Rezumatul tezei de doctorat MINISTERUL EDUCAŢIEI NATIONALE UNIVERSITATEA „VASILE ALECSANDRI‖ DIN BACĂU FACULTATEA DE INGINERIE Calea Mărășești, Nr. 157, Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234 580170 http://inginerie.ub.ro, [email protected]ing. Marius PASCU CONTRIBUŢII PRIVIND ÎMBUNĂTĂŢIREA PARAMETRILOR CONSTRUCTIVI ȘI FUNCŢIONALI AI GHIDAJELOR HIDROSTATICE LA MAȘINILE-UNELTE - REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT – Conducător de doctorat, Prof.univ.dr.ing Gheorghe STAN Bacău, 2014
85
Embed
CONTRIBUŢII PRIVIND ÎMBUNĂTĂŢIREA · Rezumatul tezei de doctorat Prefață Prezenta lucrare de doctorat tratează complet aspectele privind alegerea, studiul, calculul și proiectarea
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Rezumatul tezei de doctorat
MINISTERUL EDUCAŢIEI NATIONALE
UNIVERSITATEA „VASILE ALECSANDRI‖
DIN BACĂU
FACULTATEA DE INGINERIE Calea Mărășești, Nr. 157, Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234
Observații: Numerotarea capitolelor, figurilor, relațiilor matematice și tabelelor utilizate în
rezumatul lucrării sunt cele corespunzătoare tezei de doctorat.
Rezumatul tezei de doctorat
1
1. INTRODUCERE
Prelucrarea pieselor prin procesul tehnologic de aşchiere în scopul obţinerii anumitor
forme şi dimensiuni, la precizii dimensionale şi de calitate impuse, se realizează pe maşinile-
unelte, şi ea constă în generarea suprafeţelor care limitează aceste piese. Modul de generare a
suprafeţelor pe maşinile unelte, utilizat aproape în exclusivitate, este modul prin care o
suprafaţă se generează de către o curbă care se deplasează în spaţiu pe o anumită traiectorie.
Curba care se deplasează se numeşte generatoare, iar traiectoria pe care se deplasează este
denumită directoare, ea fiind locul poziţiilor succesive ale generatoarei.
În cazul cel mai general, în procesul de generare a suprafeţelor pe maşinilor-unelte sunt
necesare, pentru realizarea curbelor generatoare şi directoare, un număr de mişcări relative
dintre sculă şi piesă având traiectorii bine determinate [2, 10, 40, 41]. Aceste traiectorii sunt
însă foarte variate ca formă şi ca urmare, controlul dimensional şi de formă al lor constituie
problemele cele mai dificile ale generării suprafeţelor. În scopul înlăturării acestor dificultăţi,
la maşinile unelte se folosesc drept mecanisme pentru realizarea traiectoriilor necesare
generării suprafeţelor cupluri cinematice inferioare, de translaţie sau rotaţie, constituite din
elementele sanie-ghidaj, respectiv fus-lagăr [1, 44].
În consecinţă, curbele directoare şi generatoare cele mai simple vor fi traiectoriile
rectilinii şi circulare obţinute prin mişcarea acestor elemente. Pentru realizarea traiectoriilor
de forme mai complexe, se folosesc combinaţii ale celor două tipuri amintite, generându-se
astfel cele mai variate forme de suprafeţe [152, 172].În aceste cazuri, cinematica maşinilor
trebuie să asigure respectarea anumitor relaţii dintre parametrii de viteză ai mişcării
elementelor pe traiectoriile simple care se combină.
Cuplul cinematic inferior sanie-ghidaj reprezintă ceea ce se denumeşte cuplul de ghidare
şi el este un ansamblu de două elemente, dintre care unul (sania) are posibilitatea de
deplasare relativă faţă de celălalt (batiu) care este fix. Trebuie menționat faptul că astăzi
nimeni nu rezistă pe piață dacă nu realizează condițiile cerute de client: cantitate, calitate,
preț de cost scăzut, livrare la termen. Ori la aceste cerințe contribuie din plin utilajele aflate în
dotare, starea lor privind uzura fizică sau morală, starea de funcționare a elementelor
componente [58, 59].
Performanțele pe care trebuie sa le prezinte sistemele conducătoare sanie-ghidaj, aflate în
lanțul cinematic al mașinilor-unelte de precizie, pot fi obținute aplicând principiul sustentației
hidrostatice [148]. Având în vedere diversificarea și creșterea producției de mașini-unelte
echipate cu ghidaje hidrostatice, se impune un studiu atent al acestor sisteme; pe de altă
parte, apariția unor tehnologii neconvenționale de prelucrare la rece, precum și proiectarea și
realizarea unor linii de prelucrare automată, conduc la necesitatea cunoașterii principiilor și
normelor de proiectare ale sistemelor hidrostatice portante, sisteme încorporate în agregatele
și utilajele importante [149].
Utilizarea ghidajelor și a altor sisteme hidrostatice în construcția mașinilor-unelte le
conferă acestora performanțe superioare, cu efecte directe asupra calității reperelor obținute
prin așchiere; agregatele de prelucrare dotate cu sisteme hidrostatice sunt fiabile, au o
productivitate deosebit de ridicată, și nu în ultimul timp devin mai competitive pe piața
internațională [22].
Rezumatul tezei de doctorat
2
2. STADIUL ACTUAL AL REALIZĂRILOR ȘI CERCETĂRILOR PRIVIND
CONSTRUCȚIA ȘI NIVELUL DE PERFORMANȚĂ A GHIDAJELOR
HIDROSTATICE PENTRU MAȘINILE-UNELTE
În practica utilizării ghidajelor hidrostatice este întâlnit foarte des termenul de
„sustentaţie hidrostatică‖. Sustentaţia provine din latinescul „sustentatio‖ (susţinere) şi
reprezintă fenomenul de menţinere a unui corp la un anumit nivel în interiorul unui fluid.
Dacă susţinerea se face pe baza forţelor electrice sau magnetice, pentru descrierea
fenomenului se foloseşte termenul de levitaţie. Principiul sustentaţiei hidrostatice a fost
brevetat de inginerul francez PAUL GERARD în anul 1985 şi nu a fost aplicat în regim
industrial decât după anul 1940 la turbinele cu apă. După anul 1950 apar primele maşini-
unelte echipate cu lagăre hidrostatice, şi în acest caz, similar ungerii cu gaze, ne confruntăm
cu probleme de o importanţă deosebită atât teoretică cât şi practică pentru domeniul
construcţiilor de maşini. Dacă la început au fost vizate doar maşinile-unelte, în prezent paleta
de aplicaţii a sustentaţiei hidrostatice este foarte largă şi mult diversificată. Ungerea în regim
hidrostatic asigură formarea şi menţinerea unui film fluid continuu între două suprafeţe, prin
introducerea lubrifiantului sub presiune în interstiţiul destinat ungerii [ 3, 4, 5].
2.1 Domenii de aplicaţie a ghidajelor hidrostatice. Avantajele şi dezavantajele
ghidajelor hidrostatice
Calităţile tehnice ale ghidajelor hidrostatice fac ca acestea să primeze în raport cu alte
cuple portante (lagăre de alunecare, rulmenţi, ghidaje clasice sau cu role, şuruburi cu bile
etc.), în numeroase aplicaţii utilizarea acestora devenind indispensabilă. În domeniul
construcţiilor de maşini, ghidajele hidrostatice sunt utilizate pentru [6, 7, 8, 9]:
- mașini-unelte cu viteze cuprinse între 10÷60 [m/min] și sarcini cuprinse între 15÷20
[t]: mașini de rectificat, de alezat și frezat, de broșat, de prelucrare prin electroeroziune,
strunguri de precizie, mașini de găurit în coordonate și mașini comandate numeric;
- mașini-unelte medii, 20÷40 [t], grele 60÷100 [t], cu viteze cuprinse între 10÷20
[m/min]: strunguri, strunguri carusel, mașini de frezat, de rabotat, de mortezat și șepinguri;
- mașini-unelte pentru operații tehnologice la rece: prese, foarfece automate, filiere etc.
Dintre realizările pe plan mondial, putem prezenta faptul că ghidajele hidrostatice închise
intră în compunerea mașinilor de alezat și frezat (AFP 160/180/200 cu sustentație pentru
sanie-batiu, carcasă-montant și pinolă), a mașinilor de frezat (BTM 1600/2200, FLP 1600 cu
sustentație masă-batiu), strungurilor carusel (SC 22/43 cu sustentație pentru sanie-traversă), a
mașinilor grele de rectificat (RSG 2200/4570 cu sustentație pentru sanie-batiu), a meselor
rotative (MRD 20/40/60 cu sustentație pentru sanie-batiu). Ghidajele hidrostatice deschise
intră in compunerea strungurilor carusel (SC 22/43 cu sustentație pentru platou-batiu), a
meselor rotative (MRD 20/40/60 cu sustentație pentru masă-sanie), a mașinilor de rectificat
grele (RSG 2200/4570 cu sustentație pentru platou-sanie).
Dintre avantajele cele mai importante le putem menționa pe următoarele [11, 12, 13, 14]:
- ghidajele hidrostatice funcţionează în regim de frecare fluidă, indiferent de natura
mişcării relative dintre suprafeţe sau de mărimea şi sensul vitezei relative dintre acestea,
portanţa hidrostatică fiind deci asigurată chiar la viteză relativă nulă. În tot timpul
funcţionării, suprafeţele izolate prin film hidrostatic rămân paralele, cu excepţia unor sisteme
încărcate excentric la care înclinarea relativă a suprafeţelor nu afectează funcţionalitatea;
- datorită faptului că separarea elementelor cuplei hidrostatice se face anterior aplicării
sarcinii și în special anterior punerii sistemului în funcțiune, se poate aprecia că uzura
suprafețelor active este practic nulă, iar fenomenul de stick-slip este practic evitat.
Coeficientul convențional de frecare fluidă este, atât la pornire cât și la funcționare, extrem
Rezumatul tezei de doctorat
3
de redus, ordinul de mărime al acestuia este cuprins între 10-4
÷10-6
, dependent de natura
lubrifiantului. Ca urmare, motoarele de antrenare necesită puteri foarte reduse, 1.5÷5 [kW],
avantaj relevant în special la mașinile-unelte grele;
- puterea de pompare este în general redusă, 10÷50 [W], depinzând de presiunea de
pompare şi de mărimea debitului. Atât puterea de pompare cât şi cea consumată prin frecare
fluidă nu duc la încălzirea excesivă a uleiului, dată fiind recircularea şi, eventual,
termostatarea acestuia;
Dezavantajele ghidajelor hidrostatice sunt legate în primul rând de [15, 16]:
- complexitatea sistemului de alimentare și reglare a debitului în buzunarele hidrostatice
(în special atunci când se dorește obținerea unei rigidități deosebite);
- gabarit sporit prin existența sistemului de pompare;
- la viteze cuprinse între 10÷60 [m/min] consumul de energie este ridicat ceea ce face să
fie preferate alte sisteme de ghidare; finețea de filtrare a uleiului este ridicată fiind cuprinsă
între 5÷30 [µm].
2.2 Principiul constructiv şi funcţional al ghidajelor hidrostatice
Din punct de vedere constructiv, un sistem hidrostatic portant (Fig.2.1) este compus din
două suprafeţe plane paralele, permiţând realizarea deplasării relative a elementului mobil 1
(de ex.: sania) faţă de elementul fix 2, (batiu, reazem etc.). Într-una dintre suprafeţe sunt
practicate buzunare sau degajări 5, prin care are loc alimentarea cu lubrifiant sub presiune. În
Fig. 2.1 este prezentat un reazem hidrostatic în trei faze de lucru succesive, al cărui principiu
constructiv şi funcţional se regăseşte la toate tipurile clasice de ghidaje hidrostatice [17, 18].
Fig. 2.1 Fazele caracteristice fenomenului de sustentație hidrostatică [17].
În prima fază, Fig. 2.1.a, elementul mobil 1 este menţinut pe elementul fix 2 datorită
sarcinii exterioare F. Pompa volumică cu debit constant 3, are rolul de a trimite spre
buzunarul hidrostatic 5, lubrifiant cu un anumit debit Qp şi cu o anumită presiune, P. Debitul
Qp, furnizat de pompă, este direcţionat, o parte Q către buzunarul hidrostatic şi o parte
Qs=Qp-Q către rezervorul R, prin supapa de presiune 4 (de deversare), ce funcţionează în
regim normal deschisă (ND). Atât timp cât presiunea din buzunar Pbuz, este inferioară celei
necesare ridicării elementului mobil 1, numită presiune de ridicare Pr (Pbuz<Pr ), cele două
suprafeţe vor rămâne în contact [19, 20]. Presiunea dorită P, se reglează cu ajutorul arcului
supapei 4. Datorită faptului că pompa continuă să trimită lichid, în buzunarul hidrostatic se
Rezumatul tezei de doctorat
4
generează presiunea de ridicare Pr, cu distribuţia din Fig.2.1.a. În următoarea fază, Fig.2.1.b,
presiunea din buzunar Pbuz, a crescut suficient de mult şi forţa hidraulică datorată lichidului
sub presiune va învinge sarcina exterioară F, ceea ce determină ridicarea elementului mobil 1
la o distanţă h, faţă de elementul fix 2 (Pbuz∙Abuz=Fbuz>F).
Se formează astfel două zone: o zonă 6, în care grosimea filmului h este mică, zonă
denumită „prag” şi o alta 7, din dreptul buzunarului în care grosimea filmului hb, este mult
mai mare ca h (hb/h>100). În interstiţiul portant de grosime h, se stabilizează un câmp de
presiune constant în dreptul buzunarului hidrostatic (Pbuz<Pr ) şi descrescător pe praguri;
sistemul portant este parcurs de debitul Q, diferenţa fiind preluată tot de supapa de presiune
4. În ultima fază Fig. 2.1.c, sunt sugerate variaţiile caracteristicilor: presiune, grosime de film
şi respectiv debit, la creşterea încărcării exterioare F [21,22, 176].
2.3 Cercetări teoretice privind sistemul de alimentare cu lubrifiant a ghidajelor
hidrostatice
Se cunoaște faptul că, în timpul funționării, sarcina pe ghidaj, forțele de așchiere,
greutățile pieselor și a elementelor mobile variază, iar presiunea din buzunarul hidrostatic
trebuie și ea să se modifice în mod corespunzător. În principiu se cunosc două soluții tehnice
diferite ca și mod de funcționare, privind alimentarea cu lubrifiant a ghidajelor hidrostatice:
alimentarea cu debit constant și alimentarea cu presiune constantă [24, 25, 26].
2.3.1 Cercetări privind alimentarea cu debit constant a ghidajelor hidrostatice
În cazul sistemelor de alimentare cu debit constant, Fig. 2.2.a, întreg debitul pompei
trece prin interstițiul destinat ungerii. Capacitatea portantă a filmului hidrostatic este dată de
presiunea maximă asigurată de către pompă. Se remarcă simplitatea constructivă a acestui
sistem de alimentare, precum și caracteristicile de debit Q, grosime de film h și rigiditate
statică J, Fig. 2.2.b.
a) b)
Fig. 2.2 Schema de alimentare cu debit constant a ghidajelor hidrostatice (a) și
caracteristicile corespunzătoare (b) [28]
Acest sistem de alimentare este avantajos și din punct de vedere al capacității portante.
În situația în care cu aceeași pompă trebuie alimentate mai multe buzunare hidrostatice,
varianta de alimentare directă, cu o pompă cu debit constant nu poate fi utilizată [23, 27].
Această afirmație poate fi explicată urmărind schema din Fig. 2.3, în care se prezintă cazul a
două reazeme hidrostatice identice, încărcate cu forțe diferite, și alimentate de la aceeași
pompă care asigură presiunea de alimentare pa, variabilă.
Rezumatul tezei de doctorat
5
Este evident, că datorită încărcării diferite, unul dintre elementele mobile va fi sustentat,
și anume cel cu presiunea de ridicare mai mică (pr1<pr2). Cum presiunea furnizată de pompă,
pa, este impusă de rezistența din aval, imediat după ridicarea primului element mobil,
presiunea de alimentare se va stabiliza la valoarea presiunii din buzunarul acestuia, pa=pb1,
inferioară presiunii de ridicare pr1 și deci inferioară și presiunii de ridicare pr2 [29, 30].
a) b)
Fig. 2.3 Shema de funcționare a două platouri hidrostatice alimentate cu o pompă cu debit constant
a) înainte de ridicare; b) după ridicare [27]
Deci, într-o astfel de variantă de alimentare, reazemul cu încărcare specifică mai mare
nu va funcționa niciodată cu film fluid. Acest incovenient poate fi înlăturat prin utilizarea
unei pompe pentru fiecare buzunar hidrostatic în parte (alimentare individuală), metoda
complicată (necesitând o strictă dimensionare a pompei pentru debitul cerut de sistem) și
costisitoare în același timp, nefiind foarte des răspândită [27]. În Fig. 2.4 este prezentată
schema de principiu a alimentării platoului unui strung carusel, prevăzut buzunarele
hidrostatice 14. Alimentarea cu lichid sub presiune a buzunarelor hidrostatice se realizează cu
ajutorul unui sistem de alimentare format din șase pompe cu debit constant 12 prevăzute cu
două orificii de refulare. Acestea sunt antrenate de către axele a șase sateliți 13 care la rândul
lor își primesc mișcarea de la roata centrală 11, antrenată de către un angrenaj cu roți dințate
10. Înainte de alimentarea buzunarelor platoului, uleiul este aspirat din rezervorul principal R,
de către pompele cu debit constant 1 și refulat în rezervorul 6 (de răcire) pentru stabilizarea
temperaturii.
Fig. 2.4 Sistemul de alimentarea cu debit constant a unui platou de strung carusel [ENIMS, Suedia]
Rezumatul tezei de doctorat
6
2.3.2 Cercetări privind alimentarea cu presiune constantă a ghidajelor hidrostatice
O altă alternativă la alimentarea cu debit constant a ghidajelor hidrostatice este cea în
care alimentarea se face cu o pompă care furnizează lubrifiant la presiune constantă
(Pa=const). Cum presiunea din buzunarul hidrostatic trebuie să varieze în timpul funcționării
în concordanță cu sarcina pe ghidaj, înseamnă că este necesar un dispozitiv care să permită
variația presiunii din buzunar, în condițiile în care presiunea de alimentare rămâne constantă.
Acest rol este asigurat de către o rezistență hidraulică (restrictor) care se înserează între
pompă și buzunarul hidrostatic și care asigură o dependență proporționalăîntre debitul
vehiculat și căderea de presiune [34]. Modul în care restrictorul asigură variația presiunii din
buzunar, poate fi imediat înțeles dacă se consideră două faze tipice de funcționare ale unui ale
unui reazem cu un singur buzunar hidrostatic, alimentat de o pompă cu presiune constantă,
prin intermediul unui restrictor, Fig. 2.5.
Într-o primă fază să presupunem că forța pe ghidaj crește foarte mult, conducând la
apropierea suprafețelor conjugate, deci la scăderea grosimii filmului h. Secțiunea de curgere
din zona pragului micșorându-se, debitul Q pe prag scade în mod corespunzător [38, 39].
Cum căderea de presiune pe restrictor este proporțională cu debitul ce-l străbate, același cu
debitul Q de pe prag, rezultă că și diferența dintre presiunea de alimentare Pa constantă și
presiunea din buzunar, Pbuz, va scădea.
În consecință presiunea din buzunar va crește, compensând creșterea forței F și
opunându-se scăderii grosimii peliculei de ulei h (h reacționează la creșterea forței prin
creșterea presiunii din buzunar [42, 43]. În situația în care trebuiesc alimentate mai multe
buzunare, folosind o singură pompă, este necesar introducerea de elemente de compensare a
diferenței de presiune (restrictori), montate imediat în amonte de fiecare buzunar.
Funcționarea unui asemenea sistem de alimentare este sugestiv reprezentată în Fig. 2.6. În
faza prezentată în Fig. 2.6.a presiunea de refulare a pompei 3 este insuficientă pentru
ridicarea unui element mobil, debitele Q1 și Q2 prin restrictorii R1 și R2 sunt nule.
Rezumatul tezei de doctorat
7
Fig. 2.6 Schema de alimentare a două reazeme hidrostatice alimentate cu o singură pompă și restrictori a) la reazemul 1 se atinge presiunea de alimentare; b) reazemul 1 s-a deschis; c) reazemul 2 s-a deschis. [46]
În faza din Fig. 2.6.b, presiunea pompei a crescut suficient de mult, astfel încât (ținând
cont de căderea de presiune pe restrictorul R1 a reazemului 1 și de faptul că fenomenele se
petrec încă în regim static și nu avem cădere de presiune) în buzunarul hidrostatic respectiv
presiunea a atins valoarea corespunzătoare ridicării. O parte Q1 a debitului de ulei Qp, trece
prin interstițiul h1 . Se înțelege că rezistența hidraulică a reazemului ridicat 1 este mai mică
decât a restrictorului R1 [117, 118, 119]. Datorită faptului că rezistența hidraulică a
restrictorului R1 are o valoarea ridicată, înseamnă că presiunea de refulare poate crește în
continuare până la atingerea valorii de ridicare a elementului mobil 2. După deschiderea
interstițiului h2 (faza c) curgerea prin sistem se stabilizează. Debitele Q1 și Q2 depind de
încărcările F1 și F2; cu cât încărcările sunt mai mari, interstițiile h1 și h2 sunt mai mici, adică
rezistențele hidraulice corespunzătoare sunt mai mari.
Cu cât suma debitelor prin ghidaj este mai mică, cu atât este mai mare debitul
scurtcircuitat. Astfel se impune, pentru echiparea centrelor de prelucrare, în mod special,
utilizarea regulatoarelor de debit constant, montate pe circuitul de alimentare al fiecărui
buzunar hidrostatic. Cercetările în domeniu descriu ca evidentă superioritatea acestui sistem
de alimentare, costisitor de altfel, prin menținerea constantă a grosimii filmului de ulei la
variația încărcării; rigiditatea acestuia tinde către infinit pentru orice încărcare, în timp ce
debitul cerut de ghidaj crește direct proporțional cu aceasta.
Rezumatul tezei de doctorat
8
2.4 Cercetări teoretice privind sistemele de sustentație hidrostatică utilizate pe plan
mondial
2.4.1 Sistemul de sustentație hidrostatică a mașinii de frezat longitudinal BTM 2200
Mașina de frezat longitudinal BTM 2200 utilizează sustentația hidrostatică pentru axa X
(masă-batiu), a cărei schemă hidrostatică este prezentată în Fig. 2.7. Se remarcă faptul că
rezervorul este amplasat în batiul mașinii și acesta corespunde cu un minirezervor poziționat
pe partea montantului din stânga mașinii pentru a mări capacitatea rezervorului din batiu dar
și pentru a avea acces ușor la filtrul de aspirație FA. Recuperarea lichidului de lucru se
realizează pe cale gravitațională în jgheaburile montate pe batiu, răcirea uleiului fiind
naturală datorită dimensiunilor mari ale rezervorului [121, 122, 179].
Fig. 2.7 Schema de sustentație hidrostatică a mașinii de frezat longitudinal BTM 2200
[TOS VARNSDORF, Cehia]
2.4.2 Sistemul de sustentație hidrostatică a mașinii de rectificat cu ax vertical RSG 2200
Analizând schema din Fig. 2.8, se poate remarca faptul că sustentația hidrostatică este
utilizată pentru axa W (platou-sanie), respectiv, pentru axa X (sanie-batiu). Cele două axe
primesc lichid sub presiune de la două grupuri de pompare ce funcționează separat, spre
exemplu axa W utilizează un grup de două pompe ce funcționează în paralel, ambele
furnizând lichid de lucru pentru platoul mașinii.
Pompa PRD1 alimentează buzunarele inelului interior al platoului cu un debit ce poate
atinge valoare maximă de 30 [l/min], în timp ce pompa PRD2 alimentează inelul exterior al
Rezumatul tezei de doctorat
9
platoului cu debite până la 40 [l/min]. Debitele de alimentare pentru buzunarele celor două
inele practicate în platoul mașinii sunt diferite deoarece pentru inelul interior buzunarele sunt
de dimensiuni mai mici iar sarcina este preluată mai mult de către inelul exterior.
Recuperarea uleiului din interstițiul portant se realizează prin colectarea acestuia în
jgheaburile montate pe batiul mașinii unde este direcționat către un rezervor amplasat în
montant și fiind aspirat de către o pompă cu funcționare intermitentă în vederea recirculării.
Caracteristicile tehnice principale ale mașinii sunt următoarele:
Efectul acestui fenomen are ca urmare scăderea debitului de pe praguri dar și realizarea
unor valori scăzute în ceea ce privește rigiditatea ghidajului hidrostatic. Alimentarea
prin restrictorul tip orificiu calibrat (diafragmă) a ghidajelor hidrostatice prezintă
același dezavantaj al scăderii grosimii relative de film la creșterea încărcării, în acest
caz însă rigiditatea relativă maximă este superioară (kjmax=0.94) celei de la alimentarea
prin tub capilar.
2. În scopul creșterii rigidității ghidajului hidrostatic în cazul alimentării prin restrictor tip
capilar și orificiu calibrat se poate interveni la creșterea debitului și presiunii de
alimentare, pentru a asigura o capacitate portantă ridicată, dar aceasta conduce la un
efort de pompare considerabil, deci la un grup de pompare mai costisitor.
3. În cazul alimentării prin regulator de debit constant a ghidajelor hidrostatice se
remarcă menținerea constantă a debitului, o mai slabă scădere a grosimii peliculei de
lubrifiant la creșterea sarcinilor exterioare, și în mod special, creșterea rigidității cu
încărcarea. Concluzia parțială este că, pentru a avea asigurată o rigiditate deosebit de
ridicată, ghidajul trebuie echipat numai cu regulatoare de debit.
4. În cazul ghidajelor hidrostatice cu geometria buzunarelor de formă dreptunghiulară se
asigură o forță portantă mai mare față de buzunarele hidrostatice cu formă geometrică
circulară. Acest lucru se datorează faptului că buzunarele cu geometrie
dreptunghiulară determină o capacitate portantă și implicit o rigiditate favorabilă în
comparație cu forma circulară datorită distribuției uniforme a presiunii pe suprafața
elementului mobil (crescătoare în dreptul buzunarului hidrostatic și descrescătoare pe
praguri).
5. Din cercetările influenței puterii consumate prin frecare fluidă asupra rigidității
ghidajelor hidrostatice s-a constatat faptul că aceasta apare preponderent în zona
pragurilor și variază în raport cu viscozitatea dinamică și respectiv cu grosimea
peliculei de lubrifiant. Pe baza acestui considerent coeficientul de frecare fluidă scade
odată cu creșterea grosimii filmului portant.
6. Cunoscând expresia puterii totale consumate prin frecare lichidă se poate optimiza
valoarea acesteia, atât din punctul de vedere al grosimii peliculei cât și al viscozității.
S-a constatat faptul că puterea minimă pierdută prin frecare fluidă se obține pentru
viscozitate scăzută și grosimi ale peliculei mari, în schimb puterea de pompare minimă
necesitând valori opuse celor anterioare.
7. Din cele cercetate se deduce faptul că alegerea grosimii optime a peliculei de lubrifiant
și respectiv a viscozității sunt probleme complexe care pot fi rezolvate adoptând soluții
de compromis. Deși este de dorit o grosime cât mai mică a filmului portant (pentru
rigiditate mare și debit mic de evacuare) micșorarea acesteia trebuie să evite pericolul
contactului metal pe metal, ținând cont de faptul că grosimele uzuale pentru sisteme
hidrostatice sunt cuprinse între 0.025 [mm]÷0.25[mm].
8. Analiza influenței temperaturii lubrifiantului a condus la faptul că o însemnată creștere
de temperatură se produce prin frecare fluidă la parcurgerea interstițiului de către ulei
între suprafețele aflate în mișcare relativă, și de asemenea, prin aportul de căldură
primit de către fluid de la suprafețele active ale ghidajului. S-a constatat dependența
directă a creșterii temperaturii cu presiunea de pompare.
9. Dacă se impune micșorarea puterii consumate prin frecare, este mai indicată reducerea
ariei pragurilor decât mărirea grosimii filmului. Dacă se reduce aria pragurilor cu 25%,
debitul crește de 4 ori, dar și coeficientul de frecare scade de 4 ori; dacă se dublează
grosimea peliculei, debitul crește de 8 ori atunci coeficientul de frecare scade de 16
ori. În ambele cazuri prezentate temperatura lichidului se va reduce cu același
cuantum. Un factor important, care contribuie la scăderea temperaturii lubrifiantului
Rezumatul tezei de doctorat
38
este scăderea viscozității prin micșorarea frecărilor viscoase, dar și prin scăderea
variației absolute ca urmare a creșterii temperaturii.
10. Din cercetările realizate în cazul ghidajelor hidrostatice închise s-a constatat creșterea
capacității de a prelua momente de răsturnare odată cu creșterea unghiului de înclinare
α. Condiția de bază pentru ca un ghidaj hidrostatic închis să poată prelua momente de
răsturnare este ca acesta să fie prevăzut cu câte două buzunare hidrostatice pe fiecare
parte (pentru elementul mobil, respectiv, pentru placa de închidere). Această structură
permite ghidajului hidrostatic ca în momentul rotirii elementului mobil față de
reazemul fix să apară un cuplu de forțe, reprezentând rezultantele presiunilor din cele
patru buzunare hidrostatice, ce tind să readucă elementul mobil în poziția mediană de
echilibru. Cu cât distanța dintre buzunare este mai mare cu atât capacitatea de a
prelua momente de răsturnare mai mari va crește. Â
11. Un alt aspect important care trebuie luat în considerare este grosimea minimă a
peliculei de lubrifiant corespunzătoare rotirii α acceptate. La creșterea unghiului α
există pericolul străpungerii peliculei de lubrifiant de pe zona pragului și apariția
contactului metal pe metal. Din aceste motive tehnologice valoarea peliculei de
lubrifiant trebuie să fie superioară limitei de 0.01 [mm] în cazul ghidajelor mici cu
dimensiunea elementului mobil de 2000x1500 [mm]. Pentru ghidaje mari cu
dimensiunea elementului mobil de 4000x2200 [mm] grosimea peliculei de lubrifiant
trebuie să fie sensibil mai mare.
4. STANDUL DE ÎNCERCĂRI ȘI LANȚURILE DE MĂSURĂ UTILIZATE
Ținând cont de obiectivele urmărite din cadrul acestei lucrări de cercetare și anume:
îmbunătățirea parametrilor constructivi și funcționali ai ghidajelor hidrostatice la mașinile-
unelte prin creșterea rigidității, s-a întocmit un set de încercări experimentale ce s-au realizat
urmărind schema din Fig. 4.1. Pentru a studia influența directă a parametrilor constructivi și
funcționali ai ghidajelor hidrostatice aupra performanțelor acestora, fără alterarea datorată
influențelor elementelor specifice construcției complete, standul de probă pentru modelele
experimentale se face redus la un element de sistem hidrostatic portant, a cărei analiză
experimentală, va trebuie sa furnizeze date privind comportarea sistemului fizic complex.
Fig. 4.1 Planul de determinări experimentale privind parametrii constructivi și funcționali ai ghidajelor
hidrostatice la mașinile-unelte
Rezumatul tezei de doctorat
39
4.1 Structura și principiul de funcționare a standului de încercări experimentale
În Fig 4.2, este prezentată structura propiu-zisă a standului experimental cu următoarele
elemente: 1- batiu; 2- ansamblul ghidaj hidrostatic. Pe circuitul de alimentare sunt amplasate
următoarele echimapente: 3- motor electric de antrenare pompă cu putere de 1,5 [kW],
comandat de la panoul de comandă a instalației; 4- pompă hidraulică de debit constant tip
VICKERS ce furnizează instalației un debit de 21 [l/min]; 5- rezervor principal cu o
capacitate de 50 [l]; 6- supapă de descărcare tip ATOS, cu rol de reglare a presiunii din
instalație în vederea menținerii acesteia la o valoare constantă; 7- rezervor colectare ulei; 8-
circuit de drenaj ce permite direcționarea lichidului evacuat din ghidajul hidrostatic înapoi în
rezervorul principal 5; 9- baterie de restrictori reglabili; 10- supapă de reducere a presiunii tip
VICKERS cu rolul de a furniza lichid sub presiune la valorile corespunzătoare ghidajului
hidrostatic; 11- manometre.
Fig. 4.2 Standul de încercări experimentale: a) vedere laterală; b) vedere de sus
Principiul funcțional al standului de încercări experimentale este prezentat pe baza
schemei din Fig. 4.3. Alimentarea sub presiune a buzunarelor hidrostatice 12 este asigurată în
momentul pornirii pompei de debit constant 2 care începe sa debiteze lichidul de lucru din
rezervorul principal RP, formându-se astfel pelicula portantă de lubrifiant h1 între elementul
mobil 9 și ghidajul 10, respectiv h2, între ghidajul 10 și placa de închidere 11. Supapa de
deversare 3 are rolul de a asigura o presiune constantă în amontele restrictorilor reglabili 8 pe
parcursul funcționării sistemului portant. Supapa de sens unic 6, are rolul de a nu permite
golirea conductelor de alimentare în timpul de staționare a instalației; filtrarea lichidului este
asigurată de filtrele 1 și 5. Presiunea din buzunarele hidrostatice este menținută constantă cu
ajutorul rezistențelor hidraulice 8 montate între sursa de presiune 2 și buzunarele hidrostatice
12 și care asigură o dependență proporțională între debitul vehiculat și căderea de presiune.
Rezumatul tezei de doctorat
40
Supapa de reducere a presiunii 7 are drept scop reducerea presiunii la o valoare mai mică
decât cea din sistem şi menţinerea ei constantă indiferent de fluctuaţia presiunii principale.
Presiunea din circuitul secundar, de valoare redusă, este de obicei folosită pentru alimentarea
buzunarelor hidrostatice ce funcționează la presiuni mai mici decât presiunea furnizată de pompă. Pentru realizarea sustentației hidrostatice sistemul de alimentare-reglaj al standului
experimental este echipat cu o baterie de patru restrictori tip conic reglabili marca TOSHIBA.
Elementele componente ale restrictorului sunt prezentate în Fig. 4.4 [196, 197, 198]: 1–
orificiu de evacuare lichid; 2– sertăraş tronconic; 3– orificiu de alimentare; 4– corp ; 5– corp
ghidare tijă; 6– tijă de acționare a sertărașului tronconic; 7– robinet; 8– inel de etanșare; 9-
scală gradată pentru citirea debitului reglat. La pornirea instalației hidraulice restrictorul este
închis, suprafaţa conică a plunjerului (sertărașul conic) 2 aproape etanşează pe suprafaţa
corpului restrictorului 4, debitul fiind aproape nul (inexistent). Pe măsură ce se deschide
restrictorul, interstiţiul dintre suprafaţa conică a plunjerului 2 şi suprafaţa conică a corpului
restrictorului 4 se măreşte, permiţând astfel o reglare foarte fină a debitului.
Fig. 4.3 Schema de sustentație hidrostatică a standului de încercări experimentale
Fig. 4.4 Restrictor conic reglabil utilizat pentru realizarea sustentației hidrostatice
Rezumatul tezei de doctorat
41
4.2 Aparatura de măsură utilizată
Echipamentele de măsură utilizate urmăresc comportarea în timp a parametrilor
hidrostatici (presiune, debit, rigiditate, grosimea peliculei de lubrifiant) a elementului mobil
ce se deplasează pe direcție verticală, precum și nivelul vibrațiilor la nivelul structurii
ghidajului hidrostatic. Pentru achiziția datelor de măsură au fost utilizate trei lanțuri de
măsură:
- lanțul de măsură și achiziție de date a parametrilor cinematici pentru elementul mobil
solicitat la sarcini amplasate centric;
- lanțul de măsură a parametrilor cinematici pentru elementul mobil solicitat la sarcini
amplasate excentric;
- lanțul de măsură și achiziție de date a vitezei de variație a amplitudinii vibrațiilor la nivelul
structurii ghidajului hidrostatic.
Modul lor de amplasare pe standul experimental precum și componența detaliată a celor trei
lanțuri de măsură și achiziție de date sunt prezentate schematic în Fig. 4.6. și Fig. 4.7.
Fig. 4.6 Modul de dispunere al lanțurilor de măsură și achiziție date pe standul de încercări
Fig. 4.7 Poziția amplasării comparatoarelor (C1, C2, C3, C4) care măsoară
deformațiile verticale ale elementului mobil
Rezumatul tezei de doctorat
42
5. REZULTATELE ÎNCERCĂRILOR EXPERIMENTALE
În vederea determinării comportării parametrilor ghidajelor hidrostatice prin variația
rezistențelor hidraulice, prin variația presiunii din buzunare, a temperaturii lubrifiantului
precum și prin modul de amplasare a sarcinii pe elementul mobil au fost utilizate două
sisteme de măsură etalon. Primul sistem de măsură etalon este format din interferometrul cu
laser a cărui sursă are valoarea frecvenței de 1000 [Hz] utilizat pentru seturile de teste la
sarcină amplasată centric. În cazul seturilor de teste pentru sarcini excentrice instrumentul de
măsură etalon utillizat este sistemul format din cele patru comparatoare cu cadran ( C1, C2, C3,
C4) a căror valori înregistrate se vor prezenta sub formă tabelară în subcapitolele următoare.
Întrucât ghidajele hidrostatice ale mașinilor-unelte sunt solicitate în timpul operațiilor de
prelucrare prin așchiere datorită forțelor și momentelor de răsturnare dezvoltate, au fost
monitorizate și vitezele de variație a amplitudinii vibrațiilor la nivelul structurii ghidajului
hidrostatic la solicitarea cu o forță impulsională. Acestea trebuie să se încadreze între 1.0÷4.0
[mm/s], conform Standardului de vibrații IRD 10816, Fig. 5.1, pe direcție perpendiculară față
de deplasarea elementului mobil. Depășirea acestora, peste valorile admisibile, este de
neacceptat [201].
Fig. 5.1 Nivelul admisibil de vibrații înregistrate la structura mașinilor-unelte
conform standardului IRD 10816 [201]
5.1 Analiza experimentală a influenței valorii rezistențelor hidraulice asupra rigidității
ghidajelor hidrostatice
5.1.1 Rezultatele încercărilor experimentale pentru cazul ghidajului hidrostatic deschis
solicitat la sarcină constantă amplasată centric
Pentru o analiză clară asupra comportării ghidajului hidrostatic din punct de vedere al
rigidității, s-a urmărit în acest set de încercări, modul de variație a grosimii peliculei de
lubrifiant pentru diferite valori ale rezistențelor hidraulice a restrictorilor în cazul încărcării
cu sarcină constantă amplasată centric, tabelul 1.
Rezumatul tezei de doctorat
43
Fig. 5.4 Variația în timp a grosimii peliculei de lubrifiant corespunzătoare
celor trei sarcini de acționare și valorii rezistențelor hidraulice de: a) 1; b) 1.5; c) 2.
R F
[daN]
h1[mm] h2[mm] Δh[mm] C1[mm] C2[mm] C3[mm] C4[mm]
1
20 0.014 0.009 0.005 0.0086 0.009 0.0087 0.0088
50 0.014 0.007 0.007 0.0068 0.0069 0.007 0.0067
100 0.014 0.005 0.009 0.0048 0.049 0.005 0.0047
1.5
20 0.028 0.025 0.003 0.024 0.025 0.025 0.026
50 0.028 0.023 0.005 0.021 0.022 0.023 0.021
100 0.028 0.02 0.008 0.019 0.018 0.02 0.019
2
20 0.058 0.056 0.002 0.057 0.056 0.057 0.058
50 0.058 0.05 0.008 0.048 0.049 0.05 0.048
100 0.058 0.045 0.013 0.043 0.043 0.045 0.044
Tab. 5.1 Valorile setului de încercări pentru sarcină constantă amplasată centric
a)
b)
c)
Rezumatul tezei de doctorat
44
Cunoscând valorile deformațiilor peliculei de lubrifiant Δh rezultate în urma acțiunii
sarcinilor pe suprafața elementului mobil sustentat se poate trasa curba forță-deplasare
relativă F(Δh), Fig. 5.5, și care reprezintă rigiditatea statică a sistemului, evidențiindu-se și
valoarea rezistențelor hidraulice a restrictorilor R pentru care a fost trasată curba.
Fig. 5.5 Variația rigidității statice a ghidajului hidrostatic deschis corespunzătoare
valorilor de 1, 1.5 și 2 a rezistențelor hidraulice
5.1.2 Rezultatele încercărilor experimentale pentru cazul ghidajului hidrostatic deschis
solicitat la sarcină constantă amplasată excentric
În acest set de încercări experimentale s-a urmărit analiza comportării ghidajului
hidrostatic deschis sub aspectul rigidității statice în cazul acțiunii sarcinilor excentrice. În
acest caz deformația peliculei de lubrifiant a fost monitorizată prin intermediul unui sistem de
măsură etalon constituit din patru comparatoare cu cadran ( C1, C2, C3, C4) a căror poziționare
pe suprafața elementului mobil este sugestiv prezentată în Fig. 5.6. Funcționarea standului
experimental în regim de ghidaj hidrostatic deschis s-a realizat numai prin alimentarea cu
lichid sub presiune a buzunarelor 9 și 12, aferente elementului mobil (Fig. 4.3), în timp ce
alimentarea buzunarelor plăcii de închidere fiind complet întreruptă.
Pe baza modelului teoretic analizat în subcapitolul 2.10 privind ghidajele deschise
solicitate excentric, în Fig. 5.7, este prezentată deplasarea unghiulară α a elementului mobil.
Valoarea excentricității e este de 125 [mm] stabilită ca fiind aceeași pentru toate seturile de
încercări experimentale prezentate. Valorile rezultatelor experimentale pentru acest set de
teste sunt centralizate în tabelul 5.2 în care este evidențiată și deplasarea unghiulară α a
elementului mobil cu ajutorul căreia s-a trasat curba rigidității ghidajului hidrostatic F(α)
prezentată grafic în Fig. 5.8.
Rezumatul tezei de doctorat
45
Fig. 5.7 sugerează faptul că la solicitarea excentrică cu o forță F a elementului mobil
se modifică poziția de echilibru a acestuia și ca urmare și grosimea peliculei de lubrifiant de
pe praguri. Valorile grosimii peliculei de lubrifiant, conform Fig.5.7, pot fi interpretate astfel:
h0- corespunde poziției de echilibru a elementului mobil; h1, h2- corespund solicitării
excentrice a elementului mobil.
Ca urmare deformațiile peliculei de lubrifiant h1 și h2 se determină pe baza relațiilor:
Δh1=h0-h1 și Δh2= h2-h0. Valorile peliculei de lubrifiant h0, h1 și h2 se măsoară cu ajutorul
sistemului de măsură etalon format din cele patru comparatoare cu cadran prezentate în Fig.
5.5. Cunoscând valorile deformației peliculei de lubrifiant Δh1 și Δh2 se poate determina
deplasarea unghiulară α pe baza relației: 2
12 hh .
Trasând curba F(α), Fig. 5.8, se constată menținerea unei rigidități mai scăzute pe o
plajă mai întinsă a deplasării unghiulare α. Aceasta se datorează faptului că grosimea
peliculei de lubrifiant este afectată de înclinarea elementului mobil datorată excentricității
sarcinii. Cu cât excentricitatea va fi mai mare cu atât înclinarea elementului mobil va crește,
care la rândul ei va conduce la modificarea valorii filmului de lubrifiant și implicit la
scăderea rigidității ghidajului hidrostatic, fapt demonstrat și în modelul teoretic pe baza
relațiilor (3.143) și (3.144). Apariția excentricității, așa cum a fost analizat în toate cele trei
cazuri, are ca efect și modificarea distribuției de presiuni în buzunare și pe pragurile
ghidajului hidrostatic datorită neuniformității filmului de ulei.
Fig. 5.13 Variația rigidității statice a ghidajului hidrostatic închis corespunzătoare
valorilor de 1, 1.5 și 2 a rezistențelor hidraulice
Concluzii. În urma acestor seturi de încercări experimentale efectuate în vederea
determinării influenţei valorii rezistențelor hidraulice ale restrictorilor asupra rigidității
ghidajelor hidrostatice închise se constată următoarele:
- ghidajele hidrostatice închise, spre deosebire de cele deschise, au plăci de închidere,
permițându-le să preia momente de răsturnare mari și totodată să asigure o rigiditate
suficientă la variația sarcinii și a rezistențelor hidraulice ale restrictorilor;
- se observă în cazul sarcinilor amplasate centric, pe suprafața elementului mobil, stabilitatea
ridicată a grosimii peliculei de lubrifiant pe perioada sustentației hidrostatice, datorită
Tab. 5.4 Valorile setului de încercări pentru sarcină constantă amplasată exentric
Rezumatul tezei de doctorat
50
simetriei câmpurilor de presiune dezvoltate atât în buzunarele elementului mobil cât și din
buzunarele plăcii de închidere, fenomen ce nu este întâlnit și în cazul ghidajelor deschise;
- stabilitatea peliculei de lubrifiant în cazul încărcărilor amplasate centric și pentru diferite
valori ale rezistențelor hidraulice determină o comportare superioară din punct de vedere al
rigidității statice în comparație cu ghidajele deschise unde rigiditatea este puternic influențată
de instabilitatea peliculei de lubrifiant la variația parametrilor;
- comportarea superioară din punct de vedere al rigidității ghidajelor hidrostatice închise este
datorată în primul rând prezenței buzunarelor atât pe suprafața elementului mobil cât și pe
suprafața de închidere. Dependența acestora face ca în cazul încărcării centrice și excentrice
să apară un cuplu de forțe, reprezentând rezultantele presiunilor din cele patru buzunare
hidrostatice, ce tind să mențină elementul mobil în poziția de echilibru;
- din cele analizate reiese faptul că rigiditatea ghidajului este invers proporțională cu
grosimea peliculei de lubrifiant. Cum valoarea minimă a grosimii peliculei este influențată și
de micro- și macroasperitățile suprafețelor ghidajului, rezultă că rigiditatea va fi cu atât mai
ridicată, cu cât netezimea și precizia lor sunt mai mari.
5.1.5 Rezultatele încercărilor experimentale pentru cazul ghidajului hidrostatic deschis
solicitat la sarcină impulsională
În acest set de teste s-a analizat comportarea dinamică a ghidajelor hidrostatice deschise
sub acțiunea sarcinilor impulsionale pentru diferite valori ale rezistențelor hidraulice.
Sarcinile impulsionale sunt cele care simulează forțele de așchiere ce solicită elementul mobil
în timpul operațiilor tehnologice și care reprezintă un parametru esențial ce trebuie luat în
considerare la proiectarea ghidajelor hidrostatice cu rigiditate înaltă. Pentru determinarea
sarcinii impulsionale, în cazul acestui set de măsurători, s-a utilizat dispozitivul prezentat în
Fig. 3.6 iar vibrațiile rezultate au fost monitorizate cu ajutorul analizorului spectral de vibrații
SVAN 956 prezentat în paragraful 3.3.2. În Fig. 5.14 au fost suprapuse vitezele de variație a
amplitudinii vibrațiilor înregistrate la nivelul structurii ghidajului hidrostatic corespunzătoare
sarcinilor impulsionale de 20 [daN], 40 [daN] , 60 [daN] și valorii 1 a rezistențelor hidraulice.
Fig. 5.14 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor
impulsionale de 20 [daN], 40 [daN], 60 [daN] și valorii 1 a rezistențelor hidraulice
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0 1 2 3 4 5
v [
m/s
]
t [s]
20 [daN]
40 [daN]
60 [daN]
Rezumatul tezei de doctorat
51
Fig. 5.15 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor
impulsionale de 20 [daN], 40 [daN], 60 [daN] și valorii 1.5 a rezistențelor hidraulice
Fig. 5.16 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor
impulsionale de 20 [daN], 40 [daN] , 60 [daN] și valorii 2 a rezistențelor hidraulice
5.1.6 Rezultatele încercărilor experimentale pentru cazul ghidajului hidrostatic închis
solicitat la sarcină impulsională
În acest set de experimente s-a analizat influența valorilor rezistențelor hidraulice
asupra rigidității ghidajelor hidrostatice închise solicitate la sarcini impulsionale de 20 [daN],
40 [daN] și 60 [daN]. Planul de încercări este similar celui descris în subcapitolul 5.1.5 iar
rezultatele obținute sunt reprezentate sub formă grafică. În Fig. 5.17 este reprezentată variația
vitezei amplitudinii vibrațiilor corespunzătoare valorii 1 a rezistențelor hidraulice ale
restrictorilor. Din analiza datelor obținute privind variația vitezei amplitudinii vibrațiilor
înregistrată la nivelul structurii ghidajului hidrostatic, corespunzătoare sarcinii impulsionale
de 20 [daN], rezultă o valoare de 0.0058 [m/s]. Variația vitezei amplitudinii înregistrată la
nivelul ghidajului hidrostatic corespunzătoare sarcinii de 40 [daN] și 60 [daN], este de
0.0097 [m/s] respectiv, 0.012 [m/s].
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0 1 2 3 4 5
v [m
/s]
t [s]
20 [daN]
40 [daN]
60[daN]
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
0 2 4 6 8
v [m
/s]
t [s]
20 [daN]
40 [daN]
60 [daN]
Rezumatul tezei de doctorat
52
Fig. 5.17 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor
impulsionale de 20 [daN], 40 [daN] , 60 [daN] și valorii 1 a rezistențelor hidraulice
Fig. 5.18 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor impulsionale de 20 [daN], 40 [daN] , 60 [daN] și valorii 1.5 a rezistențelor hidraulice
Fig. 5.19 Viteza de variație a amplitudinii vibrațiilor în timp corespunzătoare sarcinilor
impulsionale de 20 [daN], 40 [daN] , 60 [daN] și valorii 2 a rezistențelor hidraulice
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0 1 2 3 4 5 6
v[m
/s]
t [s]
20[daN]
40 [daN]
60 [daN]
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0 1 2 3 4 5 6
v [
m/s
]
t [s]
20 [daN]
40 [daN]
60 [daN]
-0.0005
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0 1 2 3 4 5 6
v[m
/s]
t [s]
20 [daN]
40 [daN]
60 [daN]
Rezumatul tezei de doctorat
53
Concluzii. În urma acestui set de încercări experimentale efectuate în vederea
determinării influenței valorilor rezistențelor hidraulice asupra rigidității ghidajelor
hidrostatice în cazul solicitării cu sarcină impulsională se constată următoarele aspecte:
- valorile amplitudinii vibrațiilor sunt direct influențate de mărimea rezistențelor hidraulice
ale restrictorilor și implicit de grosimea filmului de lubrifiant. Atât în cazul ghidajelor
deschise cât și în cazul celor înschise se remarcă scăderea amplitudinii vibrațiilor odată cu
creșterea valorilor rezistențelor hidraulice și a grosimii peliculei de lubrifiant;
- creșterea grosimii peliculei de lubrifiant pe seama rigidizării ghidajului hidrostatic nu este
recomandată în cazul solicitării elementului mobil cu sarcini impulsionale, deoarece, aceasta
presupune un consum sporit de lubrifiant dar și riscul scăderii rigidității în cazul sarcinilor
mari. Studiile efectuate în cadrul acestui set de determinări indică faptul că alegerea valorilor
rezistențelor hidraulice și a grosimii peliculei de lubrifiant sunt probleme complexe care pot
fi rezolvate adoptând soluții de compromis. Deși este de dorit o grosime cât mai mică a
filmului portant (pentru rigiditate înaltă și debit mic pe praguri), micșorarea acesteia trebuie
să evite pericolul contactului metal-metal;
- analizând rezultatele obținute se poate constata faptul că, atât în cazul ghidajelor
hidrostatice deschise cât și în cazul celor închise, sunt necesare măsuri de optimizare a
parametrilor constructivi dar și alegerea unui sistem de alimentare reglaj-optim. În acest caz
apar ca necesare măsuri pentru creșterea rigidității dinamice și anume: mărirea ariei
pragurilor, concomitent cu scăderea volumului de ulei compresibil; utilizarea unor restrictori
cu rezistențe hidraulice mici care să permită funcționarea ghidajului cu grosimi cât mai
scăzute a filmului portant; scăderea adâncimii buzunarelor; utilizarea uleiurilor mai vâscoase,
concomitent cu scăderea debitului pe praguri, pentru obținerea unei amortizări ridicate la
frecvențe mari.
5.1.7 Concluzii
1. În scopul creșterii performanțelor ghidajelor hidrostatice deschise solicitate la sarcini
constante amplasate centric se recomandă ca sistemul de alimentare-reglaj să fie
echipat cu restrictori având rezistențe hidraulice relativ ridicate, astfel ca deplasarea
elementului mobil sub sarcină să fie cât mai mică.
2. Pentru creșterea performanțelor ghidajelor hidrostatice deschise solicitate la sarcini
constante amplasate excentric se recomandă ca sistemul de alimentare-reglaj să fie
echipat cu restrictori având rezistențe hidraulice diferite, așa cum indică ecuațiile
(3.144), (3.145), (3.146), (3.147) și (3.148) din modelul matematic.
3. Din analiza comparativă a cercetărilor efectuate se constată faptul că, în cazul
ghidajelor hidrostatice închise solicitate la sarcini constante amplasate centric și
excentric, rigiditatea peliculei de lubrifiant este mai ridicată datorită simetriei
câmpurilor de presiune dezvoltate atât în buzunarele elementului mobil cât și în
buzunarele plăcii de închidere, fenomen neîntâlnit în cazul ghidajelor deschise.
4. Din analiza cercetărilor efectuate reiese faptul că rigiditatea ghidajului este invers
proporțională cu grosimea peliculei de lubrifiant. Cum valoarea minimă a grosimii
peliculei este influențată și de micro- și macroasperitățile suprafețelor ghidajului,
rezultă că rigiditatea va fi cu atât mai ridicată, cu cât netezimea și precizia lor sunt
mai mari.
5. Pentru a scădea nivelul amplitudinii vibrațiilor se recomandă, atât în cazul ghidajelor
hidrostatice deschise cât și în cazul celor închise, măsuri de optimizare a parametrilor
constructivi și funcționali precum și alegerea unui sistem de alimentare reglaj-optim.
În acest caz apar ca necesare măsuri pentru creșterea rigidității dinamice și anume:
mărirea ariei pragurilor; utilizarea unor restrictori cu rezistențe hidraulice mici care să
Rezumatul tezei de doctorat
54
permită o funcționare a ghidajului cu grosimi cât mai scăzute a peliculei; scăderea
adâncimii buzunarelor; utilizarea uleiurilor mai vâscoase, concomitent cu scăderea
debitului pe praguri în vederea obținerii unei amortizări ridicate la frecvențe mari.
6. Proiectantul constructor de mașini-unelte sau numai de sisteme hidraulice specializate
are la dispoziție o bază de date cu valori și recomandări privind parametrii
constructivi ce urmează a fi utilizați în scopul obținerii unei rigidități cât mai ridicate
a ghidajelor hidrostatice. Totodată proiectantul are pus în evidență efectele colaterale
ale comportării dinamice a ghidajelor hidrostatice deschise și închise asupra calității
operațiilor tehnologice de prelucrare. În această situație poate alege în cunoștință care
din parametrii de funcționare a ghidajului hidrostatic pot fi suprapuși cu operația
tehnologică și care nu.
7. Proiectantul având la dispoziție baza de date obținută din cercetarea parametrilor ce
influențează rigiditatea statică și dinamică a ghidajelor hidrostatice poate stabili, încă
din faza de concepție, tipul și complexitatea sistemului de alimentare-reglaj (tipul de
restrictor utilizat, tipul de lubrifiant, valorile rezistențelor hidraulice etc.).
5.2 Analiza experimentală a influenței valorii presiunilor din buzunare asupra
rigidității ghidajelor hidrostatice
5.2.1 Rezultatele experimentale pentru cazul ghidajului hidrostatic închis solicitat la
sarcină constantă amplasată centric
Încercările experimentale au avut drept scop analiza
influenței valorii presiunilor din buzunare asupra