Sisteme hidraulice

Descrierea si functionarea sistemelor hidraulice 1. Mediul hidraulic Mediul hidraulic, agentul motor sau lichidul de lucru sunt denumiri atribuite frecvent fluidului utilizat in sistemele hidraulice de acţionare. Acest fluid este supus, în timpul funcţionării sistemului, unor condiţii de lucru deosebit de grele pentru transmiterea mişcării şi efortului, cum sunt: variaţia într-un domeniu larg a temperaturii, presiunii şi vitezelor de lucru, condiţii în care trebuie să-şi menţină propietăţile fizico-chimice şi mecanice pe o perioadă determinată. 1.1. Cerinţe impuse mediului hidraulic şi tipuri de medii utilizate Condiţiile grele de lucru expuse ridică restricţii deosebit de severe şi impun o selectare riguroasă a categoriilor de fluide care să corespundă la majoritatea cerinţelor ce se impun acestora. Dintre cele mai importante cerinţe care se impun şi pe baza cărora se aleg aceste lichide de lucru, se menţionează următoarele: - bune propietăţi lubrifiante şi înaltă rezistenţă mecanică a peliculei de lichid; - înaltă rezistenţă şi stabilitate chimică şi termică spre a prevenii oxidarea, descompunerea şi degradarea acestuia; - variaţie minimă a vâscozităţii cu temperatura; - să nu degaje vapori la temperaturi obişnuite de funcţionare şi să nu conţină impurităţi care să faciliteze degajare de vapori; - să nu conţină, să nu absoarbă şi să nu degaje aer peste cantitatea admisa de prescripţiile tehnice; - să nu provoace corodarea şi deteriorarea elementelor de etanşare; - să aibă un punct ridicat de inflamabilitate şi cât mai scăzut de congelare; - conţinut minim de impurităţi mecanice si tehnice. Lichidele care corespund cel mai bine la aceste cerinţe şi care au căpătat o largă răspândire sunt uleiurile minerale. În afară de acestea se folosesc şi o serie de lichide de sinteză precum şi alte medii, în condiţii speciale de funcţionare. 1.1.1. Uleiuri minerale Uleiurile minerale se obţin din ţiţei prin extragerea unor fracţiuni conţinând hidrocarburi grele. Hidrocarburile parafinice, naftinice şi aromatice, conţinute în ţiţei, se găsesc fie independent, fie legate între ele. În afară de hidrocarburi, în materia primă se mai găsesc şi alţi componenţi, care, pe lângă carbon şi hidrogen, mai conţin şi sulf, dând naştere unor substanţe asfaltoase, răşini, acizi naftenici etc., substanţe care urmează a fi eliminate, fiind dăunătoare funcţionării sistemului de acţionare. Metamorfoza la care este supus ţiţeiul pentru obţinerea uleiului mineral este compusă dintr-o serie de faze succesive, după cum urmează: distilarea; rafinarea cu acizi sau cu solvenţi pentru eliminarea compuşilor asfaltoşi; neutralizarea, în vederea eliminării rămăşiţelor de acizi de la operaţia precedentă, ultima operaţie fiind tratarea cu pământuri decolorante pentru asigurarea transparenţei şi puritatea necesară produsului finit. Pentru ameliorarea calităţii uleiurilor minerale se folosesc diverse procedee de suprarafinare, hidrorafinare şi hidrotratare cu care se obţin indici de viscozitate până la 120 şi chiar superiori. O altă metodă de creştere a calităţii uleiurilor minerale o constituie aditivitatea acestora cu aditivi antioxidanţi, antiuzură, anticorozivi, antispumanţi, anticongelanţi, antirugină etc. Dintr-un număr mare de tipuri de uleiuri minerale se recomandă, pentru acţionările hidraulice, uleiurile hidraulice din grupa H pentru solicitări uşoare. Uleiurile din această grupă, H19… H72, se recomandă pentru cazul unor solicitări uşoare până la presiuni de 50 daN/cm2, la temperaturi de maximum 50o grade C si minimum de –5o C. Pentru solicitări mai grele se folosesc uleiuri aditivate din grupa H12… H38, care pot fi folosite la presiuni de maximum 300 daN/cm2 la temperaturi cuprinse între 25o şi 85o C. 1.1.2. Lichide de sinteză şi alte medii utilizate În cazul se cere o mare stabilitate a viscozităţii si a inerţie chimică se recomandă a se utiliza lichide sintetice din polimeri ai oxidului de siliciu, compuşi pe bază de eteri sau alte lichide de sinteză. Din motive de protecţie a muncii, ecologice şi tehnice se constată o tendinţă de revenire la utilizarea apei în acţionarea hidraulică. Motivaţia tehnică se referă atât la factori tehnico-economici legaţi de costurile lichidului cât mai ales de rigiditatea superioară a acesteia, în comparaţie cu uleiul mineral sau alte lichide de sinteză. La presiuni ridicate se poate folosi un amestec de ulei de transformator cu petrol care rezistă la presiuni până la 10 kbar şi temperaturi cuprinse între 0o – 100o C. De menţionat, ca la presiuni ultraridicate de peste 30 kbar şi temperaturi nu prea ridicate toate lichidele se solidifică. În aceste condiţii se recomandă utilizarea unor medii solide transmiţătoare de presiune cum sunt: polifluoretilena, clorura de argint, pirofilitul, talcul etc. 2. Principiul de funcţionare a sistemelor de acţionare hidraulică 2.1. Sisteme de acţionare de tip hidrostatic Sistemele hidrostatice sau volumice au, drept element primar al transformatorului TT, generatorul de presiune hidrostatică (pompă) GH, care transformă energia mecanică primită de la motorul electric ME în energie potenţială a fluidului, pe care o transmite apoi elementului secundar care este motorul hidraulic rotativ MHR sau liniar MHL. Acesta reconverteşte energia hidrostatică în energie mecanică, pe care o livrează apoi organului de execuţie OE al maşinii acţionate. Variaţia parametrilor mişcării se realizează cu ajutorul aparatajului de comandă şi de reglare ACR sau direct prin variaţia capacităţii generatorului sau a motorului. Aceste sisteme au o arie largă de răspândire datorită unor calităţi deosebite ca: simplitate constructivă, uşurinţă în reglarea vitezelor, şi a realizării stabilităţii acesteia, gabarit redus, randament ridicat etc. 2.2. Generatorul hidraulic 2.2.1. Pompe cu pistoane axiale Pompele cu pistoanele axiale reprezintă o altă variantă a pompelor cu piston în care pistoanele sunt dispuse axial, deci paralel cu axa de rotaţie a rotorului (blocului), mişcarea activă a pistoanelor realizându-se fie de un disc înclinabil sau fix, fie de o camă frontală. Dispunerea în acest fel a pistoanelor are marele avantaj de a reduce mult gabaritul pompei şi a obţine în acelaşi timp un moment de inerţie constant, prin simetria maselor de rotaţie, ceea ce permite funcţionarea acestora la viteze unghiulare mult superioare altor tipuri. Având în vedere aceste calităţi, la care se adaugă o bună stabilitate a mişcării la turaţii joase, precum şi uşurinţa reglării volumului activ, se acordă prioritate acestora, fiind cele mai răspândite tipuri de maşini volumice utilizate în acţionarea hidraulica, lucru valabil şi pentru sistemele de acţionare a maşinilor-unelte. Parametri principali ai acestor tipuri de pompe sunt: presiuni cuprinse între 150 şi 500 de bar şi chiar mai mari, momente până la 800 – 900 daN  m, puteri până la 3500 kW, debite până la 900 l/min, turaţii maxime la pompe până la 3000 – 4000 rot/min. 2.2.2. Pompe cu pistoane radiale Pompele cu pistoane radiale sunt pompe de debite şi presiuni mari, iar motoarele de momente şi puteri ridicate. A cestea se folosesc pentru presiuni până la 300 bar, debite până la 8000 l/min, momente până la 5000 daNm, puteri până la 4000 kW, motoare cu acţiune multiplă putând funcţiona la turaţii stabile sub 1 rot/min. De menţionat ca acest tip de pompe au făcut obiectul primelor modele de maşini hidraulice volumice rotative cu piston, că între timp au apărut pompele cu pistoane axiale, ca variantă îmbunătăţită a primelor şi care s-au extins mai mult decât pompele cu pistoane radiale. În prezent, însă, se constată o revitalizare a acestora, nu numai la puteri şi cupluri mari, unde rămân metodele de bază, dar şi pentru parametri obişnuiţi. Cauzele acestor reconsiderări constau în apariţia unor modele noi îmbunătăţite, cu gabarite reduse (inerţie mică) în special, cu acţiune multiplă, cu pistoane cilindrice sau sferice. La construcţiile obişnuite, debitul se reglează deplasarea relativă (manual sau automat cu servovalvă) a statorului faţă de rotor. La modele noi, cu acţiune multiplă, această reglare se face discret, prin una din metodele: 1) variaţia secţiunii active a pistonului 2) variaţia numărului active de pistoane 3) variaţia numărului de rânduri de pistoane De remarcat că, prin aceasta, pompele cu acţiune multiplă nereglabilă până acum se transformă în sisteme reglabile, aşa-zisa reglare comutativă. Considerând că la începutul mişcării pistonul se află în poziţia A, iar după o rotire în sens orar cu unghiul , ajungând în punctul B, se va deplasa înspre axa de rotaţie O2, în raport cu rotorul cu distanţa x, care reprezintă diferenţa dintre segmentul O2A–R=e+l–R. Deci: x=e+l–R Având în vedere că R=e cos+l cos, atunci: x=(l+e)-(e cos+l cos) dar sin= sin  cos= 1-sin2 = 1-( )2 sin2