Sisteme de Actionare Pneumatice

7/31/2019 Sisteme de Actionare Pneumatice

1/127

1

SISTEME DE ACIONARE PNEUMATICE4.1. Introducere

Sistemele de acionare pneumatice sunt preferate ntr-un numr mare de aplicaiiindustriale, din cele mai diverse sectoare, datorit unor caliti incontestabile cum sunt:robusteea, simplitatea constructiv, productivitatea, fiabilitatea ridicat i nu n ultimul rnd

preul de cost mai sczut. n general, asemenea sisteme sunt folosite atunci cnd: trebuie controlate fore i momente de valori medii; viteza de deplasare a sarcinii nu trebuies respecte cu strictee o anumit lege; poziionarea sarcinii nu trebuie fcut cu precizie ridicat; condiiile de funcionare sunt severe (exist pericol de explozie, incendiu, umiditate etc);

trebuie respectate cu strictee o serie de norme igienico - sanitare (n industriaalimentar, farmaceutic, tehnic dentar).Figura 4.1 pune n eviden locul sistemelor de acionare

pneumatice n raport cu celelalte tipuri de sisteme de acionareprin prisma forei controlate i a preului de cost. Trebuiesubliniat faptul c n timp ce n unele domenii sistemele

pneumatice de acionare intr n competiie cu celelalte sisteme(electrice, hidraulice, mecanice), n anumite aplicaii ele seutilizeaz aproape n exclusivitate, fiind de nenlocuit.

LEGENDA:SP - sisteme pneumatice

SE - sisteme electriceSH - sisteme hidrauliceSM - sisteme mecanice

Fig.4.1

4.2. Structura unui sistem pneumatic de acionare

n figura 4.2 este prezentat, spre exemplificare, un sistem de acionare pneumatic. Acestsistem, un sistem simplu, are n componena sa urmtoarele echipamente:

motorul pneumatic MP, care transform energia pneumatic de intrare n lucru mecanicutil;

elementele de reglare i control ERC, care ndeplinesc urmtoarele funcii:- dirijeaz fluidul sub presiune, controlnd astfel sensul de micare al sarcinii antrenate de ctremotor i oprirea acesteia (distribuitorul pneumaticDP);

- regleaz debitul la valoarea cerut de motor i prin aceasta viteza de micare a sarcinii(droselele de caleD1 iDC2);-regleaz presiunea n sistem, n coresponden cu sarcina antrenat;

generatorul de energie GE,care genereaz energia pneumatic necesar sistemului; npractic pot fi ntlnite dou situaii:- cnd se dispune de o reea de aer comprimat, caz n care energia necesar este preluat de laaceast reea prin simpla cuplare a sistemului la unul din posturile de lucru ale reelei;- cnd nu se dispune de reea de aer comprimat, situaie n care trebuie apelat la un compresor,ca n exemplul din figura 4.2;

n practic exist o mare diversitate de sisteme de acionare pneumatice. Totui se poatevorbi de o structur comun (fig.4.3) care pe lng echipamentele deja prezentate mai poateconine:


2/127

2

unitatea de comand UC; la acest nivel se poate opta pentru un numr limitat de soluii,bazate pe:dispozitive electronice- relee electromagnetice- elemente logice pneumatice.

Fig.4.2

Dispozitivele electronice sunt cele care au cea mai larg utilizare. n aceast categoriesunt incluse att circuitele electronice, ct i unitile programabile. Foarte rspndite astzisunt PLC - urile ("control logic programabil"), dar se constat o tendin de utilizare tot maimult a calculatoarelor personale pentru control. Releele electromagneticereprezint un mijloctradiional pentru construcia circuitului cablat de control, chiar dac funcia lor actual selimiteaz la sisteme de acionare relativ simple i la operaii de siguran, care de preferin nuse ncredineaz programelor software.

Elementele logice pneumatice se folosesc n sistemele de mici dimensiuni, cnd sedorete obinerea unor sisteme pur pneumatice din motive de ambian (pericol de explozie, deincendiu, umiditate etc.) sau din motive de pre de cost.

elementele de interfa Iau rolul de a transforma semnalele de putere joas, de naturelectric sau pneumatic, furnizate de unitatea central, n semnale de putere nalt, de regulde alt natur; exemplul cel mai sugestiv l constituie electrovalva care transform semnaleleelectrice primite de la unitatea de comand UCn semnale pneumatice;

senzorii i limitatoarele de curssunt de cele mai multe ori electromecanice, dar pot fii pneumatice; alegerea lor este legat de tipul unitii de comand;

elementele de intrarepot fi electrice sau pneumatice, natura lor fiind dependent tot detipul unitii de comand.

O prim clasificare a sistemelor pneumatice de acionare se poate face dup modul deoperare a sistemului n:


3/127

3

- sistemeproporionale sau analogice- sisteme digitale.

Fig.4.3

Sistemele proporionale au specific faptul c mrimea de ieire este determinat denivelul semnalului de intrare (impropriu se spune c aceast dependen este proporional). Deexemplu, n cazul unui sistem care controleaz fora, pentru o anumit valoare a mrimii deintrare, presiunea din sistem are un anumit nivel, cruia i corespunde o anumit for. Orice

variaie a presiunii determin modificarea forei.Un asemenea sistem este sensibil la perturbaii externe. Aceste perturbaii fac ca

semnalul de comand s varieze accidental n jurul unei valori medii, riscul constnd ninterpretarea perturbaiei ca o modificare a semnalului de comand, ceea ce va determinamodificarea mrimii de ieire din sistem. Mai sigure din acest punct de vedere sunt sistemeledigitale. ntr-un asemenea sistem conteaz numai nivelele discrete ale semnalelor. De cele maimulte ori se lucreaz cu dou nivele ale semnalului, prezena sau absena semnalului, semnale"on - off', sau semnale "totul sau nimic". Din punct de vedere al logicii algebrice existenasemnalului este echivalent cu "i", iar absena semnalului cu "0", Pentru o mai bun nelegere

se consider un distribuitor pneumatic clasic, comandat pneumatic (fig.4.4). Se va urmrivariaia semnalului de ieire(presiunii PA) n funcie de mrimea de intrare - presiunea decomandpc.

Fig.4.4

Atunci cnd presiunea de comandpceste nul, presiunea la orificiul de consumatorA aldistribuitorului, msurat cu manometrul MA, este de asemenea nul (punctul O din fig.4.4);distribuitorul materializeaz cmpul (0). Crescnd presiunea pc manometrul MA indic o

presiune nul pn cnd presiunea de comand reuete s nving fora rezistent datoratarcului i frecrile interne; acest lucru se ntmpl cnd presiunea de comand atinge valoarea

pc1(punctulB de pe grafic). n acest moment distribuitorul comut, materializeaz poziia (1),iar la orificiul de ieireA se msoar presiuneapa(punctulD de pe grafic). Creterea ulterioar

a presiunii de comand nu modific presiunea de ieire. Reducnd acum presiunea de comand,presiunea de la ieire rmne la valoareapapn ce presiunea de comand devinepa (punctul Ede pe grafic); se observ c datorit frecrilor (fenomenului de histerezis) se depete punctul


4/127

4

D. n punctul Ese realizeaz comutarea i presiunea de ieire devine zero (se trece n punctulF). Reducerea n continuare a presiunii de comand face s se parcurg traseul de la Fla O fra se modifica presiunea PA.Diagrama din figura 4.4 b pune n eviden dou presiuni diferite decomutarepc1ipC2, datorit existenei fenomenului de histerezis.

n concluzie, oricare ar fi presiunea de comand Pc > Pcl la orificiul de ieire aldistribuitorului exist presiune, deci semnalul de ieire este "1", n timp ce oricare ar fi

presiunea de comand Pc < Pc2la orificiul de ieire presiunea este zero, deci semnalul de ieire

este "0". ntre valorile pc1 i pC2 semnalul de ieire depinde de modul n care este parcursciclul. n ceea ce privete presiunea de comand se considerpc= 1 dac Pc > Pc1 ipc= 0 dacPc < Pc2. n intervalul [Pc2, Pc1]presiunea de comand nu este definit.

Echipamentele pneumatice dintr-un sistem pneumatic de acionare pot funciona lapresiuni de lucru diferite. Cele ce sunt conectate direct cu motorul (distribuitoarele, supapele desens, droselele, supapele de presiune) uzual lucreaz la presiuni de 8 ... 10 [bar]. Dacechipamentul are numai rolul de a genera semnale logice, fr a interveni n fluxul principal de

putere, presiunea de lucru poate fi redus. Din aceast categorie fac parte att elementele logicepneumatice, care pot s lucreze la presiuni de 3 ... 4 [bar], ct i elementele micropneumatice

cu membran care lucreaz la presiuni de 1,4 ... 2,5 [bar]. n sfrit, pentru funcii speciale sepoate apela la elementele logice fluidice care au presiuni de lucru de 0,1 ... 1 [bar].Echipamentele pneumatice se pot mpri n echipamente active i echipamente pasive,

dup modul de obinere a semnalului de ieire.Sunt active acele echipamente la care semnalul de ieire provine de la o surs de presiune

constant. n acest caz semnalul de comand are numai rolul de pilotare. Aceste echipamentepot avea la ieire semnale mai mari dect cele de comand. Se realizeaz astfel o regenerare asemnalului i chiar o amplificare a acestuia graie energiei furnizate de sursa de presiuneconstant. Echipamentele pasive au specific faptul c semnalele de ieire se obin direct dintr-

un semnal de intrare. Aceste echipamente nu necesit o legtur suplimentar cu sursa deenergie, dar semnalul de ieire nu numai c nu este amplificat, dar are un nivel energetic maisczut, datorit pierderilor de presiune i debit care apar n urma curgerii prin echipament.

4.3. Generatoare de energie pneumatic

4.3.1. IntroducereAerul comprimat folosit ca agent purttor de energie i informaie n sistemele

pneumatice de acionare poate fi produs local, cu ajutorul unui compresor, sau centralizat, ntr-ostaie de compresoare.

Ultima variant este cea mai utilizat. De altfel, producerea aerului comprimat este unuldintre serviciile de baz (alturi de alimentarea cu energie electric, ap, gaze naturale) de caredispune un stabiliment modern.

Fig.4.5

n staia de compresoare aerul este aspirat din atmosfer i comprimat cu ajutorul unorcompresoare, i dup ce este tratat i nmagazinat ntr-un rezervor tampon, este distribuitconsumatorilor prin intermediul unei reele de distribuie (fig.4.5). Generarea energiei


5/127

5

pneumatice se face dup un ciclu deschis. Un asemenea ciclu presupune aspirarea dinatmosfer, comprimarea, tratarea, distribuia la utilizatori i refularea n atmosfer. Fiind unciclu deschis, aerul care alimenteaz sistemul de acionare se remprospteaz continuu, fiindsupus de fiecare dat unui proces complex de filtrare. Avantajul acestui tip de sistem (cu circuitdeschis) const n simplitatea sa (nu mai este necesar un circuit de ntoarcere a mediului delucru la staia de compresoare).

Fiabilitatea, durata de via i nu n ultimul rnd performanele unui sistem pneumatic de

acionare depind n cea mai mare msur de calitatea agentului de lucru folosit.Avnd n vedere faptul c aerul intr n contact cu elementele mobile (sertare, plunjere,

pistoane, supape etc.) sau fixe (corpuri, plci, capace etc.) ale echipamentelor, confecionate dincele mai diverse materiale (oel, aluminiu, bronz, alam, cauciuc, material plastic etc.) i c nude puine ori traverseaz seciuni de curgere, uneori de dimensiuni foarte mici, calibrate,acestuia i se impun urmtoarelecerine:

s fie ct mai curat posibil; un aer contaminat cu particule mai mari sau egale cujocurile funcionale existente ntre elementele constructive mobile i cele fixe (de exemplusertar -buc la un distribuitor, piston - cma la un cilindru) poate duce la blocarea (griparea)

elementelor mobile, dar i la uzura lor prin abraziune i la mbcsirea filtrelor din sistem;"fineea de filtrare" (cea mai mare dimensiune de particul strin exprimat n m care seaccept n masa de fluid) este un parametru ce caracterizeaz din acest punct de vedere aerul;firmele productoare de echipamente pneumatice de automatizare garanteaz performaneleacestora numai dac aerul folosit are o anumit finee de filtrare; cu ct fineea de filtrare estemai mic cu att cheltuielile de exploatare ale sistemului sunt mai mari;

s asigure lubrifierea sistemului de acionare; deoarece aerul nu are proprieti delubrifiere, n acest scop se folosesc echipamente speciale numite ungtoare, care pulverizeaz nmasa de aer particule fine de ulei; trebuie avut n vedere faptul c o ungere abundent (n exces)

poate conduce la "nclirea" elementelor constructive ale echipamentelor, iar o ungereinsuficient poateconduce la scoaterea prematur din funcionare a sistemului respectiv;s conin ct mai puin ap; n aer exist ap sub form de vapori, iar prin

condensarea acestora se obine ap care va coroda piesele din oel; la temperaturi mai sczutepoate s apar fenomenul de ngheare a apei, care poate mpiedica funcionarea sistemului laparametri normali;

s aib o temperatur apropiat de temperatura mediului ambiant pentru a evitamodificrile de stare care la rndul lor ar duce la modificri ale parametrilor funcionali aisistemului;

s intre n sistem avnd presiunea i debitul corespunztoare bunei funcionri asistemului; o presiune mai mare dect cea recomandat de productor poate duce la avarii, iar o

presiune mai mic nu asigur fora sau momentul cerute de aplicaia respectiv; n ceea ceprivete debitul, abaterile acestuia influeneaz viteza de deplasare a sarcinii antrenate desistem.Cerinele impuse aerului sunt diferite de la o aplicaie la alta. O mprire pe grade de calitateconform ISO 8573-1 (tabelul 4.1) este bine venit, fiind deosebit de util utilizatorilor unorsisteme de acionare pneumatice. Corelarea gradelor de calitate cu aplicaia (tabelul 4.2) trebuiefcut n cunotin de cauz.


6/127

6

Tabelul 4.1Impuriti solide Coninutul de ap Coninutul

Gradul de ulei rezidualMrimea Concentraia

particulelor particulelor Punct de rou [mg/m3]lumi [mg/m3l RCI

1 0,1 0,1 -70 0,012 1 1 -40 0,1

3 5 5 -20 14 15 8 3 55 40 10 7 256 - - 10 -7 - - - +

Tabelul 4.2Aplicaia Gradul de Gradul Gradul de ulei

particulesolide

de ap

Aparate de msur 2 1 4

Sisteme de acionare 3 2 6Vopsire 2 1 5Industria alimentar 3 3 3

Fabrici 4 3 6Scule pneumatice 3 3 6Sisteme de control 4 2 5

4.3.2. Structura unei staii de compresoaren figura 4.6 este prezentat schema de principiu a unei staii de compresoare. Aa cum s-

a artat deja, la acest nivel se genereaz aerul comprimat i apoi se prepar n vederea furnizriilui prin reeaua de distribuie diverilor consumatori. n structura luat n discuie se identific

urmtoarele echipamente:-F1,Fn filtre ce au rolul de a reine impuritile din aer, asigurnd astfel bunafuncionare a compresoarelor i condiiile refulrii unui aer curat;

- C1, Cncompresoare care au rolul de a genera energia pneumatic; acestea sunt pusen micare de motoarele de antrenare M1,Mn;

-R1,Rnrobinete care permit conectarea sau deconectarea compresoarelor n sistem;- Su supap de sens unic care mpiedic curgerea aerului dinspre sistem ctre

compresoare atunci cnd acestea din urm sunt oprite (n specia] n situaii de avarie);- Scschimbtor de cldur cu ap care realizeaz rcirea aerului refulat de compresoare

(n timpul comprimrii temperatura aerului crete, la ieirea din compresor fiind n jur de 80C); aici vaporii de ap se condenseaz i se transform n picturi;-SCfseparator centrifugal, de tip ciclon n care se face o reinere grosolan a apei i a

eventualelor impuriti existente n masa de aer;- Rz rezervor tampon n care se acumuleaz energia pneumatic furnizat de

compresoare; datorit acestui rezervor problema neuniformi taii debitului (problem foartederanjant n cazul pompelor) nu mai prezint importan;


7/127

7

Fig.4.6

- SSig supap de siguran ce are rolul de a limita valoarea maxim a presiunii dinrezervor;

-Uungtor;-FamU, iFavUfiltre montate n amonte i n aval de ungtorul U;

-Spsupap de reglare a presiunii, echipament ce regleaz presiunea la ieirea din staiade compresoare.

4.3.3. CompresoareAa cum s-a artat, compresorul transform energia furnizat de ctre motorul de

antrenare (electric sau termic) n energiepneumatic.Compresoarele se pot clasifica n dou mari familii: compresoare volumice i

compresoare dinamice (turbocompresoare).Compresoarele volumice realizeazcreterea presiunii agentului de lucru prin reducerea

volumului unei cantiti de aer nchise n interiorul unui spaiu delimitat (spaiu numit ncontinuare camer activ). Aspiraia aerului n compresor i refularea se fac cu intermitene.

Compresoarele dinamice realizeaz creterea presiunii agentului de lucru printransmiterea unei energii cinetice ridicate unui curent de aer i apoi prin transformarea acesteienergii n presiune static. Aspiraia aerului n compresor i refularea se fac continuu.

Cele mai utilizate sunt compresoarele volumice, al cror principiu de funcionare esteidentic cu cel al pompelor volumice (paragraful 3.2.1). Aceste compresoare se construiescpentru o gam larg de debite i presiuni, putnd deservi n condiii optime orice sistempneumatic de acionare. Din punct de vedere constructiv compresoarele se clasific n:

- compresoare cu piston- compresoare cu membran- compresoare rotative.Compresoare cu pistonAcest tip de compresor este prezentat principial n figura 4.7. Pistonul p culiseaz n

interiorul cilindrului c, micarea acestuia fiind obinut prin intermediul unui mecanism formatdin manivela m i biela b. La partea superioar a cilindrului exist dou supape, una de aspiraieA i una de refulareR; aceste dou supape controleaz admisia i respectiv evacuarea n i din


8/127

8

camera activ a compresorului, camer delimitat de suprafaa superioar a pistonului,suprafaa interioar a cilindrului i capacul superior, n care sunt amplasate cele dou supape.Manivela este pus n micare de rotaie de motorul de antrenare (nefigurat), mecanismul biel -manivel transformnd aceast micare ntr-o micare rectilinie alternativ a pistonuluip.

Fig. 4.7Fazele succesive ale unui ciclu de lucru al compresorului sunt prezentate n figura 4.8.

Curbele din componena acestei figuri au n ordonat presiunea absolut P din camera activ acompresorului i n abscis volumul V al acestei camere, volum ce se modific continuu ntimpul funcionrii. Cnd pistonul se gsete n poziia 1 camera activ este umplut cu aer la

presiunea atmosferic Po punctul 1 corespunde poziiei celei mai de jos a pistonului, cndvolumul camerei active este maxim (fig.4.8 a).

Fig.4.8


9/127

9

Fig.4.9Prin deplasarea pistonului din punctul 1 n punctul 2 (fig.4.8 b), deoarece cele dou

supape de admisieA i de refulareR sunt nchise, aerul din volumul Veste comprimat pn lapresiunea Pr.n punctul 2 supapa de evacuareR se deschide (fig.4.8 c) i aerul comprimat esteexpulzat ctre consumatori la presiunea Pr. Deplasarea are loc pn n punctul 3, punctul celmai de sus, cruia i corespunde valoarea minim a volumului V0. Din acest moment pistonulinverseaz micarea, iar supapa de refulareR se nchide. Aerul reinut n camera activ n urmacoborrii pistonului se destinde. n punctul 4 (fig.4.8 d) supapa de aspiraieA se deschide i ncontinuare aerul ptrunde n cilindru (fig.4.8 e) pn cnd pistonul revine n punctul 1. Dinacest moment ciclul se reia.

Ciclul real (fig.4.9) ns este diferit de cel teoretic din cauza pierderilor de debit prin

etanarea pistonului i a pierderilor de presiune pe cele dou supape. De exemplu, considerndsupapa de refulare, pentru a furniza consumatorilor aer la presiunea Pr este necesar cacomprimarea aerului s se fac la o presiune mai mare pentru a compensa pierderile de presiune

pe aceast supap. n ceea ce privete supapa de admisie, curgerea prin ea este posibil numaidac presiunea n camera activ este mai mic dect presiunea atmosferic Po.

La acest tip de compresor etanarea camerei active se face cu segmeni metalici sau dinteflon grafitat amplasai pe piston.

Compresoarele cu segmeni metalici necesit o ungere abundent, mai pronunat nperioada de rodaj i n stadiul de uzur avansat. Ungerea se asigur prin introducerea

mecanismului biel - manivel ntr-o baie de ulei, prevzut la partea inferioar a carcaseicompresorului.O mare cantitate din uleiul de ungere ajunge n camera activ a compresorului i de aici

odat cu aerul refulat n ntregul sistem deservit de compresor. Aa cum s-a artat, prezenauleiului n exces este de nedorit, motiv pentru care se impune folosirea unor mijloace speciale

pentru reinerea unei pri nsemnate din acest ulei. Odat cu creterea presiunii de refulare Prare loc i o cretere a temperaturii, ceea ce favorizeaz formarea vaporilor de ulei, existnd

pericolul ca la un moment dat aceti vapori s se autoaprind. Pentru presiuni mai mari de 10[bar],pentru a da posibilitatea unei rciri intermediare a aerului, compresoarele se construiesccu mai multe trepte de compresie (fig.4.10). La aceast construcie, pe traseul de legtur dintrecele dou trepte se amplaseaz un schimbtor de cldur.

La ieirea din compresor aerul poate avea temperaturi de pn la 200 C. Alimentareasistemelor de acionare cu aer la aceast temperatur poate avea efecte negative cum sunt:deformarea sau topirea elementelor constructive ale echipamentelor sistemului i a conductelorconfecionate din plastic, degradarea elementelor de etanare nemetalice, griparea unorelemente mobile n urma modificrii jocurilor funcionale datorit dilatrilor. Iat de ce estenecesar ca la consumator aerul s ajung la o temperatur apropiat de temperatura mediuluiambiant.


10/127

10

Fig.4.10

Pentru aceasta se impune o rcire a aerului, o prim etap fiind realizat chiar la nivelulcompresorului. In acest scop compresorul este prevzut cu un circuit de rcire cu ap carembrac cilindrul (ca la motoarele termice). O alt posibilitate const n suflarea de aer asupracilindrului, acesta din urm fiind prevzut cu aripioare, care au rolul de a mri suprafaa de

schimb de cldur cu mediul nconjurtor.De cele mai multe ori rcirea aerului fcut la nivelul compresorului nu este suficient,motiv pentru care staiile de compresoare sunt prevzute cu agregate de rcire (fig.4.6,schimbtorul de cldur Sc).

La variantele de compresoare cu o singur treapt de compresie mecanismul biel -manivel este neechilibrat, motiv pentru care n timpul funcionrii, datorit forelor mari deinerie, apar solicitri importante. Pentru diminuarea acestor solicitri s-au realizat compresoarecu mai mulicilindri, dispui n linie, V, W sau I.

Compresoare cu membran

Din punct de vedere constructiv - funcional aceste compresoare (fig.4.11) suntasemntoare celor cu piston. Diferena const n aceea c locul pistonului este luat de omembran. Avantajele unei asemenea construcii sunt: realizeaz o etanare perfect a camereiactive, nu necesit ungere, sunt compacte. Ca dezavantaje se pot aminti: debitele furnizate suntmici, au o durabilitate mai redus. La aceste construcii presiunea de refulare nu depete 8 ...10[bar].

Fig. 4.11Compresoare rotativeDin punct de vedere constructiv exist mai multe variante de compresoare rotative, i

anume: cu palete, cu urub, cu roidinate, cu rotor profilat etc. De altfel, aceste construcii suntsimilare cu cele ale motoarelor pneumatice rotative. Compresoarele rotative prezint o serie deavantaje cum ar fi: sunt simple constructiv, pot furniza debite ntr-un domeniu larg, au ofuncionaresilenioas, nu necesit ungere abundent.


11/127

11

Dei simple constructiv compresoarele rotative ridic probleme deosebite la execuie imontaj. La aceste compresoare etanarea camerelor active este o etanare "vie", metal pe metal.Din acest motiv, presiunea de refulare nu poate depi 8 [bar], ceea ce limiteaz domeniul deutilizare a lor. Spre exemplificare, n figura 4.12 este prezentat un compresor cu palete, ce aren componena sa urmtoarele elemente constructive: statorul 1, rotorul 2, paletele 3 i arborelede antrenare 4. Compresorul are un numr de camere active egal cu numrul de palete; ocamer activ este delimitat de dou palete consecutive, suprafaa exterioar a rotorului i

suprafaa interioar a statorului. Variaia volumului Val unei camere active este o consecin aexcentricitii e care exist ntre axa rotorului i axa alezajului prelucrat n stator. n timpulfuncionrii paletele culiseaz n canalele radiale prelucrate n rotor ntre dou poziii extreme.n permanen paletele menin contactul cu suprafaa interioar a statorului datorit forelorcentrifuge. Pentru a avea un contact ferm, uneori n spatele fiecreia dintre palete se monteazun arc elicoidal sau se aduce presiune de la refulare prin nite canale special prelucrate n acestscop.

Construcia luat n discuie poate fi folosit i ca motor, situaie n care orificiul deadmisieA se conecteaz la sursa de presiune.

Pentru c la aceste construcii camerele active suntpuse n legtur cu orificiul de refulare n mod continuu,randamentul volumic al acestor compresoare este mai bundect n cazul compresoarelor cu piston.

Figura 4.13 [4.7] pune n eviden gama de debite ipresiuni acoperit de fiecare tip de compresor. Informaiiledin aceast figur pot fi folosite pentru alegerea tipului decompresor care poate deservi o anumit aplicaie atuncicnd se cunosc debitul i presiunea necesare.

Fig.4.12Reglarea debitului unui compresorNu puine sunt aplicaiile la care din diverse motive energia pneumatic nu poate fi

preluat de la o reea de aer comprimat. n asemenea situaii trebuie folosit un compresor cares deserveasc aplicaia respectiv. Debitul furnizat de compresor trebuie s fie adecvatcerinelor utilizatorului i trebuie s varieze n acord cu condiiile concrete de funcionare.

Deoarece toate construciile de compresoare au cilindree fix, modificarea debituluifurnizat de un compresor nu se poate face pe aceast cale.


12/127

12

Fig.4.13

De cele mai multe ori motorul de antrenare al unui compresor este unul electric;totui, n condiii de antier, acolo unde nu exist posibilitatea conectrii lareeaua electric, sefolosesc motoare cu combustie intern.

Transmisia ntre motor i compresor poate fi fcut prin curea, prin intermediul unuireductor cu roidinate sau, n anumite situaii, direct printr-un cuplaj elastic.

n concluzie, turaia de antrenare a arborelui compresorului este fix, i deci nici peaceast cale nu esteposibil reglarea debitului.

Pentru reglarea debitului se folosesc dispozitive electrice de reglare i control. Unasemenea dispozitiv trebuie s fie capabil s comande furnizarea de debit sau s ntrerup acest

proces atunci cnd consumul o cere. Reglarea se bazeaz pe utilizarea a dou presostate, reglate

unul pe nivelul de presiune minim, iar cellalt pe nivelul de presiune maxim. Compresorulfurnizeaz debit sistemului de acionare prin intermediul unui rezervor (integrat n construciacompresorului) n care se acumuleaz debitul de aer care reprezintdiferena ntre cel furnizatde compresor i cel cerut de consumator. Dac presiunea n rezervor atinge nivelul maximreglat, presostatul corespunztor d un semnal electric care determin dezactivareacompresorului. Din acest moment aerul necesar consumatorului este furnizat de ctre rezervor,motiv pentru care presiunea n rezervor scade. Atunci cnd presiunea atinge valoarea minimreglat cu presostatul corespunztor acesta d un semnal electric care determin reactivareacompresorului.

Activarea i dezactivarea compresorului se poate realiza n dou moduri, i anume:- prin oprirea motorului de antrenare; n acest caz trebuie ca rezervorul s fie dimensionatcorespunztor astfel nct motorul de antrenare s rmn n repaus un anumit timp prestabilit;


13/127

13

totodat, motorul trebuie protejat la pornire, cunoscut fiind faptul c momentul rezistent estemai mare n perioadele de iniializare i oprire a micrii;

- prin comandarea supapei de aspiraie; n acest caz motorul de antrenare funcioneazcontinuu, iar cnd se dorete dezactivarea compresorului supapa de aspiraie este meninut n

permanen deschis; n acest fel aerul aspirat este restituit mediului ambiant, iar consumulenergetic este minim.

A doua posibilitate este folosit cu precdere n cazul compresoarelor de dimensiuni mari

i medii, pentru a evita solicitrile dinamice nsemnate ale motorului de antrenare, solicitri ceapar la demararea i oprirea motorului.

4.3.4. Usctoare de aerAerul este un amestec gazos ale crui componente principale sunt azotul i oxigenul.Mai exact, ponderea medie a fiecrei componente a amestecului este:

azot 75,31 % oxigen 22,95 % bioxid de carbon 0,04 % gaze nobile 1,43 %

alte substane 0,27 %.Compoziia aerului variaz n funcie de loc i de condiiile ambiante, ntotdeauna n aerse afl o anumit cantitate de vapori de ap, ce depinde de temperatur, presiune i de condiiileatmosferice. Se spune c aerul dintr-un volum dat este saturat atunci cnd cantitatea de vaporide ap coninut de acest aer este maxim; un aport suplimentar de vapori nu mai este asimilatde masa de aer i n consecin aceti vapori se vor condensa.

Cantitatea maxim de vapori de ap ce poate fi coninut n aer variaz n funcie detemperatur i presiune, aa cum se arat n tabelul 4.3.Tabelul4.3

Presiunea relativ [bar]Temperatura

[0C]

0 5 10

70 192,48 32,08 17,5060 126,57 21,09 11,5150 80,69 13,45 7,3440 49,71 8,28 4,5230 29,51 4,92 2,6820 16,82 2,80 1,5310 9,18 1,53 0,830 4,78 0,80 0,43

-10 2,12 0,35 0,19-20 0,86 0,14 0,08-30 0.32 0.05 0.03

Valorile din tabel arat cantitatea de ap sub form de vapori, exprimat n grame - fieaceasta mvs, coninut n aerul saturat dintr-un volum Vo = 1 m

3pentru diferite temperaturi ipresiuni.Pentru a exprima cantitatea de vapori de ap coninut de aerul dintr-un volum Vse defineteumiditatea aerului ca fiind:

[%], (4.1)

unde mv reprezint masa vaporilor de ap coninui de aerul nesaturat, de umiditate ua dinvolumul V; este de la sine neles c n ambele situaii (cnd n volumul Vexist aer saturat i


14/127

14

respectiv aer cu o umiditate ua) avem aceeai presiune i aceeai temperatur i c umiditateaaerului saturat este de 100 %. Compresorul aspir direct din atmosfer, aerul avnd de cele maimulte ori presiunea absolut de 1 bar, temperatura de 20 Ciar umiditatea de 65 %.n acestecondiii masa de vapori de ap coninut ntr-un metru cub de aer este conform relaiei (4.1):mv =0,65 16,82 = 10,93 g unde mai nti s-a stabilit pentru condiiile precizate mvs=16,82 g din tabelul 4.3.

Analiznd valorile din tabelul 4.3 se observ c micorarea temperaturii i creterea

presiunii favorizeaz condensarea vaporilor de ap coninui n masa de aer. n timpulprocesului de comprimare (la nivelul compresorului) temperatura aerului crete raportat latemperatura mediului din care se aspir aerul. ntruct ns creterea temperaturii n raport cucreterea presiunii la nivelul compresorului este mult mai semnificativ, nu exist pericolul caaerul s se satureze (n aceste condiii de presiune i temperatur aerul are nevoie de o cantitatemare de vapori ca s ajung la saturaie) i deci n compresor nu exist pericolul apariieifenomenului de condens.

n schimb, fenomenul de destindere a aerului este nsoit de scderea semnificativ atemperaturii sale; n aceast situaie aerul are nevoie pentru a se satura de o mas mai mic de

vapori de ap i o bun parte din masa de vapori de ap coninut de aerul din compresortrebuie s se condenseze. Acest fenomen poate s apar n rezervorul compresorului, nschimbtorul de cldur al staiei de compresoare, n conductele reelei de aer sau nechipamentele sistemelor de acionare conectate la reea.

n concluzie, dac nu se iau msuri speciale, compresorul poate s furnizeze un aersaturat i n multe aplicaii acesta poate fi folosit ca atare. La nivelul multora dintreechipamentele sistemului de acionare deservit de compresor are loc o destindere a aerului,nsoit, aa cum s-a artat, de o scdere a temperaturii care provoac condens. Acest lucru se

poate ntmpla n supape, cilindri i n special la nivelul motoarelor rotative.

n sistemele de acionare pneumatice prezena apei este de nedorit deoarece:- apa determin corodarea pieselor metalice;- la temperaturi sczute apa poate nghea, formnd dopuri de ghea n conducte sau n

aparate i prin aceasta mpiedicnd buna funcionare a sistemului;- mpreun cu uleiul de ungere apa formeaz un amestec vscos care ader pe suprafeele

elementelor mobile ale echipamentelor, ngreunnd micarea acestora.n plus exist o serie de aplicaii la care nu este admis prezena aerului umed, ca de

exemplu n industria alimentar, chimic, sau acolo unde se lucreaz cu o atmosfer controlat.Este de la sine neles faptul c o staie de compresoare trebuie dotat cu un sistem de uscare aaerului comprimat, dup dorin, sistem care trebuie dimensionat n funcie de aplicaiiledeservite de staia respectiv. Nivelul de uscare atins este indicat n mod obinuit definind"punctul de rou", care este temperatura la care se produce condensarea pentru o concentraiedeterminat de vapori de ap. n general, se menine acest punct de rou la o temperatur cu 5Csub temperatura minim atins n instalaie.

Pentru eliminarea apei din aerul comprimat se folosesc n principal trei metode de uscarediferite:

metoda de uscare prin rcire; metoda de uscare prin adsorbie; metoda de uscare prin absorbie.

Metoda de uscare prin rcireeste prezentat principial n figura 4.14. Aceast metod sebazeaz pe faptul c la scderea temperaturii, vapori de ap din masa de aer se condenseaz,


15/127

15

picturile de ap formate depunndu-se n colector, acesta din urm fiind amplasat la nivelul celmai de jos al instalaiei.

Aerul refulat de compresor intr n instalaie la o temperatur relativ ridicat itraverseaz schimbtorul de cldur SC1, unde are loc prima etap a rcirii (o parte din clduraaerului este cedat schimbtorului SC2). n continuare aerul traverseaz schimbtorul SC2, unden contact cu serpentina circuitului de rcire cu ap aerul sufer o rcire semnificativ. Cea maimare parte a vaporilor de ap secondenseaz, iar picturile formate prin efect gravimetric se

depun la partea cea mai de jos a instalaiei, adic n colector, de unde sunt purjate periodic ctreexterior. n drumul su, aerul trece din nou prin schimbtorul SC;, unde recupereaz o parte dincldura cedat iniial, ajungnd la o temperatur apropiat de cea a mediului ambiant.

Fig.4.14

Metoda descris este economic, sigur i nu ridic probleme n ceea ce privetentreinerea i exploatarea instalaiei de rcire. Aceste argumente fac ca aceast metod s fiecea mai des folosit.

Metoda de uscare prin adsorbieSchema de principiu a acestei metode este prezentat n figura 4.15. n calea aerului seinterpune un gel constituit din cristale ale unor substane cu proprieti adsorbante (cel maiadesea dioxid de sulf, clorit de litiu sau calciu etc); n contact cu acest gel apa din aer ader la

suprafaa cristalelor.

Fig.4.15


16/127

16

Instalaia conine dou adsorbereA1iA2atunci cnd unul dintre ele lucreaz cellalt seregenereaz. n figur lucreaz adsorberul Ai, n timp ce adsorberul A2 se regenereaz.Regenerarea const n suflarea de aer cald prin gelul saturat cu ap. Pentru aceasta robineteleRii R2 sunt deschise, robinetele R3 i R4 sunt nchise, iar distribuitoarele D] i D2 realizeazconexiunile figurate. Aceast metod, deosebit de eficient, este mai puin folosit datoritfaptului c substana adsorbanteste costisitoare i nu n ultimul rnd datorit consumului mare

de energie. Se utilizeaz pentru aplicaiile unde se cere uscarea la un punct de rou foartesczut.

Metoda de uscare prin absorbieMetoda, prezentat principial n figura 4.16, se bazeaz pe proprietatea apei de a

reaciona atunci cnd vine n contact cu anumite substane chimice, formnd cu acestea uncompus greu, care se separ apoi prin efect gravitaional. Avantajele utilizrii acestei metodesunt: consum redus de energie n timpul funcionrii i ntreinere uoar. Totui, metoda estemai puin folosit datoritpreului ridicat al substanei absorbante, care periodic trebuiecompletat i al eficienei sczute.

Fig.4.164.3.5. Filtrarea n staiile de compresoare

Filtrele folosite ntr-o staie de producere a aeruluicomprimat (fig.4.6) sunt amplasate att pe circuitul deaspiraie al compresoarelor, ct i dup compresoare,nainte de intrarea n reeaua de distribuie. Filtrelemontate pe circuitul de aspiraie al compresoarelor aurolul de a reine particulele coninute n aerul aspirat dinmediul nconjurtor i sunt n general de tip mecanic, cuo slab rezisten la trecerea aerului. Se pot folosi filtre"uscate" sau filtre cu baie de ulei.

n primul caz reinerea particulelor strine dinmasa de aer se realizeaz prin centrifugarea aerului ntr-oanticamer a filtrului i apoi cu ajutorul unui elementfiltrant confecionat din fetru, fibr sau carton. Pentru areduce rezistena la curgere a aerului care

traverseaz filtrul, acesta trebuie s aib a suprafa defiltrare ct mai mare.

Fig.4.17


17/127

17

Este motivul pentru care se opteazpentru construcii plisate (fig.4.17 a) sau obinuteprin stivuirea unor rondele (fig.4.17 b). Filtrele cu baie de ulei prezint n partea de jos aconstruciei o zon cu ulei, a crei suprafa vine n contact cu aerul, care n acest fel seumezete. Aerul umed trece apoi printr-un element filtrant (umed datorit uleiului existent nmasa de aer), care realizeaz o filtrare foarte eficient, n aval de compresoare impuritilesunt reprezentate de particulele solide nereinute de filtrele de pe circuitele de aspiraieale compresoarelor, de particulele generate la nivelul compresoarelor, sau care se desprind din

pereii conductelor de legtur, de vapori de ulei provenii de la compresoare i de apacondensat. Aa cum s-a artat n paragraful anterior, aerul furnizat de compresoare conine apsub form devapori. Este motivul pentru care filtrele sunt n general amplasate dup rezervor ircitor, n punctele n care aerul se gsete la temperaturi mai joase i apa este parialcondensat. Aceste filtre opereaz n general dup unul din urmtoarele principii:separarea prin centrifugare;n figura 4.18 este prezentat schematizat un separator centrifugal;n acest caz aerul ptrunde n echipament printr-un canal tangenial, dup care est obligat s

parcurg o traiectorie elicoidal; evacuarea se realizeaz printr-o conduct central; datorittraiectoriei imprimate fluidului, particulele solide i lichide sunt mpinse de fora centrifug

ctre peretele filtrului, de unde alunec spre baza acestuia.fixarea pe fibre; n figura 4.19 este prezentat un filtru cu fibre confecionate din fetru, metalsau vat de sticl, la care particulele solide din aer sunt eliminate n urma ciocnirii lor cufibrele; dimensiunile fibrelor au obinuit valori de 5 ... 8 m; schema de principiu este aceeaicu cea a unui filtru cu cartu poros (paragraful 4.4.2) n care aerul sosete n exteriorulcartuului, strbate apoi elementul filtrant, dup care iese din echipament; astfel de filtre sesatureaz n timp, motiv pentru care se impune nlocuirea lor periodic;fenomenul de coalescen; un filtru de acest tip (fig.4.20) conine un cartu confecionat dinmetal sinterizat, ceramic sau microfibre; aerul parcurge filtrul n sens invers fa de cazul

precedent, adic din interiorul cartuului ctre exteriorul acestuia; particulele lichide suntconstrnse s parcurg drumuri lungi i ntortocheate i sunt reinute pe parcurs; cnd acestemicropicturi intr n contact de-a lungul traseelor din cartu, ele se reunesc formnd picturimari, care sunt mpinse de aer ctre exteriorul cartuului; odat aceste picturi ajunse pesuprafaa exterioar a cartuului se scurg de-a lungul acestei suprafee, acumulndu-se la bazafiltrului; un asemenea filtru trebuie cuplat cu un filtru cu cartu obinuit, deoarece el nu reineimpuritile solide din masa de aer, ci numai apa; de altfel, rolul lui este de a provoca formarea

picturilor mai mari de ap, care se pot elimina cu mai mult uurin.


18/127


19/127

19

mai multe linii deodat. De remarcat faptul c n cazul din figura 4.21 b calea aleas de aerpentru a alimenta un anumit consumator se poate modifica n funcie de locul n care seidentific consumatorii majori. De-a lungul liniilor reelei exist robinete care permit izolareaanumitor poriuni din reea att din motive de siguran, ct i pentru ntreinere, care va fiastfel posibil fr a nchide ntreaga reea. n apropierea consumatorilor importani reeaua esteprevzut cu rezervoare intermediare, aa cum se arat n figura 4.22, unde este prezentatschema unei reele de aer comprimat.

Fig. 4.22

Conductele reelei de aer comprimat, de culori diferite de cele ale altor instalaii (de ap,gaze), sunt dispuse la marginea localului pe pmnt, n lungul pereilor sau pe tavan.

Problema separrii condensului, n cazul absenei unei instalaii de uscare, impune

nclinarea conductelor de alimentare cu o pant de 1 - 2 % n sensul curgerii, astfel nct s seasigure n acest fel scurgerea condensului, care va fi colectat n oale de condens amplasate nanumite puncte ale reelei, n figura 4.23 este prezentat soluia frecvent folosit pentru afavoriza eliminarea condensului n cazul reelelor de lungime mare; aici, prin amplasarea nacest mod a oalelor de condens O, pe lng faptul c se elimin condensul se menine cota deamplasare pe vertical a conductei.

Fig.4.23

Pentru alimentarea unui consumator (fig.4.22) exist o derivaie "d" care se ramific dinconducta principal "cp" sub o anumit geometrie, artat n figur.Se observ c, conectarea are loc ntotdeauna la partea superioar a conductei principale,evitndu-se astfel ptrunderea apei condensate n derivaia "d". De altfel, la partea cea mai de

jos a derivaiei exist o oal de condens, care poate fi golit periodic prin intermediul unuirobinet.

La aceast derivaie este conectat un rezervor intermediar dac, consumatorul este unulimportant. Conectarea consumatorului (sistemului de acionare) se face la partea superioar a


20/127

20

rezervorului i ntotdeauna prin intermediul unui grup de pregtire a aerului comprimat(paragraful 4.4).

Trebuie subliniat faptul c existena unei instalaii de uscare la nivelul staiei decompresoare este costisitoare. Printr-o proiectare corect a reelei de aer comprimat (conductenclinate, oale de condens amplasate corect, ramificaii cu o geometrie bine stabilit etc.) se

poate renuna la instalaia de uscare realizndu-se astfel o important economie.De cele mai multe ori conductele reelei sunt confecionate din metal. mbinrile dintre

conducte sunt realizate prin filetare, sau cu flane pentru dimensiuni mari. Suspendareaconductelor pe perei nu este realizat direct, ci prin intermediul unor elemente care au n

primul rnd rolul de a evita transmiterea vibraiilor de la conducte la perei.Diametrele nominale ale conductelor sunt standardizate i in seama de recomandrile ISO 65(tabelul 4.4).Tabelul 4.4

Mrimea 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2Diametrulnominal [mm]

6 8 10 15 20 25 32 40 ......

n prezent tendina este ctre folosirea de reele de distribuie construite din tuburitrefilate din aliaje uoare, i de elemente (mufe, coturi, ramificaii etc.) normalizate. Oasemenea reea se poate monta cu uurin, ntr-un timp mult mai scurt dect cea clasic. n

plus se pot face cu eforturi minime modificri ale reelei, iar pierderile de presiune de-a lungulreelei sunt foarte reduse.

n tabelul 4.5 sunt prezentate simbolurile principalelor echipamente ntlnite n structurastaiei de compresoare i a reelei de distribuie.Tabelul 4.5


21/127

21

4.4. Grupul de pregtire a aerului

4.4.1.IntroducereAa cum s-a artat n paragraful anterior, conectarea sistemului de acionare la reeaua de

aer comprimat (fig.4.22) trebuie fcut prin intermediul unui grup de echipamente, numit ncontinuare grup de pregtire a aerului. Acest grup este compus din: filtru, regulator de presiune,ungtor. Rolul lui este de a furniza sistemului de acionare deservit un aer comprimat curat,reglat la presiunea cerut de consumator i lubrifiat.

Un grup de pregtire a aerului comprimat este realizat prin nserierea echipamentelorprecizate mai sus (n mod obligatoriu n ordinea amintit). n anumite situaii exist

posibilitatea ca grupul s conin n structura sa mai multde un echipament de acelai tip (deexemplu pot fi folosite dou filtre,urmrindu-se prin aceasta livrarea ctre consumator a unuiaer mai curat). De asemenea, uneori grupul poate s conin n afara echipamentelor precizate ialte echipamente auxiliare, cum sunt: un robinet, un dispozitiv de alimentare progresiv aconsumatorului la pornire, blocuri de derivaie.

Nu de puine ori filtrul i regulatorul de presiune sunt realizate ntr-o construciemodular.

Trebuie subliniat faptul c exist aplicaii care nu necesit un grup de pregtire a aeruluicu o structur standard. n cazul n care nu se impun condiii severe asupra valorii presiuniiaerului, prezena regulatorului de presiune nu este necesar. De asemenea, dac existenauleiului pericliteaz procesul tehnologic deservit de sistemul de acionare (de exemplu nanumite aplicaii din industria textil, farmaceutic, alimentar, tehnic dentar) ungtorullipsete din structura grupului.

n figura 4.24 este prezentat un grup de pregtire a aerului cu o structur standard.Robinetul este n fapt un distribuitor 3/2 (cu trei orificii i dou poziii), cu poziie reinut,comandat manual sau pneumatic. n una din poziiile stabile de funcionare distribuitorul

alimenteaz cu aer comprimat sistemul, n cealalt blocheaz orificiul de presiune i descarc laatmosfer sistemul deservit de grup.

Fig. 4.24Blocurile de derivaie permit preluarea de aer comprimat dintr-un anumit punct al

grupului. De exemplu, dac anumite echipamente din sistem nu funcioneaz cu aer lubrifiat,prin intercalarea unui bloc de derivaie ntre regulator i ungtor se poate capta pentru acesteechipamente aer nelubrifiat din amonte de ungtor.

4.4.2. FiltreAceste echipamente ndeplinesc att rolul de filtrare propriu-zis ct i pe acela de

separator de ap. La nivelul acestui echipament filtrarea se face, de obicei, n dou trepte.Aerul comprimat intr, mai nti, n treapta de filtrare prin inerie,n care sunt separate

particulele grele de impuriti i picturile de ap. Pentru aceasta, odat ptruns n echipament


22/127

22

aerului i se imprim o micare turbionar. Ca urmare condensul i impuritile mai mari suntproiectate pe peretele interior al paharului filtrului, de unde se scurg la baza acestuia.

A doua treapt realizeaz o filtrare mecanic. La acest nivel se face o filtrare fin cuajutorul unui cartu filtrant, care reine particulele fine de impuriti mecanice. Unele filtre sunt

prevzute i cu un element magnetic care realizeaz reinerea particulelor metalice din masa deaer. Cartuele filtrante se pot realiza din:

-sit metalic; acestea se folosesc frecvent pentru filtrri medii (finee de filtrare de 40

... 250 m);-esturi textile sau materiale fibroase (psl, fetru, hrtie, carton, vat de sticl); aceste

cartue prezint urmtoarele avantaje: sunt ieftine, pot lua orice form i permit obinerea uneifinei de filtrare foarte bune (1 ... 2 m); n schimb au o rezisten mecanic i o rigiditatefoarte sczute, iar la presiuni mari exist pericolul de desprindere a fibrelor din care suntconfecionate, urmat de antrenarea acestora n sistem; curirea i recondiionarea lor este

practic imposibil;- materiale sinterizate; n acest caz cartuele se obin prin sinterizarea unor pulberi

metalice de form i dimensiuni apropiate, fr adaos de liant, confecionate din bronz i mai

rar din oel inoxidabil, nichel, argint sau alam; prezint urmtoarele avantaje: sunt foarteeficiente, permit obinerea unei finei de filtrare ntr-un domeniu larg (2 ...10m), pierderile depresiune pe ele sunt mici, sunt rezistente la coroziune, au durabilitate mare, pot fi curate irecondiionate uor; dezavantajul acestor cartue const n preul lor de cost mai ridicat.

n figura 4.25 este prezentat o seciune printr-un asemenea echipament. Aerul ptrundeprin orificiul de intrare i dup care trece n paharul transparent 5 prin piesa de turbionare 4 (o

pies cu aripioare) care i imprim o micare elicoidal, pe parcursul creia datorit forelorcentrifuge care iau natere, particulele mai mari i condensul sunt proiectate pe peretele interioral paharului 5; datorit cmpului gravitaional i poziiei lor periferice, n afara curentului

principal de aer ele se scurg n camera de colectare C , desprit de restul paharului prindeflectorul 8. Cnd jetul de aer ntlnete deflectorul 8 acesta i schimb direcia de curgere cu180; aerul traverseaz n continuare elementul filtrant 6 care reine impuritile mai fine.Impuritile i apa colectate n camera C sunt golite periodic sub presiunea aerului cu ajutorulrobinetului 10. n cazul n care cantitatea de condens ce trebuie eliminat este relativ mare este

posibil utilizarea unui dispozitiv automat de descrcare. Un asemenea dispozitiv este prezentatn figura 4.26; acest dispozitiv se monteaz la partea de jos a paharului n locul robinetului 10(fig.4.25).Cnd lichidul din condens ajunge la o limit prestabilit, plutitorul 1 se ridic sub aciunea apeii provoac deschiderea supapei Si.n acest moment aerul sub presiune ajunge prin tubul 4ncamera C1 a membranei m i dezvolt pe suprafaa acesteia o for de presiune care are dreptefect deplasarea membranei i odat cu ea deschiderea supapei de purjare S2. Sub efectulaerului comprimat impuritile i apa sunt expulzate n atmosfer.


23/127

23

Fig.4.26Fig.4.25

4.4.3 Regulatoare de presiuneAceste echipamente, reprezentate principial n figura 4.27, realizeaz urmtoarele dou

funcii:- regleaz presiunea de la ieirea echipamentuluipela valoarea dorit n intervalul

[0,P i -hmin], unde hminreprezint pierderea de presiune pe traseul intrare - ieire atunci cndseciunea de curgere prin echipament este egal cu seciunea sa nominal;

- menine presiunea reglat constant, n anumite limite, atunci cnd n timpulfuncionrii variaz presiunea de intrare, P i i/sau se modific consumul de debit mc din avalde echipament. Datorit acestor funcii ndeplinite de echipament, el este ntlnit fie subdenumirea de reductor de presiune, fie sub denumirea de stabilizator sau regulator de presiune.n fapt echipamentul este o supap normal deschis, de reducie (paragraful 4.6.3).

Presiunea de ieire este reglat prin intermediul membranei m; pe suprafaa de jos amembranei acioneaz presiunea de ieirepe, n timp ce pe cealalt suprafa acioneaz arcul aa crui for de pretensionare este reglabil prin intermediul urubului s.

Atunci cnd fora de pretensionare este zero, membranam se afl n poziia dereferin,iar supapa plan Sp este poziionat pe scaunul su 5; aceasta nseamn c presiunea de ieireeste zero.Pentru o anumit for de pretensionare, fie aceasta Fa0, centrul rigid al membranei i odat cuel i tija t i supapa Sp se vor deplasa fa de poziia de referin cu sgeatafo. n acest fel ntresupapa plan Sp i scaunul su S se va genera o seciune de curgere creia i va corespunde oanumit pierdere de presiune h0; presiunea de ieire va fi atunci pe0 = pi0h0 Deci, prinintermediul forei de pretensionare (reglabil cu ajutorul urubului s ) , se poate obine la ieireaechipamentului presiunea dorit. n momentul efecturiireglajului, presiunea de intrare i

consumul de debit din aval de echipament au fost considerate constante la valorile pi0, irespectiv mc0 .


24/127

24

Fig.4.27

Dac dup un timp presiunea de intrarescade/crete la valoarea pi1, ntr-o prim etap presiuneade ieire tinde s scad/creasc. Acest lucru determindeplasarea membranei i odat cu ea i a supapei n

jos/sus, ntr-o nou poziie de echilibru, i n consecin

scderea/creterea pierderii de presiune pe seciuneaintern a echipamentului. In acest fel presiunea de ieirermne constant, la valoarea reglat pe0.

Dac dup un anumit timp consumul de debit dinaval de echipament scade/crete, ntr-oprim etap existtendina creterii/scderii presiunii de ieire. Acest lucrudetermin deplasarea membranei, i odat cu ea i asupapei n sus/jos, i n consecin micorarea/cretereaseciunii de curgere prin echipament, i deci adaptarea

debitului de ieire la valoarea celui cerut de sistemuldeservit de echipament.n cazul n care consumul de debit devine zero, seciunea de curgere prin echipament devinenul. Eventualele scpri de aer (datorate unor imperfeciuni ale etanrii n zona scaun -supap) pot determina creterea presiunii de ieire. n aceast situaie membrana m sedeplaseaz n sus, i cum deplasarea supapei Sp i a tijei t nu mai este posibil (estempiedicat mecanic), tija t pierde contactul cu scaunul prelucrat n talerul inferior U(fig.4.27i 4.28 b), realizndu-se n acest fel (prin orificiile o1i o2)punerea n legtur cu atmosfera acircuitului din aval de echipament i deci n acest fel eliminarea surplusului de aer i meninereaconstant la valoarea pe0a presiunii de ieire.

Fig.4.28


25/127

25

n figura 4.28 este prezentat o seciune printr-un asemenea echipament, n cazul n caredebitul cerut de consumator este relativ mare, regulatorul trebuie dimensionat ca atare; aceastanseamn c seciunea de curgere prin regulator este de valoare mare, iar pentru reglarea

presiunii de ieire este necesar un arc adecvat. Opiunea pentru un arc puternic conduce lareducerea sensibilitii regulatorului. n aceast situaie, precum i n cazul n care operaia dereglare a presiunii de ieire trebuie realizat de la distan, fora elastic de referin estenlocuit cu o for de presiune de referin obinut cu ajutorul unui regulator de presiune

acionat manual, numit regulator pilot.n figura 4.29 este prezentat oseciune printr-un regulator de presiune pilotat.

La aceast construcie, arcul 1 este folosit numai pentrua menine n contact supapa 2 cu scaunul prelucrat ncorp atunci cnd echipamentul nu este alimentat.Presiunea de pilotaj se instaleaz n camera 4 i seexercit pe ansamblul format din cele dou membrane5. Fora de presiune creat astfel nlocuiete fora de

pretensionare a arcului ntlnit la construciilenepilotate.Fig.4.29

4.4.4. UngtoareAceste echipamente au rolul funcional de a pulveriza n masa de aer comprimat furnizat

sistemului de acionare o cantitate minim de ulei necesar ungerii garniturilor i elementelormobile din echipamentele sistemului, n funcie de fineea picturilor de ulei pulverizate nmasa de aer se disting dou tipuri de ungtoare: ungtoare cu pulverizare obinuit (cu cea deulei) i ungtoare cu pulverizare fin (cu microcea de ulei).

Dei soluiile constructive ale celor dou ungtoare sunt diferite, totui funcionarea lorse bazeaz pe acelai principiu.

n cazul ungtoarelor cu pulverizare obinuit picturile de ulei sunt mari (mai mari de 5m) n timp ce la cele cu pulverizare fin picturile au dimensiuni mai mici i sunt mai uniformdistribuite n masa de aer comprimat. Schema de principiu a unui ungtor cu pulverizareobinuit este prezentat n figura 4.30 a, n timp ce n figura 4.31 este prezentat o seciuneprintr-un echipament de acest tip. Principiul de funcionare se bazeaz pe efectul Venturi, ncare se exploateaz depresiunea creat la trecerea aerului comprimat printr-o seciune restrictiv

Ra.

Fig.4.30


26/127

26

Datorit acestei restricii presiunea P1(fig.4.30 a) este mai mare dect presiunea P2, lucruce favorizeaz urcarea uleiului din rezervorul rn conducta c; acest ulei, al crui debit poate fireglat cu ajutorul droseluluiRu, ajunge n zona restrictiv unde este antrenat de aerul comprimatce curge aici cu o vitez foarte mare.

Ungtoarele sunt prevzute n general cu vase transparente (fig.4.31, poz.5) pentru aputea observa n permanen nivelul de ulei din rezervor. De asemenea, la partea superioar aungtorului exist o cupol (poz.8) confecionat tot dintr-un material transparent care permite

vizualizarea picturilor de ulei generate.Datorit turbulenei aerului n aval de ungtor, picturile de ulei tind s se asocieze i s

se depun pe peretele interior al conductei de legtur dintre ungtor i consumatorul deservitde acesta. Din acest motiv un ungtor cu pulverizare obinuit pentru a fi eficient trebuie s fiemontat n imediata vecintate a consumatorului (n orice caz la o distan mai mic de 5 ... 6m)i ntr-un punct ct mai nalt n raport cu acesta.

Ungtoarele cu pulverizare fin au schema de principiu reprezentat n figura.4.30 b.Spre deosebire de schema unui ungtor cu pulverizare obinuit, aici exist dou circuite de aercare leag orificiul de intrare i cu cel de ieire e, i anume:

- circuitul principal 1-x -2, circuit ce conine seciunea restrictiv x (un circuit identic cu celntlnit n cazul ungtoarelor cu pulverizare normal); pe acest traseu trece cea mai marecantitate de aer;- circuitul secundar 1 - z - 4 - b - 6 - 2; debitul de aer ce urmeaz acest traseu trece mai nti

prin seciunea restrictiv z , unde are loc prima pulverizare a uleiului; existena acestui debiteste o consecin a faptului c ntre seciunile 1 i 2 exist o diferen de presiune creat derestriciax.

Rezervorul de ulei se gsete sub circuitul principal de aer. Uleiul din acest rezervor estepus n legtur prin intermediul unei conducte cu cavitatea c , situat deasupra circuitului

principal de aer; aceast cavitate comunic att cu seciunea restrictivz ct i cu cavitatea b.Uleiul care ajunge n zona restriciei z este pulverizat de curentul de aer, a crui vitez decurgere n aceast seciune este foarte mare, dup care ajunge n rezervor, n volumuldeterminat de pereii rezervorului i suprafaa uleiului; la intrarea n rezervor, amestecul aer -ulei se destinde, iar picturile mai mari de ulei cad n rezervor. n masa de aer rmn nsuspensie numai picturile de ulei foarte fine, care formeaz o cea de ulei, ce este antrenat

prin orificiul de ieire 6n fluxul principal de aer. Aici curentul de aer provoac o noupulverizare, i mai ales o distribuie uniform a picturilor de ulei n suspensie n toat masa deaer.

O alt caracteristic a acestui tip de ungtor este aceea c aici debitul de ulei este reglatindirect, prin intermediul unui circuit de aer care leag cavitatea b cu cavitatea c; debitul de aerpe acest circuit este reglat prin intermediul droselului R. n acest fel se elimin pericolul careexist n cazul n care droselul ar fi montat direct pe circuitul de ulei, i anume acela de obturarea droselului, drosel ce controleaz seciuni de curgere foarte fine.

Ungtoarele cu pulverizare fin se folosesc cu precdere atunci cnd amplasareaechipamentului nu se poate face n imediat apropiere a elementelor ce trebuie unse sau cndsistemul deservit de ungtor are o complexitateridicat (multe coturi, strangulri etc). i nacest caz picturile de ulei se pot asociai apoi depune pe pereii interiori ai conductelor,numai c acest lucru se produce dupo distan de 25 ... 30 m de ungtor. Acest tip de ungtor

are o eficacitate redus n cazul echipamentelor la care echipajele mobile au cursmic, iarschimbarea sensului de micare se face rapid; nasemenea cazuri picturile de ulei din aer nu


27/127

27

au timp s sedepun pe suprafeele ce trebuie unse, ele fiind evacuate din echipament odatcu aerul.

Fig.4.31

4.4.5. Dispozitive de alimentare progresivFig.4.32

n timpul funcionrii unui sistem de acionare pneumatic exist situaiin care la un moment dat ntregul sistem este pus n legtur cu atmosfera.Asemenea cazuri pot s apar dup o urgen, sau dup terminarea unui ciclu de

lucru. Punerea sub presiune a sistemului poate cauza micri brute i imprevizibile aleorganelor mobile ale motoarelor din sistem. Acest fenomen este favorizat i de faptul c uneleelementele mobile ale echipamentelor sistemului pot fi n poziii necontrolabile.

Iat de ce este de dorit ca reconectarea sistemului s se fac progresiv, la nceput cu undebit mic, care s determine creterea lent a presiunilor n camerele active ale motoarelor dinsistem; n acest fel se realizeaz ntoarcerea lent a organelor active ale motoarelor din poziiiintermediare n poziiile de referin. Pentru a realiza acest lucru au fost concepute dispozitive

speciale numite dispozitive de alimentare progresiv. Schema de principiu a unui asemeneadispozitiv este prezentat n figura 4.32. Se observ c dispozitivul este format dintr-undistribuitor 2/2, cu poziie preferenial, comandat pneumatic, i dintr-o rezisten fix. nsituaia n care sistemul din aval este oprit (pus n legtur cu atmosfera), datorit arculuidistribuitorul materializeaz poziia (0) , poziie n care seciunea de curgere prin distribuitoreste blocat. Pentru a conecta sistemul se deschide robinetul grupului de alimentare, robinetmontat la intrarea n grup, situaie n care la intrarea n dispozitiv exist presiune; ntr-o primetap aerul curge ctre sistemul deservit de grup prin rezistena fix a dispozitivului; datoritacestei rezistene umplerea sistemului i deci creterea presiunii n sistem se va face progresiv,

pn la valoarea nominal, situaie n care distribuitorul comut n poziia (1); n acest momentsistemul este alimentat printr-o seciune egal cu seciunea nominal de curgere.4.4.6. Structuri de grupuri de pregtire a aerului comprimat


28/127

28

Echipamentele descrise n paragrafele anterioare pot fi utilizate fie singular, fie grupate ndiferite structuri.

n tabelul 4.6 sunt prezentate pentru fiecare dintre aceste echipamente o vedere a sa isimbolul corespunztor.

n paragraful 4.4.1 (fig.4.24) a fost prezentat un grup de pregtire cu o structur standard(robinet, filtru, regulator de presiune, ungtor).

n continuare, n figurile 4.33 i 4.34 sunt prezentate alte dou exemple de grupuri de

pregtire a aerului comprimat.Grupul din figura 4.33 poate livra sistemului deservit:- aer nelubrifiat, la presiuneaPr,-aer lubrifiat, la presiuneaPr,aer uscat, la o presiune joasP2.Tabelul4.6

Fig.4.33Pentru aceasta, n componena grupului exist:

- un prim grup de echipamente format dintr-un robinet R i modulul filtru + regulator depresiune F+RP; aici se realizeaz filtrarea aerului i reglarea presiunii Pf ,- un al doilea regulator de presiuneRP* care regleaz presiunea joasP2;- un ungtor U care realizeaz lubrifierea aerului pe care l furnizeaz echipamentelor dinsistem care lucreaz cu aer lubrifiat.

n afara acestor echipamente, grupul trebuie s conin dou blocuri de derivaieBD1iBD2care permit conectarea regulatorului de joas presiuneRP* i a ungtorului U.

n figura 4.33 b este redat schema cu simboluri a grupului prezentat mai sus. n figura4.34 este prezentat un alt grup de pregtire a aerului care are n structura sa:- dou filtre F1 iF2;


29/127

29

- un regulator de presiuneRP;- un bloc de derivaieBD care permite alimentarea echipamentelor din sistem ce funcioneazcu aer nelubrifiat;- un ungtorU;- un robinetR;- un dispozitiv de alimentare progresivDAP.

Fig.4.34

4.5. Motoare pneumatice

4.5.1.IntroducereCa i motoarele hidraulice (paragraful 3.2) motoarele pneumatice au rolul funcional de a

transforma energia fluidului (aici aer comprimat) ntr-o energie mecanic pe care o transmitprin organele de ieire mecanismelor acionate. Dup tipul procesului de transformare a

energiei pneumatice n energie mecanic motoarele pneumatice se mpart n:- motoare pneumostatice sau volumice; la aceste motoare procesul de transformare are loc pe

baza modificrii permanente a unor volume delimitate de prile mobile i prile fixe alecamerelor active ale motorului;- motoare pneumodinamice, cunoscute i sub denumirea de turbine pneumatice; la acestemotoare energia pneumostatic a mediului de lucru este transformat ntr-o prim etap nenergie cinetic, care apoi este la rndul ei transformat n energie mecanic.

n sistemele de acionare pneumatice n marea majoritate a cazurilor motoarele folositesunt motoare volumice. Este motivul pentru care n cele ce urmeaz vor fi prezentate numai

aceste motoare.Organul de ieire al unui motor pneumatic poate fi o tij sau un arbore. n primul cazorganul de ieire are o micare rectilinie alternativ (cazul cilindrilor i camerelor cumembran), n timp ce n cel de-al doilea caz micarea acestuia este fie de rotaie alternativ(cazul motoarelor oscilante), fie de rotaie pe un unghi nelimitat (cazul motoarelor rotative).

Un alt criteriu de clasificare a motoarelor pneumatice l reprezint modul n care serealizeaz micarea organului de ieire; dup acest criteriu se disting: motoare cu micarecontinu i motoare cu micare incremental.

Tot n aceast familie, a motoarelor pneumatice, se pot ncadra i motoarele pneumo -

hidraulice, la care micarea organului de ieire este controlat prin intermediul unui circuithidraulic auxiliar.


30/127

30

4.5.2. Motoare pneumatice liniareAa cum s-a artat n paragraful anterior, aceste motoare transform energia pneumatic

n energie mecanic pe care o transmit prin organul activ de ieire - tija motorului -mecanismelor acionate. Micarea organului de ieire are loc ntre dou poziii limit, stabiliteconstructiv sau funcional, ce definesc cursa motorului.

4.5.2.1. Motoare pneumatice liniare de construcieclasicAceste motoare din punct de vedere constructiv - funcional nu difer semnificativ de

cele hidraulice (paragraful 3.2.7). Diferenele care apar, valabile de altfel pentru toateechipamentele pneumatice, se refer la urmtoarele aspecte: etanarea camerelor active se facentotdeauna cu elemente de etanare nemetalice; datorit vscozitii reduse a mediului fluid delucru, n cazul motoarelor pneumatice nu se poate realiza o etanare "vie" sau o etanare cusegmeni metalici, aa cum se ntmpl uneori n hidraulic; materialele folosite pot avea

proprieti mecanice mai modeste, iar dimensiunile (grosimi de perei, seciuni transversaleetc.) unora dintre elementele constructive sunt mai reduse datorit solicitrilor mai mici careapar ca o consecin a presiunilor de lucru, limitate la 10 ... 12 [bar]; nu de puine ori nconstrucia acestor motoarese ntlnesc aliaje pe baz de aluminiu.

Cele prezentate n paragraful 3.2.7 privind clasificarea, simbolizarea i parametrii tehnico- funcionali ai motoarelor hidraulice i pstreaz i aici valabilitatea.Dup modul n care sunt separate cele dou camere funcionale motoarele pneumatice se

pot clasifica n:-cilindri (fig.4.35 a, b i c): la aceste motoare separarea se face prin intermediul unui

piston 3, iar etanarea se realizeaz prin intermediul unor garnituri nemetalice 7;-camere ca membran(fig.4.35 d): la aceste motoare rolul pistonului este preluat de o

membran nemetalic 8, care realizeaz i etanarea celor dou camere.Din punct de vedere constructiv motoarele pneumatice liniare sunt formate din dou

subansambluri principale: subansamblul carcas: format din cmaa 1 i capacele 2 i .5; subansamblul piston: format din pistonul 3 i tija 4.

n funcie de subansamblul ce se deplaseaz, motoarele pneumatice liniare se potclasifica n:- motoare cu carcas fix i piston mobil (fig.4.35 a, b);- motoare cu carcas mobil i piston fix (fig.4.35 c).


31/127

31

Fig. 4.35

Se prefer ca orificiile s se execute n subansamblul fix al motorului.Deplasarea subansamblului mobil se poate realiza:- sub efectul aerului sub presiune n ambele sensuri de micare; n acest caz se spune c

motorul este cu dubl aciune (fig.4.35 b i c); pentru deplasarea n sensul vitezei v1 (fig.4.35 b)- ctre dreapta se alimenteaz cu aer sub presiune camera C1i se pune n legtur cu atmosfera

camera C2, pentru deplasarea n sensul vitezei v2 - ctre stnga se alimenteaz cu aer subpresiune camera C2i se pune n legtur cu atmosfera camera C1;- sub efectul aerului sub presiune ntr-un sens, iar n cellalt sens:- sub aciunea unui arc (fig.4.35 a i d);- sub efectul greutii proprii a ansamblului mobil, situaie n care motorul trebuie s

lucreze n poziie vertical;- sub aciunea mecanismului antrenat;n acest caz se spune c motorul este cu simpl aciune.n cazul motoarelor cu dubl aciune se pot ntlni dou situaii:- cnd cele dou suprafee active S 1 i S2sunt egale (fig.4.35 c); n acest caz se spune c

motorul este cu tij bilateral sau c acesta este nediferenial; vitezele (v1 i v2) i forele


32/127

32

dezvoltate (FaiFr) sunt egale dac alimentarea celor dou camere active se face n aceleaicondiii (acelai debit i aceeai presiune);

- cnd cele dou suprafee active S1i S2 sunt diferite (fig.4.35 b); n acest caz se spunec motorul este cu tij unilateral sau c acesta este diferenial; pentru un asemenea motor v1 Fratunci cnd alimentarea celor dou camere se face n aceleai condiii.

Una dintre problemele ce apar la aceste motoare este cea a opririi la capetele de curs.Aici, n urma impactului dintre ansamblul mobil i capace, apar ocuri mecanice care solicit

dinamic elementele constructive ale motorului. Pentru eliminarea acestei deficiene existurmtoarele soluii:

- dac viteza de deplasare i sarcina nu sunt foarte mari se poate amortiza impactul cuajutorul unor inele 1, montate pe pistonul 4 , ca n figura 4.36; exist i posibilitatea utilizrii nacelai scop a unor arcuri elicoidale sau arcuri taler;

Fig.4.36- de cele mai multe ori se opteaz pentru o frnare realizat pe cale pneumatic, prin micorareaseciunii de evacuare n apropierea capacului; n figura 4.37 este prezentat principial aceastsoluie; practic, n apropierea capului de curs se ntrerupe evacuarea pe traseul obinuit i aeruldin volumul Veste evacuat prin seciunea controlat de droselul 2; pentru a nu diminua foradezvoltat de presiune nfaza de pornire se folosete supapa de sens 3; frnarea se poate realizala un singur capt (fg.4.37 a) sau la ambele capete (fig.4.37 b i c) i poate fi fix (fig.4.37 a i

b) sau reglabil (fig.4.37 c);- cnd energia care trebuie amortizat este prea mare, se recurge la amortizoare externe de tiphidraulic.

Fig.4.37Legend: 1 -buc de frnare, 2 - drosel, 3 - supap de sens unic

n figura 4.38 este prezentat o materializare a schemei de principiu din figura 4.37.


33/127

33

Fig. 4.38

n cazul motoarelor pneumatice liniare cursa de lucru poate fi modificat, folosind nacest scop opritori mecanici. n asemenea situaii frnarea trebuie s fie extern. Oprireaansamblului mobil n poziiile limit se poate realiza cu destul precizie, n schimb oprirea n

poziii intermediare, prin nchiderea camerelor active, este mult mai imprecis datoritcompresibilitii mediului de lucru. Totodat, ceilali parametri ai micrii (viteza i acceleraia)

sunt dificil de controlat, fiind influenai de o serie de factori variabili n timpul funcionrii,cum sunt: presiunea i debitul de alimentare, forele rezistente, masa inerial redus etc.

Pentru prinderea motorului n structura mecanica pe care multe posibiliti, aa cum searat n figura 4.39.

Legenda:1 - talpa2 -flan capac piston3 -flan capac tija4 - ochi capac piston

5 - ochi de mijloc6- ochi capac tija

Fig.4.39

n continuare sunt prezentate cteva soluii constructive de asemenea motoare, dup cumurmeaz:

- n figura 4.40 a un motor pneumatic liniar cu simpl aciune, fabricat de firmaMartonair; n acest caz, avansul ansamblului mobil (format din tija 2 i pistonul format din

piesele 5 i 10) se realizeaz sub efectul presiunii, iar revenirea, sub aciunea arcului 8; pentru

alimentarea acestui motor se folosete un distribuitor3/2, ceea ce constituie de fapt avantajulprincipal al acestui tip de motor; ca dezavantaje se pot aminti: cursa limitat, consecin aexistenei arcului i pierderea unei pri dinfora util pentru deformarea arcului;

- n figura 4.40 b un motor pneumatic liniar cu tij bilateral, fr frnare la capetele decurs, fabricat de firma Martonair;


34/127

34

Fig.4.40

- n figura 4.41 un motor pneumatic liniar diferenial (cu tij unilateral), fr frnare lacapetele de curs, fabricat de firma Festo;- n figura 4.42 un motor pneumatic liniar diferenial (cu tij unilateral), cu frnare la

capetele de curs, fabricat de firma Festo.

Fig.4.42Alegerea cilindrilor, recomandri privind utilizarea acestora.n multe aplicaii industriale se poate opta pentru un cilindru tipizat, care se alege din

cataloagele firmelor productoare, astfel nct principalele caracteristici tehnico - funcionale scorespund scopului urmrit. De altfel, exist multe firme productoare de echipamentepneumatice de automatizare (FESTO, SMC, MARTONAIR, BOSCH etc), care pun ladispoziia utilizatorilor cataloage complete cu echipamentele fabricate, unde sunt precizate

pentru construciile promovate dimensiunile constructive principale, parametrii tehnico -funcionali, recomandri privind utilizarea produselor respective etc. Pentru alegerea cilindruluitrebuie mai nti precizate:


35/127

35

- fora ce trebuie dezvoltat de motor;- viteza de deplasarea;- cursa;- modul de montare a motorului n structura mecanic i restriciile privind gabaritul i

greutatea motorului.Predimensionarea cilindrului i apoi alegerea din catalog poate s urmeze, cu mici

adaptri, algoritmul prezentat n paragraful 3.2.7.

n cele ce urmeaz se prezint a alt modalitate de alegere a cilindrilor pneumatici.Metoda presupune ca pornind de la valoarea forei ce trebuie dezvoltate de motor, s sedetermine mai nti diametrul pistonului. Trebuie inut seama de faptul c o parte din fora depresiune este pierdut pentru a nvinge forele de frecare existente. La cilindrul cu simplaciune este necesar s se in seama i de fora consumat prin comprimarea arcului. n cazulunui astfel de cilindru, notnd cup1presiunea din camera activ, cu S 1 seciunea pistonului, cuFf fora de frecare i cu Fafora datorat arcului (for proporional cu deplasarea ansambluluimobil) se poate scrie expresia forei utile:

F=p1S1-FfFa

n cazul unui cilindru cu dubl aciune dac se noteaz cu p1 presiunea din camera dedescrcare i cu S2seciunea pe care acioneaz aceast presiune se poate scrie expresia foreiutile:

F=p1S1-p2S2FfSe face precizarea c n expresiile (4.2) i (4.3) presiunilep1ip2sunt presiuni relative;

totodat, aceste expresii sunt valabile numai n regim de micare stabilizat. n fazele deaccelerare i frnare a micrii trebuie inut seama i de forele ineriale.

Referitor la valorile orientative ale presiunilor din camerele active ale motorului, ncalculele de predimensionare, se poate considera:

-

p1 0.8 p , unde p reprezint presiunea de alimentare; nu se lucreaz cu aceastpresiune deoarece trebuie inut seama de pierderile de sarcin existente pe circuitul dealimentare a motorului;

- p2 =0,2...0,4 [bar] .Forele de frecare sunt dependente de tipul de garnitur folosit pentru etanarea

pistonului i a tijei i de condiiile de utilizare. Condiiile de ungere i de gresare pot s reducconsiderabil valorile forelor de frecare.

La iniializarea micrii trebuie nvinse i forele de aderen (paragraful 2.4.2) care suntmai mari chiar dect forele de frecare; aceste fore cresc semnificativ dac pistonul rmneoprit ntr-o anumit poziie un timp mai ndelungat. Pentru a ine cont de forele de frecare(termenul Ff ) se reduce procentual fora teoretic maxim de presiunep 1 S 1 cu 10 ... 20 %.

n tabelul 4.7 sunt indicate n [N] forele utile dezvoltate de un cilindru cu dubl aciuneatt pentru faza de avans ct i pentru cea de revenire. Pentru determinarea valorilor din tabel s-a considerat c forele de frecare reprezint 10 % din valoarea forei de presiune. Determinriles-au fcut pe baza relaiilor:

- pentru cursa de avans: Fa = [ N ] ;- pentru cursa de revenire:

Fr = [ N ] , unde d reprezint diametrul alezajului cilindrului

(egal cu diametrul pistonului),iar d, diametrul tijei. Dimensiunile alezajelor corespund celor unificate de norma UNI ISO3320.


36/127

36

Tabelul 4.7d d, Micarea Presiunea p1[bar]

[mm] [mm] 2 4 6 8 10 12 148 4 avans 9.0 18.0 26.9 35.9 45 53.8 62.7

retragere 6.7 13.4 20.2 26.9 34 40.3 4710 4 avans 14 28 42 56 70 84 98

retragere 11.8 23.5 35.8 47 59 70.6 180.312 6 avans 20.2 40.3 60.5 80.6 100.8 121 141.1

retragere 15.1 30.2 45.4 60.5 75.6 90.7 105.816 6 avans 35.8 71.7 107.5 143.4 179.2 215 250.9

retragere 30.8 61.6 92.4 123.2 154 184.8 215.620 8 avans 56.5 113 170 226 283 339 396

retragere 47 94.1 141.1 188.2 235.2 282.2 329.325 12 avans 88.4 177 265 353 442 530 619

retragere 67.3 134.7 202 269.4 336.7 404 471.432 12 avans 145 290 434 579 724 869 1010

retragere 123.2 246.4 369.6 492.8 616 739.2 862.440 16 avans 226 452 679 905 1130 1360 1580

retragere 188.2 376.3 564.5 752.6 940.8 1129 131750 20 avans 353 707 1060 1410 1770 2120 2470retragere 294 588 882 1176 1470 1764 2058

63 20 avans 561 1120 1680 2240 2810 3370 3930retragere 499 999 1499 1998 2498 2998 3498

80 25 avans 905 1810 2710 3620 4520 5430 6330retragere 809 1617 2426 3234 4043 4851 5660

100 32 avans 1410 2830 4240 5650 7070 8480 9900retragere 1257 2513 3770 5027 6283 7540 8796

125 32 avans 2210 4420 6630 8840 11000 13300 15500retragere 2044 4088 6132 8177 10221 12265 14309

Pentru o predimesionare rapid a unui cilindru pneumatic se pot folosi o serie de grafice,puse la dispoziie de firmele productoare. Spre exemplificare, firma Festo pune la dispoziiapotenialilor beneficiari familiile de curbe din figurile 4.43, 4.44 i 4.45, care reprezint:

F = f ( d) pentru diferite valori ale presiunii de alimentare - figura 4.43;aceste curbe au fost trasate pornind de la expresia forei utile dezvoltate de motor pe cursa deavans;

Fk= f ( c ) pentru diferite valori ale diametrului tijei dt, unde c reprezint cursa, iarFkfora de flambaj - figura 4.44; aceste curbe au fost trasate pornind de la expresia forei de

flambaj:(4.4)

unde Ereprezint modulul de elasticitate, Jmomentul de inerie, l lungimea de flambaj, s unfactor de siguran; lungimea de flambaj s-a considerat pentru cazul cel mai defavorabil -cilindru dublu articulat, situaie n care l= 2 c, iar factorul de siguran s s-a considerat egal cu5;


37/127

37

Fig.4.43

Fig.4.44- q= f ( d ) pentru diferite valori ale presiunii de alimentare, unde q reprezint volumul

de aer consumat la deplasarea pistonului cu l [cm] - figura 4.45; aceste curbe au fost trasatepornind de la expresia:

(4.5)

unde qareprezint volumul de aer consumat pentru avansul pistonului cu l[cm] , P presiuneaabsolut la intrarea n cilindru, exprimat n [bar] , iar P0 = 1,013 [bar] .


38/127

38

Fig.4.45

Pentru a determina consumul de aer atunci cnd pistonul se retrage cu l [cm] sefolosete relaia:

(4.6)

n aceste condiii volumul de aer consumat pentru ca pistonul s realizeze un ciclu complet este:q=(q a + q a c)[ l]unde c reprezint cursa de lucru, exprimat n centimetri.

Se poate exprima acum debitul de aer consumat de un motor liniar:Q = q n [l/min] (4.7)

unde n reprezint numrul de cicluri efectuate de piston ntr-un minut.n continuare, pentru a evidenia modul de utilizare a nomogramelor de mai sus, se

predimensioneaz un cilindru pneumatic pentru care se cunosc:- valoarea forei utile: F = 600 [N] ;

- cursa de lucru: c = 600 [mm];- valoarea maxim a presiunii de lucru: p = 6 [bar]. Rezolvarea acestei problemepresupune parcurgerea urmtoarelor etape:

a. pe nomograma din figura 4.43 se identific punctul de funcionare "A" la interseciaverticalei corespunztoare forei de 600 [N] cu dreapta oblic corespunztoare presiunii de 6[bar]; ducnd o linie orizontal prin punctul A se determin diametrul alezajului cilindruluid&35 [mm]; cum aceast valoare nu face parte din irul de valori unificate prin norma UNIISO 3320 se alege pentru diametrul alezajului valoarea imediat superioar de 40 [mm]; cu uncilindru avnd acest diametru fora precizat prin tem se obine cu o presiune p = 5 [bar](valoare determinat tot cu ajutorul nomogramei din fig.4.43);

b. pe nomograma din figura 4.44 se determin punctul de funcionare "B" la interseciaverticalei corespunztoare forei de 600 [N] cu dreapta orizontal corespunztoare cursei de600 [mm]; acest punct corespunde unui diametru al tijei d, - 14,3 [mm]; cum aceast valoare nuface parte din irul de valori stabilite de norma amintit, se alege valoarea imediat superioar,deci dt= 16 [mm];

c. cu ajutorul nomogramei din figura 4.45 se stabilete consumul de aer; se localizeazmai nti punctul de funcionare "C" la intersecia orizontalei corespunztoare diametruluialezajului d = 40 [mm] cu dreapta oblic corespunztoare presiunii de lucru p = 5 [bar]; peverticala cobort din acest punct se citete volumul de aer consumat la avansul pistonului cu 1

[cm], i anume qa =0,065 [IJ; pentru a stabili consumul de aer la retragerea pistonului cu 1[cm] se determin cu ajutorul nomogramei volumul de aer care corespunde volumului ocupat


39/127

39

de tij; pentru dt = 16[mm] ip = 5 [bar] rezult q = 0,01 [ l] , iar volumul de aer consumat laretragerea pistonului cu 1 [cm] va fi:q, = qa - q = 0,065 - 0,01 = 0,055 [l].

Pentru determinarea acestui volum se poate proceda i altfel:- se determin mai nti un diametru echivalent, cu relaia:

de = =37 [mm];-pentru aceast valoare i la o presiune de 5 [bar] din nomograma se citete direct: qr =

0,055 [ l] .Cele dou valori, pentru qai qrse pot determina exact cu ajutorul relaiilor(4.5) i (4.6);

pe aceast cale se gsete:qa =0,063 [ l]qr = 0,053[ l ] ;ntre aceste valori i cele citite din nomograma exist o diferen datorat n primul rnd

erorilor de citire fcute.Pentru un ciclu complet de lucru consumul de aer va fi:

q=( 0,063 + 0,053) -60 =6,96 [ l ] .

Trebuie remarcat faptul c necesarul consumului de aer al cilindrului este o datimportant, deoarece pe baza lui se dimensioneaz conductele de legtur.

n sistemele pneumatice de automatizare, n mod uzual presiunea relativ de lucru este de5...6 [bar ] .

n ceea ce privete cursa de lucru la cilindrii cu simpl aciune nu depete 100...200[mm], n timp ce la cilindrii cu dubl aciune n mod obinuit cursa este de 12 [m];cilindrii de construcie special pot avea curse de pn la 5...6 [m] .

Viteza de deplasare a pistonului i deci i a sarcinii antrenate poate varia n intervalul 0,2... 2 [m /s] . n cazuri speciale se poate atinge 3...5 [m /s ] .

4.5.2.2. Motoare pneumatice liniare de construcie specialPentru a satisface o gam ct mai larg de aplicaii, n afara construciilor deja prezentate

(construcii clasice) au fost concepute i realizate o serie de motoare cu o construcie special,numite n cele ce urmeaz motoare speciale. Un asemenea motor rspunde unor cerinespecifice i are ca scop simplificarea structurii sistemului de acionare din care face parte. Celemai importante construcii de acest tip sunt:

a. motoare cu mai multe pistoane solidarizate;b. motoare fr tij;

c. motoare antirotaie;d. motoare cu curs scurt;e. motoare cu cma deformabil;f. motoare cu mai multe poziii.

a. Motoare cu mai multe pistoane solidarizateAceste construcii se folosesc n acele aplicaii unde exist restricii privind gabaritul

radial. ntr-o asemenea situaie este posibil ca, n condiiile n care presiunea de alimentare estelimitat ( 8 ... 10 bar), s nu se poat obine fora util dorit cu un motor de construcie clasical crui diametru s fie mai mic dect dimensiunea radial maxim impus. Rezolvarea const

n Fig.4.46utilizarea unui motor cu mai multe pistoane.


40/127

40

Fig. 4.46n figur 4.46 este prezentat principial un asemenea cilindru, cu dou pistoane. Prin

alimentarea simultan a camerelorC1 i C3 i golirea simultan a camerelorC2i C4se obineavansul tijei i se dezvolt fora:

unde =S1/S2reprezint coeficientul de grosime a tijei; pentru cilindri pneumatici = 1,1... 1,3,valorile mici corespunznd cilindrilor cu diametre mari. Fora Fa ar putea fi obinut, ncondiiile aceleiai presiuni de alimentare, cu un cilindru clasic de diametru d*, legtura ntre di d * fiind:

d = (0,66...0,72)

b. Motoare fr tijAceste construcii sunt folosite n acele aplicaii unde problema gabaritului axial are o

importan deosebit.Trebuie remarcat faptul c unui cilindru n construcie clasic i este necesar un spaiu de

montaj i lucru s=l 0 + 2 c , unde l0(fig.4.47) reprezint o mrimeconstructiv ce ine seamade dimensiunile celor dou capace i de lungimile necesare montrii cilindrului n structuramecanic i cuplrii acestuia cu sarcina antrenat.

Dimensiunea axial s poate fi micorat prin eliminarea tijei i deplasarea sarcinii

antrenate n paralel cu axa cilindrului.Soluiile posibile sunt n principal:- motoare cu cablu sau band;- motoare cu legtur rigid;- motoare cu cuplaj magnetic.

Fig.4.47

Motoare cu cablu sau bandLa aceste construcii micarea rectilinie alternativ a pistonuluip (fig.4.48) este transmis

saniei s prin intermediul cablului c care este nfurat peste roile de cablu r1 i r2,n acest felsania s i odat cu ea i sarcina antrenat, fixat pe sanie, se vor deplasa n paralel cu pistonul in sens invers fa de acesta. Cablul folosit este de seciune circular, pentru a facilita etanrilecelor dou camere active ale motorului i este confecionat din plastic sau metal plastifiat. nfigura 4.49 este prezentat o seciune printr-un motor de acest tip, fabricat de firma Martonair.


41/127

41

Fig.4.48

Fig.4.49

Exist i construcii la care cablul este nlocuit cu o lamel elastic de seciunedreptunghiular, variant avantajoas din punct de vedere al rigiditii ansamblului mobil.

Motor cu legturrigidCu un motor de acest tip este posibil obinerea unei curse de pn la 5... 10 m . O

soluie constructiv a unui motor de acest tip este prezentat n figura 4.50. La aceastconstrucie pistonul 1, de form special, este legat rigid de cruciorul 2 prin intermediul piesei3. Deplasarea ansamblului mobil este posibil datorit unui canal prelucrat n cmaa 4, nlungul generatoarei acesteia. Etanarea de-a lungul canalului este asigurat de lamela metalic

5. Cnd pistonul se mic, profilul flexibil al lamelei se adapteaz n mod automat la poziiapistonului i acruciorului, asigurnd astfel etanarea celor dou .camere active. n figura 4.50b este prezentat o vedere de ansamblu a unui astfel de cilindru. Se observ la parteasuperioar cruciorul 2, care permite cuplarea cu sarcina antrenat.

Fig. 4.50

Motoare cu cuplaj magneticLa aceste construcii transmiterea micrii de la pistonul 1 (fig.4.51) la msua mobil 2,la care se cupleaz sarcina ce trebuie antrenat, se face prin intermediul unui cuplaj magnetic.


42/127

42

Pentru aceasta, pistonul 1 i msua 2 sunt prevzute cu un numr de magnei permaneni.Pentru a facilita cuplarea magnetic este necesar ca eava 3 s fie confecionat dintr-unmaterial permeabil la cmpul magnetic, ca de exemplu: oel inoxidabil, aliaje de aluminiu,alam etc. Pe aceast cale se obine o cuplare perfect, deci o deplasare simultan a pistonuluii msuei.

Fig.4.51

c. Motoare antirotaie. Aceste motoare sunt folosite atunci cnd sarcina antrenat nutrebuie s se roteasc n jurul axei longitudinale. Pentru asigurarea acestei condiii sunt posibilemai multe soluii, alegerea variantei optime fcndu-se corelat cu valoarea forelor externe caretind s roteasc sarcina antrenat.

Fig. 4.52 Fig. 4.53Dac aceste fore nu sunt mari, atunci se poate apela la o tij cu seciunenecircular, de

exemplu aplatisat (fig.4.52 a) sau hexagonal (fig.4.52 b). O asemenea soluie presupuneprelucrarea n capacul posterior (capacul prin care trece tija) a unui orificiu cu aceeai seciuneca i cea a tijei. Problema cea mai delicateste aceea a etanrii camerei posterioare, din cauzadificultilor de adaptare a garniturilor, care sunt la origine de form circular. O alt

posibilitate de mpiedicare a rotirii sarcin

Sisteme de Actionare Pneumatice

Documents

Transcript of Sisteme de Actionare Pneumatice