16
Cap. VII MOTOARE HIDRAULICE 7.1. Generalităţi, clasificare Motoarele hidraulice realizează transformarea energiei potenţiale a lichidului, de putere N H = p ·Q, în putere mecanică, acţionând direct, sau prin intermediul unei transmisii mecanice, organul de execuţie. După caracteristicile energiei mecanice furnizate, motoarele pot fi cu mişcare de rotaţie sau cu mişcare de translaţie. Motoarele cu mişcare de rotaţie asigură un moment M la o viteză unghiulară şi pot fi cu mişcare de rotaţie continuă sau de tip oscilant. Motoarele cu mişcare de translaţie (cilindri hidraulici sau motoare hidraulice liniare) asigură o forţă F pentru o viteză liniară v. Simbolizarea motoarelor hidraulice este prezentată în tabelul 5.1. 7.2. Motoare hidraulice rotative În general toate pompele hidraulice descrise în capitolul 6 pot funcţiona teoretic ca motoare dacă sunt alimentate cu ulei sub presiune. În acţionarea hidraulică sunt utilizate în special motoare de turaţii medii şi înalte (clasice) care provin din pompele hidraulice cu pistoane axiale, radiale şi cu angrenaje. Sunt utilizate deasemenea construcţii speciale cu performanţe deosebite, respectiv motoare de turaţii joase şi motoare de poziţionare. Din categoria motoarelor hidraulice rotative de construcţie specială fac parte motoarele de tip HARTMAN, ROLLSTAR, DONZELLI, HYDROMATIC, motoare pas cu pas, motoare de turaţii joase DANFOSS. Motoarele DANFOSS, figura 7.1, realizează o mişcare de rotaţie stabilă între 10 şi 1500 [rot/min]. Rotorul 2, cu 9 lobi cu profil cicloidal, angrenează cei 10 dinţi conjugaţi de pe statorul 1.

2 Motoare hidraulice

  • Upload
    issza

  • View
    2.803

  • Download
    20

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2 Motoare hidraulice

Cap. VII

MOTOARE HIDRAULICE

7.1. Generalităţi, clasificareMotoarele hidraulice realizează transformarea energiei potenţiale a lichidului, de putere NH = p ·Q, în putere

mecanică, acţionând direct, sau prin intermediul unei transmisii mecanice, organul de execuţie.După caracteristicile energiei mecanice furnizate, motoarele pot fi cu mişcare de rotaţie sau cu mişcare de

translaţie.Motoarele cu mişcare de rotaţie asigură un moment M la o viteză unghiulară şi pot fi cu mişcare de rotaţie

continuă sau de tip oscilant.Motoarele cu mişcare de translaţie (cilindri hidraulici sau motoare hidraulice liniare) asigură o forţă F pentru o

viteză liniară v.Simbolizarea motoarelor hidraulice este prezentată în tabelul 5.1.

7.2. Motoare hidraulice rotativeÎn general toate pompele hidraulice descrise în capitolul 6 pot funcţiona teoretic ca motoare dacă sunt

alimentate cu ulei sub presiune.În acţionarea hidraulică sunt utilizate în special motoare de turaţii medii şi înalte (clasice) care provin din

pompele hidraulice cu pistoane axiale, radiale şi cu angrenaje.Sunt utilizate deasemenea construcţii speciale cu performanţe deosebite, respectiv motoare de turaţii joase şi

motoare de poziţionare.Din categoria motoarelor hidraulice rotative de construcţie specială fac parte motoarele de tip HARTMAN,

ROLLSTAR, DONZELLI, HYDROMATIC, motoare pas cu pas, motoare de turaţii joase DANFOSS.Motoarele DANFOSS, figura 7.1, realizează o mişcare de rotaţie stabilă între 10 şi 1500 [rot/min]. Rotorul 2,

cu 9 lobi cu profil cicloidal, angrenează cei 10 dinţi conjugaţi de pe statorul 1.

Figura 7.1. Motoare de turaţie joasă de tip DANFOSS

Page 2: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

7.3. Motoare hidraulice cu mişcare de translaţie7.3.1. Clasificarea motoarelor hidraulice cu mişcare de translaţieÎn figura 7.2 este prezentată o clasificare a motoarelor cu mişcare de translaţie (cilindri hidraulici).

Figura 7.2 Clasificarea motoarelor hidraulice cu mişcare de translaţie

Cilindrii hidraulici sunt utilizaţi în acţionarea hidraulică pentru realizarea mişcării de translaţie, cât şi în combinaţii mecanice de transformare, pentru mişcări de rotaţie.

7.3.2. Construcţia cilindrilor hidrauliciÎn figura 7.3 sunt prezentate două tipuri constructive de cilindri hidraulici cu piston, respectiv cilindrul

nediferenţial (S1 = S2) figura 7.3 a şi cilindrul diferenţial (S1 S2) figura 7.3 b . Principalele elemente constructive sunt cilindrul 1, pistonul 2, tija 3, capacul 4, etanşarea tijei 5, etanşarea pistonului 6, etanşarea capacului 7, prinderea tijei 8.

96

Page 3: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

Figura 7.3 a, b Cilindru hidraulic. a) nediferenţial ; b) diferenţial

Cilindrii cu plunjer etanşează organul motor (tija) în ghidaj spre camera de unică presiune.Cilindrii telescopici, figura 7.4, sunt formaţi dintr-un multiplu de plunjere concentrice care, în funcţionare, se

desfăşoară progresiv de la diametrele mari spre cele mici datorită creşterii în trepte a presiunilor necesare pentru a deplasa aceeaşi sarcină prin acţiunea lichidului asupra unor suprafeţe active mereu mai mici.

Figura 7.4 Cilindru telescopic pentru viteza constantă

În figurile 7.5, 7.6 şi 7.7 sunt prezentate trei secţiuni corespunzătoare unor cilindri hidraulici în care sunt puse în evidenţă principalele elemente constructive.

97

Page 4: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

Figura 7.5 Cilindru hidraulic diferenţial. 1- corpul cilindrului; 2- piston; 3 - tijă; 4- capac; 5- garnitură de etanşare a tijei; 6- garnitură de etanşare a

pistonului; 7- garnitură de etanşare capac; 8- filet pentru prinderea tijei; 9- filet pentru fixarea cilindrului

Figura 7.6 Cilindru hidraulic cu alimentare prin capac

Figura 7.7 Cilindru hidraulic cu alimentare prin tijă

Alimentarea cu lichid hidraulic se realizează prin găuri practicate în cilindru, figura 7.5 sau în capace, figura 7.6. Pentru varianta prezentată în figura 7.7, alimentarea motorului se realizează prin ţeava 2 din interiorul tijei 3, iar partea din dreapta prin spaţiul 1, cuprins între ţeava 2 şi tija 3.

Cilindrii cu piston pot fi executaţi în varianta fără frânare la capăt de cursă sau în varianta cu frânare la un capăt de cursă, figura 7.8 a, sau cu frânare la ambele capete, figura 7.8 b.

În figura 7.8 a este prezentată soluţia constructivă a unei părţi dintr-un motor cu frânarea pistonului şi a organului antrenat la capăt de cursă, pentru a se evita astfel ciocnirea repetată a pistonului de capac şi consecinţele sale, de natură hidraulică sau mecanică.

98

Page 5: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

Figura 7.8 a, b Cilindrii cu piston cu frânare la capăt de cursă

Când cepul 1 al pistonului intră în alezajul 2, fluidul este mai întâi droselizat prin spaţiul de control în scădere, dintre partea conică a cepului şi alezaj (porţiunea A – B), după care evacuarea lichidului din camera 3 către instalaţie nu se mai poate face decât prin droselul cu ac 4 reglat corespunzător vitezei ce se doreşte a fi obţinută (porţiunea B – O). La deplasarea motorului în sens invers, alimentarea cu fluid se face prin supapa 5 şi alezajul 2.

În figura 7.8 b, este reprezentată schematic soluţia constructivă descrisă mai sus, realizată însă la ambele capete ale motorului.

7.3.3. Calculul de proiectare al cilindrilor hidrauliciÎn acţionările hidraulice se folosesc în special cilindri hidraulici din seria uşoară care lucrează la presiuni

nominale pn = 6,3 MPa.În tabelul 7.1 sunt prezentaţi principalii parametri funcţionaliEtapele de dimensionare şi soluţiile de proiectare sunt elaborate în conformitate cu STAS 8535 – 83.

Tabelul 7.1.Nrcrt

Denumirea parametrului funcţional Simbol Unitatea de măsură

1Presiunea nominală

Pn , bar

2

Dimensiuni principale- diametrul pistonului (suprafaţa)- diametrul tijei (suprafaţa)- raportul suprafeţelor active ale pistonului

pentru cilindrii diferenţiali- cursa totală a pistonului

D (S)d (s)

L

mm (mm2)mm (mm2)

-mm

3 Forţa nominală de împingere F daN

4 Viteza medie a pistonului (Debitul) v (Q)

5 Randamentul total %6 Masa cilindrului m kg

Parametrii principali ai cilindrilor hidraulici sunt:pn - presiunea nominală;

99

Page 6: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

D - alezajul nominal.Dimensionarea cilindrului constă în determinarea alezajului nominal D, respectiv a debitului Q necesar pentru

a realiza deplasarea pistonului cu viteza v impusă.Datele iniţiale de proiectare sunt:Fm [daN] – forţa necesară deplasării organului mobil; p [MPa] – presiunea nominală de lucru;v [m / min] – viteza de deplasare a pistonului;M [kg] – masa organelor care trebuiesc deplasate.a. Calculul preliminar al forţei de împingere, FForţa de împingere este o mărime care rezultă din presiune şi suprafaţa activă a pistonului şi este determinată

de suma forţelor rezistente pe care trebuie să le învingă pistonul în deplasarea sa.

F = pn sn Fm + Ff + Fa + Fc (7.1.)

Fm – forţa necesară pentru deplasarea organului mobil;Ff – forţele de frecare dintre organele cilindrului. Ele sunt provocate, de obicei, de frecările dintre piston şi

cilindru şi dintre tijă şi garniturile de etanşare din capac. Pentru calculul preliminar se consideră Ff = 0,25 Fm.Fa = a M – forţele de inerţie produse de masele în mişcare ale sistemului, reduse la tija cilindrului, în care a –

acceleraţia pieselor în mişcare şi M – suma maselor pieselor în mişcare. Pentru determinarea acceleraţiei pieselor aflate în mişcare este necesar să se cunoască modul de variaţie a vitezelor. În cazul deplasării rectilinii, variaţia vitezei de demarare este de obicei parabolică. Acceleraţia la pornire este:

(7.2)

în care t [s] – timpul de demarare (se adoptă în funcţie de viteza de deplasare a organului mobil);v max [m/s] – se adoptă conform tabelului 7.2.

Tabelul 7.2.V[m/min] 2 5 10 15 20 25 30

t [s] 0,05 0,08 0,1 0,15 0,25 0,35 0,5

Fc [N] – forţa datorată compresiunii lichidului, pe faţa opusă sensului de deplasare al pistonului, în conducta de întoarcere a lichidului în rezervor. Aceasta se determină în funcţie de parametrii circuitului hidraulic:

Fc = p Sc (7.3.)în care: p [MPa] – căderea de presiune pe circuitul de intrare la rezervor; Sc [m2] – secţiunea efectivă a cilindrului în partea opusă suprafeţei active.

Căderea de presiune se alege p=0,31 [Mpa] şi este în funcţie de viteza de curgere a uleiului şi de rezistenţele din circuit.

Secţiunea Sc în partea opusă suprafeţei active se determină cu relaţia:

(7.4)

Cu aceste valori ale forţelor rezistente se calculează forţa de împingere F.b. Calculul secţiunii cilindruluiSecţiunea cilindrului (alezajul) se calculează în funcţie de modul de lucru a tijei.1) În cazul când tija lucrează la compresiune, secţiunea cilindrului este dată de relaţia:

(7.5)

2) În cazul când tija lucrează la întindere, secţiunea cilindrului rezultă din relaţia:

(7.6)

Pentru determinarea secţiunii cilindrului S se foloseşte relaţia:

100

Page 7: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

(7.7)

Valorile coeficientului se adoptă în funcţie de grosimea tijei: = 1,12 – tije subţiri = 1,14 1,16 – tije groase = 2 – tije foarte groaseÎnlocuind, se obţine secţiunea cilindrului:

(7.8)

După obţinerea valorilor pentru secţiunea cilindrului S, se determină diametrul D .

[mm] (7.9)

Mărimea alezajului D astfel determinat se rotunjeşte la una din valorile prezentate în următorul şir de mărimi normalizate

D 30, 32, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 701, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 140, 150

c. Calculul diametrului tijeiSecţiunea s a tijei se calculează din relaţia 7.7, în care valoarea (raportul secţiunilor) se adoptă în funcţie de

grosimea tijei.Se determină diametrul tijei d.

(7.10)

Valoarea d astfel obţinută se rotunjeşte la una din următoarele mărimi normalizate: d 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 35, 38, 40, 45, 48, 50, 55, 60, 65, 70.

d. Calculul debitului necesar.Debitul de alimentare se calculează pentru:1) cazul în care tija lucrează la compresiune:

(7.11)

2) cazul în care tija lucrează la întindere:

(7.12)

în care : S, s [cm2] – secţiunile transversale ale cilindrului, respectiv ale tijei, recalculate după adoptarea diametrelor

normalizatev [cm/min ] – viteza de deplasare v = 0,95 0,995 – randamentul volumic al cilindrului e. Dimensionarea orificiilor de alimentare a cilindrilorCilindrii se racordează la instalaţie prin racorduri normalizate, tipul constructiv al acestora fiind în funcţie de

condiţiile de montaj.Dimensionarea orificiilor de alimentare se face pornindu-se de la condiţia ca viteza medie de curgere prin

racordul adoptat să fie vm = 3 3,5 [m/s].

Secţiunea necesară se calculează din ecuaţia de continuitate a debitului:

Q = S0 vm [cm3/s] (7.13)Se determină diametrul:

101

Page 8: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

(7.14)

Valoarea calculată se rontujeşte la diametrul imediat superior din seria normalizată: DN4, DN6, DN10, DN12, DN16, DN20.

f. Condiţii tehniceJocul J între piston şi cilindru se stabileşte în funcţie de diametrul cilindrului, astfel:J = 0,07 [mm]pentru D 70 J = 0,1 [mm] pentru D = 70 120 J = 0,15 [mm] pentru D > 120 Diametrul D1 (figura 7.9) se va alege din seria diametrelor normalizate în funcţie de diametrul D al cilindrului

şi eforturile la strivire date de forţa de împingere F.Piuliţa 2 (figura 7.10) se alege din norma de piuliţe autoblocante sau piuliţe cu sistem de blocare.

102

Figura 7.9 Construcţia flanşelor de capăt

Page 9: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

La ambele capete ale cilindrului se prevede un trunchi de con de angajare cu panta de 15o pe o lungime a minim de 3 mm.

g. Construcţia şi etanşarea tijei (figura 7.11)Locaşurile pentru garnitura de etanşare şi manşete Raclor se vor proiecta ţinându-se seama de cotele

elementelor de etanşare.Jocul j între poziţia 3 şi 1 trebuie să fie cuprinsă între 0,5 – 1 mm.Bucşa 2 se realizează din material cu proprietăţi antifricţiune (Bz14T sau BZA110) se recomandă lungimea L a

bucşei de ghidare ca să fie cel puţin (1-1,5) d, pentru a se asigura o ghidare bună a tijei.Construcţia flanşei 3 este funcţie de gabaritul care îl avem la dispoziţie şi diametrul cilindrului.

h. Construcţia flanşelor de capăt (figura 7.9)

103

Figura 7.11 Ansamblu tijă - capac

Figura 7.10 Ansamblul tijă - piston

Page 10: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

Prinderea ansamblului capac-cilindru depinde de lungimea cilindrului şi de condiţiile de montaj existente. De la caz la caz se va alege una din cele două soluţii figura 7.9 a şi figura 7.9 b). În primul caz se prezintă soluţia cu prindere pe filet, în care capacul 1 se înfiletează în corpul cilindrului 3, etanşarea realizându-se cu un inel O (4) şi garnitura metalică 2. În cazul al doilea se prezintă soluţia de fixarea capacului cu tiranţi. Tirantul 2 (tija filetată la ambele capete) fixează ambele capace ale cilindrului cu ajutorul piuliţelor, etanşarea realizându-se cu un inel O. În ambele cazuri se prevede teşirea capătului cilindrului pe lungimea de 3 mm şi înclinaţie 15o.

i. Construcţia ansamblului tijă-piston (figura 7.10)Ansamblul tijă-piston poate fi realizat în funcţie de modul de etanşare a pistonului, de posibilităţile

tehnologice, de tipul tijei, (unilaterală sau bilaterală). Soluţia aleasă prezentată în figura 7.10 este realizată cu etanşarea pistonului pe manşete V, fixarea acestora pe pistonul 3 făcându-se cu ajutorul flanşelor 4 a căror strângere pe tija 5 este asigurată de piuliţa 2 prevăzută cu element de blocare pe filet.

În figura 7.12 se prezintă o schemă de comandă cu distribuitor pentru un cilindru hidraulic diferenţial.

Figura 7.12 Schema de comandă a unui cilindru diferenţialÎn tabelul 7.3 este prezentat un extras din catalogul de elemente de etanşare pentru mişcări de translaţie. În figura 7.13 este prezentat un motor pentru acţionări de rotaţie. Mişcarea pistonului mobil, cuplat cu o

cremalieră, este transmisă la un pinion.

Tabelul 7.3

7.4. Motoare hidraulice pentru mişcări oscilante

În figura 7.13 este prezentat un motor pentru acţionări de rotaţie.

104

Page 11: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

7.3.4. Motoare oscilanteÎn figura 7.13 este prezentat un motor pentru acţionări de rotaţie. Mişcarea pistonului mobil, cuplat cu o

cremalieră, este transmisă la un pinion.

Figura 7.13 Motor pentru mişcări de rotaţie

105

Page 12: 2 Motoare hidraulice

ACŢIONAREA HIDRAULICĂ A MAŞINILOR UNELTECapitolul VII

În figura 7.14 sunt prezentate două motoare cu mişcare primară de rotaţie, respectiv motor cu paletă cu un unghi de rotaţie 180o şi respectiv > 180o

Figura 7.14 Motoare cu mişcare primară de rotaţie

Forţa hidrostatică pe paletă are valoarea:

(7.15)

în care: b – lăţimea paletei; pa – presiunea de alimentare; pc – contrapresiunea.Punctul de aplicaţie a forţei se găseşte la distanţa faţă de axa de rotaţie:

(7.16)

Momentul motor teoretic la arbore este:

(7.17)

Viteza tangenţială a paletei la rază R este u = R, iar debitul de alimentare

(7.18)

Pentru un debit de alimentare impus, viteza unghiulară a paletei este:

(7.19)

Pentru calculul momentului real, se corectează valoarea momentului teoretic cu randamentul mecanohidraulic a motorului.

106