UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ

ACTIONARI HIDRAULICE SI PNEUMATICE

Lucrari de laborator

A.A.H.P.

1

Lucrarea nr. 6

ANALIZA ACȚIONĂRILOR ȘI AUTOMATIZĂRILOR HIDRAULICE UTILIZÂND MEDIUL FLUID SIM

1. Scopul lucrării Lucrarea îşi propune să analizeze soluţiile constructiv-funcţionale ale acționărilor și

automatizărilor hidraulice. În acest scop în cadrul lucrării se vor realiza și simula diferite scheme constructive ale acționărilor hidraulice cu ajutorul pachetului de programe FluidSim Hydraulics.

2. Noțiuni teoretice Sisteme de acţionare hidraulice utilizează ca mediu de lucru un lichid sub presiune. Ele

au apărut şi s-au dezvoltat rapid, în special datorită necesităţii 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 antrenante. Reglarea puterii hidraulice transmise oferă de posibilităţi de care nu se poate beneficia în cazul utilizării unor echipamente pur electrice şi mecanice. 2.1 Elemente componente ale unei acționări hidraulice

Elementele ce compun în general o instalaţie de acţionare hidraulică sunt: Motor hidaulic – rol funcţional de a transforma energia fluidului într-o energie mecanică

pe care o transmite prin organele de ieşire mecanismelor acţionate Pompa – rol de a transforma energia mecanică a motorului de antrenare (electric, termic,

etc.) în energie hidraulică. Distribuitor – rol de a de a dirija fluidul sub presiune pe anumite circuite ca urmare a

unor comenzi primite din exterior. Supapă de sens – echipament cu rol de a permite trecerea fluidului într-un singur sens de

curgere. Drosel – echipament cu rol de a permite stabilirea debitului de fluid pe circuitele pe care

sunt montate, prin modificare locală a secţiunii de curgere. Acumulator – echipament care într-un sistem de acţionare hidraulic înmagazinează

energia fluidului pe care apoi o restituie la cerere. Filtru – echipament cu rol de filtrare propriu-zisă, cât şi de acela de separator de apă.

Fig. 1 Elementele componente ale unei acționări hidraulice

1- motor electric; 2- pompă; 3- supapă de siguranță; 4- supapă de sens; 5- drosel; 6

distribuitor; 7- motor (cilindru) hidraulic

A.A.H.P.

2

2.2 Fluide utilizate în acționările hidraulice

2.2.1 Fluide hidraulice de utilizare curentă

Apa este cel mai vechi fluid hidraulic, folosit la primele utilaje acţionate hidraulic în special la prese şi elevatoare. Pentru aplicaţiile curente actuale, apa prezintă o serie de neajunsuri cum sunt: domeniul limitat de temperatura (0...1000C); calităţi de lubrifiere foarte scăzute; vâscozitate redusa ( greutăţi mari în realizarea etanşărilor); conţine aer dizolvat, care în anumite condiţii de presiune se degajă înrăutăţind comportarea sistemului şi în unele cazuri determinând apariţia fenomenului de cavitaţie. În amestec cu glicerina (67% glicerina şi 33% apa), punctul de îngheţ coboară până la -40°C, iar vâscozitatea creşte la 15cst, apropiindu-se de fluidele hidraulice curente. Amestecul de apa-glicerina are însa alte inconveniente: este higroscopic şi catalizator în fenomenele de coroziune. În aplicaţiile actuale, apa se foloseşte ca fluid hidraulic numai în cazuri rare, atunci când utilizarea celorlalte lichide nu este posibilă. Uleiurile minerale sunt în prezent cele mai folosite fluide hidraulice. Proprietăţile lor, care le fac utilizabile în sistemele de acţionare, se menţin într-un ecart de temperatura suficient de mare (de la -45 la +135°C). Cu amelioratori de vâscozitate (aditivi) se poate ajunge la o variaţie mica a vâscozităţii cu temperatura, păstrându-se în acelaşi timp rezistenţa la oxidare la temperaturi mari, proprietăţile antispumante şi de lubrifiere. Temperatura limită superioara de lucru (excluzând evident temperatura de aprindere), este determinata de vâscozitatea limita admisa de 2...3cst; la temperaturile cele mai joase de utilizare vâscozitatea nu trebuie sa depăşească valoarea de circa 5000 cst. La temperaturi de peste 700C, anumite fracţiuni volatile din uleiuri prezintă pericol de autoaprindere, motiv pentru care în unele cazuri se iau măsuri speciale de presurizare a sistemelor hidraulice cu gaze inerte (azot, argon sau heliu), evitându-se astfel contactul direct cu aerul.

În tara noastră se folosesc uleiuri hidraulice parafinoase H 19, H 35, H 57 (STAS 9506-84) pentru solicitări uşoare (p = 50 bar; T = 50oC) şi uleiurile H 12, H 20 şi H 38 (STAS 9691-84) pentru presiuni de până la 30 MPa (300 har) şi temperaturi de 28...85oC.

2.2.2 Fluide hidraulice sintetice

Limitele de temperatură, pericolul de autoaprindere şi durata de exploatare sunt principalele mărimi greu de atins sau de menţinut in cazul uleiurilor minerale; aceşti factori au impus înlocuirea lor, în unele sisteme de acţionare având condiţii speciale, cu fluide hidraulice sintetice. Diesterii, utilizaţi ca lubrifianţi în motoarele cu reacţie, pot fi folosiţi ca lichide hidraulice în gama de temperaturi de -40... +205oC. La temperaturi mai mari de 280oC stabilitatea lor este foarte redusă: de asemenea, atacă unele metale (cuprul şi aliajele lui), precum şi unele materiale de etanşare. Silicat-esterii se folosesc în domeniul -54... +230oC, iar pentru perioade scurte chiar pana la 260oC. Au avantajul că nu spumează dacă sistemul de acţionare este închis (fără contact cu aerul) în schimb formează compuşi solizi cu apa. Siliconii posedă caracteristici de temperatură şi vâscozitate superioare tuturor lichidelor hidraulice. Pot fi utilizaţi până la temperatura de +315°C. Prezintă dezavantajul unor proprietăţi de lubrifiere mai reduse, dar care pot li ameliorate cu aditivi, şi de asemeni, variaţia accentuată a modulului de elasticitate cu temperatura, fapt ce poate înlesni apariţia fenomenului de rezonanţă hidraulică la frecvenţe joase. Metalele lichide fi utilizate în unele cazuri ca fluide hidraulice. Se menţionează în special eutecticul NaK-77 cu vâscozitate aproape constantă între -10 şi +760oC. Prezintă pericolul oxidării violente în aer, de aceea condiţiile de etanşare sunt extrem de pretenţioase.

3. Modul de lucru • Se vor identifica elementele componente ale unei acționări hidraulice; • Se lansează în execuție programul FluidSimHydraulics

A.A.H.P.

3

• Se analizează schemele demonstrative parcurgând pașii din fig. 2 și 3;

Fig. 2

Fig. 3

• Se va realiza modelul unei sistem de acționare hidraulică compus dintr-un cilindru cu

simplu efect cu resort de revenire și distribuitor monostabil de tip 4/2 prevăzut cu o comandă electrică (fig. 4). Pentru realizarea schemei de acționare și a celei de comandă se utilizează elementele specifice unei acționări hidraulice, elemente disponibile în bibliotecile din meniul din partea stânga a ferestrei principale a programului.

A.A.H.P.

4

Fig. 4

• Se va modela și simula o acționare hidraulică care să permită efectuarea cursei de avans-

revenire automată a unui cilindru hidraulic cu dublu efect (diverse variante). În figura 5 se prezintă o varianta de acționare hidraulică ce permite efectuarea cursei de avans-revenire a cilindrului hidraulic prin acționarea butoanelor S2 și S3.

Fig. 5

A.A.H.P.

5

O altă variantă de acționare hidraulică (fig.6) utilizează un presostat pentru efectuarea automată a cursei de revenire a pistonului cilindrului hidraulic cu dublu efect.

Fig. 6

4. Conținutul referatului Referatul va conține:

- schemele acționărilor hidraulicerealizate; - comentarii și observații și concluzii referitoare la construcția funcționarea schemelor

realizate.

A.A.H.P

1

Lucrarea nr. 9 ANALIZA ACȚIONĂRILOR ȘI AUTOMATIZĂRILOR PNEUMATICE

UTILIZÂND MEDIUL FLUID SIM

1. Scopul lucrării Lucrarea îşi propune să analizeze soluţiile constructiv-funcţionale ale acționărilor și

automatizărilor pneumatice. În acest scop în cadrul lucrării se vor realiza și simula diferite scheme constructive ale acționărilor pneumatice cu ajutorul pachetului de programe FluidSim

Pneumatic.

2. Noțiuni teoretice Sistemele de acţionare pneumatică folosesc ca agent purtător de energie şi informaţie

un gaz sub presiune, de regulă aer comprimat. Dacă la început utilizarea acţionării pneumatice a fost exclusiv legată de mediile de lucru cu pericol de explozie sau incendiu, pe măsură ce echipamentele pneumatice sau diversificat şi perfecţionat, preluând şi funcţii de comandă şi control de la elementele electrice, acestea şi-au extins considerabil aria de aplicaţii.

2.1 Componența instalaţiilor de acţionare pneumatică Elementele ce compun în general o instalaţie de acţionare pneumatica sunt: sursa de presiune (adica compresorul), elementul pneumatic de execuţie, aparatajul pneumatic de comanda, distributie, reglare şi control şi aparatajul pneumatic auxiliar. Compresorul transforma energia mecanica în energie de presiune, dar având în vedere ca alimentarea cu aer comprimat se face centralizat de la retea, compresoarele nu fac parte efectiv din instalaţia de acţionare pneumatica. Elementele pneumatice de execuţie sunt constituite din motoarele pneumatice liniare şi rotative, fiind considerate şi elemente finale de forta, cu rolul de a transforma energia mediului pneumatic în energie mecanica pe care o transmit mecanismelor acţionate. Aparatajul pneumatic de comanda, distributie, reglare şi control cuprinde: distribuitoarele, supapele şi rezistentele pneumatice. Aparatajul auxiliar are rolul de a asigura transportul şi pregatirea aerului comprimat. Acesta cuprinde: conductele, filtrele, ungatoarele, rezervoarele, amortizoarele fonice.

Fig. 1 Elementele componente ale unei acționări pneumatice

GE- generatorul de energie pneumatică; GPA- grupul elementelor de preparare a aerului;

DP- distribuitor pneumatic; DC1, DC2- drosele de cale; MP- motor pneumatic

A.A.H.P

2

2.2 Avantajele şi dezavantajele acţionărilor pneumatice Avantajele se datoresc în special proprietatilor mediului de lucru şi caracteristicilor constructiv funcţionale ale echipamentului pneumatic de execuţie. Se pot enumera:

� greutate redusa pe unitate de putere în comparatie cu acţionarile electrice; � supraîncarcare pâna la oprirea completa, fără pericol de avarii; � posibilitatea reglarii în limite largi a parametrilor funcţionali cu mijloace relativ

simple; � întretinerea usoara de catre personal cu pregatire medie; � viteze mari de execuţie, respectiv turatii mari la motoarele rotative, care scurteaza

timpul operatiilor şi conduc la cresterea productivitatii muncii; � alimentarea comoda, centralizata, de la reteaua de aer comprimat industriala; � poluarea minima a mediului înconjurator, chiar la aparitia neetanseitatilor în sistem; � siguranta în funcţionare în condiţii dificile de mediu; � pericol mai redus de accidente.

Dezavantajele se datoresc condiţiilor de randament în care se produce aerul comprimat şi compresibilitatii acestuia. Se amintesc astfel:

� randament energetic scazut (17...20%) şi pretul de cost ridicat al aerului comprimat; � variatii mari a vitezei de lucru, funcţie de sarcina şi imposibilitatea pozitionarii precise

a elementului acţionat, datorita compresibilitatii mari a aerului; � zgomot puternic produs prin destinderea brusca a aerului comprimat la esapari (se

poate diminua mult prin montarea de amortizoare fonice). Aprecierea rentabilității unei instalaţii pneumatice se face atât pe baza pretului de cost a energiei consumate, cât şi pe baza costului instalaţiei şi a cheltuielilor de întretinere şi exploatare. Analiza atenta a diferitelor procedee de lucru arata ca, desi energia pneumatica este relativ scumpa, totusi utilizarea instalaţiilor cu acţionare pneumatica duce în multe cazuri la preturi de cost mai scazute decât cele obtinute cu alte tipuri de acţionari. 3. Modul de lucru

• Se vor identifica elementele componente ale unei acționări pneumatice; • Se lansează în execuție programul FluidSimPneumatics • Se analizează schemele demonstrative parcurgând pașii din fig. 2 și 3;

Fig. 2

A.A.H.P

3

Fig. 3

• Se va realiza modelul unei sistem de acționare pneumatică compus dintr-un cilindru cu simplu efect cu resort de revenire și distribuitor monostabil de tip 3/2 prevăzut cu o comandă electrică (fig. 4). Pentru realizarea schemei de acționare și a celei de comandă se utilizează elementele specifice unei acționări pneumatice, elemente disponibile în bibliotecile din meniul din partea stânga a ferestrei principale a programului.

Fig. 4

• După realizarea și simularea modelului acesta se va modifica astfel încât cursa de avans-revenire a cilindrului să se realizeze automat la apăsarea butonului BP.

Indicație: Se va utiliza un limitator de capăt de cursă, sau un presostat. • Se va modela și simula o acționare pneumatică care să permită efectuarea cursei de

avans-revenire automată a unui cilindru pneumatic cu dublu efect (diverse variante).

4. Conținutul referatului Referatul va conține:

- schemele acționărilor pneumatice realizate; - comentarii și observații și concluzii referitoare la construcția funcționarea schemelor

realizate.