Curs_AHP_2013_1
10
Acţionări hidraulice şi pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pană 1 Obiectivele cursului Studiul acţionărilor hidraulice se adresează studenţilor din anul III al specializărilor cu profil mecanic, fiind precedat de cursul de „Mecanica fluidelor” unde se predau aspecte care fixează o anumită pregătire în domeniu. Lucrările de laborator pot de asemenea lămuri o serie de aspecte constructive şi funcţionale ale echipamentului. Nu dorim să copleşim studentul cu descrierea tuturor tipurilor de maşini, sisteme auxiliare, scheme hidraulice, urmărind furnizarea instrumentelor necesare unui studiu individual în domeniul menţionat. Cursul se bazează pe descrierea unui model reprezentativ pentru categoria analizată, urmată de introducerea a modelului matematic. Relaţiile sunt utilizate pentru definirea modelului unei maşini hidraulice şi în continuare se fac referiri la modul de simulare a funcţionării acestora. Capitolele prezintă succesiv transmisiile hidrodinamice, transmisiile hidrostatice; la acestea din urmă se fac referiri la transmisiile cu maşini rotative, liniare şi se analizează câteva echipamente auxiliare. Este bine ca studenţii să îşi însuşească în paralele un program de calcul specializat pe acest domeniu. Se poate utiliza programul Matlab, modulele Simulink, Stateflow şi Symhidraulics destinate simulărilor inginereşti. Aceste programe sunt bine cunoscute în domeniul universitar (nu sunt dezvoltate relaţii de calcul şi nu se apelează la cunoştinţele matematice complicate, deşi rezultatele obţinute au o precizie deosebită). Se lucrează cu elemente de tip bloc, care permit o construcţie strâns legată de cunoştinţele inginereşti evitându-se calculele matematice. Eforturile sunt orientate spre construcţia sistemelor şi extragerea informaţiilor utile în exploatarea acestora. Competenţe dobândite După parcurgerea acestui curs studentul trebuie să intuiască corect rolul unei transmisii hidraulice, să poată alcătui o acţionare în cazul unei aplicaţii impuse şi să poată realiza calculul de proiectare al sistemelor de acţionare hidraulice pe calculator, prin alcătuirea unor modele bazate pe teoria stărilor. Modelele permit fixarea parametrilor unui sistem în faza premergătoare realizării şi în paralel cu cercetarea experimentală, îmbunătăţirea informaţiilor despre prototip.
Transcript of Curs_AHP_2013_1
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
1
Obiectivele cursului
Studiul acionrilor hidraulice se adreseaz studenilor din anul III al specializrilor cu profil mecanic, fiind precedat de cursul de Mecanica fluidelor unde se predau aspecte care fixeaz o anumit pregtire n domeniu.
Lucrrile de laborator pot de asemenea lmuri o serie de aspecte constructive i funcionale ale echipamentului.
Nu dorim s copleim studentul cu descrierea tuturor tipurilor de maini, sisteme auxiliare, scheme hidraulice, urmrind furnizarea instrumentelor necesare unui studiu individual n domeniul menionat.
Cursul se bazeaz pe descrierea unui model reprezentativ pentru categoria analizat, urmat de introducerea a modelului matematic. Relaiile sunt utilizate pentru definirea modelului unei maini hidraulice i n continuare se fac referiri la modul de simulare a funcionrii acestora.
Capitolele prezint succesiv transmisiile hidrodinamice, transmisiile hidrostatice; la acestea din urm se fac referiri la transmisiile cu maini rotative, liniare i se analizeaz cteva echipamente auxiliare.
Este bine ca studenii s i nsueasc n paralele un program de calcul specializat pe acest domeniu. Se poate utiliza programul Matlab, modulele Simulink,
Stateflow i Symhidraulics destinate simulrilor inginereti. Aceste programe sunt bine cunoscute n domeniul universitar (nu sunt dezvoltate relaii de calcul i nu se apeleaz la cunotinele matematice complicate, dei rezultatele obinute au o precizie deosebit). Se lucreaz cu elemente de tip bloc, care permit o construcie strns legat de cunotinele inginereti evitndu-se calculele matematice. Eforturile sunt orientate spre construcia sistemelor i extragerea informaiilor utile n exploatarea acestora.
Competene dobndite
Dup parcurgerea acestui curs studentul trebuie s intuiasc corect rolul unei transmisii hidraulice, s poat alctui o acionare n cazul unei aplicaii impuse i s poat realiza calculul de proiectare al sistemelor de acionare hidraulice pe calculator, prin alctuirea unor modele bazate pe teoria strilor. Modelele permit fixarea parametrilor unui sistem n faza premergtoare realizrii i n paralel cu cercetarea experimental, mbuntirea informaiilor despre prototip.
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
2
Coninutul disciplinei (etapele proiectului)
Nr.
etap Titlul capitolului sau denumirea etapei Numrul
de ore
1 Analiza posibilitii de acionare cu turboambreiaj Dimensionarea turboambreiajului necesar;
Determinarea caracteristicii de grup motor asincron turboambreaiaj.
Analiza termic a sistemului
3
2
Analiza posibilitii de acionare cu turbotransformator Dimensionarea turbotransformator necesar;
Determinarea caracteristicii de grup motor asincron turbotransformator.
Analiza termic a sistemului
3
3 Analiza posibilitii de acionare cu motor volumic rotativ Schema de acionare Calculul circuitului hidraulic i alegerea elementelor necesare
3
4 Calculul motorului volumic rotativ
Reprezentarea debitului la motorul hidrostatic
Calculul debitului mediu i a coeficientului de neuniformitate a debitului Calculul pierderilor volumice
Reprezentarea caracteristicii motorului: moment n funcie de turaie
4
5 Elemente de calcul mecanic
Calculul preliminar al arborelui
Alegerea rulmenilor Dimensionarea camerei de distribuie Dimensionarea plungerelor
Calculul pulsaiilor proprii pentru ansamblul aflat n micare de rotaie
3
6 Calculul n regim dinamic Modelarea numeric a sistemului n vederea simulrii funcionrii n regim dinamic - studiul n Simulink Simularea variaiei parametrilor din sistem la modificarea comenzilor Simularea funcionrii n condiiile unui moment variabil
5
7 Analiza fiabilitii sistemului hidrostatic Definirea principalelor noiuni de fiabilitate Determinarea fiabilitii sistemului hidraulic
2
8 Partea grafic a proiectului Desenarea ansamblului pentru motorul/pompa hidrostatic; Desenarea unor repere ale pompei/motorului
3
9 Norme de securitate, prescripii de montaj i de utilizare a sistemului proiectat
1
10 Susinerea proiectului 1
TOTAL 28
Modalitatea de examinare final : verificarea proiectului i susinerea acestuia
Cerinele minime de promovare (obinerea notei 5)
Cerinele de promovare cu nota maxim (obinerea notei 10)
Realizarea capitolelor care implic proiectarea sistemului de acionare hidraulic
Participarea la 50 % din orele de proiect
Realizarea parii grafice a proiectului
Realizarea tuturor capitolelor proiectului
Realizarea ritmic a proiectului
Participarea la 75 % din orele de proiect
Redactarea corect a proiectului
Utilizarea programelor de calcul la tratarea capitolelor proiectului
Folosirea programelor de calcul la realizarea prii grafice
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
3
Coninutul disciplinei (capitolele cursului) Nr.capitol Titlul capitolului sau denumirea etapei Numrul
de ore
1
Introducere, definirea sistemelor de acionare hidraulic, obiectivele cursului; fluidele folosite la acionrile hidrostatice, proprieti.
2
2 Transmisii hidrodinamice: cuplajul hidraulic; ecuaia fundamental a turboambreiajului; randamentul turboambreiajului; caracteristicile
funcionale ale turboambreiajului; turbotransformatorul: ecuaia fundamental a turbotransformatorului; caracteristicile funcionale ale turbotransformatorului; cuplarea turbotransformatoarelor cu sursele de
energie; modelarea transmisiilor hidrodinamice: transmisii
hidrodinamice automate; similitudinea turbomainilor; aspecte generale; criteriile de similitudine; aplicaii;
8
3 Transmisii hidrostatice: caracteristici generale; maini hidrostatice cu pistonae axiale, cu roi dinate, cu palete glisante; calculul debitului, forele, momentul i puterea la mainile hidraulice; reglarea transmisiilor care utilizeaz maini hidrostatice; pierderile volumice prin interstiiile de etanare; modelarea i simularea echipamentelor hidraulice; motoare hidraulice liniare; aplicaii;
7
4 Elemente auxiliare pentru sistemele hidrostatice: mediul hidraulic
(uleiul); nmagazinarea mediului hidraulic; acumulatoare; filtre; conducte; furtunuri;
2
5 Aparatura de reglare a presiunii, reglarea debitului; aparatura de
distribuie; 4
6 Transmisii pneumatice: camere pneumatice; rezistene pneumatice; motoare pneumatice liniare; motoare pneumatice rotative; motoare
oscilante; motoare pas cu pas; aparatur pneumatic; aplicaii.
5
Total 28
Modalitatea de examinare final *: lucrare scris cu subiecte teoretice i aplicaii
Cerinele minime de promovare (obinerea notei 5)
Cerinele de promovare cu nota maxim (obinerea notei 10)
Cunoaterea descriptiv a mainilor hidraulice i a transmisiilor tratate n cadrul cursului
Realizarea corect a referatelor de la lucrrile de laborator;
Cunoaterea modului de funcionare pentru elementele transmisiilor hidraulice/pneumatice
Activitatea susinut la laborator;
Cunoaterea bun a tuturor capitolelor cursului
Argumentarea corect a subiectelor de examen urmrind paii: construcie, funcionare, modelul ingineresc, aplicaii
Rspunsuri foarte bune la testul final
Frecven bun la cursuri
Utilizarea programelor de calcul la redactarea lucrrilor de laborator i la proiect
Definirea sistemelor de acionare hidraulic
Fluxul energetic ntr-un sistem se transmite de la maina de for (electric termic, hidraulic): direct, cu parametrii de baz nemodificai (moment, turaie respectiv for i vitez ) la maina de lucru de uz general sau de uz specific; indirect prin intermediul unor legturi care s adapteze valorile de ieire ale mainii de for la valoarea cerut de la maina de lucru, legtur care se numete transmisie. Integrarea transmisiilor n sistemele tehnice este prezentat n fig. 1.1. Transmisia poate fi mecanic, electric, hidraulic, pneumatic; schematic transmisiile uzuale sunt redate
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
4
n fig. 1.2. Transmisiile hidraulice sunt acele maini hidraulice care transform energia mecanic cu anumii parametri tot n energie mecanic dar cu ali parametri, prin intermediul energiei hidraulice. Parametrii energiei mecanice furnizat de aceste transmisii pot fi reglai continuu i n limite largi, cu mijloace relativ simple. Flexibilitatea, constituie avantajul esenial al transmisiilor hidraulice sau pneumatice, fa de transmisiile mecanice, conferindu-le o larg utilizare, dei principiul lor de funcionare implic disipaii energetice relativ mari. Aceste maini hidraulice au o larga utilizare n numeroase domenii, datorit avantajelor pe care le prezint. Transmisiile hidraulice se ntlnesc n construcia de maini i n cadrul utilajului petrolier n cadrul sistemelor de acionare, crora le confer flexibilitate, mbuntind performanele motoarelor folosite.
n funcie de construcia transmisiei i deci de componenta preponderent a energiei hidraulice se ntlnesc patru tipuri de transmisii: - transmisii hidrodinamice la care att primarul ct i secundarul sunt din punct de vedere constructiv nite rotoare de pompa centrifug, energia preponderent fiind cea hidrodinamic (cinetic); - transmisii hidrostatice la care primarul i secundarul sunt maini hidraulice de tip volumic, componenta preponderent a energiei hidraulice este cea hidrostatic (de presiune).
ACTIONARE INDIRECTA
ACTIONARE DIRECTA
SURSA DE ENERGIE
Utilaje:
alimentare
de uz
de u
z s
pecif
ic
diverse
metalurgice
chimice
petroliere
miniere
Aeronave
Masini agricole
Autovehicole
Masini de transport
Masini de ridicat
Masini unelte
CompresoareVentilatoare
Pompe
general
LUCRU
MASINA DE
Sisteme
Comenzi
Actionari
Sisteme
Comenzi
Actionari
Pneumosonice
Pneumatice
Hidrosonice
Hidrodinamice
Hidrostatice
Pneumatice
Hidraulice
Electrice
Mecanice
TRANSMISII
Eoliene
Electrice
Hidraulice
Termice
FORTA
MASINA DE
Fig. 1.1. Integrarea transmisiilor hidraulice n sistemele tehnice
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
5
- transmisii mixte la care primarul este o main hidraulic de tip volumic, iar secundarul este o turbomain hidraulic; de exemplu la sistemul de rotire al instalaiilor de foraj care generatorul hidraulic este o pomp volumic cu pistoane iar motorul hidraulic, turbina de foraj este de tip cinetic;
- transmisii sonice la care transmisia energiei se face prin impulsuri de la un generator
sonic (sincron sau asincron) pe o magistral hidraulic la un receptor sonic; legtura energetic dintre generator i receptor o realizeaz un sistem de unde incidente i reflectate; aceste transmisii nu au o mare rspndire datorit dificultii de transmitere a energiei hidrosonice la distan.
Principial un sistem de acionare hidraulic sau pneumatic se compune dintr-o serie de echipamente electrice, hidraulice i mecanice, care transform printr-o serie de conversii intermediare de energie cu reglarea i distribuia parametrilor hidraulici mrimile de intrare de la motorul de acionare. Din structura global a sistemului hidraulic sau pneumatic se disting: subsistemul de acionare hidraulic format din pompa i motorul hidraulic; subsistemul de distribuie comand i reglare format din echipamentul de distribuie (distribuitoare, supape) i echipamentul pentru reglarea debitului; subsistemul auxiliar format din rezervoare, acumulatori hidraulici, filtre,
schimbtoare de cldur, conducte, armturi, plci i construcii modulare. Un element esenial al sistemelor de acionare este fluidul de lucru, care prin proprietile sale influeneaz n mod hotrtor fiabilitatea i securitatea n exploatare a sistemului.
Motor pneumatic
Compresor
Motor hidroninamic
Pompa centrifuga
Motor volumic
Pompa volumica
MEGrup Ward Leonard
lucru
Masina de
forta
Masina de
lucru
Masina de
forta
Masina de
lucru
Masina de
forta
Masina de
lucru
Masina de
forta
Masina de
Cutie de viteza
Reductorlucru
Masina de
forta
Masina de
Fig.1.2 Tipurile reprezentative de transmisii
Un exemplu de fluid pentru transmisii hidrostatice este dat n continuare.
Ulei pentru acionari hidrostatice H 41 Ulei mineral aditivat, utilizat ca fluid de lucru pentru sistemele de acionari hidrostatice cu care sunt echipate locomotivele Diesel electrice i pentru alte utilizri, pe baza de prescripii.
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
6
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
7
Pentru acionrile hidraulice sunt importante proprietile fluidelor legate de compresibilitate i de viscozitate.
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
8
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
9
-
Acionri hidraulice i pneumatice curs 1, 2.10.2013 Ion Pan
10
Bibliografie
I.Pan, Acionri hidraulice i pneumatice, Editura Universitii Petrol Gaze din Ploieti, Ploieti 2003. I.Preda, P.Svulescu, I.Pan, "Acionri hidraulice i pneumatice - ndrumar de proiectare ", Editura Universitii
Petrol Gaze din Ploieti, Ploieti 1996. I.Pan, Acionri hidraulice i pneumatice ndrumar de proiectare cu aplicaii n Simhydraulics, Editura
Universitii Petrol Gaze din Ploieti, Ploieti 2007; Bloiu, V. Acionri hidraulice i pneumatice, vol. I, Institutul Politehnic Traian Vuia , Timioara, 1990. Marin, V., Marin, Al. Sisteme hidraulice automate - construcie - reglaje - exploatare, Editura Tehnic, Bucureti ,
1987.
Oprean, A., .a.. Acionri i automatizri hidraulice, Editura Tehnic , Bucureti, 1989. Peligrad, N. Cuplaje hidraulice i convertizoare hidraulice de cuplu, Editura Tehnic , Bucureti , 1985. Pop, I. Noi elemente i sisteme hidraulice hidrologistori, Editura Academiei Romne, Bucureti,1990. Sandor, L., Brnza, P., Rus, I. Transmisii hidrodinamice, Editura Dacia, Cluj Napoca, 1990. Vasiliu, N., Catan, I. Transmisii hidraulice i electro - hidraulice, Editura Tehnic, Bucureti, 1989.
