este transformat n micare de rotaie printr*un urub cumai multe nceputuri.
-tanrile periferice i frontale ale paletelor fie i ale celor mobile nu permitfuncionarea economic la presiuni mai mari de 1HH bar& n timp ce etanrileplun/erelor i solicitrile acestora permit utili%area la 18H ... 1>H bar.
otoarele cu palete basculante de u% general furni%ea% momente maime de
circa 90 HHH m. n aplicaii speciale (de eemplu& pentru acionarea c+rmelor navelori reglarea turbinelor '-3=R)& aceste motoare ating momente de 1 0HH HHH m.
otoarele basculante cu plun/ere se produc curent pentru momente maime decca. @HH HHH m.
7/24/2019 SHP Cursuri Semestrul II 2014-2015
61/147
1
8. ELEMENTE DE REGLARE A PRESIUNII
8.1. CONSTRUCIE, 0UNCIONARE I CLASI0ICARE
4resiunea din circuitele energetice i de comand ale sistemelor de acionare&comand i reglare hidraulice poate fi reglat sau limitat cu elemente
mecanohidraulice sau electrohidraulice& numite n practic s"%a%e.
, supap mecanohidraulic este format dintr*o carcas n interiorul creia sedeplasea% un o#turator sub aciunea forelor de presiune i a forei elastice furni%atde un resort.
n ca%ul general& un astfel de element are patru racorduri: unul de intrare (=)&unul de ieire (2)& unul de comand etern () i un orificiu de drena/ al camerei devolum variabil n care se afl amplasat resortul (J).
0"n#iilendeplinite de aceste elemente pot fi urmtoarele:
a) limitarea presiunii n racordul de intrare la o valoare impus printr*un resort (supapede siguran)"
b) conectarea unui motor hidraulic la pomp& dup atingerea unei valori prestabilite apresiunii n racordul de refulare al pompei& ca urmare a reali%rii cursei unui altmotor hidraulic (supape de succesiune)"
c) conectarea unui circuit hidraulic la re%ervor& ca urmare a atingerii unei valoriprestabilite