Sisteme de reglare automată - partea a III-a

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC

Proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

Beneficiar – Centrul Naţional de Dezvoltare a Învăţământului Profesional şi Tehnic

str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureşti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, vet @ tvet.ro

Sisteme de reglare automată

Material de predare – partea III

Domeniul: Electronică și automatizări

Calificarea: Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

mailto:[email protected]

AUTORI:ing. COSMA FLORIN – profesor grad didactic definitiv

COLEGIUL TEHNIC ,,ALEXANDRU DOMȘA” ALBA IULIA

ing. PÎRVULESCU CRENGUȚA MANUELA – profesor grad didactic definitiv

COLEGIUL TEHNIC ,,MEDIA” BUCUREȘTI

COORDONATOR: ing. DIACONU GABRIELA – profesor gradul didactic I

GRUP ŞCOLAR CHIMIE ,,COSTIN NENIȚESCU” BUCUREŞTI

CONSULTANŢĂ:IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

ZOICA VLĂDUŢ – expert CNDIPT

ANGELA POPESCU – expert CNDIPT

DANA STROIE – expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007- 2013

2

Cuprins

I. Introducere...................................................................................................................................5II. Documente necesare pentru activitatea de predare.....................................................................7III. Resurse.......................................................................................................................................8

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice...............................................................8Fişa suport 1.1. Grupul de pregătire a aerului.........................................................................81.1.1. Unități de măsură...........................................................................................................81.1.2. Definirea aerului comprimat..........................................................................................81.1.3. Sistemul de producere a aerului.....................................................................................81.1.4. Răcirea aerului comprimat.............................................................................................91.1.5. Uscarea aerului comprimat............................................................................................91.1.6. Filtrarea aerului............................................................................................................101.1.7. Ungerea........................................................................................................................101.1.8. Necesitatea unui compresor.........................................................................................101.1.9. Funcționarea unui compresor......................................................................................101.1.10. Clasificarea compresoarelor......................................................................................111.1.11. Exemple de compresoare volumice...........................................................................11

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................13Fişa suport 1.2. Motoare pneumatice.....................................................................................131.2.1. Motoarele pneumatice rotative....................................................................................131.2.2. Motoarele pneumatice liniare cu piston.......................................................................14Exemple de cilindri cu simplu și cu dublu efect....................................................................14Exemple de motoare pneumatice liniare cu membrană.........................................................16

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................18Fişa suport 1.3. Distribuitoare...............................................................................................18

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................21Fişa suport 1.4. Drosele, supape............................................................................................21

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................26Fişa suport 1.5. Aparate pneumatice speciale........................................................................26

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................31Fişa suport 1.6. Parametri tehnico – funcționali....................................................................31

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................33Fişa suport 1.7. Schema de acționare pneumatică.................................................................331.7.1. Simboluri și semne convenționale...............................................................................331.7.2. Necesitatea unui racord................................................................................................361.7.3. Reguli de instalare a tuburilor pneumatice..................................................................361.7.4. Ciclograma de mișcare................................................................................................37

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice.............................................................41Fişa suport 1.8. Funcționarea SRA cu elemente de execuție pneumatice - succesiunea fazelor procesului automatizat...............................................................................................41

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice...............................................................48Fişa suport 2.1. Motoare hidraulice.......................................................................................482.1.1. Motoare hirostatice pentru rotație continuă.................................................................492.1.2. Motoare hidrostatice oscilante.....................................................................................492.1.3. Motoare hidraulice pentru realizarea mişcării de translație.........................................50

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice...............................................................51Fişa suport 2.2. Distribuitoare. Supape. Aparate hidraulice speciale....................................512.2.1. Distribuitoarele cu sertar circular de translație............................................................522.2.2. Distribuitoare rotative..................................................................................................532.2.3. Distribuitoarele cu supape...........................................................................................532.2.4. Distribuitoare pilotate..................................................................................................54

3

2.2.5. Supapele de sens..........................................................................................................542.2.6. Supapele de presiune...................................................................................................552.2.6. Divizoare de debit rezistive.........................................................................................582.2.7. Distribuitoare proporționale sau servovalve electrohidraulice....................................58

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice...............................................................60Fişa suport 2.3. Parametri tehnico – funcționali....................................................................602.3.1. Presiunea maximă........................................................................................................602.3.2. Debitul.........................................................................................................................602.3.3. Diametrul nominal.......................................................................................................602.3.4. Temperatura.................................................................................................................602.3.5. Puritatea.......................................................................................................................61

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice...............................................................62Fişa suport 2.4. Schema de acționare hidraulică....................................................................622.4.1. Simboluri și semne convenționale...............................................................................622.4.2. Notarea aparatelor hidraulice în circuite......................................................................642.4.3. Elementele de legătură.................................................................................................642.4.4. Elementele de racordare..............................................................................................652.4.5. Ciclograma de mișcare................................................................................................65

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice...............................................................70Fișa suport 2.5. Funcționarea SRA cu elemente de execuție hidraulice - succesiunea fazelor procesului automatizat...........................................................................................................70

IV. Fişa rezumat............................................................................................................................75V. Bibliografie...............................................................................................................................77

4

I. Introducere

Materialele de predare reprezintă o resursă – suport pentru activitatea de predare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaţie didactică.

Prezentul material de predare, se adresează cadrelor didactice care predau în cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronică și automatizări, calificarea Tehnician în automatizări.

Materialul a fost elaborat pentru modulul Sisteme de reglare automată, care cuprinde un număr de 93 ore, din care:

Laborator tehnologic: 31 ore

Competenţe / Rezultate ale

învățăriiTeme

Fișe suport

Examinează SRA cu elemente de execuție electropneumatice

Tema 1: SRA cu echipamente de execuție pneumatice

Fișa suport 1.1: Grupul de pregătire a aerului

Fișa suport 1.2: Motoare pneumatice

Fișa suport 1.3: Distribuitoare

Fișa suport 1.4: Drosele, supape

Fișa suport 1.5: Aparate pneumatice speciale

Fișa suport 1.6: Parametri tehnico – funcționali

Fișa suport 1.7: Schema de acționare pneumatică

Fișa suport 1.8: Funcționarea SRA cu elemente de execuție pneumatice: succesiunea fazelor procesului automatizat

Examinează SRA cu elemente de execuție electrohidraulice

Tema 2: SRA cu echipamente de execuție pneumatice

Fișa suport 2.1: Motoare hidraulice

Fișa suport 2.2: Distribuitoare, supape, aparate hidraulice speciale

Fișa suport 2.3: Parametrii

5

Competenţe / Rezultate ale

învățăriiTeme

Fișe suport

tehnico – funcționali

Fișa 2.4: Schema de acționare hidraulică

Fișa suport 2.5: Funcționarea SRA cu elemente de execuție hidraulice: succesiunea fazelor procesului automatizat

Absolvenţii nivelului trei, liceu tehnologic, calificarea Tehnician în automatizări, vor fi capabili să îndeplinească sarcini cu caracter tehnic de montaj, punere în funcţiune, utilizare, întreţinere, exploatare şi reparare a sistemelor de automatizare.

Testează prototipurile, concep și realizează scheme de automatizare, contribuie la estimarea cantităților și costurilor materiale, la estimarea forței de muncă necesare. Asigură controlul tehnic al sistemelor de automatizare în vederea funcționării conform specificațiilor și reglementărilor.

6

II. Documente necesare pentru activitatea de predare

Pentru predarea conţinuturilor abordate în cadrul materialului de predare cadrul didactic are obligaţia de a studia următoarele documente:

Standardul de Pregătire Profesională pentru calificarea Tehnician în automatizări, nivelul 3 – www.tvet.ro, secţiunea SPP sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Curriculum pentru calificarea Tehnician în automatizări, nivelul 3 – www.tvet.ro, secţiunea Curriculum sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Alte surse pot fi: .......

7

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

III. Resurse

Tema 1. SRA cu echipamente de execuție pneumatice

Fişa suport 1.1. Grupul de pregătire a aerului Aerul care ne înconjoară are o presiune care variază în funcție de înălțimea unde

ne aflăm, în raport cu nivelul mării.

pabs = patm + prel

unde: pabs - presiunea absolută

patm - presiunea atmosferică

prel - presiunea relativă.

1.1.1. Unități de măsură

Presiunea constituie prima mărime fundamentală a pneumaticii. Ea se exprimă în practica industrială curentă în bar și este rezultatul unei forțe, exprimată în daN, aplicată pe o suprafață, exprimată în cm2.

1 bar = = 105 [Pa]

1.1.2. Definirea aerului comprimatÎn cazul pneumaticii, fluidul de lucru utilizat este aerul comprimat. Acesta este în

mod natural luat din atmosfera și redus în volum prin comprimare.

Aerul comprimat este definit un fluid perfect elastic și anume:

moleculele sale nu opun rezistență la deplasarea unora în raport cu altele, fenomen numit fluiditate;

menținut într-un recipient închis, el exercită asupra toturor elementelor pereților care limitează acest recipient o anumită presiune, fenomen numit elasticitate;

compresibilitatea este proprietatea aerului de a se comprima.

1.1.3. Sistemul de producere a aeruluiPărțile componente și funcțiile lor de bază sunt:

Compresorul - aerul aspirat la presiunea atmosferica este comprimat și furniză opresiune mai mare sistemului pneumatic. El transformă energia mecanică în energie pneumatică.

Motorul electric - furnizează puterea mecanică compresorului și transformă energia electrică în energie mecanică.

8

Întrerupătorul de presiune - controlează motorul electric și de asemenea presiunea în rezervor. El este folosit la o presiune maximă la care motorul va fi oprit și la o presiune minimă la care se face distribuirea.

Rezervorul înmagazinează aerul comprimat. Volumul său este stabilit în funcție de capacitatea compresorului. Cu cât volumul este mai mare, cu atât intervalul de timp după care pornește compresorul este mai mare.

Supapa de sens unic - permite trecerea aerului comprimat de la compresor la rezervor și împiedică întoarcerea aerului când compresorul este închis.

Supapa de siguranță - evacuează aerul comprimat dacă presiunea din rezervor crește peste presiunea prevăzută.

Uscătorul – răcește aerul comprimat cu câteva grade deasupra punctului de congelare și condensează cea mai mare parte a umidității aerului. Astfel se va evita prezența apei de condens în sistemul din aval.

Filtrul de linie – poziționat pe linia principală, trebuie să aibă o cădere de presiune minimă și capacitate de a mișca din loc ceața de ulei. Acesta ajută la menținerea la limita permisă a prafului, apei de condens și a uleiului de ungere.

1.1.4. Răcirea aerului comprimat

Aerul comprimat trebuie să aibă o temperatură cât mai constantă şi cât mai apropiată de cea a mediului în care se află instalaţia.

Se dorește ca temperatura aerului să fie în jur de minim 10°C iarna şi maxim 30°C vara, dar să nu depăşească 50°C.

Răcirea aerului se poate face chiar din faza de comprimare, acest lucru protejând şi compresorul.

În multe cazuri răcirea aerului comprimat se completează cu agregate de răcire după ce acesta a ieşit din compresor.

1.1.5. Uscarea aerului comprimat

Aerul din atmosferă conţine o anumită cantitate de apă, sub formă de vapori ce se regăseşte în aerul comprimat. Prezenţa apei afectează funcţionarea instalaţiilor și din acest motiv sunt necesare măsuri de eliminare, prin uscarea aerului.

9

Modalitatea de eliminare a apei din instalaţia pneumatică este uscarea aerului și se realizează prin menţinerea unei temperaturi cât mai constante, precum şi cu măsuri de colectare, evacuare a apei condensată în circuite. Cele mai cunoscute metode de uscare sunt:

- prin răcire;- prin adsorbţie;- prin absorbţie;- prin supracomprimare.

1.1.6. Filtrarea aerului

Filtrarea presupune separarea, colectarea şi îndepărtarea particulelor ce contaminează aerul comprimat şi într-o măsură, a apei purtată de curentul de aer. Ideal este ca această filtrare să fie cât mai completă, însă din punct de vedere energetic şi al costurilor de întreţinere nu este judicios. Fineţea de filtrare trebuie să aibă valoarea cerută de instalaţia pneumatică alimentată. În afară de fineţea de filtrare, doi dintre cei mai importanţi parametrii ai filtrelor sunt:

- căderea de presiune produsă între racordurile filtrului;- rezistenţa mecanică a elementului (cartuşului) filtrant.

Filtrul trebuie plasat cât mai aproape de componentele principale şi în poziţie verticală, cu respectarea strictă a sensului de montare indicat pe carcasă. Cartuşele filtrante se execută din materiale textile (bumbac, fetru, vată minerală etc.), din materiale plastice sau din pulberi metalice sinterizate.

1.1.7. UngereaAceastă operație permite efectuarea ungerii unor piese mobile ale

componentelor pneumatice pentru a le asigura o mai mare longevitate, iar aparatul care realizează această funcție de ungere este ungătorul.

1.1.8. Necesitatea unui compresorAutomatizarea prin utilizarea aerului comprimat, el neexistând în mod normal

sub presiune, determină necesitatea ca într-un circuit să existe un aparat capabil să furnizeze aer comprimat.

1.1.9. Funcționarea unui compresor

Ca și alte gaze, aerul nu are o formă determinată. Acesta își modifică forma în funcție de mediul unde se află. Aerul se lasă comprimat (compresiune) și are tendința de a se dilata (expansiune).

10

Compresoarele sunt utilizate pentru a comprima aerul, plecând de la o presiune inițială de intrare (presiunea atmosferică), până la o presiune de refulare superioară.

1.1.10. Clasificarea compresoarelor a) Compresoarele volumetrice în care compresiunea este obținută prin

reducerea spațiului care conține aerul aspirat la presiunea atmosferică sunt:

Compresoare de tip alternativ: cu piston sau cu diafragmă; Compresoare de tip rotativ: cu palete, cu șurub, cu angrenaje.

b) Compresoarele dinamice unde compresiunea este obținută prin transformarea vitezei aerului aspirat în presiune

Compresoare axiale; Turbocompresoare; Turbosuflante; Ventilatoare.

1.1.11. Exemple de compresoare volumicea) Compresorul cu piston

Acest tip de compresor (fig.1) este alcătuit din piston, care deplasându-se în jos în cilindru, absoarbe aerul din conductă prin supapa de admisie, iar la deplasarea în sus îl comprimă și îl refulează în conducta de evacuare prin supapa de refulare care se deschide la creșterea presiunii.

Fig.1. Compresor cu piston

b) Compresorul rotativ

Este alcătuit dintr-o carcasă 1, un rotor cilindric 2 aşezat excentric faţă de carcasa în care este dispus, iar în canale frezate pe generatoarele rotorului sunt dispuse paletele 3 (fig. 2). Între suprafaţa rotorului, palete, carcasă şi capacele laterale se formează camere de volum variabil (CVV) care în faza de aspiraţie închid etanş mase de aer şi, pe măsura rotirii ansamblului mobil, aceste camere îşi micşorează

11

volumul determinând creşterea presiunii. Când ating un volum minim ajung în dreptul racordului de refulare, iar aerul comprimat este evacuat.

Fig.2. Compresorul rotativ

Paletele rotorului trebuie să asigure etanşarea laterală (cu capacele), frontală (cu carcasa) şi faţă de rotor. Etanşarea frontală este asigurată prin apăsarea paletelor pe carcasă datorită forţei centrifuge. La unele modele, datorită unor arcuri dispuse în canalele practicate în rotor, uzura paletelor este compensată automat. Răcirea compresorului se realizează cu apă.

Paletele se execută în general din materiale antifricțiune şi care protejează carcasa contra uzurii. Înlocuirea paletelor, când s-a ajuns la un anumit grad de uzură, repune compresorul în funcţiune. Maşina atinge performanţele maxime după un anumit timp de funcţionare, necesar rodării paletelor.

Sugestii metodologice:

UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în cabinet, laborator sau într-o sală care are videoproiector.

CUM PREDĂM?

Se recomandă utilizarea fişelor de lucru pentru elevi pentru activităţile de fixare a noilor cunoştinţe.

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversaţie euristică, problematizare, demonstrație, observaţie dirijată etc.

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul sau planşe tematice.

ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe.

EVALUAREA CUNOŞTINŢELOR:

Evaluarea se poate realiza printr-o fişă de evaluare individuală în care elevul să identifice funcțiile grupului de pregătire a aerului, părțile componente și criteriile de clasificare ale compresoarelor.

12


Fişa suport 1.2. Motoare pneumatice

Într-o instalaţie de acţionare pneumatică, elementul de acţionare propriu-zis este motorul pneumatic (cilindrul pneumatic). Cilindrii pneumatici, denumiţi şi elemente de execuţie, transformă energia pneumatică în energie mecanică, pe care o furnizează apoi mecanismului acţionat.

Alimentarea elementelor de execuţie pneumatice se face cu energie de la regulatoarele pneumatice (0.2 ÷ 1 bar), sau electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.

Motoarele de execuţie pneumatice se folosesc foarte mult pentru că prezintă următoarele avantaje:

Fluidul folosit (aerul) nu prezintă pericol de incendiu; După utilizare, aerul este evacuat în atmosferă, nefiind necesare conducte de

întoarcere ca la cele hidraulice; Pierderile de aer în anumite limite, datorate neetanşietăţii, nu produc

deranjamente; Sunt simple, robuste, sigure în funcţionare şi necesită cheltuieli de întreţinere

reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt următoarele:

Viteza de răspuns este mică (în medie 1/3 – 1/4 din viteza de răspuns a motoarelor hidraulice);

Precizia motoarelor pneumatice este redusă; Se recomandă folosirea servomotoarelor pneumatice în următoarele cazuri:

- Servomotorul are greutate redusă;- Temperatura mediului ambiant este ridicată şi cu variaţii mari;- Mediul ambiant este exploziv;- Nu se cere precizie mare;- Nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi: rotative și liniare (cu piston sau cu membrană).

1.2.1. Motoarele pneumatice rotative se realizează de obicei cu palete. Ele sunt compuse dintr-un stator cilindric și un rotor cilindric cu o serie de palete plasate oblic în niște crestături ale rotorului.

În funcționare, datorită forțelor centrifuge paletele sunt proiectate spre periferie, absorbind aerul din galeria de admisie și comprimându-l spre camera de ieșire.

Sugestii metodologice: Principial construcția motoarelor pneumatice rotative este asemănătoare cu a compresoarelor rotative (vezi desenul din fig. 2 de la fișa suport 1.1).

13

1.2.2. Motoarele pneumatice liniare cu piston au aplicaţii foarte largi şi se construiesc într-o gamă tipodimensională extrem de diversificată.

După tipul constructiv, se poate face o clasificare generală a cilindrilor:

Cilindri cu simplu efect:- cu revenire cu arc;

- cu revenire sub acţiunea unei forţe rezistente.

Cilindri cu dublu efect:- cu tijă unilaterală;

- cu tijă bilaterală.

Cilindri în tandem:- cu amplificare de forţă;

- având cursa în două trepte.

Exemple de cilindri cu simplu și cu dublu efect Atunci când este necesară o forță mare de acționare a organului de reglare,

deci când sunt necesare deplasări mai mari ale tijei, se folosesc elementele cu piston.

Elementele cu piston pot fi executate în două variante constructive și anume cu o față a pistonului activă (fig.1.a) si cu ambele fete ale pistonului active (fig.1.b).

Fig.1. Cilindru cu piston

a) cu o față a pistonului activă b) cu ambele fețe ale pistonului active

1. Corp element de acţionare; 1. Corp element de acţionare;2. Resort; 2. Piston;3. Tijă de acţionare; 3. Tijă de acţionare;4. Piston; 4. Orificiu intrare aer.5. Orificiu intrare aer.

La cilindrul cu o față activă, poziția tijei depinde de presiunea aerului comprimat, deplasarea înapoi a tijei făcându-se prin scoaterea aerului din cilindru, în timp ce la cel

14

cu două fețe active, poziția tijei depinde de diferența de presiune aplicată celor două fețe ale pistonului.

În figura 2 este prezentată o secţiune a unui cilindru cu simplu efect cu revenire cu arc. Această structură este aceeaşi pentru toţi cilindrii pneumatici de acest tip.

Fig.2. Cilindri cu simplu efect

Părțile componente ale cilindrului cu simplu efect cu revenire cu arc:

1 - cămaşa (corpul) cilindrului;2 - capacele cilindrului; 3 - tija;4 - resortul de revenire;5 - pistonul;6 - etanşarea pistonului faţă de cămaşă; 7 - etanşarea tijei cilindrului;8 - bucşa de ghidare a tijei.

Dacă racordul A este alimentat cu aer comprimat la presiunea P, asupra pistonului de suprafaţă S va acţiona o forţă F, care va determina deplasarea acestuia spre dreapta. Viteza şi acceleraţia ansamblului mobil piston-tijă depind de presiune, debit şi forţa care se opune mişcării tijei. Când racordul A este conectat la atmosferă, resortul 4 determină revenirea pistonului în poziţia iniţială.

În figura 3.a se poate vedea un cilindru cu dublu efect cu tijă unilaterală (normală), fără frânare la cap de cursă, iar în figura 3.b un cilindru cu dublu efect cu tijă bilaterală.

Fig.3.a Fig.3.b

Cilindru cu dublu efect cu tijă Cilindru cu dublu efect cu tijă bilaterală

unilaterală fără frânare la cap de cursă

15

Spre deosebire de cilindrul cu simplu efect, cilindrul cu dublu efect are două orificii de alimentare şi nu mai are resortul de revenire. Revenirea pistonului în poziţia iniţială se face conectând racordul A la atmosferă şi racordul B la alimentare.

Forţa unui cilindru este dată de valoarea presiunii de alimentare şi de suprafaţa pistonului.

Exemple de motoare pneumatice liniare cu membrană

Elementele de execuţie pneumatice cu membrană transformă energia potenţială a aerului sub presiune în energie mecanică, la deplasarea liniară a unui organ de execuţie cu care se face intervenţia în procesul automat.

Elementele de acționare pneumatice cu membrană (fig.4) sunt formate dintr-o capsulă manometrică C prevazută cu o membrană M situată deasupra unui disc metalic D solidar cu o tijă T și un resort antagonist R.

C –capsulă

M – membrană

D – disc metalic

T – tijă

R – resort antagonist

Fig.4. Element de acționare pneumatică cu membrană

Aerul comprimat adus de la regulator sau convertor la presiunea 0,2 - 1daN/cm2, apasă asupra membranei învingând rezistența resortului antagonist și apăsând tija în jos. În funcție de presiunea aerului comprimat, poziția tijei variază continuu între două limite.

După cum aerul sub presiune poate să acţioneze pe o singură faţă sau pe ambele feţe ale membranei elastice, deosebim elemente de execuţie proporţionale sau integrale.

Cilindrul cu membrană elastică (fig.5) este format dintr-un cilindru, compus din capacul 1 și cămașa 2, membrana 3 și resortul metalic 4 care este solidar cu tija 5. Aerul comprimat, adus prin conducta P, apasă asupra membranei și, învingând rezistența resortului antagonist, împinge tija. Poziția tijei, adică a organului de execuție pe care îl comandă, variază continuu (între două limite) în funcție de presiunea aerului. Aerul comprimat are o presiune cuprinsă între 0,2 și 1 atmosferă, iar cursa tijei este de 1 – 6 cm.

16

Fig.5.Cilindru cu membrană elastică

Cilindrii cu membrană, sau camerele cu membrană, prezintă o serie de avantaje funcţionale în comparaţie cu cilindrii cu piston: absenţa unor forţe de frecare în timpul mişcării şi în special la începutul acesteia, conferă camerelor cu membrană promptitudine şi siguranţă mare în funcţionare. Durabilitatea membranelor este mare, ele putând funcţiona peste un milion de cicluri.


UNDE PREDĂM?


CUM PREDĂM?

Se recomandă utilizarea calculatoarelor şi a fişelor de lucru pentru elevi pentru activităţile de fixare a noilor cunoştinţe. Se pot aplica fişe de lucru colective, pentru grupuri de 2 - 4 elevi.


Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, machete funcţionale, planşe tematice, tipuri de motoare pneumatice.

ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de 2 - 4 elevi, în funcţie de nivelul clasei.


Evaluarea se poate realiza prin fişă de evaluare individuală în care elevul să identifice elementele constructive ale motoarelor pneumatice şi clasificarea lor.

17


Fişa suport 1.3. Distribuitoare

Distribuitoarele sunt elemente pneumatice cu rolul de a dirija energia pneumatică pe anumite circuite, în concordanţă cu comenzile pe care le primeşte.

Distribuitoarele sunt de neînlocuit, practic neexistând circuit pneumatic fără să aibă minim un distribuitor. Orice distribuitor se compune din două părţi principale: partea de distribuţie şi partea de comandă.

Distribuitrul are în componență o parte fixă, care este corpul distribuitorului şi o parte mobilă, care este organul de distribuţie.

După forma constructivă avem următoarea clasificare:

distribuitoare cu sertar rectiliniu:- cilindric;- plan;- cu supape;

distribuitoare cu sertar rotativ:- plan;- conic;

Distribuitoarele sunt clasificate în funcție de:

Numărul de căi: 2/2, 3/2, 4/2, 4/3, 5/2, 5/3, 5/4; Numărul de poziții de comutare și poziția normală: normal închis și normal

deschis; Metoda de acționare: cu comandă manuală și electrică.

Simbolizarea distribuitoarelor

Indică numărul de căi, numărul de poziţii a racordurilor şi modul de comandă.

Prima cifră arată numărul de căi, iar a doua, numărul de poziţii pe care se poate comuta distribuitorul; cele două indicaţii sunt despărţite printr-o bară înclinată:

- -5 - / - - 2-

numărul de poziţii

numărul de căi

Distribuitor 5/2

Simbolul distribuitorului este un dreptunghi împărţit într-un număr de căsuţe egal cu numărul de poziţii pe care poate comuta. În fiecare căsuţă este reprezentată schema de conectare corespunzătoare.

18

În tabelul de mai jos se prezintă diferite tipuri de distribuitoare

Părțile componente ale unui distribuitor sunt:

1. corpul distribuitorului;2. elementul mobil (sertarul), care, prin deplasare rectilinie realizează schema de

comutare;3. capac.

Pe umerii sertarului, în canale special practicate se introduc garniturile de etanşare ce asigură, în condiţiile mişcării sertarului faţă de corp, izolarea între orificiul de presiune şi cele aflate la presiunea atmosferică.

Pilotul şi corpul distribuitorului sunt realizate din aliaje de Al, iar sertarul este din material plastic.

19


UNDE PREDĂM?


CUM PREDĂM?

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice, tipuri de distribuitoare.

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversaţia euristică, observaţie dirijată, problematizare, demonstrație, prelucrare independentă a informaţiei etc.


ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de elevi.


Evaluarea se poate realiza prin fişă de evaluare individuală în care elevul să prezinte clasificarea, simbolurile și funcţionarea distribuitoarelor.

20


Fişa suport 1.4. Drosele, supape

Drosele sunt elemente ce permit reglarea vitezei motoarelor rotative sau a cilindrilor prin reglarea debitului de alimentare.

Funcţionarea droselelor se bazează pe variaţia secţiunii de curgere a fluidului, ceea ce duce la modificarea debitului vehiculat prin drosel.

Variaţia căderii de presiune determină variaţia debitului ce traversează droselul, deci variaţia vitezei de mişcare a elementului de execuţie alimentat. Droselele sunt de obicei reglabile şi se întâlnesc în două variante:

- drosele simple (fig.2) reglează debitul de fluid indiferent de sensul de curgere al acestuia;

- drosele de cale (fig.1) permit variaţia debitului pentru un singur sens de curgere.

Fig.1. Drosel de cale Fig.2. Regulator de debit cu şurub

Droselul de cale (fig.1) are următorul principiu de funcționare: când curgerea are loc de la stânga la dreapta, aerul este obligat să treacă prin secţiunea A reglată de obturatorul 3. La curgere inversă elementul elastic de etanşare 4 se deformează opunând o rezistenţă minimă. Ca urmare, debitul de aer ocoleşte secţiunea îngustată şi traversează secţiunea creată prin deformarea elementului 4.

Regulatorul de debit cu șurub (fig.2) este destinat pentru reglarea debitul de aer, aceasta făcându-se unidirecțional, asigurând, pe un sens reglarea debitului de aer iar pe celălt sens trecerea liberă a întregului debit de aer, datorită supapei de sens unic

21

încorporate. Aceste aparate permit controlarea vitezei. Dacă șurubul care asigură reglarea droselului este închis, aparatul poate funcționa ca o clapetă anti-retur.

Diferitele modele de regulatoare de debit permit montarea acestora în diferite locuri.

Supapele sunt elemente pneumatice care pot avea funcţii de reglare şi control a parametrilor agentului de lucru din circuit .

După funcţiile pe care le au, supapele se clasifică: supape de selectare și supape de sens.

Supape de selectare sunt cele care selectează fie căile de transmitere a agentului de lucru, fie agentul de lucru caracterizat de anumiţi parametri.

Supapa de selectare sau element logic SAU

Dacă orificiile X şi Y sunt alimentate la aceeaşi presiune P, prin orificiul A va curge fluid având presiunea P, orificiile de alimentare putând fi X sau Y sau X şi Y (fig.3). Dacă este alimentat numai orificiul X sau numai orificiul Y, orificiul nealimentat este obturat, iar orificiul alimentat este conectat la orificiul A. Dacă sunt alimentate ambele orificii de comandă X şi Y, dar la presiuni diferite, în A vom avea presiunea cea mai mare, din acest motiv supapa fiind numită de selectare.

Fig.3. Supapa de selectare (element logic SAU)

Funcţionarea acestei supape este descrisă în tabelul de adevăr de mai jos:

22

X Y A

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Simboluri supapă de selectare

Supapa de selectare are multe aplicaţii atât în circuitele pneumatice, cât şi în cele hidraulice, datorită simplităţii constructive şi robusteţei, precum şi funcţiilor pe care le poate realiza.

Supapa de selectare cu două presiuni sau element logic ŞI

Se poate vedea o secţiune din supapa cu element logic ŞI în figura 4 Dacă racordul X sau Y este alimentat, sub efectul forţei de presiune supapa blochează accesul din racordul respectiv la racordul A. Dacă ambele orificii sunt alimentate la aceeaşi presiune, orificiul A va fi alimentat, de la orificiul X sau Y sau X şi Y (poziţia elementului mobil 1 este indiferentă). Dacă ambele racorduri de comandă vor fi alimentate, dar la presiuni diferite, racordul A va fi alimentat la presiunea cea mai mică.

Fig.4. Supapa de selectare (element logic ȘI) Simboluri supapă de selectare

Tabelul de adevăr al acestei supape arată astfel:

X Y A

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Elementul logic ȘI este simplu şi robust, iar funcţiile pe care le realiză îl recomandă pentru multe aplicaţii.

Supapa de sens

Conform figuri 5 dacă apare o curgere de fluid de la orificiul A la orificiul B, forţa de presiune împinge elementul mobil 2, arcul 3 se comprimă, iar agentul de lucru trece către orificiul B prin spaţiul dintre elementul 2 şi corpul supapei. La o curgere inversă,

23

dinspre racordul B spre racordul A, forţa de presiune, alături de arc, se opun deschiderii supapei, deci agentul de lucru nu poate traversa supapa către orificiul A.

Fig.5. Structura unei supape de sens

Aceast tip de supapă este simplă şi robustă şi se foloseşte unde este necesară împiedicarea curgerii inverse a fluidului într-un circuit.

Supapa de descărcare rapidă

Se utilizează pentru golirea rapidă a camerelor cilindrului. Supapa de descărcare rapidă permite reducerea considerabilă a timpilor de răspuns a cilindrilor.

Funcționarea supapei: în figura 6.a presiunea aerului pătrunde prin orificiul P blocând orificiul E și evacuându-se prin orificiul A, iar în figura 6.b orificiul P este blocat și aerul comprimat ce pătrunde prin orificiul A este evacuate prin orificiul E.

a) b)

Fig.6. Supapa de descărcare rapidă a), b)

Simbolul supapei cu descărcare rapidă

24

A B


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator, cabinet sau într-o sală dotată cu videoproiector.

CUM PREDĂM?

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversaţie euristică, observaţie dirijată, problematizare, prelucrare independentă a informaţiei etc.

Se recomandă utilizarea fişelor de lucru pentru activităţile de fixare a noilor cunoştinţe.

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice și tipuri de drosele și supape.

ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de elevi.

Evaluarea se poate realiza prin fişă de evaluare individuală în care elevul să recunoască și să prezinte funcţionarea unor tipuri de supape și drosele.

25


Fişa suport 1.5. Aparate pneumatice speciale

Contoarele sunt elemente pneumatice având o structură relativ complexă ce servește la contorizarea (numărarea) unor impulsuri pneumatice.

Aplicabilitate foarte mare, permiţând gestionarea unor operaţii, a pieselor (produselor) ieşite de pe linia de fabricaţie, montaj, ambalare, etc.

Contorul are un racord de comandă, unde primeşte impulsurile ce vor fi numărate, un racord de iniţializare pneumatică, precum şi 2 racorduri A și B ale unui distribuitor 3/2 normal închis, inclus în structura contorului. Când termină de numărat impulsurile prestabilite prin funcţia de setare, contorul se opreşte şi comandă distribuitorul încorporat, care comută şi generează un semnal continuu în racordul B. Contorul îşi reia funcţionarea când este resetat, iar semnalul din racordul B este anulat.

Modificarea setării iniţiale se poate face în timpul funcţionării aparatului.

Contoarele sunt de două feluri:

- decrementale: contorul afişează numărul de impulsuri prescrise şi scade din acest număr fiecare impuls numărat. Când ajunge la zero se opreşte.

- incrementale: iniţial contorul afişează zero şi adună impulsurile înregistrate. Când ajunge la numărul de impulsuri prestabilit prin setare, se opreşte.

Capetele de vidare sunt elemente pneumatice care funcţionează după principiul Venturi, transformând presiunea dinamică a aerului în depresiune, utilizată ca forţă de sustentaţie cu ajutorul unor ventuze.

Au o largă utilizare la echipamentele de manipulare în diferite ramuri industriale. Utilizarea acestor elemente simple, fără piese în mişcare elimină pompele de vid, costisitoare şi pretenţioase din instalaţie.

În figura 1 se prezintă un cap de vidare prevăzut cu rezervor, care uşurează desprinderea piesei în momentul opririi alimentării orificiului P. Când racordul P este alimentat, conform principiului Venturi în orificiul 2 de conectare a ventuzei 1 se creează vacuum, iar aerul este evacuat prin R. În acelaşi timp, prin orificiul 4 aerul comprimat pătrunde în rezervorul capului de vidare prin deformarea elementului elastic 3. În momentul în care transportul piesei s-a efectuat, se opreşte alimentarea cu aer a racordului P, care este conectat la atmosferă. Ca urmare, presiunea din rezervor deschide supapa de sens împingând elementul 3 în sus, iar aerul din rezervor este evacuat rapid prin orificiul de conectare al ventuzei, determinând desprinderea acestuia de piesă.

26

Fig.1. Cap de vidare

Forţa de sustentaţie este cu atât mai mare cu cât depresiunea creată este mai mare, iar depresiunea variază în funcţie de presiunea de alimentare.

Pe măsura creşterii presiunii de alimentare creşte debitul necesar.

Cu cât este necesară o forţă de ridicare mai mare, cu atât necesarul de aer comprimat este mai mare.

Temporizatoarele sunt aparate a căror funcţie este realizarea unei temporizări în cadrul ciclului de funcţionare al unei instalaţii.

Temporizarea se poate face în mai multe moduri:

1 - Temporizare între momentul t0 al iniţierii comenzii până în momentul t1 al execuţiei acestei comenzi.

În figura 2 este prezentat schematic un temporizator de acest tip, compus din următoarele elemente: distribuitorul 3/2 monostabil (normal închis sau normal deschis) 1, droselul de cale 2 şi rezervorul 3.

27

Modul de funcţionare: Racordul P este alimentat cu aer comprimat. În momentul t0 când racordul 12 este alimentat, prin droselul 2 începe umplerea lentă a rezervorului 3. Când în rezervor este atinsă presiunea minimă necesară comutării distribuitorului 1, la momentul t1, acesta comută şi conectează orificiu P la A, după ce orificiul A a fost izolat faţă de R, generând o comandă în instalaţie. În momentul în care dispare semnalul de comandă, la t2, din racordul 12, rezervorul se goleşte rapid prin supapa de sens şi distribuitorul comută rapid în poziţia iniţială.

2 - Temporizare între momentul t1 când comanda a fost anulată şi momentul t2

când temporizatorul generează în sistem semnalul de anulare a comenzii, deci de încetare a execuţiei acestei comenzi.

În figura 3 este prezentat schematic temporizatorul de acest tip, iar în figura 4 diagramele de comutare şi de variaţie a presiunii în rezervorul 2.

Se observă că diferenţa între cele două temporizatoare constă în modul de conectare a supapei de sens.

3 - Temporizare atât de la momentul t0 al iniţierii comenzii până la momentul t1 al execuţiei ei, cât şi temporizarea de la momentul t2 al încetării comenzii până la momentul t3 când se produce efectul încetării comenzii (fig.5).

În figura 6 este prezentat schematic acest temporizator care are conectate în serie două drosele de cale, cu supapele în opoziţie. Reglarea diferită a celor două drosele permite obţinerea unor durate de temperatură diferite, adică t1 – t0 t3 – t2.

28

Fig. 2 Simbol temporizator

Fig.3

Simbol de temporizare intre momentul t1 şi t2 Fig.4.

Diagrama de comutare a temporizatorului şi diagrama de variatie a presiunii în rezervor

Amortizorul de zgomot Aceste aparate se motează direct pe orificiile de refulare ale distribuitoarelor sau

la capatul unei canalizări care colectează toate refulările. Ele determină o scadere importantă a nivelului de zgomot la refularea aerului în atmosferă. Rezultatul este obținut prin difuzia aerului la traversarea materialului poros, (bronz) de granualație apropiată.

Amortizorul de zgomot se comportă ca un regulator de debit permițând astfel cotrolarea descărcării.

IncetinitorulAparatul are 2 orificii care permit trecerea liberă a fluidului în cele două sensuri

atunci când nu este comandat. Când comanda este acționată, o clapetă vine și obturează trecerea normală, fluidul fiind astfel obligat să treacă printr-un drosel, realizându-se reducerea debitului de aer.

Rolul aparatului este de a frâna mișcarea atunci când se efectuează acțiunea.

Montarea aparatului se poate face în două moduri:

- între distribuitor și cilindru;- la orificiile de descărcare ale unui distribuitor.


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator sau într-o sală dotată calculator și videoproiector.

29

Fig.5

Diagrama de comutare a temporizatorului si de variatie a presiunii in rezervor

Fig.6

Simbol de temporizator de la t0 la t1

CUM PREDĂM?

Prezentarea conținuturilor se poate face prin conversaţie euristică, expunere, observaţie dirijată, demonstrație, prelucrare independentă a informaţiei etc.


Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul și tipurile de aparate pneumatice speciale studiate.

ORGANIZAREA CLASEI: Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de 4 – 6 elevi.


Evaluarea se poate realiza prin fişă de evaluare individuală în care elevul să

prezinte simbolurile și funcționarea acestor aparate.

30


Fişa suport 1.6. Parametri tehnico – funcționali

1.6.1. Presiunea maximă

Reprezintă cea mai mare presiune, la care elementele din rețea pot funcționa corect. Dacă presiunea în rețea induce eforturi specifice mai mari decât rezistența admisibilă a materialului diferitelor organe de mașini, acestea se pot rupe. Este de preferat utilizarea presiunilor cu 25 ... 30% mai mici decât presiunea maximă posibilă.

Diferența de presiune măsurată între orificiul de intrare (presiunea în amonte) şi presiunea de la orificiul de ieșire (presiune în aval) se numește pierdere de încărcare.

1.6.2. Debitul nominal reprezintă cantitatea de aer comprimat care se scurge sau traversează o secțiune în unitatea de timp.

Debitul se exprimă în l /s, l /min, m3/min sau m3/h în condiții atmosferice normale de referință (simbol ANR): 20°C, 65% umiditate relativă, 1013 mbar.

Pentru a trece de la o unitate la alta, se utilizează relația:

QV(ANR) = QV relativa x (Pr + Patm)

l/min l/min bar

Diferența de presiune măsurată între orificiul de intrare (presiunea în amonte) și presiunea de la orificiul de ieșire (presiune în aval) se numește pierdere de incarcare și este descrisă prin p - diferența de presiune.

Pentru definirea valorii lui p, în funcție de debit și de presiune, este necesar să ne amintim că lucrăm cu un fluid compresibil și în acest caz, numărul parametrilor care intervin este foarte complex.

1.6.3. Diametrul nominal este o mărime convențională ce definește secțiunea mininală de trecere a aerului prin elementul respectiv.

1.6.4. Temperatura Aerul comprimat este insensibil la variațiile de temperatură și își păstrează

întreaga sa fiabilitate la temperaturi extreme.

1.6.5. Puritatea reprezintă gradul de curățenie al aerul comprimat. În cazul scurgerilor din instalații nu există riscul de poluare. Aceasta caracteristică este indispensabilă în industrie, cum ar fi industria alimentară, industria textilă etc.

Filtrele îndepărtează cu eficiență superioară din aerul comprimat toate murdăriile care sunt sub formă solidă sau lichidă, de exemplu: praf, rugină, ulei, apă etc.

31


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator sau într-o sală cu videoproiector.

CUM PREDĂM?

Se poate utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice.

Se recomandă utilizarea fişelor de lucru pentru elevi pentru activităţile de fixare a noilor cunoştinţe

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversaţie euristică, problematizare, observaţie dirijată etc.

Se recomandă efectuarea unei lucrări de laborator pentru a determina debitul, puritatea, diametrul nominal și temperatura diferitelor medii utilizând aparatura necesară.



Evaluarea se poate realiza prin fişe de evaluare individuale în care elevul să definească temperatura, debitul, diametrul nominal, puritatea și să cunoască modul de determinare a acestor mărimi.

32


Fişa suport 1.7. Schema de acționare pneumatică

Limbajul tehnic presupune şi utilizarea, de comun acord, conform unor standarde internaţionale, a unor simboluri care să permită reprezentarea şi identificarea uşoară a aparatelor şi componentelor pneumatice atât ca elemente singulare, cât şi înglobate în sisteme (circuite).

Simbolurile pneumatice trebuie să ofere informaţii privind: funcţia (funcţiile) aparatului, notarea conexiunilor, metodele de acţionare, parametrii admisibili ai agentului de comandă şi de lucru.

Aparatele pneumatice și conexiunile dintre ele, precum funcțiile pe care acestea le îndeplinesc sunt redate prin simboluri, notații specifice, cuprinse și descrise în norme unanim acceptate, numite standarde.

1.7.1. Simboluri și semne convenționaleDenumirea elementului Relații de funcționare Semn convențional

CONVERSIA ENERGIEI

Compresor

MOTOARE ROTATIVE SI LINIARE

Motor cu capacitate constantă Cu două sensuri de rotație

Motor cu capacitate variabilă Cu un sens de rotație

Cu două sensuri de rotație

Motor oscilant

Cilindru Cu dublu efect cu o tijă

Cu dublu efect cu două tije

DISTRIBUITOARE

Distribuitor 2/2 Normal închis

Normal deschis

Distribuitor 3/2 Normal închis

33

Normal deschis

Distribuitor 4/2

Distribuitor 5/2

Distribuitor 4/3 Cu centrul închis

Cu centrul ventilat

Distribuitor proporțional Cu două poziții finale

Distribuitor, reprezentare simplificată Cu patru căi

SUPAPE DE SENS ȘI DERIVATE

Supapă de sens Fără arc

Cu arc

Pilotată

Supapă selectoare (Element logic SAU)

Supapă De evacuare rapidă

Supapă Cu două presiuni(Element logic SI)

SUPAPE PENTRU CONTROLUL PRESIUNII

Supapă de suprapresiune Reglabilă

Supapă secvențială Reglabilă

Aparate pentru controlul debitului

Drosel Nereglabil 34

Reglabil

Transmisia energiei

Sursa de presiune

Linie(circuit) De lucru

Linie(circuit) De comandă

Linie(circuit) De ventilare

Conductă Flexibilă

Conexiune de conducte

Suprapunere de conducte

Rezervor de aer

Filtru

Colector de apă Cu drenare manuală

Cu drenare automată

Uscător

Ungător

Răcitor

Instrumente de măsurăInstrument pentru măsurarea presiunii

Instrument pentru măsurarea debitului

Semnele convenționale pentru comanda echipamentelor pneumatice se găsesc în tabelul de semne convenționale de la fișa suport 2.4.

35

1.7.2. Necesitatea unui racordTubulatura, fie ca este rigidă sau flexibilă, nu poate fi legată direct la diferitele

aparate pneumatice din rețea.

Legatura dintre aparatură și tubulatură va fi asigurată de racorduri. Un racord, la care se asigura etanșeitatea, trebuie sa realizeze două tipuri de

legături:

- legătura racord – aparat;

- legătura racord – tubulatură.

Racordurile trebuie să aibă mai multe caracteristici:

- să fie demontabile;

- etanseitate totală la presiuni și temperaturi ridicate;

- insensibile la vibrații sau la loviturile de berbec;

- montare rapidă;

- să poată fi recuperate.

Aceste legaturi se fac în general prin utilizarea racordurilor filetate.

1.7.3. Reguli de instalare a tuburilor pneumatice Un tub flexibil nu trebuie niciodată instalat drept. El trebuie să prezinte

întotdeauna o săgeată, care, în funcție de lungimea sa poate varia. Normele prevad o variatie a lungimii de la +2 la 4%.

Un tub flexibil nu trebuie niciodată instalat răsucit. Marcajul care există pe tub va permite verificarea dacă acesta a fost instalat corect.

Un tub flexibil nu trebuie niciodată curbat imediat după ieșirea din record. Este necesară prevederea unei lungimi de minim 3 ori diametrul exterior al tubului între ieșirea din racord și începutul razei de curbură.

Când un racord drept este instalat perpendicular pe un aparat, tubul atârnă în spatele acestui racord, creând tensiuni la nivelul de prindere al tubului în racord. Pentru a se evita aceasta se va înlocui racordul drept cu un racord cu cot.

Se va evita trecerea cu tuburile flexibile prin zonele de lucru. În caz contrar, tuburile se vor proteja cu o teacă de protecție.

În cazul aerului comprimat, tuburile flexibile expuse la smulgere trebuie protejate pentru a se evita pericolele care pot apare în cazul ruperii lor.

36

În general raza de curbură a tuburilor flexibile este precizată de furnizorii acestora.

În tabelul următor este dată corespondenţa şi semnificaţia notării racordurilor.

Funcţia racordului Notaţie literală Notaţie numerică

Orificiu de conectare la p P 1

Orificiu de conectare la consumatori A, B, C 2, 4, 6

Orificiu de drenaj sau ventilare R, S, T 3, 5, 7

Orificiu de comandă (pilotare) x, y, z 12, 14

Orificiu de comandă de resetare L(*) 10

Orificii de comandă auxiliare - 81, 91

Orificiu de ventilare a piloţilor - 82, 84

Trebuie menţionat că aceste notaţii se aplică tuturor echipamentelor pneumatice, nu numai distribuitoarelor.

Exemplu: distribuitorul de mai jos este cu 3 căi şi 2 poziţii, normal închis, comandat pneumatic indirect (cu pilot), iar revenirea pe poziţie (resetarea) se face pneumatic, direct (fără pilot).

1.7.4. Ciclograma de mișcare

Într-o instalație electropneumatică, elementele de execuție se mișcă într-o anumită ordine, descrisă cu ajutorul unui instrument grafic numit ciclogramă sau diagramă de mișcare.

Sistemele electropneumatice înglobează elemente din două domenii disjuncte, pneumatica şi electronica, conferindu-le integrarea şi valoarea unitară necesară în aplicaţiile moderne.

Un sistem electropneumatic conţine un circuit pneumatic responsabil cu acţiunea directă în procesul automatizat şi un circuit electric responsabil cu conducerea circuitului pneumatic. De obicei, se consideră circuitul pneumatic ca fiind partea de forţă a sistemului, iar circuitul electric ca fiind partea de decizie, implementând logica secvenţială de control.

37

Scopul principal al unui sistem electropneumatic este acela de a acţiona mecanic în cadrul unui proces dat. Din acest motiv, de cele mai multe ori, în proiectare se porneşte de la acţionarea mecanică, prin conturarea performanţelor şi a comportamentului mecanic dorit. Apoi se aleg acele componente pneumatice care pot satisface cerinţele mecanice impuse. Cu aceste componente se proiectează circuitul pneumatic ce va deservi sistemul. Apoi se procedează la proiectarea logicii de control, construită în circuitul electric al sistemului. Trebuie remarcat că în unele cazuri, proiectarea celor două circuite nu este independentă. În final, după modelarea şi simularea computerizată a sistemului, cu confirmarea corectitudinii proiectării, se trece la implementarea lui fizică şi testarea propriu-zisă. După ce toate testele au fost trecute cu succes, se poate proceda la lansarea sistemului în procesul pentru care a fost proiectat.

Fig. 1. Circuitul pneumatic al sistemului pneutronic cu doi cilindrii

Vom considera exemplul unui sistem electropneumatic cu doi cilindri (fig.1). Cursa pistonului pentru un cilindru, denumit aici A, este de 100mm, între poziţiile pe care le vom nota simbolic A0 (0mm), respectiv A1 (100mm). În mod identic se vor face notaţiile pentru cilindrul B. Procesul în care va funcţiona acest sistem pneutronic necesită un ciclu de piston ce porneşte din poziţia A0, parcurge distanţa A0-A1, atinge poziţia A1, declanşează pornirea lui B, din B0 spre B1, atingerea lui B1, retragerea lui B dinspre B1 spre B0, atingerea lui B0, care declanşează intrarea lui A de la A1 la A0 oprirea lui A în A0. Se cere proiectarea sistemului pneutronic adecvat acestor cerinţe.

Din formularea cerinţelor mecanice, se deduce că este nevoie de cilindri cu piston cu cursa minimă de 100mm, care se vor poziţiona astfel încât în poziţia intrat complet pistoanele să fie în A0, respectiv B0, iar în poziţia ieşit complet să fie în poziţia A1, respectiv B1. Se aleg cilindri cu două camere acţionate pneumatic pentru a permite comanda independentă a acestora.

Ca element de control al fluidului se va folosi distribuitorul 5/3 cu comandă electrică. Comutarea camerelor acestuia se face la alimentarea cu curent electric a bobinelor.

Pentru culegerea informaţiilor mecanice se vor folosi 4 senzori de tip contact, acţionând ca nişte comutatoare electrice.

38

Sursa de presiune alimentează circuitul pneumatic, debitând puterea necesară acţionării.

Pentru reprezentarea grafică a secvenţei de comandă, se va construi ciclograma pentru cilindri (fig. 3). Secvenţa este A1B1B0A0.

Fig. 2. Ciclograma pentru cilindri

Axa orizontală a ciclogramei reprezintă timpul. Axa verticală din stânga este axa stărilor. Aici sunt reprezentate cele două stări principale ale pistonului A0 şi A1, respectiv B0 şi B1. Axa verticală din dreapta este axa de poziţie a pistonului. La orice moment de timp se poate deduce poziţia exactă a pistonului. Cele mai importante 5 momente sunt reprezentate pe ciclogramă cu notaţiile t1, t2, t3, t4 şi t5. Declanşarea ciclului se produce în momentul t1. Pistonul A ajunge în A1 la momentul t2, declanşează ieşirea lui B care ajunge în B1 la t3, apoi intră spre B0, atinge B0 la t4, declanşează intrarea lui A care atinge A0 la t5. Aşadar, pistonul realizează mişcarea impusă.

În figura 2, intervalele (t1-t2), (t2-t3), (t3-t4) şi (t4-t5) sunt egale în ipoteza comenzii cu aceeaşi presiune în camerele cilindrilor. Pentru a avea durate diferite ale intervalelor se va modifica presiunea la camere prin introducerea unor regulatoare de presiune sau drosele.

În mod asemănător se va realiza ciclograma pentru distribuitoare. Aceasta este redată în figura 3:

Fig. 3. Ciclograma pentru distribuitoare

Ciclograma distribuitoarelor prezintă tranziţia între cele două stări posibile ale acestora, respectiv camera activată pentru deplasarea pistonului în poziţia A0,

39

respectiv A1, şi evident, B0 şi B1. Se va remarca nuanţa problemei. Timpul de comutare a camerelor nu este 0, dar îl vom considera neglijabil în comparaţie cu timpul necesar deplasării pistonului.

Există programe de simulare a schemelor și ciclogramelor de mișcare.

www.festo.com, www.smc.ro


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator sau într-o sală AEL.

CUM PREDĂM?

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, simulări pe echipamente, PC-uri și A.P.

Se recomandă utilizarea fişelor de lucru pentru elevi la activităţile de fixare a noilor cunoştinţe.


Se recomandă efectuarea de lucrări de laborator pentru determinarea ciclogramei de mișcare pentru elementele electropneumatice.

ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de 3-4 elevi, în funcţie de nivelul clasei.


Evaluarea se poate realiza prin fişe de evaluare individuale în care elevul să poată realiza diferite ciclograme de mișcare sau simulări pe PC-uri.

40

http://www.smc.ro/

http://www.festo.com/


Fişa suport 1.8. Funcționarea SRA cu elemente de execuție pneumatice - succesiunea fazelor procesului automatizat

Automatica cuprinde totalitatea metodelor şi a mijloacelor tehnice prin care se stabilesc legături corespunzătoare între instalaţiile tehnologice, dispozitive anume introduse, astfel încât conducerea proceselor de producţie să se desfaşoare fără intervenţia directă a omului.

Principalele avantaje ale automatizării constau în:

- creşterea productivităţii muncii;- îmbunătăţirea calităţii muncii;- reducerea efortului intelectual depus de oameni în cadrul procesului

de producţie.

În structura oricărei instalaţii automatizate se disting: instalaţia tehnologică, dispozitivul de automatizare.

Automatizarea proceselor de producţie se realizează prin sisteme automate, formate din elemente componente, care se realizează în schemele funcţionale, simbolizate printr-un dreptunghi (fig.1).

Prin Sistem de Reglare Automată (SRA) se înţelege un sistem realizat astfel încât între mărimea de ieşire şi mărimea de intrare se realizează automat, fără intervenţia omului, o relaţie funcţională care reflectă legea de conducere a unui proces.

Elementul de comparaţie (EC) are rolul de a compara permanent mărimea de ieşire a instalaţiei tehnologice cu o mărime de acelaşi fel cu valoare prescrisă (considerată constantă), rezultatul comparaţiei fiind semnalul de eroare ε.

Regulatorul automat (RA) are rolul de a efectua anumite operaţii asupra mărimii ε primită la intrare, respectiv are rolul de a prelucra această mărime după o anumită lege, numită lege de reglare, rezultatul fiind mărimea Xc aplicată ca mărime de comandă elementului de execuţie.

Elementul de execuţie (EE) are rolul de a interveni în funcţionarea instalaţiei tehnologice pentru corectarea parametrilor reglaţi conform mărimii de comandă transmise de RA.

Instalaţia tehnologică (IT) este în cazul general un sistem supus unor acţiuni externe numite perturbaţii şi acţiunii comenzii generate de RA a cărui mărime de ieşire este astfel reglată conform unui program prescris.

41

Traductorul (Tr) este instalat pe bucla de reacţie negativă are rolul de a transforma mărimea de ieşire a IT de regulă într-un semnal electric aplicat EC.

Fig.1. Modelul structural al unui sistem de reglare automată

Elementele componente ale schemei unui SRA:

E.C. - element de comparaţie;

R.A. - regulator automat;

E.E. - element de execuţie;

I.T. - instalaţie tehnologică;

Tr - traductor.

Mărimi care intervin în schema de elemente a unui SRA:

U - mărime de intrare a sistemului;

ε - semnalul de eroare;

Yr - mărime de reacţie;

Xc - mărimea de ieşire a regulatorului automat;

Xm - mărime de intrare a instalaţiei tehnologice;

Y - mărime de ieşire a sistemului (a instalaţiei tehnologice);

P - perturbări.

Elementele de execuţie sunt componente ale sistemelor automate care primesc la intrare semnale de mică putere de la blocul de conducere şi furnizează mărimi de ieşire, în marea majoritate a cazurilor, de natură mecanică (forţe, cupluri) capabile să modifice starea procesului în conformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

42

Fig.2. Schema bloc a unui SRA

Elementul de execuţie este format din două părţi distincte: motorul de execuţie (ME) sau element de acționare (EA) şi organul de execuţie (OE) sau organ de reglare (OR).

Elementul de acţionare are rolul de a transforma semnalul de comandă, primit de regulator într-un cuplu de forţă cu care acţionează asupra organului de reglare.

Organul de reglare este elementul care intervine în instalaţia tehnologică, modificând sub acţiunea forţei sau cuplului generat de servomotor, cantităţile de material sau energie necesare procesului.

Mărimea de ieşire a organului de reglare este, de regulă, sub forma unei deplasări liniare sau unghiulare.

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

Există cazuri când trecerea de la regulator la EE trebuie adaptată, folosind un convertor care transformă mărimea de comandă, de exemplu din electrică în hidraulică, dacă intrarea în EE trebuie să fie hidraulică. EE poate acţiona asupra modificării de energie în două moduri:

Continuu, dacă mărimea m poate lua orice valoare cuprinsă între două valori limită;

Discontinuu, dacă mărimea m poate fi modificată numai pentru două valori limită (dintre care cea inferioară este în general zero

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

43

Elementele de execuţie pneumatice cu membrană transformă energia potenţială a aerului sub presiune în energia mecanică la deplasarea liniară a unui organ de execuţie cu care se face intervenţia în procesul automat.

Alimentarea elementelor de execuţie pneumatice se face cu energie de la regulatoarele pneumatice (0.2 ÷ 1 bar), sau electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.

Elementele de execuție pneumatice sunt formate din motor de execuție (SP – servomotorul pneumatic) și organul de execuție (OE) ( fig.3).

1. cameră 2. membrană elastică 3. disc metalic de rigidizare 4. arc 5. tijă6. supapă7. robinet

Fig.3. Element de execuţie pneumatic cu membrană şi resort

Mărimea de intrare xc este o presiune care provine de la un regulator sau un convertor și are ca mărime de ieșire deplasarea xm a tijei robinetului. Supapa 6 realizează închiderea robinetului în funcție de deplasarea axului 5. Această închidere depinde și de profilul supapei.

Motoarele de execuţie pneumatice se folosesc foarte mult pentru că prezintă următoarele avantaje:

Fluidul folosit (aerul) nu prezintă pericol de incendiu; După utilizare, aerul este evacuat în atmosferă, nefiind necesare conducte de

întoarcere ca la cele hidraulice; Pierderile de aer în anumite limite, datorate neetanşietăţii, nu produc

deranjamente; Sunt simple, robuste, sigure în funcţionare şi necesită cheltuieli de întreţinere

reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt următoarele:

Viteza de răspuns este mică (în medie 1/3 – 1/4 din viteza de răspuns a motoarelor hidraulice);

Precizia motoarelor pneumatice este redusă. Se recomandă folosirea servomotoarelor pneumatice în cazurile când:

servomotorul are greutate redusă, temperatura mediului ambiant este ridicată;

Mediul ambiant este exploziv;

44

Nu se cer viteze de lucru mari. Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot realiza cu

piston sau cu membrană.

Structura complexă, a unui element de execuţie pneumatic se compune din: 1

servomotor pneumatic; 2 amplificator pneumatic; 3 traductor de poziţie; 4 element sensibil; 5 organ de execuţie (fig. 4).

Fig.4. Structura unui element de execuţie pneumatic

În figura 5 este prezentată schema de reglare automată a debitului de fluid printr-un robinet cu ajutorul unui element de execuție pneumatic cu membrană (în figură nu s-a mai desenat și corpul robinetului). Resortul 6 și axa x a robinetului constituie în acest sistem procesul reglat P. Elementul de măsurare (traductorul) pentru mărimea reglată x este format din pârghia 1 și resortul 2. Mărimea de intrare în sistem este c.

Elementul de comparație este format din extremitatea liberă a burdufului 3. Asupra burdufului acționează pe de o parte o forță Sbc, în care Sb este suprafața burdufului, iar pe de altă parte forța resortului 2 proporțională cu deplasarea x. Deplasarea clapetei 4 în fața ajustajului 5 va fi proporțională cu c – x (mărimea de eroare). În acest sistem regulatorul, constituit din amplificatorul A, este de tip proporțional și este alimentat cu aer comprimat la o presiune Pa. Presiunea p de la ieșirea din amplificator este mărimea de comandă, iar mărimea de execuție este Sp, în care S este suprafața utilă a diafragmei.

Mărimea de ieșire a acestui sistem este x care tinde să devină egală cu c. Datorită faptului că regulatorul este de tip proporțional va apare o abatere staționară care depinde de amploarea mărimilor de perturbație care acționează asupra axului pistonului. Abaterea staționară poate fi neglijată chiar în cazul unor limite foarte largi ale perturbațiilor care apar în procesul de reglare în care s-a introdus un robinet cu poziționer (supapă).

Fig.5. Reglarea automată cu element de execuție pneumatic

45

Schema bloc a reglării cu element de execuție pneumatic este prezentată în figura 6.

Fig.6. Schema bloc a reglării

Dintre aceste elemente, amplificatorul de putere, elementul sensibil şi traductorul de poziţie, care sunt ataşate servomotului pneumatic, formează poziţionerul. Pentru a fi studiată comportarea elementului de execuţie în ansamblul sistemului de reglare este necesar să se stabilească relaţia ce leagă mărimea Xm de mărimea Xc (pentru elementul de execuţie pneumatic cu membrană, Xc este o presiune). Elementele de acţionare pneumatică se construiesc în două variante: cu membrană şi cu piston. După cum aerul sub presiune poate să acţioneze pe o singură faţă sau pe ambele feţe ale membranei elastice, deosebim elemente de execuţie proporţionale sau integrale.

La creşterea presiunii de comandă (pc) va creşte presiunea în camera (1), dar în acelaşi timp are loc şi o variaţie de volum a acestei incinte după o relaţie de forma:

Schema pneumatică este reprezentarea grafică a instalației pneumatice care echipează o maşină oarecare cu are rolul de a facilita înțelegerea funcționării din punct de vedere pneumatic.

Schema pneumatică poate fi privită ca o structură formată din 5 nivele (figură), fiecare etaj conținând o anumită categorie de elemente pneumatice.

1) Elementele ce asigură alimentarea instalației cu energie pneumatică la parametrii ceruți de sistem: presiune, debit, filtrare, ungere.

2) Elementele de comandă permit dialogul om-maşină: comenzi de pornire-oprire, selectare pentru diferite funcții sau moduri de lucru. Aceste elemente sunt grupate într-un panou de comandă, separat sau lipit de instalației.

3) Elementele de procesare: asigură procesarea (interpretarea și distribuirea) semnalelor primite în instalație: atât a celor de comandă, provenite de la tabloul de comandă, cât și a celor de reacție, care sunt de obicei semnale ce oferă informații despre

46

starea mașinii și / sau a procesului tehnologic desfășurat. Ele prelucrează semnalele fie unitar, fie în anumite combinații, realizând diferite funcții logice: DA, NU, ŞI, SAU, NON ŞI, temporizare, memorie, etc.

4) Elementele de comandă finală: sunt echipamente de distribuție a energiei pneumatice și reprezintă etajul din care semnalele de comandă sunt injectate direct elementelor de execuție: motoare liniare, rotative, oscilante, unități de vidare, manipulatoare.

5) Elementele de execuție (actuatoarele) echipamente care convertesc energia de presiune a agentului de lucru în energie mecanică pentru efectuarea de lucru mecanic.


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator sau într-o sală dotată cu calculator și videoproiector.

CUM PREDĂM?

Se poate utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, simulări pe echipamente, PC-uri și A.P.

Se recomandă utilizarea fişelor de lucru pentru elevi la activităţile de fixare a noilor cunoştinţe.


Se recomandă efectuarea de lucrări de laborator pentru determinarea succesiunii fazelor procesului automatizat.



Evaluarea se poate realiza prin fişe de evaluare individuale în care elevul să determine succesiunea fazelor unui proces automatizat.

47

Tema 2. SRA cu echipamente de execuție hidraulice

Fişa suport 2.1. Motoare hidraulice

Hidraulica este ştiinţa care studiază legile de echilibru şi de mişcare a fluidelor din punctul de vedere al aplicaţiilor în tehnică.

Hidraulica studiază în principal lichidele care sunt fluide practic incompresibile, ele nu au forma proprie, sunt perfect plastice la efortul de compresiune. Lichidele în cantităţi mici iau forma sferică, iar în cantităţi mari iau forma recipientului, prezentand o suprafaţă liberă.

Domeniul de aplicabilitate al hidraulicii s-a extins considerabil, nu există ramură a tehnicii unde să nu îşi găsească aplicabilitate.

Exemple: industria constructoare de maşini, aviaţie, industria navală, industria uşoară, industria alimentară, acţionări, automatizări, amortizoare, suspensii hidraulice, transporturi, vehiculele pe pernă de aer, transportul materiale în suspensie, a fluidelor în conducte şi canale, etc.

Motoarele hidraulice sunt mașini hidraulice volumice care realizează conversia energiei hidraulice (Q; p) în energie mecanică (M; n, sau F; v), conform cerințelor de acționare impuse de mașina antrenată.

Clasificarea motoarelor hidraulice (hidrostatice) (fig.1):

Fig.1. Clasificarea motoarelor hidrostatice

48

2.1.1. Motoare hirostatice pentru rotație continuă

Sunt destinate antrenării organelor de lucru într-o mișcare de rotație continuă (pe un unghi nedeterminat).

Motoarele hidrostatice pentru turații normale ( n = x100 - x1000 rot/min ) derivă, datorită reversibilității mașinilor hidraulice, din pompele de același tip. Turația lor se calculează cu o relație de forma: n = Q / V1,

unde: V1 este volumul specific.

V1 poate fi constant (motoare de turație constantă), sau reglabil (motoare de turație reglabilă).

Motoarele lente ( n = x1- x100 rot/min) sunt în general construcții speciale bazate însă pe aceleași principii funcționale ca și motoarele normale.

Simbolizarea motoarelor pentru rotație continuă (fig.2):

Fig.2. Simbolizarea motoarelor pentru rotație continuă

a) motor unisens, de cilindree constantă;

b) motor dublu sens, de turație constantă;

c) motor unisens, reglabil;

d) motor dublu sens, reglabil;

e), f) unități de lucru (pompă și motor).

2.1.2. Motoare hidrostatice oscilante

Sunt destinate realizării mișcării de rotație pe un unghi limitat, determinat, constant sau reglabil. Motoarele hidrostatice oscilante se clasifică după modul constructiv:

- cu paletă (simplă, dublă sau multiplă);- cu piston (simplu, dublu sau multiplu).

Simbolizarea motoarelor oscilante (fig.3):

Fig.3. Simbolizare motor oscilant

a) de unghi constant; b) de unghi reglabil.49

2.1.3. Motoare hidraulice pentru realizarea mişcării de translație

Motoarele hidraulice cu mișcare liniară sunt realizate sub forma unor pistoane care se deplasează liniar în cilindri, realizează deplasarea liniară pe o anumită cursă l, cu o anumită viteză v, dezvoltând o anumită forță F.

Principiul constructiv și funcțional al motoarelor liniare este redat în figura 4.

Fig.4. Principiul constructiv si funcțional al motoarelor liniare

A și B - camere de lucru (activă și pasivă);

1 - cilindrul;

2 - element mobil de separație a camerelor (piston sau membrană);

3 - tijă de acționare;

4 - capace de închidere a camerelor de lucru.


UNDE PREDĂM?


CUM PREDĂM?

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice și tipuri de motoare hidraulice.



Se recomandă efectuarea unei lucrări de laborator pentru cunoașterea motoarelor hidraulice.



Se realiză prin fişe de evaluare individuale în care elevul să recunoască tipurile de motoare hidraulice, să identifice elementele componente ale motoarelor hidraulice şi să descrie modul de funcţionare a acestora.

50


Fişa suport 2.2. Distribuitoare. Supape. Aparate hidraulice speciale

Distribuitoarele au rolul dirijării circulației lichidului pe diferitele circuite ale instalației, în scopul realizării unor funcțiuni precum: pornirea-oprirea mișcării, inversarea sensului de deplasare, trecerea de la o fază de lucru la alta, etc.

Sunt elemente de comutație (închid și deschid total trecerea lichidului), cu mai multe poziții și un anumit număr de căi.

Într-un sistem de acţionare distribuitorul îndeplineşte următoarele funcţii:

- inversează sensul de mişcare al ansamblului mobil al motorului deservit;

- asigură oprirea pe cursă a ansamblului mobil al motorului.

Fig.1. Rolul distribuitorului hidraulic

Pentru distribuitorul din figura 1, există comanda:

- C1 distribuitorul stabileşte conexiunile: Pa A şi B T. În acest fel se asigură deplasarea ansamblului mobil al motorului în sensul vitezei v1.

- C2 distribuitorul stabileşte conexiunile: Pa B şi A T. În acest fel se asigură deplasarea ansamblului mobil al motorului în sensul vitezei v2.

Clasificarea ditribuitoarelor se face după mai multe criterii:

după principiul constructiv și funcțional, pot fi:- cu sertar (circular de translație, rotativ, și plan);- cu supape.

după numărul de poziții, pot avea:- două;- trei;

- mai multe poziții.

51

după numărul de căi: - cu două;- trei;- patru;- mai multe căi.

după modul de comandă poate fi:- manuală ( cu manetă sau pedală);- mecanică (cu arcuri);- electrică (cu electromagneți sau cu motoare);- hidraulică; - pneumatic; - pilotată (electrohidraulică).

2.2.1. Distribuitoarele cu sertar circular de translație sunt cele mai răspândite, datorită următoarelor avantaje:

- echilibrare hidrostatică axială și radială totală; - tehnologicitate ridicată; - simplitate constructivă; - cost redus.

Principiul constructiv și funcțional al distribuitoarelor cu sertar, precum și simbolurile convenționale sunt redate în figura 2.

Fig.2. Distribuitoare şi simboluri

Distribuitorul cu sertăraș este format dintr-un cilindru în interiorul căruia este deplasat un pistonaș printr-o comandă externă. Pistonașul poate fi realizat cu două până la cinci gulere.

Distribuitoarele cu sertăraș pot fi cu trei căi sau cu patru căi. Cele cu trei căi pot stabili legătura orificiului de alimentare a motorului hidraulic fie cu orificiul care

52

comunică cu sursa de presiune, fie cu orificiul care comunică cu rezervorul. Se folosesc atunci când tija de acționare a motorului se deplasează într-unul din sensuri. Cele mai răspândite sunt sertărașele cu patru căi, care stabilesc concomitent două legături: de la sursa de presiune la una din camerele motorului și de la cealaltă cameră la rezervor.

2.2.2. Distribuitoare rotative – comută circuitele printr-o mișcare de rotație. În figura 3 este reprezentat un distribuitor rotativ cu cep care cuprinde corpul 1 și cepul 2. Trecerea uleiului se realizează prin canalele A și B. Într-o poziție a cepului ce permite circulația uleiului între orificiile I și II, respectiv III și IV, iar în altă poziție, prin rotirea cepului cu 90 , circulația se face prin orificiile I și III, respectiv II și IV. Aceste

distribuitoare se utilizează mai ales la circuitele cu deservire manuală, având debite și presiuni relative mici.

Fig.3. Distribuitor rotativ

2.2.3. Distribuitoarele cu supape (fig.4) au muchiile active, înlocuite cu supape de sens comandate.

Fig.4. Distribuitor cu supapă

53

2.2.4. Distribuitoare pilotate (fig.5) sunt prevăzute cu dublă comandă, în general electrohidraulică, care îmbină avantajele comenzii electrice cu ale celei hidraulice. Se folosesc la puteri mari.

Fig.5. Distribuitor pilotat

Supapele sunt elemente care asigură deschiderea unui circuit hidraulic atunci când presiunea într-un sens de circulație depășește o anumită valoare.

Supapele pot îndeplini două roluri: de comandă (supape de sens) și de reglare a presiunii (supape de presiune).

2.2.5. Supapele de sens permit trecerea lichidului numai într-un sens, cu excepția celor deblocabile care permit trecerea și în sens invers. Principiul constructiv și funcțional este redat în figura 6.

Fig.6. Supapă de sens

1 - element de închidere-deschidere a trecerii lichidului;

2 - arc de compresiune;

3 - corpul supapei;

4 - inel de sprijin.

Arcul 2 este dimensionat la o forță mică, necesară doar pentru închiderea supapei, astfel încât când lichidul circulă de la dreapta spre stânga supapa se deschide la o presiune mică permițând trecerea lichidului (R≈ 0). În sens invers supapa se închide automat, blocând trecerea (R= ∞).

54

La supapele deblocabile deschiderea se realizează forțat printr-o comandă externă la orificiul x, lichidul putând să circule și de la B la A.

Supapele duble deblocabile (fig.7) sunt construcții monobloc, cele două supape fiind cuplate între ele, decuplându-se astfel reciproc. Când lichidul sub presiune vine pe conducta A el comandă deblocarea celeilalte supape astfel că acesta poate circula, de la B1 la B și reciproc.

Fig.7. Supape deblocabile

O aplicație frecvent întâlnită a supapelor de sens duble deblocabile este pentru menținerea în repaus a motoarelor hidraulice liniare, atunci când asupra acestora acționează forțe R destabilizatoare, sau la deplasarea sarcinilor pe verticală. Ele pot realiza acest lucru deoarece prezintă o etanșare mult mai bună decât distribuitoarele hidraulice prin care sunt comandate mișcările.

2.2.6. Supapele de presiune au în principal rolul de a limita presiunea maximă din circuit la o anumită valoare reglată. Ele pot avea diverse funcții (de siguranță, de deversare, de raport etc) la aceeași formă constructivă.

Clasificarea supapelor de presiune:

a. După funcția specifică îndeplinită, ele pot fi clasificate astfel:

- supape pentru limitarea presiunii (de siguranță);- supape de reducere a presiunii; - supape de comutație.

b. După poziția normală pot fi normal: - închise;

- deschise.

c. După modul de comandă: - directă;

- pilotată.

55

Supape pentru limitarea presiunii

Principiul constructiv și funcțional este redat în figura 8.

Fig.8. Supape pentru limitarea presiuni

1 - corpul supapei, prevăzut cu orificii de racordare de un anumit diametru;

2 - scaunul supapei, putând avea diferite forme:

a. tronconic fără ghidare; b. tronconic cu ghidare (pentru evitarea vibrațiilor transversale); c. sferic; d. plan;

3 - element de închidere - deschidere a secțiunii de trecere a lichidului;

4 - arc de compresiune (constant sau reglabil);

5 - capac de închidere.

Supapele de limitare a presiunii (fig.9) sunt supape normal închise, cu comandă directă (a), sau cu comandă pilotată (b).

Fig.9. Supape normal închise

a) comandă directă b) comandă pilotată

Supapele de limitare a presiunii se montează întotdeauna imediat după pompele volumice pentru protecția acestora și a întregului circuit.

56

Supape de reducere a presiunii (fig.10) se utilizează în scopul alimentării dintr-un circuit principal de presiune variabilă a unui circuit secundar la presiune constantă. Ele sunt supape normal deschise, cu comandă directă sau pilotată realizată din circuitul de ieșire, cu drenare dx externă.

Fig.10. Supape de reducere a presiunii

Supape de comutație (fig.11) se utilizează în scopul comutării circuitelor la o comandă externă, îndeplinind funcții de comandă, ca și distribuitoarele hidraulice.

După tipul comutării pot fi:

- supape de conectare: sunt supape normal închise care la o comandă externă conectează circuitele;

- supape de deconectare: sunt supape normal deschise care la o comandă exterioară deconectează circuitele.

Ambele tipuri pot fi cu comandă directă (a), sau cu comandă pilotată (b); cu sau fară supapă de sens.

Fig.11. Supape de comutație

Supapele de comutație sunt frecvent utilizate ca supape de succesiune a fazelor unui ciclu de lucru automat.

57

2.2.6. Divizoare de debit rezistive

Sunt aparate hidraulice (fig.12) realizate pe baza teoriei punților utilizate la împărțirea unui debit în două debite care trebuie să fie menținute într-un raport constant, independent de variațiile de presiune .

În principiu ele sunt alcătuite din două regulatoare de debit cuplate între ele, devenind astfel interdependente.

Fig.12. Divizor de debit pe circuitele de refulare

2.2.7. Distribuitoare proporționale sau servovalve electrohidraulice

Sunt aparate hidraulice evoluate (fig.14) care cumulează funcția de comandă cu cea de reglare. În principiu ele sunt distribuitoare cu comandă pilotată electrohidraulică, comanda primară fiind realizată cu electromagneti proporționali (care dezvoltă o forță proportională cu curentul de comandă) – diferențiali (care lucrează în opoziție), permitând astfel reglarea continuă a poziției sertarului și deci reglarea continuă a debitului.

Fig.13. Simbol convențional servovalvă

58

Fig.14. Servovalvă electrohidraulică


UNDE PREDĂM?


CUM PREDĂM?

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice, tipuri de distribuitoare și supape.



Se recomandă efectuarea unei lucrări de laborator pentru cunoașterea principiului de funcționare a distribuitoarelor și supapelor.



Se realiză prin fişe de evaluare individuală în care elevul să recunoască tipurile de distribuitoare, supape și modul lor de funcționare.

59


Fişa suport 2.3. Parametri tehnico – funcționali

Analiza diverselor tipuri de motoare hidraulice se face ținând seama de câțiva parametri fundamentali, care permit evaluarea performanțelor. În cele ce urmează v-om analiza acești parametri.

2.3.1. Presiunea maximă reprezintă cea mai mare presiune, la care pompa poate funcționa corect. Oricât de mare ar fi presiunea în conducta de refulare, pompa debitează același volum de lichid. Dacă puterea hidraulică a fluxului refulat depășește capacitatea motorului de antrenare, acesta se avariază. Dacă presiunea în pompă sau în rețea induce eforturi specifice mai mari decât rezistența admisibilă a materialului diferitelor organe de mașini, acestea se pot rupe. Este de preferat utilizarea pompelor volumice la presiuni cu 25 ... 30% mai mici decât presiunea maximă posibilă.

2.3.2. Debitul volumul de fluid pe care îl furnizează pompa în unitatea de timp. Cilindreea reprezintă volumul refulat de pompă într-un ciclu. Majoritatea pompelor fiind antrenate prin mișcări de rotație, cilindreea înseamnă volumul refulat într-o rotație. Legătura dintre cilindree și debit este:

QT= q = q ,

unde: QT - debitul teoretic, în m3/sec;

q - cilindreea, în m3;

n - turația, în rot/min;

- viteza unghiulară, în 1/sec.

Debitul efectiv furnizat de pompă, Q, este mai mic decât cel teoretic, datorită următoarelor cauze:

- întoarcerea lichidului din zona de refulare în zona de aspirație;- umplerea incompletă cu lichid, datorită unui debit insuficient pe conducta de

aspirație sau a întârzierilor la închiderea și deschiderea supapelor;- existența, uneori, în zona de aspirație a unui amestec aer-lichid.

Pentru unele circuite hidraulice este important ca pompa să funcționeze cu debite variabile, la turație de antrenare constantă. În acest scop au fost realizate soluții constructive care să permită modificarea cilindreei în timpul funcționării.

2.3.3. Diametrul nominal o mărime convențională care definește secțiunea minimală de curgere a fluidului prin elementul respectiv.

60

2.3.4. Temperatura influențează parametrii funcționali ai instalației prin vâscozitate și prin dilatare termică. Vâscozitatea uleiului variază cu temperatura, fapt ce influenţează pierderile volumice şi energetice din sistem.

Influenţa temperaturii trebuie luată în considerare, deoarece transportul de energie între pompă şi motor are loc cu pierderi ireversibile, însoţite de degajare de căldură care modifică temperatura fluidului. Termperatura se masoară cu termometre, cu traductoare de temperatură (care afișază digital valoarea masurată), sau utilizand instalații de termostatare prevazute cu schimbătoare de căldură.

2.3.5. Puritatea reprezintă calitatea fluidului de a fi pur, curat și neamestecat. Impurificarea fluidului cu substanţe care provin din afară ( substanţe mecanice ca: praf, nisip, particule de metal,etc.) are urmări grave putând duce la deteriorarea elementelor hidraulice în mişcare. Impurităţile se determină prin gravimetrie. Fluidul se poate impurifica şi cu produşi lichizi şi în special cu apă. Prezenţa apei poate fi constatată şi vizual, în unele cazuri, după culoarea tulbure pe care o dă fluidelor.


UNDE PREDĂM?


CUM PREDĂM?



Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversaţie euristică, problematizare, observaţie dirijată etc.

Se recomandă efectuarea unei lucrări de laborator pentru a determina debitul, puritatea, diametrul nominal, temperatura diferitelor medii utilizând aparatura necesară.

ORGANIZAREA CLASEI:Clasa poate fi organizată frontal sau pe grupe de 3-4 elevi, în funcţie de nivelul clasei.


Evaluarea se poate realiza prin fişe de evaluare individuale în care elevul să definească temperatura, debitul, diametrul nominal, puritatea și să cunoască modul de determinare a acestor mărimi.

61


Fişa suport 2.4. Schema de acționare hidraulică

Elementele de acţionare hidraulică (fig.1) folosesc ca agent motor lichide sub presiune,de obicei uleiuri minerale şi sunt utilizate când sunt necesare forţe şi viteze mari.

1 - disc fix;

2 - piston axial;

3 - corp cilindru;

4 - bloc cilindru;

5 – ax.

Fig.1. Element de execuţie hidraulic

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

În ultimul timp, elementele hidraulice cunosc o largă răspândire, întrucât prezintă unele avantaje faţă de cele electrice, de exemplu: bandă mare de trecere (frecvenţe ridicate de lucru), raport putere/gabarit maxim, lipsa în majoritatea cazurilor a unui reductor de ieşire şi varietatea mare a formelor de mişcare a axului de ieşire (rotativ, oscilant, liniar).

2.4.1. Simboluri și semne convenționale

Limbajul tehnic presupune şi utilizarea, de comun acord, conform unor standarde internaţionale, a unor simboluri care să permită reprezentarea şi identificarea uşoară a aparatelor şi componentelor hidraulice atât ca elemente singulare, cât şi înglobate în sisteme (circuite).

62

Simbolurile hidraulice trebuie să ofere informaţii privind: funcţia (funcţiile) aparatului, notarea conexiunilor, tipul comenzii, parametrii admisibili ai agentului de comandă şi de lucru.

Tabel cu simboluri și semne convenționale

Denumirea elementului

Relații de funcționare Semn convențional

Pompe Cu debit constant

Cu debit variabil

Motoare hidraulice a) Cu turație constantăb) Cu turație variabilă

a b

Motoare hidraulice liniare cu piston

Cu o tijă cu dublu efect

Cu două tije cu dublu efect

Filtru de ulei Cu filtrare mecanică

Rezervor de ulei

Comandă Manuală

Cu plunjer

Cu arc

Cu rolă

Senzorială

63

Sugestii metodologice: Semnele convenționale pentru distribuitoare, supape, drosele, transmisia energiei și instrumente de măsură se găsesc în tabelul de semene convenționale de la fișa suport 1.7.

2.4.2. Notarea aparatelor hidraulice în circuiteNotarea elementelor în circuite utilizând cifre se poate face utilizând

următoarea convenţie: toate elementele care concură la funcţionarea unui element de execuţie care aparţin aceleiaşi grupe poartă un număr.

Separat de acest număr printr-un punct, urmează numărul de ordine al aparatului la care se face referire.

Clasificarea grupelor:

0 - toate elementele ce aparţin alimentării cu energie;

1, 2, 3,…. - notarea lanţurilor de comandă (a grupelor) pentru fiecare element de execuţie din schemă.

Semnificaţia cifrei care urmează punctului:

0 - element de execuţie;

1 - elemente de comandă finală;

2, .4, (numere pare) - toate elementele care influenţează cursa de avans a elementului de execuţie;

3, .5, (numere impare) - toate elementele care influenţează cursa de revenire a elementului de execuţie;

01, .02,…. - elementele de reglare aflate între elementele de execuţie şi cele de comandă finală.

Notarea aparatelor în circuite utilizând litere:

Acest mod de notare nu asociază aparatele unei grupe ce poartă numărul elementului de execuţie acţionat, ci alocă respectivului element de execuţie elemente de semnalizare pe care acesta le acţionează:

A, B, C,….. elemente de execuţie;

a0, b0, c0,….. elemente de semnalizare acţionate de cilindrii A, B, C la capăt de cursă pe retragere;

a1, b1, c1,….. elemente de semnalizare acţionate de cilindrii A, B, C la capăt de cursă pe avans.

64

2.4.3. Elementele de legătură

Asigură curgerea lichidului între aparatele, mașinile hidraulice din instalaţie şi pot fi:

- conducte metalice rigide, din țeavă trasă (rugozitate interioară mică) din oțel, alamă sau cupru; au rigiditate mare, sunt ieftine, și se folosesc pentru transmiterea lichidului la distantă, între elemente fixe.

Pentru legături la distantă variabilă se pot folosi conducte rigide articulate plan sau spațial;

- conducte flexibile (furtunuri) din cauciuc sau mase plastice, cu unul sau mai multe straturi de inserție, textilă sau metalică, în funcție de presiune, folosite pentru legături la distanțe mici între elemente mobile.

2.4.4. Elementele de racordare

Asigura racordarea elementelor de legatura intre ele si a acestora cu aparatele

hidraulice.Se folosesc în următoarele scopuri:

- pentru racordarea conductelor rigide: nipluri, reducții, coturi, teuri, etc;

- pentru racordarea conductelor flexibile; racorduri cu schimbare rapidă (pentru standurile de probă).

2.4.5. Ciclograma de mișcare

Pentru realizarea unor funcţii de lucru în cadrul unor instalaţii, se utilizează în multe aplicaţii, elemente de lucru de tipul motoarelor hidraulice liniare, acţionarea hidraulică prezentând multiple avantaje. Modul de alegere a motoarelor de lucru ţine cont de forţele pe care trebuie să le dezvolte, dar şi de vitezele pe care trebuie să le realizeze.

Ordinea de intrare în funcţiune a motoarelor este dictată de cerinţele instalaţiei tehnologice din care acestea fac parte. Pentru evidenţierea modului de lucru fiecare motor este notat cu o literă mare urmată de cifrele 1 sau 0, după cum motorul este în poziţia avansată sau retrasă. Astfel, vom putea avea un ciclu de funcţionare a unei instalaţii cu două motoare liniare, de forma A1B1A0B0 sau A1A0B1B0, sau A1B1A0B0 (motorul A şi B se retrag simultan) etc.

Pentru a se asigura funcţionarea instalaţiei tehnologice, este absolut necesar ca fiecare motor să intre în funcţiune doar după ce motorul sau secvenţa precedentă a fost realizată. Nerealizarea unei secvenţe a ciclului de funcţionare atrage după sine oprirea instalaţiei. De aceea, pentru a se putea asigura o funcţionare sigură, fiecare poziţie a motoarelor de lucru va fi confirmată de un senzor. Senzorul se montează la fiecare capăt al cursei motorului liniar şi prin acţionarea lui de către o camă montată pe

65

elementul mobil transportat de motor, va închide un circuit electric care va confirma de fapt poziţia respectivă a motorului şi va iniţia efectuarea secvenţei următoare.

Pentru o mai bună înţelegere a ciclului de lucru a motoarelor se va realiza şi ciclograma de funcţionare a instalaţiei (fig.2). Aceasta este o reprezentare grafică a ciclului de lucru a instalaţiei, fiecare motor liniar va putea ocupa una din cele două stări 0 sau 1, adică retras sau avansat, lucru ce se va marca grafic prin linii. Pentru exemplificare, în figura 1 sunt prezentate ciclogramele pentru două cicluri de lucru.

Fig.2. Ciclograma

Pentru realizarea unei secvenţe de funcţionare a unui motor hidraulic liniar, se folosesc comenzile elctrohidraulice. Astfel, pentru motorul liniar cu simplu efect se utilizează distribuitorul monostabil (cu poziţie preferenţială) 3/2 iar pentru motorul liniar cu dublu efect, distribuitorul bistabil (cu poziţie memorată) 4/2 sau 5/2. Comanda distribuitoarelor se face pe cale electromagnetică, prin solenoizi alimentaţi la 24 V c.c. Unii producători de echipamente hidraulice realizează distribuitoare alimentate la 24 V c.a sau chiar la 110 V c.a.

a b c

Fig.3. Comanda motoarelor liniare

a - motor cu simplă acţiune şi distribuitor 3/2;

b - motor cu dublă acţiune şi distribuitor 5/2 monostabil;

c - motor cu dublă acţiune şi distribuitor bistabil.

66

Motorul cu simplă acţiune se va alimenta printr-un distribuitor 3/2 normal închis (fig.3.a). Prin alimentarea solenoidului distribuitorului acesta va trece pe poziţia deschis, permiţând fluidului de la reţea să alimenteze partea stângă a pistonului motorului hidraulic ceea ce va conduce la realizarea mişcării de avans a pistonului. La întreruperea alimentării cu curent electric a solenoidului, distribuitorul va revenii pe poziţia iniţială, arcul readucând motorul în poziţia retras. În mod similar se întâmplă lucrurile şi cu motorul cu dublă acţiune (fig.3.b) cu deosebirea că readucerea motorului în poziţia retras este realizată de alimentarea cu fluid a camerei din dreapta pistonului. Motorul cu dublă acţiune din figura 3.c este alimentat printr-un distribuitor cu memorie (bistabil) ceea ce face ca readucerea motorului la poziţia iniţială să se facă doar prin oprirea alimentării solenoidului din stânga şi alimentarea solenoidului din dreapta distribuitorului.

Alimentarea solenoidului distribuitorului se poate face direct prin legarea în serie cu un întrerupător (fig.4.a), dar în acest caz contactele întrerupătorului vor fi supuse la curentul de alimentare. Acţionarea întrerupătorului S1 curentul electric va străbate solenoidul Y1 al distribuitorului ceea ce va avea ca efect comutarea lui şi alimentarea motorului liniar în partea strângă a pistonului, realizându-se astfel mişcarea de avans. Motorul va continua deplasarea până la capătul cursei unde se va opri aşteptând o nouă comandă. Prin deschiderea contactului întrerupătorului se opreşte alimentarea solenoidului astfel încât distribuitorul sub acţiunea arcului propriu va comuta revenind pe poziţia iniţială, permiţând astfel motorului să se retragă.

Pentru a se putea realiza scheme de automatizare alimentarea solenoidului unui distribuitor se face prin intermediul unui releu electromagnetic de comutaţie. Acesta are un număr de contacte normal deschise şi acelaşi număr de contacte normal închise, iar prin alimentarea cu curent continuu a bobinei interne se realizează comutarea, adică dezactivarea contactelor normal închise şi activarea celor normal deschise. Această nouă poziţie a releului se menţine atât timp cât se menţine alimentarea cu curent a bobinei.

Utilizarea releelor de comutaţie permite acţionarea mai multor consumatori mari de curent, lucru specific schemelor de automatizare. Pentru exemplul de mai sus acelaşi efect se poate obţine şi prin utilizarea unui releu de comutaţie (fig.4.b).

67

Fig.4. Comanda distribuitorului

a - comandă directă; b - comandă prin releu de comutaţie.

Astfel, prin închiderea contactului întrerupătorului S1 se alimentează bobina releului K1 iar acesta va comuta închizând contactul normal deschis K1 înseriat cu solenoidul Y1 al distribuitorului. Pentru ca avansul motorului să nu depindă de menţinerea comenzii prin apăsarea butonului întrerupătorului S1 se poate recurge la o schemă de automenţinere prin legarea în paralel a bobinei releului cu unul din contacte lui normal deschise (fig.5).

Fig.5. Automenţinerea OFF (oprire) a releului de comutaţie

Exemplu se consideră două motoare liniare notate A şi B care vor funcţiona în ordinea A1 B1 A0 B0 (fig.6).

68

Fig.6. Ciclu de lucru cu două motoare liniare

Poziţiile extreme ale celor două motoare sunt confirmate de senzorii de poziţie notaţi cu S1...S4. Solenoizii care asigură comutarea distribuitoarelor bistabile sunt notaţi conform funcţiilor pe care le îndeplinesc (comandă avansul sau retragerea motoarelor) cu litere mici (a0 , a1 , b0 , b1 ). După cum se poate remarca, ultima secvenţă a ciclului (B0) va fi sesizată de senzorul S3 ceea ce face ca întreaga schemă de automatizare să fie pornită prin acest senzor de poziţie. Schema de automatizare este prezentată în figura 7.

Fig.7. Schema de automatizare


UNDE PREDĂM?


69

CUM PREDĂM?

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planşe tematice.





Evaluarea se poate realiza prin fişe de evaluare individuale în care elevul să recunoască semnele și simbolurile specifice elementelor hidraulice și să poată realiza diferite ciclograme de mișcare sau simulări pe PC-uri.


Fișa suport 2.5. Funcționarea SRA cu elemente de execuție hidraulice - succesiunea fazelor procesului automatizat

Prin sistem automat de acționare hidraulică (sau sistem hidraulic de reglare automată) se înțelege prin urmare orice dispozitiv sau instalație care realizează pe cale hidraulică și în mod automat o dependență funcțională între mărimea de ieșire (parametru controlat: deplasarea, presiunea, debitul etc.) și mărimea de intrare (programatoare sau perturbatoare).

Caracteristicile statice principale ale elementelor de acţionare hidraulice sunt caracterizate de viteză şi de forţă care determină viteza de ieşire şi forţa dezvoltată de motorul de execuţie în funcţie de elementul de comandă. Folosind presiuni înalte se pot comanda EE până la 200m, fără pierderi importante de presiune. Deosebit de eficientă este hidraulica atunci când trebuie acţionate, în acelaşi timp, mai multe EE (de exemplu: macazurile folosite în transporturi etc.).

În instalaţiile de automatizare se folosesc, în majoritatea cazurilor, motoare hidraulice cu piston, care pot fi cu: mişcare liniară și mişcare de rotaţie.

Elementele de acţionare hidraulică se construiesc în trei variante: cu piston, cu membrană şi cu organe rotative. Primele două tipuri se realizează în construcţie cu

70

cilindru fix sau cu piston fix şi sunt asemănătoare celor pneumatice, iar cele cu organe rotative sunt de tipul bielă-manivelă sau de tipul cu paletă rotativă.

Servomotorul cu paleta rotativă determină o mişcare de rotaţie a axului de ieşire pe care este montată paleta, sub influenţa presiunii lichidului asupra suprafeţei paletei.

Avantajele elementelor hidraulice faţă de cele pneumatice constau în posibilitatea utilizarii lor în medii explozive sau inflamabile, precum şi în faptul că dezvoltă o forţă de acţionare mai mare şi acţionează mai rapid datorită incompresibilităţii uleiului.

Ambele sisteme (hidraulice şi pneumatice) necesită instalaţii speciale de producere şi conservare a uleiului sub presiune, aerului comprimat, ceea ce reprezintă un dezavantaj faţă de cele electrice. Datorită acestor considerente, au aparut elemente de acţionare mixte (electrohidraulice, hidropneumatice, etc) care îmbină avantajele fiecărui sistem.

Prin automatizarea proceselor de producţie se urmăreşte eliminarea intervenţiei directe a omului în aceste procese, asigurându-se desfăşurarea lor în conformitate cu anumite cerinţe impuse, fără intervenţia operatorului.

Principalele avantaje ale automatizării constau în:

- creşterea productivităţii muncii;- îmbunătăţirea calităţii muncii;- reducerea efortului intelectual depus de oameni în cadrul procesului

de producţie.

În structura oricărei instalaţii automatizate se disting:

- instalaţia tehnologică;- dispozitivul de automatizare.

Instalaţia tehnologică cuprinde ansamblul utilajelor în care se desfaşoară procesul tehnologic, iar dispozitivul de automatizare reprezintă totalitatea elementelor care asigură automatizarea instalaţiei tehnologice. Instalaţia tehnologică împreună cu dispozitivul de automatizare formează sistemul automat.

Cele mai simple sisteme automate sunt sistemele de comandă automată; un asemenea sistem este reprezentat în figura 1, unde:

S1 (IT) - instalaţia tehnologică:

S2 - dispozitivul de automatizare.

Fig.1. Sistem de comandă automată

Semnalele (curenţi sau tensiuni) care apar la ieşirile sau intrările blocurilor din sistem sunt: u – mărimea de comandă;

71

m – mărimea de execuţie;

y – mărimea de ieşire.

Modificarea mărimii de ieşire y se obţine prin modificarea mărimii de comandă u fără intervenţia directă a operatorului uman asupra instalaţiei tehnologice.

În realitate, legea de dependenţă a mărimii de ieşire în funcţie de mărimea de intrare, y=f(u), poate fi afectată de diferite mărimi perturbatoare. Efectul acestor mărimi perturbatoare, notate cu P1 şi P2 în figura 1, nu poate fi corectat de către un sistem de comandă şi se impune, de aceea, efectuarea unei comparaţii între mărimea de intrare şi mărimea de ieşire. Sistemul din figura 1 devine astfel cel din figura 2 în care, pe lângă mărimile şi blocurile deferite anterior mai intervin:

EC – elemental de comparaţie;

r – mărimea de referinţă;

e – abaterea.

Fig.2. Sistem de reglare automată

În elementul de comparaţie se calculează diferenţa (abaterea e) între mărimea de referinţă r şi mărimea de ieşire y (e = r - y), iar întregul sistem automat acţionează astfel încât să micşoreze cât mai mult abaterea e. Legătura de la ieşire la elemntul de comparaţie se numeşte legătură de reacţie şi când y este o mărime electrică, această legătură este pur şi simplu un conductor.

Atunci când mărimea de ieşire se scade din mărimea de referinţă, reacţia se numeşte negativă. Dacă elementul de comparaţie s-ar fi obţinut nu diferenţa ci sumă dintre mărimile y şi r, reacţia s-ar fi numit pozitivă. În sistemele automate reacţia este totdeauna negativă.

În concluzie, sistemele de reglare automată (SRA) asigură o anumită variaţie în timp a uneia sau a mai multor mărimi de ieşire y1.....ym ale instalaţiei tehnologice în funcţie de evoluţia în timp a uneia sau a mai multor mărimi de intrare r1......rm (fig.3). Ele sunt descrise cu ajutorul unei scheme de elemente (schema funcţională sau schema unui bloc). Elementul unui sistem automat (elementul de automatizare) este o parte componentă a unui sistem automat care îndeplineşte o funcţie de sine stătătoare.

72

Fig.3. Sistem de reglare automată cu mai multe intrări şi mai multe ieşiri

Principalul avantaj al sistemelor de reglare faţă de sistemele de comandă automată constată în faptul că influenţa perturbaţiilor asupra mărimii de ieşire y este mult redusă. Astfel să preupunem că din cauza unor perturbaţii, turația motorului creşte peste valoare dorită. Tensiunea dată de tahogenerator creşte, iar diferenţa dintre tensiunea dată de potenţiometru şi tensiunea dată de tahogenerator va scădea. În consecinţă, tensiunea de la ieşirea amplificatorului se va micşora.

Marea diversitate a sistemelor hidraulice de reglare automată – pentru controlul automat al celor mai diferite mărimi fizice: viteze, forțe, temperaturi, turații, nivele etc. dar mai ales deplasări – nu împiedică totuși formarea unei concepții unice de clasificare și tratare, bazată pe identitatea de structură a tuturor acestor sisteme, figura 4.

Fig.4. Sistem hidraulic de reglare automată

Mecanismul acționat M – asupra căruia se exercită mărimea de intrare perturbatoare p – primește semnalul de ieșire z de la un organ hidraulic de execuție E, care transmite totodată și un semnal de reacție r la comparatorul C. Acesta compară starea execuției (r) cu starea mărimii de intrare de comandă (programatoare) i, eroarea a dintre acestea (a = i - r) fiind aplicată asupra distribuției D (o servovalvă sau o valvă proporțională). Scoaterea din poziția neutră a plunjerului servovalvei, sub acțiunea erorii a, permite sursei hidraulice S să alimenteze organul de execuție E, care modifică starea

73

mecanismului acționat până în momentul în care mărimea z corespunde mărimii i, respectiv a = i – r = 0.

Elementele cele mai caracteristice care dirijează clasificarea sistemelor hidraulice de reglare automată:

a) Variabila de intrare. În cazul în care intrarea de comandă i variază după un program stabilit, iar intrarea perturbatoare i are o variație mai degrabă întâmplătoare, sistemul hidraulic de reglare automată este numit, convențional, progamator automat . În opoziție cu acesta, sistemul la care i reprezintă o valoare fixă, de referință, iar pentru p se preliminează variații pe care sistemul trebuie să le înlăture în vederea menținerii permanente a unei ieșiri z constante – la nivelul prescris de i – sistemul hidraulic de reglare automată este numit, de asemenea convențional, regulator automat.

b) Variabila de ieșire. În funcție de natura parametrului reglat, pot fi întâlnite programatoare sau regulatoare de viteză, moment, deplasare, putere, temperatură etc.

c) Variabila de reacție. În cazul în care variabila r se manifestă local, sistemul hidraulic de reglare automată este, de fapt un amplificator hidraulic. Invers, dacă variabila r este prelevată de la nivelul mecanismului acționat, sistemul hidraulic de reglare automată devine un servosistem bazat pe folosirea unei servovalve, care reglează automat poziția mecanismului acționat, sau prin folosirea unei servopompe care reglează automat viteza mecanismului acționat.

d) Natura variabilelor de intrare – reacție. Sub acest aspect, sistemele hidraulice de reglare automată pot fi mecanice (i și r sunt mărimi mecanice sau manuale), electrice (i și r sunt mărimi electrice) sau electromecanice (i mărime electrică și r mărime mecanică, sau invers).


UNDE PREDĂM?

Conţinutul poate fi predat în laborator sau într-o sală care are videoproiector.

CUM PREDĂM?



Prezentare prin expunere, conversaţie euristică, problematizare, demonstrație, observaţie dirijată etc.

Se recomandă efectuarea unei lucrări de laborator pentru cunoașterea principiului de funcționare a unui sistem de reglare automată cu echipamente de execuție hidraulice.


74


Se realiză prin fişe de evaluare individuală în care elevul să recunoască fazele unui proces automatizat cu elemente de execuție hidraulice.

IV. Fişa rezumat

Numele elevului: _________________________

Numele profesorului: _________________________

Competenţe care trebuie dobândite

Activităţi efectuate şi comentarii Data

activitatii

Evaluare

Bine Satisfăcător Refacere

Examinează

SRA cu elemente de execuţie electropneumatice

Grupul de pregătire a aerului

Motoare pneumatice

Distribuitoare

Drosele, supape

Aparate pneumatice speciale

Parametri tehnico – funcționali

Schema de acționare pneumatică

Funcționarea SRA cu elemente de execuție

75

pneumatice

Examinează

SRA cu elemente de execuţie electrohidraulice

Motoare hidraulice

Aparate hidraulice distribuitoare, supape, aparate speciale

Parametrii tehnico – funcționali

Scheme de acționare hidraulică

Funcționarea SRA cu elemente de execuție hidraulice

Comentarii Priorităţi de dezvoltare

Competenţe care urmează să fie dobândite (pentru fişa următoare)

Resurse necesare

Competenţe care trebuie dobândite Această fişă de înregistrare este făcută pentru a evalua, în mod separat, evoluţia

legată de diferite competenţe. Acest lucru înseamnă specificarea competenţelor tehnice generale şi competenţelor pentru abilităţi cheie, care trebuie dezvoltate şi evaluate. Profesorul poate utiliza fişele de lucru prezentate în auxiliar şi/sau poate elabora alte lucrări în conformitate cu criteriile de performanţă ale competenţei vizate şi de specializarea clasei.

Activităţi efectuate şi comentarii Aici ar trebui să se poată înregistra tipurile de activităţi efectuate de elev,

materialele utilizate şi orice alte comentarii suplimentare care ar putea fi relevante pentru planificare sau feed-back.

Priorităţi pentru dezvoltare Partea inferioară a fişei este concepută pentru a menţiona activităţile pe care

elevul trebuie să le efectueze în perioada următoare ca parte a viitoarelor module. Aceste informaţii ar trebui să permită profesorilor implicaţi să pregătească elevul pentru ceea ce va urma.

Competenţele care urmează să fie dobândite În această căsuţă, profesorii trebuie să înscrie competenţele care urmează a fi

dobândite. Acest lucru poate implica continuarea lucrului pentru aceleaşi competenţe sau identificarea altora care trebuie avute în vedere.

Resurse necesare Aici se pot înscrie orice fel de resurse speciale solicitate: manuale tehnice,

reţete, seturi de instrucţiuni şi orice fel de fişe de lucru care ar putea reprezenta o sursă de informare suplimentară pentru un elev care nu a dobândit competenţele cerute.

76

Notă: acest format de fişă este un instrument detaliat de înregistrare a progresului elevilor. Pentru fiecare elev se pot realiza mai multe astfel de fişe pe durata derulării modulului, aceasta permiţând evaluarea precisă a evoluţiei elevului, în acelaşi timp furnizând informaţii relevante pentru analiză.

V. Bibliografie

1. Anton, V. ș.a. (1978). Hidraulică și mașini unelte. București: Editura Didactică și Pedagogică

2. Dobrescu, T. (1998). Bazele Cinematicii Roboților Industriali. București: Ed. Bren

3. Dobrescu, T. (2003). Încercarea şi Recepţia Roboţilor Industriali. București: Ed. Bren

4. Dorin, Al. Dobrescu, T. Bucuresteanu, A. (2007). Acţionarea Hidraulică a Roboţilor Industriali. București: Ed. Bren

5. Dorin, Al. Dobrescu, T. (2002). Acţionarea Pneumatică a Roboţilor. București: Ed. Bren

6. Dorin, Al. Bendic, V. Dobrescu, T. (2002). Roboţi Industriali în Construcţie Modulară. București: Ed. Bren

7. Dumitrache, I. ș.a. (1982). Automatizări şi echipamente electronice. București: Editura Didactică și Pedagogică

8. Dumitrache, I. (1980). Tehnica reglării automate. Bucureşti: Editura Didactică și Pedagogică

9. Dumitrache, I. ș.a. (1993). Automatizări electronice. Bucureşti: Editura Didactică și Pedagogică

10.Enciu, G. (2008). Sisteme de Alimentare - Transport – Transfer. București: UPB

77

11.Gârlaşu, Șt. ş.a. (1982). Electronică şi automatizări industriale. București: Editura Didactică şi Pedagogică

12.Hilohi, S. ş.a. (2004). Elemente de comandă şi control pentru acţionări şi sisteme de reglare automată. București: Editura Didactică şi Pedagogică

13. Ionescu, C. (1982). Automatizări. Bucureşti: Editura Didactică și Pedagogică

14. Ivan, M. ș.a. (1980). Mașini unelte și control dimensional. București: Editura Didactică și Pedagogică

15.Lazea, Gh. (1982). Echipamente de automatizare pneumatice şi hidraulice –îndumator de laborator. Cluj – Napoca: Lito IPCN

16.Mareş, Fl. ş.a. (2002). Elemente de comandă şi control pentru acţionări şi sisteme de reglare automată. București: Editura Economică - Preuniversitria

17.Mazilu, I. ș.a. (1982). Sisteme hidraulice automate. București: Editura Academiei Republicii Socialiste România

18. Marinoiu, V. (1980). Robinete de reglare. Bucureşti: Editura Didactică și Pedagogică

19.Nițu, C. ș.a. (1983). Echipamente electrice şi electronice de automatizare. Bucureşti: Editura Didactică și Pedagogică

20.Nicolescu, A. (2008). Implementarea Robotilor Industriali în Sistemele de Producţie. București: UPB

21.Popescu, Șt. ș.a. (1977). Acționări și automatizări. București: Editura Didactică și Pedagogică

22.Tertisco, M. ș.a. (1992). Automatizari industriale continue. București: Editura Didactică şi Pedagogică

78

Date post:	31-Jan-2017
Category:	Documents
Upload:	vanthuan
View:	247 times
Download:	2 times

Sisteme de reglare automată - partea a III-a

Documents