ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR-UNELTECapitolul I

Capitolul INOŢIUNI INTRODUCTIVE ASUPRA SISTEMELOR DE

ACŢIONARE HIDRAULICĂ

1.1 GeneralităţiAcţionările hidraulice sunt mijloace de transmitere a energiei de la sursă la organul de lucru. Au avantajul de a realiza

uşor, pe lângă nivelul valoric ridicat şi deplin controlabil al energiei, variaţii continue, precise şi în limite largi a forţelor, cuplurilor, vitezei şi poziţiei.

Un sistem de acţionare hidraulic presupune o generare de energie hidraulică şi apoi o transformare a acesteia în energie mecanică, deci o transformare de tipul M – H – M, cu avantajul posibilităţii efectuării unui control uşor şi precis a energiei hidraulice intermediare.

O primă clasificare a sistemelor de acţionare se face analizând componentele energiei specifice a fluidului de lucru. Dacă acesta este lichid şi are energia specifică preponderent sub forma energiei de presiune, sistemul de acţionare este hidrostatic. Dacă fluidul este gaz, energia sa fiind de asemeni preponderent potenţială, sistemul de acţionare este pneumatic (pneumostatic). În cazul când energia fluidului este preponderent de natură cinetică, sistemul de acţionare este hidrodinamic.

În ordine cronologică, primul şi cel mai simplu sistem de acţionare hidrostatic a fost presa hidrostatică a lui Blaise Pascal (1623-1662), după care asemenea maşini încep să fie perfecţionate în epoca de glorie a maşinilor cu aburi. Cu dezvoltarea tehnicii şi industrializării încep să crească treptat pretenţiile în ceea ce priveşte puterea transmisă, greutatea pe unitate putere, precizia de execuţie, rapiditatea răspunsului. Energia hidraulică este utilizată la acţionarea maşinilor unelte, a autovehiculelor, utilajelor din construcţii, industria petrolieră, chimică, alimentară, etc.

Apariţia şi dezvoltarea automatizărilor au constituit un nou impuls a cărui consecinţă este o dezvoltare uriaşă a acţionărilor hidraulice şi pneumatice. Un accent deosebit se pune pe utilizarea sistemelor electrohidraulice cu folosirea servoelementelor, a elementelor hidraulice proporţionale continue sau discrete, cu aportul deosebit al electronicii şi informaticii.

1.2 Avantajele acţionărilor hidraulice Deşi folosirea energiei hidraulice în acţionări presupune generarea ei, cu consecinţele inerente (necesitatea unei alte

surse de energie electrică sau termică), există numeroase avantaje de ordin tehnic şi economic care determină extinderea sistemelor de acţionare hidraulice.

Acţionarea hidraulică are capacitatea de a furniza forţe specifice şi momente deosebit de mari. În mod curent se utilizează presiuni de p = (300÷400) bar şi excepţional 1000 bar, în timp ce forţa specifică a unui electromagnet de curent continuu ajunge la aproximativ 22 daN/cm2.

Elementele în mişcare ale acţionăriilor hidraulice au inerţie redusă. La motorul hidrostatic rotativ raportul dintre momentul transmis şi momentul de inerţie Mt/Mi ~ 1000. La motorul electric, Mt/Mi 6. Aceste însuşiri sunt consecinţa gabaritelor reduse ale motoarelor hidrostatice, rezultate la rândul lor din valoarea mare a presiunii de lucru.

Presiunea este parametrul principal al cărui nivel are tendinţa de creştere continuă. Numeroase maşini echipate astăzi cu sisteme de acţionare hidraulică folosesc presiuni de (70÷ 450) bar. În următorii ani se prevede creşterea presiunii de lucru la (500÷750) bar. În mod excepţional există maşini la care presiunea de lucru atinge 1000 bar şi chiar 3000 bar. Creşterea presiunii de lucru are repercursiuni şi asupra performanţelor dinamice ale sistemelor de acţionare. Datorită greutăţilor mici sistemele hidrostatice au inerţii reduse şi ca atare sunt mai rapide, introduc timpi de întârziere mai mici între momentul comenzii şi momentul execuţiei. Pe de altă parte, creşterea presiunii de lucru conduce la o scădere a fiabilităţii echipamentului hidraulic.

Elementele componente ale sistemelor de acţionare hidrostatice sunt mai uşoare şi uneori mai ieftine la performanţe egale, comparativ cu elementele componente ale altor tipuri de sisteme de acţionare.

Alte avantaje ale sistemelor de acţionare hidraulică sunt:- uşurinţa realizării unor rapoarte foarte mari de amplificare ale vitezelor, forţelor şi deplasărilor;- uşurinţa schimbării sensului de deplasare, fără solicitări dinamice mari;- funcţionarea fără şocuri şi vibraţii, cu efecte favorabile asupra cinematicii şi uzurii instalaţiei;- uzură redusă datorită ungerii permanente prin însăşi lichidul de lucru;- comanda uşoară a mecanismelor acţionate, posibilitatea reglării continue şi în limite largi a vitezei în timpul

funcţionării după un ciclu prestabilit şi uşurinţa modificării ciclurilor de lucru în cazul sistemelor hidraulice automate;- posibilitatea largă de tipizare a elementelor componente.Pe lângă avantajele enumerate, sistemele de acţionare hidraulice prezintă şi unele dezavantaje, dar care nu limitează

serios gradul lor de utilizare. Se menţionează:- pierderi hidraulice mari care, fiind proporţionale cu pătratul vitezei, limitează viteza de circulaţie a lichidului la 9..10

m/s iar turaţiile pompelor la 3500..4000 rot/min;- pierderi volumice în pompe şi motoare care reduc puterea transmisă. Pentru micşorarea lor sunt necesare execuţii

precise care presupun utilizarea unor tehnologii speciale;- influenţa variaţiei temperaturii asupra viscozităţii lichidului de lucru, cu consecinţe defavorabile asupra parametrilor

reglaţi ai ciclului de lucru şi a randamentului volumic;- realizarea dificilă a vitezelor de deplasare mici şi foarte mici;

-comportarea neliniară la presiuni mari datorită influenţei compresibilităţii lichidului;- sensibilitatea la conţinutul de gaz cu consecinţe negative asupra promptitudinii şi preciziei sistemului;

11

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR-UNELTECapitolul I

- pierderile corespunzătoare transportului energiei hidraulice limitează raza de acţiune a sistemului .Acţionările pneumatice sunt recomandate acolo unde forţele necesare la organul de execuţie nu sunt mari. Ca

avantaje, se pot enumera: greutate redusă, supraîncărcarea fără pericol de avarie, reglaj simplu şi uşor, alimentare centralizată.Deoarece agentul purtător de energie este aerul, acţionarea pneumatică este ecologică. Dezavantajul principal este randamentul energetic scăzut, deoarece obţinerea aerului comprimat se realizează cu randament scăzut şi, în plus, apar pierderi importante în sistemul de distribuţie.

1.3 Structura generală şi clasificarea sistemelor de acţionare hidraulicăUn sistem de acţionare hidraulică cuprinde generatorul de energie hidrostatică GEH, respectiv pompa care transformă

puterea mecanică NP=MP· P în putere hidraulică NH= QP· pP şi motorul hidraulic MH cu mişcare de translaţie sau rotaţie, care antrenează organul de execuţie (figura 1.1).

Pe circuitul de legătură se intercalează aparatura de distribuţie, reglare şi control (ADRC) precum şi aparatajul auxiliar. Rolul aparatajului de distribuţie, reglare şi control este asigurarea fazelor de lucru ale motorului hidraulic şi reglarea parametrilor hidraulici Qp şi pp la valorile QM şi pM necesare. Se asigură astfel forţa F şi viteza v dacă motorul este de tip liniar, sau cuplul Mm şi viteza unghiulară ωm dacă motorul este de tip rotativ. Aparatajul auxiliar este format din conducte, rezervoare de lichid, filtre, acumulatoare, regulatoare de temperatură, etc., indispensabile funcţionării instalaţiei.

Figura 1.1 Schema bloc a unui sistem de acţionare hidraulică

Clasificarea sistemelor de acţionare hidraulică poate fi făcută după mai multe criterii. Cel mai semnificativ este criteriul legăturii dintre mărimea de intrare şi mărimea de ieşire a sistemului. După acest criteriu se disting:

- sisteme de acţionare hidrostatică ordinare;- amplificatoare hidrostatice;- sisteme automate hidrostatice.Sistemele ordinare sunt destinate realizării unor mişcări tip şi se caracterizează prin aceea că nu există o legătură

între mărimea de ieşire şi cea de intrare. Elementul de intrare nu este sensibilizat de efectul comenzii sale. Aceste sisteme echipează instalaţii fără pretenţii mari de precizie şi realizează comenzi de execuţie de tipul tot sau nimic.

Amplificatoarele hidrostatice sunt sisteme de acţionare fără legătură de reacţie între mărimea de ieşire şi cea de intrare, dar au în schimb posibilitatea realizării unui reglaj în limite largi a parametrului principal de ieşire, prin variaţia parametrului de intrare. Nu sunt excluse legăturile de reacţie interioare la unele elemente. Amplificatoarele hidrostatice sunt formate, în principal, dintr-un element de comandă şi un element de execuţie, alimentate în general de la o sursă de presiune constantă.

Sistemele hidrostatice automate, cunoscute şi sub denumirea de sisteme de urmărire, au proprietatea specifică de sensibilizare a acţionării faţă de efectul acţiunii sale şi realizează pe cale hidraulică, în mod automat, o dependenţă funcţională între mărimea de intrare a sistemului şi mărimea de ieşire. Mărimea de comandă este diferenţa dintre mărimile comparate,

intrare – ieşire. În momentul în care mărimea de comandă este anulată, sistemul îşi întrerupe acţiunea până la apariţia unei noi comenzi. Aceste sisteme se caracterizează prin performanţe înalte în ceea ce priveşte precizia şi timpul de reacţie, dar sunt deosebit de pretenţioase din punct de vedere al calculului, execuţiei şi exploatării.

12