1
2
[STĂ [S TĂ]] I. St Stăn ănes esccu şa. Dispozitive pentru maşini unelte. Proiectare, construcţie. E.T. E.T. Bucureşti, 1979 [ŢIP]] I.A.Ţiporin şa. Construcţia dispozitivelor pneumatice pneumatice şi pneumatice. pneumatice. E.T. E.T. Bucureşti, 1962
[VAS] S. Vasii-Roşculeţ şa. Proiectarea dispozitivelor. E.D.P. E.D.P. Bucureşti, 1982 [CAR] *** Jig and Fixtu Fixture re Handbook, Handbook, Carr Carr Lane Manuf. Co, third edition, edition, USA [ION] Fl. Ionescu şa. Mecanica fluidelor şi acţionăr i pneumatice şi pneumatice. E.D.P. Bucureşti, 1982 [OPR] A. Oprean. Hidraulica maşinilor unelte. EDP EDP.. Bucureşti, 1983
STAS ST AS 7145-* (corespunde ISO 1219- *) Semne convenţionale. Acţionări Acţionări hidrostatice şi pneumostatice STAS ST AS 6965/1-* (corespunde ISO 5598- *) Terminologie. Terminologie. Acţionări hidrostatice şi pneumostatice Documentaţie firme
[CAR]
Carr Lane Manuf. Co. USA, www.carlane.com
[ROE]
Roemheld Gmbh. Germania, www.roemheld.com
[PAR [P AR]]
Schr Sc hrae aede derr Be Bellllow ow,, US USA, A, www.parker.com
[SMC]
SMC, GB, www.smcpneumatics.co.uk 3
Dispozitivele Dispoz itivele de prinde prindere re cu sistem sistemee pneu pneumatic maticee de fixare a semifa semifabrica bricatelor telor păstrează majoritatea
avantajelor dispozitivelor acţionate hidraulic şi au ca agent de lucru aerul comprimat la o presiune de 4..4,5 MPa AVANTAJE:
- este diminuat efortul depus de operator datorită motoarelor pneumatice care rea realilizea zează ză for forţel ţele e de fixare - creşte productivitatea datorită timpului redus de acţionare - se pretează la automatizare - pot fi alimentate şi comandate simultan mai multe dispozitive având posibilitatea de realizare a unor comenzi centralizate - majoritatea elementelor constructive ale unui sistem pneumatic sunt sunt tipizate proiectarea fiind foarte uşoară iar unele componente (motoare pneumatice) sunt chiar şi standardizate - uleiul introdus in ungator asigură automat ungerea componentelor în mişcare din circuitul pneumatic
-
actualmente unităţile de putere pneumatice, sunt compacte, putând fi plasate pe MU sau alături, montate şi demontate foarte rapid; 4
DEZAVANTAJE: -dispozitivele acţionate pneumatic nu sunt silenţioase, în comparaţie cu cele acţionate hidraulic. -folosirea dispozitivelor acţionate pneumatic nu se justifică din punct de vedere economic decât pentru serii
mijlocii şi mari de fabricaţie -consum energetic ridicat datorită pierderilor de aer comprimat.din retea şi tehnologic
-există pericol de
coroziune care apare la sistemele acţionate pneumatic din cauza vaporilor de apă;
5
Schema de principiu a unei acctionari pneumatice.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
retea aer comprimat
1-acumulator 2-robinet 3-filtru cu ungator 4-regulator de presiune 5- manometru 67-Supapă de siguranţă 8-Supapă de sens unic
Fig. 1
9-Distribuitor 10-Motor pneumatic 11-Drosele
6
În construcţia de dospozitive de prindere se utilizează frecvent motoarele pneumatice liniare (MPL) şi motoarele pneumatice cu membrană. Caracteristicile motoarelor pneumatice
- caracteristici statice : presiune-debit; - caracteristici mecanice: forţă-viteză pentru MPL; Performanţele motoarelor pneumatice [ION] 2F
F
a
c
F
F
F
d
b
Fig. 2
7
Cele mai des întâlnite pneumatice liniare utilizate în acţionarea dispozitivelor de prindere sunt reprezentate în figura de mai sus. Funcţie de natura agentului care lucrează în cele două camere ale cilindrului MPL se clasifică în: - MPL cu acţiune simplă (simplu efect) la care readucerea la poziţia iniţială se face f ace pe cale nepneumatică (arc), fig. 2a - MPL cu acţiune dublă (dublu efect), fig. 2 b. Funcţie de tipul tijei pistonului: - MPL cu tijă bilaterală (fig. 2 d) - MPL cu tijă unilaterală (fig. 2a,b,c) Motor pneumatic pentru forţ e mari (fig. 2 c)
Fig. 3 Motor pneumatic cu membrană cu dublu efect
8
Fig. 4 Posibilităţi de montaj ale cilindrilor pneumatici.
9
10
Ac A c ţ ionarea i onarea pneumohidrostatica a dispozitivelor reprezintă modul de acţionare mecanizat prin care forţa de acţionare este realizată cu ajutorul aerului comprimat şi al uleiului mineral sub presiune ce lucrează în unităţi
pneumohidrostatice cunoscute sub denumirea de multiplicatoare ( amplificatoare) pneumohidrostatice. Energia aerului comprimat este utilizată pentru realizarea unui salt de la presiunea joasă a acestuia la presiunea înaltă a uleiului folosit în motorul hidraulic ce dezvolt voltă ă forţele ele de acţionare mult mai mari decât la acţi acţion onar area ea pneu pneuma matitică că în instalţii mai simple,mai ieftine şi care necesită un volum de ulei mult mai mic decât i n s t a l a ţ i i l e h i d r a u l i c e . .
11
7
8 1
•
6
pa
2 pu
5
3 pu
4
Fig.5 Schema de principiu al unui multiplicator pneumohidraulic
1-cilindru de joasă presiune 2-piston hidraulic 3-cilindru de inaltă presiune 4-conducte de ulei 5-motor hidraulic 6-tija motor hidraulic 7-semifabricat 8-distribuitor
12
Fig. 6 Acţionare pneumohidrostatică cu piston.
13
Multiplicatoarele pneumo hidrostatice pot fi: 1. Cu acţ iune iune directă ce asigură fixarea semifabricatelor într -o -o singură fază 2. Cu actiune succesivă ce asigură fixarea fixarea semifabricatelor semifabricatelor în două faze şi anume :fixare prealabilăcu o valoare mică a forţei de fixare şi fixare definitivă cu forţa de fixare necesară Din punct de vedere constructiv aceste multiplicatoare pot fi separate, ataşate, sau incluse în corpul dispozitivului sau pot fi cu piston sau cu membrană
b
a Fig. 7 [VAS]
c
14
15
16
[STĂ [S TĂ]] I. St Stăn ănes esccu şa. Dispozitive pentru maşini unelte. Proiectare, construcţie. E.T. E.T. Bucureşti, 1979 [ŢIP]] I.A.Ţiporin şa. Construcţia dispozitivelor pneumatice pneumatice şi hidraulice. hidraulice. E.T. E.T. Bucureşti, 1962
[VAS] S. Vasii-Roşculeţ şa. Proiectarea dispozitivelor. E.D.P. E.D.P. Bucureşti, 1982 [CAR] *** Jig and Fixtu Fixture re Handbook, Handbook, Carr Carr Lane Manuf. Co, third edition, edition, USA [ION] Fl. Ionescu şa. Mecanica fluidelor şi acţionăr i hidraulice şi pneumatice. E.D.P. E.D.P. Bucureşti, 1982 [OPR] A. Oprean. Hidraulica maşinilor unelte. EDP EDP.. Bucureşti, 1983
STAS ST AS 7145-* (corespunde ISO 1219- *) Semne convenţionale. Acţionări Acţionări hidrostatice şi pneumostatice STAS ST AS 6965/1-* (corespunde ISO 5598- *) Terminologie. Terminologie. Acţionări hidrostatice şi pneumostatice Documentaţie firme
[CAR]
Carr Lane Manuf. Co. USA, www.carlane.com
[ROE]
Roemheld Gmbh. Germania, www.roemheld.com
[PAR [P AR]]
Schr Sc hrae aede derr Be Bellllow ow,, US USA, A, www.parker.com
[SMC]
SMC, GB, www.smcpneumatics.co.uk 17
Dispozitivele de prindere cu sisteme hidraulice de fixare a semifabricatelor păstrează majoritatea avantajelor dispozitivelor acţionate pneumatic (vezi cursul Acţionarea pneumatică a dispozitivelor), la acestea adăugându-se alte avantaje care decurg din do două uă pr prop opri riet etăţ ăţii es esen enţiţial ale e: ule uleiul iul este prac practic tic incompresibil; presiunile de lucru sunt mult mai mari decât ale aerului comprimat (uzual se lucrează
cu ulei la 400 bar faţă de aerul comprimat care are 6 bar). - datorită presiunilor mari diametrele motoarelor de acţionare sunt mult mai mici, în consecinţă gabaritul dispozitivelor acţionate H este mai mic decât a celor acţionate P;
- din motivul expus mai sus, se elimină necesitatea utilizării unor amplificatori de forţă mecanici, fapt ce duce la mărirea compactităţii sistemelor de fixare, la simplificarea lor constructivă, la mărirea rigidităţii;
- controlabilitatea parametrilor uleiului este mai bună decât a aerului comprimat, de unde rezultă o controlabilitate superioară a forţelor aplicate, a timpilor de răspuns, transmiterea forţelor de strângere are
loc fă fără ră şo şocu curi ri (uleiul este practic incompresibil);
18
- ul ulei eiul ul asigură autom componente nentelor lor în mişcare din cir circui cuitul tul hidr hidrauli aulic, c, nu există automat at ung ungerea erea compo coroziunea care apare la sistemele acţionate P din cauza vaporilor de apă;
- forţele mari de fixare, gabaritul mic al sistemelor de strângere acţionate H fac posibilă plasarea pe acelaşi dispozitiv a mai multor semifabricate , fenomen avantajos dpdv economic;
- dacă mecanismele acţionate H au autofrânare, sau sistemul este prevăzut cu acumulatori H, motorul electric al unităţii de putere este conectat doar în perioadele când este necesară strângerea sau desfacerea semifabricatului, fapt care duce la reducerea consumurilor de curent electric ; - actualmente unităţile de putere H au dimensiuni mici, sunt compacte, putând fi plasate pe MU sau alături, montate şi demontate foarte rapid;
- dispozitivele acţionate H sunt silenţioase, în comparaţie cu cele acţionate pneumatic.
19
1. Presiuni de lucru ale uleiului [Car] :
- presiunea nominală ≈ 400 bar; - presiunea maximă (rezervă 25 %) < 500 bar; - presiunea minimă ≈ 100 bar. 2. Fluidul de lucru : ulei mineral pentru instalaţii hidrauluice STAS STAS 9506 -**;
3. Temperaturi de lucru (DIN ISO 1219): - temperatura mediului = -10 0 C ... 50 0 C; - temperatura uleiului = +10 0 C ... 60 0 C; - într-un sistem H închis la o variaţie de 1 F presiunea creşte cu ≈ 6 bar. Protecţia se realizează prin
supape de siguranţă. 4. Viteze admisibile ale pistonului motorului hidraulic liniar (DIN ISO 1219): 0.01 m/s … 0.25 m/s. 5. Sisteme de conectare a subsistemelor dispozitivului acţionate hidraulic: 5.1. Tubulatură plasată deasupra plăcii de bază a dispozitivului. 5.2. Tubulatură plasată dedesubtul plăcii de bază a dispozitivului. 5.3. Sisteme cu căi pentru uleiul hidraulic integrate în placa de bază a dispozitivului. 5.4. Sisteme cu căi pentru uleiul hidraulic integrate în placa de bază a dispozitivului şi alezaje pentru
instalarea modulelor.
20
6. Timpii de fixare [CAR]
Notaţii:
- t1: timp de expansiune a uleiului la presiune joas ă; - t2: timp de aplicare a forţei finale, uleiul este la presiune înaltă;
Timplu t1 se calculează în ipoteza că volumul de ulei necesar expansiunii fiecărui sistem al dispozitivului este cunoscut, deasemenea se cun cunoaş oaşte te şi debitul pompei. t 1
V l
[1]
d
Unde V este volumul de ulei cerut de toate sistemele dispozitivului, l este procentul din cursa totală acoperit în t1 (uzual 50%), d este debitul. Una din căile de reducere a t1 este de a plasa sistemle de fixare cât mai aproape de suprafeţele de strângere ale semifabricatului (V scade). apropiere iere este necesară pomparea unui volum suplimentar de ulei După ce se efectuează cursa de aprop pentru a se atinge presiunea nominală de lucru. Timpul asociat, t2 depinde de: compresibilitatea uleiului (4% la o presiune de 500 bar); de expansiunea conductelor (0.05 mm/1m); volumul de încărcat în acumulator (da (dacă că ex exist istă) ă). Relaţia de calcul este similară rel. 1. Pentru a reduce timpul de fixare se setează presiunea de declanşare a supapei de succesiune la o valoare cât mai mică posibil. Dacă sunt mai multe supape de succesiune se set seteaz ează ă dif difere erenţe nţele le de presiune la valori minime (vezi fig. 12). 21
7. Schema de principiu a unei acctionari hidraulice. Componente specifice ale ac ţionării hidrostatice a dispozitivelor de prindere
Fig. 6
Fig. 7
Supape normal închise (SNI fig. 6a), supape normal deschise (SND fig. 6b). SNI se folosesc ca supape de siguranţă (supape maximale, vezi schema din fig. 7a) unde se utilizează pentru protecţia sistemului la suprapresiuni. SNI din fig. 7b se foloseşte ca protecţie a sistemului H şi la menţinerea în circuit a unei anumite presiuni constante advând rolul de supapă de deversare.
22
trea eacă că într-un singur sens. Se montează Supape de sens unic (unisens SR) sunt SNI care au rolul de a permite fluidului să tr
pe conducta de aspiraţie sau de refulare în imediata apropiere a pompei, pentru a nu permite sistemului H să se golească de fluid în timpul opririi pompei. Lipsa supapei de reţinere poate duce la dezamorsarea pompei dacă acesta este plasată deasupra nivelului fluidului din rezervor. SR funcţionează tot timpul, deci introduc o rezistenţă H, care trebuie să fie cât mai mică. const nstruc rucţie ţie si simil milară ară SR şi se folosesc pentru crearea unei contrapresiuni pe Supape de contrapresiune (SCP) au o co conducta de evacuare, cu efecte benefice asupra mişcării uniforme a motorului
Fig. 9b [CAR]
Supa Su pape pele le
unis un isen ens s
pilo pi lota tate te
permit
menţinerea
strângerii
semifabricatului chiar dac dacă ă por porţiu ţiunea nea din circuitul H între unitatea de putere şi
dispoz dis poziti itivul vul de pri prinde ndere re pie pierde rde pre presi siune une din ca cauza uza une uneii defecţiuni.
Supapa menţine presiunea din circuitul H din aval până la o comanda prin linia pilot care o deschide. Fig. 9a
23
În construcţia dispozitivelor de prindere se utilizează reazeme suplimentare care rigidizează semifabricate strângând pe acee aceeaşi aşi direc direcţie ţie cu do două uă fo forţ rţe e egale şi opuse. Dacă strângerea se face cu doi cilindri H plasaţi în opo opozi ziţie ţie şi nu se prevăd supape unisens pilotate sistemul nu va funcţiona deoarece la împingerea pe o direcţie nu se opune nici o rezistenţă. Obs. Comanda pilotată (comanda indirectă): poziţia elementului mobil este determinată de modificarea presiunii de comandă pe un element suplimentar (pilot de comandă)
Fig. 9c
24
Supape de reducţie (SRE, vezi fig, 10 ) sunt supape de reglare normal deschise cu drenaj extern, reglează presiunea în aval
la o presiune mai mică sau cel mult egală cu cea din amonte. multiplicarea directă a presiunii presiunii uleiului dintr -un circuit primar (joasă Multiplicator de presiune H (MuH) – efectuează multiplicarea
presiune) într-unul secundar (presiune înaltă). MuH permit utilizarea uleiului la presiune joasă din circuitul MU şi amplifică presiunea pentru necesităţile dispozitivului dispozitivului de prindere.MuH nu este destinat şi furnizării de debit ci doar doa r are rolul de multiplicare a presiunii, deci intră în acţiune numai după de organul de lucru a atins semifabricatul şi mişcarea a încetat. Notaţii
- D1, p1, c1 - diametrul pistonului, presiunea, cursa pistonului din circuitul primar - D2, p2, c2 - diametrul pistonului, presiunea, cursa pistonului din circuitul secundar - ip- factorul de amplificare a presiunii
Fig. 11a
1
p1
D12 4
p2
D22 4
; i p
D 1 p1 D2
p2
ic i p
2
iar raportul de transmitere a curselor:
Fapt ce arg argume umente nteză ză obs observ ervaţi aţi de mai sus referitoare la utilizarea multiplicatorului doar în faza statică, volumul de ulei disponibi disp onibill în multi multiplic plicator ator treb trebuie uie să acopere compresibilitatea uleiului ≈ 1% la p=15 p=1500 bar bar,, şi deformarea elastică a conductelor ≈ 1cm3 la 1 m liniar de conductă la p=100 bar. Supape de succesiune (SSU) sunt supape de reglare normal închise cu orificiul de ieşire legat la circuitul de presiune
(la consumator), reglează presiunea în amonte .
25
Drosele
a. Drosel pe conducta de intrare a MH: fluidul care ajunge la MH are pierderi, fluidul f luidul se încălzeşte, fapt ce ce generază alte
pierderi în MH. b. Drosel pe conducta de evacuare: se elimină
dezavantajele de la montajul a. c. Drosel în derivaţie: faţă
de b are un randament superior.
Fig 12 [ION]
Locul de montare a droselului
Releul de presiune (presostat) conţine un contact electric acţionat la atingerea unei valori prereglate a presiunii de
intrare. Acesta poate fi folosit în dou două ă sit situaţ uaţiiii: la scăderea presiunii sub un prag (fenomen apărut de exemplu la pierderi mari de ulei cauzate de spargerea unei conducte, distrugerea unei etanşări) presostatul decuplează electric pompa; când se lucrează cu acumulator presostatul deconectează pompa dacă s-a atins presiunea nominală de lucru. 26
Acumulatorul hidraulic (AH) este un rezervor de energie hidro hidrostati statică că şi are următo următoarle arle funcţi funcţiii: - asigură energia H pentru o periad periadă ă scurt scurtă ă de timp în cazul căderii pompei; - din considerente economice, când apar vârfuri de consum de scu scurtă rtă dur durată ată (vezi fig 13) a dimensiona pompa pentru a furniza debitul maxim este neeconomic; - din motive funcţionale: AH asociat cu orificii de laminare este un amortizor eficient contra vibraţiilor conductelor, vibraţiilor pompei etc. Unităţi hidrostatice de putere (UHP*)
Alimentarea cu agent fluidic se face de la o unitate de putere compactă, car aree se instalează în pro proxim ximita itatea tea dispozitivului, şi care poate furniza uzual presiuni p [100 ... 500 bar] şi debitele necesare aplicaţiilor tip dis dispoz poziti itivv de prindere. prin dere. Se urilizează cur curent ent tre treii var varian iante te de unităţi de pute pu tere re:: cu acţio acţionare nare elec electrică trică (UHPE), cu acţionare pneumatică (UHPP) şi mai rar manuală (UHPM). Acestea
câte te o pompă, rezervor, aparatură de co contr ntrol ol şi conţin câ sigu si gura ranţ nţă ă şi au capacitatea de a alimenta dispozitive care utilizează motoare hidraulice cu simplu sau dublu efect, unul
sau mai multe dispozitive plasate pe plăci de bază diferite, sau pe o sin singur gură ă pla placă că. Fig. 13 [ION]
27
În construcţia de dospozitive de prindere se utilizează frecvent motoa motoarele rele hidrau hidraulice lice liniar liniare e (MHL) şi rar motoarele doreşte te obţi obţinerea nerea unei mişcări de rotaţie, de obicei se utili utilizeaz zează ă solu soluţia ţia MHLhidraulice de rotaţie (MHR) cu paletă. Când se doreş
mecanism de transformare R-T R-T.. Caracteristicile motoarelor hidraulice [ION]
- caracteristici statice H: presiune-debit; - caracteristici mecanice: forţă-viteză pentru MHL, cuplu-vite viteză ză unghi unghiulară ulară pentru MHR; - caracteristici de pierderi mecanice, hidraulice ( pentru Φ<32 mm pierderi ulei <= 0.35 cm 3 pentru 1000 cicluri la cursă de 100 mm, pentru Φ>40 mm pierderi ulei <= 0.7 cm 3 în acele aceleaşi aşi condiţ condiţiiii ) Performanţele motoarelor hidraulice [ION] - precizia de deplasare a elementului efector al MH, element de performanţă important pentru sistemele cu reacţie
(feedback) de poziţie; - frecvenţa de acţio acţionare nare limit limită ă: frecvenţa proprie a elementului acţionat pentru care se obţine o viteză de răs răspun punss dat dată ă în condiţii impuse apriori. MH trebuie să ai aibă bă o frecvenţă proprie mai mare cu 2 ... 3 Hz decât frecvenţa elementului acţionat;
- performanţele tranzitorii; - stabilitatea st stat atic ică ă şi di dina nami mică că: stabilitatea statică-capacitatea MH de a restabili un nou regim staţionar la modificare forşei sau cuplului rezistent în condiţiile în care timpul nevând un rol importnat; stabilitatea dinamică : ... timpul având un rol
important. Performanţele de mai sus sunt realizate de către MH integrat în toa toată tă ins instal talaţi aţia a hid hidrau raulic lică ă.
28
Fig. 14 [ION] Cele mai des întâlnite MHL (cilindri hidraulici) utilizate în acţionarea dispozitivelor de prindere sunt reprezentate reprezentate în figura de mai sus. Funcţie de natura agentului care lucrează în cele două camere ale cilindrului MHL se clasifică în: - MHL cu acţiune simplă (simplu efect) la care readucerea la poziţia iniţială se face pe cale nehidraulică (mecanică-arc, pneumatică ), fig. 13 c (cilindru cu poiston) şi d (cilindru plonjor sau cilindru cu plunjer); - MHL cu acţiune dublă, fig. 13 a şi b. Funcţie de tipul tijei pistonului: - MHL cu tijă tijă bilaterală (fig. 13 a) la care S1=S2 şi V1=V2; - MHL cu tijă unilaterală (fig. 13 b cilindru diferenţ ial) ial) la care S1≠S ≠S2 2 şi V1 ≠ V2;
29
MOTOARE HIDRAULICE CU SIMPLU EFECT VERSUS CU DUBLU EFECT
În majoritatea cazurilor sunt raţionale pentru acţionarea dispozitvelor motoarele hidraulice cu simplu efect deoarece cele cu dublu efect sunt mai complicate, mai scumpe plus tubul tubulatură atură dublă. La motoarele hidraulice cu piston, cu simpl ă acţiune există riscul să pă pătr trun undă dă în camera cu arc lichide de răcire ungere utilizate la aşchire, unele fiind agresive chimic. Motoarele H cu dublu efect se uti utiliz lizeaz ează ă dac dacă ă: - acţio acţionează nează lanţu lanţuri ri cinematice care opun rezist rezistenţă enţă apreci apreciabilă abilă la cursa de întoarcere; - la dispozitive de gabarit mare, la care dacă s-ar utiliza motoare cu simplu efect viteza de întoarcere ar fi puternic influenţată de forţele de frecare, vâscozitatea uleiului; - la dispozitive de prindere automate la care este importantă sincronizarea acţiunii componentelor. TIPURI DE MOTOARE LINIARE HIDROSTA HIDROSTATICE TICE
1. Motor liniar H, cu piston, cu dublă acţiune, fără amortizare la capete de cursă, cu
corp filetat în capace. p=200 bar; vmax=0.5 m/s;F1=9.8 ... 100.5 KN; F2=5.7 ... 61.2 KN. Fig. 15 [ION]
30
2. Motor liniar H, cu piston, cu dublă acţiune, cu amortizare la ambele capete de cursă , cu corp filetat în
Fig. 16 [ION]
capace. p=200 bar; vmax=0.5 m/s; F1=9.8 ... 100.5 KN; F2=5.7 ... 61.2 KN.
SOLUŢIA CONSTRUCTIVĂ DE FRÂNARE A PISTONULUI LA CAPĂT DE CURSĂ
Fig. 17
31
