Cilindri Hidraulici

Cilindrii hidraulici14.1 Notiuni generale Definitie : Cilindrii sunt motoare liniare. Acestia constituie un mijloc extrem de simplu pentru transformarea miscarii rotative de la sursa de putere ( pompa - motor electric) in miscare liniara, cu viteza controlata si eforturi ridicate.Principalii constructori de cilindrii, propun o serie standard, o gama de cilindrii cu diametrul cuprins intre 30 si 300 mm, pentru presiuni nominale pana la 300 bar, corespunzand unei incarcari maxime de 300.000 daN.Cateva firme sunt echipate pentru producerea unor cilindrii cu diametru de pana la 1 m si curse de pana la 10 m.Domeniile de aplicare a cilindrilor hidraulici sunt extrem de intinse.Alegerea unui cilindru este direct legata de aplicatia avuta. 14.2 Clasificarea cilindrilorCilindrii se clasifica astfel: Cilindrii cu simplu efect Fig.1 Cilindrii cu dublu efect, care pot fi:- cu tija simpla

- cu tija dubla

Cilindrii diferentialia) Simplu efectb) Dublu efect si tija simplac) Dublu efect utilizat ca simplu efect

d) Dublu efect si tija dublae) Dublu efect alimentat prin tija

f) Dublu efect cu doua viteze

g) Simplu efect, telescopic

14.2.1 Cilindrii CNOMOCilindrii CNOMO raspund recomandarilor facute de Comitetul de Normalizare pentru masini unelte utilizate in industria de automobile.Acesti cilindrii inlocuiesc cilindrii corespondenti mentionati in normele AFNOR.Aceste doua tipuri de cilindrii au dimensiuni identice: alezaje, fixari, curse, ceea ce permit in cazul unor defectiuni interschimbabilitatea rapida. Gama de alezaje (in mm) este: 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160. Presiunea maxima de lucru: 160 bar. In functie de diametru, cursele sunt intre 30 si 1000 mm. Gama de temperaturi: de la - 10 la + 90C.Codificarea acestora se face dupa norma NF E 48 031 si cuprinde , in ordine, urmatoarele caracteristici:1. seria careia ii apartine cilindrul (presiunea, cu tija simpla sau dubla);2. alezajul (in mm);3. diametrul tijei pistonului;4. tipul de fixare;5. conditii de utilizare;6. etanseitatea pistonului;7. etanseitatea tijei;8. amortizarea;9. orificii si tipuri de filete;10. cursa pistonului (in mm);11. extremitatea tijei;12. pozitia orificiilor;13. pozitia de fixare;14. alte optiuni speciale Fixarea: cilindrii sunt interschimbabilisi pentru fixarea lor se utilizeaza tiranti.Asa cum apare si in figurile de mai jos, distingem:- cu placa de fixare in fata sau in spate;- fixarea cu vincluri in fata si in spate;- fixarea vu articulatii in partea din spate;- fixare cu pivoti.Normele NF E 48 501 si 502 precizeaza extremitatile tijei pistonului (cu rotula si capacul corespunzator).

Fig.2Componenta unui cilindru CNOMO:01 =garnitura raclor la tija02 =garnitura de etanseitate la tija03 =garnitura de ghidare04 = cartus de ghidare in partea din fata din fonta05 =garnituri pe partea de alimentare06 =garnituri in partea din fund (spate) a cilindrului07 = garnituri cu buze pe piston08 = bride de alimentare din otel zincat negru09 = inel de amortizare inainte10 =clapeta de amortizre in spate, din bronz11 =inel de oprire a clapetei12 =clapeta de amortizare in fata, din bronz13 =inel de oprire a clapetei14 =segmenti metalici15 =tiranti pentru asamblare16 =tija din otel17 =flansa din fata din otel zincat negru18 = cilindru din otel A56, protejat la exterior prin vopsire19 =piston prevazut cu segmenti20 =piston prevazut cu garnituri cu buze21 =flansa din spate din otel zincat negruFig.314.2.2 Cilindrii specialia) Cilindrii pentru presiuni inalte de 500 - 600 bar . Acestia echipeaza presele hidraulice.b) Cilindrii utilizati in special pe masini unelte. Acestia pot fi:- cu tija simpla si perforata; in acest caz corpul este cel care se deplaseaza.- cu tija dubla; lungimea unui cilindru cu tija dubla perforata este mult mai mic in raport cu lungimea unui cilindru clasic.

Fig.4c) Cilindrii telescopici. Acestia pot fi:- Cu simplu efect, au o singura alimentare cu ulei, returul prin incarcare exterioara. Iesirea tijelor pistoanelor se face pas cu pas. Astfel, la alimentarea cu ulei acesta actioneaza asupra suprafetei de sectiune S1 (cea mai mare), ducand la iesirea primului piston. La finalul cursei primului piston, uleiul va actiona asupra suprafetei S2, ducand la iesirea celui de-al doilea piston. Returul se realizeaza prin incarcarea exterioara.- Cu dublu efect, cand pentru retur nu este necesara o incarcare exterioara.

Fig.514.2.3 Cilindrii rotativi ( sau motoare oscilante )a) Cu cremalieraAcestia realizeaza o miscare unghiulara (rotatie de la 45 la 360) cu cupluri variabile in functie de presiunea de alimentare. Ei sunt caracterizati prin: Tipul lor, Cuplul pentru o presiune data, Unghiul de rotatie.

b) Cu palete Cu o paleta, rotire unghiulara de max 280 Cu doua palete, rotire unghiulara de max 100 Fig.7Cuplul obtinut este proportional cu presiunea si cu supafata paletelor. Viteza de rotatie este in functie de debit.In sectiunea prin cilindrul rotativ cu doua palete avem:1 = corp din fonta2 = suporturi din otel cu garnituri3 = palete cu canale de comunicatii , solidare cu arborele de antrenare.Doua flanse port-paliere inchid acest ansamblu.Functionare:Daca uleiul sub presiune intra prin orificiul O, el actioneaza asupra suprafetelor paletelor in 4 si 5. camerele 6 si 7 sunt unite de rezervor prin orificiul O1. Arborele de antrenare se roteste in sens orar. Daca O1 este alimentata de ulei sub presiune se inverseaza sensul de rotatie al arborelui.O blocare pe pozitie poate fi obtinuta.Utilizare:Pentru toate miscarile unghiulare rotative.14.3 Montarea cilindrilor14.3.1 Montarea cilindrilor in paralelIntrarea si iesirea in fiecare dintre cilindrii este realizata prin aceiasi conducta de intrare A si de iesre B.Fig.8Teoretic, valoarea presiunii este aceiasi la toate intrarile din cilindrii.Daca cilindrii nu sunt legati mecanic (L) printr-o incarcare, exista independenta cinematica intre ei. Putem monta, in acest caz, regulatoare de debit, RD, care, dupa reglare asigura un control cinematic.Legatura mecanica a cilindrilor permite cresterea fortei disponibile. 14.3.2 Montarea cilindrilor in seriea) A doi cilindrii cu dublu efectFig.9b) A unui cilindru cu dublu efect cu un cilindru cu simplu efect

Fig.10Fig.11Pu = purja de aerVa = vana de umplere a circuitului izolatLD = limitator de debit (controleaza faza de coborare)CARP = clapeta anti-retur pilotata (permite blocarea sarcinii pe pozitie).In cazul montarii cilindrilor in serie, conducta de iesire dintr-un cilindru constituie intrarea in cel de-al doilea cilindru. Sincronizarea este hidraulica. Miscarile sunt legate intre ele , ele fiind in acelasi sens.Volumul de fluid deplasat determina cilindree egale: V1 = V2, deci, alezajele celor doi cilindrii sunt diferite. S1>S3, cu S2 = S3 pentru fig.9 si Sa = St pentru fig.10 S2 si Sa sunt suprafete inelareSt este suprafata tijeiDaca cilindrii sunt solicitati de incarcari comune (fig.9 si10 ) sau separat (fig.11), presiunile din fiecare camera in parte sunt diferite si tind a se aduna. Daca viteza trebuie sa fie controlata printr-un regulator de debit, plasarea acestuia se va face in amonte de cilindrul A si nu in aval de cilindrul B. Strangularea ar o crestere a presiunii in tubulatura de iesire. Tubulatura de transfer trebuie bine dimensionatapt a rezista la cresteri ale presiunii in raport cu suprafetele cilindrului A.Circuitul uleiului in aceasta tubulatura este independenta, un motaj pentru a se realiza umplerea este prevazut in p1. In cazul in care tija cilindrului reintra, vana Va va fi deschisa. Se va actiona, de asemenea si surubul de la purja Pu. 14.4 Etansarea in cilindrii hidrauliciIntr-un cilindru hidraulic exista doua tipuri de etanseitate:1) Etanseitate la nivelul pistonului: realizeaza etanseitatea intre camera anterioara si cea posterioara2) Etanseitate la nivelul tijei: realizeaza etanseitatea intre cilindru si exterior14.4.1 Etansarea pistonuluiPistonul este cel care culiseaza si are in componenta garniturile care asigura etanseitatea intre cele doua camere ale cilindrului. Acest sistem de etansare este diferit in functie de presiunea utilizata.a) Pentru presiuni < 15 barb) Pentru presiuni de pana la 200 barc) Pentru presiuni superioare de 200 bar a) Pentru presiuni < 15 barIn aceasata situatie pistonul nu cuprinde nici o garnitura de etanseitate; pistonul fiind doar prelucrat si, pentru a evita blocarea el are canale circulare care au rolul de a distribui uniform presiunea pe toata circumferinta, permitand astfel obtinerea unei centrari automate a pistonului. Etansarea intre piston si cilindru se va face prin jocul radial dintre piston si cilindru.

Fig.12Daca dorim sa obtinem o mai buna etanseitate, vom utiliza atunci garnituri sferice, inele O sau segmenti (metalici sau de teflon). Totodata se va tine seama de faptul ca segmentii nu pot fi utilizati pentru presiuni superioare de 20 bar.b) Pentru presiuni de pana la 200 barPentru o buna etansare la o presiune de pana la 200 bar maxim, se vor utiliza inele O cu inele de retinere (numite si contra garnituri) pentru a evita extrudarea si roaderea acestora. Acest sistem de etansare prezinta inconvenientul ca poate fi utilizat pentru viteze mici, de maxim 0,2 m/s. Fig.13 Pentru viteze mai mari se vor utiliza inele de etansare in forma de U, cu buze largi. In acest caz pistonul este alcatuit din mai multe parti separate de tija cu care se asambleaza mai apoi in diverse moduri.Fig.14Fig.15c) Pentru presiuni superioare de 200 bar In acest caz pentru o buna etansare se vor utiliza mansete in V multiple cu inele de protectie. Acestea asigura o buna etansare, numarul mansetelor utilizate fiind determinat de presiunea de lucru.Inelele de protectie laterale sunt din tesatura impregnata cu cauciuc, iar mansetele sunt din elastomeri sau o tesatura foarte dura.Fig.16Fig.1714.4.2 Etansarea tijeiEtansarea tijei in cazul unui cilindru cu dublu efect se realizeza prin utilizarea unui sistem de etanseitate compus in general din: Un inel de ghidare: un cuzinet dintr-un material autolubrefiant (bronz sau teflon); Un sistem de etansare a tijei format din mai multe garnituri; O garnitura racloare.

Fig.18Criteriile de alegere a garniturilor de etansare de la tija sunt aceleasi ca pentru piston.Concluzii:Se retine aspectul ca sistemele de etansare utilizate sunt diferite in functie de presiune, de etanseitatea dorita si de eforturile care pot apare.O etanseitate perfecta este dorita atunci cand cilindrul incarcate se poate opri, deci este sub presiune.O etanseitate ridicata se poate obtine prin utilizarea garniturilor cu buze.Materialul din care se constituie elementele de etansare trebuie sa fie ales si in functie de natura fluidului utilizat in instalatie.14.5 Amortizarea interna la cilindrii hidrauliciAmortizarea la final de cursa a pistoanelor poate duce la evitarea tuturor socurile brutale care pot aparea.Reglarea acestei amortizari se face pentru o masa si o viteza data. Amortizarea este eficace in anumite limite. Pentru viteze crescute si mase importante se vor utiliza alte aparate hidraulice.O buna amortizare este amortizarea interna, incorporata in cilindru. Fig.19Functionare:Sa ne imaginam iesirea unei tije; ansamblul mobil porneste si nimic nu-l opreste, astfel ca pistonul va veni in contact cu partea de fund a cilindrului , ducand la aparitia socurilor.Printr-un sistem destul de simplu noi putem absorbi o partea din energia cinetica. Asa cum este prezentat si in schema de mai jos, se va monta pe piston unul sau doua drosele numite si conuri de franare si se va prelucra in partea de fund un alezaj identic cu cel al droselului. In plus, o prelucrare suplimentara ne va permite obtinerea unei strangularii reglabile si, in plus, se va utiliza si o supapa de sens pentru cazul in care strangularea reglabila este inchisa din greseala.Fig.20Simbolizare:14.6 Amplificatoare - multiplicatoare hidraulice14.6.1 Notiuni generaleTransmiterea presiuniia) Principiul lui PascalIn exemplul prezentat in figura, se exercita o forta asupra lichidului continut in recipient.

a)b)Fig.21Acest lichid suporta, in toate punctele, o crestere a presiunii egala cu:p = Fundul recipintului trebuie sa reziste la o forta: F2 = p . S2Astfel, principiul lui Pascal poate fi enuntat astfel:

Intreaga variatie de presiune produsa intr-un punct dintr-un lichid aflat in echilibru este transmisa integral in toate punctele din lichid.b) Principiul presei hidraulice

Fig.22Se cunosc diametrele:D1 = 40 mmD2 = 400 mmAtunci, cele doua suprafete sunt:S1 = =S2 = =Se ecercita o forta F1 = 40 daN. Presiunea in lichid va fi:p = Forta exercitata pe pistonul mare este egala cu:F2 = Concluzia 1:

Fortele sunt proportionale cu suprafetele pistoanelor.Presupunand ca se realizeza deplasarea pistonului mic cu l1 = 120 mm, notam cu l2 deplasarea pistonului mare.Volumul de ulei care iese din pistonul mic este egal cu volumul de ulei care intra in cilmindrul mare.Vom putea scrie:V2 = S2 . l2 = l2 =Concluzia 2:

Deplasarile sunt invers proportionale cu suprafetele pistoanelor.c) AplicatieLa multiplicatorul de presiune reprezentat in figura de mai jos, diametrele sunt:D1 = 250 mmD2 = 30 mmSe cunoaste cursa acestuia care este de 710 mm si presiunea de intrare care este presiunea din reteaua pneumatica, 7x105 Pa.Se cere sa se calculeze presiunea p2 de refulare si volumul V2 de refulare.

Fig.23Rezolvare:RolAmplificatoarele-multiplicatoarele sunt aparate care permit obtinerea in sistemele hidraulice sau pneumatice a unei presiuni mai mari decat presiunea furnizata de pompa sau presiunea din sistemul de aer comprimat.Principiu de constructiea) Amplificator hidraulic

Fig. 24In acest caz avem un singur tip de fluid.A si B sunt alimentate printr-o valva de inversiune.b) Multiplicator hidro-pneumaticIn acest caz avem doua tipuri de fluideFig. 25Raporturile dintre presiunile din camerele A si B este: = Presiunea de iesire este:p2 = p1 . Principiu de functionareAmplificatoarele ulei - ulei si multiplicatoarele aer - ulei functioneaza pe acelsi principiu. O presiune de intrare p1 este aplicata pe pistonul de diametru marecare este legat de un alt piston de o sectiune mult mai mica, va produce un efort F, care este transmis lichidului prin intermediul unei sectiuni S2 < S1 , realizand in interiorul lichidului o presiune p2 >p1.Presiunea inalta p2 este dat de relatia:

p2 = p1 . Utilizarea) Volumul de fluid refulat prin amplificator este slab; noi vom utiliza acest aparat pentru miscari de mica amplitudine si pentru obtinerea in receptor a unei presiuni ridicate la finalul miscarii.Comanda unui amplificator poate fi pneumatica sau hidraulica, utilizarea fiind in general hidraulica.b) Utilizarea unui amplificator de putere se recomanda in situatiile:o Pentru creerea unor forte hidraulice ridicate atunci cand este necesar, plecand de la un sistem pneumatic alimentat la presiune joasa.o Atunci cand se doreste cresterea presiunii peste valoarea presiunii de pompare dintr-un sistem, de o maniera economica.o Pentru cresterea valorii puterii a aparatelor aflate in miscare a caror marime este limitata de spatiul disponibil.o Pentru cresterea debitului ceea ce permite controlul precis al vitezei aparatelor aflate in miscare.o In asociere cu o pompa de joasa presiune poate constitui un sistem ideal denumit Pornire rapida - Avans sau Inchidere - deschidere. Simbolizarea) In cazul unui singur tip de fluid vehiculat:

b) In cazul a doua fluide vehiculate:

AplicatieSa se calculeze care este presiunea de refulare pentru amplificatorul din figura de mai jos.

Fig.34La amplificatorul prezentat, cele doua diametre sunt: D1 = 150 mm si D2 = 30Se cunoaste presiunea de intrare: p1 = 10 barRezolvare:o Suprafata S1:o Suprafata S2:o Raportul intrare / iesire: = p2 =o presiunea de refulare: p2 =

Surse: http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Cilindrii-hidraulici18122498.php