Proiectarea si asamblarea cilindrului hidraulic

Aspecte teoretice

Cilindri hidraulici, cunoscuţi şi sub denumirea de motoare hidraulice liniare sau cilindri de forţă, sunt elemente cu rol de execuţie. Ei realizează conversia energetică inversă: din energie hidrostatică în energie mecanică, caracterizată de doi parametri, forţă şi viteză.

Aceste motoare au o largă răspândire datorită simplităţii constructive şi a posibilităţii de realizare a unor forţe mari şi foarte mari de acţionare.

Datorită marii diversităţi de motoare hidrostatice rectilinii, clasificarea acestora trebuie făcută din mai multe puncte de vedere, astfel:

1.     Din punctul de vedere al modului în care agentul motor acţionează pe feţele pistonului, se disting:

-         cilindri cu simplu efect (figura 5.1. j);

-         cilindri cu dublu efect (figura 5.1. a, b, c, d).

2.     Din punctul de vedere al mobilităţii elementelor ele pot fi:

-         cu cilindru fix şi piston mobil (figura 5.1. a, c, e, g, l, j, k);

-         cu cilindru mobil şi piston fix (figura 5.1. b, d, f, h).

3. Din punct de vedere al raportului dintre diametrul tijei şi al pistonului:

-         cu diametrul pistonului mai mare decât diametrul tijei (figura 5.1.a,b,c, d, g);

-         cu diametrul tijei egal cu diametrul pistonului, numite şi pistoane plonjoare (figura 5.1. e, f).

4. Din punct de vedere al numărului de motoare ce acţionează acelaşi organ de lucru:

-         hidromotoare singulare (figura 5.1. a, b, c, d, h);

-         hidromotoare multiple, care pot fi cuplate în serie (figura 5.1. h, i, k) sau în paralel (figura 5.1. e, f, g).

Cilindri de forţă se leagă în serie sau în paralel pentru a mări forţa de acţionare sau cursele de deplasare ale organului acţionat.

Figura 5.1. Tipuri de cilindri hidraulici

Soluţiile de instalare mecanică pentru cilindri hidraulici sunt variate, depinzând de rolul funcţional în ansamblul din care aceştia fac parte. Ei pot fi legaţi de organele pe care le acţionează sau de batiu prin:

-capete filetate (figura 5.2. a);

-capete cu ocheţi (figura 2. b şi c);

-suport de legătură (figura 5.2. e);

-flanşe (figura 5.2. g);

-articulaţii pe corpul motorului (figura 5.2. d).

Figura 5.2. Instalarea mecanică a cilindrilor hidraulici

Cilindrul hidraulic cuprinde un asamblu de componente (fig. 2.3), o parte dintre ele

realizate în cadrul firmei, iar restul achiziţionate de la furnizorii din străinătate:

1) cămaşa cilindrului, realizată dintr-o ţeavă honuită Ø 25/ Ø 35, cu rolul de a proteja întreg

ansamblul ;

2) tija unilaterală, prelucrată dintr-o bară cromată Ø 12, reprezintă elementul central al

cilindrului hidraulic, deoarece aceasta realizează deplasarea obiectelor ;

3) bucşa de închidere ajută la etanşarea cilindrului şi la închiderea acestuia;

4) ochet cu filet interior M10 şi ochet cu filet exterior M10 pentru prinderea laterală;

5) piuliţe M10 şi lungime 6 mm cu rol de fixare a ocheţilor pe cămaşa cilindrului, asigurându-se

o rigiditate mai mare ansamblului;

6) cap piston se deplasează o dată cu tija asigurând o etanşare continuă în timpul lucrului

cilindrului;

Soluţiile de instalare hidraulică ale cilindrilor sunt în funcţie de numărul cilindrilor ce se alimentează. Astfel, se disting:

1.     Alimentare individuală a cilindrului (figura 5.3.) cu mai multe variante:

Figura 5.3. Soluţii de instalare hidraulică a cilindrilor de forţă

a.      Cilindrul alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu două poziţii (figura 5.3. a). Soluţia nu permite pistonului să staţioneze decât la capătul de cursă, în poziţiile extreme.

b.     Cilindrul este alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu trei poziţii (figura 5.3. b). Soluţia permite blocarea pistonului în orice poziţie, pe toată lungimea cursei.

c.     Cilindrul este alimentat de la pompă printr-un distribuitor cu trei poziţii şi  două supape antişoc (4 şi 5), figura 5.3. c. Supapele montate între camerele cilindrului evită crearea suprapresiunii în conductele de legătură dintre distribuitor şi cilindru. Suprapresiunea se poate datora unor forţe externe care continuă să acţioneze în momentul opririi bruşte a pistonului. La

depăşirea presiunii într-una din camerele cilindrului, supapa se deschide spre cealaltă cameră, în care există tendinţa inversă, de vidare.

d.     Pistonul cilindrului poate fi deplasat mecanic (figura 5.3. d), într-un sens sau altul, prin intermediul tijei, în momentul când distribuitorul (7) este în poziţie mediană. În această poziţie, ambele camere ale cilindrului comunică cu rezervorul.

e.      Soluţia permite mărirea vitezei pistonului prin recircularea lichidului de la camera mică a cilindrului spre camera mare, lucru posibil datorită distribuitorului (8) cu patru poziţii (figura 5.3. e).

2.      Alimentarea mai multor cilindri de la o singură pompă (figura 5.4.) cu mai multe variante:

Figura 5.4. Alimentarea mai multor cilindri de la o pompă

a.      Soluţia este denumită „legare în paralel” (figura 5.4. a). Ea oferă posibilitatea acţionării simultane a doi sau mai mulţi cilindri prin comenzi aferente date de distribuitoare. În acest caz, în condiţiile unei comenzi simultane, cilindri vor acţiona în ordinea descrescătoare a presiunilor de lucru.

b.     Soluţia este denumită „legare în serie” (figura 5.4. b). Este cazul unui multiplu de cilindri în care primul este alimentat de pompă iar următorii de către cilindrul imediat anterior. Soluţia oferă posibilitatea deplasării sincrone a cilindrilor cu viteze ce variază în funcţie de caracteristicile lor dimensionale.

1.3             Desfăşurarea lucrării

Se va proiecta un cilindru hidraulic care trebuie să dezvolte la tijă o forţă de împingere Fi=200 daN, să împingă obiectul acţionat cu o viteză de lucru vi=0,5 m/min pe o distanţă c=300 mm şi să se retragă cu o viteză vt=2m/min. Presiunea dezvoltată de pompă 454s186e este p=3 MPa. Schema de funcţionare este dată în figura 5.5.

Figura 5.5. Schema hidraulică

Realizarea cilindrului hidraulic presupune parcurgerea următoarelor etape:

1. Stabilirea cursei şi forţei pe care cilindrul hidraulic trebuie să le realizeze;

2. Alegere dimensiunilor elementelor componente;

3. Debitarea materialelor necesare prelucrărilor;

4. Prelucrări metalice prin strunjire la reperele: cămăşă, tijă, cap piston, bucşă închidere şi

capac;

5. Verificarea dimensională a pieselor metalice prelucrate;

6. Alegerea soluţiilor pentru etanşarea cilindrului hidraulic;

7. Asamblarea elementelor;

8. Realizarea probelor şi verificărilor finale.

2. Calculul regimurilor de aşchiere

Regimul de aşchiere este nelipsit în cadrul execuţiei prelucrărilor şi are următoarele

elemente componente:

- adâncimea de aşchiere „t” care este definită ca mărimea tăişului principal aflat în contact cu

piesa de prelucrat, măsurată perpendicular pe planul de lucru;

- viteza de aşchiere „v” care este definită ca viteza la un moment dat, în direcţia mişcării de

aşchiere, a unui punct de aşchiere considerat pe tăişul sculei;

- avansul „s” care este determinat de obicei în mm la o rotaţie a piesei sau sculei. [6]

Toate aceste elemente sunt calculate pentru reperele cilindrului hidraulic care sunt fabricate

în cadrul societăţii Hidraulica SRL şi anume:

- Cămaşă cilindru

- Tijă

- Bucşă închidere

- Cap piston

- Capac

Calculul regimurilor de aşchiere la strunjire

Operaţia de strunjire implică existenţa a două mişcări: mişcarea principală de rotaţie a piesei

şi mişcarea de translaţie a cuţitului. Strunjirea poate fi: exterioară şi interioară, de degroşare sau

de finisare.

Calculul elementelor componente ale regimului de aşchiere la strunjire, realizat pe baza

relaţiilor şi tabelelor din [6], este prezentat în cele ce urmează.

Strunjire frontală de degroşare

Operaţiile de strunjire se realizează pe un strung normal, cu ajutorul unor cuţite de strung cu

plăcuţă din carbură metalică P20, cu geometrie diferită, în funcţie de tipul strunjirii.

Se va exemplifica stabilirea sistemului tehnologic şi modul de calcul a regimului de aşchiere

în cazul strunjirii frontale respectând cota L= 135 mm.

1. Stabilirea sistemului tehnologic

Adaosul de prelucrare care urmează a fi îndepărtat în cadrul operaţiei se stabileşte cu relaţia:

Ad=D2 (2.1)

unde: Ad - adaosul de prelucrare;

D- diametrul piesei prelucrate.

Ad=352

=17 ,5mm

În timpul aşchierii metalelor, suprafeţele sculei aşchietoare sunt supuse unui proces de

uzură. Când această uzură atinge o anumită mărime, scula trebuie reascuţită. Ţinând cont de

materialul prelucrat şi de materialul părţii aşchietoare se stabilesc:

R z=50μm Ra=15 ,5 μm hα= 0,4- 0,6 mm

Pe baza secţiunii cuţitului utilizat rezultă că durabilitatea sculei este: T= 45 min.

2. Stabilirea parametrilor regimului de aşchiere

2.1. Stabilirea adâncimii de aşchiere şi a numărului de treceri

Adaosul de prelucrare va fi îndepărtat dintr-o singură trecere, iar adâncimea de aşchierea va fi

egală cu lăţimea cuţitului, adică: t=3mm .

2.2. Stabilirea avansului de aşchiere

În cazul operaţiilor de strunjire frontală, avansul se adoptă în funcţie de diametrul prelucrat şi

lungimea ţăişului cuţitului. Astfel, se adoptă un avans s= 0,08.

2.3. Stabilirea vitezei de aşchiere

Formula de calcul a vitezei de aşchiere este:

v=Cv2

Tm∗sY2∗( HB200 )

n ¿k6 ¿k10 ¿k11¿k12

(2.2)

în care: v- viteza de aşchiere;

T- durabilitatea sculei aşchietoare;

Cv2 - coeficient ce depinde de caracteristicile materialul prelucrat şi cel al sculei;

m- exponentul durabilităţii;

s- avansul de aşchiere;

y2 - exponent pentru avans;

HB- duritatea Brinell a materialului de prelucrat;

n- exponentul durităţii;

k 6 - coeficient ce ţine seama de materialul prelucrat;

k 10- coeficient ce ţine seama de variaţia vitezei de aşchiere;

k 11- coeficient ce ţine seama de adâncimea canalului la retezare;

k 12- coeficient ce ţine seama de tipul maşinii-unelte.

Cv2 = 72,8 y2 = 0,35 m= 0,15 T= 45 min

s= 0,12 mm/rot HB= 250 n= 1,75 k 12= 1

k 6= 1 k 7 = 1 k 10= 1 k 11=0 ,98

v=72 ,8

450,15∗0 ,080,35∗(250200 )

1 ,75∗1∗1∗1∗0 ,98∗1=66 ,06m /min

2.4. Stabilirea turaţiei semifabricatului sau a sculei aşchietoare

Turaţia semifabricatului se calculează conform relaţiei:

n=1000∗vπ∗d (2.3)

în care: n- turaţia semifabricatului;

v- viteza de aşchiere;

d- diametrul prelucrat.

n=1000∗66 ,063 ,14∗35

=601,09 rot/min

2.5. Stabilirea vitezei de avans

Viteza de avans se stabileşte utilizând următoarea relaţie de calcul:

vs=n∗s (2.4)

vs=601 ,09∗0 ,08=48 ,08 m/min

Tab. 2.1 Regimul de aşchiere pentru strunjirile frontale de degroşare

Nr.

crt.

Denumire fază Avansul de

aşchiere

[mm/rot]

Viteza de

aşchiere

[m/min]

Turaţia

[rot/min]

Viteza

de avans

[m/min]

1 Strunjire la cota L= 133 mm 0,09 63,14 574,52 51,71

2 Strunjire la cota L= 175 mm 0,08 47,88 1270,7 101,66

3 Strunjire la cota L= 173 mm 0,09 46,03 1221,6 109,94

4 Strunjire la cota L= 33 mm 0,10 90,31 821,75 82,17

5 Strunjire la cota L= 31 mm 0,12 84,93 772,79 92,73

6 Strunjire la cota L= 35 mm 0,09 93,87 1494,74 134,53

7 Strunjire la cota L= 33 mm 0,10 62,53 765,92 76,59

8 Strunjire la cota L= 38 mm 0,08 66,73 574,36 45,95

9 Strunjire la cota L= 36 mm 0,10 61,6 530,21 53,02

Folosind aceleaşi formule şi tabele ca la strunjirea frontală de degroşare se va calcula şi

regimul de aşchiere pentru strunjirea canalelor. Datele rezultate sunt prezentate tabelar.

Tab. 2.2 Regimul de aşchiere pentru strunjirea de degroşare a canalelor

Nr.

crt.

Denumire fază Avans de

aşchiere

[mm/rot]

Viteza de

aşchiere

[m/min]

Turaţia

[rot/min]

Viteza

de avans

[m/min]

1 Strunjire canal exterior Ø 27,

L= 3,2 mm

0,11 90,56 1068,18 117,5

2 Strunjire canal interior Ø 14,

L= 2,5 mm

0,09 69,06 1570,97 141,39