1

7. ELEMENTE DE REGLARE A DEBITULUI

7.1 DISTRIBUITOARE HIDRAULICE

7.1.1 Construcie i funcionare Distribuitoarele sunt elemente hidraulice ce pot ndeplini urmtoarele funcii: a) realizeaz diferite conexiuni hidraulice ntre racorduri (funcia de distribuie); b) regleaz debitul pe circuitele realizate ntre racorduri (funcia de reglare).

Elementele care ndeplinesc numai prima funcie se numesc "distribuitoare direcionale" i trebuie s introduc pierderi de presiune minime ntre racorduri pentru a nu afecta randamentul transmisiilor din care fac parte.

Elementele care realizeaz i funcia de reglare se numesc "distribuitoare de reglare", iar din punctul de vedere al teoriei sistemelor sunt amplificatoare mecanohidraulice (raportul dintre puterea hidraulic comandat i puterea mecanic necesar pentru comand este mult mai mare ca 1). Un distribuitor hidraulic este format n esen din dou piese ntre care are loc o micare relativ; aceasta asigur acoperirea sau descoperirea unor orificii amplasate ntre racordurile externe. Elementul fix se numete carcas sau corp, iar cel mobil - sertar sau ventil. Sertarul poate fi cilindric sau plan i poate efectua o micare de rotaie sau de translaie. Ventilele pot fi conice sau sferice i de fapt aparin unor supape de sens deblocabile pe cale mecanic, hidraulic, electromecanic sau electrohidraulic, comandate simultan. Cele mai raspndite distribuitoare sunt formate dintr-un sertar cilindric cu micare de translaie i un corp fix, prevzut cu canale interioare toroidale. ntre umerii sertarelor i camerele toroidale se realizeaz simultan mai multe drosele variabile prin care se regleaz debitul. Schema hidraulic echivalent a unui distribuitor tipic este prezentat n fig.7.1.

Fig. 7.1. Schema hidraulic echivalent a unui distribuitor utilizat pentru comanda unui motor hidraulic bidirecional.

2

Informaiile cu privire la funciile ndeplinite, conexiunile realizate, tipul comenzilor etc. sunt cuprinse suntetic n simbolurile distribuitoarelor. Un simbol tipic este format din dou sau mai multe ptrele care reprezint seturi de conexiuni posibile; n interiorul acestora se reprezint prin sgei legturile dintre racorduri; lateral sunt indicate tipurile comenzilor prin care se obin funciile ndeplinite.

7.1.2 Clasificare Primul criteriu de clasificare a distribuitoarelor este numrul de racorduri energetice. Acestea se mai numesc i "ci" (de la cuvntul englezesc "way"). Al doilea criteriu se refer la numrul de poziii distincte ale sertarului fa de corp, egal cu numrul de seturi de conexiuni realizate. Cel mai simplu distribuitor are dou racorduri i dou poziii (fig.7.2), fiind de fapt un drosel ntrebuinat pentru ntreruperea circuitelor hidraulice sau ca element de reglare a debitului. Soluia constructiv care permite minimizarea forei de comand are la baz droselul cu sertar cilindric.

Fig. 7.2. Distribuitor 2/2: a) simbol complet; b) drosel reglabil; c) simbol echivalent.

Distribuitoarele cu trei ci (fig.7.3) sunt utilizate pentru comanda motoarelor hidraulice unidirecionale cu simplu efect, a cror revenire se face gravitaional sau sub aciunea unei fore elastice. De asemenea, ele pot comanda motoare hidraulice liniare cu dublu efect difereniale, ale cror pistoane au arii utile inegale (fig.7.4).

3

Fig. 7.3. Distribuitor 3/3: a) schema de principiu a unui distribuitor 3/3; b) simbolizarea unui distribuitor 3/3; c) sistem de acionare hidraulic cu distribuitor cu 3 ci i motor hidraulic cu simplu efect; d) schema hidraulic echivalent.

Fig. 7.4. Comanda unui motor liniar diferenial printr-un distribuitor 3/3: a) sistem de acionare hidraulic cu distribuitor cu 3 ci i motor cu dublu efect diferenial; b) schema hidraulic echivalent.

4

Cele mai rspndite distribuitoare au patru racorduri i trei poziii (4/3). Corpul lor conine 5 canale toroidale i poate realiza diferite conexiuni prin alegerea adecvat a poziiei i limii umerilor sertarului, care determin "acoperirea" orificiilor (fig.7.5). Acoperirea este pozitiv dac pentru deschiderea orificiului sertarul trebuie s realizeze o anumit curs (egal cu distana dintre muchiile de distribuie).

a) b) c)

Fig. 7.5. Definirea acoperirii:

a) acoperire pozitiv; b) acoperire nul (critic); c) acoperire negativ. Cea mai important schem de conexiuni din categoria 4/3 este caracterizat prin faptul c n poziia central (0) toate racordurile sunt nchise. Poziiile 1 i 2 permit alimentarea i drenarea unui motor hidraulic n ambele sensuri. Acest tip de distribuitor se numete inversor cu centrul nchis (fig.7.6).

Fig. 7.6. Distribuitor 4/3 cu centrul nchis.

5

Un caz particular de importan practic deosebit este caracterizat prin acoperirea nul a tuturor orificiilor i este specific sistemelor de reglare automat a poziiei (servomecanismelor). O alt schem important de distribuie 4/3 se numete "inversor cu centrul deschis" i este specific sistemelor de comand hidraulic proporional, deoarece n poziia neutr permite revenirea motorului hidraulic sub aciunea resoartelor de centrare i, n acelai timp, funcionarea pompei cu un consum mic de energie (fig.7.7).

Fig. 7.7. Distribuitor 4/3 cu centrul deschis. Fig. 7.8. Distribuitor 4/3 cu centrul parial deschis.

n cazul sistemelor de acionare cu funcionare intermitent se poate face o economie de energie esenial dac se utilizeaz un distribuitor 4/3 cu centru parial deschis (fig.7.8). 7.1.3 Tipuri de comenzi Comanda unui distribuitor poate fi: manual, mecanic, hidraulic, pneumatic, electromecanic, electrohidraulic, electropneumatic sau combinat. Simbolul comenzii (fig.7.9) se ataeaz lateral simbolului distribuitorului; n general exist o coresponden ntre simbolul comenzii i conexiunile realizate de csua alturat acesteia.

Fig. 7.9. Tipuri de comenzi pentru distribuitoare.

6

Comenzile pot fi reinute sau nereinute; dac legturile generate de o comand se menin i dup dispariia acesteia, comanda se numete "reinut". O comand "nereinut" se menine numai atta timp ct este aplicat. Revenirea obturatorului n poziia neutr se face sub aciunea unui resort montat ntr-o caset sau cu ajutorul a dou resoarte simetrice. La debite mici este posibil comanda direct (manual, mecanic, electromagnetic etc.)(fig.7.10). La debite mari se utilizeaz comanda indirect, distribuitoarele avnd dou sau trei etaje. Se analizeaz n continuare cazul tipic al distribuitoarelor bietajate electrohidraulice (fig.7.11, 7.12).

Fig. 7.10. Distribuitor hidraulic comandat manual (REXROTH): 1 - corp; 2 - manet; 3 - sertar; 4 - resort; 5 - piston de indexare; 6 - resort de indexare.

Fig. 7.11. Distribuitor electrohidraulic bietajat.

7

Fig. 7.12. Distribuitor electrohidraulic bietajat (REXROTH):

1 - corp; 2 - sertar; 3 - resort; 4 - corpul pilotului; 5 - electromagnet; 6 - camer de comand; 7 - canal de alimentare al pilotului; 8 - buton de deblocare manual.

Acestea au urmtoarea structur: a) distribuitor hidraulic cu patru ci i trei poziii, inversor, cu centrul parial deschis, cu comand electromagnetic nereinut; n poziia neutr racordurile C, D i Y sunt conectate mpreun, permind egalizarea presiunilor din racordurile C i D la nivelul presiunii din rezervor; acest distribuitor se numete pilot; b) distribuitor hidraulic cu patru ci i trei poziii, inversor, cu centrul nchis, cu acoperire pozitiv, cu comanda hidraulic nereinut; se numete distribuitor principal; c) grup de drosele reglabile i supape de sens destinat reglrii timpului de rspuns al comenzii electrohidraulice, adic a timpului scurs ntre momentul aplicrii comenzii electrice i momentul ncheierii deplasrii sertarului distribuitorului principal; de asemenea, se regleaz timpul de revenire n poziia neutr a distribuitorului principal, ca urmare a anulrii unei comenzi electrice aplicate distribuitorului pilot; un drosel reglabil introduce o suprapresiune controlabil n camera pasiv realizat ntre sertarul distribuitorului principal, corpul acestuia i capacul corespunztor.

Aplicaie - Calculul forei de comand a unui distribuitor cu sertar cilindric

Cea mai important component a forei de comand este de natur hidrodinamic. Pentru calculul acesteia se utilizeaz relaia stabilit pentru droselele cu sertar cilindric circular:

pcosccxd2F vdh =

Se aplic aceast relaie celor dou drosele care formeaz distribuitorul:

( )1svd1h ppcosccxd2F = ( )T1vd2h ppcosccxd2F =

Ambele fore tind s centreze sertarul. Fora hidrodinamic total este:

8

( )[ ]21svd2h1hh pppcosccxd2FFF =+= Rezult:

( ) ( )Ppcosccxd2P,xF svdh = Aceast for are caracterul unei fore elastice n raport cu deschiderea x:

xKF hh =

unde

( )Ppcosccd2K svdh = La diametre mari i cderi mari de presiune pe distribuitor, fora Fh atinge valori

ce nu pot fi realizate prin comand manual. 7.1.4 Caracteristica de regim staionar a unui distribuitor hidraulic cu

sertar cilindric cu acoperire nul Scopul calculului este determinarea dependenei dintre debitul ce parcurge distribuitorul, deplasarea sertarului din poziia neutr i cderea de presiune pe motorul hidraulic alimentat i drenat de distribuitor. Ultima este considerat un parametru independent deoarece este impus de sarcina motorului hidraulic. Se consider un motor hidraulic rotativ, bidirecional, de capacitate Vm, comandat de un distribuitor 4/3 cu centrul nchis critic. Cea mai simpl sarcin a motorului este constant: o mas ridicat prin intermediul unui tambur cu cablu, avnd diametrul 2r (fig. 7.13).

Fig.7.13. Schema de principiu

Momentul necesar pentru ridicarea masei este Mm = mgr. Momentul teoretic dezvoltat de motorul hidraulic este

=

2PVM mm ,

n care P = p1 - p2 este cderea de presiune pe motor. Din egalitatea celor dou momente rezult cderea de presiune pe motor, impus de sarcina acestuia:

( )mV

rgm2mP =

9

Se consider un distribuitor cu camere toroidale (At = dx) alimentat la presiune constant, ps i se noteaz cu x deplasarea sertarului n poziia neutr. Dac se neglijeaz scurgerile interne, schema hidraulic echivalent a distribuitorului conine numai dou rezistene hidraulice variabile n acelai sens (fig.7.14).

Fig.7.14. Schema hidraulic echivalent a distribuitorului Caracteristicile celor dou orificii ale distribuitorului sunt:

( )1sd1 pp2cxdQ

=

( )T2d2 pp2cxdQ

=

Uzual pT

10

Fig. 7.15. Variaia presiunii

Se nlocuiete expresia presiunii p2 n expresia debitului Q2, rezultnd:

( ) ( )Pp1cxdP,xQ sd =

Aceasta este caracteristica de regim staionar cutat. Introducnd expresia cderii de presiune pe motor, rezult o relaie ntre debitul

distrbuitorului i masa ridicat:

( )

=

msd V

rgm2p1cxdm,xQ

Debitul motorului hidraulic este proporional cu deschiderea distribuitorului i scade la creterea masei. Fie xmax deschiderea maxim a distribuitorului i Qmax debitul corespunztor acestei deschideri i funcionrii n gol a distribuitorului (fr motor hidraulic P = 0):

= sdmaxmaxpcxdQ

Se mparte caracteristica obinut cu aceast relaie, rezultnd:

smaxmax p

P1x

xQ

Q=

Mrimea Q/Qmax se numete debit relativ (adimensional); x/xmax se numete

deschidere relativ, iar P/ps - cderea de presiune relativ pe motor.

Aceast relaie este universal i indic faptul c debitul variaz liniar n funcie de deschiderea distribuitorului i parabolic n funcie de cderea de presiune pe motor.

Caracteristica obinut este prezentat n fig.7.16.

11

Fig.7.16. Caracteristica distribuitorului Cderea de presiune pe motor poate deveni negativ dac sarcina tinde s antreneze motorul hidraulic n acelai sens cu cel impus de distribuitor. Sarcina negativ maxim este P= - ps, presiunea n racordul de admisie fiind practic nul, iar presiunea n racordul de evacuare fiind ps.

7.2 REGULATOARE DE DEBIT Un regulator de debit este un element mecanohidraulic care limiteaz debitul furnizat de pomp motorului hidraulic la o valoare prescris prin intermediul unei rezistene hidraulice i a unui resort. Debitul pompei se alege mai mare dect debitul maxim necesar motorului hidraulic, iar debitul excedentar este evacuat la rezervor printr-o supap normal-nchis. Exist dou tipuri de regulatoare de debit: cu dou racorduri (ci) i cu trei racorduri. Se analizeaz aceste regulatoare din punct de vedere stuctural i al comportrii n regim staionar. Schema de principiu a unui regulator de debit cu trei ci este prezentat n fig.7.17. Regulatorul este compus dintr-o rezisten hidraulic fix i o supap normal-nchis comandat de cderea de presiune pe rezistena fix. Deschiderea supapei normal-nchise se produce numai dac fora de presiune pe sertar depete fora corespunzatoare pretensionrii resortului. Ca urmare, la debite mici regulatorul se comport ca o rezisten hidraulic fix.

12

Fig.7.17. Schema de principiu a unui regulator de debit cu 3 ci.

Schema hidraulic echivalent a regulatorului este prezentat n fig.7.18, iar caracteristica de regim staionar este indicat n fig.7.19. Caracteristica este format practic din dou drepte: una de pant unitar, corespunztoare nefuncionrii supapei i alta de pant uor pozitiv, corespunztoare evacurii debitului excendentar prin supap.

Fig. 7.18. Schema hidraulic echivalent a unui regulator de debit cu trei ci. Simbolul standardizat al regulatorului este prezentat n fig.7.20.

Fig. 7.19. Caracteristica de regim staionar a unui regulator de debit cu trei ci.

Fig. 7.20. Simbolul unui regulator de debit cu trei ci (RD3).