Acţionări hidrostatice navale

Instalaţiile de acţionãri hidrostatice cuprind un ansamblu de elemente care produc, controlează şi dirijează energia potenţială conţinutã într-un agent fluid de lucru, purtător de energie şi de informaţii, către elementul motor care o reconverteşte în energie mecanicã. Prin urmare, transmisiile hidrostatice se compun din douã maşini volumice care realizează transmiterea mişcării printr-o conversie dublã, de tipul mecano-hidro-mecanic. Din punctul de vedere al schemelor după care se realizează tubulatura, transmisiile hidrostatice se pot clasifica în:

a) Transmisii hidrostatice în circuit închis . Acestea sunt de regulã circuite cu supraalimentare şi cu sistem de preluare a căldurii din

circuit de pe ramura de aspiraţie în vederea menţinerii temperaturii agentului de lucru la valoare normalã. Elementele transmisiei hidrostatice în circuit închis, prezentate în fig. 1, sunt următoarele:

- maşinã de antrenare MA ;- generator (pompã) G;- instalaţie;- motor hidraulic M;- maşinã de lucru (consumator) ML.

Reglajul parametrilor cinematici ai transmisiei se poate realiza prin adoptarea uneia din soluţiile:1- prin modificarea turaţiei maşinii de antrenare (atunci când aceasta permite acest lucru);2- prin by-passare, în acest caz o parte din debitul pompei este trecut pe ramura secundarã.

Soluţia este neeconomică pentru cã duce la pierderi de putere în sistem. Se utilizează numai atunci când reglajele sunt rare sau de scurtã duratã;

3- prin modificarea debitului pompei. În acest caz, se folosesc pompe cu debit variabil;4- prin utilizarea unor motoare hidraulice cu cilindree variabilã.

În afara elementelor componente prezentate, transmisiile hidrostatice mai cuprind o serie de elemente suplimentare (anexe):

- circuit de completare şi expansiune, eventual de suprapresiune, pentru a evita apariţia cavitaţiei la aspiraţia pompei. Suprapresiunea se realizează amplasând tancul de ulei la o cotã pozitivã h faţã de axul pompei sau prin utilizarea unei pompe de suprapresiune;

- supape de siguranţã, filtre, acumulatori, etc.; - circuit de răcire (când este cazul).

Fig. 1 Transmisie hidrostaticã în circuit închis

1

b) Transmisii hidrostatice în circuit deschis. Aceste transmisii au circuitul de aspiraţie întrerupt. Căldura se poate evacua uşor prin răcirea

rezervorului. Suprapresiunea la aspiraţie se poate realiza prin amplasarea rezervorului la o cotã corespunzătoare faţã de axul pompei. Elementele transmisiei hidrostatice în circuit deschis, prezentate în fig. 2, sunt următoarele:

- pompa volumică (generator volumic) G;- motorul hidraulic M;- maşinã de antrenare MA;- maşinã de lucru ML;- rezervor R;- element de distribuţie (distribuitor) D.

Fig. 2 Transmisie hidrostaticã în circuit deschis

Reglajul parametrilor cinematici ai transmisiei din fig. 2 se poate face prin:1-modificarea turaţiei motorului de antrenare;2-utilizarea circuitului de by-passare.

Elementele suplimentare ale transmisiei hidrostatice în circuit deschis sunt următoarele:- sistemul de realizare a suprapresiunii pe aspiraţie;- supape, filtre, etc.;- circuit de răcire la tanc (dacã este necesar).

Problemele care se pun când se studiază acţionările hidrostatice sunt:1 - analiza şi calculul maşinilor hidrostatice generatoare şi motoare;2 - analiza şi calculul acţionãrilor hidrostatice;3 - studiul aparaturii de distribuţie, control şi reglaj.

Distribuitoare

Performanţele transmisiilor hidrostatice sunt rezultatul comportării întregii instalaţii, dar într-o foarte mare măsură, ele sunt influenţate de caracteristicile aparaturii de distribuţie, control şi reglaj. Aceastã aparaturã este, în principal, alcătuită din distribuitoare, drosele, supape de presiune, filtre, regulatoare de debit.

Distribuitoarele sunt aparate de distribuţie care au rolul de a conduce fluidul de lucru între componentele sistemului de acţionare, precum şi de a-l evacua spre rezervor dupã ce acesta şi-a îndeplinit funcţia în procesul transferului energiei. În funcţie de mişcarea pe care o executã elementul mobil (sertar), distribuitoarele se împart în douã categorii mari:

- distribuitoare cu sertar cilindric, la care organul mobil executã o mişcare de translaţie;

2

- distribuitoare cilindrice rotative.În funcţie de numărul poziţiilor de lucru distribuitoarele sunt:

- cu douã poziţii de lucru;- cu trei poziţii de lucru;- cu mai multe poziţii de lucru.

În principiu, distribuitoarele se compun din:- corpul distribuitorului;- sertarul distribuitorului;- conductele de racordare cu instalaţia.Simbolic, distribuitoarele se reprezintă prin douã sau mai multe pătrate alăturate, din care

unul este de referinţă. La exteriorul acestuia se reprezintă conexiunile din instalaţia exterioarã, iar în interior se reprezintă conexiunile pe care le poate realiza în poziţia de referinţã. Elementele de conexiune se simbolizează de obicei prin litere, după cum se aratã în fig. 3 în care s-au făcut notaţiile: P- pompã, T(R)- tanc (rezervor), A,B- consumatori (elementele instalaţiei). În fig. 4 sunt reprezentate, în conformitate cu prescripţiile standardului sus-amintit, exemple de simbolizări mai des întâlnite în practicã.

Pentru elementele de comandã existã de asemenea semne convenţionale de reprezentare. În fig. 5 sunt reprezentate simbolurile pentru:

a) acţionarea manualã;b) acţionarea cu piciorul;

c) acţionarea mecanicã cu arc;d) acţionarea mecanicã cu camã;e) acţionarea pneumatică cu aer comprimat; f) acţionarea pneumaticã; g) acţionarea hidraulicã; h) acţionarea electromagneticã;i) acţionarea cu motor electric.

Fig. 3 Simbolizareadistribuitorului cu trei conexiuni

Pentru simbolizarea completã a unui distribuitor, semnul convenţional care reprezintă ele-mentul de distribuţie se combinã, în mod corespunzător construcţiei distribuitorului, cu semnul convenţional care reprezintă elementul de comandã. În mod uzual, simbolurile elementelor de comandã se reprezintă de o parte şi de cealaltă a simbolului elementului de distribuţie.

În cataloagele specializate ale producătorilor, distribuitoarele se identificã printr-un sistem alfa-numeric de simbolizare de tipul:

64— ab.cd — e.fg

unde:- a indicã modul de acţionare:

a=1: acţionare manualã; a=2: acţionare mecanicã; a=3: acţionare hidraulicã; a=4: acţionare electricã;

3

a=5: acţionare electrohidraulicã.- bindicã modul în care se comportã distribuitorul acţionat b= 0: distribuitor acţionat şi nereţinut;

b= 1: distribuitor acţionat şi reţinut.- grupul cd descrie schema hidraulicã pentru poziţia de referinţă;- e dã informaţii despre modul de prindere în instalaţie;- grupul fg - indicã diametrul nominal.

Fig. 4 Reprezentări simbolice ale distribuitoarelor

Fig. 5 Reprezentări simbolice ale elementelor de comandã ale distribuitoarelor

Drosele

Sunt rezistenţe hidraulice reglabile care au rolul de a modifica parametrii funcţionali ai instalaţiei prin modificarea debitului de fluid transferat. De obicei, drosele produc creşterea presiunii pe circuitul de intrare. Principiul funcţional este comun pentru toate tipurile constructive şi se bazează pe variaţia secţiunii active de strangulare. Constructiv, drosele se pot clasifica în funcţie de forma geometricã a fantei de laminaj sau după geometria traiectoriei organului de manevrã. Din acest punct de vedere, drosele pot fi: de tip rotativ (fig.6 a...d); de tip rectiliniu (ventil) (fig. 6 e,f); de tip diafragmã (fig. 6 g,h).

4

Fig. 6 Variante constructive de drosele

Simbolizarea droselor este prezentată în fig. 7

Fig. 7

Supape

a) De presiune

Supapele de presiune sunt aparate pentru reglarea presiunii şi care, într-o schemã de acţionare hidraulicã, mai satisfac şi alte funcţii, cum ar fi: protecţia instalaţiei, menţinerea la o valoare constantã a presiunii într-o conductã, reducerea presiunii, etc. Din punctul de vedere al modului cum se realizează comanda deschiderii secţiunii de trecere, supapele pot fi cu acţiune directã şi pilotate. Simbolizarea supapei de siguranţã este prezentatã în fig. 8 unde: i = intrare ;e = ieşire ;d = drenaj ;c = comandã.

5

Fig. 8 Simbolizarea supapelor de presiune

Supapele de presiune sunt de tipul normal închis şi se folosesc îndeosebi ca supape de siguranţã. Din punct de vedere constructiv, acestea se diferenţiază îndeosebi în funcţie de forma organului de închidere. Din acest punct de vedere, cel mai des întâlnite tipuri sunt prezentate în fig. 9: a) supapã cu bilã; b) cu scaun plat; c) cu bilã şi element de ghidare; d) sfericã; e) cu plunjer.

Fig. 9 Supape de presiune

b)De reducţie

Supapa de reducţie este una normal deschisã cu comandã internã şi drenaj extern, prezentatã prin simbol în fig. 10. Supapa de reducţie permite sã se obţină cu o presiune de intrare variabilã, o presiune de ieşire redusã şi constantã în ipoteza cã presiunea de intrare este tot timpul superioarã celei de la ieşire. Supapele de reducţie sunt de fapt nişte drosele cu reglare automatã la care rezistenţa este egalã în fiecare moment cu diferenţa dintre presiunea variabilã a pompei la intrarea în supapã şi presiunea redusã la ieşire.

Fig. 10 Simbolizarea supapelor de reducţie Fig. 11 Supapã de reducţie

Constanţa presiunii reduse se realizează prin deversarea surplusului de lichid din camera de reducere notatã cu 1 în fig. 11. Deversarea se realizează cu ajutorul pistonului 2 al cărui resort 3 se reglează la presiunea pred. De pe magistrala de presiune (sau de la pompã), fluidul de lucru la

6

presiunea de intrare p intrã prin orificiul 4 şi trece în camera 1 de presiune pred, unde, acţionând asupra pistonului 2, determinã dezvoltarea unei forţe de apăsare. Aceastã forţă depăşeşte în modul forţa din resortul 2, contribuind astfel la reducerea fantei de trecere h.

Filtre

Filtrele sunt elemente ale acţionãrilor hidraulice care asigurã puritatea mediului hidraulic contribuind prin aceasta la menţinerea fiabilităţii instalaţiei. Condiţiile pe care trebuie sã le îndeplinească filtrele sunt:

- capacitatea bunã de filtrare,- posibilitatea de curăţire periodicã,- capacitatea de funcţionare timp îndelungat.Filtrele se construiesc într-o foarte mare varietate de forme. Indiferent de varianta

constructivã, simbolul folosit în schemele hidraulice este cel din fig. 12.Cele mai des întâlnite în acţionările hidraulice sunt filtrele:- cu site metalice (fig. 13). De obicei, în structura filtrelor sunt prevăzute douã sau mai multe

site metalice concentrice, care au dimensiunile ochiurilor dispuse crescător în sensul de înaintare a curentului. Utilizarea sitelor metalice multiple asigurã un nivel ridicat fineţei filtrării. Filtrele de acest tip sunt prevăzute cu supape de scurtcircuitare montate în paralel cu elementul de filtrare şi care au rolul de a şunta cartuşul filtrant atunci când acesta se colmateazã. Au fineţe de până la 0,04 mm.

- din elemente textile. Sunt asemănătoare celor cu sitã metalicã numai cã nu au prevăzute supape de presiune. În locul sitei metalice folosesc pâsla şi uneori mătase. Asigurã o fineţe a filtrării de până la 2 μm.

- de hârtie (carton). Sunt destinate filtrării fine, posedând o suprafaţã mare şi o grosime micã a elementului filtrant. Prin folosirea mai multor straturi de hârtie se pot obţine filtrări foarte bune.

- magnetice. Aceste filtre constau dintr-un magnet permanent 1 , (fig. 14), cămaşa magneticã 2 şi inelele colectoare 3 fixate în pachet cu un anumit joc între ele, impus prin intermediul unor distanţiere de alamã.

Deşi mai rar întâlnite, mai pot exista şi:- filtre din pulberi metalice şi ceramice;- filtre electrostatice;- filtre centrifugale.

Fig. 12 Simbolizarea filtrelor

Fig. 13 Filtru cu site metalice Fig. 14 Filtru magnetic

7