33-99 Nr. Strada Mufu, Districțul Gulou, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
33-99 Nr. Strada Mufu, Districțul Gulou, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
O supapă de sens constă în principal dintr-un corp de supapă cu racorduri de intrare și ieșire, precum și dintr-o piesă mobilă acționată de un arc. Piesa mobilă poate fi un disc, o placă sau un tampoane — în sistemele hidraulice este cel mai frecvent o bilă sau un tampoane cu scaun.
Fluidul poate curge prin supapa de sens unic doar într-o singură direcție — direcția de curgere liberă. Când presiunea sistemului la portul de intrare crește suficient de mult pentru a depăși forța arcului care menține tija supapei în poziția sa de închidere, tija este împinsă de pe scaunul său și fluidul curge prin supapă. Aceasta este direcția de curgere liberă. Când fluidul încearcă să curgă în sens invers, din portul de ieșire, tija este împinsă pe scaunul său, etanșând pasajul și blocând curgerea inversă.
Figura 8-1 Supapă de sens unic. Tija acționată de arc se așează pe scaunul său când curgerea se inversează, blocând complet curgerea inversă. Supapa de sens unic reprezintă echivalentul hidraulic al unei străzi cu sens unic.
Supapa de sens unic îndeplinește atât funcții de control direcțional, cât și de control al presiunii — permite curgerea doar într-o singură direcție. În sistemele hidraulice, supapele de sens unic sunt utilizate frecvent ca supape de derivare, permițând curgerea să ocolească un component. De exemplu, o supapă de sens unic montată în paralel cu o supapă de reglare a debitului permite curgerea inversă să ocolească supapa de reglare a debitului.
Clapetele de sens pot izola, de asemenea, o ramură sau un component al unui sistem. De exemplu, în cazul unui acumulator: clapeta de sens împiedică descărcarea acumulatorului înapoi prin supapa de siguranță sau prin pompa hidraulică.
SIGURANȚĂ: Atunci când clapetele de sens sunt utilizate în circuite cu acumulator, circuitul trebuie să dispună de un mecanism care să descarce automat acumulatorul în momentul oprierii mașinii.
O clapetă de sens este, în general, un dispozitiv cu scurgeri reduse; de fapt, poate fi proiectată pentru a fi complet etanșă. O clapetă de sens poate menține o sarcină aproape indefinit. Totuși, rețineți că o clapetă de sens este o valvă unisens — pentru a elibera sarcina, partea mobilă trebuie forțată să părăsească poziția sa de închidere. Acest lucru necesită un tip special de clapetă de sens, numită clapetă de sens comandată hidraulic.
Figura 8-2 Trei utilizări frecvente ale clapetelor de sens în circuitele hidraulice: derivare în jurul unui regulator de debit, izolare a unui acumulator și prag de presiune cu arc.
Majoritatea componentelor hidraulice de tip carcasă au un anumit debit intern de derivare — acest lucru nu indică o calitate scăzută, deoarece o mare parte din acest debit de derivare este, de fapt, proiectată intenționat pentru a lubrifica componenta. Totuși, dacă un sistem necesită ca un cilindru să mențină o sarcină suspendată fără deplasare („creep”), scăpările devin un problemă. În această situație, trebuie utilizată o supapă de sens cu capacitate de etanșare.
O supapă de sens comandată hidraulic permite curgerea liberă într-o singură direcție; atunci când o presiune de comandă forțează piesa mobilă să se deplaseze de pe scaunul său, curgerea inversă poate, de asemenea, trece prin supapă.
La fel ca o supapă de sens obișnuită, o supapă de sens comandată hidraulic are un corp de supapă cu racorduri de intrare și ieșire, un clapetă (piesă mobilă) acționată de arc împotriva unui scaun. În plus, exact opus scaunului, clapeta este echipată cu o tijă de împingere și un piston de comandă acționat de un arc moale. Presiunea de comandă provenită din racordul de comandă acționează asupra pistonului. Camera arcului de la nivelul pistonului are un racord de drenaj.
O supapă de reținere comandată prin pilot permite curgerea liberă de la intrare spre ieșire, în același mod ca și o supapă de reținere obișnuită. Curgerea care încearcă să pătrundă din ieșire este forțată să așeze tampoanele pe scaun, închizând astfel trecerea. Atunci când o presiune de pilot suficientă acționează asupra pistonului de pilot, acesta se deplasează și împinge tampoanele supapei de reținere, ridicându-le de pe scaun. Atâta timp cât forța exercitată asupra pistonului de pilot este suficient de mare, curgerea poate avea loc de la ieșire spre intrare.
Figura 8-3: Supapă de reținere comandată prin pilot. În absența presiunii de pilot, funcționează ca o supapă de reținere obișnuită (curgere liberă doar într-un singur sens). Atunci când este aplicată presiunea de pilot, este permisă și curgerea inversă — permițând eliberarea sarcinii.
Utilizarea unei singure supape de reținere comandate prin pilot pentru a bloca curgerea din portul B al cilindrului menține sarcina suspendată atâta timp cât etanșările cilindrului sunt eficiente și nu există scurgeri în conducte, cilindru sau supapă de reținere. Pentru a coborî sarcina, este suficient să se aplice presiunea de pilot din conducta A către pistonul de comandă.
Presiunea de pilot pentru supapa de sens cu comandă hidraulică este preluată din conducta de lucru a cilindrului hidraulic — atâta timp cât presiunea din conducta A este suficient de ridicată, supapa de sens rămâne deschisă. Când sarcina este ridicată, uleiul trece ușor prin supapa de sens, deoarece aceasta reprezintă direcția de curgere liberă.
În unele situații, sarcinile atașate tijei pistonului cilindrului trebuie blocate în poziție imobilă. Pentru a realiza acest lucru, se poate instala o supapă de sens cu comandă hidraulică în fiecare conductă de lucru a cilindrului — supapele de sens cu comandă hidraulică închid fluxul care părăsește cilindrul. Atâta timp cât etanșările cilindrului rămân eficiente și nu există nicio scurgere în niciun loc, sarcina poate fi menținută în poziție.
Pentru blocarea absolută a sarcinii, trebuie utilizat un cilindru special de blocare dotat cu un dispozitiv mecanic de blocare. Blocarea mecanică este cea mai sigură metodă de menținere a sarcinii.
Un acumulator stochează presiunea hidraulică. Această presiune hidraulică reprezintă energie potențială care poate fi transformată în energie de lucru (debit și presiune).
Acumulatorii pot fi împărțiți în tipuri cu încărcare gravitațională, cu arc încărcat și cu fluid/gaz.
Un acumulator cu încărcare gravitațională folosește greutatea unui obiect masiv care acționează asupra unui piston sau al unui tija pentru a menține forța de lucru asupra uleiului stocat. Greutatea poate fi realizată din orice material dens — fier, beton sau chiar apă. Acumulatorii cu încărcare gravitațională sunt, în general, foarte mari, uneori având o capacitate de sute de galoane. Ei deservesc simultan mai multe sisteme hidraulice și sunt utilizați în laminatoare și sisteme hidraulice centrale.
Caracteristica dorită a unui acumulator cu încărcare gravitațională este că stochează uleiul la o presiune relativ constantă — fie că rezervorul este plin, fie aproape gol, presiunea stocată rămâne esențialmente neschimbată. Acest lucru se datorează faptului că forța care acționează asupra uleiului este forța gravitațională (greutatea), care este constantă — indiferent de cantitatea de ulei din acumulator, forța aplicată rămâne aceeași.
O caracteristică nedorită a acumulatorilor încărcați gravitațional este producerea de șocuri. Când un acumulator încărcat gravitațional este oprit brusc în timpul unui debit rapid, inerția masei grele generează vârfuri semnificative de presiune în sistem. Aceasta poate provoca scurgeri la conducte și racorduri și poate duce la oboseală metalică, determinând o deteriorare prematură a componentelor.
Figura 8-6 — Acumulator încărcat gravitațional. Greutatea constantă generează o presiune constantă, indiferent de volumul de ulei. Este utilizat în sisteme industriale mari, cum ar fi hidraulica uzinelor siderurgice.
Un acumulator cu arc încărcat folosește un arc care acționează asupra unui piston pentru a menține forța asupra uleiului stocat. Acumulatorii cu arc încărcat sunt, în general, mai mici decât cele de tip gravitațional, având o capacitate de câțiva galoni. Aceștia servesc, de obicei, un singur sistem hidraulic și funcționează, în mod uzual, la presiune scăzută. Când uleiul sub presiune pătrunde în acumulatorul cu arc încărcat, presiunea uleiului stocat este determinată de gradul de comprimare al arcului. Când pistonul se deplasează în sus și comprimă arcul cu 10 in. (25,4 cm), presiunea stocată este mai mare decât atunci când arcul este comprimat cu 4 in. (10,2 cm).
Pentru a preveni acumularea uleiului care scapă în cavitatea arcului, această cavitate este prevăzută cu un orificiu de drenare prin care scurgerile pot fi evacuate. Acumulatorii cu arc încărcat nu trebuie să fie drenați extern către rezervor, deoarece acest lucru ar duce la spumarea uleiului. Indiferent dacă capătul conductei de drenare se află deasupra sau sub nivelul lichidului din rezervor, acumulatorul va genera întotdeauna spumă în timpul funcționării — atunci când acumulatorul debitează rapid, uleiul situat deasupra pistonului nu poate urmări mișcarea acestuia, ceea ce creează un vid parțial în cavitatea arcului și determină separarea aerului din ulei. Când acumulatorul se reîncarcă, pistonul se deplasează în sus, împingând uleiul conținând aer înapoi în rezervor. Prezența bulelor de aer în rezervor este nedorită, astfel încât acumulatorii cu arc încărcat nu sunt, de obicei, drenați extern.
Pentru acumulatorii cu arc încărcat care au o drenare externă a cavității arcului, în cazul uzurării etanșării pistonului, este necesară o intervenție imediată. În lipsa unei reparații prompte, s-ar putea impune efectuarea unei operațiuni de curățare.
Figura 8-7: Acumulator cu arc. Forța arcului — și, prin urmare, presiunea stocată — crește pe măsură ce pistonul se deplasează în sus. Este utilizat în sisteme mici, cu presiune scăzută.
Acumulatorul lichid/gaz este cel mai frecvent utilizat în sistemele hidraulice industriale. Acesta folosește gaz comprimat pentru a menține forța de lucru asupra uleiului stocat.
SECURITATE: În sistemele industriale care utilizează acumulatori lichid/gaz, folosiți întotdeauna azot uscat. Nu utilizați niciodată aer comprimat, deoarece amestecurile de gaz/vapori de ulei sunt explozive.
Acumulatorii lichid/gaz sunt împărțiți în tipuri cu piston, cu diafragmă și cu membrană, în funcție de dispozitivul utilizat pentru separarea gazului de ulei.
Un acumulator de tip piston constă dintr-un cilindru și un piston mobil echipat cu inele elastice de etanșare. Spațiul superior al pistonului este umplut cu gaz comprimat. Când uleiul este introdus în cilindru, gazul este comprimat. Pe măsură ce uleiul este evacuat din acumulator, presiunea gazului scade. Când întreaga cantitate de ulei a fost evacuată, pistonul ajunge la capătul cursei sale și acoperă orificiul de ieșire, menținând gazul în interiorul acumulatorului.
Un acumulator de tip diafragmă are forma unei sfere realizate prin asamblarea a două emisfere metalice prin bolturi. Spațiul interior este împărțit de o diafragmă din cauciuc sintetic — camera superioară este umplută cu gaz. Când uleiul sub presiune pătrunde în cealaltă cameră, gazul este comprimat. Odată ce întreaga cantitate de ulei a fost evacuată, diafragma acoperă orificiul de ieșire și menține gazul în acumulator; diafragma nu va fi împinsă în afara grosimii sale.
Un acumulator de tip vezică constă dintr-o carcasă metalică și o vezică internă din cauciuc sintetic. Vezica este umplută cu gaz. Când uleiul pătrunde în carcasă, gazul din vezică este comprimat, iar uleiul iese din carcasă. Când întregul ulei a fost evacuat, presiunea gazului încearcă să împingă vezica prin orificiul de ieșire — dar, atunci când vezica atinge supapa de etanșare la ieșire, uleiul din interiorul carcasei este etanșat automat.
Figura 8-8: Trei tipuri de acumulatori cu fluid/gaz. Toți folosesc azot comprimat pentru stocarea energiei hidraulice. Tipul cu piston (sus), tipul cu diafragmă (mijloc) și tipul cu vezică (jos) diferă în modul în care sunt separate gazul și uleiul.
Acumulatorii pot îndeplini mai multe funcții în sistemele hidraulice: furnizarea de debit, menținerea presiunii și absorbția șocurilor.
Alimentarea cu debit este unul dintre modurile de utilizare ale unui acumulator. Un acumulator încărcat reprezintă o sursă de energie potențială hidraulică. Atunci când sistemul necesită un debit mai mare decât cel pe care îl poate furniza pompa, energia stocată în acumulator poate fi folosită pentru a genera debitul necesar sistemului. De exemplu, dacă o mașină este proiectată astfel încât timpul efectiv de lucru este foarte scurt în cadrul ciclului său de funcționare, o pompă de debit mic poate încărca acumulatorul timp de o perioadă. Când mașina intră în funcțiune, distribuitorul direcțional comută în poziția de lucru și acumulatorul debitează imediat ulei sub presiune către elementul de execuție, conform necesităților. Această metodă de utilizare a acumulatorului împreună cu o pompă de dimensiuni mici stochează puterea de vârf — altfel spus, înlocuiește debitul/puterea mare furnizată de o pompă/motor de dimensiuni mari într-un interval scurt de timp cu o pompă/motor de dimensiuni mici, a cărei putere medie este menținută pe o perioadă mai lungă.
Acumulatorii pot fi utilizați pentru menținerea presiunii. Atunci când pompa/motorul debitează fluid către alte părți ale sistemului, un acumulator poate menține presiunea pe o ramură a circuitului.
Când sistemul necesită ca cilindrul de strângere A să revină, cilindrul de strângere B trebuie să mențină presiunea. Pe măsură ce distribuitorul direcțional A comută, presiunea din pompa hidraulică și în conductele cilindrului A scade rapid, în timp ce cilindrul B este menținut sub presiune de acumulator, care a stocat deja suficient ulei sub presiune pentru a compensa scăpările din conductele cilindrului B.
Într-o altă aplicație, un cilindru de lucru situat în apropierea unei cuptoare este supus unei temperaturi ambientale ridicate, ceea ce determină expansiunea termică a uleiului. Acumulatorul absoarbe volumul crescut și menține presiunea la un nivel relativ constant. În absența acumulatorului, creșterea presiunii în conducte ar fi necontrolată și ar putea provoca spargerea carcaselor componentelor, a țevilor sau a racordurilor.
Figura 8-10 Acumulator pentru menținerea presiunii. (Partea superioară) Menține presiunea pe o ramură a circuitului, în timp ce pompa servește o altă ramură. (Partea inferioară) Absoarbe variațiile de volum datorate expansiunii termice a uleiului în apropierea surselor de căldură.
Acumulatorii de fluid/gaz pot fi utilizați, de asemenea, pentru absorbția șocurilor din sistem. Șocul dintr-un sistem hidraulic poate fi cauzat de inerția unei sarcini conectate la un cilindru sau motor, sau de întreruperea bruscă a debitului sau de comutarea rapidă a valvei de direcție, ceea ce generează șoc datorită inerției fluidului. Un acumulator din circuit poate absorbi o parte din șoc și poate împiedica răspândirea acestuia în întregul sistem.
Forțele mecanice exterioare pot genera, de asemenea, șocuri hidraulice. O sarcină conectată la un cilindru hidraulic cu tendință de revenire împinge pistonul înapoi, generând șoc hidraulic. Un acumulator montat pe linia cilindrului, dacă este încărcat corect, contribuie la reducerea efectului de șoc. Dacă este încărcat incorect, poate provoca, de asemenea, suprapresiune.
Deoarece acumulatorii de lichid/gaz folosesc gaz comprimat pentru a stoca presiunea uleiului, proprietățile gazului influențează performanța acumulatorului. Când un acumulator de lichid/gaz este încărcat, gazul este comprimat și temperatura acestuia crește. La presiune constantă, gazul cald ocupă un volum mai mare decât gazul mai rece.
Procesul izoterm descrie starea de funcționare a acumulatorului atunci când temperatura gazului este menținută constantă. În timpul încărcării, funcționarea izotermă înseamnă că gazul este comprimat suficient de lent astfel încât întreaga căldură generată prin comprimare să fie complet disipată. Procesul adiabatic descrie starea de funcționare a acumulatorului atunci când temperatura gazului se modifică. În timpul încărcării, regimul adiabatic înseamnă că gazul este comprimat atât de rapid încât întreaga căldură este reținută.
Pentru un acumulator de lichid/gaz încărcat la aceeași presiune, procesul izoterm stochează mai mult ulei decât procesul adiabatic.
Exemplu numeric: Un acumulator cu piston are inițial presiunea gazului de 500 psi (34,48 bar) și temperatura de 70°F (21°C). Dacă este încărcat până la 1.000 psi (68,97 bar) printr-un proces adiabatic (rapid), temperatura și presiunea cresc împreună. La 1.000 psi (68,97 bar) uleiul încetează să intre; temperatura este de 150°F (65,6°C), iar acumulatorul stochează 135 in³ (2.215,65 cm³) de ulei. Dacă este încărcat izotermic (lent), temperatura rămâne constantă la 70°F (21°C) pe tot parcursul procesului; la 1.000 psi (68,97 bar) uleiul încetează să intre și acumulatorul stochează 150 in³ (2.458,5 cm³) de ulei.
Figura 8-12: Încărcare izotermică versus adiabatică. Încărcarea lentă (izotermică) stochează mai mult ulei decât încărcarea rapidă (adiabatică) la aceeași presiune finală, deoarece temperatura rămâne mai scăzută și gazul ocupă un volum mai mic.
În timpul descărcării uleiului, gazul se destinde și se răcește. La presiune constantă, gazul mai rece ocupă un spațiu mai mic decât gazul mai cald. În practică, funcționarea acumulatorului este în general adiabatică — nu izotermă. În secțiunile următoare, problema principală nu este cât ulei poate stoca acumulatorul, ci mai degrabă cât ulei eliberează acesta înainte ca presiunea să scadă la un nivel inferior, ceea ce este influențat în mare măsură de presiunea de preîncărcare.
Când un acumulator este complet gol de ulei, presiunea gazului introdus în acumulatorul fluid/gaz reprezintă presiunea de preîncărcare. Această presiune afectează în mod semnificativ volumul efectiv și performanța de amortizare a șocurilor a acumulatorului.
Acumulatorii de fluid/gaz utilizați pentru a genera debitul sistemului sau pentru a menține presiunea funcționează, în mod obișnuit, între presiunea maximă și cea minimă de lucru. Când este complet încărcat cu ulei, acumulatorul atinge presiunea maximă de lucru. Atunci când este necesar, presiunea de lucru scade și acumulatorul debitează ulei până la o presiune minimă inferioară. Volumul de ulei pe care acumulatorul îl debitează între presiunea maximă și cea minimă de lucru reprezintă volumul efectiv.
Presiunea de precărcare influențează volumul efectiv. Exemplu: un acumulator de fluid/gaz de 231 in³ (3.786 cm³) dintr-un sistem utilizează o pompă mică pentru a încărca uleiul până la presiunea sistemului de 2.000 psi (137,9 bar). Pentru a furniza debitul, presiunea este lăsată să scadă până la 1.500 psi (103,4 bar). Presiunea de precărcare aleasă determină cantitatea de ulei pe care acumulatorul o furnizează sistemului.
Din tabelul de performanță, un acumulator cu o capacitate de 231 in³ (3.786 cm³) și o presiune inițială de 100 psi (6,89 bar) poate stoca 210 in³ (3.441,9 cm³) de ulei la o încărcare izotermă la 1.000 psi (limita superioară = valori izoterme). La 1.500 psi (103,4 bar), stocarea este de 202 in³ (3.310,8 cm³), oferind 8 in³ (131 cm³) între cele două presiuni. Acest acumulator cu presiune inițială scăzută stochează o cantitate mare de ulei, dar oferă foarte puțin.
Creșterea presiunii inițiale la 1.000 psi (68,96 bar) face ca acumulatorul să stocheze 93 in³ (1.524,3 cm³) la 2.000 psi (137,9 bar) și 59,5 in³ (975 cm³) la 1.500 psi (103,4 bar), oferind 33,5 in³ (594,1 cm³). Presiunea inițială mai ridicată stochează mai puțin ulei, dar oferă mult mai mult. Cu o presiune inițială de 1.400 psi (96,6 bar), cantitatea de ulei stocată este minimă, dar cea oferită este maximă.
Figura 8-13 – Tabelul de performanță al acumulatorului (capacitate de 231 in³). O presiune inițială mai ridicată oferă mai mult ulei pe ciclu între limitele date de presiune, dar stochează mai puțin ulei în total. Selecția presiunii inițiale se face în funcție de volumul eficace necesar, nu de capacitatea totală.
Debitul eficient de volum al unui acumulator trebuie controlat prin flux. Pentru menținerea presiunii, fluxul controlat este determinat de scurgerile care trebuie compensate. În cazul acumulatorilor utilizați pentru furnizarea de ulei sub presiune, atunci când distribuitorul direcțional de la aval își schimbă poziția, debitul eficient de volum este prea rapid. Din acest motiv, acești acumulatori sunt adesea echipați cu supape de reglare a debitului și supape de sens unic de derivare pe porturile lor de intrare/ieșire.
Când un acumulator de fluid/gaz este utilizat ca amortizor, presarcina sa este, în general, stabilită ușor peste presiunea maximă de funcționare din circuit (stabilită aproximativ la 100 psi / 6,896 bar peste presiunea maximă, conform reglajului supapei de siguranță). Dacă presiunea maximă de funcționare este stabilită de supapa de siguranță, presarcina poate fi stabilită aproximativ la 100 psi peste reglajul supapei de siguranță.
Presiunea de preîncărcare a unui acumulator de fluid/gaz influențează capacitatea sa de absorbție a șocurilor. Într-un sistem hidraulic, șocul este cauzat de forțe mecanice exterioare care acționează asupra unui cilindru sau motor, determinând o creștere rapidă a presiunii, sau de inerția fluidului atunci când o supapă hidraulică se închide brusc.
Acumulatorul poate absorbi porțiunea de ulei sub presiune de șoc pe care o poate comprima și transfera. O conductă echipată cu un acumulator devine compresibilă deasupra unei anumite presiuni. Dacă presiunea de preîncărcare a acumulatorului este prea scăzută, acesta stochează deja o anumită cantitate de ulei înainte de sosirea șocului, astfel încât poate absorbi doar 4 in³ (65,6 cm³). Dacă presiunea de preîncărcare este de 2.500 psi (172,4 bar) — prea ridicată — presiunea crește la aproape 2.800 psi (193 bar) înainte de a absorbi 4 in³. Pentru amortizoarele de șoc, presiunea de preîncărcare este extrem de importantă.
Un acumulator de fluid/gaz este încărcat cu gaz la presiunea corespunzătoare de preîncărcare o singură dată. Aceasta înseamnă că aceeași presiune de preîncărcare nu poate fi menținută pe termen nelimitat. În timpul funcționării acumulatorului, gazul comprimat scapă prin supapa de gaz — posibil din cauza defectării supapei de gaz sau a unei etanșări necorespunzătoare, sau datorită unei probleme legate de așezarea corectă a tijei conice a supapei pe scaunul acesteia. Presiunea gazului scade, de asemenea, treptat în timpul descărcării uleiului la acumulatorii cu balon și cu diafragmă — acest fenomen apare, de obicei, în mod catastrofic, provocând ruperea materialului din cauciuc sintetic al diafragmei. La acumulatorii cu piston, în timpul procesului de descărcare, gazul încărcat poate scăpa prin etanșări uzate, din zona pistonului. Pierderea treptată a presiunii de preîncărcare poate indica un acumulator de tip piston care prezintă un anumit grad de uzură.
Presiunea corectă de preîncărcare este esențială pentru performanța acumulatorului de fluid/gaz, motiv pentru care aceasta trebuie verificată periodic. Pentru verificarea presiunii de preîncărcare este necesar un dispozitiv de încărcare dotat cu manometru. Dispozitivul este compus în principal dintr-un racord de încărcare, o supapă de evacuare și un manometru.
Procedură de verificare: descărcați întreaga cantitate de ulei din acumulator, apoi eliminați capacul de protecție (de obicei situat pe supapa de gaz, în partea superioară). Cu mânerul racordului de încărcare complet retras, verificați dacă supapa de evacuare este închisă. Conectați racordul de încărcare la supapa de gaz a acumulatorului, strângeți piulița cu aripioare a racordului și asigurați o conexiune sigură la supapa de gaz. Înșurubați șurubul racordului pentru a apăsa complet nucul supapei de gaz a acumulatorului; citiți presiunea indicată de manometru — aceasta reprezintă presiunea de preîncărcare a acumulatorului.
Dacă preîncărcarea este corectă, rotiți maneta mandrinei în exterior pentru a închide valva de gaz a acumulatorului, deschideți valva de evacuare pentru a descărca dispozitivul de încărcare, slăbiți piulița cu aripi a mandrinei, eliminați dispozitivul din acumulator și reinstalați capacul de protecție al valvei de gaz.
Dacă presiunea de preîncărcare este prea ridicată, deschideți supapa de evacuare pentru a elibera presiunea în exces. Dacă este necesară creșterea presiunii de preîncărcare, trageți mai întâi maneta de fixare pentru a închide valva de gaz a acumulatorului, deschideți supapa de evacuare pentru a descărca dispozitivul de încărcare, apoi închideți supapa de evacuare și conectați dispozitivul de încărcare la un cilindru de azot. Rotiți maneta de fixare spre interior pentru a apăsa complet nucleul valvei de gaz a acumulatorului, apoi deschideți valva cilindrului de azot pentru a permite intrarea lentă a gazului în acumulator. Când manometrul indică presiunea dorită, închideți valva de gaz. Odată ce manometrul indică presiunea corectă de preîncărcare, închideți valva cilindrului de azot, trageți maneta de fixare pentru a închide valva de gaz a acumulatorului, deschideți supapa de evacuare, apoi deconectați tubul flexibil de încărcare și dispozitivul de încărcare.
Figura 8-15: Verificarea și reglarea presiunii de preîncărcare a acumulatorului. (Partea superioară) Segmenții uzurați ai pistonului determină o pierdere treptată a presiunii de preîncărcare. (Partea inferioară) Kit standard de încărcare cu azot — utilizați întotdeauna azot uscat, niciodată aer comprimat.
Într-un circuit hidraulic tipic cu acumulator, atunci când acumulatorul este complet încărcat și nici o parte a sistemului nu funcționează, debitul pompei/motorului trebuie descărcat în rezervor la o presiune cât mai scăzută posibil. În circuitul prezentat, pentru descărcare se utilizează o supapă de evacuare. Odată ce acumulatorul se încarcă până la presiunea de reglare a supapei de evacuare, aceasta se deschide și direcționează debitul pompei către rezervor.
De obicei, acest tip de descărcare poate dura doar câteva secunde, deoarece întotdeauna există o anumită pierdere de fluid în avalul supapei de sens. Acumulatorul trebuie să compenseze această pierdere — presiunea scade treptat — supapa de evacuare se închide treptat, iar deschiderea către rezervor devine din ce în ce mai mică, până când presiunea din acumulator scade sub presiunea de deschidere a supapei. Pe măsură ce supapa se închide, pompa/motorul trebuie să dezvolte o putere tot mai mare pentru a reîncărca acumulatorul până la presiunea de deschidere a supapei de evacuare.
Pentru a asigura descărcarea completă a pompei/motorului înainte de reîncărcarea acumulatorului, se poate utiliza un întrerupător de presiune. În circuit, întrerupătorul de presiune detectează presiunea din acumulator și transmite un semnal electric de comutare la un punct de presiune stabilit. Semnalul electric este trimis către o supapă electromagnetică bidirecțională normal închisă — această supapă electromagnetică poate comanda o supapă de siguranță cu comandă pilot pentru descărcare. Când acumulatorul se încarcă până la presiunea setată pentru întrerupătorul de presiune, releul trimite un semnal către supapa electromagnetică pentru a descărca supapa de siguranță și a dirija debitul pompei/motorului către rezervor prin supapa de siguranță.
Figura 8-16: Circuite de descărcare a acumulatorului. (Partea superioară) Supapă simplă de evacuare — descarcă în rezervor când acumulatorul atinge presiunea setată, dar tinde să cicleze. (Partea inferioară) Întrerupător de presiune cu supapă de siguranță cu comandă pilot — asigură descărcarea completă și controlul precis al benzii de presiune.
După încărcarea acumulatorului, o supapă hidraulică de descărcare cu diferențial de presiune poate înlocui întrerupătorul de presiune și supapa electromagnetică pentru a elibera supapa de siguranță și a descărca pompa/motorul. Supapa hidraulică de descărcare cu diferențial de presiune este o supapă hidraulică concepută special pentru aplicațiile cu acumulator. Așa cum indică și denumirea sa, această supapă utilizează un diferențial de presiune pentru a descărca pompa/motorul.
Supapa hidraulică de descărcare cu diferențial de presiune este asamblată dintr-o supapă de siguranță comandată prin pilot, o supapă de sens și un piston diferențial, toate integrate într-un singur corp de supapă. Corpul supapei are trei racorduri: racord de presiune, racord de retur și racord pentru acumulator.
În interiorul supapei de descărcare cu presiune diferențială, supapa de reținere și supapa de siguranță comandată prin pilot funcționează normal. Uleiul furnizat de pompă poate încărca acumulatorul prin supapa de reținere. Pistonul diferențial este așezat în fața tijei supapei de siguranță comandate prin pilot și se poate deplasa liber în alezajul său. Cele două capete ale pistonului sunt supuse unor suprafețe egale de presiune. În timpul încărcării acumulatorului, presiunea de pe ambele părți ale pistonului este aproape egală (neglijând căderea de presiune prin supapa de reținere), astfel încât pistonul nu se deplasează. Atunci când presiunea exercitată asupra tijei supapei de siguranță comandate prin pilot devine suficient de mare, tija pilot este împinsă de pe scaunul său — după cum se cunoaște deja, această deplasare pilot poate limita presiunea din camera arcului supapei principale. Deoarece camera arcului supapei principale și unul dintre capetele pistonului diferențial sunt supuse unei presiuni limitate, pistonul se deplasează spre tija supapei pilot, împingând complet tija pilot de pe scaunul său, eliberând astfel eficient presiunea de comandă din camera arcului tijei supapei principale, descărcând supapa de siguranță și, implicit, pompa/motorul. Supapa de reținere se închide simultan, astfel încât uleiul din acumulator să nu poată fi evacuat prin supapa de siguranță.
Suprafața pistonului diferențial expusă presiunii este cu 15% mai mare decât suprafața tijei supapei pilot. Deoarece forța = presiune × suprafață, forța care menține tija supapei pilot de pe scaunul său este cu 15% mai mare decât forța care ridică tija supapei pilot. Aceasta înseamnă că arcul trebuie să primească o forță cu peste 15% mai mare din altă sursă pentru a readuce tija supapei pilot pe scaunul său — sau presiunea sistemului trebuie să scadă cu 15% înainte ca tija supapei pilot să poată reveni pe scaun.
Aceasta asigură faptul că supapa de descărcare cu presiune diferențială menține pompa/motorul în stare descărcată după încărcarea acumulatorului până când presiunea scade cu un procent fix — în general aproximativ 15% din valoarea setată pentru supapa pilot. De exemplu, dacă supapa pilot este setată la 1.000 psi (69 bar), descărcarea are loc între 1.000 psi (69 bar) și 850 psi (59 bar); dacă supapa pilot este setată la 2.000 psi (138 bar), domeniul de descărcare este între 2.000 psi (138 bar) și 1.700 psi (117 bar).
În orice aplicație, pentru ca energia hidraulică să efectueze un lucru util, aceasta trebuie transformată în energie mecanică. Cilindrii hidraulici transformă energia hidraulică în mișcare mecanică liniară.
Un cilindru hidraulic este compus dintr-un corp cilindric, un piston mobil cu inele de etanșare flexibile conectate la o tijă de piston și două capete finale. Capetele finale pot fi filetate, cu flanșe, trase peste corp sau sudate pe corpul cilindrului. În mod obișnuit, cilindrii hidraulici industriali folosesc conexiuni filetate la capătul tijei. Când tija de piston se mișcă, aceasta este cunoscută sub denumirea de kit de etanșare pentru tija de piston sau inel ghidaj demontabil, care ghidează și susține tija de piston.
Capătul cu tija de piston se numește „capătul cu tijă”; celălalt capăt, fără tijă, se numește „capătul orb”. Orificiile de intrare și ieșire sunt amplasate pe capetele finale cu tijă și respectiv orb.
Pentru un funcționare corectă, etanșarea ghidului pistonului și a tijei pistonului cilindrului hidraulic trebuie să ofere o etanșare sigură. Etanșările frecvent utilizate la pistoanele cilindrilor hidraulici sunt etanșări cu buze, inele de piston din fontă sau unități de etanșare unidirecționale sau bidirecționale. Materialul și componentele etanșărilor trebuie verificate pentru a se asigura compatibilitatea lor cu fluidul de lucru și cu condițiile de funcționare.
Etanșarea multiplă a tijei pistonului este un tip eficient de etanșare a tijei pistonului, compusă dintr-o etanșare principală cu o suprafață interioară de etanșare în formă de buză, un raclet care este în contact permanent cu suprafața tijei pistonului în timpul funcționării și îndepărtează uleiul de lucru de pe această suprafață. Etanșarea secundară anti-praf colectează uleiul rezidual lăsat de etanșarea principală, iar în timpul retragerii tijei pistonului îndepărtează orice impurități aderente pe tija pistonului.
Așa cum este descris mai sus, uleiul acumulat în cavitatea dintre etanșarea principală și etanșarea de protecție împotriva prafului poate reveni în alezajul cilindrului în timpul cursei de retragere — acest lucru este normal. Totuși, dacă cursa cilindrului este deosebit de lungă (10 ft / 3,05 m sau mai lungă), uleiul acumulat în cavitatea etanșării ar putea fi suficient pentru a depăși capacitatea etanșării tijei pistonului. În această situație și atunci când există ulei în exces în cavitatea etanșării, cavitatea etanșării tijei pistonului trebuie să dispună de o conexiune externă de drenare.
Figura 8-18: Detalii privind construcția cilindrului. Capacul din partea tijei conține ansamblul de etanșare al tijei pistonului. Pentru cilindrii cu cursă lungă, se adaugă un orificiu de drenare pentru a preveni depășirea capacității etanșării de către ulei.
Când energia hidraulică determină deplasarea pistonului cilindrului până la capătul cursei (capătul cursei cilindrului), inerția uleiului generează un șoc — așa-numitul „șoc hidraulic”. Dacă energia este suficient de mare, acest șoc poate deteriora cilindrii hidraulici.
Pentru a proteja cilindrii hidraulici împotriva şocurilor excesive, se pot instala dispozitive de amortizare. Aceste dispozitive pot reduce viteza pistonului cilindrului în apropierea sfârşitului cursei. Dispozitivele de amortizare pot fi instalate la unul dintre capete, la ambele capete sau la fiecare capăt al unui cilindru hidraulic.
Un dispozitiv de amortizare este compus dintr-o supapă acţionată cu ajutorul unui ac reglabil pentru controlul debitului şi dintr-un con de amortizare montat pe capătul orb al pistonului, precum şi dintr-o manşetă de amortizare montată pe tija pistonului. Aceste componente acţionează ca dopuri la fiecare capăt.
Pe măsură ce pistonul cilindrului hidraulic se apropie de capătul cursei, acul de amortizare sau manșonul de amortizare blochează orificiul normal de evacuare a uleiului. Acest lucru forțează uleiul să curgă doar prin supapa acționată cu ajutorul unui ac. O parte din uleiul sub presiune, la presiunea de deschidere a supapei de siguranță, este evacuată prin supapa acționată cu ajutorul unui ac. Fluxul rămas care trece prin această supapă determină viteza de decelerare a cilindrului. Reglarea supapei acționate cu ajutorul unui ac determină viteza de decelerare a pistonului. Pe cursa de întoarcere, fluxul pătrunde în cilindru printr-o supapă simplă de reținere (neafișată), ocolind astfel supapa acționată cu ajutorul unui ac, iar viteza de revenire nu este afectată.
Uneori lungimea cursei unui cilindru hidraulic trebuie limitată prin comandă externă. Prin montarea unei șuruburi de oprire, care poate fi înșurubată sau deșurubată pe corpul cilindrului, cursa poate fi reglată în prealabil. Orice tip de dispozitiv de reglare a cursei trebuie verificat în raport cu cerințele privind forța de oprire, coliziunea, impactul și efectele dimensionale.
Figura 8-19: Amortizoare pentru cilindri, reglatoare de cursă, tipuri de montare și tipuri de încărcătură. Amortizoarele protejează cilindrul la sfârșitul cursei; tipul de montare determină cât de bine poate suporta cilindrul încărcătura sa.
Cilindrii hidraulici au numeroase tipuri de montare, printre care: flanșe, trunnioni, suporturi laterale, șuruburi pe axa centrală, inele duble cu suporturi laterale, tije de fixare și montaje prin sudură. Montajele cu suport central sau montajele prin sudură reprezintă o soluție foarte bună, deoarece produc o aliniere minimă în timpul funcționării cilindrului.
Cilindrii hidraulici pot transforma energia hidraulică în mișcare mecanică rectilinie sau liniară. Totuși, datorită alegerii elementelor de legătură mecanice, cilindrii pot oferi, de asemenea, multe alte tipuri de mișcare mecanică.
Cilindrii hidraulici pot deplasa multe tipuri diferite de încărcături în numeroase aplicații. În general, încărcăturile împinse de tija pistonului se numesc încărcături de împingere; încărcăturile trasă de tija pistonului se numesc încărcături de tragere.
Un tub de oprire este o manșetă metalică solidă montată pe tija pistonului. Când tija pistonului unui cilindru cu cursă lungă este complet extinsă, tubul de oprire separă pistonul de manșeta de ghidare printr-o distanță. Manșeta de ghidare a tijei pistonului este un lagăr care susține tija pistonului în timpul funcționării cilindrului. Este concepută pentru a suporta o anumită sarcină. Manșeta de ghidare a tijei pistonului — în afară de faptul că este o axă — reprezintă, de asemenea, un punct de aplicare a sarcinii asupra tijei pistonului. La cilindrii cu cursă lungă conectați la sarcini, tija pistonului fără un ghid rigid tinde să se încovoaie în poziția complet extinsă, sau poate apărea o încovoiere la nivelul manșetei de ghidare, generând o sarcină laterală care deteriorează manșeta de ghidare a tijei pistonului.
Funcția tubului de oprire este de a separa pistonul de manșeta de ghidare printr-o distanță atunci când tija pistonului este complet extinsă, reducând astfel sarcina exercitată asupra manșetei de ghidare a tijei pistonului.
Cilindrii hidraulici există în multe tipuri. Mai jos sunt prezentate unele dintre tipurile de cilindri frecvent utilizate; acestea vor apărea, de asemenea, în anumite circuite de aplicație în lecțiile ulterioare.
Figura 8-20 Tipuri de cilindri hidraulici. Fiecare tip este potrivit pentru o aplicație specifică: telescopici pentru cursă lungă în spațiu limitat, în tandem pentru forță mare în diametru de alezaj limitat, cu tijă dublă pentru forță/viteză egală în ambele direcții.
Tipul cel mai frecvent întâlnit în hidraulica industrială este cilindrul dublu-acionat cu tijă simplă. Pentru acest tip, problemele cheie sunt debitul admisibil (gpm) și presiunea admisibilă (psi), precum și forța mecanică convertită și mișcarea tijei pistonului.
Suprafața pistonului și suprafața efectivă a pistonului sunt, în general, discutate în cazul cilindrilor dublu-acionați cu tijă simplă. Suprafața mare a pistonului reprezintă suprafața totală a secțiunii transversale a pistonului expusă presiunii în capătul orb al cilindrului (partea fără tijă). Suprafața mică efectivă (suprafața inelară) este suprafața pistonului expusă presiunii pe partea tijei, deoarece tija pistonului ocupă o parte din suprafața pistonului. Prin urmare, suprafața mică efectivă este, în general, mai mică decât suprafața mare.
Viteza de extensie a tijei pistonului cilindrului hidraulic este determinată de viteza cu care fluidul umple partea fără tijă (capătul orb) a cilindrului. Viteza tijei pistonului este exprimată, de obicei, în ft/min sau m/min:
Viteza tijei (ft/min) = Debitul (gpm) × 19,25 / Suprafața pistonului (in²)
* Viteza tijei (m/s) = Debitul (L/min) × 0,167 / Suprafața pistonului (cm²)
* Dacă se calculează în m/s și rezultatul este mai mic de 0,1 m/s, rezultatul se exprimă în mm/s.
Exemplu: un cilindru cu suprafața pistonului de 10 in² (64,5 cm²) primește un debit de 5 gpm (18,95 L/min). Viteza tijei = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Cu dublul debitului (10 gpm / 37,9 L/min), viteza tijei se dublează, ajungând la 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
În timpul retragerii tijei pistonului, debitul intră în capătul cu tijă. La același debit de intrare, viteza de retragere este mai mare decât viteza de extensie — se folosește în formulă suprafața mică (inelară) a pistonului.
Exemplu: Un debit de 10 gpm (38 l/min) intră în capătul tijei unui cilindru cu o suprafață mare de 10 in² (65 cm²) și o suprafață mică de 8 in² (52 cm²). Viteza de retragere = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Viteza tijei (ft/min) = Debitul (gpm) × 19,25 / Suprafața mică (in²)
Viteza tijei (m/s) = Debitul (L/min) × 0,167 / Suprafața mică (cm²)
Cu același debit de intrare, un cilindru simplu cu dublă acțiune și tijă unică se retractează mai rapid decât se extinde.
În timpul retragerei, debitul intră în capătul tijei și iese din capătul fără tijă. Debitul de evacuare este mai mare decât debitul de intrare — poate fi calculat cu aceeași formulă ca pentru gpm (l/min), dar folosind suprafața mare a pistonului. Exemplu: 10 gpm care intră în capătul tijei la viteza de 24,06 ft/min: debitul de ieșire = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Așa cum se arată, forța generată de un cilindru hidraulic este o funcție a presiunii hidraulice care acționează asupra suprafeței pistonului cilindrului. Dacă un anumit cilindru trebuie să producă o forță de ieșire maximă mai mare decât cea actuală, acest lucru se rezolvă adesea prin creșterea presiunii până la un nivel proporțional. În unele situații, presiunea sistemului și dimensiunea cilindrului nu permit utilizarea unui cilindru mai mare — în acest caz, un cilindru tandem poate rezolva problema.
Un cilindru tandem este format din doi sau mai mulți cilindri conectați în serie. Tijele pistonului sunt conectate între ele pentru a forma o singură tijă comună a pistonului. Etanșările tijelor pistonului dintre cilindri permit fiecărui cilindru să funcționeze în dublu sens. Atunci când dimensiunea cilindrului este limitată de spațiu și de dimensiunea mașinii, deși presiunea generată de pompă/motor este relativ scăzută, aceeași forță mecanică de ieșire poate fi obținută.
Exemplu: cea mai mare instalație de mașină permite o suprafață a pistonului de 10 in² (64,5 cm²). Presiunea maximă necesară pentru a depăși rezistența la sarcină este doar de 500 psi (34,48 bar). Adăugarea unei presiuni de 500 psi (34,48 bar) pe partea cu suprafața efectivă de 8 in² (51,6 cm²), împreună cu presiunea din spate, generează o forță de 781 psi (53,86 bar). Într-un circuit în tandem cu două cilindri, fiecare având o presiune de 500 psi (34,48 bar), o suprafață de 10 in² și o suprafață efectivă de 8 in², debitul combinat este mult mai mare.
FORMULE CHEIE – CAPITOLUL 8
|
Formula |
Ecuație |
Note |
|
Viteză de extensie a tijei |
v = Q × 19,25 / A_large |
Q în gpm, A în in², v în ft/min |
|
Viteză de retragere a tijei |
v = Q × 19,25 / A_small |
Folosiți suprafața inelară (mică) |
|
Viteză tijă (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q în L/min, A în cm², v în m/s |
|
Debit la capătul orb |
Q_out = v × A_large / 19,25 |
Mai multe ieșiri decât intrări în timpul retracției |
|
Forța cilindrului |
F = P × A |
F în lb, P în psi, A în in² |
Bine aţi venit la Hovoo, o fabrică chineză de sigilii. Producerea sigiliilor PU, cauciuc şi PTFE. Sigiliile includ inelul O, sigiliul de piston, sigiliul de bară, inelul gri şi sigiliul de gaz.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
