Acționări hidro pneumatice

Capitol introductiv

1.1. Generalităţi asupra sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice

Acţionările hidraulică şi pneumatică reprezintă ansamblul de operaţii prin care o instalaţie execută un lucru mecanic, pentru învingerea unar forţe sau cupluri rezistente active şi/sau pasive, prin conversie mecano-hidro-mecanică, respectiv mecano-pneumo-mecanică, în mişcare după traiectorii de translaţie sau de rotaţie, cu anumite caracteristici cinematice staţionare şi dinamice, conform unui program dat.

Dezvoltarea actuală a construcţiilor de maşini este marcată tot mai pregnant de prezenţa acţionărilor hidraulice şi pneumatice, care intervin la mijloace de transmitere a energiei de la sursă la organul de lucru, cu avantajul de a realiza uşor, pe lângă nivelul valoric ridicat şi deplin controlabil al energiei, şi posibilitatea realizăriii unei variaţii continue, precise şi în limite largi a forţelor, cuplurilior, vitezei şi poziţiei.

În principiu, un sistem de acţionare hidraulic presupune o generare de energie hidraulică şi apoi o transformare a acesteia în energie mecanică, deci o transformare de tipul: MHM, cu avantajul posibilităţii efectuării unui control uşor şi precis a energiei hidraulice intermediare. O instalaţie de acţionare hidraulică conţine o pompă hidrostatică, Ph , aparatură de distribuţie, reglare şi control, ADRC şi un motor hidraulic, Mh , pentru mişcarea de translaţie sau de rotaţie.

O primă divizare a sistemelor de acţionare se face analizând componentele energiei specifice a fluidului de lucru. Dacă acesta este lichid şi are energia specifică preponderent sub forma energiei de presiune, sistemul de acţionare este HIDROSTATIC. Dacă fluidul este gaz, energia sa fiind de asemeni preopnderent potenţială, sistemul de acţionare este PNEUMATIC (PNEUMOSTATIC). În cazul în care energia fluidului este preponderent de natură cinetică, sistemul de acţionare este HIDRODINAMIC.

Cronologic, primul şi cel mai simplu sistem de acţionare hidrostatic, a fost presa hidraulică a lui Blaise Pascal (1623- l 662), după care asemenea maşini încep să fie perfecţionate în epoca de glorie a maşinilor cu aburi. Cu dezvoltarea tehnicii şi industrializarii, în secolul nostru, încep să crească treptat pretenţiile în ceea ce priveşte puterea transmisă, greutatea redusă, precizia de execuţie, rapiditatea răspunsului. Apariţia şi dezvoltarea automatizărilor, a constituit un nou impuls a cărui consecinţă este o dezvoltare uriaşă a acţionărilor hidraulice şi pneuniatice, care se manifestă în zilele noastre.

Deşi folsirea energiei hidraulice în acţionari presupune generarea ei, cu consecinţe inerente (necesitatea unei alte surse de energie, electrică sau terniică), există numeroase avantaje de ordin tehnic şi economic care determină extinderea sistemelor de acţionare hidraulice. Se menţionează:

1) Capacitatea de a furniza forte specifice şi momente deosebit de mari, în mod curent 30.. .40 MPa (300.. .400 daN/cm2) şi excepţional 100MPa (1000 daN/cm2) (în timp ce forţa specifică a unui electromagnet de c.c. ajunge la aproximativ 2,2 MPa);

2) Inerţia redusă: la motorul hidrostatic rotativ de exemplu, raportul dintre momentul transmis şi momentul de inerţie, Mt/Mi este aproximativ 100, în timp ce la motorul electric, acelaşi raport este de ordinul 4....6. Aceste însuşiri sunt consecinţa gabaritelor reduse ale motoarelor hidrostatice, rezultate la rândul lor din valoarea mare a presiunii de lucru.

Presiunea este parametrul principal, al cărui nivel are tendinţa de creştere continuă. Numeroase maşini echipate azi cu sisteme de acţionare hidraulice folosesc presiuni de 7...45 MPa (70...450 daN/cm2); în următorii 5-10 ani se prevede o creştere a presiunii de lucru la 50....75 MPa (500. .. 750 daN/cm2). În mod excepţional, există şi astăzi maşini în care presiunea de lucru atinge 100 MPa şi uneori chiar depăşeşte 300 MPa. Creşterea presiunii de lucru are repercursiuni şi asupra performanţelor dinamice ale sistemelor de acţionare: datorită greutătilor mici, sistemele hidrostatice au inerţii reduse şi ca atare sunt mai rapide, introduc timpi de întârziere mai mici între momentul comenzii şi momentul execuţiei.

Alte avantaje ale sistemelor hidraulice sunt:

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

4) Uşurinţa realizării unor rapoarte foarte mari de amplifîcare ale vitezelor, forţelor, deplasărilor;

5) Uşurinţa schimbării sensului de deplasare, fară eforturi şi solicitări dinamice mari;

6) Funcţionarea fără şocuri şi vibraţii, cu efecte favorabile asupra cinematicii şi uzurii instalaţiei;

7) Uzura redusă, datorită ungerii permanente, prin însăşi lichidul de lucru;

8) Comanda uşoară a mecanismelor acţionate, posibilitatea reglării continue şi uşoare a vitezei în timpul funcţionării după un ciclu prestabilit şi uşurinţa modificării ciclurilor de lucru în cazul sistemelor hidraulice automate;

9) Posibilitatea largă de tipizare a elementelor componente.

Curs predat in cadrul Facultatii de Inginerie Electrica, Suceava