Când se transmite energie prin fluid, trebuie determinată direcția și trebuie menținut un control continuu și complet. Fără un control total, energia este inutilă sau, mai rău, mașina ar putea fi deteriorată. Unul dintre principalele avantaje ale tehnologiei hidraulice este capacitatea de a utiliza supape de comandă hidraulică pentru a controla relativ ușor energia.

Vreoase de control hidraulice

O supapă de comandă hidraulică este un component mecanic format dintr-un corp de supapă cu canale interne care pot conecta sau bloca fluxul de fluid, precum și din piese mobile interne. Canalele din carcasa supapei sunt utilizate pentru transportul uleiului. Acțiunea pieselor mobile interne controlează presiunea maximă, direcția fluxului și debitul sistemului.

Controlul presiunii sistemului

Energia hidraulică poate fi aplicată unui cilindru hidraulic. Atunci când rezultatul este un lucru reușit, odată ce cilindrul este complet extins, lucrul este finalizat. Pompa cu deplasare pozitivă va continua să absoarbă mai multă energie de la motorul său primar. Acest lucru creează o presiune mai ridicată în ulei. (Notă: rezistența minimă din sistem determină presiunea hidraulică aplicată.) Pe măsură ce cilindrul se extinde mai departe, rezistența mecanică a sistemului devine rezistența minimă.

Pompa va adăuga o presiune suplimentară pentru a depăși această rezistență. Operatorii folosesc supape de reglare a presiunii pentru a menține presiunea sistemului într-un domeniu sigur.

Valvă de control al presiunii

Părțile mobile interne ale unei supape de reglare a presiunii funcționează în funcție de presiune. Când presiunea sistemului atinge o anumită valoare prestabilită, părțile mobile interne conectează sau blochează una dintre trecerile din corpul supapei, determinând astfel curgerea uleiului sau împiedicând curgerea acestuia prin acea trecere.

Construcția supapei de reglare a presiunii

O supapă de reglare a presiunii constă dintr-un corp de supapă cu treceri primare și secundare și piese mobile interne (sabotul). Conexiunile exterioare la aceste treceri se numesc portul primar și portul secundar.

Modul de funcționare al unei supape de reglare a presiunii

Piesa mobilă internă a unei supape de reglare a presiunii este, în mod obișnuit, un dispozitiv de tip sabot. Când sabotul se află într-o poziție extremă, trecerea internă este conectată și fluidul poate curge prin aceasta. Când se află în cealaltă poziție extremă, trecerea internă este blocată și curgerea prin supapă este întreruptă.

Într-o supapă de reglare a presiunii, sabotul este încărcat cu arc spre una dintre pozițiile extreme. În această poziție normal închisă, trecerea internă este blocată și traseul de curgere prin supapă este închis. Acest tip se numește supapă de reglare a presiunii normal închisă.

Valva de reglare a presiunii detectează presiunea la baza tijei de comandă (spool). Această trecere inferioară este conectată la portul primar. Când presiunea din sistem crește peste forța arcului, tija de comandă se deplasează pentru a conecta trecerea internă, permițând astfel curgerea prin valvă.

(Presiunea hidraulică utilizată pentru a controla deplasarea tijei de comandă se numește presiune de pilot. Utilizarea presiunii de pilot pentru a controla o valvă se numește comandă cu presiune de pilot și reprezintă metoda cea mai frecvent utilizată pentru comanda tuturor tipurilor de supape hidraulice.)

Dacă portul primar al acestui tip de valvă de reglare a presiunii este conectat la partea cu presiune a sistemului și dacă presiunea aplicată de pompă devine prea mare, debitul provenit de la pompă poate fi deviat prin această valvă către rezervorul de ulei — acest tip de valvă de reglare a presiunii, normal închisă, se numește valvă de siguranță.

Figura 7-2 Valvă de reglare a presiunii, normal închisă (funcționarea unei valve de siguranță). Arcul menține tija de comandă în poziția închisă până când presiunea din sistem depășește valoarea reglată a arcului; ulterior, tija de comandă se deplasează și deschide o cale către rezervor.

Figura 7-3 Un circuit hidraulic simplu cu reglare a presiunii (supapă de siguranță). Când cilindrul ajunge la capătul cursei, supapa de siguranță se deschide și direcționează debitul pompei înapoi în rezervor, limitând presiunea maximă din sistem.

Comandă direcțională a actuatoarelor

Odată ce un cilindru hidraulic este complet extins, acesta trebuie retras pentru a putea efectua din nou lucrul. Din acest motiv, cilindrii care trebuie să se miște în două direcții folosesc, în mod obișnuit, cilindri hidraulici cu două racorduri — cilindri cu acțiune dublă. Direcția de curgere trebuie inversată simultan.

Cilindru hidraulic cu acțiune dublă

Un cilindru hidraulic cu acțiune dublă are câte un racord la fiecare capăt al carcasei, permițând uleiului să intre și să iasă, astfel încât pistonul să se poată deplasa în ambele direcții (acțiune dublă). Pentru a distinge cele două racorduri ale unui cilindru cu acțiune dublă, etichetăm unul dintre racorduri cu „A”, iar celălalt cu „B”.

VALVA DE COMANDĂ DIRECŢIONALĂ

Părțile mobile interne ale unei supape de comandă direcțională au rolul de a conecta sau bloca canalele interne ale corpului supapei, controlând astfel direcția fluxului de ulei.

Construcția supapei de comandă direcțională

O supapă tipică de comandă direcțională are patru canale interne în corpul supapei și un cursor glisant care poate conecta sau bloca aceste canale.

Modul de funcționare al unei supape de comandă direcțională

Când cursorul se află într-o poziție extremă, canalul de presiune se conectează la canalul de lucru A, iar canalul de retur se conectează la canalul de lucru B. Când cursorul comută în cealaltă poziție extremă, canalul de presiune se conectează la canalul de lucru A, iar canalul de retur se conectează la canalul de lucru B. Comutarea direcției cursorului schimbă direcția fluxului de ulei către cilindrul hidraulic.

Când tija cilindrului se extinde și se retrage complet, conform cerințelor, lucrul este finalizat. Când distribuitorul comută într-o altă poziție extremă, uleiul curge în cealaltă parte a cilindrului — iar tija cilindrului se retrage.

Figura 7-4: Robinet de comandă direcțional într-un circuit cu cilindru dublu efect. Deplasarea distribuitorului inversează sensul de curgere al uleiului, ceea ce inversează sensul de mișcare al cilindrului.

Controlul vitezei actuatorilor

În multe aplicații, viteza de lucru a actuatorului trebuie controlată, iar uneori chiar foarte precis. Așa cum s-a explicat anterior, viteza actuatorilor (cilindri, motoare hidraulice) este direct legată de debitul de ulei injectat — viteza actuatorului este determinată de debitul de intrare.

Deoarece debitul pompei poate fi fix, este posibil să se aleagă debitul pompei pe baza vitezei necesare a actuatorului. Această soluție este viabilă doar în sistemele cu un singur actuator.

De obicei, într-un sistem hidraulic există mai mult de un actuators. Dacă sistemul necesită ca fiecare cilindru hidraulic să funcționeze independent, debitul pompei trebuie ales în funcție de cel mai mare cilindru hidraulic care necesită cea mai mare viteză. Acest lucru înseamnă că actuatoarele mai mici se vor deplasa mai rapid, ceea ce poate fi nedorit. Pentru a reduce debitul care intră în acestea sau în orice alt actuators, trebuie utilizată o supapă de reglare a debitului.

Valvă de control al fluxului

La utilizarea unei supape de reglare a debitului, este întotdeauna posibil să se reducă debitul de la pompă către actuators.

Construcția supapei de reglare a debitului

O supapă tipică de reglare a debitului constă dintr-un corp de supapă și o piesă mobilă. În exemplul nostru, piesa mobilă este o acționare cu vârf conic. Deoarece acul nu se deplasează efectiv în timpul funcționării (este presetat într-o poziție), este mai corect să denumim piesele mobile ale supapei de reglare a debitului „reglabile”, nu „mobile”.

Modul de funcționare al supapei de reglare a debitului

Într-un sistem hidraulic, supapa de reglare a debitului funcționează întotdeauna împreună cu supapa de reglare a presiunii (de siguranță). Supapa de reglare a debitului reprezintă o rezistență. Aceasta determină pompa hidraulică să genereze o presiune mai mare. Această presiune poate determina o parte din debitul pompei să deschidă supapa de siguranță, reducând astfel debitul care trece prin supapa de reglare a debitului și ajunge la elementul de execuție.

Figura 7-5 – Circuit de reglare a debitului. Supapa aculară restricționează debitul către cilindru. Debitul în exces al pompei se evacuează prin supapa de siguranță în rezervor. Deschiderea supapei aculare determină viteza cilindrului.

Un sistem hidraulic simplu

Toate componentele prezentate mai sus pot constitui un sistem hidraulic simplu. Deoarece energia hidraulică din acest sistem este reglabilă, acesta poate efectua lucrări utile.

Sistemele hidraulice sunt utilizate pe scară largă în multe domenii, de la aerospace, aeronautică și echipamente militare până la echipamente industriale, mașini de deplasare și echipamente metalurgice. Principiile de funcționare ale sistemelor hidraulice în toate aceste aplicații sunt aceleași cu cele descrise mai sus. Singura diferență dintre diversele „tipuri” de sisteme hidraulice constă în componentele utilizate.

În capitolele următoare, vom analiza în detaliu diferite tipuri de componente — utilizate în sistemele hidraulice industriale. Pentru a explica modul de utilizare a acestor componente, vom proiecta, de asemenea, unele circuite hidraulice de bază.

Simboluri grafice hidraulice

În discuțiile anterioare privind componentele hidraulice și sistemele de bază, totul a fost explicat grafic — folosind vederi în secțiune pentru a ilustra vizual acțiunile interne ale componentelor. Această metodă este utilă pentru explicarea problemelor, dar este nepractică din punct de vedere al activității zilnice.

La fel ca și alte domenii tehnice, hidraulica folosește, de asemenea, simboluri grafice pentru a reprezenta componente și sisteme. Diversele componente hidraulice și sistemele simple discutate anterior pot fi toate reprezentate utilizând simbolurile grafice hidraulice și pneumatice standard ANSI Y32.10 sau ISO 1219.

În afară de componentele deja discutate, componentele care alcătuiesc un sistem hidraulic includ, de asemenea, motoare electrice, filtre hidraulice etc. Sistemele hidraulice sunt, de obicei, acționate de motoare electrice. De asemenea, pentru a menține un nivel rezonabil de curățenie, sistemele hidraulice trebuie să utilizeze filtre hidraulice pentru a proteja uleiul împotriva contaminării.

Figura 7-7 Simboluri grafice hidraulice standard (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Aceste simboluri sunt utilizate pe toate diagramele schematice ale circuitelor hidraulice, în locul desenelor în secțiune.

Figura 7-8 Un circuit hidraulic simplu complet, reprezentat cu simboluri grafice standard. Astfel sunt desenate circuitele hidraulice în practica inginerească.