MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE

COLEGIUL TEHNIC RĂDĂUŢI

PROIECT

PENTRU OBŢINEREA CERTIFICATULUI DE CALIFICARE PROFESIONALĂ

NIVEL 3

CALIFICAREA : TEHNICIAN MECATRONIST

ÎNDRUMATOR, CANDIDAT,

DOREL BOTEZAT LAVRIC LUCAS

2013

1

CONSIDERAȚII PRIVIND SISTEMUL DE ACȚIONARE HIDRAULICE ȘI PNEUMATICE

2

CUPRINS

CAP I: CONSIDERAŢII GENERALE PRIVIND SISTEMELE DE ACŢIONARE HIDRAULICE ŞI

PNEUMATICE......................................................................................................................................4

1.1 Noţiuni generale...........................................................................................................................4

1.2 Problemele actuale,tendinţe şi perspective în utilizarea sistemelor de acţionare hidraulice şi

pneumatice.........................................................................................................................................6

1.3 Structura generală a unui sistem de acţionare..........................................................................12

1.4. Caracteristicile echipamentelor hidraulice şi pneumatice de automatizare................................15

1.5. Avantajele şi dezavantajele sistemelor de acţionare hidraulice si pneumatice...........................16

CAP II : SISTEME DE ACŢIONARE HIDRAULICE......................................................................20

2.1 Structura unui sistem de acţionare hidraulic...............................................................................20

CAP: III SISTEME DE ACŢIONARE PNEUMATICE....................................................................28

3.1 Introducere.................................................................................................................................28

Cap IV. PUNEREA ÎN FUNCŢIUNE ŞI ÎNTREŢINEREA INSTALAŢIILOR HIDRAULICE........35

4.1 Punerea în funcţiune şi întreţinerea instalaţiilor hidraulice.........................................................35

4.2 Conectarea instalaţiilor hidraulice..............................................................................................35

4.3. Curaţirea instalaţiei....................................................................................................................35

4.4. Alimentarea cu lichid de lucru...................................................................................................36

4.5. Pornirea instalaţiei.....................................................................................................................36

4.6. Dezaerarea instalaţiei.................................................................................................................37

4.7. Reglarea instalaţiei..................................................................................................................37

4.8 . Întreţinerea instalaţiilor hidraulice............................................................................................38

Anexe...................................................................................................................................................45

Bibliografie..........................................................................................................................................47

3

4

CAP I. CONSIDERAŢII GENERALE PRIVIND SISTEMELE DE ACŢIONARE HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE

1.1 Noţiuni generaleElementele mobile (tije, arbori) ale aparatelor, dispozitivelor, maşinilor de lucru şi

instalaţiilor trebuie antrenate pentru a efectua un lucru mecanic util. Această antrenare şi

realizează cu ajutorul unui sistem de acţionare dintr-o sursă de energie (musculară, termică,

hidraulică, pneumatică, electrică, etc), din mecanisme de transmitere şi transformare a

energiei şi din dispozitive de comandă. Sistemul de acţionare poate fi privit, in mod sugestiv,

ca "musculatura" structurii mecanice pe care o deserveşte, fară de care mişcarea acesteia nu ar

fi posibilă.

Deşi formează structuri bine definite, ce pot fi tratate independent, sistemele de

acţionare sunt parţi constitutive ale aparatelor, dispozitivelor sau maşinilor de lucru pe care le

deservesc. Acest aspect trebuie avut in vedere la proiectare, întrucat numai aşa se pot obţine

construcţii mecanice compacte. În cele ce urmează, sistemele de acţionare vor fi tratate

independent de structura mecanică pe care o deservesc. Un sistem de acţionare este format

dintr-un număr de "echipamente" care concură la realizarea de către sistem a funcţiei de

acţionare impuse. Astfel, întâlnim în structura sistemului de acţionare echipamente care

generează energia specifică sistemului respectiv, echipamente care reglează şi controlează

această energie, echipamente care transformă această energie în lucru mecanic pe care îl

furnizează mecanismelor antrenate.

Aşa cum s-a arătat deja, din punct de vedere energetic unui sistem de acţionare SA

(FIG.1.1) îi revine sarcina de a transmite şi transforma energia de intrare Ei, primită de la o

sursă primară de energie SP, în lucru mecanic util Lu, pe care îl furnizează mecanismelor

antrenate MA.

În funcţie de natura energiei folosite şi a

agentului de lucru, sistemele de acţionare

se pot împărţi în: mecanice, electrice, hidraulice, pneumatice şi mixte.

5

Sistemele de acţionare mecanice folosesc ca energie de intrare energia potenţială sau pe

cea de deformaţie. Ele sunt utilizate cu precădere, pentru acţionarea unor mecanisme de

orologerie sau a mecanismelor transportate din structura aparatelor înregistratoare.

Sistemele de acţionare electrice utilizează ca agent purtător de energie şi informaţie

curentul electric. Ele s-au impus într-un număr mare de aplicaţii industriale, în special în

procesele care implică prelucrarea rapidă a unui volum mare de informaţii. Principalele

calităţi ale acestor sisteme sunt conferite de caracteristicile specifice componentelor

microelectronice: grad înalt de miniaturizare şi modularizare, fiabilitate ridicată, viteza de

răspuns mare, preţ de cost scăzut.

Sistemele de acţionare hidraulice utilizează ca mediu de lucru un lichid sub presiune.

Ele au apărut şi s-au dezvoltat rapid, în special datorită necesitaţii de a comanda şi regla forţe

şi momente mari şi foarte mari cu precizie ridicată; totodată, ele permit un control riguros al

poziţiei şi vitezei sarcinii antrenate. Reglarea puterii hidraulice transmise oferă posibilitaţi de

care nu se poate beneficia în cazul utilizării unor echipamente pur electrice sau mecanice.

Sistemele de acţionare pneumatice folosesc ca agent purtător de energie şi informaţie un

gaz sub presiune, de regulă aerul comprimat. Dacă la început utilizarea acţionării pneumatice

a fost exclusiv legată de mediile de lucru cu pericol de explozie sau incendiu, pe masură ce

echipamentele pneumatice s-au diversificat şi perfecţionat, preluând şi funcţii de comandă şi

control de la elementele electrice, acestea şi-au extins considerabil aria de explicaţii.

Soluţia optimă de acţionare din punct de vedere funcţional şi economic pentru fiecare

caz în parte se stabileşte printr-o analiză de sistem, pe baza unor criterii obiective care să

evidenţieze avantajele şi dezavantajele pe care aceste sisteme le prezintă pentru procesul

analizat. În majoritatea cazurilor sistemele de acţionare menţionate nu numai că nu se exclud

reciproc, ci din contră, se completează în mod armonios, conferind instalaţiilor performanţe

superioare.

Sistemele de acţionare hidraulice şi pneumatice îşi găsesc un câmp larg de

aplicabilitate în domeniul maşinilor-unelte (de uz general, agregate, linii automate, maşini cu

comandă numerică etc.). Aici există o gamă largă de posibilităţi de automatizare a operaţiilor

auxiliare, pornind de la cele mai simple manevre pana la cele mai complexe, efectuate de

roboţi industriali. Operaţii auxiliare ca:

- alimentarea cu piese şi scule;

6

- comutarea unor mecanisme în scopul schimbării unor caracteristici ale mişcării maşinii-

unealtă;

- deplasarea rapidă, frânarea, accelerarea sau blocarea diverselor subansabluri;

- poziţionarea sau indexarea unor subansambluri;

- protecţia maşinii şi a operatorului uman etc.

au o pondere importantă în cadrul timpului total care intră în relaţia de calcul a productivităţii

maşinii-unealtă. Deşi aceste operaţii nu sunt legate direct de generarea suprafeţelor, ele

influenţează de asemenea calitatea pieselor prelucrate atât prin precizia unor operaţii ca

poziţionarea corectă sau controlul operaţional, cât şi prin reducerea gradului de oboseală ce

influenţează capacitatea de lucru a operatorului. În consecinţă, automatizarea operaţiilor

auxiliare prezintă o importanţă deosebită, atât tehnico-economică (creşterea productivitaţii

muncii şi a calitaţii producţiei), cât şi socială (prin reducerea efortului fizic, şi deci a oboselii

muncitorului).

Se întâlnesc sisteme hidraulice şi pneumatice de acţionare şi automatizare la: maşinile

de broşat, de găurit, de alezat şi frezat, rabotat, la strunguri semiautomate şi automate, la

maşini de rectificat, de danturat.

Folosirea maşinilor-unelte agregat şi a liniilor automate în locul maşinilor-unelte

universale duce la creşterea productivităţii în producţia de serie.

Majoritatea maşinilor-unelte agregat şi liniilor automate fabricate în prezent folosesc

acţionarea hidraulică pentru realizarea poziţionării şi strângerii semifabricatului, transportării

şi orientării lui, precum şi pentru deplasarea diferitelor subansambluri. Circa 50% dintre

maşinile-unelte agregat, care lucrează de sine stătător sau fac parte de linii automate, au

capete de forţa cu acţionare hidraulică pentru realizarea avansurilor şi deplasarilor rapide.

1.2 Problemele actuale,tendinţe şi perspective în utilizarea sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice Din cele arătate în paragraful precedent rezultă tendinţa generală de extindere şi

diversificare a sistemelor hidraulice şi pneumatice de acţionare.

7

Creşterea complexităţii instalaţiilor tehnologice care se cer automatizate pe de o parte,

şi ridicarea cerinţelor de eficienţă şi productivitate la cote tot mai înalte pe de alta parte,

impun sistemelor de acţionare şi implicit echipamentelor hidraulice şi pneumatice de

automatizare ce intră în componenţa acestor sisteme de acţionare noi cerinţe şi anume:

- creşterea fiabilităţii şi preciziei funcţionale;

- îmbunătăţirea performanţelor statice şi dinamice;

- scăderea consumurilor de energie şi de materiale;

- miniaturizarea şi modularizarea echipamentelor sistemului;

- tipizarea şi perfecţionarea interfeţelor şi panourilor operator.

Fiabilitatea reprezintă un indicator calitativ de baza. Experienţa arată că "elementul

slab" al unui sistem de acţionare hidraulic sau pneumatic îl constituie mediul de lucru. De

exemplu, în cazul sistemelor de acţionare hidraulice, peste 80% din defecţiunile ce apar sunt o

consecinţă directă a transformărilor care apar în uleiul de lucru. Presiunea, viteza de curgere şi

temperatura contribuie în mod hotărâtor la îmbătrânirea lichidului de lucru. La rândul său,

această îmbătrânire accentuează fenomenul de uzură a elementelor componente ale sistemului

hidraulic, iar produsele uzurii abrazive şi erozive contribuie în mod substanţial la îmbătrânirea

mediului hidraulic de lucru.

Creşterea preciziei funcţionale presupune preocupari în acest sens înca din faza de

proiectare a sistemului de acţionare respectiv. Pentru aceasta se impune folosirea facilităţilor

oferite de proiectarea asistată de calculator. Totodată, în structura sistemului de acţionare

trebuie folosite echipamante hidraulice şi pneumatice cu performanţe statice şi dinamice

corespunzătoare funcţiilor pe care trebuie să le realizeze sistemul respectiv.

Scăderea preţului de cost al unui sistem de acţionare se poate realiza acţionându-se în mai

multe direcţii, şi anume:

- prin utilizarea în structura sistemului de acţionare de fiecare dată, când este posibil, a

unor echipamente hidraulice şi pneumatice de automatizare tipizate;

- prin utilizarea unor tehnologii adecvate de execuţie şi montaj; trebuie subliniat faptul că

aceste tehnologii nu sunt la îndemana oricui;

8

- prin utilizarea unor materiale noi, mai ieftine , uşoare, cu proprietăţi mecanice superioare,

uşor prelucrabile, accesibile.

Pe plan mondial se remarcă intense preocupări pentru obţinerea unor sisteme de

acţionare cu un consum enegetic cât mai scăzut. Dat fiind faptul că în hidraulica se

vehiculează puteri foarte mari, aici această problema capătă o importanţă deosebită.

De cele mai multe ori sistemele de acţionare hidraulice au o comportare mediocră din

punct de vedere energetic, datorată în primul rând incălzirii rapide a fluidului şi funcţionării

sistemului la temperaturi înalte. Aşa cum s-a arătat deja, creşterea temperaturii de funcţionare

peste limita admisibilă stă la originea funcţionării defectoase a numeroase sisteme hidraulice.

Deşi analizate separat echipamentele hidraulice prezintă caracteristici excelente,

performanţele sistemului de acţionare sunt de cele mai multe ori slabe, deoarece:

în timpul funcţionării sarciniile antrenate de motoarele hidraulice sunt

variabile şi anumite componente ale sistemului - în special pompele şi

motoarele -trebuie deseori să lucreze în condiţii defavorabile, îndepărtate de

cele care corespund zonei de randament optimal;

de multe ori există un dezechilibru funcţional între diferitele ramuri ale

circuitului, situaţie în care este necesară existenţa în sistem a unor aparate care

au rolul de a adapta nivelul energetic pe ramura pe care sunt montate, în

concordanţa cu nevoile acesteia; aceste aparate sunt adevărate "devoratoare"

de energie.

Soluţia pentru prima problemă constă în alegerea şi dimensionarea corectă a

componentelor circuitului, ţinând cont de ciclul de funcţionare. Ea se bazează mai ales pe

cunoştinţele, judecata şi experienţa celui ce proiectează sistemul de acţionare.

Soluţia pentru cea de-a doua problemă nu este aşa de simplă şi rezolvarea ei conduce

de multe ori la creşterea complexităţii sistemelor de acţionare. Pentru aceasta trebuie recurs la

echipamente mai adecvate, mai bine adaptate decat marea majoritate a lor.

Aceste echipamente pot fi numite "economizoare de energie" din cauza capacitaţii lor

de a reduce consumul de energie. Printre economizoarele de energie, pompele şi motoarele cu

cilindree variabilă constituie o clasă de aparate dintre cele mai eficiente. Cum se va arăta,

9

aceste aparate pot fi dotate cu diverse dispozitive de reglare a cilindreei - dispozitive ce permit

obţinerea unor performanţe înalte.

Sub denumirea de "economizoare de energie" pot fi incluse şi o serie de strategii aplicabile

circuitelor de debit fix, care antrenează o ameliorare a bilanţului energetic al acestor circuite.

În sfârsit, tot aici se pot include şi acumulatoarele, a căror utilizare permite obţinera

unor economii importante de energie şi multe situaţii.

Două dintre metodele cele mai eficiente de reducere a caracteristicilor energetice ale

sistemelor de acţionare hidraulice sunt:

-combinarea celor două tipuri de reglare a debitului prin metoda rezistivă şi volumică;

această metodă este utilizată cu succes la servosistemele hidraulice de urmărire automată;

acestea au în componenţa lor o servovalvă sau un distribuitor proporţional care îndeplineşte şi

funcţia de droselizare (reglare rezistivă) şi o pompă hidrostatică dotată cu regulator automat al

debitului (reglare volumică)

-utilizarea a doua circuite hidraulice independente: unul de forţă de tip volumic şi unul de

comandă de tip rezistiv.

Prin miniaturizare şi modularizare se obţine reducerea gabaritului şi greutăţii,

micşorarea consumurilor de materiale, a consumului de ulei sub presiune sau aer comprimat şi

implicit a cheltuielilor de execuţie şi explorare.Totodată, se realizează echipamente cu organe

în mişcare (plunjere, pistoane,supape,etc) de mici dimensiuni, deci cu o masă inerţială mică,

fapt ce facilitează o comportare dinamică superioară.

O preocupare permanentă în acest domeniu constă în realizarea de noi echipamente hidraulice

şi pneumatice de automanizare bazate pe principii noi de funcţionare, cu un consum energetic

redus. Acest aspect poate fi exemplificat prin:

- realizarea de echipamente proporţionale la care primul etaj de amplificare este realizat cu

fluide speciale, de exemplu fluide electro-vâscoase [1.1]; aceste fluide sunt suspensii de

particule mecanice hidrofile (silicogel, polimeri, ceramică) în ulei mineral sau siliconic; prin

punerea fuidului sub tensiune i se modifică vâscozitatea; dacă fluidul curge printr-o rezisţenta

capilară, modificarea vâscoziţătii determină modificarea diferenţei de presiune pe capilar,

diferenţa de presiune ce poate fi folosită pentru controlul elementului mobil al celui de-al

doilea etaj de amplificare al echipamentului proporţional;

10

- promovarea unor noi solii de etanşare, soluţii care elimină în totalitate pierderile de debit

din sistem şi permit depaşirea unor limite impuse de vechile soluţii de etanşare; se poate

exemplifica aici cu etanşarea folosită în construcţia cilindrilor fără tijă;

- realizarea unor echipamente de reglare şi control al debitului fără piese în mişcare.

O altă tendinţă constă în realizarea unor noi familii de echipamente hidraulice şi

pneumatice de automatizare. Până nu de mult presiunea era limitată în pneumatică la valori de

10.....12 bar, iar in hidraulică în valori de 320 bar. Aceste limite erau avute în vedere la

proiectarea echipamentelor de automatizare. S-au depus eforturi, şi realizările nu au întarziat

să apară în sensul proiectării şi realizării unor echipamente hidraulice şi pneumatice de

automatizare care să poată funcţiona normal la presiuni de lucru mult mai înalte, de ordinul

20...30 bar în pneumatică şi 800...1000 bar în hidraulică. Această tendinţă conduce la

reducerea substanţială a gabaritului echipamentelor, deci la miniaturizarea acestora, având ca

efect creşterea eficienţei economice şi a performanţelor dinamice.Totodată au fost proiectate

şi realizate compresoare de mici dimensiuni şi grupuri de pompare de tip "valiză" care şi-au

găsit o aplicabilitate imediată în atelierele mici şi mijlocii (de exemplu în atelierele auto).

Promovarea unor sisteme de acţionare mixte: electro-hidraulice, electro-pneumatice,

electro-pneumo-hidraulice a permis îmbinarea în mod armonios a calitaţilor fiecărui tip de

acţionare. S-au obţinut în acest fel sisteme de acţionare mai performante şi în acelasi timp s-a

lărgit aria de aplicabilitate a fiecarui tip de acţionare.

Apariţia echipamentelor proporţionale a permis realizarea unor noi sisteme de acţionare.

Aceste echipamente au fost promovate mai întâi în hidraulică, existând la momentul actual

realizării şi de echipamente pneumatice proporţionale.

În hidraulica clasică, controlul puterii se face cu ajutorul echipamentelor cu

funcţionare discretă, de tip "totul sau nimic". Din acest motiv sistemele de acţionare ce conţin

asemenea echipamente oferă puţine posibilităţi în ceea ce priveşte controlul vitezelor

organelor mobile ale motoarelor, poziţiei acestora, forţelor şi momentelor dezvoltate. În acest

fel nu se poate asigura nici precizia dorită şi nici rapiditatea acţionării respective.Totodată

modificarea programului de lucru al sistemului se face cu dificultate şi presupune uneori

introducerea în structura sistemului şi a altor asemenea echipamente. Iata de ce, de multe ori,

sistemul de acţionare capată o complexitate deosebită.

11

Inconvenientele prezentate mai sus (referitoare la precizia acţionării, la complexitatea

sistemului de acţionare, precum şi la flexibilitatea acestuia) sunt rezolvate prin utilizarea în

structura sistemelor de acţionare a unor echipamente proporţionale. Se spune despre un

echipament că este proporţional dacă marimea obţinută la ieşirea sa (debit sau presiune) este

proporţională cu un semnal de intrare, în general emis la distanţa printr-un potenţiometru, un

controller sau un automat programabil. Un prim exemplu de un asemenea echipament îl

reprezintă servovalva. Se obişnuieşte totuşi a se asocia termenul de hidraulică proportională

echipamentelor care au drept convertor un electromagnet proporţional. În categoria

echipamentelor hidraulice proporţionale se pot însă include, făra a se greşi, şi echipamentelor

care au drept convertor un motor de cuplu (cazul servovalvei) sau un motor de forţă.

Multă vreme, pentru a controla cu precizie viteza sau poziţia organului mobil al

motorului s-a utilizat un sistem de acţionare în bucla închisă ce avea în structura sa o

servovalvă. Asemenea sisteme au fost destinate, în primul rând, sectorului aeronautic.

Exigenţele de funcţionare şi preţurile practicate au limitat accesul la aceste echipamente

performanţe utilizatorului obişnuit.

Mult timp, între echipamentele de tipul "totul sau nimic" şi servovalvele nu a existat

ceva semnificativ. Progresele obţinute în realizarea electromgneţilor şi mai ales în domeniul

electronicii au schimbat datele problemei şi au deschis un nou drum pentru hidraulica

proporţională- realizarea unor echipamente proporţionale la care controlul puterii hidraulice

se obţine prin deplasarea unui sertar, prin intermediul unuia sau a doi electromagneţi

proporţionali. Aceste echipamente nu sunt aşa de performanţe ca servovalvele, dar ele satisfac

multe aplicaţii industriale şi sunt totodata mai simple constructiv, mai ieftine şi mai puţin

preţioase în ceea ce priveşte condiţiile de funcţionare. S-au depus eforturi, încununate de

succes, pentru perfecţionarea acestor echipamente, în principal în urmatoarele direcţii:

realizarea unor echipamente la care elementul mobil (de cele mai multe ori un

sertar cu mişcare de translaţie) sa aibă o masă cât mai mică, cunoscut fiind

faptul că masa acestuia este cea care determină viteza de reacţie a

echipamentului şi deci raspunsul în frecvenţa al acestuia; într-o servovalvă, de

exemplu, piesele în mişcare sunt de dimensiuni mici şi precise, deci

deplasărilor lor sunt rapide;

diminuarea histerezisului global specific unui electromagnet proporţional;

componenta mecanică a acestui histerezis a putut fi micşorată prin reducerea

12

frecărilor din lagărele armăturii mobile, iar componenţa magnetică, atât prin

alegerea corespunzătoare a materialului feromagnetic, cât şi prin suprapunerea

peste semnalul de comandă a unui semnal Dither; cele mai bune rezultate au

fost obţinute însă prin utilizarea unui reglaj automat al poziţiei armăturii

mobile.

Astăzi aceste echipamente sunt fiabile şi precise, pot fi comandate de la distanţa şi exista înca

reale perspective de perfecţionare a lor.

Se poate afirma ca cele două tipuri de echipamente amintite (servovalva şi

distribuitorul proporţional) s-au apropiat mai mult ca oricând. În timp ce servovalva s-a

adaptat industriei, putând fi folosită şi pentru pilotarea unui servodisribuitor, distribuitorul

proporţional este capabil să înlocuiască servovalva în numeroase aplicaţii.

De remarcat faptul că hidraulica proporţională n-a penetrat încă toate domeniile de aplicaţie,

existând posibilităţi nelimitate în acest sens. Se impune însa conformarea unor specialişti în

acest domeniu, cu cunoştinţe temeinice mecanice şi electronice.

Interfeţele de comandă ale acestor echipamente sunt realizate sub forma unor cartele

sau module. O tendinţă actuală de dezvoltare constă în integrarea electronicii de interfaţă

direct în construcţia echipamentului; acesta devine o structura de tip mecatronic, ce

controlează parametrul hidraulic prin intermediul unui semnal de comandă electric.Trebuie

însă rezolvate problemele noi legate de mediul ambiant şi în special de temperatura, care

influenţează hotărâtor funcţionarea la parametrii optimi a componentelor electronice.

13

1.3 Structura generală a unui sistem de acţionare Aşa cum s-a precizat deja în paragrafele anterioare, există o mare diversitate de sisteme de

acţionare hidraulice şi pneumatice cerută de multitudinea funcţiilor pe care aceste sisteme

trebuie să le îndeplinească. O analiză atentă a acestora permite identificarea în componenţa lor

a unor echipamente sau grupuri de echipamente cu funcţii similare. Pornind de la această

realitate se poate elabora o structură generală a unui sistem de acţionare hidraulic sau

pneumatic, structura prezentată în figura1.2.

În această structură se identifică la nivelul sistemului de acţionare SA două subsisteme

componente:

♦ subsistemul de putere, subsistem la nivelul căruia se transmite un flux energetic

important; în majoritatea cazurilor acest subsistem are în componenţa sa urmatoarele

echipamente:

-generatorul de energie , care transformă energia de intrare, furnizată de sursa de energie

primară SEP, în energia hidraulică în cazul sistemelor hidraulice de acţionare şi respectiv în

energie pneumatică în cazul sistemelor pneumatice de acţionare;

- elementele de reglare şi control al energiei ERC, care modifcă cei doi parametri de la

intrare ce caracterizează fluxul energetic, presiunea p şi debitul q, în concordanţă cu nevoile

mecanismului acţionat de către sistem, respectiv la valorile qm şi pm;

14

- motorul, care transformă energia specifică sistemului în lucru mecanic util.

Parametrul principal care caracterizează din punct de vedere calitativ acest subsistem este

randamentul , a cărui expresie este:

η=ηgenerator⋅ηERC⋅ηmotor=p⋅q

ωi⋅M i

⋅qm⋅pm

p⋅q⋅

ωe⋅M e

qm⋅pm

=ωe⋅M e

ωi⋅M i

=Ne

N i

Fluxul energetic este caracterizat prin perechi de marimi variabile, care descriu în orice

moment starea agentului de lucru ( presiune, debit) şi a organelor mobile ale pompei şi

motorului (moment, vieteza unghiulară sau forţa, viteza liniară). Aceste mărimi pot fi grupate

în:

-mărimi directe- cele care descriu starea de mişcare a fluidului (q,q m ) sau starea de

mişcare a organelor mobile (ωi,ωe);

-mărimi indirecte - cele care descriu starea de încărcare a fluidului (p, pm) sau a

organelor mobile (Mi,Mm);

♦ subsistemul de comandă, subsistem caracterizat printr-un flux informaţional; acest

subsistem grupează elementele ce realizează captarea, transformarea şi prelucrarea

informaţiilor directe; semnalele de intrare în acest subsistem pot proveni:

- de la subsistemul de putere (informaţii despre cei doi parametri ai fluxului energetic din

amonte (p şi q) şi respectiv din aval (pm si qm) de echipamentele de reglare şi control);

-de la mecanismul acţionat (ca semnale de reacţie);

-din exteriorul sistemului , de la un pupitru de comandă , de la un dispozitiv de

programare etc.

Semnalele informaţionale cu care lucrează acest subsistem pot fi electrice, pneumatice sau

hidraulice. Sistemul se numeşte omogen din punct de vedere energetic dacă în cele două

subsisteme ale sale se foloseşte acelaşi tip de energie.

15

1.4. Caracteristicile echipamentelor hidraulice şi pneumatice de automatizare Echipamentele hidraulice şi pneumatice de automatizare prezintă o serie de caracteristici

comune care le diferenţiează de celelalte tipuri de echipamente de automatizare. În acelaşi

timp, datorită proprietaţilor diferite ale mediului de lucru hidraulic în comparaţie cu mediul

pneumatic, cele două tipuri de echipamente se diferenţiează, la rândul lor, printr-o serie de

particularitaţi constructive şi funcţionale.

Caracteristicile economice

- în raport cu echipamentele mecanice , electrice , termice ele au cei mai buni indicatori

specifici economici (greutate\ unitate de energie, volum /unitate de energie, preţ /unitate de

energie);

- preţurile de cost ale acestor echipamente sunt de valori medii, chiar ridicate

(fabricarea lor presupune utilizarea unor tehnologii de execuţie şi montaj pretenţioase, iar

materialele folosite nu sunt numai materiale obişnuite).

Caractersisticile tehnice

- au o comportare dinamică superioară;

- realizează cu uşurinţă componentele de forţă, moment, precum şi diferitele regimuri de

mişcare;

- sunt caracterizate de raportare de amplificare foarte mari; ka= Pef/Pc=103....105, unde Pef

reprezintă puterea efectivă controlată de echipament, iar Pc puterea de comandă folosită:

- uzura redusă în timp, durabilitate şi singuranţă în exploatare;

- întreţinere uşoară;

- simplitate constructivă, robusteţe şi comoditate în exploatare.

Caracteristicile constructive

- posibilitatea tipizării, miniaturizării şi modularizării acestor echipamente;

-posibilitatea utilizării în construcţia acestor echipamente a unor elemente tipizate,

normalizate sau standardizate (elemente de ansamblare , garnituri etc.);

-posibilitatea realizarii lor cub forma de familii de echipamente de acelaşi tip;

16

-posibilitatea realizării unor construcţii modulare.

1.5. Avantajele şi dezavantajele sistemelor de acţionare hidraulice si pneumatice Dintre avantajele cele mai importante ale sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice,

care le fac să fie practic de neînlocuit în multe aplicaţii, se menţionează , pe scurt,

urmatoarele:

♦ Posibilitatea realizării unor forţe şi momente de valori mari şi foarte mari .

Așa cum se observă din relaţiile:

F=p·S1 (1.2)

M=bf·p·S1 (1.3)

forţele şi momentele dezvoltate pot fi controlate prin intermediul presiunii p.

Celelalte mărimi care intervin în aceste relaţii (suprafaţa încarcată cu presiune S i şi braţul

forţei bf) sunt mărimi constructive, deci constante în timpul funcţionării. Pentru echipamente

fabricate în ţară valoarea maximă a presiunii este de 320 bar pentru cele hidraulice şi 10…12

bar pentru cele pneumatice. Spre exemplificare, forţa maximă dezvoltată de un cilindru ce are

diametrul Dc= 50 mm are valoarea:

Fmax=( π ·Dc2·pmax ) / 4 =6,280 [daN]- în hidraulică şi

=235,5 [daN]- în pneumatică.

Aceste forţe şi momente se pot controla foarte comod cu ajutorul unor echipamente de

construcţie simplă, numite supape de presiune.

♦ Posibilitatea realizarii unui control riguros şi într-o plajă largă de valori a vitezei

ansamblului mobil al motoarelor liniare sau rotative.

Viteza de deplasare se reglează prin modificarea secţiunilor de curgere pe circuitul de admisie

sau evacuare din motor, respective prin modificarea debitului.Pentru controlul debitului se

folosesc drosele, distribuitoare ,regulatoare de debit, echipamente cu o construcţie relativ

simplă. Se poate realiza un reglaj discret sau un reglaj continuu, când se folosesc

17

echipamente proporţionale. Variaţia continuă a vitezei se poate realiza într-un domeniu foarte

larg:

Vmax/Vmin; ωmax / ωmin ≈ 103…5×103

În cazul motoarelor electrice de curent continuu aceste rapoarte au valoarea 10, iar în cazul

celor de curent alternative valoarea 100.

♦ Valoarea ridicată a raportului dintre forţa de utilă şi forţă de inerţie , respective dintre

momentul motor de ieşire şi momentul de inerţie:

Fu/Fi, Mu / Mi≈1000

De remarcat faptul că în cazul motoarelor electrice aceste rapoarte au valori de numai 4…6.

Acest lucru este posibil deoarece aceste echipamente au elemente în mişcare (sertare, supape,

arbori, tije, etc) de dimensiuni mici. Datorită maselor inerţiale mici şi a volumelor de fluid

mici antrenate în echipamentele hidraulice şi pneumatice de automatizare, controlul fazelor de

“START”, “STOP”, precum şi tranziţiile între diferitele regimuri de lucru se fac în timpi

foarte scurţi (tr=0,01…0,05 s). Frecvenţa de schimbare a sensului de mişcare poate ajunge

pâna la 500 inversări pe minut la motoarele hidraulice rotative şi pâna la 100 inversări pe

minut în cazul motoarelor hidraulice liniare de lungime mică.

♦ Posibilitatea supraîncărcării până la oprirea completă fără pericol de avarii. În sistemele

de automatizare hidraulice şi pneumatice există elemente speciale (supape de siguranţă,

acumulatoare etc) care au rolul de a proteja sistemul atunci când apar suprasarcini

accidentale. În acest mod restul elementelor sistemului nu sunt solicitate peste limitele

admise.

♦ Posibilitatea funcţionarii în orice condiţii de mediu.

Deoarece în majoritatea cazurilor aceste echipamente de automatizare sunt etanşate faţa de

exterior pentru a impiedica scurgerile de fluid, rezultă că ele pot lucra în orice condiţii de

mediu: cu pericol de explozie sau incendiu, cu grad înalt de umiditate etc.

Pe langa aceste avantaje importante, echipamentele hidro-pneumatice de acţionare prezintă şi

o serie de dezavantaje :

18

• Variaţia vitezei (turaţiei) cu sarcina din cauza fenomenului de compresiune şi a pierderilor

volumice. Acest dezavantaj caracterizeaza mai ales sistemele pneumatice, motiv pentru care

acestea nu pot fi utilizate pentru controlul précis al vitezei sau pozitiei.

La sistemele hidraulice mediul de lucru folosit fiind practice incompresabil acest dezavantaj

poate fi neglijat. Dar aceste sisteme trebuie protejate impotriva pătrunderii aerului în mediul

de lucru.

♦ Existenţa în sistemul de automatizare a unor pierderi de energie. În urma conversiei acestor

pierderi în energie termică preluată de către fluid, temperaturii acestuia creşte. Creşterea

temperaturii determină creşterea jocurilor funcţionale prin echipamentele sistemului şi

totodată scăderea vâscozităţii fluidului, cu consecinţe nefavorabile asupra performanţelor

sistemului. Acest fenomen este mai sesizabil în cazul sistemelor hidraulice. Aici, printr-o

dimensionare corectă a rezervorului, a conductelor de legătură, sau prin folosirea unor

echipamente speciale (numite schimbătoare de căldură), temperatura fluidului poate fi

menţinută în limite normale.

Pierderile de energie limitează viteza de curgere prin conductele de alimentare, precum şi

distanţa dintre sursa de energie şi locul aplicaţiei.

♦ Existenţa unor secţiuni de droselizare fine, de multe ori foarte fine, prin echipamentele

sistemului şi în consecinţa pericolul obturării lor impune utilizarea în structura sistemului de

automatizare a unor filtre (de exemplu la sistemele hidraulice o bună funcţionare presupune o

fineţe de filtrare de 5…10µm).

♦ Viteza mică de propagare a semnalelor de presiune prin mediul fluid în comparative cu

viteza semnalelor electrice, optice sau electromagnetice .Acest lucru limitează viteza de

răspuns a acestor echipamente, motiv pentru care se întâlnesc frecvent sisteme de

automatizare combinate electro-hidraulice şi electro-pneumatice.

♦ Necesitatea existenţei unor etanşări şi dinamice perfecte. Această condiţie este deosebit de

dură în cazul sistemelor hidraulice, unde nu sunt admise pierderi de lichid. Asigurarea unei

etanşări perfecte necesită tehnologii de execuţie complexe şi materiale de calitate, deci

costuri mai ridicate pentru echipamentele hidraulice în comparative cu cele pneumatice.

Aceste dezavantaje pot fi mult reduse sau chiar eliminate printr-o proiectare corectă a

sistemului de automatizare. De astfel, dezavantajele enumerate mai sus sunt minore în

19

comparaţie cu multiplele avantaje pe care le au aceste sisteme, afirmaţie confirmată de larga

răspandire a lor şi de tendinţa extinderii ariei lor de aplicabilitate.

20

CAP II. SISTEME DE ACŢIONARE HIDRAULICE

2.1 Structura unui sistem de acţionare hidraulic Dupa forma de energie utilizată se cunosc trei tipuri de sisteme de acţionare hidraulice:

sisteme de acţionare de tip hidrostatic –funcţionarea lor se bazează pe

presiunea statică a lichidului, obţinută ca o consecinţă a comprimării

acestuia;

sisteme de acţionare de tip hidrodinamic (cinetic)- funcţionarea lor se

bazează pe componenta dinamică a presiunii (la trecerea fluidului printr-un

ajutaj viteza de curgere creşte şi deci şi energia sa cinetică, iar in urma

impactului jetului de fluid cu paletele unei turbine o parte din această

energie este cedată arborelui turbinei);

sisteme de acţionare de tip alternativ (hidrostatic)-la aceste sisteme

transmiterea energiei hidraulice se face prin intermediul unei valori fixe de

fluid supus unui proces continuu de comprimare- destindere ce generează,

datorită compresibilitatii fluidului, unde de presiune.

Sistemele de acţionare de tip hidrostatic sunt cele mai întâlnite în tehnica, motiv pentru care în

acest capitol vor fi tratate numai aceste sisteme.

În figura 2.1 este prezentat un sistem de acţionare elementar ce conţine numai o pompă şi un

motor. Atât pompa cât şi motorul pot fi cu cilindree fixă sau reglabilă (paragraful 2.2.9).

Aceasta înseamnă că se pot întâlni patru tipuri de asemenea sisteme, şi anume:

1. sistem cu pompă fixă fig.2.1

şi motor fix fig.2.1

2. sistem cu pompă variabilă

şi motor fix

3. sistem cu pomă fixă

şi motor variabil

21

4. sistem cu pompă variabilă

şi motor variabil.

Fig.2.1

Pentru un asemenea sistem se urmăreşte în continuare stabilirea expresiei vitezei

unghiulare a arborelui motorului, ωe, şi a momentului dezvoltat la acest arbore ,Me. Pentru

simplificare se consideră ca sistemul este ideal, adică:

♦ la nivelul celor doua componente de baza ale sale (pompa si motor) nu exista pierderi de

debit şi nici momente de frecare rezistente;

♦ pe circuitul de legatura nu există pierderi de sarcină şi nici scăpari de ulei.

În aceste condiţii, pe de o parte debitul teoretic al pompei qP este egal cu debitul teoretic al

motorului qM, şi pe de alta parte cele doua aparate sunt supuse aceleiaşi diferenţe de presiuni

∆p.

Se pot scrie acum următoarele relaţii simple:

pentru pompă:

qp=Vp·ωi ( 2.1)

Mi=Vp·∆p (2.2)

Ni=Mi·ωi ( 2.3)

pentru motor:

qM=VM·ωe (2.4)

Me=VM·∆p (2.5)

Ne=Me·ωe (2.6)

pentru sistemul considerat:

qP=qM (2.7)

Ne=Ni (2.8)

22

ωe

ωi

=V P

V M (2.9)

M e

Mi

=V M

V P (2.10)

Relaţiile (2.9) şi (2.10) se pot scrie şi sub forma:

·ωe=ωi⋅

V P

V M

, M e=M i⋅V M

V P

Aceste ultime expresii arată că mărimile de ieşire şi Me pot fi modificate prin:

- modificarea cilindreei pompei, VP

- modificarea cilindreei motorului, VM

- modificarea mărimilor de intrare ωi şi respectiv Mi.

În cazul unui sistem dotat cu pompă cu cilindree fixă şi motor cu cilindree fixă,

cunoscut şi sub numele de „arbore hidraulic”, nu se poate realiza modificarea în timpul

funcţionării a raportului vitezelor unghiulare (ecuația 2.9) sau momentelor (ecuația 2.10);

aceste două rapoarte se stabilesc în faza de proiectare a sistemului când se decid valorile

pentru cilindreea pompei şi cea a motorului.

Un asemenea sistem este comparabil cu un angrenaj cu raport constant destinat sa

reducă sau să multiplice viteza unghiulară a arborelui de ieşire. Avantajul acestui sistem

hidrostatic este acela că el poate realiza transmiterea puterii la mare distanţă, lucru care pe

cale mecanică s-ar realiza cu dificultate.

Sistemele hidraulice mai evoluate permit controlul vitezei organului mobil al

motorului în ambele sensuri de deplasare, precum şi controlul momentului (forţei) dezvoltate

de către motor. Structura unui asemenea sistem de obţine prin particularizarea, pentru cazul în

care mediul de lucru folosit este un lichid, a structurii generale prezentate în paragraful 2.3,

figura 2.1, după cum urmează:

generatorul de energie în acest caz este o pompa hidraulică; acest echipament

transformă energia de intrare, furnizată de sursa de energie primară SEP în

energia hidraulica, pe care o livrează sistemul; cei doi parametri ce definesc

23

energia hidraulică sunt: presiunea p şi debitul q; cel mai adesea pompa

furnizează sistemului un debit fix, dar există şi construcţii de pompe cu debit

reglabil pompă; în ceea ce priveşte presiunea p ea depinde de sarcina existentă

în sistem, pompa fiind dimensionată astfel încât să lucreze corect pentru

presiuni pe circuitul de refulare mai mici decât o presiune maximă impusă

încă din faza de proiectarea sa;

echipamentele de reglare şi control ERC în acest caz au rolul de a modifica

cei doi parametri p şi q ce caracterizează fluxul energetic în concordanţa cu

nevoile mecanismului acţionat de către sistem MP, respectiv la valorile qm si

pm;

motorul în acest caz este un motor hidraulic şi are rolul de a transforma

energia hidraulică în lucru mecanic util.

În majoritatea cazurilor antrenarea pompei se face cu un motor electric MEA (fig.2.2), care la

rândul său transformă energia electrică de la intrare (caracterizată de tensiunea U şi curentul I)

în energia mecanică (caracterizată de viteza unghiulară ωi şi momentul Mi).

Fig.2.2

Se poate acum defini un sistem global de acţionare ca fiind compus dintr-o serie de

elemente electrice, hidraulice şi mecanice care transformă, printr-o serie de conversiuni

intermediare de energie, mărimea electrică de intrare Y i (tensiunea U şi curentul I) într-o

mărime mecanică de ieşire Ye ( caracterizată prin momentul M şi turaţia n în cazul în care

mecanismul acţionat MA are o mişcare de rotaţie, şi respectiv de forţa F şi viteza v în cazul în

care mecanismul acţionat MA are o mişcare de translaţie). Din structura globala a sistemului

24

de acţionare se distinge subsistemul hidraulic SH format din pompa P, echipamentele de

reglare şi control al puterii hidraulice ERC şi motorul hidraulic MH; acest subsistem realizează

o dublă conversie de energie (mecanică - hidrostatică la nivelul pompei şi hidrostatică –

mecanică la nivelul motorului) şi în același timp asigură mărimilor mecanice de ieşire (nm şi

Mm sau v şi F) valorile necesare organului final de lucru.

Calitatea deosebită a acestui subsistem constă tocmai în uşurinţa cu care realizează variaţia

acestor mărimi . Acest lucru se obţine prin intermediul blocului ERC care controlează şi

reglează cei doi parametri ai puterii hidraulice (presiunea şi debitul ) şi implicit marimile

mecanice de ieşire (n, v=f1(qm) şi M ,F=f2(pm)).

Acţionarea unui mecanism oarecare ( de exemplu arborele principal al unei maşini unelte sau

sania mobila a acesteia) constă în rotirea sau deplasarea acestuia cu turaţia n sau viteza v în

condiţiile în care asupra lui acţionează momentul rezistent M sau forţa rezistentă F, de către

motorul hidraulic MH rotativ sau liniar; în acest scop este necesară prezenţa debitului q şi a

presiunii p, furnizate de pompa P, pompa antrenată de motorul electric MEA, care absoarbe de

la reţea tensiunea U şi curentul I.

Din punct de vedere al circuitului hidraulic se întâlnesc două tipuri de sisteme de acţionare:

- sisteme cu circuit deschis(fig.2.3)- la aceste sisteme pompa aspiră fluidul de care are

nevoie dintr-un rezervor Rz şi-l refulează către circuitul

motorului; la nivelul acestuia din urma, dupa ce energia

hidraulică a fluidului este transformată în lucru mecanic, lichidul

este trimis către acelaşi rezervor.

fig.2.3

De cele mai multe ori pompa şi motorul ce intră în structura unui asemenea sistem sunt

cilindreea fixă.

Pentru a obţine deplasarea organului de ieşire al motorului (arbore-dacă motorul este rotativ,

sau tija - dacă motorul este liniar) în ambele sensuri este necesar ca în sistem să existe un

25

distribuitor. Pentru controlul debitului şi presiunii se impune existenţa în structura sistemului

a unor echipamente de reglare şi control ale acestor parametri.

Se recomandă folosirea acestor sisteme atunci când sunt controlate puteri mici.

Există totodată pericolul apariţiei fenomenului de cavitație la nivelul pompei şi de „spumare”

a lichidului din rezervor datorită turbulenţei. Iată de ce

se recomandă dotarea acestor sisteme cu rezervoare a caror

capacitate sa fie de cinci ori mai mare decât debitul maxim

furnizat de pompa sistemului. În plus, pentru a evita

poluarea fluidului cu agenţi externi, se recomandă

închiderea ermetică a rezervorului şi chiar punerea lui sub

presiune (o presiune joasă în jur de 50÷100kPa).

fig.2.4

Avantajele acestor sisteme sunt: răcirea bună a fluidului şi posibilitatea utilizării în

sistem a unui motor hidraulic cu camere active diferite sisteme cu circuit închis(fig.2.4)- la

aceste sisteme uleiul evacuat din motor este dirijat direct către conducta de aspiraţie a pompei,

făra a mai trece prin rezervor. Aceste sisteme se folosesc numai în situaţiile în care motorul

sistemului este unul rotativ (cu camere active egale). Din cauza pierderilor de debit existente

la nivelul pompei şi motorului cantitatea de fluid evacuat din motor este inferioară celei

refulate de către pompa iniţial.

Se impune deci compensarea acestor pierderi prevăzând fie o pompă cu autoaspirație,

fie o pompă auxiliară, numită pompă de supraalimentare.

Avantajul recurgerii la ultima soluţie este acela că fluidul este adus sub presiune ‚n

camera de aspiraţie a pompei principale, consecinţă fiind eliminarea posibilităţii apariţiei

fenomenului de cavitaţie.

La aceste sisteme capacitatea rezervorului este egală cu numărul de litri corespunzători

debitului pompei de supraalimentare (în general 15÷20% din debitul pompei principale a

sistemului). O circulaţie mai mică a fluidului în rezervor diminuează semnificativ riscul

poluării fluidului, precum şi pe cel al absorbţiei de aer în masa de fluid.

26

Pentru a obţine mişcarea arborelui motorului în ambele sensuri se inversează cilindreea

pompei .

Uneori, pentru răcirea uleiului, sistemul este astfel conceput încât aproximativ 5% din

volumul de ulei să poată fi eliminat din circuitul închis şi trecut printr-un răcitor.

Asemenea sisteme se utilizează în special pentru acţionarea utilajelor mobile, care cer

folosirea unor rezervoare puţin voluminoase.

La majoritatea sistemelor de acţionare hidraulice nu se realizează un control al

concordanţei mărimii de ieşire realizate cu cea programată, şi în consecinţă nu se asigură

întotdeauna o precizie suficienta mărimii de ieşire. Lărgirea ariei de utilizare a acestui tip de

acţionare a necesitat realizarea unor sisteme de reglare automată prevazute cu o serie de

elemente de măsurare şi comparare, elemente care intervin asupra mărimii de comandă în

scopul anularii eroii (neconcordanţei) apărute. Un sistem de reglare automat este în fapt un

sistem cu flux informaţional închis, având una sau mai multe legături de reacţie. Există

sisteme de reglare automată a poziţiei, vitezei, a turaţiei, a presiunii, a forţei. Un asemenea

sistem îşi realizează funcţia chiar şi în condiţiile existenţei unor mărimi perturbătoare. În

structura sa (fig.3.5) intră: motorul hidraulic MH, echipamentele de reglare şi controlul puterii

hidraulice ERCC şi proporţionale ERCP, senzori pentru diferite mărimi Si, interfaţa 1 şi

sistemul electronic de comandă SCE.

Sistemul electronic de comandă percepe şi memorează programul de lucru al

mecanismului acţionat, comandă şi supraveghează acest program, primeşte informaţii xr,i

privind: presiunea şi debitul de pe circuitul de refulare al pompei pRP şi qRP, presiunea şi

debitul de pe circuitul de admisie al motorului pAM şi qAM, starea mecanismului acţionat, starea

unora dintre convertoarele electro-mecanice CEM şi a echipamentelor hidraulice de reglare şi

control ERC, şi decide în timp real corecţiile xcj ce trebuie făcute pentru ca mecanismul

acţionat să evolueze după programul stabilit.

Mărimea de la intrarea unui sistem hidraulic poate fi: constantă (în cazul sistemelor de

reglare automată) ,variabila lege (în cazul sistemelor cu program) şi mai rar variabilă (în cazul

sistemelor de urmărire).

fig.2. 4

27

Astăzi, sistemele hidraulice de reglare automată sunt întâlnite într-un număr tot mai mare de

aplicaţii. La un asemenea sistem, în foarte multe cazuri, marime de ieşire x e este o mărime

mecanică: o deplasare (liniară sau unghiulară), o viteză (liniară sau unghiulară), o forţă sau un

moment. În figura 2.6 este prezentată schema bloc a unui asemenea sistem.

Traductorul Trr este corelat cu mărimea de ieşire, putând fi:

-un traductor de poziţie- liniară sau unghiulară;

-un traductor de viteză – liniară sau unghiulară;

-un traductor de fortă sau un traductor de moment.

fig.2.5

CAP III. SISTEME DE ACŢIONARE PNEUMATICE

28

3.1 Introducere Sistemele de acţionare pneumatice sunt preferate într-un număr mare de aplicaţii

industriale, din cele mai diverse sectoare, datorită unor calităţi incontestabile cum sunt:

robusteţea, simplitatea constructivă, productivitatea, fiabilitatea ridicată şi nu în ultimul rând

preţul de cost mai scăzut. În general, asemenea sisteme sunt folosite atunci când:

- trebuie controlate forţe şi momente de valori medii;

- viteza de deplasare a sarcinii nu trebuie să respecte cu stricteţe o anumită lege;

poziţionarea sarcinii nu trebuie făcută cu precizie ridicată;

- condiţiile de funcţionare sunt severe (există pericol de explozie, incendiu, umiditate etc.);

- trebuie respectate cu stricteţe o serie de norme igienico – sanitare (în industria alimentară,

farmaceutică, tehnica dentară).

Figura 3.1 pune în evidenţa locul

sistemelor de acţionare

pneumatice în raport

cu celealte tipurifig.3.1

de sisteme de acţionare

prin prisma forţei

controlate şi a

preţului de cost.

Trebuie subliniat faptul

că în timp ce în unele domenii fig3.1

sistemele pneumatice de acţionare intră în competiţie cu celelalte sisteme (electrice,

hidraulice, mecanice),în anumite aplicaţii ele se utilizează aproape în exclusivitate, fiind de

neînlocuit.

29

3.1 Structura unui sistem pneumatic de acţionare

fig 3.2

În figura 3.2 este przentat, spre exemplificare, un sistem de acţionare pneumatic. Acest

sistem de acţionare, un sistem simplu, are în componenţa sa urmatoarele echipamente:

motorul pneumatic MP, care transformă energia pneumatică de intrare în

lucru mecanic util;

elementele de reglare şi control ERC, care îndeplinesc urmatoarele funcţii:

-dirijează fluidul sub presiune , controlând astfel sensul de mişcare sarcinii antrenate de către

motor şi oprirea acesteia ( distribuitor pneumatic PD);

-reglează debitul la valoarea cerută de motor şi prin această viteză de mişcare a sarcinii

(droselele de cale DC1 si DC2);

-reglează presiunea în sistem , în corespondenţa cu sarcina antrenată;

30

generatorul de energie GE , care generează energia pneumatică necesară

sistemului; în practică pot fi intâlnite două situaţii:

-cand se dispune de o reţea de aer comprimat , caz în care energia necesară este preluată de la

aceasta reţea prin simpla cuplare a sistemului la unul din posturile de lucru ale reţelei;

-când nu se dispune de reţea de aer comprimat, situaţie în care trebuie apelat la un compresor,

ca în exemplul din fig 3.2;

În practică există o mare diversitate de sisteme de acţionare pneumatice.Totusi se poate vorbi

de o structură comună (fig 3.3) care pe langă echipamentele prezentate mai poate conţine:

Unitatea de comandă UC; la acest nivel se poate opta pentru un număr limitat de soluţii,

bazate pe:

-dispozitive electronice

-relee electromagnetice

-elemente logice pneumatice.

Dispozitivele electronice sunt cele care au cea mai largă utilizare.În această categorie

sunt incluse atât circuitele electronice, cât şi unităţile programabile. Foarte raspandite astăzi

sunt PLC- urile (“control logic programabil”), dar se constată o tendinţa de utilizare tot mai

mult a calculatoarelor personale pentru control.

Releele electromagnetice reprezintă un mijloc tradiţional pentru construcţia circuitului

cablat de control, chiar daca funcţia lor actuală se limitează la sisteme de acţionare relative

simple şi la operaţii de sigurantă, care de preferintă nu se încredinţează programelor software.

Elementele logice pneumatice se folosesc în sistemele de mici demensiuni, când se doreşte

obţinerea unor sisteme pur pneumatice din motive de ambianţă (pericol de explozie, de

incendiu, umiditate.) sau din motive de preţ de cost.

elementele de interfaţă l au rolul de a transforma semnalele de putere joasă, de

natură electrică sau pneumatică, furnizate de unitatea centrală, în semnale de

putere înaltă, de regulă de altă natură; exemplul cel mai sugestiv il constituie

electrovalva care transformă semnalele electrice primate de la unitatea de

comandă UC în semnale pneumatice;

31

senzorii şi limitatoarele de cursă sunt de cele mai multe ori electromecanice

dar pot fi şi pneumatice; alegerea lor este legată de tipul unitaţii de comandă;

elementele de intrare pot fi electrice sau pneumatice, natura lor fiind

dependenţă tot de tipul unitaţii de comandă.

fig.3.3

O primă clasificare a sistemelor pneumatice de acţionare se poate face dupa modul de

operare a sistemului în:

-sisteme proporţionale sau analogice

Sistemele proporţionale au specific ca marimea de ieşire este determinată de nivel

semnalului de intrare (impropriu se spune că această dependenţă este proporţională). De

exemplu, în cazul unui sistem care controlează forţa, pentru o anumită valoare a mărimii de

intrare, presiunea din sistem are un anumit nivel, caruia îi corespunde o anumită forţa. Orice

variaţie a presiunii determină modificarea forţei.

Un asemenea sistem este sensibil la perturbaţii externe. Aceste perturbaţii fac ca

semnalul de comandă să varieze accidental în jurul unei valori medii, riscul constând în

interpretarea perturbaţiei ca o modificare a semnalului de comandă, ceea ce va determina

modificarea mărimii de ieşire din sistem.

Mai sigure din acest punct de vedere sunt sistemele digitale. Într-un asemenea sistem

contează numai nivelele discrete ale semnalelor. De cele mai multe ori se lucrează cu două

nivele ale semnalului, prezentă sau absenţa semnalului, semnalele ”on-off”, sau semnalele

32

”totul sau nimic”. Din punct de vedere al logicii algebrice existenţa semnalului este

echivalentă cu „1”, iar absenţa semnalului cu „0”.

Pentru o mai bună înţelegere se consideră un distribuitor pneumatic clasic comandat

pneumatic (fig 3.4). Se va urmări variaţia semnalului de ieşire

fig.3.4

(presiunii pA) în funcţie de marimea de intrare – presiunea de comandă pc.

Atunci când presiunea de comandă pc este nulă, presiunea la orificiul d

consumator A al distribuitorului, masurată cu manometrul MA, este de asemenea nulă (punctul

O din fig 3.4); distribuitorul materealizează câmpul (0). Crescând presiunea p c manometrul

MA indică o presiune nulă până când presiunea de comană reuşeşte sa învingă forţa rezistentă

datorată arcului şi frecările interne, acest lucru se întâmplă când presiunea de comandă atinge

valoarea pc1 (punctul B de pe grafic).În acest moment distribuitorul comută, materializează

poziţia (1), iar la orificiul de ieşire A se măsoară presiunea pa (punctul D de pe grafic).

Creşterea ulterioară a presiunii de comandă nu modifică presiunea de ieşire. Reducând

acum presiunea de comandă, presiunea de ieşire rămâne la valoarea pa pana ce presiunea de

comandă devine pc2 ( punctul E de pe grafic); se observă că datorită frecărilor (fenomenului de

histerezis) se depăşeşte punctul D. În punctul E se realizează comutarea şi presiunea de ieşire

devine zero (se trece punctul F ). Reducerea în continuare a presiunii de comandă face să

parcurgă traseul de la F la O fără a se modifica presiunea pA. Diagrama din figura 3.4 pune in

evidenţa două presiuni diferite de comutare pc1 şi pc2, datorită existenţei fenomenului de

histerezis.

33

În concluzie, oricare ar fi presiunea de comandă pc> pc1 la orificiul de ieşire al

distribuitorului există presiune , deci semnalul de ieşire este „1”, în timp ce oricare ar fi

presiunea de comandă pc>pc2 la orificiul de ieşire presiunea este zero, deci semnalul de ieşire

este „0”. Între valorile pc1 şi pc2 semnalul de ieşire depinde de modul în care este parcurs

ciclul. În ceea ce priveşte presiunea de comandă se consideră p =1 dacă pc > pc1 şi p =0 dacă

pc < pc2.. În intervalul [pc2 ,pc1 ] presiunea de comandă nu este definită.

Echipamentele pneumatice dintr-un sistem pneumatic de acţionare pot funcţiona la

presiuni de lucru diferite. Cele ce sunt conectate direct cu motorul (distribuitoarele, supapele

de sens, droselele, supapele de presiune) uzual lucrează la presiuni de 8...10 [bar]. Dacă

echipamentul are numai rolul de a genera semnale logice, fară a interveni în fluxul principal

de putere, presiunea de lucru poate fi redusă. Din această categorie fac parte atât elementele

logice pneumatice, care pot să lucreze la presiuni de 3...4 [bar], cât şi elementele

micropneumatice cu membrană care lucrează la presiuni de 1,4...2,5 [bar]. În sfârşit, pentru

funcţii speciale se poate apela la elementele logice fluidice care au presiuni de lucru de 0,1....1

[bar].

Echipamentele pneumatice se pot împărţi în echipamente active şi elemente pasive ,

după modul de obţinere a semnalului de ieşire.

Sunt active acele echipamente la care semnalul de ieşire provine de la o sursa de

presiune constantă. În acest caz semnalul de comandă are numai rolul de pilotare. Aceste

echipamente pot avea la ieşire semnale mai mari decât cele de comandă. Se realizează astfel o

regenerare a semnalului şi chiar o amplificare a acestuia graţie energiei furnizate de sursa de

presiune constantă.

Echipamentele pasive au specific faptul ca semnalele de ieşire se obţin direct dintr-un semnal

de intrare. Aceste echipamente nu necesită o legatură suplimentară cu sursa de energie, dar

semnalul de ieşire nu numai că nu este amplificat, dar are un nivel energetic mai scăzut,

datorită pierderilor de presiune şi debit care apar în urma curgerii prin echipament.

34

Cap IV. PUNEREA ÎN FUNCŢIUNE ŞI ÎNTREŢINEREA INSTALAŢIILOR HIDRAULICE

4.1 Punerea în funcţiune şi întreţinerea instalaţiilor hidrauliceÎnainte de a apăsa pe butonul care alimentează motorul electric de antrenare a pompei, şi deci

de a porni efectiv instalaţia hidraulică, este necesară cunoaşterea modului ei de funcţionare, a

documentaţiei de instalare şi punere în funcţiune.

Punerea în funcţiune are loc în două etape:

35

în prima etapă se verifică respectarea schemei hidraulice.

Se efectuează conectarea şi curăţirea instalaţiei,

verificarea la presiune şi alimentarea cu lichid;

în etapa a doua, se porneşte instalaţia şi se reglează, după

care se verifică corectitudinea funcţionării.

4.2 Conectarea instalaţiilor hidrauliceDacă instalaţia hidrauică este antrenată de motoare electrice de curent alternativ, se va face

conectarea la reţea (cu pornire directă pentru motoare cu putere mai mică de 10 kW şi prin

conectare stea-triunghi pentru motoare mai mari) şi se vor executa toate legăturile electrice

necesare conectării aparatelor hidraulice comandate electric precum şi conexiuniile senzorilor,

traductorilor, aparaturii de control şi semnalizare.

Pentru utilaje mobile, conectarea instalaţiei înseamnă de fapt, conectarea pompei la motorul

termic de antrenare intermediul prizei de putere. Ea poate fi antrenată permanent sau prin

intermediul unui cuplaj decuplabil (ambreiaj).

4.3. Curăţirea instalaţieiSe recomandă ca înainte de pornire, să se facă curăţirea întregii instalaţii de impuritaţile care

au pătruns la montaj. Aceasta se face cu un stand de serviciu, echipat cu o pompă cu debit

reglabil.

Standul lucrează cu acelaşi fel de lichid de lucru ca cel al instalaţiei ce urmează a fi spălată.

Reglarea debitului se face astfel ca prin instalaţiei să circule lichid cu v≥7m∕s.

Pentru filtrare se folosesc filtre de hârtie, cu fineţe de 10µm, cu semnalizator de îmbâcsire.

Această operaţie de curăţire se face înainte de cuplarea motoarelor hidrostatice cu

mecanismele ce trebuie acţionate. Dacă instalaţia are una sau mai multe supape de siguranţă,

acestea se vor regla la pminim.

36

4.4. Alimentarea cu lichid de lucruAlimentarea cu lichid de lucru se face conform documentaţiei tehnice, cu tipul de ulei indicat.

La alimentare se va urmări umplerea conductelor şi aparatelor , desfăcând pe rând capetele

circuitelor hidraulice. Este util să existe dopuri de aerisire. Umplerea corecta uşurează

aerisirea.

4.5. Pornirea instalaţieiPornirea se face de regulă “în gol“, evitând astfel vârfurile de solicitare la pornire. Pornirea

“în gol„ se poate realiya pe mai multe căi, funcţiei de natura acţionării şi de schema de

funcţionare a instalaţiei. Dacă instalaţiei o permite, se recomandă creşterea treptată a

debitului, ceea ce ar evita pierderile de lichid de lucru datorită unor neetanşeitaţi.

La pornire se executa următoarele verificări:

- corespondenţa sensului de antrenare a motorului cu cel al pompei –se verificăprin

porniri scurte (5 secunde). Dacă antrenarea este electrică, schimbarea sensului se

execută cu motorul decuplat de la reţeaua electrică:

○prin schimbarea polaritaţii (la motor de curent continuu),

○ prin schimbarea între ele a două faze (la motor trifazat de curent alternativ).

În cazul motoarelor termice, se va alege o pompă hidraulică cu sensul de rotaţie pentru

funcţionare corespunzător sensului motorului.

- corectitudinea circuitului de aspiraţie a pompei se verifică măsurând presiunea la

intrare în pompă. Dacă aceasta are valori pozitive, nu sunt probleme de funcţionare.

Dacă însă se înregistrează o depresiune ce depăşeşte indicaţia tehnică a fabricantului

de pompă, atunci trebuie luate măsuri de modificare a circuitului de aspiraţie, în ideea

micşorării căderilor de presiune.

4.6. Dezaerarea instalaţieiOperaţia se face lăsând instalaţia să funcţioneze sub sarcină. În timpul acestei operaţii, dacă

este posibil, se micşorează debitul pompei la jumătate, fie prin reducerea turaţiei de antrenare,

fie prin cuvănt care nu se iţțelegecilindreei pompei.

37

La instalaţiile dispuse sub nivelul rezervorului, aerisirea se face de la sine, în timpul

funcţionării. Dacă sunt agregate amplasate peste nivelul reyervorului , este necesar să se

prevadă dopuri de aerisire care se slăbesc pentru evacuarea aerului şi apoi se strâng la loc.

După 5-10 minute de funcţionare, instalaţiei se opreşte şi se verifică lichidul de lucru:

- dacă a spumat, se aşteapta 10-20 minute pâna se dizolvă

spuma.

- Dacă a scăzut nivelul sub cel admis, se completează cu

acelaşi tip d ulei.

După dizolvarea spumei, se repetă aerisirea. Dacă şi la sfârşitul acestuia lichidul de lucru este

spumat, atunci este necesară o verificare a etanşeitaţii conductei de aspiraţii.

4.7. Reglarea instalaţieiAceastă fază cuprinde operaţii de reglare a mărimilor hidraulice, legate de funcţionarea

instalaţiei, cât şi a unor mărimi mecanice legate de funcţionarea utilajului acţionat.

La efectuarea reglajelor, se începe cu cele de presiune, şi apoi cu cele de debit, putere şi

temperatură.

Reglarea supapelor se face imediat după verificarea presiunii.

Reglarea debitelor se face variînd turaţia de antrenare a pompei, modificând cilindreea

pompei sau cu ajutorul regulatoarelor de debit ajustabile.

4.8 . Întreţinerea instalaţiilor hidrauliceScopul întrţşinerii este menţinerea utilajului în stare de funcţionare, la parametri proiectaţi, pe

o durată de funcţionare cât mai lungă.

Întreţinerea cuprinde operaţii de inspecţie, revizie, alimentări şi reparaţii.

Proiectantul instalaţiei trebuie să aibă în vedere operaţiile de întreţinere încă de la concepţie şi

trebuie să le includă în documentaţia tehnică a maşinii, astfel încât utilizatorul să le poată

efectua uşor şi eficient.

38

În prima perioadă de funcţionare (50-100 ore) trebuie efectuate o serie de lucrări de

întreţinere. Importante pentru durabilitatea instalaţiei.

La sfârşitul perioadei de verifică toate reglajele, se înlocuieşte lichidul de lucru, care este

verificat în laborator pentru a aprecia gradul de contaminare şi a se găsi cauzele.

Se verifică de asemenea:

- fixarea corecta a conductelor şi starea lor;

- fixarea limitatoarelor de cursă;

- scurgerile pe drenaj;

- etanşarea racordurilor;

- încălzirea agregatelor hidraulice şi în special a celor ce realizează mişcarea;

- sistemul de oprire în caz de avarie.

In perioada de exploatare normală se execută lucrări generale, care se aplică tuturor

instalatiilor hidraulice şi lucrări specifice instalatiei date.

Volumul şi frecveţta opţiilor de întreținere fiind strâns legate de parametri de fiabilitate, sunt

determinate de gradul de defectabilitate admis.

Operaţie – Frecvenţa întreţinere

Zil

nic

Săp

t.

Lu

nar

Tri

m.

Sem

.

An

ual

VERIFICĂRI

- Nivel lichid de lucru în rezervor

- Conţinut impuntăţii în lichidul de lucru

- Nivelul de zgomot produs de elemente

componente

- Incălzirea excesivă a elementelor

componente

- Etanşarea racordurilor

x

x

x

x

x

x

39

- Starea conductelor flexibile

- Funcţionarea limitatoarelor de cursă

- Funcţionarea sistemelor de avarie

- Starea inelelor de radere la tijele

cilindrilor a sertarelor distribuitoarelor

- Starea burdufurilor de protecţie la

elementele hidraulice

x

x

x

x

MĂSURĂTORI

- Temperatura lichidului de lucru după o

oră de funcționare

- Durata ciclului de lucru

- Determinarea pierderilor pe circuitele

de drenare

- Căderea de presiune pe filtru

- Presiunea (depresiunea) la orificiul de

admitere în pompă

- Reglajul supapelor de siguranţa

- Determinarea în laborator a

caracteristicilor lichidului de lucru

x

x

x

x

x

x

x

OPERAŢII TEHNOLOGICE

- Curăţirea exterioară a instalaţiei

- Scurgerea condensului din rezervor

- Curăţirea (înlocuirea) filtrului de

aerisire

- Înlocuirea (spălarea) filtrelor

x

x

x

1

x

x

40

- Curăţirea sorbului

- Curăţirea rezervorului

- Înlocuirea elementelor intens solicitate

(inele de radere, furtunuri în mişcare

solicitate la pulsaţii de presiune, piese

uzură)

- Curăţirea elementelor hidraulice

- Curăţirea lichidului de lucru (cu

instalaţie auxiliară)

- Înlocuirea lichidelor de lucru

x

x

x

x

x

x2

Conductele flexibile se înlocuiesc, cel puţin, o data la 3 ani

În tabelul de mai sus sunt prezentate drept exemplu lucrările generale de întrţținere, pentru o

instalţie cu un grad mediu de solicitare şi funcţionare în încăperi închise fără surse de

contaminare.

În cadrul operațiilor de întreţinere trebuie acordată o importanţă deosebită eliminării

scurgerilor, deoarece aceasta favorizează impurificarea instalaţiei (prin operţția de

completare) şi măreşte consumul de lichid de lucru

Dotare pneumatica - Dispozitiv mecatronic de găurire - Set de bază pneumatic- Fig1

Descriere: 64054 Dispozitiv mecatronic de gaurire – Set de baza pneumatic

Dispozitivul mecatronic de gaurire este o lucrare de proiect, cu ajutorul careia puteti transmite

cele mai importante competente ale instruirii de mecatronica. Dupa realizarea ei o puteti

utiliza pentru cautare de erori sau reasamblari.

Durata ca. 10 saptamani

41

Formați următoarele competente:

* Așchiere manuala si mecanica

* Îmbinare

* Instalarea de blocuri electrice

* Realizarea si testarea de comenzi electrice, pneumatice si hidraulice

* Asamblarea de componente si blocuri in sisteme

* Punerea in functiune si deservirea sistemelor mecatronice

Setul pneumatic contine toate supapale si conexiunile necesare pentru realizarea comenzilor

pneumatice

Dotare hidraulica - Poarta rulantă - Set complet de materiale - Fig2

DESCRIERE: Poarta rulanta – Set complet de materiale

Se livreaza:

* Dulap cu sistemul de comanda

* Placa adaptor

* Placa senzor

* Placa cu electronica

* Poarta rulanta

* Sistemul mecanic

* Sistemul pneumatik

* Sistemul electric

* Sistemul senzoric

42

Problema propusa este functionarea automata a unei porti rulante, actionata prin

intermediul unui motor trifazic cu reductie. Comanda are loc prin bariere optice instalate pe

ambele laturi ale portii. Poarta va fi blocata suplimentar prin cilindrii index.

In functie de temperatura exterioara o suflanta produce o perdea de aer, reglata printr-un

sistem de clapete pentru aer actionate prin cilindrii.

Numarul de actionari ale portii la temperatura exterioara rece si calda va fi inregistrat.

Aceasta lucrare de proiect realizata la societatea Volkswagen Coaching GmbH poate

transmite elevului cunostinte din urmatoarele domenii tehnologice:

Tehnica de securitate

* Aplicarea si verificarea masurilor de protectie

* Aplicarea normelor de prevenire a accidentelor

* Asmblarea si conectarea de componente electrice

* Intocmirea documentatiei tehnice

* Punerea in functiune si controlul instalatiei

* Depistarea si inlaturarea defectiunilor la comenzi electrice

SPS Simatic S7

* Cunoasterea si aplicarea normelor DIN si VDI

* Programarea de operatii binare si digitale

* Configurare de hardware

* Salvare si stocare de programe

* Editare de blocuri si simboluri

* Montare de sisteme de automatizare

* Punerea in functiune de hardware

43

Electronica

* Aplicarea tehnicilor de lipire

* Aplicarea componentelor optoelectronice

* Utilizarea tehnicii analogice si digitale

* Alegerea si dimensionarea componentelor active si pasive

* Punerea in functiune a montajelor electronice complexe

* Cautarea sistematica a erorilor in montaje electronice complexe

Instalatii de forta

* Masuri de protectie si de securitate

* Bazele tehnicii curentului trifazic

* Montarea circuitelor de motoare si punerea lor in functiune

* Aplicarea metodelor de masurare si testare

* Constructia si caracteristicile masinilor electrice

Senzorica

* Bazele senzoricii

* Tipuri de senzori

* Compunerea senzorilor

* Senzori ca elemente de comanda

* Aspecte speciale

Pneumatica

* Citirea schemelor

* Bazele fizice

44

* Constructia si functiunile componentelor

* Asamblarea de montaje si punerea lor in functiune

Mecanica

* Citirea desenelor tehnice

* Bazele prelucrarii metalelor

* Realizarea de imbinari metalice

* Realizarea de componente si blocuri mecanice

* Alegerea si manuirea uneltelor si masinilor de prelucrare

Recomandat:

Concept de instruire

64112 Poarta rulanta – materiale pentru elev

64111 Poarta rulanta – materiale pentru instructor

Anexe

45

Fig 1 Dotare pneumatica - Dispozitiv mecatronic de gaurire - Set de baza pneumatic

Fig 2 Dotare hidraulica - Poarta rulanta - Set complet de materiale

46

Bibliografie

1. Avram M. Acţionări hidraulice şi pneumatice, Editura Universală Bucureşti, 2005;

2. Avram M. Echipamente şi sisteme clasice şi mecatronice, Editura Universală Bucureşti,

2005;

3. Alixandrescu N., Avram M., Udrea C., ş.a. Roboţi industriali şi manipulatoare – acţionări,

îndrumar de laborator, Tipografia U.P.B..,1997;

4. Banu, V. Echipamente hidropneumatice pentru automatizare, Partea I, Tipografia U.P.B.,

București;

5. Cosoroabă V., Demetrescu Th., George – Azuga, Ghe., Acţionări pneumatice, Editura

Tehnică Bucureşti 1971;

6. Avram M., Construţția şi exploatarea echipamentelor de automatizare, Partea I U.P.B.,

Bucureşti 1997;

47

7. Vasile, D., Vasile N., Catană I., Transmisii hidraulice şi electro-hidraulice, Vol. II,

Reglarea maşinilor hidraulice volumice, Editura Tehnică Bucureşti 1997;

8. Oprean, A., Hidraulica maşinilor unelte, Editura Didactică şi pedagogică, Bucureşti 1983;

9. Tudor D., Banu V., Avram M, Acţionări în mecanică fină, Tipografia U.P.B., Bucureşti

1999

Adrese internet: www.impex.ro

48