Motoare pneumatice

GRUPUL ŞCOLAR TEHNIC VIDELE  Tehnician mecatronist  Filiera: Tehnologică  Profil: Tehnic

PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A COMPETENŢELOR  PROFESIONALE PENTRU OBŢINEREA CERTIFICATULUI DE CALIFICARE PROFESIONALĂ NIVEL 3, RUTA DIRECTĂ

Îndrumător:  prof. ing. Anghel Mireille

Absolvent: Ivan Alin-Mihai

1

2

CUPRINS: ..............................................................................................................................................1 CUPRINS:................................................. ................................................. ......................... 3

1.Moroare pneumatice

Notiuni generale Motoarele pneumatce au rolul functional de a transforma energia fluidului mintr-o energie mecanica prin care o trimit in organelle de iesire mecanismelor actionate. Dupa tipul procesului de transformare a energiei pneumatice in energie mecanica motoarele pneumatice se impart in: motoare pneumostatice sau volumice; la aceste motoare  procesul de transformare are loc la baza modificarii permanente a unor  volume delimitate de partile mobile si partile fixe ale camerelor active ale motorului. motoare pneumodinamice, cunoscute si sub denumirea de turbine pneumatice; la aceste motoare energia pneumostatica a mediului de lucru este transformata intr-o prima etapa in energie cinetica, care apoi este la rendul ei trensformata in energie macanica. Organul de iesire al unui motor pneumatic poate fi o tija sau un arbore. In primul caz organul de iesire are o miscare rectilinie alternativa, in timp ce in al doilea caz miscarea acestuia este fie de rotatie alternaticva fie de rotatie pe unghi nelimitat.

3

Un alt criteriu de clasificare al unui motoarelor pneumatice il reprezinta modul in care se realizeaza miscarea organului de iesire; dupa acest criteriu se disting: motoare cu miscare continua si motoare cu miscare incrementala. In general masinile pneumatice sunt reversibile, adica pot functiona ca generator(pompa), si ca motor.

1.1 Motoare pneumatice liniare Motoarele pneumatice liniare efectueaza lucru mecanic printr-o miscare rectilinie, ele se mai numesc si cilindri pneumatici. Miscarea organului de iesire are loc intre 2 pozitii limita, stabilite constructiv sau functional, ce definesc cursa motorului. Dupa modul in care sunt separate cele doua camere functionale motoarele pneumatice se pot clasifica in : cilindri, la aceste motoare separarea se face prin intermediul unui piston 4, iar etansarea se realizeaza prin intermediul unor garnituri nematalice; camera cu membrana, la aceste motoare rolul pistonului este  preluat de o membrana nematalica care realizeaza si etansarea celor  doua camere; Din punct de vedere constructiv motoarele pneumatice liniare (fig. 11) sunt formate din doua subansambluri principale : -subansamblul carcasa: format din camasa 1 si capace 2si 3; -subansambul piston format din piston4 si tija 5;

4

1.2 Motoarele pneumatice cu piston de constructie clasica Au aplicatii foarte largi si se constitiue intr-o varietate de forme si tipodimensiuni foarte mare.in fig.1.2 sunt reprezentate simbolurile unor  cilindrii pneumatici.

Fig 1.2

Exista cazuri in care este necesara franarea la capat de cursa,  pentru a evita socurile care pot deteriora mecanismul actionat sau chiar a cilindrului. 5

Forta unui cilindru este data de relatia: P=p∙S aerului comprimat; S-aria sectiunii pistonului.

unde:p-presiunea

1.3 Motoare pneumatice liniare de constructie speciala Pentru a satisface o gama larga de aplicatii , exista o serie de motoare de constructie speciala , numite motoare speciale. Cele mai importante constructii de acest tip sunt: -motoare cu mai multe pistoane soidarizate ; -motoare fara tija; -motoare antirotatie; -motoare cu cursa scurta; -motoare cu camasa deformabila; -motoare cu mai multe pozitii.

1.4 Motoare cu mai multe pistoane solidarizate Aceste motoare se folosesc acolo unde exista restrictii privind gabaritul radial, sau in cazurile in care este necesar la un anumit diametru o forta mai mare decat cea care rezulta din relatia P=p∙S . Pentru astfel de situatii se construiesc cilindrii cu doua pistoane (fig. 1.3). Acest cilindru are patru racorduri de alimentare. Forta desvoltata de acest cilindru este aproape dubla fata de cel cu un singur pistond e acelasi diametru.

6

1.5 Motoare fara tija Exista aplicatii in care gabaritul axial nu permite montarea cilindrilor clasici(cu tija), in acest caz se monteaza motoare fara tija. Solutiile posibile sunt: -motoare cu cablu sau banda; -motoare cu legatuta rigida; -motoare cu cuplaj magnetic. 1.5.1Motoare cu cablu sau banda se transmit miscarea alternativa a pistonului prin intermediul cablului, la sanie, la care se cupleaza sarcina care trebuie antrenata. Cablul de sectiune circulara este confectionat din plastic sau metal plastifiat, exista constructii in care ablul este inlocuit cu o lamela elastica de sectiune dreptunghiulara.

1.6 Motoare cu camasa deformabila In aceasta categorie intra motoarele liniare la care deplasarea sarcinii se obtine prin deformarea unui element elastic elementul elastic se realizeaza din cauciuc sau metal.

1.7 Motoare cu mai multe pozitii S-a aratat deja ca unul dintre dezavantajele motoarelor pneumatice liniare consta in faptul ca pozitionarea precisa a sarcini antrenate se  poate face numai in doua pozitii in zona de lucru. Aceste pozitii pot fi capete de cursa , sau pozitii intremediare de pe cursa , stabilite cu ajutorul unor limitatori mecanici. In lipsa acestora din urma, oprirea in orice alta pozitie de pe cursa de lucru este greu de controlat, din cauza compresibilitatii aerului comprimat. Se pot insa concepe si realiza variante de motoare care sa permita oprirea precisa intr-un numar limitat de pozitii.

7

In fig. 1.4 este prezentat un cilindru care permite porirea in patru   puncte de pe cursa de lucru. Cele patru pozitii se obtin dupa cum urmeaza: -pozitia ‘0’: atunci cand cele trei orificii nu sunt alimentate cu aer  comprimat; aceasta pozitie se obtine fie sub efectul sarcini antrenate , fie cu ajutorul unor arcuri; -pozitia’A’: atunci cand este alimentat numai primul orificiu; in acest caz sarcina se deplaseaza pe distanta s1; -pozitia’B’: atunci cand sunt alimentate primul si al doilea orificiu; in acest caz sarcina se deplaseaza pe distanta s1+s2; -pozitia’C’: atuci cand sunt alimentate toate cele trei orificii; in acest caz sarcina se deplaseaza pe distanta s1+s2+s3;

1.8 Motoare cu membrana Avantajele fata de cele cu piston : lipsa frecarii, constructie mai simpla, siguranta in functionare(la cele cu piston garnitura se poate lipi de cilindru , ceea ce duce la blocarea lui) Dezavantaje : cursa redusa a tijei(pana la 60 mm) limitarea  presiunii, rezistenta impusa membranei. 1.9 Motoare pneumatice oscilante 8

La aceste motoare arborele de iesire are o miscare de rotatie, care are loc intre anumite limite , stabilite constructiv sau functional, ce definesc cursa motorului. Dupa modul cum se obtine miscarea de rotatie alternativa se intalnesc: -motoare cu cilindru si mecanism de transformare a miscarii de translatie alternative in miscare de rotatie alternativa; cele mai intalnite sunt pinion-cremaliera, surub piulita sau crama spatiala; -motoare de constructie speciala; In fig.1.5 este prezentata schema unui motor in doi cilindri si mecanism pinion-cremaliera, avand urmatoarele parti componnte: 1-cilindri; 2-arbore; 3-pinion; 4-tija cu cremaliera; 5-pinion. Sub actiunea aerului comprimat pistoanele si cei doi cilindrii efectueaza o miscare rectilinie alternatica, miscare care se transforma datorita angrenajului cremaliera-pinion in miscare de rotatie alternativa, a  pinionul ui fixat pe arbore.

1.10 Motoare pneumatice rotative

Motoarele pneumatice rotative sunt motoare volumice care transforma energia pneumatica in energie mecanica pe care o transmite arborelui de iesire cu care se va cupla mecanismul actionat. Motoarele pneumatice sunt asemanatoare,chiar identice din

9

  punct de vedere constructiv cu cele hidrostatice dar apare o diferenta sub aspect functional.  Distinctie: -in cazul motoarelor

hidraulice,  procesul de transformare a energiei hidraulice in energie mecanica are loc ca urmare a modificarii  permanente a volumului de lichid din motor datorita organelor active fixe si mobile ale motoarelo.In timpul deplasarii pistonului trebuie  pastrat contactul dintre cilindrii si circuitul de alimentare cu lichid. -in cazul motoarelor pneumatice,functioneaza si dupa intreruperea sursei de presiune si anume camera de lucru dupa umplerea cu aer  comprimat se inchide ermetic si pierde legatura cu sursa de   presiune;aerul comprimat se destinde,cedeaza energia sa organului mobil al motorului concomitent cu scaderea temperaturii sale.Un motor  care functioneaza astfel se impune ca functioneaza cu ciclu de expansiune.Exista motoare pneumatice care functioneaza dupa un ciclu mixt,adica prima parte a ciclului functioneaza cu presiune integrala(motorul este in legatura cu sursa de presiune),a doua parte dupa un ciclu de expansiune. Tipuri de motoare pneumatice

motoare pneumatice cu roti dintate-in general se executa cu dantura dreapta si functioneaza fara ciclu de expansiune. Marirea cuplului se poate realiza prin: -marirea modului; -marirea presiunii de alimentare; -marirea diametrului; -marirea latimii rotilor dintate. Motoare pneumatice cu palete-inversarea sensului de rotatie se face inversand admisia cu evacuarea.Prezinta avantajul ca realizeaza cupluri mari si dezavantajele:randament mai scazut in comparatie cu alte motoare pneumatice,produce zgomot mai mare in comparatie cu alte motoare pneumatice. Motoare pneumatice cu piston(presiunea uzuala a compresoarelor  este 6 atm). •

•

•

10

2 Cilindri pneumatici Acestia transforma energia pneumatica in energie mecanica pe care o furnizeaza mecanismului actionat.Cilindri pneumatici efectueaza lucru mecanic printr-o miscare de translatie.

1-cilindru; 2-piston; 3-tija pistonului; 4-etansare intre cilindru si piston; 5-etansare intre tija cilindrului si piston; A,B-spatii de lucru. Pistonul 2 este solidarizat cu tija si imprima miscarea mecanismului actionat.Pistonul se deplaseaza in interiorul cilindrului ca urmare a fortei de deplasare. Exista o varietate mare de constructii de motoare pneumatice. Constructie:

-cilindrul se executa din teava,din otel sau alama; -cilindrul se prelucreaza foarte fin pentru a asigura o buna etansare si  pentru a nu distruge elementele de etansare; -cilindrul se cromeaza in interior pentru a evita corodarea acestuia datorata umiditatii aerului; -pistonul este construit din doua discuri metalice,din diferite aliaje asamblate intre ele cu suruburi si poarta pe circumferinta sa elementele de etansare. -tija pistonului se realizeaza din bara de otel de sectiune circulara cu suruburi exterioare cromate si rectificata,se fixeaza rigid de piston. 11

Motoarele pneumatice sunt: -motoare pneumatice liniare: - cilindri pneumatici; -camere pneumatice cu membrana. -motoare pneumatice rotative.

 Etansarea:se realizeaza in mai multe feluri:

-cu garnitura in forma de L: • • •

 prezinta dezavantaje ca da forte de frecare mari; se umfla prin strangere in timpul montajului; are tendinta de asezare gresita.

-cu garnitura de tip U:dezavantajul este ca etanseaza doar intr-o singura directie.

-cu garnitura de tip O.

2.1 Cilindri hidro-pneumatici

12

Pentru a mentine avantajele actionarii hidro-pneumatice plus   pentru a elimina dezavantajele vitezei constante se folosesc cilindri hidro-pneumatici,adica energia hidrostatica rezulta din transformarea energiei pneumatice.

Cilindrii sunt formati din rezervoare (aer-ulei) care prin actiunea aerului comprimat asupra pistonului p,transforma energia pneumatica in energie hidrostatica. Actiunea aerului comprimat se poate face direct sau indirect prin utilizarea unui piston sau a unei membrane.Cursa de revenire a cilindrului hidraulic se poate realiza cu ajutorul aerului comprimat,revenirea cilindrului se poate realiza si hidraulic.

2.2 Cilindri pneumatici cu franare hidraulica

In cazul cilindrilor hidro-pneumatici exista posibilitatea de interferenta intre circuitul pneumatic si cel hidraulic.Infiltrarea aerului in circuitul hidraulic poate provoca variatii ale vitezei,cilindrii pot provoca miscari in salturi.Acest neajuns se poate evita folosind circuite independente. Circuitul hidraulic are misiunea sa controleze viteza ansamblului si nu are nici un alt efect asupra circuitului pneumatic.Cand avem forte mari pe care trebuie sa le dezvolte cilindrul pneumatic se folosesc 2 13

cilindri pneumatici.Acest sistem prezinta avantajul ca se elimina momentele incovoietoare suplimentare din cauza solicitarii dezaxate.

3 Camere pneumatice cu membrana

Elemente de actionare cu multiple utilizari in situatii unde nu se  pot folosi actionari hidraulice si unde este necesara o cursa mica si cu  promptitudine in functionare. Se folosesc ca elemente de executie in sistemele de reglare automata. 1-membrana; 2-tija; 3-discuri de fixare; 4-garnitura de etansare; 5-carcasa metalica.  Functionare:deplasarea tijei 2 se realizeaza prin deformarea membranei ca urmare a actiunii aerului comprimat admis consecutiv in spatiile  pneumatice A respectiv B prin orificiile a respectiv e. Variante de realizare:

14

a)camera pneumatica cu simpla actiune si tija unilaterala;  b)camera pneumatica cu dubla actiune si tija bilaterala; c)camera pneumatica cu dubla actiune si tija unilaterala Constructia camerelor pneumatice cu membrana

Membrana este partea functionala,distingem doua tipuri: -membrane plate; -membrane cilindrice-in cazul acestora,in timpul functionarii pot realiza indoituri ce pot atinge valori de 120 0 Fixarea membranei se face prin niste discuri de rigidizare din otel care sunt stranse cu piulita. Carcasele se realizeaza din aliaje usoare(pe baza de aluminiu) Tija se executa din otel de regula,se cromeaza in exterior si se rectifica la ambele capete,exista filet pentru ca intr-o parte se fixeaza membrana,in cealalta parte se fixeaza mecanismul actionat. Caracteristici constructive si functionale

-caracteristici constructive:

15

-D-diametru de incastrare a membranei; -dd-diametrul discului de rigidizare; -s-cursa; -dt-diametrul tijei. -caracteristici functionale:-forta dezvoltata la cursa maxima; -forta dezvoltata la cursa nula. -caracteristici productive determina diametrul de incastrare al membranei in asa fel incat sa se obtina forta necesara la nivelul tijei.

4 Elemente pneumatice de distributie

Este materializat prin comenzi primite din exterior si distribuie aerul comprimat pe anumite circuite cu scopul declansarii actiunii  pneumatice pe care le deservesc aceste circuite. Elementele pneumatice se compun din: -elemente de distributie:partea fixa si partea mobila; -elemente de comanda. Functia acestor elemente este sa deschida,sa inchida sau sa devieze fluxul de aer fara modificarea parametrilor de baza (presiune si debit). Caracteristicile prime ale acestor elemente sunt: -aria sectiunii orificiului de trecere→determina debitul (d n-diametrul nominal care se alege din STANDARD) -sirul de numere normale (RENARD)

5 Componenta instalatiilor de actionare pneumatica.

Exista 3 grupe de instalatii: -producerea aerului comprimat; 16

-distribuirea aerului comprimat; -utilizarea pentru actionari pneumatice. C-compresor; RT-rezervor tampon(elimina apa si uleiul din aerul comprimat compenseaza presiunea din instalatii) GA-golirea apei; PA-pregatirea aerului comprimat; Instalatia cuprinde filtre ungatoare AP-aparatajul pneumatic(distribuitoare,supape,rezistente pneumaticeDrossel); M-motorul de actionare; ML-motoare liniare; MR-motoare rotative; CP-camere pneumatice cu membrana.

 Avantaje:-greutate redusa de 10 ori mai mica decat greutatile motoarelor 

electrice de aceeasi putere; -supraincarcarea nu produce avarii,fara pericol de producere a avariei;se  poate supraincarca pana la oprire; -intretinere usoara(demontare si montare usoara); -pericol de accidente redus; -posibilitati de reglare(reglarea vitezei,a fortei); -nu polueaza mediul inconjurator; 17

-alimentare comoda cu energie.  Dezavantaje:-la capatul cursei pistonului apare o bavura pe peretele cilindrului; -destinderea brusca a aerului este insotita de scaderea temperaturii care  poate sa provoace separarea apei si chiar inghetarea pe pereti; -aerul comprimat reprezinta agentul purtator de energie cel mai costisitor; -costul energiei consumate pentru actionare,in multe situatii este neglijabil in comparatie cu costul masinii si cu cheltuielile de intretinere si separare; -actionarile pneumatice nu duc la preturi de cost mai ridicate decat alte sisteme de actionare.

6 Schemele instalatiilor de actionare pneumatica.

Acestea servesc la reprezentarea instalatiilor pneumatice in documentatii.Se folosesc urmatoarele tipuri de scheme: scheme de principiu redau in mod succesiv operatiunile care compun un ciclu de lucru; scheme de functionare prezinta prin niste semne conventionale elementele care compun schema precum si legaturile dintre ele. In cadrul acestor scheme se disting 3 categorii de circuite:de actionare,de comanda,de semnalizare.In general circuitele de actionare sunt circuite ce fac legatura intre sursa de aer si intre elementul de executie(motorul).Circuitul de comanda asigura comenzile in instalatia respectiva.

18

Schemele de montaj stabilesc amplasamentul elementelor   pneumatice cu legaturile sale,pe masina sau pe utilajul actionat. Ciclograma completeaza schemele instalatiilor pneumatice si redau succesiunea diferitelor stari de functionare prin care trece fiecare element pneumatic. Dupa inchiderea usii se actioneaza distribuitorul D 1 care la randul sau comanda distribuitorul D2 care isi schimba pozitia,respectiv actionand cilindrul de lucru. Dupa atingerea presiunii maxime din circuit,releul de semnalizare RS inchide un contact electric si se aprinde o lampa de semnalizare,operatorul deschide usa si se elibereaza distribuitorul D 1 si D2 si cilindrul pneumatic(C.P) va reveni la pozitia initiala. Ciclograma prezinta toate functiunile.

19

6.1 Scheme de functionare cu un singur cilindru de lucru,cu comanda manuala directa

Asemenea scheme se realizeaza pentru actionarea unui cilindru  printr-o maneta sau printr-o pedala,in consecinta sunt circuite a caror  functionare necesita prezenta unui operator. Schema reprezinta comanda manuala directa a unui cilindru  pneumatic cu ajutorul distribuitorului D,avand 3 orificii si fiind actionata manual.Acest circuit are 2 stari:starea de repaus si starea actionata. In starea de repaus,arcul impinge pistonul,camera capului  pistonului(c.p) fiind pusa in legatura directa cu atmosfera prin orificiile 2 si 3 ale distribuitorului.

In stare actionata,distribuitorul comandat manual alimenteaza prin orificiile 1 si 2 camera capului pistonului (c.p) punand in miscare  pistonul.Aceasta stare se mentine pana cand exista actionare din partea conducatorului.

20

Viteza cu care se deplaseaza pistonul depinde de urmatorii factori si anume:rigiditatea arcului,depresiunea aerului,sectiunea orificiilor de alimentare,marimea fortelor de frecare,marimea fortelor utile.

6.2 Schema cu comanda manuala directa a unui cilindru pneumatic cu dublu efect si reglare hidraulica a vitezei.

In stare de repaus,distribuitorul alimenteaza prin orificiile 1 si 2 camera tijei pistonului (c.t),iar prin orificiile 3 si 4 se pune in legatura camera capului pistonului(c.p). In stare actionata,sursa de aer comprimat prin orificiile 1 si 3 alimenteaza camera capului pistonului si elibereaza din camera tijei  pistonului prin orificiile 2 si 4 catre atmosfera.

21

Aceasta schema reprezinta schema normala cu dublu efect cu un drossel de cale. Se deosebeste de schema anterioara prin faptul ca la cursa de lucru(deplasarea spre dreapta) viteza de deplasare a pistonului este relativ constanta,acest lucru se realizeaza prin intercalarea intre orificiul 2 al distribuitorului si intre cilindrul pneumatic a unui drossel de cale notat cu R.S.

22

Drossel-ul de cale se compune din 2 elemente si anume:supapa de sens,rezistenta reglabila.Datorita supapei de sens,drossel-ul permite alimentarea libera a cilindrului cu aer comprimat,evacuareafiind strangulata cu ajutorul rezistentei reglabile. In schema se prezinta comanda manuala a cilindrului pneumatic cu dublu efect si reglarea hidraulica a vitezei.Se observa din schema ca avem 2 cilindri,pistoanele fiind legate rigid intre ele.Pistonul P.H lucreaza in cilindrul hidraulic,pistonul P.P lucreaza in cilindrul  pneumatic. Cilindrul hidraulic are un circuit hidraulic propriu inchis alimentat de la rezervorul hidraulic R.H,in timpul executiei cursei A +(de deplasare spre dreapta),rezistenta variabila R.S stranguleaza evacuarea lichidului catre rezervorul hidraulic R.H,obligand astfel ca aceasta cursa sa se execute cu viteza constanta.In timpul cursei A -(de revenire),circulatia lichidului se face nestingherita in ambele sensuri.

BIBLIOGRAFIE

23

-Actionari pneumatice : -Automate programabile : -www.euromediasoft.ro

24

V. Cosoroaba Gh. Georgescu-Azugz R. Visan Ion Margineanu Daniel Popescu