DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

1. GeneralitatiDistribuitoarele (valvele) sunt aparate pneumatice cu rolul de a distribui

energia pneumatică pe anumite circuite, în functie de comenzile pe care le primeşte.Distribuitoarele sunt de neînlocuit, practic neexistând circuit pneumatic (sau hidraulic) care să nu aibă cel putin un distribuitor.

Se executa intr-o mare varietate tipo-dimensionala, functie de mai multi parametri, cum ar fi: numarul de cai si pozitii, tipul de comanda, solutia constructiva, cuplul de materiale, domeniul de utilizare, etc.

Orice distribuitor se compune din două părţi principale: partea (etajul) de comanda şi partea (etajul) de distributie. Partea de comandă permite controlul distribuitorului prin activarea etajului de

distribuţie conform nevoilor de functionare a instalatiei. Partea de distribuţie realizeaza conexiunile între orificiile de intrare si cele de

iesire, conform schemei de comutare, la primirea unei comenzi.

2. Comanda distribuitoarelorDespre multiplele posibilitati de comanda a distribuitoarelor s-a discutat

deja capitolul precedent. Vom detalia aici comanda electrica, deoarece este cea mai des intilnita si, ca element de interfata electrica/pneumatica pune cele mai mari probleme. In figura 1 esre reprezentat etajul de comanda electro-pneumatica al unui distribuitor; cu mici deosebiri, aceasta structura se intilneste la toate distribuitoarele comandate electric, indiferent de tip, marime sau producator.

Structura si functionarea etajului de comanda electro-pneumatic

1- armatura mobila 2- bobina3- armatura fixa4- piulita de fixare a

bobinei5- saiba antivibratie6- corp distribuitor7- resort8- intrefiera, b, c- orificii

Fig.1a Fig.1b

1

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

In figura 1a etajul de comanda nu este activat; se poate vedea ca garnitura inferioara a armaturii mobile inchide orificiul b, iar orificiile a si c sint conectate.

In acest moment putem discuta de doua scheme de distributie, dupa cum urmeaza:a) Orificiul a este cel de alimentare a comenzii, orificiul b asigura conectarea la atmosfera iar orificiul c este orificiul de comanda, deci cel care duce la camera de comanda a sertarului ( in aceasta pozitie camera de comanda este conectata la atmosfera).

Cind bobina este alimentata, cimpul magnetic care se inchide prin armatura fixa si cea mobila determina aparitia unei forte de atractie intre armaturi; armatura mobila, atrasa de cea fixa, va comprima resortul si va culisa in sus, blocind orificiul a si conectind intre ele orificiile b si c (vezi figura 1b). Ca urmare, aerul din orificiul a va ajunge in camera de comanda a sertarului si il va comuta fie direct, daca avem un distribuitor cu comanda directa, fie prin intermediul unui pilot, daca distribuitorul este pilotat.

ATENTIE! La distribuitoarele de mici dimensiuni, utilizate exclusiv in etajele de comanda sau pentru actionarea cilindrilor de mici dimensiuni, etajul de comanda este unul si acelasi cu cel de distributie, adica, in cazul (a), orificiul a are functia P, orificiul b este R, iar orificiul c are functia A. Schema distribuitorului este in acest caz 3/2 NI.

b) Orificiul b este de alimentare cu presiune, orificiul c este consumator, iar a este orificiul de conectare la atmosfera. In acest caz avem de-a face cu un distribuitor 3/2 ND, de mici dimensiuni, utilizat exclusiv in etajele de comanda sau pentru actionarea cilindrilor de mici dimensiuni.

Indiferent de solutia constructiva adoptata, in functie de amplificarea semnalului de comanda avem doua tipuri de distribuitoare:

- Cu comanda directa- Cu comanda indirecta (pilotata)

In cazul celui cu comanda directa, figura 2a, semnalul de comanda se aplica direct pe suprafata capatului elementului de distributie (numit aici sertar, ST); ca urmare, forta de impingere F care va deplasa sertarul intr-o alta pozitie este data de produsul

F = p x S, unde p este presiunea de comanda, iar S este suprafata capatului de sertar;

2

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

In cazul distribuitorului cu comanda indirecta (pilotata) semnalul de comanda (vezi figura 2b) se aplica unui element (subansamblu) intermediar, numit pilot, care ofera o suprafata de apasare a presiunii sensibil mai mare decit sertarul si care se sprijina pe acesta; de aceasta data, forta de impingere F1 care va deplasa sertarul intr-o alta pozitie va fi amplificata si va avea expresia:F1 = p x S1,unde S1 este suprafata pilotului; se constata ca forta de apasare asupra sertarului in cazul pilotarii este mai mare, depinzind in mod direct de suprafata S1.

Avantajele comenzii cu pilotare:

In principiu, gabaritul unui distribuitor creste cu debitul care il traverseaza; in acelasi timp, datorita dimensiunilor mai mari si efectelor curgerii aerului prin aparat cresc si fortele rezistente care se opun comutarii, deci este necesara o forta de comanda mai mare; in situatia in care apare limitarea presiunii disponibile, pilotarea rezolva problema, oferind o forta de comanda mai mare la aceeasi presiune;

In cazul precedent, chiar daca nu apare limitarea presiunii disponibile, utilizarea pilotarii permite realizarea de economii notabile in privinta consumului de aer;

In general, utilizarea pilotarii permite reducerea presiunii de comanda, adica economisirea de energie; de obicei, instalatiile echipate cu acest tip de aparate sint prevazute cu doua circuite de alimentare cu aer, unul de forta (de exemplu la p = 7 bar) si unul de comanda (de exemplu la p = 2,5 bar);

In oricare din situatiile de mai sus, pilotarea asigura o rezerva de forta de comanda ce face mai sigura functionarea aparatelor in cazul micsorarii accidentale a presiunii de comanda;

2. Clasificarea distribuitoarelor

3

Fig. 2a Fig. 2b

Fig. 3 a,b

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

In schema de mai jos este prezentata o clasificare a distribuitoarelor dupa solutia constructiva a organului de distributie:

2.1 Distribuitoare cu

sertar: elementul care realizeaza distributia este un subansamblu numit sertar, avind o anumita configuratie; acesta se sprijina si se ghideaza intr-un locas corespunzator din corpul distribuitorului fie direct, fie prin intermediul garniturilor de etansare/ghidare si realizeaza fata de acesta diferite tipuri de miscari;

2.1.1 Distribuitoare cu sertar rotativ: sertarul executa o miscare de rotatie fata de corpul aparatului;

a) Distribuitoare cu sertar rotativ conic: in figura 3 este reprezentat un aparat din aceasta categorie avind schema de comutare 2/2 si acţionarea manuală. În corpul 1 este practicat un alezaj conic, în care se montează sertarul rotativ 2, comandat manual prin pârghia 3. Distribuitorul este reprezentat în poziţia deschis, când orificiul P este conectat la consumator (figura 3a) şi în poziţia închis, când cele 2 orificii sunt izolate(figura 3b).

Este un aparat robust, simplu si compact.

Datorita auto-rodajului realizat intre corp si carcasa etanseaza bine si este mult utilizat in instalatii pneumatice, de apa, de alimentare cu gaze, etc.

Distribuitorul cu sertar sferic are aceeasi structura simpla si robusta, cu deosebirea ca sertarul are o forma sferica si este realizat de obicei din teflon.

4

2.1 Cu sertar

a)Conic sau sferic

b)Plan

2.1.1Rotativ2.1.2Rectiliniu

a)Plan

b)Cilindric

b1) Cu etansari mobileb2) Cu etansari fixe

2.2 Cu membrane2.3 Cu supape

2.4 Alte tipuri

Fig. 4

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

b) Distribuitorul cu sertar rotativ planSchema de comutare este 4/3 cu centrul închis, cu reţinere pe poziţie, comandat manual cu pârghie; este alcătuit din corpul C şi sertarul rotativ plan S, solidar cu pârghia de comanda (vezi figura 4). În corp sunt practicate orificiile 1, 2, 3 şi 4, iar în sertarul plan sunt practicate frezări ce permit realizarea schemei de distribuţie.Este, deasemenea, un aparat simplu şi robust. Este utilizat de obicei in instalatiile pneumatice simple, comandate manual.

2.1.2 Distribuitoare cu sertar rectiliniu: sertarul, indiferent de forma sa, executa o miscare de translatie fata de corpul aparatului;

a) Distribuitoare cu sertar rectiliniu plan; in fig. 5 a,b se poate vedea un astfel de distribuitor 4/2 bistabil, comandat electric, pilotat pneumatic, cu posibilitate de comandă manuală.

Fig. 5a Fig. 5b

Structura si functionare:

5

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Etajul de distribuţie este format din: corpul 1, capacele 2, în care se află butoanele de comandă manuală 3, pilotul 4 şi sertarul plan 5.

Când orificiul de comanda 12 este alimentat (fig. 5a), forta de presiune apasa în capul pilotului 4, care este împins spre dreapta.

Deplasarea pilotului determină şi deplasarea sertarului plan 5, cele două elemente fiind solidare pe direcţia axială. Resortul 6 realizează o forţă de apăsare a sertarului pe suprafaţa plană a distribuitorului, asigurând etanşarea între orificii şi compensarea automată a uzurii sertarului.

Deplasându-se spre dreapta, sertarul deconectează orificiul 1 de la orificiul consumatorului 4 si îl conectează la orificiul consumatorului 2, după ce acest orificiu a fost izolat faţă de orificiul de evacuare 3.

Alimentarea orificiului 14 determină deplasarea spre stânga a ansamblului mobil pilot-sertar realizând schema de comutare corespunzătoare celei de-a doua poziţii (fig. 5b).

Este un distribuitor foarte robust si fiabil, proiectat sa lucreze in medii agresive, cu debite mari si presiuni de comanda mici (presiunea minima de comanda poate ajunge la 1 bar); poate fi

comandat pneumatic sau electric. La exemplul din figurile 5, pilotul şi corpul distribuitorului sunt

realizate din aliaje de Al, iar sertarul 5 este din material plastic; exista variante ale acestui tip de aparat la care sertarul 5 este confectionat din materiale ceramice, fapt ce le confera o fiabilitate deosebita in conditii de mediu extrem de agresiv.

b) Distribuitoare cu sertar rectiliniu cilindric; in functie de dispunerea garniturilor de etansare, aceste aparate pot fi:

b1) Distribuitoare cu sertar cilindric si etansari mobile:În fig. 6 a,b se poate vedea secţiunea simplificată printr-un distribuitor 5/2 bistabil comandat direct, pneumatic.

Structura si mod de functionare:

1 - corpul distribuitorului;2 - sertarul cilindric care, prin deplasare rectilinie, realizează schema de

comutare din figură.3 - capace.Pe umerii sertarului, în canale special practicate se introduc garniturile de

etanşare ce asigură, în condiţiile mişcării sertarului faţă de corp, izolarea între orificiul de presiune şi orificiile aflate la presiunea atmosferică. Dupa cum se poate vedea, garniturile sint mobile, deplasindu-se odata cu sertarul.

6

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Fig. 6a Fig. 6b

În figura 5a se observă că sertarul a fost împins în poziţia extremă dreapta de presiunea din racordul 12. În acest timp racordul 14 trebuie să fie ventilat (conectat la atmosferă) pentru a nu apărea o forţă de presiune care să se opună deplasării sertarului.

Se poate constata că absenţa oricărui resort determină, după încetarea comenzii, staţionarea sertarului pe ultima poziţie atinsă.

Racordul 1 este conectat la consumatorul 2, iar consumatorul 4 este conectat la orificiul 5, deci la atmosferă.

Generarea unei comenzi în racordul 14 (vezi figura 5b), după ce racordul 12 a fost ventilat, determină comutarea distribuitorului pe a doua poziţie, unde orificiul 1 se conectează la 4, iar 2 la 3.

Distribuitoarele de acest tip se caracterizeaza prin simplitate constructiva si intretinere usoara; deoarece, datorita simplitatii, pot fi miniaturizate, se utilizeaza mai ales ca elemente de comanda

si procesare.

Dezavantajul acestui tip de aparat este durata sa de viata relativ scurta, datorita uzurii prin “barbierire” a garniturilor: intersectia dintre alezajul sertarului si orificii este o muchie taioasa, numita

“muchie vie”. Cind o garnitura trece prin dreptul unui orificiu se destinde, dupa care trebuie sa se comprime iarasi, pentru a-si relua forma/starea initiala; muchia vie este cea care forteaza garnitura sa se comprime, apasind-o. In timp se produce un efect de razuire, rezultatul fiind o deteriorare puternica a garniturilor, ce se manifesta chiar prin desprinderea de bucati de material sau chiar forfecarea garniturilor respective.

b2) Distribuitor cu sertar cilindric si etansari fixe:In acest caz, garniturile de

etansare sint fixate in locasuri toroidale practicate in corpul distribuitorului, iar sertarul se deplaseaza in raport cu ele (figura 7). Dupa cum se vede, aici nu

7

Fig.7

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

muchiile vii din corpul distribuitorului vin in contact cu garniturile, ci chiar sertarul, care insa nu are muchii ascutite. Drept urmare, aici nu putem vorbi de uzura garniturilor prin barbierire.

Acest tip de distribuitor are o constructie simpla, este robust, fiabil si vehiculeaza debite mari; datorita simplitatii constructive pot fi miniaturizate, fiind astfel apte pentru structurile tip insula de

ventile. Dezavantajele sale majore sint legate de dificultatea prelucrarilor interioare si a montajului, deci si a interventiilor impuse de reparare; ca urmare, se executa in general la marimi mari si le

intilnim in special ca elemente de executie finale. In cazul insulelor de ventile, dificultatile de montaj sint inlaturate prin montajul automatizat, iar operatiile de reparare sint excluse, distribuitorul defect fiind pur si simplu inlocuit.

2.2 Distribuitoare cu membrane: acestea se remarca printr-o constructie mai deosebita; astfel, distributia se face prin deplasarea unui element mobil care este ghidat partial de bucse sau alezaje si partial de membrane elastomerice sau metalice (de obicei aliaje cupru-beriliu). Aceste membrane asigura, in acelasi timp, si etansarile mobile necesare, precum si revenirea elementelor mobile in pozitia initiala. In figurile 8 este reprezentat un distribuitor 5/2 monostabil, comandat pneumatic indirect.

Structura si mod de functionare:

1- membrana pilot;2- membrana obturator;3- tija sertar;4- garnitura obturator;5- membrana obturator;6- resort revenire;7- buton comanda manuala;In pozitia neactionat (fig. 8a), obturatorul 4 permite conectarea orificiului P la orificiul A si izolarea acestuia fata de orificiul B; in acelasi timp, membrana 5 separa zona aflata sub presiune fata de orificiul S, care este conexiunea la atmosfera, iar orificiul B este conectat la atmosfera prin intermediul orificiului S. In pozitia actionat (fig.8b), ansamblul mobil se deplaseaza spre stinga; membrana 2 inchide orificiul S, obturatorul 4 permite conectarea orificiului P la

8

Fig. 8a, b

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

orificiul B si izoleaza zona aflata sub presiune fata de restul aparatului. Membrana 5 conecteaza orificiul A la atmosfera(orificiul R).

Acest tip de distribuitor se remarca prin viteza mare de reactie/comutare, datorita fortelor de frecare foarte reduse ce apar la comutare dar, in acelasi timp, datorita structurii mai complexe,

printr-o exploatare/intretinere mai pretentioase. Este des intilnit in aplicatiile unde se cere viteza de lucru mare (linii automate de productie, asamblare, impachetare, etc conduse cu automate programabile).

Este sensibil la socurile de presiune accidentale si la murdarie.

2.3 Distribuitoare cu supapeLa aceasta categorie de aparate nu mai

putem vorbi de sertar, distributia facindu-se prin inchiderea/deschiderea unor elemente tip supapa care comuta fie in acelasi timp, fie in cascada, sub actiunea presiunii aerului sau comandate mecanic. In figura 9 a,b este prezentat un astfel de distribuitor; este un 3/2 normal inchis, manastabil, comandat mecanic cu plunjer.

Structura si mod de functionare:

În poziţia de repaus, racordul P este închis datorită ciupercii de cauciuc 2, care sub efectul forţei de presiune şi a resortului inferior se sprijină pe scaunul practicat în corpul distribuitorului.

Apăsând plunjerul 1, într-o primă etapă se comprima resortului superior, iar plunjerul apasă asupra ciupercii şi izolează orificiul A faţă de R.

În a doua etapă, (apăsarea plunjerului continuă) resortul inferior este comprimat, supapa se deschide şi racordul P este conectat la consumator, prin spaţiul dintre plunjer şi alezajul din corpul distribuitorului.

Când apăsarea asupra plunjerului încetează, forţa de presiune şi resortul inferior determină închiderea supapei, (elementele mobile se deplasează în sus) iar resortul superior determină conectarea orificiului A la atmosferă.

Datorita simplitatii constructive, acest tip de distribuitor este foarte versatil, putind fi echipat cu diferite sisteme de comanda

9

Fig.9a,b

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

manuala sau mecanica si are un gabarit redus , fiind utilizat de obicei in etajele de comanda ale schemelor pneumatice, ca element de comanda /semnalizare.

Structura si gabaritul sau nu permit vehicularea unor debite mari, ca urmare acest distribuitor nu este intilnit ca element de comanda finala si este sensibil la murdarie.

Un alt exemplu de distribuitor cu supape, de aceasta data pilotat, este cel din figura 10. Schema sa este 3/2 normal inchis monostabil, comandat mecanic cu rola, pilotat pneumatic.

Structura si mod de functionare:

1- pirghia rolei de actionare2- plunjerul supapei de comanda a

pilotului3- pilotul4- plunjer supapa distributie5- resort revenire6- capac

Cind cama apasa asupra rolei, pirghia 1 actioneaza asupra plunjerului 2 care deschide supapa de comanda; aerul patrunde prin interstitiul dintre plunjer si alezajul sau de ghidare in camera pilotului si il comanda; in prima faza, acesta apasa asupra plunjerului 4, izolind orificiul A fata de atmosfera. Apasarea pilotului continuind, supapa de distributie se deschide si conecteaza orificiul P la orificiul A, catre consumator. Cind apasarea camei inceteaza, distribuitorul revine in pozitia initiala, cu P inchis si orificiul A ventilat.

Este un distribuitor versatil ca posibilitati de comanda manuala/mecanica si ca posibilitati de modificare a schemei de

distributie. Datorita pilotarii, poate functiona sigur la presiuni reduse.

Este sensibil la murdarie.

2.4 Alte tipuri de distribuitoare

10

Fig. 10

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Sint aparate care au imprumutat solutii tehnice intilnite la cele descrise mai sus si care au, in general, complexitati mai ridicate (complexitatea unui distribuitor creste cu complexitatea schemei sale de comutare, deci cu numarul de cai si pizitii).

Tot in aceasta categorie mai intra distribuitoarele pentru aplicatii speciale care au, in mod corespunzator, o structura speciala.

3. Adaptarea distribuitoarelor la nevoile de utilizare curente

Personalul tehnic care exploateaza si intretine masini si utilaje echipate pneumatic se confrunta deseori cu urmatorul tip de problema:

s-a defectat un distribuitor, iar in magazie nu exista unul identic; de obicei, in astfel de cazuri, durata aprovizionarii elementului defect este de citeva zile pina la citeva saptamini.

Teoretic exista mai multe modalitati de rezolvare a problemei. Practic, solutia problemei depinde de ceea ce exista in magazie. Vom trece in revista posibilitatile de echivalare a aparatului deficitar:

3.1 Modificarea schemei de distributie se poate realiza astfel:- prin obturarea de orificii- prin modificarea pozitiei unui subansamblu- prin modificarea pozitiei garniturilor- prin realizarea de montaje avind scheme echivalente

3.2 Modificarea tipului comenzii se poate face prin:- inlocuirea dispozitivului de comanda (in cazul distribuitoarelor avind

partea de comanda modularizata)- modificarea pozitiei unor garnituri

3.1 Modificarea schemei de distributie prin obturarea de orificii: este cea mai simpla si cea mai des utilizata modalitate de a obtine o alta schema de distributie, dar impune urmatoarele restrictii:- modificind un distribuitor dat, se poate obtine numai o schema avind tot atitea sau mai putine cai si pozitii decit are acesta, niciodata mai multe; cu alte cuvinte, nu vom putea transforma, de exemplu, un 3/2 intr-un 5/2 sau un 5/2 intr-un 5/3. Exemplu: avem nevoie de un 3/2 NI si de un 3/2 ND, dar in magazie se gasesc numai distribuitoare 5/2. Cum procedam?

In figura 11a este reprezentat un 3/2 NI, iar in fig. 11b un 5/2; dupa cum se vede in fig.11a, orificiul 1 este inchis, iar orificiul 2 este conectat la atmosfera prin 3.

11

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Nepotrivirea apare in figura 11b, unde orificiul 1 nu este inchis, ci este conectat la un al doilea consumator; pentru a corecta schema, obturam celalalt consumator (orificiul 4), rezolvind ambele probleme: eliminam cel de-al doilea consumator si inchidem orificiul 1, vezi figura 11c; in figura 11d este reprezentat distribuitorul 5/2 transformat in 3/2 NI, comutat pe cea de-a doua pozitie si se vede ca schema de distributie este similara unui 3/2 NI comutat.

Fig. 11a Fig.11b Fig.11c Fig.11d

In figurile 12a-d este reprezentat modul de transformare – urmind acelasi rationament simplu - a unui distribuitor 5/2 intr-un 3/2 ND.

Fig.12a Fig.12b Fig.12c Fig.12d

Tema:

12

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Identificati pe utilajele din fabrica doua distribuitoare diferite ca schema de comutare, tip de comanda, etc. a) notati in tabelul de mai jos codul fiecarui distribuitor si firma producatoare;b) incercati sa identificati in catalogul producatorului semnificatia codului;c) reprezentati si descrieti simbolurile respective, indicind caracteristicile

functionale; d) care este functia fiecarui distrubuitor in schema respectiva? e) conform clasificarii din acest capitol, in ce categorie le-ati introduce?

Distribuitorul 1 Distribuitorul 2a)

b)

c)

d)

e)

13