Bloc hidraulic

Un bloc hidraulic, denumit și bloc de supape sau bloc de comandă, este un element de construcție masiv din metal, prevăzut cu orificii și canale pentru circulația fluidului hidraulic. Acesta servește ca unitate centrală de distribuție și montare pentru supape și alte componente hidraulice, care sunt înșurubate direct pe suprafața sa. Astfel, blocul hidraulic înlocuiește o rețea de țevi individuale și conectează componentele între ele prin canale interne.

Bazele și structura unui bloc hidraulic

Blocul hidraulic constituie coloana vertebrală structurală și hidraulică a multor instalații hidraulice. În loc să se realizeze fiecare conexiune între pompă, supape și consumatori cu țevi sau furtunuri individuale, blocul integrează toate traseele de conducte în interiorul său. Proiectanții montează componentele hidraulice direct pe suprafețele prelucrate ale blocului, unde acestea comunică cu canalele interne prin intermediul schemelor de racordare standardizate.

Schema de găurire și traseul canalelor

Schema de găurire descrie dispunerea și traseul tuturor găurilor din interiorul blocului hidraulic. Fiecare gaură reprezintă un canal care transportă uleiul sub presiune, uleiul de retur sau uleiul de scurgere. În punctele în care canalele se intersectează sau se întâlnesc, apar intersecții. Aceste intersecții trebuie planificate cu atenție, deoarece geometriile nefavorabile duc la turbulențe de curgere și pierderi de presiune. Proiectanții se asigură că canalele sunt dimensionate cu o secțiune transversală suficientă și că tranzițiile sunt cât mai drepte posibil. Găurile adânci se termină adesea cu dopuri filetate, care rămân accesibile din exterior, pentru a putea fi utilizate, la nevoie, ca găuri de aerisire sau de testare.

Suprafețe de montare și scheme de racordare

Suprafața blocului hidraulic poartă suprafețele de montare pentru supape, clapete de reglare, supape de reținere sau supape de limitare a presiunii. Aceste suprafețe sunt frezate și găurite conform standardelor stabilite, astfel încât componentele de la diferiți producători să se potrivească. Schemele de racordare definesc poziția racordurilor de presiune, de lucru și de retur, precum și a orificiilor de fixare. Respectarea acestor standarde asigură interschimbabilitatea și simplifică montarea.

Tipuri de blocuri hidraulice

Blocurile hidraulice pot fi împărțite, în funcție de execuția lor constructivă, în mai multe tipuri, fiecare îndeplinind cerințe diferite în ceea ce privește flexibilitatea, spațiul necesar și presiunea de lucru.

Construcție monobloc

În cazul monoblocului, întregul circuit este integrat într-un singur bloc. Toate canalele, locașurile supapelor și racordurile sunt reunite în această singură piesă. Acest tip de construcție se caracterizează prin rezistență mecanică ridicată și compactitate. Este potrivită pentru aplicații cu spațiu de montare limitat și presiuni de funcționare ridicate, în care schema de comutare este fixă și nu este necesară o extindere ulterioară. Modificările aduse schemei de comutare necesită însă un bloc nou.

Construcție tip sandwich și cu plăci intermediare

În construcția tip sandwich, proiectanții stivuiesc plăci individuale una peste alta, fiecare placă suportând o supapă sau o funcție. Plăcile intermediare conectează supapele învecinate din punct de vedere hidraulic. Această construcție modulară permite extinderea ulterioară a blocului hidraulic sau înlocuirea funcțiilor, fără a fi necesară refabricarea întregului bloc. Supapele sunt dispuse în lanț longitudinal sau vertical. Supapele CETOP conform ISO 4401 sunt concepute special pentru această construcție.

Blocuri speciale personalizate

Pentru cerințe complexe sau neobișnuite, producătorii fabrică blocuri hidraulice personalizate. Aceste blocuri speciale combină adesea elemente din construcția monobloc și sandwich și integrează în plus supape cu filet, racorduri filetate sau suporturi pentru senzori în poziții stabilite individual. Costurile de proiectare sunt mai mari, dar blocul poate fi adaptat optim la instalație.

Standardizare și interfețe

Standardizarea suprafețelor de montare și a schemelor de racordare este decisivă pentru compatibilitatea blocurilor hidraulice și a supapelor montate pe acestea.

ISO 4401 și CETOP

ISO 4401, cunoscută istoric și sub denumirea de CETOP RP 121H, definește suprafețele de montare standardizate pentru distribuitoare. Standardul stabilește dispunerea orificiilor, diametrul găurilor și denumirile racordurilor. Dimensiunile uzuale sunt NG 03 (CETOP 03), NG 05 (CETOP 05) și NG 06 (CETOP 06). Denumirile racordurilor urmează un sistem uniform: P reprezintă racordul de presiune, A și B racordurile de lucru către consumator, T racordul de retur și Y racordul pentru uleiul de scurgere. Această standardizare permite combinarea supapelor de la diferiți producători pe același bloc hidraulic.

DIN 24340 și alte standarde

DIN 24340 completează ISO 4401 cu detalii suplimentare privind racordurile supapelor și dimensiunile. Pentru cerințele tehnice de siguranță ale întregului sistem hidraulic în care este montat blocul hidraulic se aplică norma DIN ISO 4413. Această normă reglementează aspecte precum limitarea presiunii, monitorizarea scurgerilor și oprirea de urgență, care influențează și proiectarea blocului.

Materiale pentru blocuri hidraulice

Alegerea materialului depinde de presiunea de lucru, de mediul de exploatare și de cerințele de greutate ale aplicației.

Blocurile din aluminiu sunt utilizate în special în aplicații mobile, unde greutatea joacă un rol important. Blocurile din oțel și fontă domină în sectorul industrial staționar, unde presiunile de 350 bar și mai mari sunt obișnuite. Oțelul inoxidabil este rezervat aplicațiilor speciale, cum ar fi desalinizarea apei de mare sau industria chimică.

Fabricarea blocurilor hidraulice

Fabricarea unui bloc hidraulic necesită precizie, deoarece canalele interne trebuie poziționate cu exactitate și găurite fără intersecții.

Prelucrare CNC

Fabricarea convențională se realizează pe mașini de găurit și frezat controlate CNC. Din blocul de material solid, mașinile găuresc canalele pe mai multe axe, realizează filetele și frezează suprafețele de montare. Găurile adânci impun cerințe speciale în ceea ce privește ghidarea sculelor și lubrifierea de răcire, pentru a asigura precizia dimensiunilor și calitatea suprafeței. La punctele de intersecție, proiectanții utilizează dopuri filetate, care rămân accesibile din exterior și etanșează canalele.

Fabricarea aditivă

Fabricarea aditivă deschide noi posibilități pentru blocul hidraulic. În loc să foreze canale în materialul solid, procesul de imprimare construiește structura canalelor strat cu strat. Acest lucru permite realizarea de canale curbate și ramificate, fără intersecții și fără dopuri. Conform rapoartelor, volumul blocului poate fi redus cu peste 50 la sută, deoarece nu sunt necesare găuri drepte și nici găuri de acces. Fabricarea aditivă este potrivită în prezent mai ales pentru blocuri mai mici și aplicații speciale, deoarece dimensiunile disponibile și selecția de materiale sunt încă limitate.

Reguli de proiectare și minimizarea pierderilor de presiune

Un bloc hidraulic bine proiectat minimizează pierderile de presiune cauzate de frecare, deviere și modificări ale secțiunii transversale în canale. Proiectanții țin cont de mai multe principii:

• Secțiuni transversale suficiente ale canalelor: diametrele orificiilor trebuie să fie dimensionate pentru debitul maxim. Secțiunile transversale prea înguste cresc viteza de curgere și, prin urmare, pierderile prin frecare.
• Trasee scurte și drepte: fiecare schimbare de direcție generează rezistență la curgere. Prin urmare, traseul canalelor trebuie să fie cât mai direct posibil și cu cât mai puține devieri.
• Suprafețe netede: Rugozitatea suprafețelor canalelor forate influențează frecarea. Canalele forate CNC ating valori Ra sub 0, 8 µm, ceea ce este suficient pentru majoritatea aplicațiilor.
• Unghiuri de intersecție plate: acolo unde canalele se intersectează, unghiurile de tranziție plate reduc turbulența. Proiectanții evită intersecțiile în unghi drept, acolo unde spațiul de montare permite acest lucru.
• Simularea CFD: Simulările de curgere ajută la identificarea și remedierea din timp a blocajelor și a zonelor moarte din schema de găurire, înainte ca blocul să fie fabricat.

Domenii de aplicare ale blocurilor hidraulice

Blocurile hidraulice sunt utilizate în aproape toate domeniile tehnicii fluidelor, acolo unde mai multe supape trebuie conectate într-un mod compact și etanș.

• Mașini de lucru mobile: excavatoarele, macaralele, încărcătoarele pe roți și tractoarele utilizează blocuri hidraulice pentru a acomoda numeroasele supape de comandă într-un spațiu redus. Blocurile din aluminiu sunt preferate aici datorită greutății reduse.
• Prese și mașini de turnare prin injecție: în prelucrarea materialelor plastice și în domeniul formării, blocurile hidraulice controlează ciclurile complexe de închidere, presare și deschidere. Presiunile sunt adesea cuprinse între 280 și 350 bar.
• Mașini-unelte: La frezele și strungurile CNC, blocurile hidraulice controlează dispozitivele de prindere, schimbătoarele de scule și circuitele de lubrifiere și răcire.
• Tehnica navală și offshore: Aici se utilizează blocuri din oțel inoxidabil, care rezistă mediilor marine corozive și controlează mecanismele de cârmă, vinciurile și macaralele de punte.
• Oțelării și uzine metalurgice: În instalațiile de laminare, blocurile hidraulice funcționează la temperaturi și presiuni ridicate pentru a controla cușetele de laminare și sistemele de transport.

Întreținere și reparații

Un bloc hidraulic în sine nu are piese mobile și, prin urmare, necesită în principiu puțină întreținere. Cu toate acestea, există aspecte pe care operatorii trebuie să le țină sub observație.

Etanșeitate și dopuri

Dopurile filetate care închid orificiile de intersecție se pot slăbi din cauza vibrațiilor sau pot deveni neetanșe din cauza uzurii. Verificările vizuale periodice privind scurgerile de ulei la nivelul dopurilor fac parte din inspecția de rutină a instalației. În cazul scurgerilor, dopurile pot fi strânse sau înlocuite fără a fi necesară demontarea blocului.

Puritatea uleiului

Canalele interne ale unui bloc hidraulic sunt greu accesibile după fabricare. Impuritățile care pătrund în canale în timpul montării sau din cauza îmbătrânirii uleiului pot afecta supapele înșurubate. Prin urmare, o filtrare eficientă a uleiului și respectarea intervalelor recomandate de schimbare a uleiului sunt decisive pentru durata de viață a blocului hidraulic.

Protecție împotriva coroziunii

În cazul blocurilor din aluminiu sau oțel fără acoperire de suprafață, apa de condens de pe suprafețele exterioare poate duce la coroziune, care afectează pe termen lung suprafețele de etanșare. O acoperire de suprafață sau o vopsire adecvată protejează blocul și menține precizia dimensională a suprafețelor de montare.

Tendințe de dezvoltare

Dezvoltarea blocurilor hidraulice este marcată de mai multe tendințe. Fabricarea aditivă permite geometrii din ce în ce mai complexe ale canalelor, care nu pot fi realizate cu tehnica convențională de găurire. Integrarea suporturilor pentru senzori direct în bloc permite măsurarea presiunilor, temperaturilor și debitelor volumice în puncte centrale, fără a fi necesare puncte de racordare suplimentare. În același timp, digitalizarea promovează utilizarea simulării CFD și generarea automată a schemelor de găurire, ceea ce scurtează timpul de proiectare și îmbunătățește calitatea hidrodinamică a blocurilor. HK Hydraulik însoțește aceste evoluții cu un portofoliu larg de blocuri standard și speciale, care pot fi adaptate la cerințele schimbate.