ELEMENTE DE EXECUŢIE

1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

Elementul de execuţie ocupă o poziţie foarte importantă într-o instalaţie de automatizare, deoarece primeşte informaţia (substanţa sub formă de energie electrică, pneumatică sau hidraulică) de la regulator şi o prelucrează după o anumită lege. În general, elementul de execuţie este format din două părţi distincte: motorul de execuţie ME (numit şi servomotor) şi organul de execuţie OE (fig. 1, a)

Partea motoare ME primeşte la intrare, de la regulator, mărimea c (de comandă) şi transmite la ieşire o mărime intermediară x, care poate fi de natură mecanică (în majoritatea cazurilor), electrică, hidraulică sau pneumatică. Organul de execuţie primeşte la intrare mărimea x şi produce la ieşire mărimea de execuţie m, care va comanda desfăşurarea procesului de comandă.

Relaţia care se stabileşte între mărimile m şi c defineşte comportarea elementului de execuţie în regim staţionar. Raportul dintre aceste mărimi, pentru orice valoare a lui c, ar fi de dorit să fie constant, dar intervin în cursul funcţionării elementului de execuţie anumiţi factori care influenţează mărimea m (frecări, reacţii ale mediului ambiant, greutăţi neechilibrate etc.), numiţi factori sau mărimi perturbatoare.

Există cazuri când trecerea de la regulator la elementul de execuţie trebuie adaptată, folosind un convertor care transformă mărimea de comandă, de exemplu din electrică în hidraulică, dacă intrarea în elementul de execuţie trebuie să fie hidraulică (fig. 1, b)

Elementul de execuţie poate acţiona asupra modificării de substanţă (energie) în două moduri:- continuu, dacă mărimea m poate lua orice valoare cuprinsă între două valori limită; de exemplu un

robinet modifică în mod continuu debitul de fluid ce trece printr-o conductă, între valoarea zero (robinet închis) şi valoarea maximă (robinet complet deschis);

- discontinuu, dacă mărimea m poate fi modificată numai pentru două valori limită (dintre care cea inferioară este în general zero); de exemplu, la un întreruptor electric, curentul ce-l străbate poate fi zero – întreruptor închis – sau o valoare nominală oarecare – întreruptor deschis.

Dacă intervenţia asupra organului de execuţie se realizează manual, partea motoare ME nu mai este necesară.

După natura sursei de energie folosite pentru alimentarea părţii motoare ME, elementele de execuţie se pot clasifica în: electrice, hidraulice sau pneumatice (fig. 2).

1

Fig. 1 Schema bloc a elementului de execuţie EE (a) şi adaptarea dintre regulatorul electric R şi elementul de execuţie EE prin intermediul unui convertor E/H (b)

2. ACŢIONAREA ELECTRICĂ A ELEMENTELOR DE EXECUŢIE

Acţionarea electrică a organelor de execuţie se realizează cu electromagneţi sau cu motoare electrice de curent alternativ sau de curent continuu.

2.1 ACŢIONAREA ELECTRICĂ UTILIZÂND ELECTROMAGNEŢI (motor solenoid)

Folosirea electromagneţilor care pot fi excitaţi sau dezexcitaţi asigură o acţionare discontinuă (bipoziţională) a organelor de execuţie, ca de exemplu vană deschisă sau închisă („totul sau nimic”).

Circuitul electric de comandă alimentează sau întrerupe bobina (solenoidul) electromagnetului, realizând astfel cele două poziţii discrete ale organului de execuţie, poziţia de repaus fiind asigurată cu ajutorul unui resort antagonist, ca şi în cazul unui contactor sau releu electromagnetic.

Întrucât un electromagnet produce conversia energiei electrice în deplasare liniară (mişcare), acesta poartă şi numele de motor solenoidal.

În figura 3 este reprezentată schema electrică de principiu a unei acţionări electrice cu electromagnet (solenoid).

Dacă înfăşurarea bobinei B a electromagnetului este parcursă de curentul Ic (semnal de intrare c), armătura A va fi atrasă de miezul electromagnetului, comandând în acest fel deschiderea întreruptorului I, care comandă pornirea motorului M (ce constituie procesul P, iar curentul care alimentează motorul – mărimea m).

În cazul în care prin bobină nu circulă curent (Ic=0), resortul R menţine armătura în poziţia iniţială, iar curentul electric de alimentare al motorului M este deschis.

2.2 ACŢIONAREA ELECTRICĂ UTILIZÂND MOTOARE ELECTRICE ROTATIVE

În numeroase procese tehnologice cu reglare automată, pentru variaţia mărimii de acţionare (de exemplu, pentru reglarea temperaturii, debitului, presiunii etc.) trebuie modificată poziţia elementelor de reglare ale organului de execuţie (vane, supape, cursoare etc.), care determină valoarea fluxului de energie condus spre obiectul reglării. Această comandă se poate realiza şi cu motoare electrice rotative.

Motoarele de execuţie electrice se utilizează în special în cazurile în care este necesară transmiterea comenzilor la distanţe mari pe cale electrică.

2.2.1 Acţionarea electrică utilizând motoare electrice de curent alternativ

Pentru organele de execuţie de putere mică se folosesc în general motoare bifazate (asincrone) cu rotorul în scurtcircuit, iar pentru organe de execuţie de puteri mari, motoare trifazate cu rotorul în scurtcircuit.

Se construiesc servomotoare asincrone în următoarele variante: cu o singură rotaţie, cu mai multe rotaţii sau cu o cursă rectilinie. Cele cu mai multe rotaţii, la care cursa completă a elementului de reglare corespunde cu câteva rotaţii ale arborelui de ieşire, se folosesc frecvent pentru acţionarea robinetelor sau a supapelor regulatoare.

La servomotoarele cu mişcare rectilinie, arborele de ieşire este înlocuit printr-o tijă, a cărei cursă completă corespunde cu cursa completă a elementului de reglare. Parametrii principali funcţie de care se aleg elementele sunt: cuplul de rotaţie M la arborele de ieşire (sau forţa F la dispozitivul cu cursă rectilinie) şi durata T0 a unei rotaţii complete a arborelui de ieşire sau a unei curse complete a tijei. Cuplul (respectiv forţa) de pornire a organului de execuţie trebuie să depăşească cuplul (forţa) nominal cu cel puţin 70%. Practic, în schemele industriale de reglare automată valoarea minimă a semnalului (sensibilitatea) la care începe rotirea motorului are o valoare de la câţiva milivolţi la câteva sute de milivolţi. Rapiditatea organului de execuţie este definită de timpul de trecere dintr-o poziţie extremă în alta, în cazul aplicării la intrarea acestuia a semnalului maxim.

Acţionările electrice cu motoare se împart în două grupe:- cu viteză constantă;- cu viteză variabilă.

2

Fig. 3 Acţionare electrică cu electromagnet

reţea de curent

m

La primele, turaţia arborelui la ieşire nu depinde de valoarea tensiunii semnalului de intrare Uc, iar la celelalte turaţia depinde în anumite limite de tensiunea Uc.

Pentru comanda motoarelor bifazate sau trifazate asincrone se folosesc bobine de reactanţă cu saturaţie (amplificatoare magnetice).

Din punct de vedere constructiv, partea motoare a elementului de execuţie este constituită din două subansambluri independente, şi anume:

- amplificatorul de execuţie;- motorul de execuţie.

În figura 4 sunt reprezentate schemele electrice folosite pentru motoarele electrice de execuţie, bifazate. Motorul bifazat poate fi comandat folosind un amplificator magnetic în contratimp, conectat în punte (fig. 4 a) sau diferenţial (fig. 4 b). În aceste scheme, bobinajul 1 al motorului se alimentează de la reţea, iar bobinajul 2 de la amplificatorul magnetic. Comandând amplificatorul I, prin bobinajul 2 al motorului, conectat în amplificatorul magnetic, trece curent alternativ şi motorul începe să se rotească într-un anumit sens. Dacă se comandă amplificatorul II, faza curentului din bobinajul motorului se schimbă cu 1800 şi motorul îşi schimbă sensul de rotaţie.

3

Fig. 4. Schema electrică pentru comanda motorului asincron bifazat cu ajutorul amplificatoarelor magnetice:a – cu amplificatoare magnetice în contratimp montate în punte; b – cu amplificatoare magnetice în contratimp conectate diferenţial; c – cu amplificatoare magnetice în contratimp montate în punte şi amplificator magnetic simplu suplimentar; d – cu două amplificatoare magnetice simple.

Schemele din figurile 4 a şi 4 b prezintă dezavantajul că printr-unul din bobinajele motorului curentul circulă chiar dacă motorul nu se roteşte. Aceasta provoacă o încălzire nejustificată a motorului.

Pentru înlăturarea acestui neajuns, în schemele cu amplificatoare electromagnetice în contratimp se introduce de obicei încă un amplificator magnetic simplu, la care bobinajele de curent alternativ sunt conectate în serie cu bobinajul motorului, conectat la reţea. Schema cu amplificator magnetic simplu, suplimentar, în punte este reprezentată în figura 4 c. Amplificatorul simplu este blocat în lipsa semnalului de comandă Uc şi este complet deblocat în cazul apariţiei unui semnal care depăşeşte pragul de insensibilitate al elementului de execuţie.

Motorul bifazat poate fi comandat şi cu ajutorul a două amplificatoare magnetice simple, conectate după schema din figura 4 d. Aici, bobinajele 1 şi 2 sunt identice şi se află în două braţe alăturate ale punţii, iar în celelalte două braţe sunt introduse bobinajele de curent alternativ ale amplificatoarelor magnetice I şi II. Pe una dintre diagonalele punţii se aplică tensiunea de alimentare U, iar în cealaltă diagonală este conectat condensatorul C.

Când amplificatoarele nu sunt deschise, impedanţele bobinajelor de curent alternativ sunt egale. În acest caz, prin bobinajul motorului trec curenţi mici, egali ca valoare, iar tensiunea la bornele condensatorului este nulă, întrucât puntea este echilibrată. Rezultă ca defazajul dintre curenţii din bobinajul motorului este nul şi, prin urmare, cuplul motorului este de asemenea nul.

În cazul deschiderii unuia dintre amplificatoare (fig. 4 a şi b), de exemplu a amplificatorului I, impedanţa bobinajului de curent alternativ al acestui amplificator se micşorează. Dacă se neglijează curentul care circulă prin amplificatorul II, atunci întregul curent absorbit din reţea trece prin amplificatorul I. În continuare el se bifurcă: o parte trece prin bobinajul I al motorului, iar o altă parte prin condensatorul C şi bobinajul 2. Conectarea condensatorului C asigură defazajul dintre curenţii celor două bobinaje ale motorului. Mărimea curentului de comandă provoacă simultan creşterea curentului în bobinajele 1 şi 2 şi a defazajului dintre ei.

Pentru inversarea sensului de rotaţie al motorului este necesar să se „deschidă” amplificatorul II. În acest caz, bobinajul 2 al motorului va fi conectat spre amplificator la reţea, iar bobinajul 1 în serie cu condensatorul C, astfel că sensul de rotaţie al motorului se va inversa.

În cazul regimului intermitent este indicat să se folosească schema cu două amplificatoare magnetice simple, care conduce la scăderea dimensiunilor amplificatoarelor şi la creşterea cuplului de pornire a motorului, în comparaţie cu amplificatoarele magnetice în contratimp.

Pentru comanda motoarelor trifazate se foloseşte frecvent schema din figura 5. În lipsa semnalului de comandă, curenţii din bobinajele de comandă ale tuturor amplificatoarelor sunt egali. În acest caz, curenţii de succesiune directă care circulă prin motor sunt egali cu curenţii de succesiune inversă şi rotorul motorului nu se roteşte. În cazul deschiderii amplificatoarelor A1, A2, A3, impedanţele bobinajelor lor de curent alternativ se micşorează. Tensiunile fazelor A, B, C ale sursei de alimentare se aplică la bornele A’, B’, C’ ale motorului şi motorul începe să se rotească. Dacă se „deschid” amplificatoarele A2, A4 şi A5 motorul se va roti în sens invers, deoarece se schimbă succesiunea fazelor aduse la motor.

Pentru a obţine o caracteristică cuplu – turaţie liniară, rotorul trebuie să aibă o rezistenţă electrică mare.

Randamentul acestor motoare este foarte scăzut (maxim 20 – 25%).

Energia consumată produce o încălzire puternică a motorului; atunci când puterea lui depăşeşte aproximativ 10W, sau când funcţionează într-un mediu cu temperatură ridicată se prevede ventilarea.

Inerţia acestor motoare este foarte mică. Puterile lor variază între 1 şi 750 W

Datorită robusteţei lor, a posibilităţii unei utilizări foarte variate şi a simplităţii circuitelor de comandă, aceste motoare sunt foarte mult întrebuinţate în sistemele de reglare automată.

2.2.2 Acţionarea electrică utilizând motoare electrice de curent continuu

În cazul motoarelor de curent continuu, comanda se poate face în două moduri:- variind curentul de excitaţie şi menţinând constant curentul din indusul motorului (figura 6 a);- variind curentul din indusul motorului şi menţinând constant curentul de excitaţie (figura 6 b).

În general, în sistemele de reglare automată se întrebuinţează metoda a doua, deoarece pierderile de energie sunt mai mici.

4

Aceste motoare sunt foarte mult utilizate în sistemele de reglare în care parametrul reglat este turaţia sau un cuplu.

Particularităţile servomotoarelor de curent continuu decurg din cerinţele funcţionale ale acestora:- posibilitatea de reglaj în limite largi;- stabilitate a vitezei;- putere de comandă mică;- cuplu de pornire şi viteză de răspuns mare.

Dezavantajul folosirii motoarelor de curent continuu îl constituie apariţia scânteilor la colector în timpul comutaţiei, neputând fi folosit în medii inflamabile sau explozive, precum şi producerea de perturbaţii radiofonice.

În prezent se realizează servomotoare de curent continuu cu inerţie redusă, cu rotor fără crestături în formă de pahar sau sub formă de disc, care prezintă viteze mari de răspuns (de ordinul milisecundelor), cu un domeniu foarte larg de reglaj (1000:1), cu comutaţie îmbunătăţită.

3. ACŢIONAREA HIDRAULICĂ

Acţionările hidraulice au fost primele mecanisme din tehnica reglării automate destinate reglării proceselor; prin dezvoltarea sistemelor electrice de reglare, folosirea elementelor hidraulice a scăzut datorită dezavantajelor acestora (lipsa posibilităţii de comandă la distanţă, necesitatea etanşării îngrijite a corpurilor şi conductelor, dependenţa caracteristicilor de variaţiile temperaturii mediului ambiant şi necesitatea unei surse hidraulice).

Totuşi, elementele hidraulice sunt folosite în continuare datorită avantajelor lor faţă de elementele electrice: banda mare de trecere (frecvenţe ridicate de lucru), raport putere/gabarit mare, lipsa unui reductor la ieşire şi varietate mare a formelor de mişcare a axului de ieşire (rotativ, oscilant, liniar).

Caracteristicile statice principale ale elementelor de acţionare hidraulice sunt caracteristicile de viteză şi de forţă care determină viteza de ieşire şi forţa dezvoltată de motorul de execuţie în funcţie de elementul de comandă.

Folosind presiuni înalte se pot comanda elementele de execuţie la distanţe de maxim 200 m, fără pierderi importante de presiune.

Prin utilizarea acestor presiuni se pot realiza servomotoare hidraulice foarte mici. De exemplu, un cilindru cu diametrul pistonului de 63 mm produce o forţă de 2000 gkf şi o cursă de 500 mm, parcursă într-o secundă sau chiar mai puţin, produce o putere de 10 kW.

Deosebit de eficientă este acţionarea hidraulică atunci când trebuie acţionate simultan mai multe elemente de execuţie (de exemplu macazurile folosite în transporturi).

În instalaţiile de automatizare se folosesc, în majoritatea cazurilor, motoare hidraulice cu piston, care pot fi:- cu mişcare liniară;- cu mişcare de rotaţie (limitată la un unghi de 1800).

3.1 Acţionare hidraulică cu motor hidraulic cu piston şi mişcare liniară

În figura 7 este reprezentat un motor hidraulic cu piston şi mişcare liniară, comandat de un amplificator hidraulic cu pistoane. Tija de comandă ti deplasează sistemul de pistoane P1, P2 şi P3 din distribuitorul liniar D, alimentând prin conductele d1 sau d2 pistonul principal P.

Când tija ti se deplasează spre dreapta (ca în figură), uleiul aflat sub presiunea Pa este condus prin orificiul O2 şi conducta d2 în cilindrul N, pe faţa 1 a pistonului P, împingându-l pe acesta spre dreapta şi acţionând în acest fel tija te de la ieşirea motorului. Uleiul aflat pe faţa 1 a pistonului este evacuat din cilindru prin conducta d1 şi orificiul O1.

Dacă tija ti se deplasează spre stânga, uleiul sub presiune este pus în legătură cu conducta d1 împingând pistonul motorului spre stânga; uleiul uzat dinspre faţa 2 a pistonului va fi evacuat prin conducta d2.

Când tija ti se află într-o poziţie mediană, pistoanele P1 şi P2 închid orificiile O1 şi O2, astfel că pistonul P şi tija te

se opresc în poziţia în care s-au aflat la început.

Motoarele cu piston se folosesc atunci când sunt necesare curse mari pentru acţionarea organelor de reglare. Ele au curse cuprinse între 50 şi 300 mm, durata unei curse fiind de la câteva secunde la zeci de secunde.

5

3.2 Motoare hidraulice cu mişcare de rotaţie limitată sub 2

În figura 8 este reprezentat un motor hidraulic cu mişcare de rotaţie limitată (sub 2). Este format dintr-un cilindru C de construcţie specială, un piston P, o tijă T articulată de piston şi de manivela M. Manivela roteşte un arbore canelat A pe care este fixată la exterior pârghia pm prevăzută cu o bifurcaţie b pentru a transmite comenzile organului de execuţie.

Motorul este comandat de un amplificator hidraulic. Fluidul motor pătrunde în cilindru prin orificiile O1 şi O2, după cum dorim să deplasăm pistonul spre dreapta sau stânga.

La intrarea fluidului prin orificiul O2 pârghia motoare se va roti spre stânga.

Motoarele hidraulice cu mişcare de rotaţie dezvoltă cupluri de sute de Nm şi curse de 80-900.

Motoarele hidraulice prezintă următoarele avantaje faţă de celelalte tipuri de motoare:- pot fi folosite pentru o gamă largă de puteri;- puterea, cuplul şi viteza de răspuns sunt foarte mari;- au randament ridicat (85-90%);- nu necesită ungere.

Dezavantajele sunt următoarele:- necesită o sursă hidraulică;- necesită o prelucrare mecanică de precizie a pieselor cu care este realizat;- funcţionarea este influenţată de vâscozitatea uleiului folosit (deci şi de temperatura mediului

înconjurător);- necesită conducte în dublu sens deoarece funcţionează în circuit închis;- datorită neetanşeităţilor se poate scurge ulei şi deci există pericol de incendiu sau explozii.

4. ACŢIONĂRI PNEUMATICE

Motoarele de execuţie pneumatice se folosesc foarte mult deoarece prezintă următoarele avantaje:- fluidul folosi (aerul) nu prezintă pericol de incendiu;- după utilizare, aerul este evacuat în atmosferă, nefiind necesare conducte de întoarcere ca la cele

hidraulice (funcţionează cu circuit închis);- pierderile de aer în anumite limite, datorită neetanşeităţii, nu produc deranjamente;- sunt simple, robuste, sigure în funcţionare şi necesită cheltuieli de întreţinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt următoarele:- viteza de răspuns este mică (în medie 1/3 – 1/4 din viteza de răspuns a motoarelor hidraulice);- precizie redusă.

Folosirea servomotoarelor pneumatice se recomandă în următoarele cazuri:- mediul ambiant este exploziv;- gabarit redus;- temperatura mediului ambiant este ridicată şi cu variaţii mari;- nu se cere precizie mare;- nu se cer viteze de execuţie mari.

Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot realiza cu piston sau cu membrană.

4.1 Motoare pneumatice liniare cu piston

Se realizează motoare pneumatice cu piston cu o faţă a pistonului activă (fig. 9, a) sau cu ambele feţe active (fig. 9, b).

La motorul cu o faţă activă a pistonului, aerul comprimat intră prin orificiul O în cilindrul C şi împinge în jos pistonul P solidar cu tija T, comprimând în acelaşi timp resortul spiral R.

Forţa F care acţionează asupra pistonului va imprima acestuia deplasarea:

(1)

unde K este o constantă ce depinde de resortul spiral folosit.6

Deoarece forţa F se determină cu relaţia:

(2)

în care p este presiunea aerului care acţionează asupra pistonului şi S suprafaţa activă a pistonului, din relaţiile (1) şi (2) rezultă:

(3)

Pentru motorul pneumatic cu piston cu două feţe active (fig. 9, b) poziţia tijei T depinde de diferenţa de presiune între cele două feţe ale pistonului:

(4)

adică de diferenţa de presiune a aerului comprimat intrat prin orificiile A1 şi A2.

Acest tip de motor este folosit în cazul în care sunt necesare forţe de acţionare egale în ambele sensuri de deplasare.

Motoarele pneumatice cu piston se folosesc atunci când sunt necesare curse mari pentru acţionarea organului de execuţie. În general, se obţin curse între 50 şi 300 mm, durata unei curse fiind de la câteva secunde la zeci de secunde.

4.2 Motoare pneumatice cu membrană

Motoarele pneumatice cu membrană pot fi:- cu mişcare liniară (fig. 10);- cu mişcare unghiulară (fig. 11).

Motorul pneumatic cu membrană şi cu mişcare liniară este format dintr-o capsulă rotundă C, în interiorul căreia se află o membrană elastică M, care împarte interiorul capsulei în două camere, A şi B. În camera B se află tija T, care preia mişcările membranei M prin intermediul unui disc D. Tija şi discul sunt menţinute în poziţie iniţială de resortul R.

Aerul comprimat intră în capsulă prin orificiul O, acţionează asupra membranei şi, învingând rezistenţa resortului, împinge tija în jos.

Indicatorul I, fiind fixat pe tija T, arată cursa acestei tije, deci gradul de deschidere a organului de execuţie.

Dacă mişcarea de ieşire a motorului trebuie să fie unghiulară (de rotaţie), tija va fi articulată în punctul O1 (fig. 6.11) cu pârghia P, articulată la capătul O2 la carcasa motorului. Când tija se deplasează liniar, la capătul liber al pârghiei se obţine o deplasare unghiulară care se transmite organului de execuţie. Cu ajutorul şurubului Ş se reglează cursa pârghiei P. Celelalte elemente au funcţionarea similară cu cele ale motorului pneumatic cu membrană şi mişcare liniară.

Motoarele pneumatice cu membrană se folosesc mai mult pentru acţionarea ventilelor. La creşterea presiunii asupra membranei, ventilul se poate deschide sau închide.

Motoarele pneumatice cu membrană au curse mici (aproximativ 20 – 50 mm) şi dezvoltă forţe de zeci până la sute de daN. Diametrul membranelor variază între 100 şi 400 mm.

5. ORGANE DE EXECUŢIE (DE REGLARE)

Organele de execuţie au o construcţie foarte variată şi depinde de natura procesului de execuţie şi tipul instalaţiei de automatizare folosit.

Organul de execuţie poate fi de natură electrică sau neelectrică.

Caracteristica statică (de lucru) defineşte funcţionarea unui organ de execuţie şi reprezintă variaţia debitului substanţei reglate Q (gaz sau lichid) în funcţie de mărimea de execuţie:

Q=f(m)

În figura 12 sunt reprezentate caracteristicile statice ale organelor de execuţie.

7

Se urmăreşte ca această caracteristică să fie cât mai liniară (fig. 12, curba1), să aibă o variaţie cât mai lină (curba 2), în nici un caz o variaţie bruscă (curba 3).

Caracteristica statică este influenţată de condiţiile în care lucrează organul de execuţie, de proprietăţile substanţei comandate şi de alţi factori.

Se numeşte interval al organului de execuţie variaţia debitului Q a substanţei de reglare, la comanda organului de execuţie din poziţia închis în poziţia deschis complet. Acest interval (debit de substanţă) trebuie să fie mai mare decât variaţia maximă de debit ce poate apărea în procesele funcţionării instalaţiei automatizate.

Organele de execuţie trebuie să mai îndeplinească următoarele condiţii:- construcţia lor să permită cuplarea uşoară cu motorul de execuţie;- forţa necesară pentru comanda organului de execuţie să fie cât mai mică pentru ca motoarele de

execuţie să aibă dimensiuni şi puteri cât mai reduse;- să aibă siguranţă în funcţionare cât mai mare.

5.1 Robinete

În figura 13 este reprezentat un robinet comandat de un motor pneumatic cu resort şi membrană. Mărimea de intrare C pătrunde în servomotor prin orificiul O (venind de la regulator sau convertor), apărând la ieşirea motorului deplasarea x a tijei T. Supapa S a robinetului realizează închiderea robinetului în funcţie de deplasarea tijei. Această închidere depinde şi de profilul supapei.

Prin varierea valorii mărimii C şi deci a deplasării x, cantitatea de fluid ce trece prin robinet se modifică.

Funcţionarea acestui tip de robinet este influenţată de caracteristicile resortului şi a membranei de la motorul pneumatic.

Pentru a îmbunătăţi performanţele se întrebuinţează robinetul cu membrană, resort şi poziţioner (fig. 14). Mărimea de ieşire c comandă amplificatorul pneumatic A alimentat cu aer la presiunea pa (în general, 1,4 – 1,7 kgf/cm2). Cu această construcţie se realizează de fapt un sistem de reglare cu circuit închis unde mărimea x urmăreşte mărimea c. Schema bloc a acestui robinet este reprezentată în figura 15. Resortul R şi tija T constituie în acest sistem procesul reglat P. Elementul de comparaţie este format din extremitatea liberă a burdufului B. Elementul de măsurare M, pentru mărimea reglată x, este format din pârghia p şi resortul r.

Asupra burdufului acţionează pe de o parte o forţă proporţională SbC (Sb este suprafaţa burdufului), iar, pe de altă parte, forţa resortului r, proporţională cu deplasarea x. Deplasarea clapetei în faţa ajutajului va fi proporţională cu c-x. Acest regulator este de tip proporţional.

Prin introducerea poziţionerului se obţin următoarele avantaje:- precizia funcţionării robinetului, adică a relaţiei dintre c şi x, este mai bună;- deoarece presiunea minimă aplicată membranei poate fi mărită datorită prezenţei amplificatorului

folosit, robinetul va putea funcţiona cu frecări statice mai ridicate;- forţele perturbatoare care acţionează asupra tijei robinetului vor modifica mai puţin poziţia corectă a

acestuia.

Dezavantajele robinetelor cu poziţioner sunt: necesită o instalaţie scumpă şi o întreţinere costisitoare.

Alegerea robinetelor folosite ca elemente de execuţie trebuie să fie făcută astfel încât cel puţin 1/3 din căderea maximă de presiune disponibilă să fie absorbită de robinet pentru debitul maxim. În calculul respectiv se iau în consideraţie robinetul, conductele şi eventual alte utilaje.

O importanţă deosebită o reprezintă şi alegerea caracteristicii robinetului, adică debitul scurs prin robinet în funcţie de deplasarea tijei. Această caracteristică poate fi (fig. 16) liniară (curba 1), echiprocentuală (curba 2) sau cu deschidere rapidă (curba 3).

Comanda substanţei cu ajutorul robinetului depinde de viteza de deplasare a tijei, dar şi de profilul suprafeţei active a supapei robinetului. În figura 17 este reprezentată forma supapei pentru obţinerea curbelor caracteristice a robinetelor: liniară (fig. 17, a), echiprocentuală (fig. 17, b) şi pentru deschidere rapidă (fig. 17, c).

5.2 Vane

Vanele folosite pentru organele de execuţie pot fi plane (fig. 18) sau de tip clapetă (fig. 19).

8

Vanele au secţiuni de trecere mai mari decât robinetele. Se montează în conducte cilindrice sau în canale dreptunghiulare.

Vana plană Vp (fig. 18) se montează în conducta C. Ea este acţionată de motorul de execuţie prin intermediul axului A, care se roteşte în lagărele etanşe 1 şi 1’.

Prin rotirea vanei plane variază debitul de substanţă Q care trece prin conductă. Unghiul de rotire al vanei reprezintă mărimea de execuţie.

Vana de tip clapetă este comandată prin mişcarea liniară a tijei T (fig. 19). Vanele tip clapetă se folosesc la comanda debitelor foarte mari.

6. ELEMENTE DE EXECUŢIE MIXTE

Aceste tipuri de elemente cuprind motoare compensate (mixte) utilizând două dintre tipurile descrise în subcapitolele 2, 3, 4. Astfel, se disting elemente de execuţie electrohidraulice, hidropneumatice, etc. Ele au apărut ca o necesitate a combinării avantajelor fiecărui tip în parte.

De exemplu, dacă este necesar un motor de execuţie cu o forţă mare de acţionare, avantaj care aparţine unui element hidraulic (însă utilizarea unei instalaţii de producere a uleiului sub presiune nu se justifică din punct economic) se adoptă soluţia cu un motor de execuţie electrohidraulic (figura 20).

Curentul de comandă IC determină pornirea motorului electric M care antrenează pompa de ulei P. În acest fel, uleiul este pompat în servomotorul hidraulic H din spaţiul A în spaţiul B, deplasând tija T spre dreapta. Atunci când curentul IC îşi schimbă sensul, acţiunea are loc în sens invers. Limitatorul L plasat pe tija T deschide la final de cursă contactul C1 sau C2, întrerupând curentul IC. Întregul ansamblu motor electric – pompă – motor hidraulic constituie un tot unitar (motor electrohidraulic).

9