SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – COMPONENTELE SUBSISTEMULUI DE COMANDA - INTERFATA

Sursa: Actionari Hidraulice si Pneumatice – Editura Universitara Bucuresti – Autor: Mihai Avram

“Echipamente si sisteme clasice si mecatronice”

În cazul în care subsistemul de comandă lucrează cu semnale electrice interfaţa între subsistemul de putere şi cel de comandă se realizează prin utilizarea unor echipamente de reglare şi control a puterii pneumatice comandate electric (exemplul cel mai elocvent îl reprezintă electrovalvele).
Dacă subsistemul de comandă lucrează cu semnale pneumatice, de cele mai multe ori, elementele de interfaţă nu mai sunt necesare.
Totuşi, nu de puţine ori, la nivelul acestui subsistem prelucrarea informaţiei se face cu ajutorul unor elemente logice pneumatice, ce au specific faptul că lucrează cu semnale pneumatice (semnale de joasă presiune). în aceste situaţii semnalele de ieşire din subsistemul de comandă nu pot realiza comanda echipamentelor de reglare şi control din subsistemul de putere. Se impune utilizarea unor echipamente care să amplifice aceste semnale, în fapt a unor interfeţe “joasă – înaltă presiune”.
Principial există două metode pentru realizarea acestor interfeţe, care constau în:
■ folosirea unor suprafeţe mai mari de acţionare;
■ utilizarea unor semipunţi de comandă.
Prima metodă se poate aplica în cazul echipamentelor de reglare şi control uzuale comandate pneumatic. Metoda presupune înlocuirea uneia din camerele de comandă cu alta de dimensiuni mai mari. În figura 4.126 a este arătat cum se poate aplica această metodă în cazul distribuitorului prezentat în figura 4.85. Se observă că aici comanda se realizează prin intermediul ansamblului format de membrana gofrată 8 şi tija 9. Dacă în primul caz forţa de acţionare era Fa=Ss· x2 acum această forţă are expresia Fa = Sm · x2, unde Ss şi Sm reprezintă secţiunea sertarului 2 şi respectiv secţiunea activă a membranei 8. Factorul de amplificare a forţei de acţionare este deci ka=Sm/ Ss = (Dm / ds )2 , unde Dm şi ds sunt diametrul membranei şi respectiv diametrul sertarului. Este evident că prin folosirea acestei metode nu se pot obţine amplificări prea mari, în condiţiile în care nu se acceptă o creştere semnificativă a gabaritului echipamentului. În consecinţă, metoda nu permite operarea cu presiuni de comandă foarte mici.
Mult mai frecvent folosită, datorită amplificărilor mari pe care le permite, este cea de-a doua metodă. Metoda, prezentată principial în figura 4.126 b, presupune utilizarea unei “semipunţi de comandă”, de cele mai multe ori de tip B. O semipunte de comandă este în fapt un circuit pneumatic format din două rezistenţe înseriate, aici rezistenţa fixă şi rezistenţa Re, variabilă, dependentă de poziţia membranei m în raport cu duza d. Presiunea din camera C este dependentă de presiunea de alimentare Pa1, rezistenţa de intrare R, şi rezistenţa de ieşire Re. Cum în acest caz presiunea Pa1 şi rezistenţa R, sunt constante, rezultă că presiunea din camera C depinde numai de valoarea rezistenţei de ieşire Re, deci de poziţia centrului rigid al membranei în raport cu duza d.

Fig. 4.126

De cele mai multe ori presiunea de comandă Pc este mai mare decât o valoare limită
Pclim = ( dd / Dm)2 · Pax, situaţie în care rezistenţa de ieşire devine infinit (centrul rigid al membranei obturează duza d). În acest caz presiunea în camera C devine egală cu presiunea Pai. Semipuntea are acum o funcţionare discretă:

– în absenţa semnalului de comandă Pc presiunea P de la ieşire este apropiată de presiunea atmosferică;
– atunci când există Pc (mai mare decât Pclim) presiunea P este egală cu presiunea de alimentare Pal.
Factorul de amplificare are expresia ku = (Dm / dd)2. Cum uzual cele două diametre au valorile: Dm = 20 … 80 mm şi dd = 0,5 … 1 mm se pot obţine factori de amplificare foarte mari.
Un exemplu de echipament la care este aplicată această metodă este cel din figura 4.127. De altfel, echipamentul este cunoscut sub denumirea de “amplificator de presiune”. Echipamentul este în fapt un distribuitor pneumatic3/2, normal atmosferă, cu poziţie preferenţială obţinută cu ajutorul presiunii de alimentare, cu comandă pneumatică; pentru asigurarea presiunii necesare acţionării se foloseşte semipuntea de comandă descrisă mai sus. În realitate denumirea de amplificator este improprie. Ea se datorează faptului că raportul între presiunea de intrare Pa (la orificiul (1)) şi cea de comandă Pc, numit raport de amplificare, este supraunitar,
ka = Pa/ Pc ≈1200… 1800.

Fig.4.127

În acest caz alimentarea semipunţii se face la presiunea Pa1 = Pa (este vorba deci despre o alimentare internă). Distribuitorul principal controlează circuitele interne de curgere prin intermediul unui ansamblu mobil format din membranele 2 şi 3, tija 7, supapele 8 şi 8′ şi piesa de capăt 15, în care se află montată rezistenţa fixă 14 a semipunţii. În timpul funcţionării, în funcţie de rezultanta forţelor care acţionează asupra ansamblului mobil, acesta poate ocupa două poziţii stabile după cum condiţia: F1>F2 + F3 (4.10) este sau nu îndeplinită. În inegalitatea de mai sus s-au neglijat forţele elastice ale celor două membrane. Componentele F1, F2 şi F3 sunt forţe de presiune şi au expresiile:
F1 = Pa·S m3inf , F2 = Pa·S m3sup şi respectiv F3 = PC3 • Sm2Sup. Cum membranele 2 şi 3 au dimensiuni egale suprafeţele lor active sunt egale, deci Sm3jnf = Sm2sup.
Datorită prezenţei tijei, cele două suprafeţe active ale membranei 3 sunt diferite Sm3inf > Sm3sup
Trebuie făcută observaţia că în figura 4.127 b ansamblul mobil este reprezentat într-o poziţie intermediară.
În absenţa presiunii de comandă Pc în camera C3, presiunea Pa este apropiată de presiunea atmosferică. În această situaţie condiţia (4.10) este satisfăcută, iar ansamblul mobil se află deplasat (în sus), cu supapa 8′ în contact cu scaunul său, scaun prelucrat în corpul 16 al amplificatorului. În acest caz orificiul de intrare (1) este obturat, iar orificiul de consumator (2) este pus în legătură cu orificiul de atmosferă (3).

Atunci când există presiunea de comandă Pc (mai mare decât Pclim) centrul rigid 12 al membranei 1 se află în contact cu duza 13, iar presiunea din camera C3 devine egală cu presiunea de alimentare Pa. Condiţia (4.10) nu mai este îndeplinită şi în consecinţă ansamblul mobil se deplasează în jos până ce supapa superioară 8 vine în contact cu scaunul său. În acest fel se stabileşte legătura între orificiul de presiune (1) şi cel de consumator (2). În figura 4.127 c este prezentat simbolul echipamentului.
De cele mai multe ori acest echipament este folosit ca element de interfaţă între subsistemul de comandă fluidic şi echipamentele clasice de reglare şi control. O asemenea utilizare este prezentată în figura 4.128 a. În acest caz presiunea de alimentare a amplificatorului Paa este mai mică decât presiunea de alimentare Pa a distribuitorului principal DP. Există şi posibilitatea utilizării amplificatorului pentru alimentarea directă a unui motor pneumatic (fig.4.128 b).