SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – ECHIPAMENTE – DISTRIBUITORUL PNEUMATIC CU SERTAR
Sursa: Actionari Hidraulice si Pneumatice – Editura Universitara Bucuresti – Autor: Mihai Avram
Echipamente pentru reglarea şi controlul puterii pneumatice
Echipamentele pentru reglarea şi controlul puterii pneumatice se pot clasifica, după rolul funcţional, după cum urmează:
– echipamente pentru controlul direcţional; din această familie fac parte: distribuitoarele şi supapele de sens;
– echipamente pentru reglarea debitului; din această familie fac parte: rezistenţele pneumatice fixe şi cele reglabile;
– echipamente pentru controlul şi reglarea presiunii; din această familie fac parte supapele de presiune;
– echipamente pentru reglarea automată a debitului şi presiunii; din această familie fac parte: distribuitoarele proporţionale şi supapele proporţionale.
Se observă că toate echipamentele întâlnite în hidraulică, cu excepţia regulatorului de debit, îşi găsesc un corespondent în pneumatică. Aşa cum s-a arătat şi în paragraful 3.3.1 din punct de vedere constructiv şi funcţional echipamentele pneumatice nu diferă semnificativ de cele hidraulice. Apar însă o serie de particularităţi impuse de proprietăţile diferite ale mediului de lucru (compresibil şi cu vâscozitate mult mai redusă) şi de presiunile de lucru mult mai mici.
Dintre aceste particularităţi se pot evidenţia:
– etanşarea diferitelor camere de lucru ale echipamentelor se realizează întotdeauna cu elemente nemetalice;
– materialele folosite au proprietăţi mecanice mai modeste, iar elementele constructive sunt dimensionate în corespondenţă cu solicitările mult mai mici care apar ca o consecinţă a presiunilor de lucru, limitate în mod curent la 10 … 12 [bar]; nu de puţine ori pentru elementele constructive ale acestor motoare se folosesc aliaje pe bază de aluminiu, material plastic etc; din acelaşi motiv dimensiunile de gabarit ale acestor echipamente sunt mult mai mici decât cele ale echipamentelor hidraulice similare;
– circuitele de drenaj nu mai sunt necesare; este suficient ca acolo unde nu se doreşte apariţia unor contrapresiuni camera respectivă să se pună în legătură directă cu atmosfera printr-un simplu orificiu.
Lărgirea ariei de utilizare a sistemelor pneumatice de acţionare presupune atât perfecţionarea continuă a echipamentelor componente ale acestor sisteme, cât şi proiectarea şi promovarea unor noi tipuri constructiv – funcţionale de asemenea echipamente. Din această categorie fac parte echipamentele proporţionale care permit reglarea parametrului (presiune sau debit) în mod continuu, pe cale electronică, după un program prestabilit.
În acest capitol vor fi tratate numai echipamentele de reglare şi control clasice, cele proporţionale făcând subiectul capitolului 5.
Echipamentele de reglare şi control sunt prevăzute cu orificii de legătură, care poartă denumiri diferite, corelat cu rolul lor: alimentare, descărcare, ieşire, comandă.
Aşa cum s-a arătat în figura 4.3 echipamentele de reglare şi control a puterii pneumatice se montează între generatorul de energie pneumatică şi motor. De cele mai multe ori se preferă gruparea acestor echipamente pe o placă de alimentare comună. în acest fel se obţine un bloc de reglare şi control compact şi se elimină conductele de legătură; totodată, se diminuează pierderile de debit şi presiune din sistem. Există şi posibilitatea montării pe traseu, situaţie în care conectarea echipamentului în sistem se face prin intermediul unor racorduri montate direct în corpul echipamentului. Uneori se optează pentru montarea unora dintre echipamente direct pe capacele cilindrilor sau chiar în aceste capace.
au rolul funcţional de a dirija aerul comprimat pe anumite trasee în funcţie de comenzi primite din exterior. În timpul lucrului, elementul mobil al acestor echipamente ocupă un număr finit de poziţii stabile de funcţionare. În poziţiile stabile de funcţionare între elementul mobil al distribuitorului şi corpul său se generează secţiuni de curgere, de valoare zero sau egală cu secţiunea nominală, în acest fel stabilindu-se sau întrerupându-se anumite circuite. Este de la sine înţeles că la orificiile de ieşire ale unui asemenea echipament debitul poate avea numai două valori, zero sau valoarea nominală.
Într-un sistem de acţionare distribuitorul are în primul rând rolul de a realiza inversarea sensului de mişcare al organului de ieşire al motorului şi oprirea acestuia. Distribuitoarele folosite în acest scop se mai numesc şi distribuitoare principale. Distribuitoarele pot fi folosite însă şi pentru generarea unor semnale de comandă pneumatice, situaţie în care se numesc distribuitoare auxiliare; din această categorie fac parte: butoanele pneumatice, limitatoarele de cursă şi electrovalvele.
Din punct de vedere constructiv există o mare varietate de asemenea echipamente, care se diferenţiază prin:
a) tipul elementului mobil: sertar (cilindric, conic sau plan), supapă (plană, conică sau sferică);
b) mişcarea elementului mobil: translaţie sau rotaţie;
c) numărul de poziţii stabile de funcţionare: două, trei şi, mai rar, mai multe;
d) numărul de orificii: două, trei, patru, cinci şi, mai rar, mai multe;
e) tipul comenzii;
f) existenţa sau inexistenţa poziţiei preferenţiale.
Cele mai întâlnite construcţii sunt: cu sertar cilindric cu mişcare de translaţie, cu supape şi cu supape şi membrane.
Indiferent de tipul constructiv – funcţional în structura unui distribuitor (fig.4.85) se pot identifica două subansambluri:
– subansamblul de distribuţie format din corpul 1 (partea fixă), în care sunt prelucrate orificiile de legătură (i), (2), (3), (4) şi (5), precum şi camere interioare conectate la aceste orificii şi elementul de distribuţie 2 (partea mobilă); în timpul funcţionării elementul de distribuţie poate ocupa, în acest exemplu, două poziţii: poziţia din figură, în care sub efectul arcului 6 sertarul se află în contact cu suprafaţa frontală a capacului 4 şi poziţia comandată, în care sub efectul unei forţe de acţionare sertarul se poziţionează în contact cu suprafaţa frontală a capacului 3; pentru poziţia din figură a elementului mobil se realizează conexiunile (l)—>(2) şi (4)-M5), iar pentru cealaltă poziţie conexiunile (l)—>(4) şi (2)—>(3);
– subansamblul de comandă, care are rolul de a transforma semnalele de comandă externe într-o forţă sub acţiune căreia sertarul se va deplasa într-o nouă poziţie stabilă de funcţionare; trebuie subliniat faptul că în poziţiile stabile de funcţionare forţele ce acţionează asupra sertarului sunt în echilibru.
Fig.4.85
În figura 4.86 sunt evidenţiate cele două subansambluri. în ceea ce priveşte acţionarea aceasta poate fi realizată în mod direct de către operatorul uman, mecanic de către un element mobil aparţinând însăşi sistemului, cu semnale pneumatice sau electric prin intermediul unui electromagnet. Distribuitorul prezentat în figura 4.85 are caracteristic următoarele:
– elementul mobil este un sertar cilindric cu mişcare de translaţie;
– are două poziţii stabile de funcţionare;
– are cinci orificii;
– comanda poate fi:
a. manuală – când există tija 7 şi asupra ei acţionează direct operatorul prin:
– apăsare directă (fig.4.87 a)
– intermediul unei pârghii articulate pe capac (fig.4.87 b)
– intermediul unei pedale (fig.4.87 c);
Fig.4.86
b. mecanică – când există tija 7 şi asupra ei acţionează un element mobil al sistemului de acţionare (de cele mai multe ori organul mobil al motorului) prin:
– apăsare directă (fig.4.88 a)
– intermediul unei role articulate (fig.4.88 b)
– intermediul unei role dublu articulate (fig.4.88 c); în acest caz comutarea are loc numai dacă deplasarea camei c, camă fixată pe organul mobil al motorului, are loc în sensul figurat; la deplasarea camei în sens invers rola basculează în jurul articulaţiei oi şi nu mai poate transmite forţa de apăsare tijei 7;
c. electrică – când există tija 7 şi asupra ei acţionează armătura mobilă a unui electromagnet (fig.4.89);
d. pneumatică – când nu există tija 7; în acest caz forţa de acţionare este o forţă de presiune, ce se obţine alimentând cu presiune camera C2 (fig.4.85); simbolul echipamentului în acest caz este prezentat în figura 4.90 a;
distribuitorul este cu poziţie preferenţială deoarece în absenţa semnalului de comandă, datorită resortului 6,
Fig. 4.88
Fig.4.89
În situaţia în care arcul 6 (fig.4.85) lipseşte pentru obţinerea celor două poziţii stabile de funcţionare sunt necesare două semnale de comandă, câte unul pentru fiecare poziţie.
O variantă posibilă, uşor de pus în evidenţă în figura 4.85, este aceea în care se foloseşte o comandă pneumatică. în această situaţie, dacă există semnalul de comandă x1 atunci sertarul 2 se poziţionează ca în figură, iar dacă există semnalul de comandă x2 el se va deplasa în cealaltă poziţie stabilă de funcţionare. Simbolul acestui distribuitor este prezentat în figura 4.90 b. Semnalele pneumatice de comandă x1 şi x2 pot fi semnale discrete (impulsuri pneumatice). În absenţa semnalelor de comandă sertarul rămâne în poziţia comandată anterior datorită forţelor de frecare mari existente ca o consecinţă a utilizării elementelor de etanşare nemetalice. Despre un asemenea distribuitor se spune că este cu memorie. Este de la sine înţeles că pentru a comuta sertarul trebuie ca cele două semnale să nu existe concomitent. Poziţia preferenţială poate fi obţinută cu un element elastic (ca în fig.4.85) sau cu o reacţie de presiune ca în figura 4.91. În acest caz printr-un traseu prelucrat în sertarul s fluidul sub presiune ajunge şi în camera Ci, unde dezvoltă pe suprafaţa frontală a sertarului o forţă de presiune care în absenţa semnalului de comandă x îl menţine în poziţia din figură, distribuitorul materializând în acest caz câmpul (0) de distribuţie.
Atunci când se doreşte comutarea sertarului se aplică un semnal de comandă pneumatic x; presiunea de comandă, egală ca valoare cu presiunea de alimentare se instalează simultan în camerele C2 şi C3 şi, cum suprafaţa pe care acţionează această presiune este mai mare decât suprafaţa pe care acţionează presiunea de alimentare la nivelul camerei C1 sertarul s se va deplasa către dreapta în cealaltă poziţie stabilă de funcţionare, distribuitorul materializând acum câmpul de distribuţie (7).
Cele mai întâlnite variante constructive de distribuitoare pneumatice sunt cele cu sertar cilindric cu mişcare de translaţie. Argumentele care justifică această afirmaţie sunt aceleaşi ca cele din cazul distribuitoarelor hidraulice de acest tip (paragraful 3.3.2.1).
În ceea ce priveşte construcţia acestor distribuitoare ea nu diferă semnificativ de cea a celor hidraulice. Singura diferenţă este legată de necesitatea utilizării unor elemente de etanşare nemetalice pentru a elimina pierderile de debit ce pot să apară prin jocul funcţional existent între sertar şi alezajul cilindric din corpul în care acesta culisează. La aceste distribuitoare nu este admisă etanşarea “vie”, metal pe metal. Experimentările arată că, chiar dacă jocul funcţional este de 1 … 3 μm (mai mic decât în hidraulică, unde uzual are valori de 6 … 8 μm), pierderile de debit sunt inacceptabile. Este motivul pentru care la aceste construcţii (fig.4.92) jocul dintre sertarul 2 şi alezajul prelucrat în corpul 1 este preluat de elementele de etanşare nemetalice, inelele “O” 3. Existenţa inelelor “0” are următoarele consecinţe:
– introduc forţe mari de frecare ;
– complică tehnologia de execuţie şi montaj a distribuitorului;
– contribuie la creşterea dimensiunii axiale a distribuitorului.
În aceste condiţii pentru comutarea sertarului este necesară o forţă mare de acţionare; este motivul pentru care la un asemenea distribuitor comanda electrică directă (fig.4.89) de cele mai multe ori nu este posibilă. Cum nu puţine sunt aplicaţiile unde se impune utilizarea unei comenzi electrice pentru a putea comuta sertarul se foloseşte o comandă electrică indirectă (fig.4.92). Această comandă presupune folosirea pentru comutarea sertarului 2 a două distribuitoare pilot. Un distribuitor pilot este în fapt un distribuitor 3/2, comandat electric, cu poziţie preferenţială, al cărui consumator este camera de comandă a distribuitorului principal (C1 pentru pilotul 1 şi C2 pentru pilotul 2). Atunci când bobina 9 a electromagnetului EM2 nu este excitată, datorită arcului 11, armătura mobilă 10 se află în poziţia figurată; în fapt, armătura mobilă poate fi asimilată cu o supapă plană dublă care se deplasează între două scaune; pentru poziţia din figură supapa plană este aşezată pe scaunul din stânga (prelucrat în piesa intermediară 7); în acest fel orificiul pc al distribuitorului pilot 2 este obturat, iar camera C2 este pusă în legătură cu atmosfera .
Fig.4.92
Dacă bobina 9 este excitată armătura mobilă 10 se deplasează către dreapta până ce vine în contact cu scaunul prelucrat în capacul 12; se obturează astfel orificiul de descărcare pe atmosferă şi se stabileşte conexiunea între orificiul pc şi consumatorul C2. Presiunea de comandă acţionează acum asupra sertarului principal 2 şi îl deplasează către stânga (s-a considerat că în acest moment bobina electromagnetului EM1 nu este excitată), acesta stabilind conexiunile corespunzătoare câmpului de distribuţie (1). În momentul în care comanda încetează camera C2 este pusă din nou în legătură cu atmosfera şi sub efectul arcului 6 sertarul 1 revine în poziţia preferenţială, poziţia centrală (0). Presiunea de comandă poate fi preluată fie de pe un circuit independent, situaţie în care poate avea o valoare mai mică decât presiunea de alimentare a distribuitorului principal, fie printr-un circuit intern direct din presiunea de alimentare.
În figura 4.92 b este prezentat simbolul detaliat al unui distribuitor pilotat, iar în figura 4.92 c simbolul simplificat.
Un avantaj al soluţiei prezentate constă în aceea că în absenţa semnalelor de comandă (distribuitorul materializează poziţia (0)) nu există consum de debit. Cursa sertarului este dependentă de lungimea de deschidere ld (care se determină din condiţia de continuitate a secţiunii de curgere prin distribuitor) şi de lungimile l2, l3 şi l4, lungimi necesare asigurării unei bune etanşări; aceste lungimi sunt standardizate şi sunt puse în evidenţă în figura 4.93. Expresia cursei este: c = ld +l2+l3+l4.
Pentru a evita deteriorarea inelelor “O” atunci când acestea vin în contact cu muchii ascuţite se execută teşituri la 15° de lungimea l1.
Cele prezentate mai sus pun în evidenţă faptul că la aceste distribuitoare cursele de lucru sunt mai mari, ceea ce afectează pe de o parte gabaritul şi pe de altă parte timpul de răspuns al echipamentului.
Fig.4.93
De cele mai multe ori inelele “O” se montează pe sertar; pentru a evita în acest caz teşirile muchiilor ascuţite ale canalelor prelucrate în corp sub un unghi de 15″ (dificil de realizat tehnologic) se poate interpune între sertar şi corp o bucşă cu orificii 3 (fig.4.94) peste care inelul poate trece fără a exista pericolul deteriorării sale.
Acest lucru este posibil dacă diametrul orificiilor este mult mai mic decât diametrul secţiunii inelului. Totodată, trebuie ca orificiile să fie dispuse în acelaşi plan normal la axa bucşei. Există încercări de a realiza o etanşare “vie” între sertar şi alezajul din corp. Aici sertarul se execută din materiale cu proprietăţi bune de etanşare, cum sunt: teflonul, masele plastice etc.
Fig.4.94
Autor: Prof. Dr. Ing. Mihai Avram
Articole relationate:
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – INTRODUCERE
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – GENERATOARE DE ENERGIE PNEUMATICA
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – TIPURI DE COMPRESOARE
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – RETELE DE DISTRIBUTIE A AERULUI COMPRIMAT
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – USCATOARELE DE AER
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – FILTRAREA IN STATIILE DE COMPRESOARE
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – REGLAREA DEBITULUI UNUI COMPRESOR
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – GRUPUL DE PREGATIRE AL AERULUI – FILTRUL
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – GRUPUL DE PREGATIRE AL AERULUI – UNGATORUL
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – GRUPUL DE PREGATIRE AL AERULUI – REGULATORUL
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – DISPOZITIVE DE ALIMENTARE PROGRESIVA
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – STRUCTURI DE GRUPURI DE PREPARARE AER
SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – MOTOARE PNEUMATICE OSCILANTE
Alte articole:
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – INTRODUCERE
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 2/2
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 3/2
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 4/2 SI 4/3
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 5/2
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 5/3
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – COMENZILE DISTRIBUITOARELOR
TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – ELECTRODISTRIBUITOARELE
STRUCTURA SISTEMELOR AUTOMATE PNEUMATICE – DIMENSIONAREA CILINDRILOR PNEUMATICI
STRUCTURA SISTEMELOR AUTOMATE PNEUMATICE – CILINDRII PNEUMATICI
Introducere in pneumatica – partea 1
Introducere in pneumatica -partea 2
Link-uri utile:
Cilindru patrat standard SI ISO15552 (original ISO6431)
Cilindrii pneumatici rotunzi ISO6432 seria MI
Cilindri pneumatici compacti ACQ
Amortizoare de soc seria ACA reglabile
Cilindri patrati ISO6431-ISO15552 seria SE
Distribuitoare actionate pneumatic 5/2 5/3 Seria 4A200
