1. AC}ION RI HIDRAULICE

Transcript

1 1. AC}ION RI HIDRAULICE 1.1. GENERALIT }I Sistemele hidraulice de ac]ionare [i automatizare cunosc `n ultimul timp o dezvoltare deosebit\, ele `ntâlnindu-se la ma[ini-unelte, autovehicule [i tractoare, nave, avia]ie, `n minerit etc. Utilizarea pe scar\ larg\ a ac]ion\rilor hidraulice se datore[te avantajelor indiscutabile ale acestora [i anume [14, 3, 7]: posibilitatea de amplasare a motoarelor `n orice pozi]ie fa]\ de ma[ina de lucru; eforturi mici pentru ac]ionarea elementelor de comand\; posibilitatea regl\rii continue [i `n limite largi a vitezelor de lucru, for]elor, cuplurilor sau pozi]iei elementelor ac]ionate; caracteristica motoarelor hidraulice prezint\ o sc\dere a vitezei odat\ cu cre[terea momentului rezistent, ceea ce asigur\ o pozi]ionare precis\ a elementului comandat; prin m\rirea presiunii de lucru se poate m\ri cuplul dezvoltat de c\tre motoarele hidraulice, singurele limit\ri fiind dictate de evitarea dep\[irii eforturilor maxime admisibile pentru materialele utilizate; `n prezent, presiuni de lucru de ordinul a 400 dan/cm se utilizeaz\ `n mod curent; exist\ posibilitatea amplific\rii `n limite largi a for]ei, vitezei etc.; schimbarea sensului de deplasare a elmentului ac]ionat se realizeaz\ u[or; `n timpul func]ion\rii sistemului, nivelul [ocurilor [i vibra]iilor este redus; datorit\ propriet\]ilor de ungere ale fluidului de lucru, sistemele hidraulice au durabilitate mare; se apreciaz\ c\ aproximativ 80% din defecte se datoreaz\ modific\rilor propriet\]ilor fluidului de lucru; posibilitatea tipiz\rii elementelor componente, având drept consecin]\ reducerea corespunz\toare a pre]ului acestora. Dintre dezavantajele pe care le implic\ utilizarea ac]ion\rilor hidraulice se pot men]iona: viteza de circula]ie a lichidului de lucru prin conducte este limitat\ de pierderile hidraulice; odat\ cu modificarea temperaturii, lichidul de lucru `[i modific\ propriet\]ile, ceea ce afecteaz\ `n sens negativ parametrii de lucru ai instala]iei la temperaturi reduse; motoarele [i generatoarele hidraulice func]ioneaz\ cu pierderi hidraulice relativ mari; asigurarea unor viteze mici [i foarte mici ale elementelor de execu]ie se realizeaz\ cu dificultate; la presiuni mari de lucru, compresibilitatea lichidului de lucru conduce la modificarea legii de deplasare a elementului de execu]ie; pierderile hidraulice pe conducte limiteaz\ lungimea acestora; 7

2 `n cazul apari]iei unor neetan[eit\]i `n sistem se formeaz\ cea]\ de lichid care este inflamabil\, ceea ce creaz\ pericolul de incendiu; contaminarea lichidului de lucru cu impurit\]i conduce la scoaterea rapid\ din func]iune a sistemului; `ntre]inerea, depanarea [i repararea sistemelor hidraulice necesit\ personal calificat. 1.. DEFINIREA {I CLASIFICAREA SISTEMELOR DE AC}IONARE HIDRAULIC Prin sistem de ac]ionare hidraulic\ se `n]elege un ansamblu format din elemente care realizeaz\ transformarea energiei mecanice `n energie hidraulic\, energie ce este transmis\ la locul de utilizare, unde aceasta se transform\ din nou `n energie mecanic\ [14, 3, 4, 7]. Transformarea energiei mecanice `n energie hidraulic\ se realizeaz\ prin intermediul unei pompe, `n timp ce transformarea energiei hidraulice `n energie mecanic\ se realizeaz\ prin intermediul unui motor hidraulic. Transmiterea energiei hidraulice de la pomp\ la motor se realizeaz\ prin intermediul unui lichid de lucru (de cele mai multe ori se folose[te uleiul mineral special). Clasificarea sistemelor hidraulice de ac]ionare se poate realiza dup\: modul `n care se realizeaz\ circula]ia lichidului `n sistem; energia hidraulic\ preponderent\ a lichidului de lucru; tipul pompei hidraulice; tipul motorului hidraulic; tipul mi[c\rii elementului de execu]ie (liniar\, de rota]ie); modul de ac]ionare al elementelor de comand\ (manual, mecanic, electric, hidraulic). Dup\ modul `n care se realizeaz\ circula]ia uleiului, sistemele hidraulice pot fi: deschise (fig. 1.1a); `nchise (fig. 1.1b). La sistemele hidraulice deschise, pompa () aspir\ lichidul de lucru din rezervorul (3), iar lichidul refulat de c\tre motorul hidraulic (5) se `ntoarce de asemenea `n rezervorul (3). La sistemele hidraulice `nchise, pompa () aspir\ uleiul refulat de c\tre motorul (5), pe care `l trimite din nou `n motor. ~n func]ie de energia preponderent\ a fluidului de lucru, sistemele hidraulice de ac]ionare pot fi: hidrostatice, la care energia fluidului de lucru este preponderent de presiune; hidrodinamice, la care energia preponderent\ a fluidului de lucru este cinetic\. 8

3 a) b) 3 Fig Tipuri de sisteme hidraulice. a-deschise; b-`nchise; 1-motor de antrenare; -pomp\ hidraulic\; 3-rezervor; 4-aparatur\ de distribu]ie, reglare [i control; 5-motor hidraulic; 6-organ de execu]ie. S\ consider\m un sistem hidraulic având schema de principiu din fig. 1.; acesta este format din pomp\, motor [i echipamentul de comand\ [i reglare (EC). F 1 F h 1 ds 1 D 1 EC D h ds Fig Schema de principiu a unui sistem hidraulic. Sub ac]iune for]ei F 1, pistonul pompei se deplaseaz\ pe distan]a ds 1. De la pomp\, prin conducte [i echipamentul de comand\ [i reglare (EC), lichidul ajunge la pistonul motorului hidraulic, care `nvinge for]a rezistent\ F [i se deplaseaz\ pe distan]a ds. Elementul de lichid de mas\ dm, cuprins `n volumul π D dv = A1 ds1 = 1 ds 1, are energia poten]ial\: 4 de p1 = h1 g dm = h1 g ρ dv. El prime[te de la piston energia hidrostatic\: deh1 = F1 ds1 = p1 A1 ds1 = p1 dv, precum [i energia cinetic\: dm v1 ρ dv v1 dec1 = =, unde v 1 este viteza de deplasare a pistonului, iar p 1 este presiunea din pomp\. Energia total\ elementului de volum dv este: de 1 = de p1 + de h1 + de c1. Acela[i element de volum dv, aflat `n fa]a pistonului motorului hidraulic, 9

4 va avea energia total\: de = de p + de h + de c. Considerând c\ nu exist\ pierderi de energie `n sistem, putem scrie: de 1 = de = de, sau: dv v dv v de = h g dv + p dv + ρ = h g dv + p dv + 1 ρ 1 ρ 1 ρ sau: ρ v1 v h1 g + p1 + ρ ρ = h g ρ + p + = const., unde termenul h ρ g reprezint\ presiunea de pozi]ie, p 1 este presiunea static\, iar (ρ v )/ reprezint\ presiunea dinamic\. Cum la sistemele hidraulice elementele componente se g\sesc la proximativ aceea[i `n\l]ime, putem considera c\ h 1 = h [i deci ob]inem: ρ v1 v p1 + ρ = p + = const. Din aceast\ rela]ie rezult\ modul de clasificare al sistemelor hidraulice `n func]ie de energia preponderent\ `n sistem: sisteme hidrostatice, la care energia energia hidraulic\ preponderent\ este cea datorat\ presiunii statice. ~n acest caz `n sistem se folosesc pompe [i motoare hidraulice volumice alternative (care func]ioneaz\ pe baza varia]iei volumului ocupat de c\tre lichidul de lucru). sisteme hidrodinamice, la care energia preponderent\ este cea cinetic\, datorat\ presiunii dinamice. ~n acest caz se folosesc pompe centrifuge [i turbine hidraulice LICHIDE FOLOSITE ~N SISTEMELE HIDRAULICE DE AC}IONARE Lichidele vehiculate `n sistemele hidraulice de ac]ionare sufer\ ciclic varia]ii importante de pesiune, vitez\ [i temperatur\. Condi]iile dificile de utilizare inpun acestor lichide urm\toarele cerin]e specifice [10, 14, 3]: propriet\]i bune de ungere; vâscozitate optim\ pe toat\ plaja temperaturilor de utilizare; stabilitate `n timp a propriet\]ilor fizice [i chimice; rezisten]\ mecanic\ ridicat\ a peliculei; punct de inflamabilitate ridicat; compatibilitate cu materialele din componen]a sistemului hidraulic (`n special cu elementele de etan[are); compresibilitate [i tendin]\ de spumare reduse. Vâscozitatea reprezint\ proprietatea lichidului de a se opune deplas\rilor relative dintre straturile de fluid. Vâscozitatea dinamic\ se calculeaz\ cu rela]ia: 10

5 F / A N s η = du dn / m, unde: F este for]a necesar\ deplas\rii stratului de fluid de arie A; du/dn este gradientul vitezei dup\ normala la direc]ia de curgere. Ca unitate de m\sur\ a vâscozit\]ii dinamice se mai folose[te [i Poise [P]: N s 3 1 = 10P = 10 cp. m Raportul dintre vâscozitatea dinamic\ [i densitatea lichidului se nume[te vâscozitate cinematic\: η m ν = ρ. s De multe ori, vâscozitatea cinematic\ se exprim\ [i `n Stokes [St]: 1 St = 1 cm /s; 1 cst = 1mm /s. Este uzual\ [i exprimarea vâscozit\]ii unui lichid prin compara]ie cu cea apei; `n acest caz se m\soar\ timpul necesar curgerii unui anumit volum din lichidul `ncercat printr-un orificiu calibrat, valoare ce se raporteaz\ la timpul necesar scurgerii aceleia[i cantit\]i de ap\ distilat\. Se ob]ine astfel vâscozitatea exprimat\ `n grade Engler [ 0 E]. ~ntre vâscozitatea exprimat\ `n grade Engler [i vâscozitatea dinamic\ exist\ urm\toarea rela]ie de transformare: ν [m /s] 7, ν [ 0 E]. Vâscozitatea scade odat\ cu cre[terea temperaturii. Din acest motiv, vâscozitatea ridicat\ la temperaturi joase conduce la pierderi de sarcin\ [i creaz\ dificult\]i la aspira]ia lichidului `n pomp\, `nso]ite de sc\derea randamentului pompei. La temperaturi ridicate, sc\derea vâscozit\]ii conduce de asemenea la sc\derea randamentului pompei; `n plus, sc\derea capacit\]ii portante a peliculei de lichid poate conduce la griparea unor elemente componente ale sistemului hidraulic. La presiunea atmosferic\, varia]ia vâscozit\]ii cu temperatura poate fi aproximat\ de rela]ia: η T = η T0 e -λ (T-T 0 ), unde λ este o constant\ specific\ fiec\rui lichid, T este temperatura mediului, iar T 0 este temperatura standard. Influen]a presiunii asupra vâscozit\]ii poate fi considerat\ liniar\, pentru presiuni de pân\ la 500 dan/cm : ν p = ν p0 (1 + p k v ), unde coeficientul k v depinde de vâscozitatea lichidului. Compresibilitatea se apreciaz\ prin intermediul modulului de elasticitate ε. Pentru majoritatea uleiurilor folosite `n sistemele de ac]ionare hidraulic\ ε = dan/cm. Modulul de elasticitate cre[te liniar cu presiunea, dup\ o rela]ie de forma: ε p = ε p0 + p k ε. 11

6 Pentru uleiurile minerale coeficientul k ε 1. Datorit\ valorilor ridicate ale modulului de elasticitate, se poate considera c\ la presiuni de pân\ la 00 dan/cm, lichidele utilizate `n sistemele hidraulice sunt incompresibile. Situa]ia se schimb\ dramatic atunci când `n masa de lichid se g\se[te aer nedizolvat, caz `n care modulul de elasticitate scade foarte mult, cu influen]e negative asupra func]ion\rii sistemului. ~n ceea ce prive[te compatibilitatea cu materialele sistemului, trebuie men]ionat c\ principalele materiale afectate de c\tre lichidele hidraulice sunt elastomerii folosi]i `n realizarea elementelor de etan[are [i a racordurilor elastice. Utilizarea elastomerilor a fost impus\ de `nlocuirea uleiurilor vegetale cu uleiurile minerale, deoarece uleiurile minerale dizolv\ cauciucul natural, folosit anterior pentru realizarea elementelor de etan[are. ~n ceea ce prive[te materialele metalice, majoritatea lichidelor utilizate `n instala]iile hidraulice sunt compatibile cu acestea Tipuri de lichide utilizate `n sistemele hidraulice Cele mai utilizate tipuri sunt urm\toarele: Lichide pe baz\ vegetal\ Un exemplu de acest tip este uleiul de ricin, diluat `n vederea sc\derii vâscozit\]ii. Lichide pe baz\ mineral\ Aceste uleiuri sunt fabricate pe baz\ de petrol, fiind standardizate conform STAS [i Se simbolizeaz\ cu litera H, urmat\ de o cifr\ care reprezint\ vâscozitatea cinematic\ la 50 0 C, in cst. Lichide neinflamabile pe baz\ de ap\ Datorit\ unor propriet\]i fizice total necorespunz\toare (vâscozitate redus\, propriet\]i de ungere necorespunz\toare), aceste lichide se utilizeaz\ doar pentru ac]ionarea unor utilaje calde, mari consumatoare de lichid (prese hidraulice). Se folosesc emulsii de ulei `n ap\ (1 10% ulei mineral), ap\ `n ulei (50 60% ulei) sau poliglicoli `n ap\ (35 65% ap\). Lichide sintetice Acestea au ap\rut din necesitatea cre[terii siguran]ei `n exploatare a sistemelor hidraulice [i a m\ririi tempeaturii maxime de func]ionare. Dintre lichidele utilizate (cu prec\dere `n avia]ie), se pot men]iona: compu[ii organici halogena]i; siliconii (ce se pot utiliza la temperaturi de pân\ la C); esterii fosfatici; silica]ii. ~n tab. 1.1 sunt prezentate unele caracteristici fizice pentru câteva tipuri de uleiuri române[ti folosite `n instala]iile hidraulice. 1

7 Caracteristici fizice ale unor uleiuri minerale Tipul uleiului Caracteristica H19 1 H57 1 H1 H38 H9 EP 3 Vâscozitate cinematic\ la 50 0 C, mm /s Vâscozitate la 50 0 C, 0 E Densitate relativ\ maxim\, la 15 0 C Presiune maxim\ de utilizare, bar 19 3,8 3, ,5 8,5,3 4,9 5,4 1, 1,5 Tabelul 1.1 T75 T80 EP1 4 EP ,5 6,5 7,9 0,89 0,9 0,9 0,905-0,91 0, Punct de curgere maxim, 0 C solicit\ri u[oare; - solicit\ri medii; 3 - solicit\ri mari; 4 - când uleiul din transmisie este folosit [i pentru ac]ionare hidraulic\ POMPE UTILIZATE ~N SISTEMELE DE AC}IONARE HIDRAULIC Sistemele hidrostatice folosesc pompe volumice, la care cre[terea presiunii lichidului de lucru se realizeaz\ prin modificarea volumului ocupat de c\tre acesta. Aceste pompe sunt caracterizate prin trecerea discontinu\ a lichidului din racordul de aspira]ie `n cel de refulare, lichidul trecând printr-o camer\ de volum variabil. ~n faza de aspira]ie, aceast\ camer\ este pus\ `n leg\tur\ cu racordul de aspira]ie, volumul camerei crescând `n timp ce presiunea scade. Când volumul camerei devine maxim, aceasta este `nchis\ (prin mijloace mecanice), fiind apoi conectat\ la racordul de refulare. ~n continuare, volumul camerei scade, realizându-se astfel suprapresiunea necesar\ evacu\rii lichidului `n racordul de refulare. Presiunea minim\ din camer\ este limitat\ (teoretic) doar de presiunea de vaporizare a lichidului la temperatura de lucru a pompei; presiunea maxim\ este limitat\ doar de rezisten]a mecanic\ a organelor pompei. Utilizarea unei singure camere conduce la o aspira]ie [i refulare intermitente; prin utilizarea mai multor camere, care func]ioneaz\ defazat, neuniformitatea debit\rii lichidului scade. Teoretic, o camer\ aspir\ [i refuleaz\, `n cadrul unui ciclu, un volum de lichid egal cu diferen]a dintre volumul s\u maxim [i cel minim: V = V max - V min. Debitul teoretic mediu de lichid refulat este dat de rela]ia: 13

8 Q V n m 3 = tm 60 s, unde n este tura]ia arborelui pompei Pompe cu pistoane [8, 10, 16, 3, 4, 31] Schema de principiu a unei pompe cu piston este prezentat\ `n fig Fig Pompa cu piston V 0 D PMI x S PME l β α r ω 1-cilindru; -piston; 3-biel\; 4-arbore cotit; 5-racord de aspira]ie; 6-supap\ de aspira]ie; 7-supap\ de refulare; 8-racord de refulare; S-cursa pistonului; D-diametrul pistonului. La aceast\ pomp\, camera de volum variabil este reprezentat\ de spa]iul din stânga pistonului; volumul acestei camere este dat de rela]ia: π D V = x + V 0, 4 unde x este deplasarea pistonului fa]\ de punctul mort interior (PMI), iar V 0 este volumul spa]iului mort. Debitul teoretic instantaneu este: dv dv dα dv Qt = = = dt dα dt dα ω, unde α este unghiul de rota]ie al manivelei arborelui cotit, iar ω este viteza sa unghiular\. Pentru exprimarea volumului `n func]ie de unghiul de rota]ie, se observ\ din figur\ c\: x = r + l - l cosβ - r cosα, unde l este lungimea bielei, r este raza manivelei arborelui cotit, iar β este unghiul de `nclinare al bielei. Din considerente geometrice putem scrie: r sinα = l sinβ, de unde rezult\: r sin β = sinα sau sin β = λ sinα, l 14

9 unde λ este raportul dintre raza manivelei [i lungimea bielei. Având `n vedere cele de mai sus, rezult\: cosβ = 1 λ sin α, iar deplasarea pistonului devine: 1 x = r + l r cosα + ( 1 λ sin α) Dezvoltând `n serie termenul (1-λ sin α) 1/ [i re]inând doar primii doi termeni (restul termenilor având valori mici, se pot neglija) rezult\: x = r + l - [r cos + 1-0,5 λ sin α]. 1 cosα }inând cont c\ sin α =, rezult\ pentru deplasarea pistonului rela]ia: x = r ( ) + ( ) 1 cosα λ 4 1 cos α. Debitul teoretic al pompei va fi: π D dx D d Q r ( ) t = = + dα ω π ω d α 1 cosα λ α cos. Rezult\ legea de varia]ie a debitului: π D Qt = r ω + sinα λ sin α 4 Graficul de varia]ie a debitului instantaneu este prezentat `n fig. 1.4a. Datorit\ prezen]ei supapelor, curgerea invers\ a lichidului nu este posibil\, astfel `ncât legea de varia]ie a debitului, prin racordul de admisie, este aceea din fig. 1.4b. Se observ\ `n aceast\ figur\ caracterul discontinuu al curgerii lichidului Q( α ) 0 Q( α ) α a) b) α Fig Legea de varia]ie a debitului instantaneu. 15

10 Debitul mediu al pompei va fi exprimat prin rela]ia: π 1 π D Qtm = r ω + d 4 sinα λ sin α π α. 0 Dup\ prelucrare, rela]ia debitului mediu devine: D D n Qtm = r sau Q tm = π 1 π ω, S. 4 π 4 60 ~n mod uzual, distribu]ia este asigurat\ de supape de sens unic (necomandate), dar exist\ [i solu]ii constructive care utilizeaz\ distribuitoare comandate. Se define[te gradul de neuniformitate al debit\rii prin raportul: Qtmax Qt δ = min. Qtm Pentru pompa cu piston rezult\ un grad de neuniformitate δ = π. Reducerea gradului de neuniformitate al acestei pompe se poate reduce, `ntre anumite limite, prin utilizarea hidrofoarelor pe racordurile de admisie [i refulare. O alt\ posibilitate de reducere a gradului de neuniformitate const\ `n utilizarea pompei cu dublu efect, la care ambele fe]e ale pistonului sunt active (fig. 1.5). Debitul volumic mediu al pompei cu piston cu dublu efect este dat de rela]ia: 3 Q = π n m l tm ( D d ) 4 60 s. Se observ\ c\ pompa din fig. 1.5c este prev\zut\ cu dou\ pistoane, care func]ioneaz\ `n opozi]ie de faz\, fiind ac]ionate prin intermediul unui excentric. Cea mai utilizat\ modalitate de reducere a neuniformit\]ii debit\rii const\ `n utilizarea pompelor policilindrice. ~n func]ie de solu]ia constructiv\ adoptat\, aceste pompe pot fi: cu cilindri imobili; cu cilindri având mi[care de rota]ie. ~n func]ie de pozi]ia axelor cilindrilor fa]\ de axa arborelui de antrenare, pompele cu cilindri imobili pot fi: cu cilindri `n linie, la care axele cilindrilor se g\sesc `ntr-un plan care con]ine [i axa arborelui de antrenare; cu axele cilindrilor dispuse concentric `n jurul axei arborelui de antrenare [i paralele cu aceasta (cu pistoane axiale); cu cilindri `n stea, la care axele cilindrilor sunt dispuse radial fa]\ de axa arborelui de antrenare (cu cilindri radiali). Aplicând acela[i criteriu de clasificare [i `n cazul pompelor cu cilindri mobili, ob]inem urm\toarele tipuri de pompe: cu axele cilindrilor dispuse radial fa]\ de axa arborelui de antrenare; cu axele cilindrilor concentrice cu axa arborelui de antrenare (cu disc 16

11 `nclinat); cu axele cilindrilor dispuse `nclinat fa]\ de axa arborelui de antrenare (cu bloc `nclinat). Qt d D l a) π/ π 3π/ π b) α Fig Pompa cu piston cu dublu efect. a-schema de principiu; b-diagrama de varia]ie a debitului; c-sec]iune prin pomp\; D-diametrul pistonului; d-diametrul tijei; l-cursa pistonului. c) Pompe cu cilindri `n linie Aceste pompe au cilindrii dispu[i `ntr-un plan ce con]ine [i axa arborelui de antrenare. Ac]ionarea pistoanelor se realizeaz\ prin intermediul unor biele [i a unui arbore cotit ale c\rui coturi sunt decalate unghiular `n func]ie de num\rul de cilindri Pompe cu cilindri imobili [i pistoane axiale (cu disc fulant) Construc]ia acestui tip de pomp\ este prezentat\ `n fig Se observ\ c\ cilindrii sunt dispu[i `n blocul (4), pe un cerc concencentric cu axa arborelui de antrenare. Blocul cilindrilor este fix, `n timp ce discul fulant (7) se rote[te odat\ cu arborele, asigurând astfel deplasarea pistoanelor (5) `n cilindri. Cursa unui piston este dat\ de rela]ia: S = D tgα, unde D este diametrul cercului pe care se g\sesc axele cilindrilor, iar α este unghiul de `nclinare al discului fulant fa]\ de vertical\. 17

12 Fig Pompa cu disc fulant. 1-racord de aspira]ie; -racord refulare; 3-supap\ aspira]ie; 4-blocul cilindrilor; 5-piston; 6-disc fulant; 7, 8-rulmen]i. Debitul mediu teoretic al pompei este dat de rela]ia: π d Q z D n tm = tgα, 4 60 unde d este diametrul unui piston, iar z este num\rul de cilindri. Distribu]ia este realizat\ prin intermediul unor supape de sens unic. Contactul dintre pistoane [i discul fulant este asigurat de arcuri; ca urmare, cursa de aspira]ie este realizat\ datorit\ arcurilor, `n timp ce cursa de refulare are loc datorit\ discului fulant Pompe cu cilindri radiali, imobili Schema de principiu a unei astfel de pompe este prezentat\ `n fig Pistoanele, dispuse radial, execut\ cursa de admisie (deplasare c\tre axa pompei) datorit\ arcurilor ce se g\sesc `n spatele lor, `n timp ce cursa de refulare are loc sub ac]iunea excentricului (10); acesta este decalat cu distan]a e fa]\ de centrul carcasei pompei.uleiul este aspirat prin racordul (1), ajungând `n spa]iul de aspira]ie (9); de aici, lichidul p\trunde `n cilindru (trecând prin canalele executate `n tachet [i piston) `n momentul `n care fanta de aspira]ie (7) ajunge `n dreptul tachetului (6). ~n timpul cursei de refulare uleiul trece pe lâng\ supapa de refulare (4), ajunge `n canalul de refulare (3) [i de aici `n racordul de refulare (). Debitul teoretic mediu al pompei se determin\ cu ajutorul rela]iei: 18

13 3 d n m Q = π tm e z 4 s, 60 `n care d este diametrul unui piston, z este num\rul de cilindri, n este tura]ia pompei, iar e este excentricitatea. Fig Pompa cu cilindri radiali imobili. 1-racord de admisie; -racord de refulare; 3-canal de refulare; 4-supap\ de refulare; 5-piston; 6- tachet; 7-fant\ de aspira]ie; 8-carcas\; 9-spa]iu de aspira]ie; 10-excentric Pompe cu cilindri radiali, mobili Schema de principiu a unei pompe cu cilindri radiali mobili este prezentat\ `n fig Aceasta este format\ dintr-o carcas\ cilindric\ (1), fix\, `n interiorul c\reia se g\se[te amplasat excentric blocul cilindrilor (), care se g\se[te `n mi[care de rota]ie. Datorit\ dispunerii excentrice a blocului cilindrilor, pistoanele (3) se deplaseaz\ radial, realizând pomparea uleiului. Admisia [i refularea au loc prin canalele (4) [i (5), distribuitorul fix (6) realizând separarea celor dou\ spa]ii. Debitul mediu teoretic al pompei este dat de rela]ia: 3 d n m Q = π tm e z 4 s, 60 `n care z este num\rul de cilindri, iar e este excentricitatea. 19

14 Fig Pompa cu cilindri radiali mobili. 1-carcas\; -blocul cilindrilor; 3-piston; 4-racord de aspira]ie; 5-racord de refulare; 6-distribuitor Pompa cu cilindri axiali rotativi (cu disc `nclinat) ~n fig. 1.9 este prezentat\ schema de principiu a unei pompe cu disc `nclinat. a) b) Fig. 1.9 Pompa cu disc `nclinat. a-construc]ia pompei; b-distribuitorul plan 1-arbore de antrenare; -blocul cilindrilor; 3-distribuitor plan (rotit cu 90 0 ); 4-piston; 5-disc `nclinat; 6-rulment; 7-lag\r axial; 8-fant\ de refulare; 9-fant\ de admisie La acest tip de pomp\, blocul cilindrilor () este montat pe arborele de antrenare (1), rotindu-se odat\ cu acesta. Cilindrii sunt dispu[i pe un cerc, concentric cu axa arborelui de antrenare. Pistoanele (4) sunt montate pe discul `nclinat fix (5), prin intermediul unui lag\r axial (7), care permite rotirea pistoanelor odat\ cu blocul cilindrilor. 0

15 Deplasarea pistoanelor `n interiorul cilindrilor are loc datorit\ `nclin\rii discului (5); prin reglarea unghiului de `nclinare α, se modific\ cursa pistoanelor [i deci [i cantitatea de ulei refulat\. Distribu]ia uleiului c\tre cilindri se realizeaz\ prin intermediul distribuitorului plan (3), prev\zut cu fante de aspira]ie [i refulare (8 [i 9, fig. 1.9b). Cilindrii sunt `n leg\tur\ cu fanta de aspira]ie atunci când pistoanele se retrag din cilindri; leg\tura dintre cilindri [i fanta de refulare se stabile[te pe por]iunea de curs\ `n care are loc intrarea pistoanelor `n cilindri. Debitul teoretic mediu al pompei se calculeaz\ cu ajutorul rela]iei: π d Q z D n tm = tgα [m 3 /s], 4 60 unde d este diametrul unui piston, z este num\rul de cilindri, D este diametrul cercului pe care se g\sesc axele cilindrilor, n este tura]ia arborelui pompei, iar α este unghiul de `nclinare al discului Pompe rotoalternative cu bloc `nclinat Aceste pompe sunt tot de tipul cu cilindri mobili, dar se caracterizeaz\ prin faptul c\ axele cilindrilor sunt dispuse `nclinat fa]\ de axa arborelui de antrenare. Construc]ia unei astfel de pompe este prezentat\ `n fig [i Fig Pomp\ cu bloc `nclinat. 1-arbore de antrenare; -disc de antrenare a pistoanelor; 3-blocul cilindrilor; 4-piston; 5-distribuitor plan; 6-capac cu racorduri; 7, 8-racorduri; 9-carcas\; 10-rulmen]i; 11-plac\ de re]inere a pistoanelor. Blocul cilindrilor (3, fig. 1.10) este `nclinat fa]\ de axa arborelui de antrenare (1), fiind antrenat `n mi[care de rota]ie de c\tre pistoanele (4); acestea sunt articulate de discul (), montat pe arborele de antrenare. La rotirea arborelui (1) au loc urm\toarele fenomene: prin rotirea blocului cilindrilor (3), fiecare cilindru este pus `n leg\tur\ (prin 1

16 intermediul distribuitorului plan 5), pe rând, cu racordul de admisie [i cu cel de refulare; pistoanele se deplaseaz\ `n cilindri, realizând aspira]ia [i refularea uleiului (fig. 1.11). Fig Blocul cilindrilor [i pistoanele pompei cu bloc `nclinat. Distribu]ia (fig. 1.1) se realizeaz\ prin intermediul fantelor () practicate `n blocul cilindrilor (1) [i a distribuitorului plan (3), prev\zut cu ferestrele de distribu]ie (4). 1 PMI 3 4 D d a) b) c) Fig. 1.1 Distribu]ia la pompa cu bloc `nclinat. a-sec]iune longitudinal\ a blocului cilindrilor; b-vedere a suprafe]ei de distribu]ie a blocului cilindrilor; c-distribuitorul plan; 1-blocul cilindrilor; -fant\ de distribu]ie; 3-distribuitor plan; 4-fereastr\ de distribu]ie. Se observ\ c\ distribuitorul (3) asigur\ `nchiderea ermetic\ a cilindrilor `n apropierea punctelor moarte, evitându-se astfel trecerea uleiului din fereastra de refulare `n cea de aspira]ie. Debitul mediu teoretic al pompei poate fi determinat cu ajutorul rela]iei: π d Q z D n tm = α 4 60 sin [m 3 /s], unde α este unghiul dintre axa arborelui de antrenare [i axa blocului cilindrilor. Din rela]ia de calcul a debitului rezult\ c\ este posibil\ reglarea debitului prin modificarea unghiului de `nclinare al blocului cilindrilor; `n fig este prezentat\ o pomp\ cu posibilit\]i de reglare a `nclin\rii blocului cilindrilor.

17 Fig Reglarea debitului la pompa cu bloc `nclinabil. 1-rulmen]i; -biel\; 3-plac\ de re]inere a bielelor; 4, 11, 1 -arcuri; 5-arbore de ghidare a blocului cilindrilor; 6-piston; 7-plac\ de distribu]ie oscilant\; 8-limitator; 9, 15 -buc[e; 10-sertar; 13-pârghie; 14-piston pentru rotirea pl\cii de distribu]ie; 16-blocul cilindrilor. La aceast\ pomp\, reglarea unghiului de `nclinare al blocului cilindrilor (16) se realizeaz\ prin deplasarea pl\cii de distribu]ie oscilante (7), cu ajutorul pistonului (14). Pentru comanda acestui piston se utilizeaz\ racordul (X), care se alimenteaz\ cu ulei sub presiune Pompe cu palete culisante [16, 3, 7, 31] O pomp\ cu palete culisante este format\ (fig. 1.14) dintr-o carcas\ (1), `nchis\ lateral cu dou\ capace, `n interiorul c\reia se g\se[te un rotor cilindric (), prev\zut cu degaj\ri `n care se g\sesc paletele culisante (3). La pompele cu simpl\ ac]iune (fig. 1.14a), carcasa (1) are form\ cilindric\, iar rotorul este excentric fa]\ de carcas\. La pompele cu dublu efect, carcasa are form\ cvasieliptic\. Contactul dintre paletele (3) [i carcasa (1) se datore[te for]elor centrifuge ce ac]ioneaz\ asupra paletelor; la unele solu]ii constructive se utilizeaz\ arcuri, care apas\ paletele pe suprafa]a interoar\ a carcasei. Admisia [i refularea uleiului au loc prin ferestrele (4) [i (5), practicate `n carcas\, fiind datorate modific\rii volumului camerelor. Fiecare camer\ de volum variabil este delimitat\ de câte dou\ palete, carcas\, rotor [i cele dou\ capace laterale. La pompa cu simplu efect, varia]ia volumului camerei se datoreaz\ amplas\rii excentrice a rotorului fa]\ de carcas\, `n timp ce la pompa cu dublu efect varia]ia volumului are loc datorit\ formei carcasei. Astfel, la pompa cu simplu efect (fig. 1.14a), `n partea superioar\ a pompei are loc cre[terea volumului dintre palete, lichidul fiind aspirat prin fereastra (4); urmeaz\ apoi faza de refulare (`n partea inferioar\ a pompei), lichidul fiind refulat datorit\ sc\derii volumului spa]iului dintre palete. Pentru determinarea debitului mediu teoretic al pompei cu simplu efect 3

18 se poate folosi schema din fig a) b) Fig Pompe cu palete culisante. a-cu simplu efect; b-cu dublu efect; 1-carcas\; -rotor; 3-palet\; 4-fereastr\ de aspira]ie; 5-fereastr\ de refulare. π/z π/z ρ ρ m A ϕ Fig Schema pentru determinarea debitului mediu al pompei cu palete culisante. r O R M e O 1 β O 1 centrul carcasei; O centrul rotorului; R raza interioar\ a carcasaei; r raza exterioar\ a rotorului; e excentricitatea; ϕ - unghiul de rota]ie al rotorului; ρ - distan]a dintre centrul rotorului [i carcas\. Distan]a dintre centrul rotorului [i carcas\ este: ρ = O M + MA Din triunghiul O MO 1 rezult\: O M = e cos ϕ. Din triunghiul O 1 MA rezult\: MA = R cosβ. Deci distan]a ρ dintre cenrul rotorului [i carcas\ va fi: ρ = e cos ϕ + R cosβ. Din acelea[i dou\ triunghiuri men]ionate mai sus rezult\: MO 1 = e sin ϕ 4

19 fiind: [i MO 1 = R sin β. e Ca urmare, putem scrie c\ sin β = sinϕ. R Având `n vedere cele de mai sus [i notând ε = e/r, rezult\ distan]a ρ ca ( 1 ) ρ = R ε cosϕ + ε sin ϕ. Dezvoltând radicalul dup\ binomul lui Newton [i luând `n considera]ie doar primii doi termeni rezult\: 1 ε ( 1 ε sinϕ) 1 sin ϕ, iar pentru distan]a dintre centrul rotorului [i carcas\ ob]inem: ρ ε ϕ ε = R 1+ cos sin ϕ. Volumul spa]iului dintre dou\ palete succesive va fi: ϕ + π z z ρ + r L V( ϕ) = L ( ρ r) d ϕ = ( ρ r ) dϕ. ϕ π z 5 ϕ + π ϕ π z Rezolvând integrala, ob]inem: π r π ε π V( ϕ) = L R + ε sin cosϕ + sin cosϕ z R z 1. z Dup\ cum s- men]ionat anterior, varia]ia de volum este: V = V max V min. Volumul maxim se ob]ine pentru ϕ = 0 [i se calculeaz] cu rela]ia: π r π ε π V( ϕ) max = L R + ε sin + 1 sin z R z. z Volumul minim se ob]ine pentru ϕ = 180 0, rezultând din rela]ia: π r π ε π V( ϕ) min = L R ε sin sin z R z 1 z Varia]ia de volum va fi: π V = 4 L ε z R sin. z Dac\ num\rul de palete este suficient de mare putem presupune c\ sin (π/z) π/z [i rezult\: V = 4 π L e R, iar debitul teoretic mediu va fi:

20 Q V n π n tm = = D e L O alt\ modalitate de determinare a debitului teoretic mediu utilizeaz\ schema din fig B O 1 O A Fig Schema pentru determinarea debitului mediu al pompei cu palete culisante. r R-e R e R+e O centrul carcasei; O 1 centrul rotorului; R raza interioar\ a carcasei; r raza exterioar\ a rotorului; e excentricitatea; Debitul de lichid refulat de c\tre pomp\ se poate exprima ca fiind: Q tm = Q A Q B, unde Q A este debitul prin sec]iunea A, iar Q B este debitul prin sec]iunea B. Se [tie c\: Q A = S A v A, Q B = S B v B, unde S A [i S B sunt ariile sec]iunilor respective, iar v A [i v B sunt vitezele medii ale lichidului prin sec]iuni. Din considerente geometrice S A = (R + e r) L [i S A = (R - e r) L, unde L este l\]imea rotorului. Vitezele medii se determin\ cu rela]iile: R+ e r R+ e+ r va = r+ ω = ω,. R e r R e+ r vb = r+ ω = ω Folosind rela]iile de mai sus, rezult\ debitul mediu: Q = 3 π n m tm DeL s, 30 unde D = R este diametrul interior al carcasei. Dac\ se ]ine cont [i de grosimea a a paletelor, debitul mediu teoretic devine: π D Qtm = L e n a z, 30 z fiind num\rul de palete. Din rela]iile de mai sus rezult\ c\ debitul teoretic este propor]ional cu 6

21 excentricitatea rotorului fa]\ de carcas\; ca urmare, prin modificarea excentricit\]ii e se poate modifica debitul de lichid refulat. De obicei, acest lucru se realizeaz\ prin deplasarea carcasei () fa]\ de rotorul (3) (fig. 1.17). Fig Pomp\ cu palete cu debit reglabil. 1, 6 pistoane; -carcas\; 3-rotor; 4-ghidaj; 5-palet\; 7-dispozitiv de reglare. ~n mod uzual, aceste pompe au 4 15 palete, cre[terea num\rului de palete ducând la sc\derea gradului de neuniformitate al debit\rii. La pompele cu simplu efect, rezultanta for]elor de presiune care ac]ioneaz\ asupra rotorului `n zona de refulare `ncarc\ lag\rele propor]ional cu presiunea, ceea ce limiteaz\ presiunea maxim\ la bari. La pompele cu dublu efect, datorit\ simetriei carcasei [i num\rului par de palete, for]ele de presiune se echilibreaz\ reciproc, astfel `ncât aceste pompe pot func]iona la presiuni mai ridicate ( bari) Pompe cu angrenaje cilindrice [16, 3, 7, 31] Principial, o astfel de pomp\ este format\ din dou\ ro]i din]ate, aflate `n angrenare, acestea fiind amplasate `ntr-o carcas\ `nchis\ cu dou\ capace laterale. Unul din pinioane este conduc\tor, `n timp ce al doilea este condus. ~n func]ie de tipul angren\rii, pompele cu ro]i din]ate pot fi: cu angrenare exterioar\ (fig a); cu angrenare interioar\ (fig. 1.18b). Dantura pinioanelor utilizate poate fi dreapt\, `nclinat\ etc. La pompele cu angrenaje camerele de volum variabil se formeaz\ `n zona de intrare `n angrenare, respectiv de ie[ire din angrenare, `ntre din]ii ro]ilor, carcas\ [i capacele laterale. Astfel, la ie[irea din]ilor din angrenare, datorit\ cre[terii volumului disponibil pentru lichid, se formeaz\ o depresiune, ceea ce asigur\ aspira]ia uleiului prin racordul de aspira]ie (A). Uleiul este apoi transportat `n golurile dintre din]i [i pere]ii laterali ai carcasei. ~n zona de intrare `n angrenare, volumul scade, iar lichidul este evacuat prin racordul de refulare. Zona de contact dintre din]ii celor dou\ pinioane se comport\ ca o etan[are mobil\, care separ\ zona de `nalt\ presiune (racordul de refulare) de cea de joas\ presiune (racordul de aspira]ie). 7

22 a) b) Fig Pompe cu angrenaje cilindrice. a-cu angrenare exterioar\; b-cu angrenare interioar\; 1-carcas\;, 3-ro]i din]ate; 4-segment de etan[are; A-racord de aspira]ie; R-racord de refulare. La pompele cu angrenare interioar\ (fig. 1.18b), separarea zonelor de refulare [i aspira]ie este realizat\ prin intermediul unui segment (4) `n form\ de semilun\. Distribu]ia lichidului se realizeaz\ prin ferestre executate `n capacele laterale ale pompei. Pierderile de ulei dinspre zona de `nalt\ presiune spre cea de joas\ presiune sunt limitate de jocurile foarte mici existente `ntre carcas\, capace [i ro]ile din]ate. Pe m\sura folosirii pompei, jocul dintre capacele laterale [i suprafe]ele frontale ale ro]ilor din]ate cre[te, ceea ce conduce la sc\derea randamentului pompei. Pentru evitarea acestui fenomen se utilizeaz\ un sistem de compensare automat\ a jocului (fig. 1.19). La acest sistem, buc[ele (1) [i () sunt `n acela[i timp [i lag\rele ro]ilor din]ate (3) [i (4). Spa]iul (p) dintre buc[e [i corpul pompei este pus `n leg\tur\ cu racordul de refulare al pompei. Din acest motiv, presiunea uleiului este acea care, ac]ionând asupra buc[elor, anuleaz\ jocul frontal. ~n timpul func]ion\rii pompei, distribu]ia presiunii radiale este neuniform\, valorile maxime `nregistrându-se `n zona camerei de refulare (fig. 1.0a). Se ajunge astfel la o solicitare [i uzur\ neuniforme ale lag\relor [i arborilor ro]ilor. O oarecare uniformizare a distribu]iei presiunii radiale se poate ob]ine prin executarea `n corpul pompei a unor canale (fig. 1.0b), care au rolul de m\ri presiunea `n zona de aspira]ie [i de a o mic[ora `n zona de refulare. Debitul teoretic al pompei cu ro]i din]ate se determin\ considerând c\ volumul golurilor dintre din]i este egal cu volumul din]ilor. Ca urmare, volumul golurilor dintre din]ii celor dou\ ro]i se poate considera ca fiind egal cu volumul coroanei din]ate a uneia din ro]i: V = π D d h L, unde: - D d diametrul de divizare al ro]iii; - h - `n\l]imea din]ilor; - L l\]imea ro]ilor din]ate. 8

23 Fig Compensarea jocului frontal. 1, buc[e; 3, 4 ro]i din]ate; a) b) Fig. 1.0 Uniformizarea presiunii radiale. a-distribu]ia presiunii radiale; b-uniformizarea presiunii radiale prin utilizarea canalelor interioare. Conform celor men]ionate anterior, debitul teoretic mediu va fi: Q D h L n m 3 tm = π d 60 s. }inând cont c\: D d = m z (unde m este modulul ro]ii, iar z este num\rul de din]i); h = a + b, a = f m - `n\l]imea capului dintelui (f coeficient de `n\l]ime al din]ilor), b = a + c - `n\l]imea piciorului dintelui (c jocul la baza din]ilor), rezult\ c\ h = f m + c f m. ~n acela[i timp, L = ψ m, unde ψ este coeficientul de `n\l]ime al din]ilor. Cu aceste nota]ii, debitul mediu teoretic devine: 3 n m 3 Qtm = π m z f ψ 60 s. Se observ\ c\ debitul depinde de puterea a treia a modulului. Din acest motiv, pompele cu ro]i din]ate se construiesc cu un num\r relativ mic de din]i (z = 7 0), dar cu modul relativ mare (m = 3 5 mm). 9

24 Fig. 1.1 Pomp\ cu ro]i din]ate MOTOARE HIDRAULICE VOLUMICE ROTATIVE ~n principiu, `n cazul motoarelor hidraulice, fluidul de lucru este introdus la presiune relativ ridicat\, producând lucru mecanic. Fluidul este evacuat din motor la o presiune redus\, fiind trimis c\tre rezervorul sistemului. Pompele volumice prezentate anterior pot fi utilizate [i ca motoare hidraulice, transformând energia hidraulic\ `n lucru mecanic. Având `n vedere c\ una din cele mai importante caracteristici a unui motor hidraulic este stabilitatea `n func]ionare la tura]ii mici, motoarele hidraulice se `mpart `n [14, 16, 3, 4, 7]: motoare lente, la care tura]ia minim\ stabil\ este de 1 10 rot/min; motoare semirapide, a c\ror tura]ie minim\ este de rot/min; motoare rapide, pentru care tura]ia minim\ de func]ionare stabil\ este de rot/min Motoare hidraulice rapide Ca motoare hidraulice volumice rapide se utilizeaz\: motoare cu pistoane axiale [i bloc `nclinat (identice din punct de vedere constructiv cu pompele corespunz\toare); acestea pot fi prev\zute cu dispozitive care permit modificarea unghiului de `nclinare al blocului de cilindri `ntre 7 [i 5 0 ; se asigur\ astfel reglarea tura]iei motorului pentru o anumit\ presiune de lucru (constant\). Comanda se realizeaz\ hidraulic sau electromagnetic. Acest tip de motoare au tura]ii minime de func]ionare stabil\ cuprinse `ntre rot/min [i pot atinge tura]ii maxime de rot/min. motoare cu pistoane axiale [i disc `nclinat (fig. 1.), care au tura]ii minime de rot/min. motoare cu disc fulant, asem\n\toare pompelor corespunz\toare; `n locul distribuitorului plan se poate folosi [i solu]ia utiliz\rii pistoanelor ca sertare de distribu]ie (fig. 1.3). 30

25 motoare cu ro]i din]ate, care au dezavantajul unei tura]ii minime destul de ridicate ( rot/min). Fig. 1. Motor cu pistoane axiale [i disc `nclinat. Fig. 1.3 Utilizarea pistoanelor ca sertare de distribu]ie la motorul cu disc fulant Motoare hidraulice semirapide Principalele tipuri de motoare hidraulice volumice semirapide sunt: motoare cu palete culisante, care asigur\ tura]ii minime de func]ionare stabil\ de rot/min [i tura]ii maxime de rot/min. Au o construc]ie asem\n\toare pompelor cu palete cu dublu efect; spre deosebire de acestea, la motoarele hidraulice se folosesc arcuri care asigur\ contactul dintre palete [i suprafa]a interioar\ a carcasei. Arcurile utilizate pot fi elicoidale sau de tip balansoar. ~n primul caz, arcurile sunt montate sub palete, iar `n cel de al doilea caz se folose[te solu]ia din fig Arcurile (3) sunt realizate din sârm\ de o]el aliat, fiind articulate pe bol]ul (). Fiecare arc sprijin\ câte dou\ palete, decalate `ntre ele cu Astfel, când o palet\ aflat\ `n faza de refulare p\trunde `n rotor, cea de a doua palet\ iese din rotor, pentru faza de admisie. Arcurile oscileaz\ `n jurul bol]urilor, f\r\ a suferi `ncovoieri suplimentare fa]\ 31

26 de cele de la montaj. Fig. 1.4 Utilizarea arcurilor de tip balansoar la motorul cu palete culisante. 1-palet\; -bol]; 3-arc; 4-rotor; 5-carcas\. motoare cu pistoane radiale (fig. 1.5, 1.6), care au tura]ii minime de func]ionare stabil\ de 5 0 rot/min, tura]ia maxim\ putând atinge 000 rot/min. La aceste motoare, pistoanele () sunt dispuse radial (pe unul sau dou\ rânduri), `ntr-o carcas\ `n care sunt monta]i cilindrii (1), ac]ionând asupra arborelui motor prin intermediul bielelor (3) [i a excentricului (4). Bielele se monteaz\ pe excentric fie prin intermediul unui rulment (5), fie prin intermediul unor lag\re hidrostatice. Distribu]ia uleiului c\tre cilindri se realizeaz\ fie cu ajutorul unui distribuitor rotativ plan sau cilindric, fie prin intermediul unor sertare, comanda fiind asigurat\ de mi[carea de rota]ie a arborelui motorului. Randamentul maxim al acestui tip de hidromotor poate atinge 91 97%. Blocarea arborelui motorului la `ntreruperea aliment\rii cu ulei (impus\ de unele aplica]ii) se realizeaz\ prin incorporarea `n construc]ia motorului a unei frâne cu band\ sau cu discuri. Cuplul dezvoltat de c\tre hidromotor poate fi m\rit prin utilizarea unui reductor planetar Motoare hidraulice lente Cele mai utilizate tipuri de motoare hidraulice volumice lente sunt: motoare cu pistoane axiale; motoare cu pistoane radiale; motoare cu pistoane rotative; motoare cu angrenaje orbitale. Motoare hidraulice cu pistoane axiale Motoarele cu pistoane axiale folosesc came frontale multiple [i pistoane ale c\ror axe sunt paralele cu axa arborelui motorului. Aceste motoare se `ntâlnesc atât `n varianta cu arbore mobil [i carcas\ fix\, cât [i `n varianta cu arbore fix [i carcas\ mobil\. ~n fig. 1.7 se prezint\ un motor cu pistoane axiale [i carcas\ mobil\. 3

27 Fig. 1.5 Motor cu pistoane radiale. 1-cilindru; -piston; 3-biel\; 4-excentric; 5-rulment. Fig. 1.6 Hidromotor cu pistoane radiale. Din figur\ se observ\ c\ cele dou\ came frontale axiale (1) sunt solidare cu arborele motorului; acesta este fix [i este prev\zut [i cu distribuitorul cilindric fix (4). Pistoanele (3) gliseaz\ `n cilindrii (), alimenta]i cu ulei sub presiune prin intermediul distribuitorului (4). Rotirea carcasei are loc datorit\ deplas\rii pistoanelor sub ac]iunea presiunii uleiului prcum [i datorit\ profilului camelor axiale. Tura]ia minim\ realizat\ de aceste motoare este de 5 7 rot/min. Motoare hidraulice cu pistoane radiale Schema de principiu a unui astfel de motor este prezentat\ `n fig Mi[carea alternativ\ a pistoanelor (4) este transformat\ `n mi[care de rota]ie a arborelui (1) prin intermediul camei exterioare (), contactul dintre cam\ [i pistoane fiind realizat prin intermediul rolelor (3). Se folose[te [i solu]ia 33

28 constructiv\ de hidromotor cu came interioare. Fig. 1.7 Motor lent cu pistoane axiale. 1-cam\ axial\ multipl\; -blocul cilindrilor; 3-piston; 4-distribuitor cilindric; 5-carcas\ Fig. 1.8 Motor hidraulic cu pistoane radiale. 1-arbore motor; -cam\; 3-rol\; 4-piston; 5-cilindru. Distribu]ia uleiului se poate realiza cu ajutorul pistoanelor, care au [i rol de sertare. Acest tip de hidromotor poate realiza tura]ii minime stabile de func]ionare sub 1 rot/min, `n timp ce tura]ia maxim\ poate atinge rot/min. Motoare hidraulice cu pistoane rotative Acest tip de motoare folose[te angrenaje cu un num\r minim de din]i, `n fig. 1.9 fiind prezentate dou\ variante constructive. Motorul este format (fig. 1.9a) din dou\ rotoare, dintre care rotorul (1) este prev\zut cu o degajare, `n timp ce rotorul () este prev\zut cu un dinte; rotirea complet\ a rotorului () este permis\ de existen]a degaj\rii din rotorul (1). Mi[carea celor dou\ rotoare este sincronizat\ prin intermediul angrenajului format din ro]ile din]ate (3) (raport de 34

29 transmisie 1:1). Rotorul () este for]at s\ se roteasc\ de diferen]a de presiune existent\ `ntre racordul de admisie (4) [i racordul de refulare (5). ~n fig. 1.9b este prezentat\ o construc]ie simetric\, ce utilizeaz\ trei rotoare. Motoarele cu pistoane rotative func]ioneaz\ stabil la tura]ii cuprinse `ntre 1 [i 1350 rot/min. Fig. 1.9 Hidromotoare cu pistoane rotative. a) a-principiul de func]ionare; b-construc]ie simetric\; 1-rotor cu degajare; -rotor cu dinte; 3-ro]i din]ate; 4-racord de aspira]ie; 5-racord de refulare; 6-carcas\. b) Motoare hidraulice orbitale Sunt motoare cu angrenare interioar\, la care roata exterioar\ este fix\ (fig. 1.30a). Num\rul de din]i ai statorului (1) este cu unul mai mare decât num\rul de din]i ai rotorului (). Rotorul () este montat pe arborele (3), excentric fa]\ de stator, centrul rotorului rotindu-se `n jurul axei statorului. Admisia [i evacuarea lichidului din camerele de volum variabil se realizeaz\ prin intermediul unui distribuitor frontal, cilindric sau rotativ. Volumul unei camere este maxim atunci când doi din]i adiacen]i ai rotorului sunt plasa]i simetric fa]\ de doi din]i adiacen]i ai rotorului ( fig. 1.30b). Motoarele orbitale au tura]ii minime stabile de func]ionare de 5 10 rot/min, `n timp ce tura]ia maxim\ variaz\ `ntre rot/min, `n func]ie de capacitatea motorului. 35

30 a) Fig Motor hidraulic orbital. a-construc]ie; b-camer\ de volum variabil; 1-stator; -rotor; 3-arbore. b) 1.6. PRINCIPALII PARAMETRI AI POMPELOR {I MOTOARELOR HIDRAULICE ROTATIVE Debitul real (efectiv) al unei pompe hidraulice este mai mic decât debitul teoretic, rezultat din calcul, ca efect al urm\toarelor fenomene: trecerea unei p\r]i din lichidul refulat din zonele de `nalt\ presiune c\tre cele de joas\ presiune prin neetan[eit\]ile pompei; umplerea incomplet\ a spa]iilor de lucru, datorit\ vâscozit\]ii mari a uleiului, timpului insuficient avut la dispozi]ie pentru umplere, ne`nchiderii etan[e a supapelor etc. Raportul dintre debitul real [i cel teoretic determin\ randamentul volumetric al pompei [14,16, 3, 4]: Qr η Vp =. Qt La motoarele hidraulice, randamentul volumetric se define[te ca fiind: Qt η Vp =. Qr ~n acest caz, debitul de ulei efectiv introdus `n motor (Q r ) este mai mare decât debitul de ulei (Q t ), dat de volumul spa]iilor de lucru ale motorului. Puterea necesar\ antren\rii pompei se determin\ cu ajutorul rela]iei: Qe p Pa = [ W], η unde: tp - Q e debitul efectiv [m 3 /s]; - p diferen]a dintre presiunea uleiului la ie[irea din pomp\ [i cea de la intrarea `n pomp\ [N/m ]; - η tp randamentul total al pompei (randamentul efectiv). Randamentul total al pompei este dat de rela]ia: 36

31 η tp = η Vp η m, unde η m este randamentul mecanic al pompei. Acesta ]ine cont de frec\rile dintre piesele aflate `n mi[care de rota]ie, de rezisten]a datorat\ vâscozit\]ii lichidului [i iner]iei coloanei de lichid, de rezisten]ele hidraulice din pomp\. Randamentul mecanic al pompei se poate determina cu ajutorul rela]iei: Pta Qt p η m = =, Pa Pa unde P ta este puterea teoretic\ necesar\ antren\rii pompei, iar Q t este debitul teoretic al pompei. Pentru un motor hidraulic, puterea dezvoltat\ la arborele motorului este dat de rela]ia: P e = Q e p η tm, unde η tm este randamentul total al motorului hidraulic, acesta fiind produsul dintre randamentul volumetric al motorului [i randamentul s\u mecanic. Momentul necesar antren\rii pompei sau cuplul dezvoltat la arborele motorului este: Pa 30 Pa M a = = [ N m], ω π n unde n este tura]ia arborelui pompei sau motorului, `n rot/min MOTOARE HIDRAULICE VOLUMICE LINIARE {I OSCILANTE Motoare volumice liniare (cilindri hidraulici) [14, 16, 0, 3, 4] Motoarele hidraulice liniare (cilindrii hidraulici) transform\ energia hidraulic\ a lichidului de lucru `n energie mecanic\ de transla]ie. ~n func]ie de modul `n care are loc deplasarea pistonului, cilindrii hidraulici pot fi: cu simp\ ac]iune, la care pistonul se deplaseaz\ `ntr-unul din sensuri datorit\ presiunii lichidului, iar deplasarea `n sens invers are loc datorit\ unui arc sau a greut\]ii elementului ac]ionat; cu dubl\ ac]iune, la care deplasarea pistonului `n ambele sensuri are loc datorit\ presiunii lichidului de lucru. ~n fig sunt prezentate principalele tipuri de cilindri utilizate `n ac]ion\rile hidraulice. Prin reducerea diametrului pistonului pân\ la cel al tijei se ob]ine cilindrul hidraulic cu plunjer (fig. 1.31e). Cilindrii telescopici (fig f) au avantajul de realizare a unei curse mari la gabarite mici. Ace[tia sunt forma]i din tuburi cilindrice concentrice, ac]ionate succesiv, `ncepând cu cilindrul de diametru maxim [i sfâr[ind cu plunjerul. Pentru cilindrii hidraulici cu dublu efect [i tij\ unilateral\ (fig a, b), for]ele teoretice dezvoltate de c\tre ace[tia, pentru cele dou\ sensuri de deplasare 37

32 ale pistonului, sunt: π D F1 = S1 p = p, 4, π ( D d ) F = S p = p 4 unde D este diametrul pistonului, iar d este diametrul tijei cilindrului S1 S F F1 6 a) 3 b) F1 F F F1 c) d) 5 S e) f) Fig Tipuri de cilindri hidraulici. a-cu dubl\ ac]iune, tij\ unilateral\, piston mobil; b-cu dubl\ ac]iune, tij\ unilateral\, piston fix; c-cu dubl\ ac]iune, tij\ bilateral\, piston mobil; d-cu simpl\ ac]iune, tij\ unilateral\, piston mobil, arc de revenire; e-cu simpl\ ac]iune [i plunjer mobil; f-cilindru telescopic cu simpl\ ac]iune; 1-cilindru; -piston; 3-tij\; 4-ochiuri de prindere; 5-arc; 6-racord. Pentru cilindrii cu dubl\ ac]iune [i tij\ bilateral\ (fig c), for]ele dezvoltate sunt egale pentru ambele sensuri de deplasare: π ( D d ) F1 = F = p. 4 La cilindrul cu simpl\ ac]iune din fig d (cu arc pentru readucerea pistonului), for]ele dezvoltate sunt: π D F1 = p k x, F = k x, 4 unde k este constanta elastic\ a arcului, iar x este deplasarea pistonului. Pentru cilindrul cu simpl\ ac]iune cu plunjer (fig e), for]a dezvoltat\ de c\tre acesta este: F 38

33 π d F = p, 4 unde d este diametrul plunjerului. Construc]ia unui cilindru hidraulic cu dubl\ ac]iune [i tij\ unilateral\ este prezentat\ `n fig Aceast\ solu]ie constructiv\ permite realizarea urm\toarelor etan[\ri: a pistonului `n cilindrul (10), prin intermediul garnituilor (6) [i (7); se folosesc garnituri din elastomeri (cauciuc), materiale termoplastice (teflon) sau segmen]i metalici de presiune constant\, realiza]i din font\ special\ (solu]ie nerecomandat\ `n cazul cilindrilor lungi, deoarece impun prelucr\ri de precizie ridicat\ pe lungimi mari); etan[area pistonului fa]\ de tija (11), prin intermediul inelului O (9); etan[area tijei (11) fa]\ de capacul (14), prin intermediul garniturilor (16) [i (17); etan[area capacului (14) fa]\ de c\ma[a cilindrului (10), prin intermediul garniturii (13); etan[area interiorului cilindrului fa]\ de praful din mediul exterior, realizat\ cu ajutorul r\zuitorului (0), care cur\]\ tija cilindrului de impurit\]i. Fig. 1.3 Construc]ia unui cilindru hidraulic. 1, 1-urechi de prindere;, -buc[e antifrici]iune; 3-racord alimentare; 4-inel de ghidare a pistonului; 5-inel din teflon; 6, 7-garniturile de etan[are ale pistonului `n cilindru; 8, 18-distan]ier; 9-inel O; 10-c\ma[a cilindrului; 11-tija pistonului; 1-buc[\ de ghidare a tijei; 13-sistem de etan[are a capacului; 14-capacul cilindrului; 15-piuli]\ de fixare a capacului; 16, 17-garnituri de etan[are a tijei `n capac; 19-capac; 0-r\zuitor. Ghidarea pistonului `n cilindru este realizat\ cu ajutorul inelului (4), 39

34 prev\zut cu inelul din teflon (5), solu]ie care `mpiedic\ uzarea cilindrului de c\tre inelul de ghidare; buc[a (1) asigur\ ghidarea tijei pistonului `n capac. Prinderea cilindrului este realizat\ prin intermediul buc[elor () [i (), montate `n urechile (1) [i (1). Construc]ia unui cilindru hidraulic telescopic este prezentat\ `n fig Fig Cilindru hidraulic telescopic, cu simplu efect. 1-plunjer; -buc[\ de ghidare; 3-piston tubular; 4-[urub de fixare; 5-c\ma[a cilindrului; 6-etan[are; 7-capac; 8-garnitur\. Randamentul mecanic al cilindrilor hidraulic este cuprins `ntre 0,85 [i 0,9, `n timp ce randamentul volumetric este de 0,97 0,98. Una din principalele solicit\ri ale tijei cilindrului este cea de flambaj. Sarcina critic\ la care apare flambajul fiind dat\ de rela]ia [5, 6]: π E I Fcr =, l f unde: - E =, dan/cm (modulul de elasticitate); - I = π d 4 64 (momentul de iner]ie) [cm4 ]; - d diametrul tijei pistonului [cm]; l f lungimea de flambaj, determinat\ `n func]ie de schema de prindere a cilindrului (fig. 1.34) [cm]. Având `n vedere c\ cilindrul se monteaz\ articulat, cea mai utilizat\ schem\ de calcul a lungimii de flambaj pentru tija pistonului este cea din fig. 1.34d, astfel `ncât rela]ia de calcul a for]ei critice de flambaj devine: 4 d Fcr = 07, 10 7 [ N ], l unde l este lungimea tijei cilindrului, `n cm. 40

35 F F F F Fig Schema pentru determinarea lungimii de flambaj. a) l f = l; b) l f = l; c) l f = l/; d) l f = 0,7 l; l lungimea tijei cilindrului a) b) c) d) Calculul la flambaj al tijei cilindrului se desf\[oar\ `n urm\toarele etape: se determin\ raza de iner]ie a sec]iunii tijei: I i =, A unde A este sec]iunea tijei, `n cm ; se calculeaz\ coeficientul de zvelte]e: λ = l f ; i se compar\ coeficientul de zvelte]e cu valoarea critic\ a acestuia λ 0 (pentru o]el λ 0 = tabelul 1.3); dac\ λ λ 0, flambajul are loc `n domeniul elastic [i se determin\ coeficientul de siguran]\ la flambaj ca fiind: Fcr c =, F unde F este for]a care solicit\ tija cilindrului. Coeficientul de siguran]\ trebuie s\ se `ncadreze `ntre limitele prezentate `n tabelul 1.. Tabelul 1. Valori ale coeficientului de siguran]\ la flambaj (tija pistonului) Specificare c Elemente ac]ionate cu un cilindru hidraulic 8 1 Elemente ac]ionate cu doi cilindri 4 8 dac\ λ<λ 0, flambajul are loc `n domeniul plastic, caz `n care se determin\ tensiunea critic\ cu rela]ia: σ cr = a - b λ. Valorile coeficien]ilor a [i b sunt prezentate `n tabelul 1.3. ~n cazul `n care λ<λ 1, se consider\ ca flambajul nu mai are loc, calculul 41

36 tijei f\cându-se pentru compresiune simpl\ (σ<σ a,). se calculeaz\ tensiunea de compresiune simpl\: σ = F A ; Tabelul 1.3 Valorile coeficien]ilor de calcul a tensiunii critice de flambaj Materialul a b λ 0 λ 1 O]el OL 37 (σ c = 40 dan/mm ) 304 1, O]el (σ r = 480 dan/mm, σ c = 310 dan/mm ) 460, O]el (σ r = 50 dan/mm, σ c = 360 dan/mm ) 577 3, O]el cu 5% nichel 461, O]el crom-molibden 980 5, Duraluminiu 37, se calculeaz\ coeficientul de siguran]\ la flambaj: 1.. c cr = σ σ. Coeficientul de siguran]\ trebuie s\ se `ncadreze `ntre limitele din tabelul Motoare volumice oscilante Aceste motoare se folosesc atunci când elementul ac]ionat trebuie s\ execute o mi[care de rota]ie incomplet\, alternativ\. ~n fig sunt prezentate câteva tipuri de motoare volumice oscilante. Motorul cu palet\ simpl\ (fig. 1.35a) este format din carcasa (3), `n interiorul c\reia se poate roti paleta (1), montat\ pe arborele (). Rotirea paletei are loc sub ac]iunea diferen]ei de presiune dintre racordul de admisie [i cel de refulare. Unghiul maxim de rota]ie al arborelui () este de aproximativ Principalul dezavantaj al motorului cu palet\ simpl\ este legat de dezechilibrul introdus de prezen]a paletei. Acest dezavantaj poate fi eliminat prin utilizarea a dou\ sau trei palete, ceea ce duce `ns\ la mic[orarea unghiului maxim de rota]ie al arborelui. Astfel, pentru motorul cu palet\ dubl\ (fig. 1.35b), unghiul maxim de rota]ie este de aprox , `n timp ce la motorul cu trei palete (fig. 1.35c) acest unghi scade pân\ la 7 0. Momentul teoretic dezvoltat de un motor cu palet\ este: M b D d p D + d b t = = ( D d ) p, 4 8 unde: - b l\]imea paletei [m]; - D diametrul interior al carcasei [m]; - d diametrul arborelui motorului [m]; 4

37 - p c\derea de presiune pe hidromotor [N/m ]. a) b) c) d) e) Fig Motoare hidraulice oscilante. a-motor cu o palet\; 1-palet\; -arbore; 3-carcas\; b-motor cu dou\ palete; c-motor cu trei palete; d-motor cu piston [i cremalier\; 1-piston; -cremalier\; 3-roat\ din]at\; 4-arbore; e-motor cu piston [i [urub; 1-piston; -[urub; 3-tij\ de ghidare; 4,5-racorduri. 43

38 Din motive legate de fiabilitatea etan[\rilor fixe [i mobile, presiunea maxim\ de lucru a motoarelor cu palete este de 100 bari. Motorul cu piston [i cremalier\ (fig. 1.35d) poate realiza unghiuri de rota]ie ale arborelui mai mari de Acesta este format dintr-un cilindru, `n interiorul c\ruia se pot deplasa dou\ pistoane (1), solidarizate `ntre ele prin intermediul cremalierei (). Cremaliera se g\se[te `n angrenare cu roata din]at\ (3), montat\ pe arborele (4). Diferen]a de presiune dintre cele dou\ racorduri ale motorului produce deplasarea pistoanelor [i cremalierei, ceea ce duce la rotirea ro]ii din]ate (3) [i a arborelui (4) pe care aceasta este montat\. Cuplul teoretic al unui motor cu piston [i cremalier\ este dat de rela]ia: D Mt = π h p, 4 unde D este diametrul pistoanelor, iar h este distan]a dintre centrul ro]ii din]ate [i cremalier\. Presiunile maxime de lucru ale motoarelor cu piston [i cremalier\ sunt de bari. La motorul cu piston [i [urub (fig. 1.35e), pe arborele motorului este executat [urubul (), pe care se poate deplasa, sub ac]iunea uleiului sub presiune, pistonul (1), prev\zut cu piuli]\. Datorit\ faptului c\ rotirea pistonului este `mpiedicat\ de tija de ghidare (3), deplasarea pistonului produce rotirea [urubului (1) [i a arborelui motorului APARATURA DE DISTRIBU}IE, COMAND {I CONTROL Supape [8, 10, 3, 31] Supapele au rolul de deschide sau `nchide trecerea lichidului de lucru `ntre dou\ conducte, cavit\]i, echipamente etc., fiind comandate de presiunea uleiului sau din exterior. Supapele se folosesc pentru: protejarea sistemului hidraulic; reglarea presiunii; dirijarea uleiului pe anumite circuite; asigurarea trecerii uleiului `ntr-un singur sens pe anumite circuite. ~n func]ie de rolul func]ional pe care `l au, supapele se `mpart `n: supape de sens unic (de re]inere); supape de trecere; supape de presiune; supape diferen]iale; supape de cuplare Supape de sens unic Acestea permit trecerea lichidului `ntr-un singur sens prin circuitul respectiv. Supapele de sens unic se pot monta: 44

39 pe conducta de aspira]ie sau refulare a pompei, pentru a `mpiedica golirea sistemului când pompa nu func]ioneaz\; pe conductele de alimentare ale organelor de execu]ie (cilindri hidraulici), pentru a se evita ie[irea uleiului din cilindru (din motive de siguran]\); la cilindrii cu simplu efect, montarea unei supape cu sens unic permite separarea circuitului de umplere al cilindrului de cel de golire. Supapele de sens unic se `mpart `n: supape nedeblocabile, care asigur\ trecerea uleiului `ntr-un singur sens; supape deblocabile (pilotate), care pot permite trecerea uleiului [i `n sens invers, `n urma unei comenzi exterioare. ~n fig sunt prezentate câteva tipuri de supape de trecere. Supapele nepilotate pot fi cu etan[are cu bil\ (fig. 1.36a), pe con (fig. 1.36b) sau pe suprafa]\ plan\. Sensul de trecere al uleiului este de la racordul (A) c\tre racordul (A 1 ); trecerea uleiului `n sens invers nu este posibil\, supapa fiind men]inut\ `nchis\ atât de c\tre arcul s\u, cât [i de presiunea uleiului. Supapa pilotat\ simpl\ (fig. 1.36c) este prev\zut\ cu racordul (C), la care se aplic\ presiunea de comand\. Atât timp cât acest racord este `n leg\tur\ cu rezervorul, supapa se comport\ ca una nepilotat\, trecerea uleiului fiind posibil\ doar de la racordul (P) c\tre racordul (A). Trecerea uleiului prin supap\ `n sens invers (de la A c\tre P) este posibil\ doar `n cazul `n care la racordul (C) se trimite ulei sub presiune. Ca urmare, pistonul () se ridic\ [i prin intermediul tijei (3) comand\ ridicarea elementului de etan[are (1) de pe sediul s\u; astfel supapa este deschis\. Supapa pilotat\ dubl\ (fig. 1.36d) se folose[te la ac]ionarea cilindrilor hidraulici cu dubl\ ac]iune, oprind ie[irea uleiului din fa]a [i din spatele pistonului; astfel, acesta poate fi men]inut `ntr-o anumit\ pozi]ie timp `ndelungat. Aceast\ supap\ nu este prev\zut\ cu un racord special de comand\. Func]ionarea sa are loc astfel: atunci când uleiul sub presiune este trimis prin racordul (A), presiunea uleiului ridic\ elementul de etan[are (1) de pe sediul s\u, iar uleiul este refulat prin racordul (A 1 ); `n acela[i timp, presiunea lichidului de lucru deplaseaz\ `n jos pistonul (5), care deschide supapa (4); astfel, uleiul refulat din cilindrul hidraulic c\tre racordul (B 1 ) poate trece pe lâng\ supapa (4), ie[ind din supap\ prin racordul (B) Supape de trecere [8, 10, 0,, 3, 31] Aceste supape permit trecerea lichidului sub presiune dintr-un circuit `n altul, ca urmare a unei comenzi date din exterior. De obicei, aceste supape se utili zeaz\ pentru conectarea circuitului de refulare al pompei la rezervorul de ulei, `ntr-o anumit\ pozi]ie a distribuitorului hidraulic de comand\; de obicei, aceste supape sunt incluse `n construc]ia distribuitorului. Schema de principiu a unei supape de trecere este prezentat\ `n fig Lichidul sub presiune p\trunde `n supap\ prin racordul (P) [i iese prin racordul 45

40 (A). Atât timp cât racordul de comand\ (X) este obturat, supapa (4) r\mâne `nchis\, datorit\ arcului (3). Dac\ racordul (X) este pus `n leg\tur\ cu rezervorul, diferen]a de presiune de pe cele dou\ fe]e ale pistonului (1) ridic\ pistonul; ca urmare, supapa (4), rigidizat\ de piston prin intermediul tijei (), se ridic\ de pe sediu, uleiul sub presiune sosit prin racordul (P) fiind trimis c\tre rezervor prin racordul (Rz). a) b) c) d) Fig Supape de sens unic. a-supap\ nepilotat\, cu etan[are cu bil\; b-supap\ nepilotat\, cu etan[are pe con; c-supap\ pilotat\ simpl\; 1-element de etan[are; -piston; 3-tij\; d-supap\ pilotat\ dubl\; 1,-elemente de etan[are; 3,4-supape; 5-piston Supape de presiune (de siguran]\) [8, 10, 3, 31] Aceste supape se folosesc pentru reglarea [i limitarea presiunii din instala]iile hidraulice. ~n func]ie de modul `n care se face limitarea presiunii, supapele de presiune pot fi: normal deschise; 46

41 normal `nchise. ~n func]ie de modul `n care se realizeaz\ comanda, supapele de presiune pot fi: cu comand\ direct\; pilotate. Fig Supap\ de trecere. 1-piston; -tij\ de leg\tur\; 3-arc; 4-supap\. Dup\ tipul elementului de etan[are, supapele de presiune pot fi: cu `nchidere pe suprafa]\ plan\; cu `nchidere pe suprafa]\ conic\; cu `nchidere pe suprafa]\ sferic\. ~n fig sunt prezentate dou\ variante de supape de reglare a presiunii, normal `nchise. La ambele supape elementul de etan[are este men]inut `n pozi]ia `nchis de c\tre arcul (4). Supapa se deschide `n momentul `n care for]a datorat\ presiunii lichidului de lucru dep\[e[te for]a elastic\ a arcului (4). Pretensionarea arcului poate fi reglat\ fie prin intermediul unor [aibe (5 - fig. 1.37a), fie cu ajutorul unui [urub (8 - fig. 1.37b). ~n momentul deschiderii supapei, uleiul sub presiune din racordul (6) trece c\tre racordul (7), pus `n leg\tur\ cu rezervorul. Supapa cu etan[are conic\ (fig. 1.37a) este prev\zut\ cu un amortizor hidraulic de vibra]ii, format din pistonul (), solidar cu elementul de etan[are (1), care gliseaz\ `n cilindrul (3); astfel se mic[oreaz\ zgomotul produs la intrarea `n func]iune a supapei. ~n unele aplica]ii, zgomotul produs de supap\ nu este amortizat, el având rolul de a avertiza operatorul Supape diferen]iale [8, 10, 3, 31] Aceste supape se utilizeaz\ pentru men]inerea constant\ a diferen]ei de presiune dintre dou\ circuite ale unui sistem hidraulic. Diferen]a de presiune 47

42 dintre cele dou\ circuite este realizat\ cu ajutorul unei rezisten]e hidraulice reglabile (drosel). Schema de principiu a unei supape diferen]iale este prezentat\ `n fig Se observ\ c\ circuitul (I) este alimentat direct cu uleiul refulat de c\tre pomp\, `n timp ce presiunea din circuitul (II) este mai mic\, acesta fiind alimentat prin intermediul rezisten]ei hidraulice (Rh). Pozi]ia pistonului (1) depinde de diferen]a de presiune existent\ `ntre spa]iul (A) [i spa]iul (B), deci de diferen]a de presiune dintre cele dou\ circuite. c) a) b) Fig Supape de presiune. a-cu etan[are pe con; b-cu etan[are cu bil\; c-simbol; 1-element de etan[are; -piston; 3-cilindru; 4-arc; 5-[aibe de reglaj; 6-racord de `nalt\ presiune; 7-racord de leg\tur\ cu rezervorul; 8-[urub de reglaj. Fig Supap\ diferen]ial\. 1-piston; -corp; 3-[urub limitator; 4-supap\ de siguran]\ (de presiune); Rh-rezisten]\ hidraulic\ reglabil\. 48

43 Dac\ presiunea din circuitul (II) scade, presiunea din spa]iul (A) face ca pistonul s\ coboare; ca urmare, sec]iunea de trecere a uleiului din canalul (a) c\tre racordul (Rz) cre[te, iar presiunea din camera (A) scade. Astfel se realizeaz\ men]inerea constant\ a diferen]ei de presiune p = p A - p B Supape de cuplare[8, 10, 3, 31] Supapele de cuplare (fig. 1.39) se folosesc pentru cuplarea racordurilor flexibile la prizele hidraulice ale sistemului, fiind de fapt perechi de supape de trecere cu bil\ (una pe racordul elastic, una pe conducta metalic\). Una din cele dou\ supape, (), este prev\zut\ cu un sistem de re]inere cu bile (3) [i un man[on glisant (4), `n timp ce a doua supap\, (1), este prev\zut\ cu un canal. La `mbinarea celor dou\ elemente, bilele (3) intr\ `n canalul de pe supapa (1), fiind ap\sate `n canal de c\tre man[onul (4), aflat sub ac]iunea arcului (5). Datorit\ contactului, cele dou\ supape cu bil\ se deschid, permi]ând trecerea uleiului. Decuplarea este posibil\ dup\ ce man[onul (4) este deplasat c\tre stânga, ceea ce are ca efect eliberarea bilelor de blocare (3); supapa (1) poate fi acum extras\ din supapa (). Cele dou\ supape cu bil\ `mpiedic\ pierderea uleiului. Fig Supap\ de cuplare. 1, - corp; 3-bil\; 4-man[on glisant; 5-arc Determinarea `n\l]imii de ridicare a unei supape ~n\l]imea de ridicare a unei supape se determin\ din condi]ia men]inerii constante a sec]iunii de trecere. La supapele cu etan[are pe suprafa]\ plan\ (fig. 1.40a), condi]ia mai sus men]ionat\ conduce la: π d 0 d 0 = π d0 h h = 4 4. La supapa cu etan[are pe suprafa]\ conic\ (fig. 1.40b), sec]iunea de trecere pe lâng\ supap\ este: S = π Dm OA. Din triunghiul OAB rezult\: OA = h sinα. ~n acela[i timp, diametrul mediu D m este: 49

44 D m = d 0 + d unde d = d + OC. 0 Fig Schema pentru determinarea `n\l]imii de ridicare a supapelor. a-supap\ cu etan[are pe suprafa]\ plan\; b-supap\ cu etan[are pe suprafa]\ conic\. Din triunghiul OAC rezult\: OC = OA cosα = h sinα cosα. Ob]inem diametrul mediu ca fiind D m = d 0 + h sinα cosα. Condi]ia egalit\]ii sec]iunilor de trecere ne conduce la: π d 0 = π h sinα ( d0 + h sinα cosα) 4 α h α α + h d α d = h = d + d cos sin cos 0 sin 0 cosα Rezisten]e hidraulice [3, 4] Rezisten]ele hidraulice sunt utilizate pentru modificarea debitului lichidului de lucru, `n scopul regl\rii vitezei de deplasare a elementelor de execu]ie. Datorit\ c\derii de presiune pe rezisten]ele hidraulice, acestea se pot folosi, `n unele aplica]ii, `n scopul reducerii presiunii, caz `n care acestea trebuie utilizate `mpreun\ cu o supap\ diferen]ial\, care s\ men]in\ constant\ diferen]a de presiune `ntre cele dou\ circuite. Rezisten]ele hidraulice func]ioneaz\ pe baza mic[or\rii sec]iunii de trecere [i pot fi: fixe; reglabile (drosele). Rezisten]ele hidraulice fixe se realizeaz\ cu ajutorul diafragmelor, montate pe conducta de trecere a uleiului. Cu cât orificiul diafragmei este mai mic, cu atât rezisten]a hidraulic\ are valoare mai mare. Pentru ob]inerea unei valori mari a rezisten]ei hidraulice, se pot monta mai multe diafragme, una dup\ alta; `n acest caz, pozi]ia acestora se va alege astfel `ncât direc]ia jetului de lichid s\ se modifice permanent. Rezisten]ele hidraulice reglabile (droselele) dau posibilitatea modific\rii sec]iunii de trecere a lichidului; `n fig sunt prezentate câteva tipuri de 50

45 drosele. Droselul cu din fig. 1.41d este prev\zut [i cu supap\ de sens. Astfel, atunci când lichidul curge dinspre (A) spre (B), acesta intr\ `n sertarul (1), trece prin orifciile (O 1 ), trece prin sec]iunea (S) disponibil\ `ntre sertar [i man[onul exterior [i intr\ din nou `n sertar prin orificiile (O ). Rezisten]a droselului se regleaz\ prin rotirea man[onului exterior (`nfiletat pe sertar), ceea ce conduce la modificarea sec]iunii de trecere (S). Atunci când uleiul curge dinspre (B) c\tre (A), supapa de sens () se deschide, iar uleiul ocole[te sec]iunea `ngustat\ a droselului. Acest tip de drosel se utilizeaz\ atunci când se urm\re[te ca elementul comandat s\ efectueze cursa de lucru cu vitez\ mic\, reglabil\, `n timp ce revenirea la pozi]ia ini]ial\ se realizeaz\ cu vitez\ ridicat\. a) b) c) d) Fig Rezisten]e hidraulice reglabile. a-cu obturator conic; b-cu obturator plan; c-cu obturator cu fante triunghiulare; d-cu sertar cilindric [i supap\ de sens; 1-sertar; -supap\ de sens; O1, O-orificii; S-sec]iunea de trecere Distribuitoare hidraulice [14, 0, 3, 31] Distribuitoarele au rolul de a dirija lichidul de lucru pe diferite circuite, c\tre diferite elemente de execu]ie, de a schimba sensul de deplasare sau de rota]ie a elementului de execu]ie etc. ~n func]ie de tipul organului utilizat pentru dirijarea uleiului, distribuitoarele pot fi: cu sertare (cu mi[care de transla]ie sau de rota]ie); cu supape; combinate (cu sertare [i supape). ~n func]ie de num\rul de pozi]ii pe care le poate ocupa organul de dirijare a lichidului de lucru, distribuitoarele se `mpart `n: distribuitoare cu dou\ pozi]ii; distribuitoare cu trei pozi]ii; distribuitoare cu patru pozi]ii. 51

46 Dup\ num\rul de c\i `ntre care se stabilesc leg\turile necesare func]ion\rii sistemului hidraulic, distribuitoarele pot fi: cu dou\ c\i; cu trei c\i; cu patru sau mai multe c\i. ~n func]ie de modul de comand\, distribuitoarele pot fi: cu comand\ mecanic\ (prin pârghii, came, palpatoare etc.); cu comand\ hidraulic\; cu comand\ electromagnetic\. 4 A 3 1 B 5 6 a) T P T b) c) d) Fig. 1.4 Distribuitor cu sertar cu mi[care de transla]ie a-pozi]ia neutru, b,c-pozi]ii func]ionale; d-simbol; 1-corp; -umeri de etan[are; 3-sertar; 4-trepte cilindrice; 5-arc; 6-manet\ de comand\; P-orificiu de alimentare cu ulei sub presiune; T-orificii de leg\tur\ cu rezervorul; A, B-orificii de leg\tur\ cu motorul hidraulic Distribuitoare cu sertare ~n fig. 1.4 sunt prezentate construc]ia [i modul de func]ionare pentru un distribuitor cu sertar având mi[care de transla]ie, cu patru c\i [i trei pozi]ii de func]ionare, comandat manual, prin pârghie. Distribuitorul este format (fig. 1.4a) 5

47 din corpul (1), prev\zut cu orificiul (P) de leg\tur\ cu pompa hidraulic\, orificiile (T) de leg\tur\ cu rezervorul [i orificiile (A) [i (B) pentru alimentarea motorului hidraulic. ~n corp este executat un alezaj cilindric, prev\zut cu umerii de etan[are (). Sertarul cilindric (3) este prev\zut cu treptele cilindrice de etan[are (4); sertarul poate fi deplasat stânga dreapta prin intemediul pârghiei (6). ~n pozi]ia neutru (fig. 1.4a), toate orificiile distribuitorului sunt obturate. La deplasarea sertarului (3) c\tre stânga (fig. 1.4b), introdus prin racordul (P) este trimis c\tre racordul (B), realizându-se astfel alimentarea motorului hidraulic cu ulei sub presiune; uleiul refulat de c\tre motor ajunge la racordul (A), care este pus `n leg\tur\ (datorit\ pozi]iei sertarului) cu unul din orificiile (T) de leg\tur\ cu rezervorul. Atunci când sertarul este deplasat c\tre dreapta (fig. 1.4c), se realizeaz\, pe de o parte, leg\tura dintre orificiul (P) [i (A), iar pe de alt\ parte se pun `n leg\tur\ orificiile (B) [i (T). Readucerea sertarului `n pozi]ia neutru este asigurat\ de arcurile (5). Dup\ cum se va ar\ta mai departe, unele distribuitoare sunt prev\zute cu dispozitive care asigur\ z\vorârea sertarului `n oricare din pozi]iile de lucru; revenirea la pozi]ia neutru se poate realiza manual, prin ac]ionarea pârghiei de comand\, sau automat, la apari]ia unei suprasarcini `n sistemul hidraulic. Atunci când este necesar\ comanda mai multor motoare hidraulice, distribuitoarele se prev\d cu mai multe sertare, montate `ntr-un corp comun sau `n corpuri separate. ~n cazul celei de-a doua variante, distribuitorului i se pot ad\uga sau scoate sec]iuni de lucru, `n func]ie de necesit\]i. Conectarea sec]iunilor de lucru se poate realiza: `n paralel (fig. 1.43a); `n serie (fig. 1.43b); cu blocare (fig. 1.43c). Montarea `n paralel a distribuitoarelor (fig. 1.43a) presupune utilizarea unei supape de trecere (S t ). Atunci când toate sertarele sunt `n pozi]ia neutru, racordul de comand\ al supapei de trecere este conectat la circuitul (T) de leg\tur\ cu rezervorul. Ca urmare, racordurile (a) [i (b) ale supapei de trecere sunt puse `n leg\tur\, astfel `ncât uleiul refulat de c\tre pomp\ (pe circuitul P) este trimis `n rezervor. La ac]ionarea unui sertar, racordul de comand\ al supapei de trecere este obturat, supapa se `nchide [i astfel uleiul sub presiune ajunge la distribuitorul respectiv. Este de remarcat faptul c\ acest mod de conectare a distribuitoarelor permite comanda simultan\ a ambelor motoare hidraulice, conectate la prizele (PH). Montarea `n serie a distribuitoarelor (fig. 1.43b) impune conectarea circuitului de presiune (P) la circuitul suplimentar al distribuitoarelor; astfel, atunci când toate sertarele sunt `n pozi]ia neutru, lichidul sub presiune din circuitul (P) este trimis `n rezervor prin circuitul (T). La ac]ionarea sertarului distribuitorului (D 1 ), se `ntrerupe leg\tura dintre circuitul (P) [i circuitul (T), iar distribuitorul este alimentat cu ulei sub presiune prin supapa de sens (S 1 ). Uleiul refulat de c\tre motorul hidraulic trece prin circuitul (a) [i ajunge apoi `n rezervor prin circuitul suplimentar al distribuitorului (D ). ~n cazul `n care ambele sertare sunt ac]ionate simultan, distribuitorul (D ) este alimentat cu uleiul refulat de c\tre 53

48 motorul comandat de distribuitorul (D 1 ). Acest mod de lucru se folose[te când este necesar\ sincronizarea func]ion\rii celor dou\ motoare hidraulice. Conectarea distribuitoarelor cu blocare (fig. 1.43c) nu permite ac]ionarea simultan\ a mai multor motoare hidraulice. Astfel, la ac]ionarea sertarului distribuitorului (D 1 ), acesta se alimenteaz\ cu lichid sub presiune prin supapa de sens (S 1 ), `n timp ce alimentarea cu ulei a celui de al doilea distribuitor este `ntrerupt\. Se observ\ c\ montajul `n serie [i cel cu blocare nu necesit\ utilizarea unei supape de trecere (ca `n cazul conect\rii `n paralel), datorit\ faptului c\ `n pozi]ia neutru, circuitul suplimentar al distribuitoarelor asigur\ trimiterea c\tre rezervor a uleiului sub presiune refulat de c\tre pomp\. D1 PH D PH St b a a) P T D1 PH D PH P S1 S b) Ss a T D1 PH D PH Ss S1 S c) P T Fig Scheme de conectare a distribuitoarelor. a-`n paralel; b-`n serie; c-cu blocare; D 1, D -distribuitoare; PH-prize hidraulice; S s -supap\ de siguran]\; S t -supap\ de trecere; S 1, S -supape de sens. 54

49 ~n cazul ac]ion\rii electromagnetice a distribuitorului (fig. 1.44), sertarul acestuia este deplasat cu ajutorul a doi electromagne]i (câte unul pentru fiecare sens de deplasare a sertarului). Comanda hidraulic\ a distribuitoarelor presupune deplasarea sertarului sub ac]iunea lichidului sub presiune, trimis prin orificii speciale. Aceast\ solu]ie este utilizat\, de obicei, la comanda unor distribuitoare de dimensiuni mari, a c\ror ac]ionare mecanic\ sau electric\ ar necesita for]e mari. ~n acest caz, se folose[te un distribuitor de comand\ (pilot), de dimensiuni mai mici, ac]ionat mecanic sau electromagmetic (fig. 1.45). Fig Distribuitor ac]ionat electromagnetic. Fig Pilotarea distribuitoarelor hidraulice. 1 distribuitor de comand\ (pilot); - distribuitor principal (de lucru); 3 motor hidraulic. ~n fig sunt prezentate câteva tipuri de distribuitoare cu sertare având mi[care de rota]ie. Fig Distribuitoare cu sertare rotative. A, B-racorduri de alimentare a motorului hidraulic; P-racord de presiune; T-racord de leg\tur\ cu rezervorul; 1-corp; -sertar. 55

50 La aceste distribuitoare, dirijarea uleiului este realizat\ cu ajutorul sertarului (), care poate fi rotit stânga dreapta prin intermediul unei pârghii de comand\. Dup\ cum se va ar\ta mai departe, la unele instala]ii hidraulice, `ntre sertarul rotativ [i elementul de execu]ie exist\ o leg\tur\ mecanic\ (prin pârghii), ceea ce asigur\ o deplasare a elementului de execu]ie propor]ional\ cu unghiul de rotire al sertarului Distribuitoare cu supape Aceste distribuitoare realizeaz\ dirijarea lichidului de lucru prin deschiderea [i `nchiderea unor supape. ~n fig se prezint\ un exemplu de distribuitor cu supape, cu trei pozi]ii [i trei c\i, ac]ionat mecanic. Acesta este format dintr-o carcas\ (3), `n care sunt montate supapele (1) [i (), precum [i supapa de sens unic (4). Ac]ionarea distribuitorului se realizeaz\ prin intermediul manetei (5). Se observ\ c\, `n pozi]ia neutru, atât supapa (1) cât [i supapa () sunt `nchise, toate racordurile distribuitorului fiind obturate. Fig Distribuitor cu supape. 1, -supape; 3-carcas\; 4-supap\ de sens unic; 5-manet\ de comnad\. La rotirea c\tre stânga a manetei de comand\, supapa () este deschis\, stabilindu-se astfel leg\tura dintre racordul (A) [i racordul (T). La rotirea c\tre dreapta a manetei de comand\, se realizeaz\ leg\tura dintre racordul (P) [i racordul (A). Supapa de sens unic (4) are rolul de `mpiedica deschiderea supapei (1) sub ac]iunea presiunii lichidului din racordul (A) Servovalve Servovalvele sunt distribuitoare cu sertare, comandate de obicei electric, 56

51 care furnizeaz\ la ie[ire un debit de lichid propor]ional cu m\rimea semnalului electric de comand\ (spre deosebire de distribuitoarele clasice, care nu permit modificarea debitului de lichid). Acestea se realizeaz\ cu unul, dou\ sau trei etaje hidraulice de amplificare, ceea ce permite ob]inerea unor debite de pân\ la 1000 l/min, presiunea de lucru putând atinge 30 dan/cm. Schema de principiu a unei servovalve cu un etaj de amplificare este prezentat\ `n fig Servovalva este format\ din distribuitorul (7), amplificatorul hidraulic (10) [i electromagnetul polarizat (8). Electromagnetul este format din piesele polare (3), `ntre care se poate roti miezul (4), pe care este montat\ clapeta (5). Atât timp cât electromagnetul nu este alimentat cu energie electric\, miezul (4) ocup\ o pozi]ie de mijloc `ntre cele dou\ piese polare (magne]i permanen]i). La alimentarea cu energie electric\ a bobinei, `n func]ie de sensul [i intensitatea curentului electric, miezul se va roti mai mult sau mai pu]in `ntre piesele polare. Pe miezul (4) este montat\ clapeta (5), care se g\se[te `ntre cele dou\ ajutaje (1) [i (). Acestea sunt alimentate cu ulei sub presiune din racordul (P), prin canalele (C), (C 1 ) [i (C ). Canalele (C 1 ) [i (C ) comunic\ [i cu spa]iile (11) [i (1), care asigur\ ac]ionarea hidraulic\ a sertarului (6). Fig Servovalv\. 1, ajutaje; 3-piese polare; 4-miez; 5-clapet\; 6-sertar; 7-distribuitor; 8-electromagnet; 9-filtru; 10-amplificator; 11, 1-camere de comand\ a sertarului. Atât timp cât clapeta (5) se g\se[te la egal\ distan]\ fa]\ de ajutajele (1) [i () bobina electromagnetului nealimentat\ cu energie electric\ - debitele de ulei care ies prin cele dou\ ajutate sunt egale, presiunile din canalele (C 1 ) [i (C ) fiind egale; sertarul (6) ocup\ pozi]ia median\ (neutr\). Atunci când pozi]ia clapetei (5) se modific\ datorit\ aliment\rii electromagnetului cu energie electric\, aceasta se va apropia de unul din ajutaje [i se va `ndep\rta de cel de al doilea; ca urmare, debitele de lichid care trec prin cele dou\ ajutate se modific\, astfel `ncât `n cele dou\ camere (11) [i (1) presiunile vor fi diferite. Sub ac]iunea diferen]ei de presiune dintre cele dou\ camere, sertarul (6) se va deplasa. De exemplu, dac\ 57

52 clapeta se apropie de ajutajul (1), debitul prin acest ajutaj scade, iar debitul prin ajutajul () cre[te; astfel presiunea din camera (11) devine mai mare decât presiunea din camera (1), iar sertarul (6) se deplaseaz\ c\tre dreapta. Cursa sertarului este propor]ional\ cu diferen]a de presiune, deci cu distan]a dintre clapeta (5) [i ajutaj [i prin urmare cu intensitatea curentului electric ce parcurge bobina electromagnetului. ~n func]ie de cursa sertarului (6) se modific\ sec]iunile de trecere a lichidului de lucru c\tre racordurile (A) [i (B), realizându-se astfel modificarea debitului de lichid trimis c\tre motorul hidraulic Acumulatoare hidraulice Acumulatoarele hidraulice au rolul de a acumula energia hidraulic\, pe care o pot apoi ceda `napoi sistemului. Acumulatoarele hidrtaulice se folosesc pentru: men]inerea unei presiuni relativ constante `n sistem atunci când pistoanele motoarelor hidraulice `[i modific\ pozi]ia; amortizarea pulsa]iilor de debit ale pompei; atenuarea vârfurilor de presiune din sistem; compensarea varia]iilor de volum ale lichidului la modificarea presiunii sau temperaturii din sistem; compensarea (`ntre anumite limite) a pierderilor de ulei; realizarea unor elemente elastice (`n locul arcurilor). Fig Servovalv\. ~n func]ie de principiul de func]ionare, acumulatoarele hidraulice pot fi: mecanice; pneumatice. ~n fig sunt prezentate principalele tipuri de acumulatoare utilizate `n sistemele hidraulice. Acumulatorul mecanic (fig. 1.50a) este format dintr-o carcas\ (), montat\ `n deriva]ie pe conducta cu lichid sub presiune (1), `n interiorul c\reia se g\se[te un piston (3); pe o fa]\ a pistonului ac]ioneaz\ presiunea uleiului, `n timp ce pe fa]a opus\ ac]ioneaz\ for]a elastic\ a arcului (4). Pozi]ia pistonului este dat\ 58

53 de echilibrul dintre for]a datorat\ presiunii lichidului de lucru [i for]a elastic\ de pretensionare a arcului. La cre[terea presiunii, pistonul se ridic\, tensionând suplimentar arcul (4), pân\ la refacerea echilibrului de for]e; la sc\derea presiunii, arcul `mpinge pistonul `n jos, energia acumulat\ `n arc fiind cedat\ sistemului. La acumulatoarele hidro-pneumatice (fig b, c [i d), acumulatorul este format din dou\ volume distincte, `ntr-unul din spa]ii g\sindu-se gaz sub presiune (de obicei azot), cel de al doilea volum fiind ocupat de lichidul de lucru din sistemul hidraulic. Datorit\ compresibilit\]ii gazului din acumulator, volumul ocupat de gaz are rolul de element elastic. Atunci când cele dou\ spa]ii sunt separate prin intermediul unei membrane (fig c) sau a unui burduf (fig. 1.50d), pentru a `mpiedica ie[irea membranei sau burdufului prin racordul de leg\tur\ cu circuitul de lichid se utilizeaz\ o pastil\ metalic\ (9). Acumulatorul hidro-pneumatic cu piston (fig b) este mai rar utilizat deoarece necesit\ sisteme complicate de etan[are a pistonului (3) `n corpul acumulatorului a) 1 b) c) 8 1 d) 9 Fig Tipuri de acumulatoare hidraulice. a-mecanic; b-pneumatic, cu piston; c-pneumatic, cu membran\; d-pneumatic, cu burduf; 1-conduct\ de alimentare cu ulei; -carcasa acumulatorului; 3-piston; 4-arc; 5, 6-semicarcase; 7- volum cu gaz sub presiune; 8-membran\ elastic\; 9-pastil\ metalic\; 10-burduf elastic. Pentru calculul simplificat al volumului acumulatorului se porne[te de la schemele din fig. 1.51a, b (volumul pistonului se neglijeaz\). Se observ\ c\ prin intrarea lichidului `n acumulator, parametrii gazului din acumulator se modific\ de la presiunea p 1 [i volumul V 1, la presiunea p [i volumul V. Din considerente geometrice, rezult\ c\ V u = V 1 V. Considerând c\ aceast\ transformare este izoterm\, putem scrie: 59

54 p V p V V V p 1 p 1 1 = = 1 1 p V = u V 1 1, p Vu = V1 V unde: - V 1 = V t volumul total ocupat de c\tre gazul din acumulator; - p 1 = p i presiunea ini]ial\ a gazului; p = p max presiunea maxim\ a lichidului din sistem. p, V 1 1 p, V V 1 -V r p m in V u V r, p m i n a) b) c) Fig Schem\ pentru calculul volumului acumulatorului hidraulic. a-situa]ia ini]ial\; b-sub ac]iunea presiunii lichidului; c- situa]ia real\. Ca urmare, rezult\: p i Vu = Vt 1. pmax Dac\ ciclurile de `nc\rcare desc\rcare a acumulatorului sunt dese, se consider\ c\ gazul sufer\ o transformare politropic\, astfel `ncât pentru determinarea volumului util al acumulatorului se poate utiliza rela]ia: 1 pi Vu = Vt n 1. p max ~n general, presiunea ini]ial\ a gazului depinde de presiunea minim\ din sistemul hidraulic: p i = (0,8 0,9)p min. ~n realitate, desc\rcarea acumulatorului hidraulic nu are loc complet; la presiunea minim\ admisibil\ a lichidului din sistem, p min, `n acumulator r\mâne o rezerv\ de ulei V r (fig. 1.51c). Dac\ presupunem c\ [i comprimarea gazului de la starea V 1, p i la starea V 1 V r, p min este de asemenea izoterm\, se poate scrie: p i V1 pi = ( V1 Vr) pmin Vr = V1 1, pmin sau, având `n vedere cele men]ionate mai sus: pi Vr = Vt 1. pmin Volumul util al acumulatorului devine: 60

55 p ' i Vu = Vu Vr = Vt Vt p 1 1 max p p ' i i Vu = Vt pmin pmax Considerând transformarea politropic\, rezult\: 1 1 p n i p n ' i Vu = Vt pmin. pmax p p min. a) b) c) Fig Acumulatoare hidro-pneumatice. a-acumulator cu piston; b-acumulator cu membran\; c-acumulator cu burduf. Umplerea cu gaz a acumulatoarelor hidro-pneumatice (fig. 1.5) se realizeaz\ prin intermediul supapei (4) de la partea superioar\ a acumulatorului, folosindu-se un dispozitiv adecvat, prev\zut cu racordul (1) de cuplare la butelia de gaz comprimat, robinetul de trecere () [i manometrul (3). Fig. 1.5 Dispozitiv pentru `nc\rcarea acumulatoarelor hidro-pneumatice. 1-racord de cuplare la butelia de gaz comprimat; -robinet; 3-manometru; 4-supap\ de `nc\rcare Filtre Filtrele au rolul de a separa [i re]ine impurit\]ile din lichidul de lucru. 61

56 Impurit\]ile provin din mediul exterior (praf), din interiorul sistemului (particule metalice desprinse ca urmare a uz\rii elementelor componente) sau din oxidarea lichidului hidraulic. ~n func]ie de diametrul particulelor re]inute, filtrele se pot clasifica `n: grosiere diametrul impurit\]ilor mai mare de 100 µm; normale d > 10 µm; fine d > 5 µm; foarte fine d > 1 µm. Fig. 1.5 prezint\ principalele solu]ii de montare a filtrelor hidraulice a) b) c) Fig. 1.5 Solu]ii de montare a filtrelor hidraulice. a-pe aspira]ia pompei; b-pe refularea pompei; c-pe circuitul de retur; 1-rezervor; -filtru; 3-pomp\ hidraulic\; 4-sistem hidraulic. Montarea filtrului pe aspira]ia pompei (fig. 1.5a) prezint\ avantajul de a nu supune filtrul la solicit\ri mecanice mari; pe de alt\ parte, aceast\ variant\ `nr\ut\]e[te umplerea pompei (`n special la temperaturi sc\zute), conducând la sc\derea randamentului acesteia. Solu]ia nu poate fi aplicat\ la filtrele fine [i foarte fine, care au rezisten]e hidraulice relativ mari. Principalul dezavantaj al mont\rii filtrului pe refularea pompei (fig. 1.5b) este legat de faptul c\ pompa aspir\ ulei nefiltrat, ceea ce conduce la o uzur\ mai rapid\ acesteia. ~n acela[i timp, filtrul trebuie s\ reziste solicit\rilor mecanice impuse de presiunea ridicat\ a lichidului refulat de c\tre pomp\. Aceast\ solu]ie are avantajul de a putea fi utilizat\ `n cazul filtrelor fine; `n acest caz, pentru a se evita colmatarea rapid\ a filtrului fin, doar o parte din debitul de ulei refulat de c\tre pomp\ este dirijat c\tre filtru (de obicei aprox. o treime), `n timp ce filtrarea brut\ este asigurat\ prin intermediul unui filtru montat pe aspira]ia pompei. Cea de a treia variant\ - filtru montat pe circuitul de `ntoarcere a lichidului `n rezervor (fig. 1.5c) are dou\ avantaje: `n rezervor se g\se[te ulei filtrat; umplerea pompei nu este afectat\ de prezen]a filtrului. ~n acest caz, rezisten]a hidraulic\ a filtrului nu trebuie s\ dep\[easc\ 6

57 1,5,5 dan/cm. Ca element filtrant se folosesc: site metalice cu dimensiunea ochiurilor de 0,04 0,1 mm; lamele metalice, amplasate la o distan]\ de 0,08 0,18 mm `ntre ele; ]es\tur\ textil\ sau din fibre sintetice; hârtie poroas\; materiale ceramice poroase. ~n majoritatea cazurilor, sistemul se prevede [i cu un element magnetic de filtrare, care are rolul de a re]ine impurit\]ile fieroase. Capacitatea de filtrare a unui filtru (debitul maxim de ulei prin filtru)este dat\ de rela]ia: p l Q= q F 0 η s, unde: - q 0 capacitatea specific\ de filtrare a elementului filtrant [l/cm ]; - F suprafa]a total\ de filtrare [cm ]; - p c\derea de presiune pe filtru [N/m ]; - η - vâscozitatea dinamic\ a lichidului de lucru [Ns/m ]. Tabelul 1.4 prezint\ capacitatea specific\ de filtare a unor materiale utilizate `n mod curent pentru realizarea elementelor filtrante. Tabelul 1.4 Capacitatea specific\ de filtrare Material Capacitate de filtrare, l/cm Hârtie 0,015 0,03 Carton filtrant 0,01 Lamele metalice 0,08 Site metalice 1,16 11,4 C\derea de presiune pe filtru nu trebuie s\ dep\[easc\ 0,1 0, dan/cm atunci când filtrul se monteaz\ pe aspira]ia pompei [i 1,5,5 dan/cm pentru celelalte solu]ii de montare Rezervoare de lichid Rezervorul are rolul de a stoca uleiul necesar func]ion\rii sistemului hidraulic. ~n acela[i timp, rezervorul asigur\ [i separarea prin decantare a apei [i altor impurit\]i prezente `n lichidul hidraulic. ~n mod uzual, rezervorul este realizat din tabl\ de o]el, `n fig fiind prezentat\ construc]ia unui rezervor de ulei. Gura de umplere (1) este prev\zut\ cu un filtru, care asigur\ filtrarea preliminar\ a uleiului. La unele construc]ii, umperea se realizeaz\ prin filtrul (6), care este prev\zut cu un capac deta[abil. Aerisitorul () asigur\ leg\tura rezervorului cu atmosfera, astfel `ncât lichidul din rezervor s\ se g\seasc\ la presiune atmosferic\. 63

58 a) Fig Filtru de ulei. a-elementul filtrant; b-filtrul ansamblat. b) Fig Rezervorul de ulei. 1-gur\ de umplere; -aerisitor; 3-conduct\ de aspira]ie; 4-conduct\ de retur; 5-perete desp\r]itor; 6-filtru. Cap\tul conductei de aspira]ie (3) a pompei se g\se[te la `n\l]imea h a fa]\ de fundul rezervorului, evitându-se astfel aspira]ia impurit\]ilor sedimentate la partea inferioar\ a rezervorului.; de regul\, h a > d 0. Cap\tul inferior al conductei de retur (4) se g\se[te sub cota de nivel minim a lichidului, astfel ca acesta s\ nu intre `n contact cu aerul. Conducta de retur se amplaseaz\ la o distan]\ cât mai mare de conducta de aspira]ie, pentru ca bulele de aer evacuate din conducta de retur s\ nu fie aspirate de c\tre pomp\; la unele construc]ii, `ntre cele dou\ conducte se g\se[te un perete desp\r]itor (5). Capacitatea rezervorului se determin\ din calculul la `nc\lzire al sistemului hidraulic, considerându-se c\ schimbul de c\ldur\ se realizeaz\ doar prin suprafa]a rezervorului. Cantitatea de c\ldur\ degajat\ `n timpul func]ion\rii sistemului se consider\ c\ este: Q c = 3600 (1-η t ) P [kj/h], unde P este puterea pompei, `n kw, iar η t este randamentul total al pompei. Dup\ o perioad\ `ndelungat\ de func]ionare, temperatura lichidului din sistem va fi dat\ de rela]ia: 64

59 Qc θ = θ0 +, α S unde θ 0 este temperatura mediului, α este coeficientul de convec]ie, `n kj/m h 0 C, iar S este suprafa]a rezervorului, `n m. Cunoscând temperatura maxim\ admis\ (θ = C), temperatura mediului (θ 0 = 30 0 C), α = 15 kj/m h 0 C, se poate determina suprafa]a rezervorului. Pentru formele uzuale de rezervoare se poate considera c\ 3 S = 65, V, de unde rezult\ volumul V al rezervorului, `n m 3. Având `n vedere c\ majoritatea instala]iilor hidraulice func]ioneaz\ intermitent, valoarea volumului, ob]inut\ dup\ metodologia prezentat\, poate fi mic[orat\ cu 15 0% Conducte [i elemente de etan[are Conductele asigur\ circula]ia lichidului de lucru de la pomp\ la diferitele componente ale sistemului hidraulic precum [i `ntoarcerea lichidului `n rezervor. Conductele pot fi rigide sau flexibile. Conductele rigide sunt ]evi metalice, prev\zute la capete cu racorduri (fig. 1.55) care permit cuplarea elementelor sistemului hidraulic; etan[area se realizeaz\ fie cu ajutorul unor suprafe]e conice, fie prin intermediul unor garnituri. Diametrul interior al acestor conducte este de 4 3 mm, grosimea pere]ilor conductei fiind cuprins\ `ntre 1,5 [i 4 mm. Fig ~mbinarea conductelor metalice. 1-conduct\; -racord; 3-buc[\; 4-piuli]\; 5-element hidraulic. Conductele flexibile se utilizeaz\ pentru realizarea leg\turilor la elementele hidraulice aflate `n mi[care. Se folosesc furtunuri din cauciuc, cu inser]ii textile [i/sau metalice pentru cre[terea rezisten]ei mecanice. Racordurile flexibile sunt prev\zute la capete cu elemente metalice de cuplare la sistemul hidraulic (de exemplu supape de cuplare). Elementele de etan[are au rolul de a asigura etan[area `mbin\rilor dintre diferitele componente ale sistemului hidraulic, `mpiedicând astfel pierderile de lichid. Ca elemente de etan[are se folosesc garnituri executate din cauciuc, materiale termoplastice, piele etc. Pentru presiuni mari de lucru se folosesc garnituri din cupru sau aluminiu. ~n fig sunt prezentate câteva din cele mai utilizate tipuri de elemente de etan[are. Garniturile inelare (inele 0) au `n sec]iune form\ circular\, diametrul 65

60 interior fiind cuprins `ntre,6 [i 87,6 mm, dismetrul sec]iunii fiind de 1,8 7 mm. Aceste inele se monteaz\ `n loca[uri standardizate, jocul dintre cele dou\ elemente conjugate `ntre care se realizeaz\ etan[area fiind de µm, `n func]ie de presiunea de lucru. a) b) c) Fig Elemente de etan[are. a-inel 0; b-man[et\ tip L; c, d, e-ma[ete tip U. d) e) Pentru etan[area pistoanelor motoarelor [i pompelor hidraulice se folosesc segmen]i, inele O sau man[ete de etan[are tip L sau U. Deoarece man[etele tip L [i U asigur\ etan[area pentru un singur sens de deplasare, la cilindrii cu dubl\ ac]iune se utilizeaz\ câte dou\ man[ete, montate `n sensuri opuse. 66

61 . AC}ION RI PNEUMATICE.1. INTRODUCERE Ac]ion\rile pneumatice se folosesc atunci când nu sunt necesare for]e de ac]ionare foarte mari; `n acela[i timp, vâscozitatea sc\zut\ a aerului permite ob]inerea unor tura]ii ridicate ale arborilor motoarelor pneumatice. Ac]ion\rile pneumatice prezint\ o serie de avantaje: greutate redus\ a elementelor componente; suprasarcinile ap\rute `n timpul func]ion\rii nu conduc la avarierea sistemului (`n cel mai r\u caz motorul pneumatic se opre[te); nu polueaz\ mediul; `ntre]inerea este relativ u[oar\. Dintre dezavantajele ce apar la utilizarea ac]ion\rilor pneumatice se pot men]iona: destinderea aerului `n motorul pneumatic duce la sc\derea temperaturii acestuia, formarea de condens [i corodarea elementelor componente; producerea, stocarea, transportul [i utilizarea aerului comprimat se realizeaz\ cu pierderi relativ mari (`n compara]ie cu sistemele hidraulice); la utilizarea unor conducte lungi, cu multe coturi, pierderile de presiune sunt mari. Un sistem de ac]ionare hidraulic\ este format din [9, 14, 0, 4, 7]: sursa de aer comprimat; elementele de ac]ionare; aparatura de comand\, reglare [i control; conducte; elemente auxiliare... SURSA DE AER COMPRIMAT (COMPRESORUL) Compresorul transform\ energia electric\ sau termic\ a motorului de antrenare `n energie de presiune a aerului comprimat. Sistemele de ac]ionare pneumatic\ utilizeaz\ compresoare volumice, la care cre[terea presiunii are loc prin reducerea volumului ocupat de c\tre aer. Compresoarele utilizate pentru ac]ion\rile pneumatice pot fi: cu mi[care de transla]ie (cu piston); cu mi[care de rota]ie (cu lamele culisante, rotoare profilate etc.). Compresorul cu piston este utilizat pe scar\ larg\ pentru producerea aerului comprimat. Utilizarea unuii compresor cu piston presupune [i folosirea unor dispozitive complementare, schema complet\ a unui sistem de producere a aerului comprimat fiind prezentat\ `n fig..1. Se observ\ c\ sistemul este prev\zut cu un robinet () de reglare a debitului de aer, montat pe aspira]ia compresorului (3), care lamineaz\ aspira]ia atunci când consumul de aer scade [i presiunea aerului din rezervorul (7) cre[te. 67

62 Fig..1 Schema sistemului de producere a aerului comprimat. 1-filtru; -dispozitiv de reglare a debitului prin laminarea aspira]iei; 3-compresor; 4-motor de antrenare; 5-r\citor; 6-supap\ de sens unic; 7-rezervor tampon; 8-manometru; 9-supap\ de siguran]\; 10-separator de ap\ [i ulei; 11, 1, 13-robinete. 13 R\citorul (5) are rolul de a r\ci aerul, `nc\lzit `n urma procesului de comprimare. Deoarece utilizarea aerului cald la ac]ion\ri pneumatice este avantajoas\ (din motive legate de evitarea producerii condensului), r\citorul poate lipsi sau poate fi simplificat, fiind realizat ca o simpl\ conduct\ metalic\ spiralat\. Compresorul (3) poate fi prev\zut cu supape libere (necomandate) sau cu supape comandate [i ferestre; schema de principiu [i diagrama indicat\ a compresorului sunt prezentate `n fig... Curba a-b a diagramei indicate reprezint\ procesul de comprimare, `n timpul c\ruia pistonul `ncepe s\ se deplaseze de la PME c\tre PMI. Acesta `ncepe `n punctul a, `n momentul `n care presiunea din cilindrul (1) de[i este mai mic\ decât presiunea p A din colectorul de admisie (5), este insuficient\ pentru a men]ine deschis\ supapa de aspira]ie (6). ~n punctul b, presiunea din cilindru este suficient de mare (`n compara]ie cu presiunea p B din colectorul de refulare (8)) pentru a realiza deschiderea supapei de refulare (7). Curba b-c reprezint\ refularea aerului din cilindru, pistonul terminându-[i deplasarea c\tre PMI; aceasta are loc pân\ când presiunea din cilindru, de[i mai mare decât aceea din colectorul de refulare, nu mai este suficient\ pentru a men]ine deschis\ supapa de refulare. Pe por]iunea c-d a diagramei indicate are loc destinderea aerului r\mas `n volumul V m al spa]iului mort al compresorului; pistonul se deplaseaz\ de la PMI c\tre PME. ~n punctul d, depresiunea creat\ de deplasarea pistonului c\tre PME este suficient de mare pentru a asigura deschiderea supapei de aspira]ie; curba d-a reprezint\ procesul de aspira]ie a aerului proasp\t `n cilindru. Debitul teoretic de aer este dat de rela]ia: 3 n m Qt = VS 60 s, unde V S este cilindreea, iar n este tura]ia arborelui compresorului. 68

63 p p R c b p A d a V V m V S D ω 6 5 PMI S PME Fig.. Construc]ia [i diagrama indicat\ a compresorului. 1-cilindru; -piston; 3-biel\; 4-arbore cotit; 5-racord de aspira]ie; 6-supap\ de aspira]ie; 7- supap\ de refulare; 8-racord de refulare; S-cursa pistonului; V m -volumul spa]iului mort; V S - cilindreea. Pentru realizarea unor rapoarte de comprimare ridicate (Π C = p R /p A ) se folosesc compresoare `n mai multe trepte. Acest lucru este impus de dezavantajele pe care le prezint\, `n acest caz, comprimarea `ntr-o singur\ treapt\: prelungirea fazei de destindere a aerului din spa]iul mort, datorat\ presiunii ridicate din cilindru la sfâr[itul reful\rii, cu scurtarea corespunz\toare a fazei de aspira]ie; ca urmare, randamentul [i debitul compresorului scad; temperatur\ ridicat\ a aerului la sfâr[itul comprim\rii (peste C), cu influen]e negative asupra ungerii compresorului; cre[terea consumului de energie pentru comprimare. La utilizarea compresoarelor cu mai multe trepte, cilindrea treptelor succesive este din ce `n ce mai mic\, deoarece volumul de aer vehiculat scade prin comprimare; aceast\ cerin]\ se traduce prin diametre din ce `n ce mai mici ale cilindrilor compresorului. 69

64 Num\rul treptelor de comprimare depinde de presiunea de refulare a compresorului: pentru p R < 7 bari o singur\ treapt\ de comprimare; 5 < p R 30 bari trepte de comprimare; p R > 30 bari trei trepte de comprimare. ~n scopul ob]inerii unor debite mari de aer, se poate adopta solu]ia unui compresor policilindric. Dispunerea cilindrilor compresorului se poate face `n linie, `n V etc. ~n fig..3. se prezint\ un compresor cu doi cilindri dispu[i `n V, cu o singur\ treapt\ de comprimare, antrenat cu motor electric Fig..3 Compresor policilindric. Compresorul cu piston fiind o ma[in\ volumic\ refularea aerului are caracter pulsator. Reducerea pulsa]iilor de debit c\tre sistemul pneumatic se realizeaz\ prin introducerea rezervorului tampon. Acesta mai are [i rolul de a stoca gazul sub presiune `n perioadele `n care consumul de aer este redus, eliberându-l atunci când cerin]ele de consum dep\[esc debitul compresorului. Volumul rezervorului tampon depinde de debitul compresorului, de procedeul de reglare a debitului refulat, de consumul de aer etc. Reglarea debitului compresorului se poate realiza prin: modificarea tura]iei motorului de antrenare, solu]ie adoptat\ mai ales atunci când se folose[te un motor termic pentru antrenarea compresorului; prin pornirea [i oprirea intermitent\ a compresorului; prin men]inerea deschis\ a supapelor de aspira]ie; 70

65 prin laminarea aspira]iei; prin refularea `n atmosfer\ a surplusului de aer din rezervorul tampon. ~n general, `n cazul compresoarelor ac]ionate de motoare electrice (de puteri relativ mici), se prefer\ reglarea debitului prin pornirea [i oprirea compresorului, `n func]ie de presiunea reglat\ pentru rezervorul tampon..3. TRATAREA AERULUI COMPRIMAT Utilizarea aerului pentru diferite ac]ion\ri pneumatice presupune tratarea sa prealabil\, astfel `ncât acesta s\ corespund\ cerin]elor instala]iei. Principalele opera]iuni de tratare a aerului sunt [9, 14, 0, 4, 7]: uscarea; filtrarea; lubrifierea Uscarea aerului Aceast\ opera]iune urm\re[te `ndep\rtarea vaporilor de ap\ care, prin condensare, ar favoriza coroziunea, formarea de ghea]\ etc. Uscarea se poate realiza prin urm\toarele metode: r\cire; `nc\lzire; cu substan]e higroscopice. ~n fig..4 este prezentat un r\citor pentru aer comprimat. Se observ\ c\ r\cirea are loc `n dou\ etape (fig..4a): `n prima faz\, aerul ce intr\ prin racordul (1) este r\cit de c\tre aerul ce iese din r\citor prin racordul (), prin intermediul schimb\torului de c\ldur\ aer aer (3); `n cea de a doua faz\, aerul este r\cit `n schimb\torul de c\ldur\ (4) cu ajutorul unei instala]ii de r\cire format\ din compresorul (7), condensatorul (8) [i vaporizatorul (4). ~n fig..5 prezint\ o instala]ie pentru `nc\lzirea aerului comprimat `n vederea elimin\rii umidit\]ii, folosit\ `n sistemele industriale de producere a aerului comprimat..3.. Filtrarea aerului ~n zonele industriale, aerul aspirat `n compresor poate con]ine pân\ la 3 g particule solide/100 m 3 aer; aceste particule sunt, `n marea majoritate, abrazive [i conduc la uzura rapid\ a suprafe]elor aflate `n frecare. Rezult\ de aici necesitatea filtr\rii aerului vehiculat prin instala]ia de ac]ionare pneumatic\; filtrarea are loc `n trei etape: filtrarea preliminar\ a aerului, la aspira]ia compresorului; filtrarea intermediar\, `nainte [i dup\ uscarea aerului comprimat; filtrarea final\, la elementele pneumatice de execu]ie. 71

66 a) b) Fig..4 R\citor pentru aer comprimat. a-schema de principiu; b-unitatea de r\cire; 1-racord intrare aer comprimat; -racord ie[ire aer comprimat; 3-schimb\tor de c\ldur\ aer-aer; 4-schimb\tor de c\ldur\ agent de r\cire-aer; 5-separator de condens; 6-evacuare condens; 7- compresor; 8-condensator. Fig..5 Instala]ie de `nc\lzire a aerului comprimat. Filtrarea preliminar\ utilizeaz\ filtre cu site metalice, ]es\tur\ din bumbac etc. [i asigur\ re]inerea impurit\]ilor cu diametrul peste 0,1 mm. Filtrarea intermediar\ se realizeaz\ la ie[irea din rezervorul tampon, cu ajutorul cicloanelor separatoare (filtrare centrifugal\), a sitelor din alam\, a filtrelor cu pl\ci, cu saci sau cu elemente din bronz sinterizat. Diametrul particulelor re]inute variaz\ `ntre µm [i 3 4 µm, `n func]ie de tipul elementului filtrant; evident, odat\ cu cre[terea fine]ei de filtrare, cre[te [i c\derea de presiune pe filtru. ~n fig..6 este prezentat\ construc]ia unui filtru cu element de filtrare din bronz sinterizat. Acesta realizeaz\ [i separarea prin iner]ie a impurit\]ilor [i apei, datorit\ schimb\rii direc]iei curentului de aer; urmeaz\ apoi filtrarea propriuzis\, realizat\ de c\tre elementul filtrant (3). Apa [i impurit\]ile sedimentate `n paharul () se evacueaz\ prin deschiderea robinetului (4). Filtrarea final\ are rolul de a proteja consumatorul fa]\ de impurit\]ile antrenate din re]eaua de alimentare. Se folosesc filtre iner]ionale umede, cu element filtrant din plas\ de sârm\ sau din metale sinterizate. ~n func]ie de tipul 7

67 elementului filtrant, diametrul particulelor re]inute este cuprins `ntre 5 [i 70 µm. b) a) c) Fig..6 Filtru de aer. a-construc]ia filtrului; b-element de filtrare din bronz sinterizate; c-filtru ansamblat; i-racord de intrare; e-racord de ie[ire; 1-capac; -pahar; 3-element filtrant din bronz sinterizat; 4-robinet pentru eliminarea apei [i impurit\]ilor Lubrifierea aerului comprimat Reducerea uzurii elementelor pneumatice de execu]ie se realizeaz\ prin pulverizarea, `n curentul de aer, a unor lichide cu care `mbun\t\]esc calitatea aerului comprimat (alcool, glicerin\, ulei). Alcoolul [i glicerina se amestec\ cu vaporii de ap\ din aerul comprimat, formându-se astfel un amestec care nu `nghea]\ pân\ la 10 0 C, evitându-se astfel obturarea conductelor; `n acela[i timp, glicerina protejeaz\ interiorul conductelor [i elementelor pneumatice contra coroziunii. Din aceste motive, pulverizatoarele de alcool [i glicerin\ se monteaz\ la ie[irea din instala]ia de preparare a aerului. Pentru ungerea unor piese aflate `n mi[care `n interiorul diferitelor elemente pneumatice de execu]ie, `n curentul de aer se pulverizeaz\ ulei. Deoarece uleiul `mpreun\ cu praful din aer formeaz\ o past\ care `mbâcse[te filtrele [i atac\ garniturile din cauciuc, pulverizatoarele de ulei se monteaz\ imediat `naintea consumatorului. ~n fig..7 se prezint\ construc]ia unui ung\tor utilizat `n instala]iile de aer comprimat. Acesta este prev\zut cu un capac `n care se afl\ racordul de intrare (1) [i racordul de ie[ire (e). ~ntre cele dou\ racorduri se g\se[te un o zon\ de sc]iune redus\, formând un tub Venturi. Racordul de intrare este pus `n leg\tur\ cu paharul (4) `n care, la partea inferioar\, se g\se[te uleiul 73

68 pentru ungere. Camera de acumulare (3) este `n leg\tur\ cu zona `ngustat\ a tubului Venturi. Datorit\ sc\derii presiunii pe tubul Venturi (presiune mai mare `n amonte fa]\ de aval), uleiul din pahar este aspirat prin conducta (5) [i ajunge `n camera (3), prin canalul (6); de aici, uleiul ajunge, sub form\ de pic\turi, `n fluxul de aer. Fig..7 Ung\tor pentru aer comprimat. 1-tub Venturi;, 6-canale; 3-camer\ de acumulare; 4-pahar; 5-conduct\; i-racord de intrare; e-racord de ie[ire. Având `n vedere c\ acest tip de ung\tor realizeaz\ dimensiuni relativ mari ale pic\turilor (4 5 µm), distan]a maxim\ dintre ung\tor [i elementul de execu]ie este de 8 10 m; dac\ distan]a este mai mare, particulele de ulei se depun pe pere]ii conductei, `n loc s\ ajung\ la elementul pneumatic. Prin separarea din fluxul de aer a particulelor mai mari de 3 µm, se poate asigura transportul ce]ii de ulei pe distan]e de pân\ la 10 0 m. ~n mod uzual, filtrul [i ung\torul se g\sesc `ntr-un ansamblu, care mai con]ine regulatorul de presiune [i un manometru (fig..8)..4. REGULATOARE DE PRESIUNE Func]ionarea corect\ a unei instala]ii de ac]ionare pneumatic\ este condi]ionat\ de men]inerea constant\ a presiunii aerului. Astfel, la presiuni prea mici, elementul de execu]ie nu poate dezvolta for]a sau cuplul necesar `n timp ce o presiune prea mare poate conduce la cre[terea uzurii elementelor pneumatice sau chiar la deteriorarea instala]iei. Regulatorul de presiune are rolul de a reduce 74

69 presiunea aerului la valoarea necesar\ [i de a o men]ine constant\, indiferent de varia]iile de presiune la intrarea `n regulator [i de varia]iile consumului de aer. Fig..8 Ansamblu de preparare a aerului. 1-filtru; -regulator de presiune; 3-ung\tor. Regulatoarele de presiune pneumatice pot fi: cu piston; cu membran\. Datorit\ for]elor de frecare relativ mari dintre piston [i cilindru, sensibilitatea regulatoarelor cu piston este destul de mic\, motiv pentru care acestea se utilizeaz\ mai rar. ~n func]ie de sistemul de comand\, regulatoarele de presiune pot fi: cu reglare manual\; cu reglare automat\. ~n fig..9 se prezint\ un regulator de presiune cu membran\, cu reglare manual\. Regulatorul este format din dou\ semicarcase, separate de c\tre membrana elastic\ (1). ~n timpul func]ion\rii regulatorului, membrana ocup\ o pozi]ie care rezult\ din echilibrul ce se stabile[te `ntre presiunea aerului ce ac]ioneaz\ pe partea superioar\ a membranei [i for]a elastic\ arcului principal (). ~n momentul `n carese reduce consumul de aer, presiunea din racordul de ie[ire cre[te. Ca urmare, este `nvins\ for]a elastic\ a arcului (), iar membrana (1) se deplaseaz\ `n jos, antrenând [i supapa (6). Astfel, sec]iunea de trecere dintre supapa (6) [i scaunul s\u (4) scade, iar debitul de aer c\tre racordul de ie[ire scade, sc\zând [i presiunea aerului la ie[ire. Acela[i fenomen are loc [i atunci când apare o cre[tere a presiunii `n amontele regulatorului. La cre[terea consumului de aer sau sc\derea presiunii `n amontele regulatorului, fenomenele descrise au loc `n sens invers. De fapt, `n timpul func]ion\rii regulatorului, membrana oscileaz\ permanent `n scopul men]inerii constante a presiunii. Reglarea presiunii la ie[irea din regulator se realizeaz\ prin modificarea for]ei elastice a arcului () cu ajutorul [urubului (3) prin tensionarea arcului, presiunea cre[te. Pentru debite mari de aer, se folosesc regulatoare pilotate pneumatic (fig. 75

70 .10); la acestea, pe fa]a superioar\ a membranei (m) se aplic\ presiunea de comand\, reglat\ cu ajutorul unui regulator ac]ionat manual. Fig..9 Regulator de presiune cu membran\. 1-membran\ elastic\;, 5-arcuri; 3-[urub de reglaj; 4-sediul supapei; 7-supap\; i-racord de intrare; e-racord de ie[ire. Fig..10 Regulator de presiune pilotat pneumatic. i-racord de intrare; e-racord de ie[ire; z-racord pentru presiunea de comand\; m-membran\. Dup\ cum s-a men]ionat anterior, regulatorul de presiune este `ncorporat `ntr-un ansamblu care mai con]ine filtrul de aer, ung\torul [i cel pu]in un manometru, pentru controlul presiunii la ie[irea din regulator..5. REGULATOARE DE DEBIT Regulatoarele de debit [9, 14, 0, 4, 7] au rolul de a regla debitul de aer care ajunge la un consumator, modificându-se astfel viteza elementului de execu]ie. Reglarea debitului se realizeaz\ prin modificarea sec]iunii de trecere. Regulatoarele de debit pot fi: cu rezisten]\ fix\; cu rezisten]\ reglabil\ manual (drosele). ~n func]ie de dependen]a dintre c\derea de presiune [i debit, rezisten]ele 76

71 pneumatice pot fi: liniare; neliniare. ~n func]ie de caracterul curgerii aerului, regulatoarele de debit pot fi: cu curgere laminar\; cu curgere turbulent\. Rezisten]e pneumatice liniare fixe sunt caracterizate de un raport l/d mare (l fiind lungimea orificiului calibrat, iar d diametrul acestuia). Curgerea aerului poate fi considerat\ laminar\, debitul fiind propor]ional cu c\derea de presiune. Fig..11 prezint\ câteva tipuri de rezisten]e pneumatice liniare fixe. Fig..11 Rezisten]e pneumatice liniare, fixe. Rezisten]ele pneumatice neliniare fixe sunt caracterizate printr-un raport l/d mic, `n fig..1 fiind prezentate câteva solu]ii constructive. Fig..1 Rezisten]e pneumatice neliniare, fixe. Rezisten]ele pneumatice reglabile (droselele) func]ioneaz\ pe baza modific\rii sec]iunii de trecere [i pot fi bidirec]ionale sau unidirec]ionale. Câteva variante constructive de drosele sunt prezentate `n fig..13. Droselul unidirec]ional din fig..13e este prev\zut\ cu supapa de sens (4). Datorit\ acesteia, droselul ac]ioneaz\ doar pentru cazul `n care aerul trece de la racordul (1) c\tre racordul (); pentru sensul invers, supapa de sens se deschide, droselul fiind astfel ocolit. Dup\ cum se va ar\ta mai departe, `n unele situa]ii se folosesc drosele de frânare, care au rolul de mic[ora viteza tijei unui cilindru pneumatic la sfâr[itul cursei, evitându-se aplicarea cu [oc a pistonului pe capacul cilindrului. Unele solu]ii constructive folosesc un obturator care este ac]ionat de c\tre tija pistonului, prin intermediul unei came; la capetele de curs\, aceasta comand\ reducerea sec]iunii de trecere [i mic[orarea vitezei pistonului. Alte solu]ii constructive folosesc rezisten]e pneumatice fixe [i un cilindru de construc]ie special\..6. DISTRIBUITOARE Din punct de vedere constructiv [i func]ional, distribuitoarele pneumatice 77

72 sunt asem\n\toare cu distribuitoarele hidraulice. Fig..13 Rezisten]e pneumatice neliniare, reglabile. a, b, c, d-bidirec]ionale; e-unidirec]ional\; 1, -racorduri; 3-obturator; 4-supap\ de sens unic; 5-[urub de reglaj. Dup\ func]ia `ndeplinit\, orificiile de leg\tur\ ale distribuitoarelor pneumatice pot fi [9, 14, 0, 4, 7]: de alimentare, notate cu 1 sau P, prin care aerul sub presiune intr\ `n distribuitor; de consumator, notate cu, 4 sau C, C 1, C etc., prin care aerul trece c\tre elementul de execu]ie; de desc\rcare, notate cu 3, 5 sau A, prin care se descarc\ `n atmosfer\ aerul utilizat de c\tre elementul de excu]ie; de comand\, notate cu X, X 1, X sau Z, Z 1, Z etc., folosite la distribuitoarele cu comand\ pneumatic\, pentru comutarea sertarului. Distribuitoarele de dimensiuni mari sunt comandate pneumatic sau electric, `n timp ce distribuitoarele de dimensiuni mai mici pot fi comandate manual, mecanic, electric sau pneumatic. Comanda mecanic\ a distribuitoarelor se poate realiza cu pârghie [i rol\, cu levier ac]ionat manual sau cu pedal\. ~n fig..14 se prezint\ un exemplu de distribuitor cu sertar având mi[care de transla]ie, comandat manual. Se observ\ c\ etan[area sertarului (1) `n alezajul corpului () se realizeaz\ prin intermediul unor inelelor de etan[are din cauciuc (3). Mic[orarea for]ei necesare ac]ion\rii manuale a distribuitorului poate fi realizat\ prin pilotarea pneumatic\ a distribuitorului (fig..16). La acest distribuitor, pârghia (1) ac]ioneaz\ asupra supapei (); datorit\ diametrului mic al acestei supape, for]a necesar\ deschiderii ei este mic\. Prin deschiderea supapei (), aerul sub presiune, sosit prin racordul (P), ac]ioneaz\ asupra membranei (3), deformând-o `n jos. Aceasta apas\ asupra sertarului (4), pe care `l deplaseaz\ `n jos; se stabile[te astfel leg\tura dintre racordul (P) [i racordul (C) de leg\tur\ cu consumatorul. ~n fig..17 se prezint\ un alt exemplu de comand\ pneumatic\ a unui distribuitor. Presiunea de comand\ se aplic\ racordului (Z), m\rimea acesteia depinzând doar de frec\rile dintre sertarul (1) [i corpul (), precum [i de for]a 78

73 elastic\ a arcului sertarului. ~n mod obi[nuit, presiunea de comand\ este circa 0,4 0,6 din presiunea de lucru. Fig..14 Distribuitor pneumatic ac]ionat manual. 1-sertar; -corp; 3-garnitur\ de etan[are. a) b) Fig..15 Distribuitoare ac]ionate mecanic. a-cu pedal\; b-cu levier. Fig..16 Pilotarea distribuitorului. 1-pârghie de ac]ionare; -supap\; 3-membran\; 4-sertar. Comanda electric\ a distribuitorului se utilizeaz\ `n cazul `n care exist\ distan]e mari `ntre punctul de comand\ [i distribuitor (10 15 m), precum [i atunci când sunt necesari timpi scur]i de r\spuns. Distribuitoarele pot fi comandate direct (`n general pentru diametre nominale sub 4 mm), sau se poate adopta solu]ia pilot\rii penumatice a distribuitorului. Fig..18 prezint\ un distribuitor comandat electric, direct. Acesta este format din bobina (), `n interiorul c\reia se poate deplasa miezul (1). Atât timp cât bobina () nu este 79

74 alimentat\ cu energie electric\, arcul (5) asigur\ obturarea racordului (P) de c\tre garnitura (4); `n acela[i timp, racordul (C) este pus `n leg\tur\ cu racordul (A). La alimentarea bobinei, câmpul magnetic creat de c\tre aceasta atrage miezul (1), care, prin intermediul garniturii (3), obtureaz\ racordul (A) [i `n acela[i timp stabile[te leg\tura `ntre racordul (P) [i racordul de consumator (C). Fig..17 Comanda pneumatic\ a distribuitorului. 1-sertar; -corp; Z-racord pentru presiunea de comand\. Fig..18 Distribuitor pneumatic comandat electric. 1-miez magnetic; -bobin\; 3, 4-garnituri; 5-arc. Fig..19 Distribuitor pneumatic comandat electric, pilotat, cu dou\ sec]iuni de lucru [i supap\ de reglare a presiunii. 80

75 .6. ELEMENTE PNEUMATICE DE EXECU}IE Elementele pneumatice de excu]ie (motoarele pneumatice) transform\ energia aerului comprimat `n lucru mecanic. Motoarele pneumatice pot fi [9, 14, 0, 4, 7]: cu mi[care rectilinie (cilindri pneumatici cu piston,camere cu membran\, burdufuri ondulate elastice); cu mi[care de rota]ie (cu palete culisante, cu pistoane dispuse axial sau radial etc.) Cilindri pneumatici cu piston Cilindrii pneumatici sunt asem\n\tori celor utiliza]i `n ac]ion\rile hidraulice, fiind valabile acelea[i criterii de clasificare [i variante constructive. La cilindrii pneumatici etan[area pistonului `n cilindru este realizat\ prin intermediul garniturilor de tip O, L sau U, neutilizându-se etan[area cu segmen]i. Fig..0 [i.1 prezint\ dou\ tipuri de cilndri penumatici (cu dubl\ ac]iune [i respectiv cu simpl\ ac]iune). Fig..0 Cilindru pneumatic cu dubl\ ac]iune. 1, 11-capace;, 7, 13, 14-garnituri; 3-cilindru; 4-piston; 5-siguran]\; 6-buc[\ de ghidare; 8, 15-[uruburi; 9-canal; 10-tija pistonului; 1-buc[\ de ghidare a tijei. Fig..1 Cilindru pneumatic cu simpl\ ac]iune. 1-arc; -limitator de curs\; 3-garnitur\; 4-capac. 81

76 Pentru un cilindru pneumatic cu dubl\ ac]iune [i tij\ unilateral\, for]a maxim\ este dezvoltat\ atunci când aerul sub presiune se aplic\ pe fa]a f\r\ tij\ a pistonului [i poate fi determinat\ cu ajutorul rela]iei: π Fmax = [ D p1 ( D d ) p ] Rp Rt, 4 unde: - D diametrul pistonului; - d diametrul tijei; - p 1 presiunea aerului comprimat; - p contrapresiunea din camera din care se evacueaz\ aerul ( 0,5 dan/cm ); - R p for]a de frecare dintre garniturile pistonului [i cilindru; R t for]a de frecare dintre garniturile de etan[are [i tija pistonului. For]a de frecare datorat\ prezen]ei garniturilor se determin\ cu rela]ia: R = π d 1 b µ p, unde: - d 1 diametrul exterior (sau interior) al garniturii; - b l\]imea man[etei sau inelului de etan[are; - µ - coeficientul de frecare (pentru man[ete de cauciuc pe o]el µ = 0,08 0,); - p presiunea ce ac]ioneaz\ asupra garniturii (egal\ cu presiunea de lucru la care se adug\ presiunea de contact datorat\ strângerii pe care o realizeaz\ garnitura de ordinul a 0,5 0,6 dan/cm ). Randamentul unui cilindru pneumatic (η =100 F tmax /F max, unde F tmax = π D p 1 /4) este de 80 9%. ~n cazul cilindrilor cu simpl\ ac]iune, for]a rezistent\ a arcului care asigur\ revenirea pistonului `n pozi]ia ini]ial\ este cuprins\ `ntre [i 37 dan, `n func]ie de dimensiunile cilindrului. Atunci când pistonul are vitez\ ridicat\ [i masa elementelor legate de tija pistonului este mare, contactul pistonului cu [oc pe capacele cilindrului, la capetele de curs\, poate provoca deteriorarea cilindrului. Este deci necesar\ frânarea pistonului la cap\t de curs\, solu]ia constructiv\ fiind prezentat\ `n fig... Fig.. Frânarea pistonului la cap\t de curs\. 1-cilindru; -piston; 3-um\r; 4-capac; 5-rezisten]\ pneumatic\; 6-supap\ de sens unic. 8

77 ~n acest caz, pistonul () este prev\zut cu umerii (3), care intr\ `n alezaje realizate `n capacele (4) ale cilindrului atunci când pistonul se apropie de cap\tul cursei. Evacuarea aerului din fa]a um\rului (3) nu se poate realiza decât prin rezisten]a pneumatic\ (5), ceea ce conduce la mic[orarea vitezei pistonului. La deplasarea pistonului `n sens invers, aerul sub presiune deschide supapa de sens unic (6), rezisten]a pneumatic\ (5) este astfel ocolit\, iar viteza de deplasarecre[te din nou. Cre[terea vitezei de deplasare a tijei cilindrului poate fi ob]inut\ prin montarea unei supape de desc\rcare rapid\ (fig..3). Fig..3 Supap\ de desc\rcare rapid\. a, b func]ionarea supapei; c-schema de utilizare. Alimentând racordul (P) al supapei cu aer comprimat, aceasta permite trecerea aerului sub presiune c\tre cilindru (fig..3a). La dispari]ia semnalului de presiune (fig..3b), racordul (C) al supapei este pus `n leg\tur cu atmosfera, asigurând astfel o evacuare mai rapid\ a aerului de pe fa]a din dreapta a pistonului (fig..3c) fa]\ de situa]ia `n care evacuarea s-ar realiza prin distribuitor; viteza pistonului poate cre[te (datorit\ sc\derii contrapresiunii) cu pân\ la 15 0%. Fig..4 Supape de desc\rcare rapid\..6.. Camere cu membran\ Fa]\ de motoarele pneumatice cu piston, camerele cu membran\ prezint\ urm\toarele avantaje: sensibilitate mai mare, datorit\ iner]iei mai mici; construc]ie mai simpl\ [i mai ieftin\; greutate mai mic\; 83

78 durat\ de serviciu mai mare. Dintre dezavantajele camerelor cu membran\ se pot men]iona: for]a dezvoltat\ este variabil\, aceasta sc\zând odat\ cu cre[terea cursei; cursa de lucru este limitat\ la aproximativ 1/3 din diametrul membranei, valoarea maxim\ fiind de aproximativ 60 mm. Construc]ia unei camere cu membran\ cu simpl\ ac]iune este prezentat\ `n fig..5, iar fig..6 prezint\ o camer\ cu membran\ cu dubl\ ac]iune. La camera cu simpl\ ac]iune (fig..5), deplasarea membranei `n jos este datorat\ presiunii aerului, `n timp ce revenirea `n pozi]ia ini]ial\ are loc sub ac]iunea arcului (4). La camera cu dubl\ ac]iune (fig..6), deplasarea membranei (1) `n ambele sensuri are loc sub ac]iunea aerului comprimat. La ambele tipuri de camere se observ\ c\ membrana este fixat\ `ntre discuri metalice de rigidizare, al c\ror diametru este 0,7 0,9 din diametrul de `ncastrare al membranei. La camera cu simpl\ ac]iune (fig..5), membrana ac]ioneaz\ asupra tijei prin intermediul talerului (3). ~n fig..7 sunt prezentate câteva variante constructive de camere cu membran\. Membranele camerelor pot fi (fig..8): plate; tronconice (fig..8c); cilindrice (fig..8d). Fig..5 Camer\ cu membran\ cu simpl\ ac]iune. 1, 5-semicarcase; -disc de rigidizare; 3-taler; 4-arc. Fig..6 Camer\ cu membran\ cu dubl\ ac]iune. 1-membran\; -capac; 3-carcas\; 4-tij\; 5-disc de rigidizare; 6-piuli]\; 7- buc[\ de ghidare; 8,9-garnituri; 10-[uruburi. 84

79 a) b) c) d) e) Fig..7 Tipuri de camere cu membran\. a-cu tij\ unilateral\ [i simpl\ ac]iune; b-cu tij\ unilateral\ [i dubl\ ac]iune; c-cu tij\ bilateral\ [i simpl\ ac]iune; d-cu tij\ bilateral\ [i dubl\ ac]iune; e-rotitoare, cu tij\ unilateral\[i dubl\ ac]iune. La rândul lor, membranele plate pot fi: plane (fig..8a); gofrate (fig..8b). La membranele plane cursa se realizeaz\ doar pe baza `ntinderii materialului membranei, acestea asigurând cele mai mici deplas\ri ale tijei. Membranele gofrate realizeaz\ curse mai mari decât cele plane, iar for]a dezvoltat\ r\mâne aproximativ constant\. Cele mai mari curse sunt ob]inute la utilizarea membranelor tronconice [i cilindrice, la care de asemenea for]a dezvoltat\ r\mâne aproximativ constant\. Membrana se realizeaz\ din cauciuc cu inser]ie din ]es\tur\ sintetic\, cu o rezisten]\ la rupere la trac]iune de circa 100 dan/cm. Sec]iunea membranei poate fi constant\ sau poate fi `ngro[at\ c\tre zona de fixare dintre carcase; grosimea membranei este de 0,5 6 mm, membranele plane fiind `n general mai groase decât cele gofrate. Fig..8 Tipuri de membrane. a-plane; b-gofrate; c-tronconice; d-cilindrice. For]a teoretic\ dezvoltat\ de camera cu membran\ este dat\ de rela]ia: 85

80 π p Ft = ( D + D d + d ), 1 unde p este presiunea aerului, D este diametrul de `ncastrare al membranei, iar d este diametrul discului de rigidizare. Randamentul unei camere cu membran\ este cuprins `ntre 0,55 [i 0,7, `n func]ie de tipul [i dimensiunile camerei. Cursa maxim\ a tijei camerei depinde de tipul membranei: la membranele plane, cursa este 0,08 0,1 din diametrul de `ncastrare; la membranele tronconice, cursa este 0, 0,5 din diametrul de `ncastrare; la membranele cilindrice, cursa este 0,8 1,5 din diametrul de `ncastrare Burdufuri ondulate elastice Burdufurile se realizeaz\ din bronz cu beriliu; deformarea are loc sub ac]iunea presiunii aerului comprimat. M\rirea rigidit\]ii burdufului poate fi ob]inut\ prin montarea unui arc (fig..9). Fig..9 Burdufuri elastice. 1-burduf; -racord pentru aer; 3-arc..6. AMORTIZOARE DE ZGOMOT {I CONDUCTE Amortizoarele de zgomot au rolul de a atenua zgomotele produse de evacuarea aerului `n atmosfer\. Ele se amplaseaz\ pe orificiile de ie[ire `n atmosfer\ ale distribuitoarelor. ~n mod obi[nuit, amortizoarele de zgomot sunt buc[e din bronz sinterizat (fig..30), montate `n piese speciale, `nfiletate pe orificiile de evacuare. Granulele de bronz sinterizat au dimensiuni de 0,08-0,3 mm. C\derea de presiune produs\ pe amortizoarele de acest tip are valori maxime de 0,5=0,6 dan/cm. Conductele utilizate `n ac]ion\rile pneumatice pot fi: rigide, realizate din ]evi de o]el, cupru sau alam\; flexibile, realizate din cauciuc sau materiale plastice, cu inser]ii textile. ~n cazul conductelor rigide, grosimea pere]ilor variaz\ `ntre minimum 0,5 mm (pentru conductele din o]el) [i mm (pentru conductele din cupru sau alam\). Conductele din cupru sau alam\ au propriet\]i plastice deosebite, ceea ce permite montarea lor rapid\, mai ales `n spa]ii restrânse. Conductele flexibile se folosesc atunci când cilindrii penumatici nu au o pozi]ie fix\ `n timpul lucrului. Acestea rezist\ la presiuni de maximum 10 86

81 dan/cm [i se utilizeaz\ la temperaturi ale mediului cuprinse `ntre 0 0 C [i 80 0 C. Conductele din cauciuc se folosesc pentru debite de aer mijlocii [i mari, având diametre interioare `ntre 16 [i 3 mm; conductele din materiale plastice se folosesc pentru debite mici de aer, având diametre interioare de 3 10 mm. Fig..30 Amortizoare de zgomot. 1-pies\ de fixare;,3-buc[e din bronz sinterizat; 4-piuli]\. 87

82 3. UTILAJE PENTRU S PAT {I TRANSPORTAT UTILIZATE LA CONSTRUC}IA C ILOR RUTIERE 3.1. ~NC RC TOARE FRONTALE [17, 18, 6, 9] Destina]ie [i construc]ie ~nc\rc\torul frontal este destinat execut\rii unor opera]ii de `nc\rcare, manipulare [i transport a unor materiale `n vrac, precum [i pentru efectuarea unor lucr\ri de construc]ii, `ntre]inere de drumuri etc. De asemenea, poate fi prev\zut cu echipamente speciale pentru `nc\rcarea bu[tenilor sau a materialelor `n buc\]i. In fig. 3.. este prezentat\ construc]ia generala\ a unui `nc\rc\tor cu [asiu articulat; acesta este format din [asiul fa]\ (1), pe care se g\se[te echipamentul de lucru [i din [asiul spate (), pe care sunt montate motorul, transmisia, cabina etc. Cele dou\ [asie sunt articulate unul fa]\ de altul (fig. 3.3). Prin rotirea lor `n plan orizontal cu Fig ~nc\rc\tor frontal. ajutorul cilindrilor hidraulici (C 1 ) [i (C ) se asigur\ executarea virajelor. Fig. 3. Principalele elemente componente ale `nc\rc\torului frontal. 1-[asiu fa]\; -[asiu spate; 3-bol]; 4-cilindru hidraulic al servodirec]iei; 5-motor+transmisie; 6- cabin\; 7-bra] de ridicare; 8-cup\; 9-cilindri pentru ac]ionarea bra]ului; 10-cilindri hidraulici pentru `nclinarea cupei. 88

83 Cupa inc\rc\torului este montat\ pe un sistem de bare articulate, prin intermediul c\ruia se execut\ ridicarea-coborârea cupei, precum [i rotirea acesteia, `n scopul `nc\rc\rii cu material, deplas\rii sau desc\rc\rii materialului. Ac]ionarea (bascularea) cupei se realizeaz\ prin intermediul unor cilindri hidraulici cu dubl\ ac]iune; unele tipuri de mecanisme de ac]ionare a cupei sunt prezentate `n fig C PF PS Fig. 3.3 Mecanismul de direc]ie al `nc\rc\torului frontal. C1 SD O P F S S PF-punte fa]\; PS-punte spate C 1, C -cilindri hidraulici; O-punct de articula]ie; SD-servodirec]ie ORBITROL P-pomp\ hidraulic\; F-filtru; S s -supap\ de siguran]\; R-rezervor. R Fig. 3.4 Sisteme de ac]ionare a cupei. 1-cup\;, 5-bra]e de ac]ionare; 3, 4-cilindri hidraulici. ~n fig. 3.5 este prezentat\ schema de principiu a instala]iei hidraulice a `nc\rc\torului frontal IF 80. Aceasta este prev\zut\ cu pompa hidraulic\ dubl\ (P 1 ), utilizat\ de sistemul de propulsie [i de bra]ele de ac]ionare ale cupei, precum [i cu pompa (P ), destinat\ ac]ion\rii servodirec]iei. Distribuitoarele hidraulice (D 1 ) (D 3 ) sunt pilotate hidraulic, fiind comandate de c\tre distribuitoarele de telecomand\ (DT 1 ) (DT 6 ), alimentate cu ulei la presiune redus\ (40 bar); aceste distribuitoare sunt prev\zute cu supapele de trecere (St 1 ) [i (St ), care asigur\ trecerea uleiului refulat de pompe c\tre rezervor atât timp cât distribuitoarele nu sunt ac]ionate. Distribuitorul (D 3 ) permite schimbarea sensului de rota]ie al hidromotorului (M), ce ac]ioneaz\ cutia de viteze. Supapele de siguran]\ (Ss 4 ) [i 89

84 (Ss 5 ) protejeaz\ instala]ia hidraulic\ `n cazul apari]iei unor suprasarcini `n timpul deplas\rii utilajului. Alimentarea cu ulei sub presiune a distribuitoarelor de comand\ se face prin intermediul reductorului de presiune (R 1 ). Pompa dubl\ (P 1 ) [i hidromotorul (M) sunt de tipul cu pistoane axiale [i bloc `nclinat; pompa (P ) este de tipul cu ro]i din]ate cu angrenare exterioar\. St P 95 bar C1 D1 C3 Ss SD C D C4 80 bar Ss1 C5 F P1 St1 R 350 bar D3 R1 Ss3 40 bar Ss4 M CV Ss5 DT1 DT DT3 DT4 DT5 DT6 Fig. 3.5 Schema instala]iei hidraulice a `nc\rc\torului frontal. R-rezervor; F-filtru; P 1, P -pompe; D 1 D 3 -distribuitoare; C 1, C -cilindrii hidraulici ai servodirec]iei; C 3, C 4 -cilindrii hidraulici de ac]ionare a bra]ului; C 5 -cilindrul hidraulic de ac]ionare a cupei; DT 1 DT 6 -distribuitoare de telecomand\; M-hidromotor; CV-cutie de viteze; St 1, St -supape de trecere; Ss 1 Ss 5 -supape de siguran]\; R 1 -reductor de presiune. ~nc\rc\torul IF 80 este prev\zut cu o transmisie mecano-hidraulic\ 4 4 (fig. 3.6): motorul Diesel ac]ioneaz\ o pomp\ hidraulic\, care trimite uleiul sub presiune spre hidromotorul (11), montat pe cutia de viteze (). Cutia de viteze asigur\ dou\ rapoarte de transmitere (1,947, pentru deplasarea pe [osea [i 7,981, pentru lucru); fiecare roat\ motoare este prev\zut\ cu un reductor final cu ro]i din]ate cilindrice (i = 3,1). Diferen]ialul fiec\rei pun]i poate fi blocat, pentru 90

85 m\rirea capacit\]ii de trecere. Schimbarea sensului de deplasare al utilajului se realizeaz\ prin schimbarea sensului de rota]ie al hidromotorului de ac]ionare. Fig. 3.6 Transmisia `nc\rc\torului frontal 1-hidromotor; -cutie de viteze; 3, 4-arbori cardanici; 5-punte fa]\; 6-punte spate; 7-cilindri pneumatici de frân\. Instala]ia pneumatic\ a `nc\rc\torului IF 80 asigur\: selectarea treptei de vitez\; blocarea diferen]ialelor celor dou\ pun]i; ac]ionarea sistemului de frânare. Schema instala]iei pneumatice este prezentat\ `n fig Compresorul (C) este antrenat de c\tre motorul termic al utilajului; se observ\ existen]a a dou\ circuite de aer comprimat. Presiunea maxim\ pe fiecare circuit este reglat\ cu ajutorul supapelor de siguran]\ (Ss 1 ) [i (Ss ). Distribuitorul (D 1 ), ac]ionat manual, este utilizat pentru comanda cutiei de viteze (cu ajutorul cilindrului pneumatic C 1 ), `n vederea schimb\rii treptei; distribuitorul (D ), ac]ionat electromagnetic, are rolul de a comanda blocarea diferen]ialelor celor dou\ pun]i motoare, cu ajutorul cilindrilor pneumatici (C 1 ) [i (C ). C3 C R Rg Rz1 S S1 7,5 bar D C M Rz 5,5 bar C1 S S D1 Spre sistemul de fr`nare Fig. 3.7 Schema instala]iei pneumatice a `nc\rc\torului frontal M-motor termic; C-compresor; R-r\citor; Rg-regulator de presiune cu filtru; Rz 1, Rz -rezervoare de aer comprimat; Ss 1, Ss -supape de siguran]\; D 1, D -distribuitoare pneumatice; C 1 C 3 -cilindri pneumatici. 91

86 3.1.. Parametrii de lucru ai `nc\rc\toarelor frontale Capacitatea de lucru Capacitatea de lucru a `nc\rc\torului frontal se determin\ cu rela]ia: 3 Vc ku ke m Q0 =, T ka h unde: - V c - capacitatea cupei [m 3 ]; - T - durata totala a ciclului de lucru [h]; - k u = 0,7 1, coeficient de umplere a cupei; - k a coeficient de afânare; - k e = 0,8 0,85 coeficient de exploatare. Durata ciclului de lucru se calculeaz\ cu rela]ia: T = t1 + t + t 3 + t 4 + t 5, `n care t 1 este durata de umplere a cupei, t este durata transportului cu cupa `nc\rcat\, t 3 este timpul necesar desc\rc\rii cupei, t 4 este timpul necesar revenirii `n pozi]ia de `nc\rcare, iar t 5 este timpul aferent opera]iilor de strângere a materialului `n gr\mezi Dimensiunile cupei L\]imea cupei `nc\rc\torului se determin\ astfel `ncât s\ satisfac\ simultan urm\toarele condi]ii: Fi Bc =, Bc = E + 0,1, Bc < Bi [m], q i unde B c este l\]imea exterioar\ a cupei, F i este for]a necesar\ pentru `naintarea cupei `n masa de material la `nc\rcare [N], q i este rezisten]a specific\ la `naintare `n masa de material [N/m], E este l\]imea de gabarit a ma[inii da baz\ [m], iar B i este deschiderea interioar\ dintre pere]ii laterali ai mijlocului de transport care se `ncarc\ [m]. Rezisten]a specific\ la `naintare a cupei are valori cuprinse `ntre 18 [i 40 kn/m, `n func]ie de sarcina nominal\ a cupei [i natura materialului. L\]imea interioar\ a cupei B 0 se calculeaz\ din rela]ia: B0 = Bc (0,0...0,08) [ m]. Aria lateral\ util\ a peretelui lateral al cupei rezult\ din rela]ia: Vc A l = [m ], B0 iar volumul nominal al cupei se poate calcula `n func]ie de greutatea `nc\rc\torului G i : G = ( ) V N. i 9 c [ ]

87 Capacitatea nominal\ de ridicare a cupei Capacitatea nominal\ de ridicare a cupei se determin\ din condi]ia de stabilitate a `nc\rc\torului având cupa plin\, la deschiderea maxim\ (fig. 3.8): G i r G e r1 Q n = [ N]. k r s 3 Fig. 3.8 Schem\ pentru determinarea capacit\]ii nominale de `nc\rcare a cupei. G i -greutatea `nc\rc\torului; G e -greutatea cupei [i bra]elor de ac]ionare; Q n -capacitatea nominal\ de `nc\rcare Coeficientul de siguran]\ k s ]ine cont de deplasarea `nc\rc\torului; de obicei k s =. Capacitatea cupei se determin\ `n func]ie de capacitatea nominal\ de `nc\rcare: Q n 3 Vc = [ m ], γ k u unde γ este greutatea specific\ a materialului [N/m 3 ], iar k u este coeficientul de umplere al cupei Calculul sistemului de ac]ionare al cupei Sistemul de ac]ionare al cupei este format din bra]ul de ridicare al cupei, bra]ul de basculare (`nclinare) [i cilindrii hidraulici corespunz\tori. Pentru determinarea principalelor dimensiuni ale bra]ului de ridicare se utilizeaz\ schema din fig Pentru calculul `n\l]imii de ridicare a cupei (H d ) se folose[te rela]ia: H d = h m + h s, `n care h m este `n\l]imea la care se g\se[te marginea superioar\ a benei mijlocului de transport ce trebuie `nc\rcat, iar h s ]ine cont de `nc\rcarea cu vârf a benei si de 93

88 denivel\rile terenului (uzual, h s = 0, 0,7 m). Fig. 3.9 Schem\ pentru determinarea dimensiunilor bra]ului. Lungimea de desc\rcare (L d ) se determin\ cu ajutorul rela]iei: L d = 0,5 B m + B s, unde B m este l\]imea benei mijlocului de transport, iar B s este distan]a de siguran]\ dintre `nc\rc\tor [i mijlocul de transport (B s = 0, 0,4 m). Cu nota]iile din fig. 3.9, lungimea (l b ) a bra]ului cupei se calculeaz\ cu rela]ia: l b = ( L + L R cosα' ) + ( H H + R sin α' ). d 0 0 d avind `n vedere urm\toarele: pozi]ia punctului (O) pe [asiul `nc\rc\torului [i respectiv dimensiunile (H 0 ) [i (L 0 ) rezult\ din condi]ia asigur\rii unei vizibilit\]i optime a frontului de lucru de la postul de conducere. α d = α d + α 1 ; α d = (unghi de desc\rcare); h 0 α 1 =. R 0 For]ele ce ac]ioneaz\ asupra cilindrilor hidraulici ai mecanismului de ridicare se determin\ pentru urm\toarele situa]ii: ridicarea cupei atunci când aceasta p\trunde `n masa de material; cupa este ridicat\ `n pozi]ia maxim\, pentru desc\rcare `n mijlocul de transport. Pentru primul caz, folosind nota]iile din fig. 3.10, ob]inem: 94 d 0 0 d,

89 P r R 1 rr + G e r' e r5 b = ; Pbc = R 1. r r a pr 6 Fig Schema de calcul pentru cazul ridic\rii cupei din material. 1-cilindru hidraulic pentru ridicarea cupei; -cilindru hidraulic pentru bascularea cupei. Reac]iunea R 1 se determin\ din ecua]ia de echilibru de momente fa]\ de punctul de sprijin: G i r G e r1 R 1 =. r4 Pentru cel de al doilea caz, cu nota]iile din fig. 3.11, rezult\: ( Q n + G c ) rq + G e re l1 l3 P' r = ; P' bc = ( Q n + G c ). r' l l pr 4 Fig Schema de calcul pentru cupa ridicat\ `n pozi]ie maxim\. 95

90 3.. BULDOZERE [15, 17, 18, 6, 9] Destina]ie [i construc]ie Buldozerele sunt destinate s\patului [i transportul p\mântului, utilizând `n acest scop o lam\, montat\ `n partea fa]\ a tractorului. ~n func]ie de tipul sistemului de rulare, buldozerele pot fi: pe ro]i cu pneuri; pe [enile. ~n func]ie de posibilit\]ile de mi[care ale lamei, buldozerele pot fi: cu lam\ având pozi]ie fix\, aceasta fiind perpendicular\ pe direc]ia de `naintare (buldozere propriu-zise); cu lam\ care a c\rei pozi]ie fa]\ de direc]ia de deplasare Fig. 3.1 Buldozer. poate fi modificat\ (angledozere); cu lam\ la care se poate modifica atât pozi]ia fa]\ de direc]ia de `naintare, cât [i unghiul acesteia fa]\ de un plan orizontal (varidozere). Buldozerele se pot clasifica [i `n func]ie de puterea tractorului [i l\]imea de lucru (buldozere u[oare, mijlocii etc.). Principalele elemente componente ale unui buldozer sunt prezentate `n fig. 3.13; se observ\ utilizarea, pentru acest model, a solu]iei având cadru articulat. Pe cadrul posterior (1') este montat sistemul de propulsie (motorul, transmisia etc.), `n timp ce echipamentul de lucru este montat pe cadrul anterior (1). 96 Fig Construc]ia buldozerului. 1-cadru anterior; 1'-cadru posterior; -lam\; 3-ram\; 4, 5-cilindri hidraulici; 6-articula]ie. Lama () este montat\ articulat pe cadrul (3) care este [i el articulat la cadrul anterior (articula]ia 6); aceasta poate fi `nclinat\ fa]\ de vertical\ cu ajutorul cilindrului hidraulic (4), iar ridicarea [i coborârea lamei se realizeaz\ cu ajutorul cilindrului (5). Dup\ cum s-a men]ionat anterior, angledozerele au posibilitatea modific\rii unghiului de `nclinare al lamei fa]\ de direc]ia de `naintare. ~n acest

91 scop, lama (, fig. 3.14) este montat\ pe cadru prin intermediul articula]iei sferice (8). Cilindrii hidraulici (9) permit modificarea unghiului (α) al lamei. Fig Angledozer. 1-tractor; -lam\; 3, 9-cilindri hidraulici; 4-distribuitor; 5-articula]ie; 6-pozi]ia `nclinat\ a lamei; 7- scarificator; 8-articula]ie sferic\; 10-cu]ite. Lama (1, fig. 3.15) este concav\, raza de curbur\ a acesteia putând fi constant\ sau variabil\. Lama este fixat\ pe suportul (), iar la partea inferioar\ este prev\zut\ cu cu]itele (3), care realizeaz\ t\ierea solului; cu]itele sunt demontabile, fiind montate pe lam\ cu ajutorul [uruburilor (4). Pentru prinderea lamei de cadrul buldozerului se utilizeaz\ diferite mecanisme articulate (fig. 3.16), care permit ridicare/coborârea lamei [i, eventual, rotirea acesteia `n plan orizontal [i vertical (prin modificarea pozi]iei de prindere a tirantului 9). ~n fig este prezentat\ schema instala]iei hidraulice a unui buldozer care realizeaz\ doar ridicarea [i coborârea lamei; aceasta este prev\zut\ cu dou\ circuite: unul pentru servodirec]ie [i al doilea pentru ac]ionarea lamei. Supapele de siguran]\ (7) protejeaz\ instala]ia hidraulic\ `n cazul apari]iei unor suprasarcini la ridicarea-coborârea lamei, `n timp ce supapele (5) [i (6) limiteaz\ presiunea `n cele dou\ circuite hidraulice. Instala]ia hidraulic\ a buldozerului A 360L (fig. 3.18) este de tipul cu servocomand\, distribuitoarele principale din blocul (4) fiind comandate (pilotate hidraulic) de c\tre distribuitoarele (5) [i (6), ac]ionate manual. Cilindrii hidraulici 97

92 (9) asigur\ ridicarea-coborârea lamei, cilindrul hidraulic (10) asigur\ modificarea unghiului de atac al lamei, iar cilindrii (11) permit `nclinarea lamei fa]\-spate (modificarea unghiului de s\pare). Fig Lama buldozerului. 1-lam\; -suport; 3-cu]it 4-[uruburi de prindere a lamei. Fig Mecanisme de prindere a lamei. 1-lam\; -cu]it; 3-bra]; 4-cilindru hidraulic; 5-suport vertical; 6-mecanism paralelogram deformabil; 7-aricula]ie rotire lam\; 8-orificii reglare pozi]ie; 9-tirant fix sau cilindru hidraulic; 10-suport. Unele buldozere sunt prev\zute, la partea din spate, cu organe active pentru afânarea solului (scarificatoare - 7, fig. 3.14). Acestea, `n num\r de 1 5, sunt fixate pe un cadru comun, articulat de tractor, ce poate fi ridicat sau coborât cu ajutorul unor cilindri hidraulici. ~n func]ie de forma organelor active (fig. 3.19), adâncimea de lucru a scarificatoarelor este cuprins\ `ntre 40 [i 80 cm Parametrii de lucru ai buldozerelor Capacitatea de lucru La s\parea [i deplasarea pamântului, capacitatea de lucru a buldozerului se determin\ cu ajutorul rela]iei: 3 Vef k1 k m Q =, Tc h 98

93 Fig Schema hidraulic\ a unui buldozer. 1-rezervor; -filtru; 3,4-pompe; 5, 6, 7-supape de siguran]\; 8-distribuitor; 9-cilindru hidraulic pentru ridicarea lamei; 10-servodirec]ie; 11-cilindrii hidraulici ai servodirec]iei. Fig Instala]ia hidraulic\ a buldozerului A pomp\; -filtru; 3-rezervor; 4-bloc principal distribuitorare hidraulice; 5, 6-distribuitoare hidraulice de comand\; 7-supap\; 8-bloca reglare presiune; 9, 10, 11-cilindri hidraulici; 1 filtru fin. 99

94 Fig Organele active ale scarificatoarelor. unde: V ef volumul prismei de p\mânt aflate `n fa]a lamei [m 3 ]; k 1 coeficient de folosire a timpului; k coeficient ce ]ine cont de panta terenului (k =0,5 3 pentru pante de 3 15%); T c durata unui ciclu de lucru [h]. Pentru determinarea duratei ciclului de lucru se utilizeaz\ rela]ia: l t ld li Tc = t c + t 0 + t s, k t v t k d v d k i vi `n care l t, l d, l i sunt distan]ele parcurse `n timpul t\ierii, deplas\rii [i respectiv revenirii `n pozi]ia ini]ial\, v t, v d, v i sunt vitezele corespunz\toare de deplasare, k t, k d, k i sunt coeficien]i de corec]ie care ]in cont de varia]ia vitezei pe parcursul curselor respective, t c este timpul necesar cupl\rii treptelor de vitez\, t 0 este timpul necesar pentru `ntoarceri, iar t s este timpul necesar manevr\rii lamei Parametrii lamei Folosind nota]iile din fig. 3.0, se pot defini urm\torii parametri geometrici ai lamei buldozerului: lungimea (L); `n\l]imea (H); unghiul de s\pare (γ); unghiul de atac (θ); unghiul de a[ezare `n plan vertical (Ω); unghiul posterior (β); unghiul de ascu]ire al cu]itului lamei (i) *. Lungimea (L) a lamei trebuie s\ dep\[easc\ cu cel pu]in 100 mm l\]imea buldozerului, pe fiecare parte, atunci când este `nclinat\ la unghiul de atac maxim; de obicei L = (,8 3) H. ~n\l]imea (H) a lamei se determin\ `n func]ie de for]a de trac]iune a buldozerului, ob]inut\ din condi]ia de aderen]\: Ft = ϕ ( G e + G) [ N], unde ϕ este coeficientul de aderen]\ dintre ro]ile motoare ([enile) [i sol, G e este * γ = β+i. 100

95 greutatea echipamentului montat pe buldozer, iar G este sarcina vertical\ pe puntea motoare (la buldozerele pe ro]i) sau greutatea buldozerului (la buldozerele pe [enile). Fig. 3.0 Parametrii geometrici ai lamei. Pentru determinarea `n\l]imii lamei se utilizeaz\ rela]iile: H = 0,08 - pentru lame orientabile cu supra`n\l]\tor; 3 F t H = 450 0,1 F 0,5 F - pentru lame orientabile f\r\ supra`n\l]\tor; 3 t t H 0,3 3 F t = - pentru lame fixe cu supra`n\l]\tor; H = 500 0,1 F 0,5 F - pentru lame fixe f\r\ supra`n\l]\tor. 3 t t Supra`n\l]area lamei (h 1 ) [i l\]imea cu]itului (a) se calculeaz\ cu rela]iile: h 1 = (0,1 0,5) H; a = (0,18 0,) H. Din motive de simplificare a construc]iei, de multe ori lamele au raz\ de curbur\ (R) fix\: H a sin γ R =. cos γ + cosψ ~n mod uzual lamele fixe au H = R, iar pentru lamele orientabile R = 0,8 H, pentru ψ = Pentru lamele fixe, unghiul de s\pare γ are valoarea de 50 0, iar pentru buldozerele cu lam\ orientabil\ γ = Pentru celelalte unghiuri, valorile uzuale sunt: i = ; θ = ; Ω = ± Rezisten]ele la lucrul cu lama Pentru determinarea rezisten]ei la s\pat a solului se utilizeaz\ schema din fig Rezisten]a la s\pat a solului este dat\ de rela]ia: R s = R t + R dp + R f1 + R f, unde: 101

96 Fig. 3.1 Schem\ pentru determinarea rezisten]ei la s\pat. rezisten]a la t\iere a solului R t = k t L h m sin θ (rezisten]a specific\ la t\iere k t are valori cuprinse `ntre 0,5 [i 1, dan/cm, `n func]ie de tipul de sol, iar h m este `n\l]imea medie a brazdei s\pate); rezisten]a la deplasare a prismei de sol R dp = µ G p sin θ (µ este coeficientul de frecare dintre prisma de sol [i teren, G p este greutatea ( H h m ) L ρp g prismei de sol, G p =, iar ρ p este densitatea tgδ solului); frecarea ce apare ca urmare a deplas\rii materialului `n lungul lamei R f 1 = µ G p sin γ µ 1 cosθ (µ 1 = 0,4 0,6 coeficientul de frecare dintre sol [i lam\); frecarea ce apare ca urmare a urc\rii materialului de-a lungul lamei R f = µ G p sin γ µ 1 cos γ cosθ. Având `n vedere cele de mai sus, rezisten]a total\ la deplasarea buldozerului va fi: R = R mg + R u + R s, `n care: rezisten]a la mersul `n gol R mg = ( G tr + G e ) ( f cosα ± sin α) (f = 0,1 0,5 -coeficientul de rezisten]\ la deplasare); rezisten]a dat\ de uzura t\i[ului R u = k t µ 1 Su (S u aria proiec]iei pe orizontal\ a suprafe]ei uzate a cu]itului). Evident, deplasarea buldozerului are loc doar dac\ rezisten]a ce se opune deplas\rii buldozerului este mai mic\ decât for]a de trac]iune dezvoltat\ de c\tre acesta. ~n cazul `n care buldozerul realizeaz\ afânarea solului cu ajutorul scarificatoarelor, rezisten]a opus\ de aceste organe active se poate determina cu ajutorul rela]iei: 10

97 0 1,35 90 γ R = C c ( 1+ 0,1 s ) 1 β + R [ dan] st y 0, 0 0 f 180 unde: C y - rezisten]a la penetrare [dan]; c - adâncimea de s\pare [cm]; s o - grosimea organului de sapare [cm]; γ - unghiul de t\iere (unghiul format cu orizontala de c\tre fa]a superioar\ a organului activ [ 0 ] ; b 0 - coeficient care ]ine seama de influen]a unghiului la vârf al organului activ (b 0 = 0,81 pentru δ = ); R f - rezisten]a datorat\ frec\rii organului de lucru de sol [dan] Stabilitatea buldozerului `n timpul lucrului ~n fig. 3. este prezentat\ schema for]elor ce ac]ioneaz\ asupra buldozerului la ridicarea lamei din sol. G tr l tr Fig. 3. Schem\ pentru determinarea stabilit\]ii buldozerului. Din echilibrul de momente fa]\ de punctul de sprijin (A) rezult\: + G l = G l + R l + G l cos α + G l sin α + µ G l s s e e c c p 1 t p t p sin α, de unde rezult\ m\rimea sarcinii suplimentare G s ce trebuie ad\ugat\ pentru a se evita r\sturnarea utilajului: G e le + R c lc + G p l1 cosα t + G p l sin α t + µ G p l sin α t G tr l tr G s =. ls Tehnologii de execu]ie a lucr\rilor cu ajutorul buldozerelor Executarea lucr\rilor cu ajutorul buldozerului se poate realiza prin 103 t

98 deplasarea longitudinal\ sau transversal\ a acestuia, cea mai mare productivitate ob]inându-se `n cazul deplas\rii transversale. ~n acest caz, schemele de lucru utilizate sunt (fig. 3.3): schema dus-`ntors, f\r\ `ntoarcere la capete, pentru distan]e de m (fig. 3.3a); schema cu `ntoarcere de la capete [i depozitarea solului pe o singura parte (fig. 3.3b), utilizat\ pentru distan]e de m; schema cu `ntoarcere la la capete [i depozitarea solului pe ambele p\r]i (fig. 3.3c), utilizat\ mai ales pentru decopert\ri. Fig. 3.3 Scheme de lucru cu buldozerul. a-dus-`ntors, cu depozitarea p\mântului pe o singur\ parte; b-cu `ntoarcere de la capete [i depozitarea p\mântului pe o singur\ parte; c- cu `ntoarcere de la capete [i depozitarea p\mântului pe ambele p\r]i EXCAVATOARE [17, 18, 6, 9] Destina]ie [i clasificare Excavatoarele sunt utilaje de s\pat [i `nc\rcat; ele se utilizeaz\ pentru executarea de canale, funda]ii etc., `nc\rcarea materialelor `n mijloacele de transport, executarea de construc]ii de p\mânt etc. Excavatoarele pot fi cu o cup\ sau cu mai multe cupe; procesul de lucru al excavatoarelor cu o cup\ este discontinuu, `n timp excavatoarele cu mai multe cupe au o ac]iune continu\. ~n func]ie de echipamentul de lucru utilizat, excavatoarele pot fi: cu cup\ dreapt\ (fig. 3.5a); cu cup\ invers\ (fig. 3.5b); cu cup\ tras\ (draglin\ - fig. 3.5c); 104

99 cu cup\ cu gheare (greifer - fig. 3.5d). Excavatoarele echipate cu primele dou\ tipuri de cupe sunt prev\zute cu bra]e articulate; celelalte dou\ echipamente de lucru sunt ac]ionate prin cabluri. Fig. 3.4 Excavatorul. a) b) c) d) Fig Tipuri de excavatoare. a-cu cup\ dreapt\; b-cu cup\ invers\; c-cu draglin\; d-cu graif\r; 1,, 4-bra]e; 3-cup\; 5, 7, 8-cabluri; 6-draglin\; 9-cupele graif\rului. 105

100 Excavatoarele universale pot fi echipate cu oricare din echipamentele de lucru mai sus men]ionate; de asemenea, pot fi prev\zute [i cu alte echipamente: macara cu cârlig, sonet\ etc (fig. 3.6). Fig. 3.6 Echipamente de lucru pentru excavatoare universale. 1, -cupe drepte; 3, 4, 5, 6-cupe pentru `nc\rcare; 7 15-cupe `ntoarse; 16-organ activ de scarificare; cupe graifer; 31-cârlig de macara; 3-echipament de forare Ac]ionarea bra]elor [i a organului activ se poate realiza prin cabluri (cu troliuri) sau hidraulic. ~n fig. 3.7 este prezentat\ schema cinematic\ a unui excavator care utilizeaz\ troliuri pentru ac]ionarea organelor active. Sursa energetic\ o constituie motorul termic (1), care ac]ioneaz\ (prin curele, lan]uri, ro]i din]ate, ambreiaje): mecanismul de rotire (5) al platformei excavatorului (prin intermediul inversorului 3); troliurile (4) [i (7), care realizeaz\ ridicarea cupei [i `mpingerea acesteia; sistemul de rulare (6) al excavatorului (cu ro]i sau [enile). Excavatorul din fig. 3.8 este de tipul cu ac]ionare hidraulic\, fiind prev\zut cu cilindrii (3), (5) [i (7) care asigur\: `nclinarea bra]ului primar () de c\tre cilindrul hidraulic (7); rotirea bra]ului secundar (4) - de c\tre cilindrul (3); bascularea cupei (6) - de c\tre cilindrul (5). Excavatorul din fig. 3.9 este de asemenea ac]ionat hidraulic, cupa (3) fiind `ns\ montat\ pe un bra] telescopic (1). Dup\ tipul sistemului de rulare, excavatoarele pot fi pe ro]i (fig. 3.30) sau pe [enile (fig. 3.5, 3.8). Excavatoarele destinate execut\rii unor lucr\ri de `mbun\t\]iri funciare se pot deplasa pe calea ferat\ sau pot fi montate pe vase 106

101 plutitoare. Fig Schema cinematic\ a excavatorului ac]ionat cu troliuri. 1-motor termic; -transmisie prin curele; 3-inversor; 4, 7-troliuri; 5-mecanism de rotire a platformei; 6-sistem de propulsie. Fig Excavator cu ac]ionare hidraulic\ a organului de lucru. 1-platform\;, 4-bra]e; 3, 5, 7-cilindri hidraulici; 6-cup\. ~n fig este prezentat un excavator cu ac]iune continu\, pe [enile, pentru s\pare longitudinal\; se remarc\ utilizarea unei benzi transportoare (6) pentru preluarea [i desc\rcarea materialului s\pat de c\tre rotorul cu cupe (11). 107

102 Fig. 3.9 Excavator cu bra] telescopic. 1-bra] telescopic; -bra] pivotant; 3-cup\; 4-[enile; 5-platform\; 6-contragreutate. Fig Excavator montat pe un tractor pe ro]i. 1, -echipament de buldozer; 3-rezervor; 4-motor; 5-cabin\; 6, 8, 10-cilindri hidraulici; 7-tij\ ac]ionare cup\ (mânerul cupei); 9-cup\; 11-bra]; 1-mecanism de rotire; 13-dispozitive de calare; 14-cadru; 15-filtru Excavatoare mecanice cu func]ionare discontinu\ Construc]ie Aceste excavatoare sunt prev\zute cu o singur\ cup\ [i pot executa lucr\ri de s\pare deasupra [i dedesubtul planului de sprijin al utilajului. Durata s\p\rii propriu-zise reprezint\ pân\ la 15 30% din durata ciclului de lucru. Dup\ cum s-a men]ionat anterior, aceste excavatoare pot fi echipate cu cupe drepte sau `ntoarse; de regul\, excavatoarele având cup\ dreapt\ realizeaz\ s\parea deasupra planului de sprijin al utilajului, `n timp ce excavatoarele cu cup\ `ntoars\ realizeaz\ s\parea sub planul de sprijin. ~n principiu, aceste excavatoare sunt formate din urm\toarele subansambluri (fig. 3.3): platforma inferioar\ (7), prev\zut\ cu echipamentul de rulare; 108

103 platforma superioar\ (6), care se sprijin\ pe platforma inferioar\ prin intermediul unui mecanism de rotire [i pe care se g\sesc echipamentul de lucru, mecanismele de ac]ionare [i cabina de comand\; Fig Excavator cu ac]iune continu\. 1-tractor; -cilindru hidarulic; 3,7, 10-cadre; 4, 8-supor]i; 5-transmisii prin lan]; 6-transportor cu band\; 9-roat\ de sprijin; 11-rotor cu cupe; 1-mecanism de ac]ionare a rotorului. Fig. 3.3 Elementele componente ale unui excavator mecanic. 1,, 8-mecanism de ac]ionare; 3-mâner; 4-cup\; 5-bra]; 6-platform\ superioar\; 7-platform\ inferioar\. echipamentul de lucru, format din bra]ul (5), mânerul (3) [i cupa (4). 109

104 Mecanismul ce asigur\ sprijinirea platformei superioare pe cea inferioar\ [i rotirea are o construc]ie asem\n\toare celui utilizat la automacarale (vezi 4..3). Bra]ul echipamentului de lucru este o construc]ie sudat\; la partea inferioar\ este prev\zut cu articula]iile (1) pentru prinderea de platform\ (fig. 3.33), la partea superioar\ sunt montate ro]ile de cablu (4), iar `n zona median\ se g\se[te mecanismul () de ghidare al mânerului cupei. Fig Bra]ul echipamentului de lucru. 1-lag\re inferioare; -sistem de ghidare al mânerului; 3-siguran]\ pentru cablu; 4-ro]i de cablu; 5-talp\ de sprijin pe platform\. Mânerul cupei are o construc]ie asem\n\toare cu aceea a bra]ulului, fiind prev\zut cu o cremalier\ pentru deplasarea `nainte-`napoi a cupei. Cupa este fixat\ rigid de mâner [i poate fi cu desc\rcare brusc\ sau cu desc\rcare `n trepte. ~n cazul cupei cu desc\rcare brusc\ (fig. 3.34), deschiderea capacului (7) se realizeaz\ prin ac]ionarea z\vorului (3) de c\tre lan]ul (6); capacul se deschide sub ac]iunea greut\]ii materialului din cup\. Materialul din cup\ este eliberat imediat, iar caroseria [i suspensia mijlocului de transport sunt supuse unor [ocuri importante. Fig Cup\ cu desc\rcare brusc\. 1-l\ca[ pentru z\vor;, 4-ghidaje; 3-z\vor; 5- pârghie; 6-lan]; 7-capac rabatabil. Fig Cup\ cu desc\rcare `n trepte. 1, 5-articula]ii; -capac; 3-suportul cablului; 4- perete rabatabil; 6-cablu. La cupa cu desc\rcare `n trepte (fig. 3.35), `n prima faz\ are loc rabatarea capacului (), prin rotire `n jurul articula]iei (1), cu ajutorul cablului (6); pe m\sur\ ce capacul () se rote[te c\tre pozi]ia limit\ superioar\, peretele rabatabil (4) se deschide, rotindu-se `n jurul articula]iei (5). Astfel desc\rcarea cupei se realizeaz\ treptat, evitându-se producerea de [ocuri. 110

105 Cupele sunt prev\zute cu din]i deta[abili, care asigur\ intrarea cupei `n masa de material; `n func]ie de solul `n care se face s\parea [i de solu]ia constructiv\ adoptat\, din]ii pot avea diferite forme [i unghiuri la vârf (fig. 3.36). Fig Diferite forme de din]i pentru cupe de excavator. Pentru ac]ionarea echipamentului de lucru se utilizeaz\ mecanisme cu cabluri. Acestea pot fi: dependente (fig a, b); independente (fig c, d, e); combinate (fig f, g, h). Fig Mecanisme de ac]ionare prin cablu a echipamentului de lucru. a, b-dependente; c, d, e-dependente; f, g, h-combinate; 1-cablu de ridicare; -cablu de retragere a mânerului; 3-cablu de `mpingere a mânerului; 4-transmisie prin lan]. La mecanismele dependente, viteza de ridicare a cupei depinde de viteza de `mpingere a acesteia, iar for]a de `mpingere este dependent\ de for]a de 111

106 ridicare. La mecansimele independente, cele dou\ mi[c\ri (de ridicare a cupei [i de `mpingere a acesteia) sunt complet independente Elemente de calcul Calculul mecanismelor de ridicare [i `mpingere se realizeaz\ pentru pozi]ia cupei `n care din]ii acesteia sunt la nivelul articula]iei de sprijin a mânerului pe bra] (pozi]ia II, fig. 3.38). Fig Schema de calcul a mecanismelor de ridicare [i `mpingere. Rezisten]a la s\pare se determin\ cu rela]ia: R s = k l b a max [ kn], unde: k l rezisten]a specific\ la s\pat, cu valori cuprinse `ntre 16 [i 360 kn/m, `n func]ie de natura solului [i tipul cupei; b l\]imea cupei [m]; a max adâncimea maxim\ de s\pare [m]. Din ecua]ia de echilibru de momente fa]\ de punctul (O), pentru for]ele ce ac]ioneaz\ asupra ansamblului cup\-mâner, rezult\ for]a din cablul de ridicare a cupei: R s d s + G cp d cp + G m d m Fr =, d r `n care: G cp greutatea cupei [i a p\mântului din cup\; G m greutatea mânerului; d s, d cp, d m, d r bra]ele for]elor respective. Din ecua]ia de echilibru a for]elor ce ac]ioneaz\ pe direc]ia axului mânerului rezult\ for]a de `mpingere a acestuia: F = R cosα + F cosβ R sin α i n r s, 11

107 rela]ie `n care R n 0,1 R s. Cuplul necesar rotirii platformei superioare se determin\ pentru perioada de demaraj, precum [i pentru perioada rotirii cu vitez\ constant\: M rd = M s + M d la demaraj; M rd = M s la rotirea cu vitez\ unghiular\ constant\. Cuplul static ( M s ) necesar rotirii platformei este dat de rela]ia: M s = M 0 + M a, unde: Q r f M 0 - momentul datorat frec\rilor din lag\r: M 0 = 0,0 [ dan m] ; d Q sarcina vertical\ [N]; r raza medie a mecanismului de rotire [cm]; f rezisten]a la rulare a rolelor pe inel (f = 0,05 0,1); d diametrul rolelor [cm]; M a momentul rezistent produs de rezisten]a aerului. Momentul dinamic (M d ) ce apare la demaraj se determin\ cu rela]ia clasic\: M d = I ε, `n care I este momentul de iner]ie al sistemului, iar ε este accelera]ia unghiular\ Excavatoare hidraulice cu func]ionare discontinu\ Construc]ie Ac]ionarea hidraulic\ prezint\ avantajul simplific\rii comenzilor [i a cre[terii gradului de universalitate [i se utilizeaz\ la excavatoare cu o capacitate a cupei de pân\ la 5 m 3. Excavatoarele hidraulice sunt formate, `n principiu, din acelea[i elemente ca [i excavatoarele cu ac]ionare mecanic\: platforma inferioar\, prev\zut\ cu echipamentul de rulare; platforma superioar\, care se sprijin\ pe platforma inferioar\ prin intermediul unui mecanism de rotire [i pe care se g\sesc echipamentul de lucru, mecanismele de ac]ionare [i cabina de comand\; echipamentul de lucru. Echipamentul de lucru este format (fig. 3.39) din: bra]ul oscilant (1), articulat pe platforma superioar\ a excavatorului, bra]ul principal (), mânerul (3) [i cupa (4); ac]ionarea acestor elemente `n scopul execut\rii procesului de lucru se realizeaz\ prin intermediul unor cilindri hidraulici, de regul\ cu dublu efect. Mânerul (3) [i cupa (4) pot fi `nlocuite, `n vederea execut\rii diferitelor lucr\ri. ~n func]ie de capacitatea cupei, instala]ia hidraulic\ de ac]ionare poate fi de medie presiune (pân\ la 150 bar) sau de presiune `nalt\ ( bar). Instala]iile de presiune medie utilizeaz\ distribuitoare hidraulice comandate manual, `n timp ce la instala]iile de `nalt\ presiune distribuitoarele hidraulice sunt ac]ionate prin servocomand\. 113

108 ~n fig este prezentat\ schema de principiu a unei instala]ii hidraulice de medie presiune, cu distribuitoare comandate manual. Fig Echipamente de lucru pentru excavatoare hidraulice. 1-bra] oscilant; -bra] principal; 3-mâner; 4-cup\; a-cup\ dreapt\ pentru s\pare [i `nc\rcare; b-cup\ pentru drenaj; c-cup\ pentru cur\]irea [an]urilor; d-cup\ pentru s\pare la adâncime; e- cup\ pentru s\pare la adâncime [i drenaj; f-scarificator; g-cup\ pentru profilat [an]uri. Fig Instala]ie hidraulic\ de medie presiune. D 1 D 6 distribuitoare; K-supape de sens unic; P 1, P pompe; S -supape pilotate. 114

109 Se observ\ c\ to]i cilindrii hidraulici sunt comanda]i prin intermediul unor supape pilotate, din motive de siguran]\; `n cazul spargerii unui furtun, supapa pilotat\ `mpiedic\ ie[irea lichidului din cilindrul hidraulic. Transmisia excavatorului este de tipul hidro-mecanic: motorul termic ac]ioneaz\ pompele (P 1 ) [i (P ), cu debit reglabil, iar transmisia mecanic\ prime[te mi[carea de la un hidromotor; modificarea debitului de ulei refulat de c\tre pompe permite modificarea vitezei de deplasare. ~n fig este prezentat\ schema unei instala]ii hidraulice cu servocomand\. Fig Instala]ie hidraulic\ cu servocomand\. 1-rezervor;, 10-filtre; 3,4 pompe cu debit variabil; 5-pomp\ pentru servocomenzi; 6, 33, 34- ansamblu servodirec]ie hidraulic\; 7-hidromotor ventilator motor termic; 8-reductor de presiune; 9- acumulator hidropneumatic; 11, 14, 17, 0, 3, 6, 30-distribuitoare servocomand\ (ac]ionate manual); 1, 15, 18, 1, 4, 7, 8, 31-distribuitoare hidraulice principale; 13, 16, 19, 5, 3, 34- cilindri hidraulici; 9-hidromotor transmisie. Distribuitoarele pentru servocomenzi (11, 14, 17, 0, 3, 6, 30) sunt 115

110 ac]ionate manual de c\tre operator [i sunt alimentate cu ulei de c\tre pompa (5). Aceste distribuitoare asigur\ pilotarea distribuitoarelor principale (1, 15, 18, 1, 4, 7, 8, 31), care comand\ cilindrii hidraulici corespunz\tori. Sistemul hidraulic al distribuitoarelor de servocomand\ func]ioneaz\ la presiuni de 0 40 bar, `n timp ce sistemul hidraulic pentru ac]ionarea organelor de lucru [i deplasare func]ioneaz\ la bar. Unele excavatoare sunt prev\zute cu un bra] telescopic (fig. 3.4), format din tronsoanele (4) [i (5); bra]ul se poate roti `n plan vertical (cu ajutorul cilindrului hidraulic 9) precum [i `n plan orizontal, odat\ cu platforma superioar\ (). Fig Excavator hidraulic cu bra] telescopic. 1-platform\ inferioar\; -platform\ superioar\; 3-contragreutate; 4-tronson de baz\; 5-tronson de vârf; 6-cup\; 7-cilindrul hidraulic de ac]ionare a cupei; 8-cilindru hidraulic pentru ac]ionarea bra]ului telescopic; 9-cilindru hidraulic pentru ridicarea bra]ului telescopic. Cilindrul hidraulic (8) asigur\ deplasarea axial\ a tronsonului (5) fa]\ de tronsonul (4); astfel se realizeaz\ modificarea lungimii bra]ului telescopic al excavatorului. La cap\tul bra]ului telescopic se pot monta diferite organe de lucru (pe lâng\ cel de tip cup\), pentru executarea diferitelor lucr\ri de `mbun\t\]iri funciare Elemente de calcul Pentru calculul for]elor dezvoltate de c\tre cilindrii hidraulici ai 116

111 echipamentului de lucru se are `n vedere faza de sfâr[it a procesului de s\pare (pozi]ia II, fig. 3.43), când grosimea brazdei s\pate este maxim\. Fig Scheme pentru calculul for]elor dezvoltate de cilindrii hidraulici. a-pentru ac]ionarea mânerului; b-pentru ac]ionarea cupei. Din ecua]ia de echilibru a momentelor care ac]ioneaz\ asupra mânerului, scris\ fa]\ de punctul de articula]ie (O ), rezult\ for]a dezvoltat\ de c\tre cilindrul hidraulic (fig. 3.43a): R v d r + G cp d cp + G m d m Fm =, d f `n care F m este for]a dezvoltat\ de c\tre cilindrul hidraulic, R v este for]a de rezisten]\ la s\pare, G m este greutatea mânerului, G cp este greutatea cupei cu p\mânt, iar d f, d cp, d m, d r sunt bra]ele for]elor respective. ~n mod similar, for]a (F b ) din cilindrul (cilindrii) de ridicare a bra]ului se determin\ din ecua]ia de echilibru de momente fa]\ de punctul (O 1 ): R v d' r + G cp d' cp + G m d' m + G b d 'b Fm =, d' f unde G b este greutatea bra]ului. For]a din cilindrul de ac]ionare a cupei (fig. 3.43b) se calculeaz\ de asemenea din ecua]ia de echilibru de momente Tehnologii de lucru cu excavatoare cu func]ionare discontinu\ Principalele scheme de lucru pentru excavatoare cu cup\ cu ac]iune discontinu\ sunt: excavarea longitudinal\ - excavatorul se deplaseaz\ pe axul canalului, spre `napoi, iar materialul este `nc\rcat `n mijlocul de transport sau depus pe una sau pe ambele p\r]i; excavarea transversal\ - excavatorul este plasat pe una din p\r]ile canalului [i `ncarc\ materialul excavat `n mijlocul de transport sau pe partea respectiv\ a canalului; 117

112 metoda mixt\ - ini]ial canalul este excavat dup\ metoda longitudunal\, iar l\rgirea acestuia pân\ la dimensiunile finale se realizeaz\ dup\ metoda transversal\ Capacitatea de lucru a excavatoarelor cu cup\ cu func]ionare discontinu\ Capacitatea de lucru a excavatoarelor cu cup\ se determin\ cu rela]ia: 3 q k u k a k f m Q =, Tc h `n care: k u = 0,8 1,8 coeficientul de umplere a cupei; k a = 1,1 1,3 coeficient de afânare; k f = 0,85 0,88 coeficient de utilizare a timpului de lucru; T c = t s + t r + t d + t rf durata ciclului de lucru [h]; t s durata s\p\rii; t r timpul necesar ridic\rii cupei; t d timpul necesar desc\rc\rii cupei; t rf timpul necesar revenirii `n pozi]ia ini]ial\ TRACTORUL ~NC RC TOR HIDRAULIC TIH-445 Tractorul `nc\rc\tor hidraulic (fig. 3.44) este destinat execut\rii urm\toarelor lucr\ri: s\parea de [an]uri, funda]ii, gropi, excav\ri, transport [i manipulare; montarea stâlpilor de telecomunica]ii [i pentru sisteme de transport a energiei electrice; manipularea materialului lemnos [i a altor materiale. Tractorul este ac]ionat de un motor Diesel cu injec]ie direct\, cu trei cilindri `n linie (45 CP la 400 rot/min) [i este echipat cu o transmisie mecanic\ cu reductor [i cutie de viteze ce are trei trepte de mers `nainte [i una de mers `napoi. Principalele caracteristici ale tractorului `nc\rc\tor sunt: `n\l]imea maxim\ de ridicare a bra]ului secundar: 6 m; adâncimea maxim\ de s\pare: 3 m; câmpul de rotire a bra]ului: 5 0, pe o raz\ de aproximativ 6 m; sarcina maxim\ ridicat\: dan (`n func]ie de pozi]ia bra]elor); viteza medie de rotire a platformei: 30 0 /s; viteza medie de ridicare: 0,8 m/s; viteza medie de coborâre: 1 m/s. Mecanismul de ridicare (fig. 3.45) este format din dou\ bra]e () [i (3), montate pe platforma rotitoare (1) [i ac]ionate de cilindrii hidraulici (5) [i (6). ~n timpul manevr\rii sarcinii, tractorul se sprijin\ pe sol prin intermediul picioarelor 118

113 (7). Fig Tractorul `nc\rc\tor hidraulic. Fig Mecanismul de ridicare al tractorului `nc\rc\tor. 1-platform\ rotitoare; -bra] principal; 3-bra] secundar; 4-suport organ activ; 5, 6-cilindri hidraulici; 7-picior de sprijin. Majoritatea organelor active se fixeaz\ pe un cadru (fig. 3.46), montat la rândul s\u pe suportul (4 fig. 3.45). Cadrul este prev\zut cu doi supor]i () pe care se fixeaz\ organele active; cei doi supor]i pot fi ac]iona]i cu ajutorul cilindrilor hidraulici (3). ~n fig sunt prezentate principalele organe active ce pot echipa tractorul `nc\rc\tor. 119

114 Fig Cadrul pentru organe active. 1-dispozitiv de prindere pe bra]ul secundar; -suport organ activ; 3-cilindru hidraulic. a) b) c) d) e) f) Fig Organe active. a-cupe cu bare; b-cupe cu gheare; c-cupe pentru materiale `n vrac; d-cupe pentru r\d\cinoase; e- graifer pentru s\pat [an]uri [i funda]ii; f-cle[te pentru stâlpi [i lingouri. 10

115 Instala]ia hidraulic\ a tractorului `nc\rc\tor permite realizarea urm\toarelor comenzi: rotirea dispozitivului de ridicare; ac]ionarea bra]ului principal [i a celui secundar; rotirea organului activ [i deschiderea - `nchiderea acestuia; ac]ionarea picioarelor de sprijin. Amplasarea pe tractor a elementelor componente ale instala]iei hidraulice este prezentat\ `n fig Fig Amplasarea elementelor componente ale instala]iei hidraulice. R-rezervor; F-filtru; R 1 -robinet cu trei c\i; P 1, P -pompe; S 1, S -supape de siguran]\; S r1 - supap\ de re]inere; S rd1, S rd -supape de re]inere cu drosel; A r1, A r -articula]ii rotative; C 1 -cilindrul bra]ului principal; C -cilindrul bra]ului secundar; C ps1, C ps -cilindrii picioarelor de sprijin; D 1, D - distribuitoare; T 1 T 16 -racorduri flexibile. Se observ\ c\ instala]ia hidraulic\ este prev\zut\ cu dou\ pompe (de tipul cu ro]i din]ate): pompa P 1 (tip PH 14) este montat\ pe carterul transmisiei [i este antrenat\ de la motor prin intermediul unui ambreiaj [i a unei mufe de cuplare (care permite decuplarea pompei); pompa P (tip CX ) este montat\ pe capacul distribu]iei motorului, fiind antrenat\ de la o roat\ din]at\ a distribu]iei prin intermediul unui cuplaj frontal cu gheare. Rezervorul de ulei (R) este montat pe partea lateral\ stâng\ a tractorului, fiind utilizat [i de c\tre servodirec]ia hidraulic\. Schema instala]iei hidraulice este prezentat\ `n fig Instala]ia cuprinde dou\ circuite, deservite de dou\ distribuitoare: 11

116 Sr1 Cr Sc Sc Sr C C3 Sc Sc C4 Dr1 C5 Dr Sr C6 C1 St1 St Srs1 Srs D11 D1 D13 D1 D D3 D4 R1 P P1 F R Fig Schema hidraulic\ a tractorului `nc\rc\tor. R-rezervor de ulei; R1-robinet cu trei c\i; P1, P-pompe; C1-cilindrul hidraulic al piciorului de sprijin din stânga; C-cilindrul hidraulic pentru rotirea dispozitivului de ridicare; C3-cilindrul hidraulic al organului activ; C4-cilindrul hidraulic al bra]ului principal; C5-cilindrul hidraulic al bra]ului secundar; C6- cilindrul hidraulic al piciorului de sprijin din dreapta; Dr1, Dr-drosele; Sr1 Sr3-supape de sens unic, duble, pilotate; Srs1, Srs-supape de sens unic, simple, pilotate; Sc-supape de cuplare; St1, St-supape de trecere; Cr-hidromotor pentru rotirea sculei; D11 D13-sec]iunilede lucru ale primului distribuitor; D1 D4-sec]iunile de lucru ale celui de al doilea distribuitor. 1

117 unul din circuite (deservit de distribuitorul D 1, cu trei sec]iuni de lucru) asigur\ ac]ionarea piciorului de sprijin din stânga, rotirea dispozitivului de ridicare [i rotirea sculei de lucru (dac\ este cazul); cel de al doilea circuit (deservit de distribuitorul D, cu patru sec]iuni de lucru) realizeaz\ ac]ionarea piciorului de sprijin din dreapta, a cilindrilorhidraulici ai bra]ului principal [i secundar precum [i deschiderea - `nchiderea organului de lucru. Pentru a se asigura men]inerea tractorului pe picioarele de sprijin chiar [i `n cazul spargerii unui racord hidraulic flexibil, cilindrii hidraulici (C 1 ) [i (C 6 ) sunt ac]iona]i prin intermediul unor supape de siguran]\ duble, pilotate (S r1 ) [i (S r3 ). Rotirea dispozitivului de ridicare este realizat\ de c\tre cilindrul hidraulic (C, fig. 3.49), prin intermediul unui mecanism cu cremalier\ (fig. 3.50); roata din]at\ (3, fig. 3.50) este solidar\ cu axul platformei pe care se g\se[te mecanismul de ridicare. Acest cilindru este de asemenea alimentat prin intermediul unei supape de sens unic, duble, pilotate (S r, fig. 3.49). Fig Sistemul de rotire a mecanismului de ridicare. 1-cilindru hidraulic; -cremalier\; 3-roat\ din]at\. Pentru limitarea vitezei de coborâre sub sarcin\ a bra]ului principal [i a celui secundar, acestea sunt prev\zute cu droselele (Dr 1 ) [i respectiv (Dr, fig. 3.49). Din motive legate de protec]ia muncii (evitarea c\derii sarcinii `n cazul spargerii unuia din racordurile flexibile ce alimenteaz\ cilindrii hidraulici ai bra]elor mecanismului de ridicare), cilindrii (C 4 ) [i (C 5 ) sunt prev\zu]i cu supapele de sens unic, simple, pilotate, (Srs 1 ) [i (Srs ), montate pe racordurile inferioare ale acestor cilindri. Aceste supape `mpiedic\ ie[irea uleiului din cilindri `n cazul spargerii unuia din racordurile flexibile. Distribuitoarele hidraulice sunt prev\zute cu supape de trecere (St 1 ) [i (St ). Atât timp cât nici o sec]iune a vreunui distribuitor nu este ac]ionat\, aceste supape asigur\ dirijarea c\tre rezervor a a uleiului refulat de c\tre pompe. Filtrarea uleiului din sistem este realizat\ cu ajutorul filtrului (F), montat pe circuitul de `ntoarcere a uleiului `n rezervor. Toate elementele hidraulice alimentate de c\tre pompa (P ) montat\ pe motor pot fi scoase din func]iune de c\tre robinetul (R 1 ), uleiul refulat de c\tre pomp\ fiind trimis `n rezervor. 13

118 4. AUTOMACARALE 4.1. DESTINA}IE Automacaralele sunt autovehicule speciale, echipate cu instala]ii de ridicat. Ac]ionarea instala]iei de ridicat se poate face mecanic, electromecanic sau hidrostatic [1, 17, 18]. Fig. 4.1 Automacara. Automacaralele sunt echipate cu urm\toarele mecanisme [i dispozitive: sistemul de propulsie; mecanismul de ridicare a sarcinii; mecanismul de rotire al macaralei; mecanismul de basculare sau telescopare a bra]ului; mecanismul de sprijinire a automacaralei pe sol; dispozitivele de siguran]\. Fig. 4. Elementele componente ale automacaralei. 1-platform\ rotitoare; -troliu; 3-bra] telescopic; 4-mufl\; 5-cilindrul hidraulic al bra]ului; 6-picior de sprijin. 14

119 4.. CONSTRUC}IA AUTOMACARALELOR; ELEMENTE DE CALCUL Sistemul de propulsie Automacaralele sunt prev\zute cu dou\ sau trei pun]i, utilizându-se toate variantele de trac]iune ( 4, 4 4 sau 4 6). La automacaralele cu dou\ pun]i, ambele pun]i pot fi de direc]ie, sau doar puntea din fa]\; la solu]iile cu trei pun]i, de regul\ puntea fa]\ este punte directoare. Drept surs\ de energie se folose[te un motor termic (Diesel), ac]ionarea ro]ilor motoare putând realizat\ prin: transmisie mecanic\, cutia de viteze fiind prev\zut\ cu 4 trepte de mers `nainte [i un dispozitiv de inversare a sensului de deplasare; transmisie mecanic\ [i hidromotor; convertizor hidraulic de cuplu [i transmisie hidromecanic\. Primele dou\ tipuri de transmisii se utilizeaz\ la automacarale cu sarcina util\ de pân\ la 1,5 16 tf. La automacaralele mici [i mijlocii, având sarcina util\ de pân\ la 35 tf, motorul Diesel care asigur\ propulsia se folose[te [i pentru ac]ionarea mecanismelor macaralei propriu-zise. La modelele mai mari, macaraua are montat pe platforma rotitoare un motor propriu pentru antrenarea sistemului de ridicare a sarcinii. ~n fig. 4.3 este prezentat\ schema cinematic\ a unei automacarale cu transmisie mecanic\, la care motorul antreneaz\ [i sistemul de ridicare. Mi[carea este preluat\ de la motorul termic (1) prin intermediul ambreiajului () [i a cutiei de viteze (3), fiind transmis\ prin arborele cardanic (4) la cutia de distribu]ie (5), care permite selectarea modului de lucru al automacaralei: deplasare - `n acest caz mi[carea se transmite prin arborele cardanic (6) c\tre ro]ile motoare; ridicare coborâre a sarcinii mi[carea fiind preluat\ prin arborele cardanic (7) [i reductorul conic (8). Se observ\ c\ macaraua poate lucra doar `n regim sta]ionar, `n acest caz transmiterea mi[c\rii c\tre ro]ile motoare fiind `ntrerupt\. Ac]ionarea mecanismelor macaralei se realizeaz\ prin intermediul cutiei de inversare [i distribu]ie (10), care se g\se[te pe platforma rotiroare a macaralei. Astfel, ambreiajele (C 1 ) [i (C ) asigur\ ac]ionarea dispozitivelor de ridicare a sarcinii [i bra]ului macaralei, iar ambreiajele (C 3 ) [i (C 4 ) sunt utilizate pentru a asigura rotirea macaralei. ~n acest scop, mi[carea preluat\ de la reductorul conic (8) este transmis\ prin arborele (9) ro]ilor din]ate (10.1), ac]ionând ro]ile (10.) [i (10.3). Pentru rotirea platformei macaralei, mi[carea se transmite prin reductorul melcat (3) la pinionul (4); acesta angreneaz\ cu roata din]at\ cu dantur\ interioar\ (5), fixat\ pe [asiul automacaralei. Frâna cu band\ (6) asigur\ imobilizarea platformei `n pozi]ia dorit\. 15

120 Fig. 4.3 Schema cinematic\ a unei automacarale cu transmisie mecanic\. 1-motor termic; -ambreiaj; 3-cutie de viteze; 4, 6, 7-arbori cardanici; 5-cutie de distribu]ie; 8-reductor conic; 9, 11, 1, 14-arbori; 10-cutie de inversare [i distribu]ie; 13, 3-reductoare melcate; 15-angrenaj; 16, 17-tamburi; 18, 19-ambreiaje pneumatice cu burduf; 0, 1,, 6-frâne cu band\; 4-pinion de antrenare; 5-roat\ din]at\ fix\; C 1 C 4 -ambreiaje polidisc. 16

121 Pentru ac]ionarea mecanismului de basculare al bra]ului macaralei, mi[carea se transmite prin intermediul arborelui (11) la reductorul melcat (13) [i de aici la arborele (14). Ambreiajul pneumatic cu burduf (18) asigur\ punerea `n mi[care a tamburului (16) al troliului mecanismului de basculare a bra]ului; frânele cu band\ (0) realizeaz\ imobilizarea tamburului (16). Tamburul (17) al troliului de ridicare al sarcinii este ac]ionat prin intermediul transmisiei cu ro]i din]ate (15) [i a ambreiajului cu burduf (19); frâna cu band\ (1) asigur\ imobilizarea tamburului (17). Frânele cu band\ () sunt comandate `n sensul defrân\rii la cuplarea unuia din ambreiajele (C 1 ) sau (C ). 4...Troliuri [i mecanisme de ridicare Troliurile sunt mecanisme cu tambur [i cablu flexibil, utilizate pentru ridicarea [i tractarea sarcinilor. Ansamblul format din troliu, transmisie prin cablu, palan [i dispozitiv de suspendare a sarcinii formeaz\ mecanismul de ridicare a sarcinii Dup\ modul de ac]ionare, troliurile pot fi: manuale; mecanice. ~n func]ie de posibilitatea de inversare a sensului de antrenare a tamburului, troliurile pot fi: reversibile; nereversibile. ~n func]ie de num\rul vitezelor de `nf\[urare a cablului se disting: troliuri cu o singur\ vitez\; troliuri cu mai multe viteze; troliuri cu varia]ie continu\ a vitezei. Indiferent de tipul troliului, transmiterea mi[c\rii se realizeaz\ prin intermediul unui reductor melcat sau planetar. ~n fig. 4.4 se prezint\ schema cinematic\ a unui mecanism planetar pentru ac]ionarea troliului. Mi[carea se transmite de la moto-reductorul (1) la pinionul (5), care angreneaz\ cu sateli]ii (6); ace[tia sunt `n angrenare [i cu roata din]at\ cu dantur\ interioar\ (7). Tamburul () al troliului este solidar cu platoul port-sateli]i. Atunci când frâna (3) frâneaz\ tamburul (), frâna (4) este decuplat\, astfel `ncât mi[carea de rota]ie a motorului se transmite pinionului (7). Fig. 4.4 Mecanismul planetar pentru ac]ionarea troliului. 1-motor de antrenare [i reductor; -tambur; 3, 4-frâne; 5-pinion central; 6-satelit; 7-pinion cu dantur\ interioar\. 17

122 Pentru ridicarea sau coborârea sarcinii se sl\be[te frâna (3), `n timp ce prin frâna (4) se frâneaz\ pinionul (7). Raportul de transmitere a mi[c\rii de la motor la tambur este dat de rela]ia: z 7 i = 1+, z 5 unde z 7 [i z 5 reprezint\ num\rul din]ilor ro]ilor respective. Puterea necesar\ antren\rii tamburului troliului se determin\ cu rela]ia: ( Q+ q) v P = [ kw], η unde: - Q sarcina de ridicat [N]; - q greutatea total\ a cablului, palanului [i dispozitivului de prindere a sarcinii [N]; - v viteza de ridicare a sarcinii [m/min]; - η - randamentul troliului. Pentru oprirea deplas\rii sarcinii, troliul este prev\zut cu frâne. ~n func]ie de rolul func]ional, frânele pot fi: de oprire; de coborâre, utilizate pentru coborârea sarcinii cu vitez\ constant\. ~n func]ie de modul de comand\, frânele utilizate la macarale sunt: comandate, care sunt ac]ionate de c\tre operator prin manete sau pedale; semiautomate, care sunt declan[ate de c\tre operator odat\ cu `ntreruperea ac]ion\rii mecanismului de ridicare, dup\ care operatorul nu mai poate interveni asupra duratei sau intensit\]ii frân\rii; automate, care intr\ `n func]iune automat, `n func]ie de m\rimea sarcinii sau de viteza de coborâre a acesteia. Dup\ pozi]ia organelor de frânare `n stare neac]ionat\, frânele pot fi: normal `nchise, la care elementul mobil este frânat; normal deschise, la care elementul mobil nu este frânat. Majoritatea mecansimelor automacaralelor folosesc frâne de oprire, semiautomate, normal `nchise. ~n func]ie de principiul de func]ionare, frânele pot fi: cu sabo]i (exteriori sau interiori); cu band\; cu discuri. Ac]ionarea frânelor se poate face mecanic, pneumatic, electric sau hidraulic. ~n fig. 4.5 se prezint\ schema de principiu a unei frâne cu sabo]i exteriori, comandat\ hidraulic sau pneumatic. Atât timp cât frâna nu este ac]ionat\, arcul (7) men]ine sabo]ii () [i ( ) ap\sa]i pe tamburul (1); la alimentarea cilindrului (6) cu aer comprimat (sau cu ulei sub presiune), pistonul cilindrului se ridic\, iar prin intermediul triunghiului de comand\ (4), a tijei reglabile (5) [i a pârghiilor (3) [i (3 ) sabo]ii sunt 18

123 `ndep\rta]i de tambur. Fig. 4.5 Frân\ de oprire cu sabo]i. 1-tambur de frân\;, -sabo]i; 3, 3 -pârghii de ac]ionare; 4-triunghi de comand\; 5-tij\ reglabil\; 6-cilindru; 7-arc. Palanele cu cablu sunt destinate amplific\rii for]ei de ac]ionare; uneori, acestea sunt utilizate pentru m\rirea cursei sau a vitezei dispozitivului de prindere a sarcinii. ~n general, palanele sunt formate din dou\ grupuri de role [i un cablu care le `nf\[oar\ alternativ. Unul din grupurile de role este fix, `n timp ce al doilea grup, de care este ata[at\ sarcina, este mobil. ~n func]ie de num\rul ramurilor de cablu ac]ionate de c\tre troliu, palanele pot fi: simple, la care doar una din ramuri este ac]ionat\, fiind fixat\ de tamburul troliului (fig. 4.6a); duble, la care ambele ramuri ale cablului sunt fixate pe tamburul troliului (fig. 4.6b). Suspendarea sarcinii se realizeaz\ cu ajutorul cârligelor [i oche]ilor. Cârligele pot fi simple sau duble, forjate sau lamelare. Cârligele lamelare, ob]inute prin suprapunerea mai multor tole, au avantajul unei rezisten]e mecanice a) b) Fig. 4.6 Tipuri de palane. a-palan simplu; b-palan dublu; 1-role fixe; -role mobile; 3-tamburul troliului; 4-dispozitiv de prindere a sarcinii. mai ridicate decât cârligele ob]inute prin forjare. Prinderea cârligului de grupul de role mobile se realizeaz\ prin intermediul unui ansamblu denumit mufl\ (fig.4.7), care se poate roti `n jurul unei axe verticale, precum [i rotirea cu un anumit unghi fa]\ de o ax\ orizontal\, u[urând astfel opera]ia de prindere a sarcinii. 19

124 Fig. 4.7 Mufl\. 1-rulment axial; -rol\; 3-cârlig; 4-ap\r\toare. Diametrul cablului se determin\ cu rela]ia: d k S [ mm], unde S este efortul `n ramura cea mai `nc\rcat\ a cablului, `n dan, iar k este un coeficient ce ]ine cont de construc]ia cablului, tipul macaralei etc Mecanismul de rotire al macaralei Mecanismul de rotire al macaralei asigur\ rotirea acesteia `n jurul unui ax vertical. Se asigur\ astfel: orientarea bra]ului spre punctul de preluare sau de depunere a sarcinii; deplasarea bra]ului `n plan orizontal, dup\ o traiectorie circular\. Sistemul de rotire este format din: mecanismul de ac]ionare; un ansamblu de organe prin care partea rotitoare se sprijin\ pe partea nerotitoare (sistem de sprijin [i rotire). La automacarale, cel mai utilizat sistem de sprijin [i rotire este cel cu platform\ rulant\, la care partea rotitoare se sprijin\ pe partea nerotitoare prin intermediul unor corpuri de rulare, dispuse pe circumferin]\; centrarea celor dou\ elemente este asigurat\ de un pivot central (fig.4.8). Corpurile de rulare pot fi ro]i, role conice sau role cilindrice. Sistemele cu ro]i sunt mai simple, necesitând o singur\ cale de rulare; sistemele cu role asigur\ solicit\ri de contact mai mici [i conduc la uzuri mai reduse ale c\ilor [i corpurilor de rulare. Mecanismele de ac]ionare sunt formate din: grup de ac]ionare (motor, reductor de tura]ie, frân\); transmisie final\ (pinion [i coroan\ din]at\ cu dantur\ interioar\ sau exterioar\). 130

125 Fig. 4.8 Sistemul de sprijin [i rotire. a-cu pivot `nc\rcat [i ro]i; b-cu pivot `nc\rcat [i role cilindrice; c-cu pivot `nc\rcat [i role conice; d- cu pivot desc\rcat, ro]i conice [i contrarole; e-cu pivot desc\rcat, role cilindrice [i contrarole; f-cu pivot desc\rcat, role conice [i contrarole; 1-platform\ rotitoare; -pivot; 3-platform\ nerotitoare; 4- corpuri de rulare; 5-cale de rulare; 6-contrarole; 7-colivie. Grupul de ac]ionare se a[eaz\ pe platforma rotitoare a macaralei, decalat cu 90 0 fa]\ de axa bra]ului. Pentru ac]ionare se folosesc motoare termice, electrice sau hidraulice. Deoarece rotirea macaralei trebuie s\ se realizeze cu tura]ie mic\ (0,5,5 rot/min), rezult\ rapoarte de transmisie mari, ce pot fi ob]inute cu ajutorul reductoarelor melcate sau planetare, cu dou\ sau trei trepte. ~n timpul func]ion\rii, asupra platformei rulante ac]ioneaz\ (fig. 4.9): for]a axial\ A = Q C + G R ; for]a radial\ H = Q h + H r + T cosγ ± N sinγ; momentul M y = Q C R + Q h H - G R x + H r x H. Cuplul necesar rotirii macaralei este dat de rela]ia: M y = M r + M P + M V, unde M r este momentul rezistent dat de frec\rile din sistemul de rotire, M P este momentul rezistent ap\rut din cauza abaterii de la vertical\ a p\r]ii rotitoare a macaralei, iar M V este momentul rezistent datorat ac]iunii vântului. Abaterea de la vertical\ a p\r]ii rotitoare a macaralei apare din cauza pantei terenului, jocurilor din organele de reazem [i deforma]iei elastice a structurii macaralei. Folosind schema de calcul din fig. 4.10, momentul rezistent datorat abaterii de la vertical\ se determin\ cu rela]ia: M P = (G r + Q C ) e sinα sinφ, unde φ este unghiul de rotire al p\r]ii rotitoare a macaralei. Momentul rezistent datorat ac]iunii vântului este dat de rela]ia: M V = F V e sinφ. 131

126 Fig. 4.9 Solicit\ri asupra platformei rulante. G R -greutatea proprie a platformei; Q C greutatea sarcinii; Q h -rezultanta for]elor centrifuge [i a vântului asupra sarcinii; H r -rezultanta for]elor centrifuge [i a vântului asupra p\r]ii rotitoare; N, T-for]ele din transmisia final\. Fig Momentul rezistent datorat abaterii de la vertical\ Mecanismul de basculare a bra]ului ~nclinarea bra]ului macaralei poate fi mi[care de lucru (pentru schimbarea pozi]iei sarcinei pe orizontal\) sau poate folosi doar pentru a corela raza de ac]iune cu m\rimea sarcinii, pentru a se evita r\sturnarea macaralei. ~nclinarea bra]ului se poate ob]ine cu ajutorul unui palan cu cablu (fig. 4.11a) sau cu ajutorul unui cilindru hidraulic (fig. 4.11b). a) b) Fig Sisteme de `nclinare a bra]ului. a-cu palan cu cablu; b-cu cilindru hidraulic 1-platform\ rotitoare; -troliul pentru ridicarea sarcinii; 3-bra]; 4-troliul pentru `nclinarea bra]ului; 5-palan cu cablu; 6-tirant; 7-cilindru hidraulic. Atunci când `nclinarea bra]ului este realizat\ hidraulic, din cauza lungimii 13

127 limitate a cilindrului (cilindrilor), cap\tul superior al bra]ului se va g\si `n consol\, ceea ce limiteaz\ lungimea total\ a acestuia [i m\rimea sarcinii maxime ce poate fi ridicat\. ~n func]ie de m\rimea sarcinii [i de construc]ia bra]ului, pentru `nclinarea acestuia se pot folosi unul sau doi cilindri hidraulic. Atunci când se utilizeaz\ doi cilindri hidraulici de ac]ionare, se impune adoptarea unei solu]ii constructive care s\ asigure `nc\rc\ri egale ale cilindrilor. Pentru calculul mecanismului de `nclinare cu cablu se utilizeaz\ schema din fig Scriind ecua]ia de echilibru de momente fa]\ de punctul de articula]ie al bra]ului rezult\: G b l b + F vb h b + (Q+G m ) l q + F vq h q - S t d t - T d c = 0. Dar l b = L b cosα, l q = L cosα, h b = L b sinα, h q = L sinα. Rezult\ tensiunea din tirantul de `nclinare: L ( G cosα + F sin α) + L[ ( Q + G ) cosα + F sin α] T d b b vb m vq c S =. t d t Tensiunea (T) din cablul de ridicare a sarcinii se determin\ cu rela]ia: T = ( ) Q+ Gm + F i η η p p r unde η p este randamentul palanului (care depinde de tipul de palan utilizat), iar η r este randamentul rolei de la cap\tul bra]ului (η r = 0,94 0,98). vq, Fig. 4.1 Schema de `nc\rcare a bra]ului sistemul de `nclinare cu cablu. F vb -for]a vântului asupra bra]ului; F vq -for]a vântului asupra sarcinii; G b -greutatea bra]ului; G m - greutatea dispozitivului de suspendare; Q-sarcina; S t -tensiunea din tirantul de `nclinare a bra]ului; T- tensiunea din cablul de ridicare a sarcinii. 133

128 Raportul de transmitere al palanului sarcinii (i p ) este exprimat prin raportul: n p i =, p n a unde n p este num\rul de ramuri de cablu portante, iar n a este num\rul de ramuri ac]ionate (pentru palan simplu n a = 1, iar pentru palanul dublu n a = ). Puterea necesar\ bascul\rii bra]ului se calculeaz\ cu rela]ia: S v t b P = [ kw], η unde v b este viteza de deplasare a grupului mobil de role ale palanului de `nclinare, `n m/min, iar η este randamentul total al sistemului de basculare. Pentru sistemele de `nclinare cu cilindru hidraulic se folose[te schema de `nc\rcare din fig Din ecua]ia de echilibru de momente fa]\ de articula]ia bra]ului rezult\ for]a (F c ) pe care cilindrul hidraulic o exercit\ asupra bra]ului: Lb ( Gb cosα Fvb sinα) + [( Q+ Gm) cosα Fv sinα] L T d Fc =. L cos α + β c ( ) Determinarea for]ei datorate ac]iunii vântului se face `n func]ie de viteza vântului la nivelul centrului de presiune, cunoscându-se viteza la `n\l]imea de referin]\ (de obicei 6 m); `n acest scop se folose[te rela]ia: p H v = vr, Hr unde: v viteza vântului la `n\l]imea H a centrului de presiune; v r viteza m\surat\ la `n\l]imea de referin]\ H r ; p coeficient ce ]ine cont de v r (pentru v r pân\ la 3 km/h, p=0,17, iar pentru v r pân\ la 80 km/h, p=0,5). La unele automacarale, deplasarea sarcinii pe orizontal\ este realizat\ prin utilizarea unui bra] telescopic, ceea ce permite m\rirea razei de ac]iune a macaralei. Telescoparea tronsoanelor bra]ului poate fi realizat\ prin: transmisie mecanic\, cu cablu; cilindri hidraulici (fig. 4.14); sisteme mixte (cablu + cilindri hidraulici) Mecanismul de sprijinire a automacaralei pe sol (de calare) ~nainte de `nceperea lucrului cu automacaraua, aceasta trebuie sprijinit\ pe sol prin intermediul unor supor]i; se evit\ astfel `nc\rcarea pneurilor autovehicolului peste sarcina nominal\. Mecanismul este format din patru supor]i, monta]i `n cele patru col]uri ale 134

129 cadrului autovehiculului; ac]ionarea acestor supor]i este realizat\ cu ajutorul unor cilindri hidraulici (fig. 4.15), prev\zu]i cu supape de re]inere, care asigur\ blocarea supor]ilor `n pozi]ia coborât chiar [i dup\ `ntreruperea aliment\rii cilindrilor cu ulei sub presiune. Fig Schema de `nc\rcare a bra]ului la sistemul de `nclinare cu cilindru hidraulic. F vb -for]a vântului asupra bra]ului; F vq -for]a vântului asupra sarcinii; F c for]a cilindrului hidraulic; G b -greutatea bra]ului; G m -greutatea dispozitivului de suspendare; Q-sarcina; T-tensiunea din cablul de ridicare a sarcinii. Fig Automacara cu bra] telescopic. 1,, 3-tronsoane telescopice; 4-cablu ridicare; 5-cilindru hidraulic ridicare bra]; 6-articula]ie; 7-cârlig; 8-ro]i de cablu Dispozitive de siguran]\ Au rolul de a opri func]ionarea unor subansambluri ale automacaralei `n cazul dep\[irii anumitor valori maxime ale sarcinii sau cuplului sau `n cazul 135

130 apari]iei unor defec]iuni ce pot conduce la accidente. Fig Mecanismul de calare. 1-cadru; -picior; 3-talp\ de sprijin; 4-cilindru hidraulic. ~n fig sunt prezentate dou\ tipuri de limitatoare de sarcin\ utilizate la automacarale. La dep\[irea sarcinii maxime admise, arcul () este comprimat, `ntrerup\torul (3) este ac]ionat, iar acesta pune `n func]iune un avertizor sonor [i/sau opre[te alimentarea motorului electric al troliului de ridicare. Fig Limitatoare de sarcin\. a-cu pârghie; b-montat pe cablu 1, 4-role; -arc; 3-`ntrerup\tor Limitatorul de sarcin\ cu pârghie intr\ `n func]iune `n momentul `n care este `ndeplinit\ condi]ia: R b a k x, unde k este constanta elastic\ a arcului (), iar x este cursa `ntrerup\torului (3). Limitatorul de sarcin\ montat pe cablu intr\ `n func]iune atunci când este `ndeplinit\ condi]ia: k T x cos α, unde T este tensiunea din cablu, iar α este unghiul format `ntre cele dou\ ramuri ale cablului la trecerea peste rola (4). 136

131 5. AUTOVEHICULE PENTRU INTERVEN}II LA RE}ELELE ELECTRICE 5.1. AUTOSPECIALE CU PLATFORM Aceste autovehicule se utilizeaz\ pentru interven]ii la re]eaua de contact a liniilor de troleibuz [i tramvai. Schema de principiu a unui astfel de autovehciul este prezentat\ `n fig Fig. 5.1 Autospecial\ cu platform\. 1-cadru; -cabin\ de lucru; 3-cilindru hidraulic; 4-platform\ `ntermediar\; 5-platform\ superioar\; 6-picior de calare; 7-glisiere; 8-izolatori din cauciuc; 9-sistem de deplasare lateral\ a platformei superioare; 10-mecanism telescopic cu bare articulate. Autovehiculul este prev\zut cu o platform\ de lucru (5), pe care se urc\ muncitorii, izolat\ fa]\ de restul autovehiculului [i fa]\ de sol prin intermediul izolatorilor (8) [i a unui covor de cauciuc ce se g\se[te pe platform\. Ridicarea platformei pân\ la nivelul re]elei de contact se realizeaz\ prin intermediul unui mecanism telescopic cu bare articulate (10), ac]ionat de c\tre cilindrul hidraulic (3). Platforma superioar\ (5) se poate deplasa lateral fa]\ de axa longitudinal\ a autovehiculului prin intermediul unui mecanism cu cremalier\ (9). Pe timpul lucrului, autovehciulul este calat (sprijinit pe sol) prin intermediul picioarelor (6). Schema instala]iei hidraulice este prezentat\ `n fig. 5.. Pompa (P) este antranat\ de c\tre motorul termic al autovehiculului. Distribuitorul (D 1 ) asigur\ comanda cilindrului hidraulic de ridicare (C 1 ) prin intermediul unei supape 137

132 pilotate duble (S d ), care `mpiedic\ desc\rcarea cilindrului `n cazul spargerii racordurilor elastice de leg\tur\. Droselul (D) limiteaz\ viteza de coborâre a platformei. Distribuitorul (D ) asigur\ ac]ionare picioarelor de calare, prin intermediul cilindrilor hidraulici (C ); pe circuitul hidraulic sunt de asemenea intercalate supape pilotate duble, din motive de securitate. Distribuitorul (D 3 ) comand\ hidromotorul (M) care, prin intermediul unui mecanism cu cremalier\, asigur\ deplasarea lateral\ a platformei de lucru. Fig. 5. Schema hidraulic\ a autospecialei cu platform\. P-pomp\ hidraulic\; S s -supap\ de limitare a presiunii; S t supap\ de trecere; D 1 D 3 -distribuitoare; S-supap\ de sens unic; S d -supape duble pilotate; D-drosel; C 1, C -cilindri hidraulici; M-hidromotor. ~n\l]imea platformei de lucru fa]\ de sol poate fi reglat\ `ntre 3,8 [i 5,6 m. 5.. PLATFORMA RIDIC TOARE CU BRA}E Utilajul este destinat interven]iilor la `n\l]ime asupra re]elei de distribu]ie a energiei electrice; fiind format din urm\toare subansambluri principale (fig. 5.3): platforma de lucru (9); sistemul de ridicare, format din bra]ele (4) [i (5), montat pe turela (), care se poate roti fa]\ de autovehicul; sistemul de verticalizare a platformei de lucru, format barele (6), (7) [i (8); sistemul hidraulic de ac]ionare, format din cilindrii (10) [i (11); sistemul de calare, prev\zut cu picioarele (1). La unele tipuri de platforme ridic\toare, bra]ul de ridicare (5) este telescopic, permi]ând astfel o pozi]ionare mai precis\ a platformei de lucru `n raport cu stâlpul. Sistemul de verticalizare format din barele (6), (7) [i (8) asigur\ men]inerea pozi]iei verticale a platformei, indiferent de pozi]ia `n care se g\sesc bra]ele de ridicare. Cilindrii hidraulici (10) [i (11) sunt comanda]i de c\tre distribuitoare prin 138

133 intermediul unor supape duble pilotate, care au rolul de `mpiedica coborârea accidental\ a platformei, `n cazul spargerii unui furtun. Viteza de coborâre a platformei este limitat\ prin intercalarea unor drosele pe circuitul hidraulic. Fig. 5.3 Platforma ridic\toare cu bra]e. 1-cadrul autovehiculului; -turel\; 3-postamentul turelei; 4, 5-bra]e de ridicare; 6, 7, 8-sistem de verticalizare; 9-platform\ de lucru; 10, 11-cilindri hidraulici; 1-picioare de calare; 13-suport pentru bra]. Rotirea `n plan orizontal a turelei () este realizat\ prin intermediul unui sistem cu angrenaj melc-roat\ melcat\ (4, 5 - fig. 5.4), antrenat de c\tre hidromotorul (6). Fig. 5.4 Mecansimul de rotire a turelei. 1-turel\;, 3-ro]i din]ate cilindrice; 4-roat\ melcat\; 5-melc; 6-hidromotor. Toate circuitele hidraulice (cu excep]ia celui ce asigur\ calarea autovehiculului) sunt comandate de pe platforma de lucru. 139

134 6. AUTOVEHICULE PENTRU ~NTRE}INEREA {I REPARAREA DRUMURILOR 6.1. MA{INI PENTRU CUR }AT Z PADA [4, 15, 5] Func]ionare [i construc]ie Pentru degajarea drumurilor acoperite de z\pad\se se utilizeaz\: utilaje cu lam\ (gredere, buldozere, tractoare sau autocamioane cu lam\), care se pot folosi atunci când grosimea stratului de z\pad\ nu dep\[e[te 40 cm fig. 6.1a; autofreze, care asigur\ aruncarea lateral\ a z\pezii la distan]\ mare fa]\ de drum fig. 6.1b; utilaje cu perie cilindric\, care se folosesc dup\ ce, `n urma ac]iunii celorlalte utilaje, pe carosabil a mai r\mas un strat sub]ire de z\pad\ - fig. 6.1c. Frezele de z\pad\ sunt autovehicule speciale la care echipamentul pentru `ndep\rtarea z\pezii este montat `n partea din fa]\ a autovehiculului (care poate fi pe ro]i sau pe [enile). a) b) Fig. 6.1 Utilaje pentru `ndep\rtarea z\pezii. c) Echipamentul pentru `ndep\rtarea z\pezii este format din transportoarele elicoidale (, fig. 6.), dispuse perpendicular pe axul drumului, care au rolul de a prelua z\pada [i de a o transporta c\tre fereastra de aspira]ie (5) a ventilatorului (3). Z\pada este refulat\ de c\tre ventilator odat\ cu aerul prin conducta de refulare (4), fiind aruncat\ `n afara zonei carosabile. Utilajul poate fi prev\zut cu unul sau dou\ transportoare, montate unul sub 140

135 cel\lat; `n acest caz, prezen]a transportorului superior permite abordarea unor straturi groase de z\pad\. Fig. 6. Echipamentul de lucru al autofrezei. 1-carcas\; -transportoare elicoidale; 3-ventilator; 4-conduct\ refulare; 5-fereastra de aspira]ie. Fig. 6.3 Rotoare de transportor. a-spir\ elicoidal\ cu un singur `nceput; b-band\ elicoidal\, cu un singur `nceput; c-band\ elicoidal\, cu dou\ `nceputuri; d,e-band\ elicoidal\ cu margini zim]ate. 141 ~n func]ie de tipul utilajului, l\]imea de lucru variaz\ de la cm la 3 4 m. Rotorul transportorului poate fi sub form\ de spir\ elicoidal\ (fig. 6.a), cu band\ elicoidal\ cu un `nceput (fig. 6.b) sau cu dou\ `nceputuri (fig. 6.c), cu band\ elicoidal\ cu margini zim]ate (fig. 6. d, e). Exist\ [i variante la care pe banda elicoidal\ sunt montate cu]ite cu t\i[ drept sau zim]at, care asigur\ spargerea ghe]ii sau a z\pezii `nghe]ate. Ventilatorul, de tip centrifugal, are un efect combinat, de aruncare-ventilare: particulele u[oare sunt antrenate, `n principal, de curentul de aer creat de ventilator, `n timp ce pentru particulele grele (ghea]\), efectul principal al rotorului ventilatorului este cel de aruncare. La solu]ia din fig. 6.4, paletele (4) sunt fixate cu ajutorul [uruburilor (5) pe discul (3) al rotorului; rotorul montat (cu palete) se echilibreaz\ dinamic. ~n func]ie de dimensiunile [i productivitatea echipamentului de lucru, acesta poate fi ac]ionat de c\tre motorul termic al autovehiculului sau de un motor

136 suplimentar. Fig. 6.4 Ventilator. 1-g\uri echilibrare; -arbore; 3-discul ventilatorului; 4-palete; 5-[uruburi fixare. ~n fig. 6.5 este prezentat\ schema cinematic\ a unei autofreze la care motorul termic (1) este folosit atât pentru deplasare, cât [i pentru antrenarea echipamentului de lucru. Fig. 6.5 Schema cinematic\ a autofrezei. 1-motor termic;,8-casete de distribu]ie; 3, 13-arbori cardanici; 4-ventilator; 5-transportor melcat; 6-ambreiaj; 7-cutie de viteze; 9, 10, 11-transmisii principale; 1-angrenaj cu ro]i din]ate conice; 14- transmisie cu lan]. 14

137 Caseta de distribu]ie () permite cuplarea transmisiei mi[c\rii c\re echipamentul de lucru: prin intermediul arborelui cardanic (3) este antrenat ventilatorul (4), iar prin intermediul angrenajului cu ro]i din]ate conice (1), a arborelui cardanic (13) [i a transmisiei cu lan] (14) mi[carea este transmis\ transportorului (5). Instala]ia hidraulic\ (fig. 6.6) permite ridicarea-coborârea echipamentului de lucru (cu ajutorul cilindrilor hidraulici 4) precum [i rotirea gurii de refulare a ventilatorului `n scopul modific\rii pozi]iei acesteia cu ajutorul cilindrului hidraulic 6, ceea ce are ca efect modificarea distan]ei laterale de aruncare a z\pezii. Fig. 6.6 Schema instala]iei hidraulice a autofrezei. 1-pomp\; -manometru; 3-distribuitoare; 4-cilindri hidraulici pentru ridicarea-coborârea echipamentului de lucru; 5-drosel; 6-cilindru hidraulic pentru rotirea gurii de refulare a ventilatorului; 7-filtru; 8-rezervor Elemente de calcul Debitul unui transportor elicoidal se determin\ cu rela]ia: π D kg Q = S ω ρ ψ 4, s `n care: D diametrul transportorului [m]; S pasul spirei melcului [m]; ω viteza unghiular\ a transportorului [s -1 ]; ρ - densitatea materialului [kg/m 3 ]; ψ - coeficient de umplere. Pentru ob]inerea unui randament maxim debitul total al transportorului trebuie corelat cu viteza de `naintare a ma[inii, conform rela]iei: Q B H v ρ, = m 143

138 unde B este l\]imea de lucru a agregatului [m], H este `n\l]imea stratului de z\pad\ [m], v m este viteza medie de deplasare a utilajului [m/s], iar ρ este densitatea materialului [kg/m 3 ]. Folosind nota]iile din fig. 6.7, debitul ventilatorului se determin\ cu rela]ia: ( R r) b ρ z v p ( tgβ tgψ 0 ) kg / h Q = k, v u R 4 π unde v p este viteza periferic\ a rotorului [m/s], z este num\rul de palete, b este `n\l]imea unei palete (l\]imea carcasei ventilatorului), iar k u este coeficientul de umplere. Fig. 6.7 Schem\ pentru determinarea debitului ventilatorului. ψ 0 unghiul de taluz natural; β - unghiul de `nclinare al paletei. Fig Schem\ pentru determinarea distan]ei de aruncare. H a in\l]imea la care se g\se[te por]iunea curb\ a conductei de refulare; θ unghiul la centru corespunz\tor por]iunii curbe a conductei de refulare; L a distan]a de aruncare a materialului. Distan]a de aruncare a materialului (fig. 6.8) se determin\ cu ajutorul rela]iei: cosϕ L = R sin ϕ + v [ v sin ϕ + g ( H a + R1 cosϕ) v sin ϕ], a 1 g `n care: µ θ v = k' v1 e ; k coeficient de corec]ie; η k v1 = v p g H ; ε + 1 v p viteza periferic\ a rotorului; 144

139 H - `n\l]imea sec]iunii 1 (fig. 6.8) fa]\ de centrul rotorului ventilatorului; η = 0,4 0,5 randamentul ventilatorului; k coeficient de vitez\; λ H ε = - coeficient de pierderi prin frecare; d 0,011 λ = 0, coeficient de rezisten]\; d d-di.ametrul conductei de transport. Impunând distan]a la care trebuie aruncat materialul, din rela]ia de mai sus rezult\ viteza (v ) [i apoi viteza periferic\ a rotorului (v p ), respectiv tura]ia acestuia. 6.. MA{INI PENTRU ~MPR {TIAT MATERIAL ANTIDERAPANT [4, 7, 15, 5] Destina]ie [i construc]ie Aplicarea materialelor antiderapante [i degivrante pe suprafa]a drumului se realizeaz\ prin intermediul ma[inilor tractate, purtate sau autopropulsate. Indiferent de tipul constructiv, echipamentul pentru `mpr\[tierea materialelor antiderapante sunt formate `n principiu din urm\toarele subansambluri: bunc\r; transportor; dispozitivul de `mpr\[tiere; transmisie. Fig. 6.9 Ma[in\ purtat\ pentru `mpr\[tiat materiale antiderapante. 1-bunc\r; -capac; 3-sit\; 4-manet\ reglare debit; 5- articula]ie; 6-cadru; 7-dozator; 8-pâlnie alimentare; 9- disc de `mp\[tiere; 10-arbore cardanic; 11-reductor; 1- bra]. 145 Ma[inile tractate deriv\ constructiv din cele utilizate `n agricultur\ pentru `mpr\[tierea `ngr\[\mintelor [i amendamentelor (MA - 3,5; MA 6). Schema de principiu a unei ma[ini de `mpr\[tiere purtate este prezentat\ `n fig Aceasta este antrenat\ prin intermediul arborelui cardanic (10) [i a transmisiei cu ro]i din]ate conice (11). Materialul din bunc\rul (1) cade prin pâlnia (8) pe discul de `mpr\[tiere (9), aflat `n mi[care de rota]ie. Dozatorul (7) modific\ sec]iunea de trecere a materialu-

140 lui, permi]ând astfel reglarea debitului de material `mpr\[tiat. Bunc\rul (1) este montat articulat pe cadrul (6), acesta fiind vibrat (prin intermediul unui excentric aflat pe discul 9 [i a bra]ului 1) pentru a u[ura curgerea materialului din bunc\r c\tre discul de `mpr\[tiere. ~n fig este prezentat\ o ma[in\ autopropulsat\ pentru `mpr\[tierea materialelor antiderapante; aceasta este format\ din [asiul de autocamion (1), pe care este montat utilajul de `mpr\[tiere propriu-zis, format din bunc\rul () [i aparatul de `mpr\[tiere centrifugal (6). Fig Ma[in\ autopurtat\ pentru `mpr\[tiat materiale antiderapante. 1-autovehicul; -bunc\r; 3-transportor elicoidal; 4-agitator; 5-transmisie; 6-aparat de `mpr\[tiere. Fig Echipamentul de `mpr\[tiere. 1-bunc\r; -transportor melcat; 3-agitator; 4-transmisie [i bloc de automatizare; 5-conduct\ alimentare a aparatului de `mp\[tiere; 6-motor hidraulic pentru antrenarea discului; 7-jgheab; 8-scut; 9-disc de `mpr\[tiere. Bunc\rul este prev\zut la partea inferioar\ cu un transportor elicoidal (, 146

141 fig. 6.11), care deplaseaz\ materialul din bunc\r c\tre conducta de alimentare (5). Agitatorul cu palete (3), aflat `n mi[care de rota]ie, are rolul de a asigura curgera u[oar\ a materialului din bunc\r c\tre transportor. Jgheabul (7) dirijeaz\ materialul c\tre discul de `mpr\[tiere (9), modul de repartizare a materialului pe disc fiind controlat cu ajutorul scutului (8); astfel, materialul va fi `mpr\[tiat de c\tre disc spre partea stâng\ a ma[inii, la un unghi de 90 0 fa]\ de axa longitudinal\ a ma[inii. Fig. 6.1 Schema de ac]ionare [i automatizare. 1-bunc\r; -transportor; 3-agitator; 4-hidromotor ac]ionare transportor [i agitator; 5-coroan\ pentru m\run]irea bulg\rilor; 6-conduct\; 7-jgheab; 8-scut; 9-disc de `mpr\[tiere; 10-hidromotor pentru ac]ionarea discului; 11-servovalve; 1-pompe; 13-motor termic de antrenare; 14-supap\ de distribu]ie a uleiului; 15-generator de impulsuri; 16-roat\ autovehicul; 17-bloc electronic. Ac]ionarea transportorului (5, fig. 6.1) [i a agitatorului (3) este asigurat\ 147

142 de c\tre hidromotorul (4), `n timp ce discul de `mpr\[tiere (9) este ac]ionat de c\tre hidromotorul (10). Servovalvele (11) permit modificarea debitului de ulei trimis c\tre hidromotoare, modificându-se astfel debitul de material `mpr\[tiat; acesta este corelat cu viteza de deplasare a ma[inii, generatorul (15) furnizând un semnal a c\rui frecven]\ este propor]ional\ cu viteza unghiular\ a ro]ii (16) Elemente de calcul ~n cazul `n care transportul materialului dn bunc\r este asigurat cu ajutorul unui tarnsportor cu band\, antrenat prin intermediul tamburului (3 fig. 6.13) de la roata de sprijin (5), debitul de material ce trece prin fereastra () este dat de rela]ia: rt kg Q = Bt h v m i ψ ρ k v r s, r unde: v m viteza de deplasare a ma[inii [m/s]; r t raza tamburului de antrenare a transportorului [m]; r r raza de rulare a ro]ii [m]; i raportul de transmitere a mi[c\rii de la roata (5) la tamburul (3); ψ - coeficient de umplere; ρ - densityatea materialului [kg/m 3 ]; k v = 0,6 0,9 coeficient ce ]ine cont de alunecarea materialului fa]\ de transportor. Fig Schem\ pentru calculul debitului de material `mpr\[tiat. 1-[ib\r; fereastra de trecere a materialului; 3-tambur de antrenare; 4-transmisie; 5- roat\. Cunoscând norma de material (N) ce trebuie `mpr\[tiat\ [kg/m ] rezult\ debitul de material ca fiind: Q = N B v m m, `n care (B m ) este l\]imea de lucru a ma[inii. Din egalitatea celor dou\ rela]ii de mai sus se poate determina fie raportul de transmitere (i), fie `n\l]imea (h) de ridicare a [ib\rului (1). Atunci când antrenarea transportorului se face independent (de exemplu cu ajutorul unui hidromotor), debitul este dat de rela]ia: kg Q = Bt h v t ψ ρ k v s, 148

143 unde v t este viteza benzii de transport. Egalând rela]iile de debit ob]inem: N Bm v m = Bt h v t ψ ρ k v, de unde rezult\ fie viteza benzii de transport (v t ), fie `n\l]imea (h) de ridicare a [ib\rului. Dac\ preluarea materialului se realizeaz\ cu ajutorul unui transportor elicoidal, debitul de material este: π D kg Q = S ω ρ ψ 4, s `n care: D diametrul transportorului [m]; S pasul spirei melcului [m]; ω viteza unghiular\ a transportorului [s -1 ]; ρ - densitatea materialului [kg/m 3 ]; ψ - coeficient de umplere. }inând cont de norma de material, rezult\ viteza unghiular\ a transportorului elicoidal: 4 N v m Bm ω =. π D S ρ ψ Pozi]ia tubului de desc\rcare a materialului fa]\ de discul de `mpr\[tiere (determinat\ prin raza r la care se g\se[te axa tubului de desc\rcare) se determin\ din condi]ia ca for]a centrifug\ ce ac]ioneaz\ asupra acestuia s\ fie mai mare decât cea de frecare (fig. 6.14), ceea ce ne conduce la: µ g r > rlim =, ω unde µ este coeficientul de frecare dintre material [i disc. Fig Schem\ pentru determinarea pozi]iei tubului de desc\rcare AUTOPERII COLECTOARE [4, 5, 8, 3, 36] Destina]ie [i construc]ie Autoperiile sunt destinate colect\rii reziduurilor de pe partea carosabil\ a str\zilor. ~n principiu, ele pot fi purtate sau autopropulsate, acestea din urm\ fiind utilizate pe scar\ larg\. Schema de principiu a unei autoperii este prezentat\ `n fig Organele active sunt reprezentate de peria cilindric\ transverdsal\ (4) [i de peria rotativ\ 149

144 (5), ac]ionate de hidromotoare. Fig Autoperie. 1-[asiu autopropulsat; -bunc\r de sedimentare; 3-capac rabatabil; 4-perie cilindric\ transversal\; 5- perie disc rotativ\; 6-carcas\; 7, 11-conducte aspira]ie; 8-roat\ de copiere a terenului; 9-hidromotor; 10-duze de pulverizare; 1-exhaustor; 13-rezervor de ap\; 14-motor de ac]ionare a organelor active. Periile (4) [i (5) asigur\ strângerea materialului c\tre axa ma[inii, de unde acesta este aspirat prin conducta (7), odat\ cu aerul aspirat de c\tre exhaustorul (1). ~n bunc\rul () materialul aspirat se sedimenteaz\ (datorit\ cre[terii sec]iunii de trecere, viteza curentului de aer devine mai mic\ decât viteza de plutire a particulelor [i acetea se depun `n bunc\r). Pentru a se evita ridicarea prafului, prin duzele (10) se trimite ap\, care strope[te zona periilor. Pentru a `mbun\t\]i colectarea, utilajul poat fi prev\zut cu dou\ perii cilindrice scurte (4, fig. 6.16), care strâng materialul din zona dintre peria transversal\ () [i periile disc rotative (3). Fig Utilizarea periilor cilindrice scurte. 1-auto[asiu; -perie cilindric\ transversal\; 3-perii disc rotative; 4-perii cilindrice scurte; 5-guri de aspira]ie. Periile cilindrice [i tubulatura de aspira]ie sunt montate pe mecansime 150

145 prev\zute cu ro]i de copiere (fig. 6.17); astfel, distan]ele acestor elemente fa]\ de cale de rulare r\mân constante, f\r\ a fi influen]ate de prezen]a denivel\rilor. Fig Mecanisme de fixare a periei [i conductei de aspira]ie. 1-conduct\ de aspira]ie; -perie; 3-roat\ de copiere; 4-cilindri hidraulici; 5-sistem de reglare a distan]ei periei fa]\ de calea de rulare; 6-pârghii; 7-cârlig de fixare `n pozi]ia de transport. Fig Mecanisme de prindere pentru periile disc. 1-perie disc;, 1-hidromotoare; 3-mecanism paralelogram deformabil; 4, 7-cilindri hidraulici (pneumatici); 5-arcuri; 6-ax; 8-ghidaj orizontal; 9-duze de stropire; 10-conduct\ aspira]ie; 11-roat\ de copiere a terenului. Periile disc sunt montate pe mecanisme de tip paralelogram deformabil (fig. 6.18), care asigur\ p\strarea unghiului corect de `nclinare al acestora, indiferent de pozi]ia pe vertical\. Ap\sarea pe drum a periei disc este asigurat\ de 151

146 c\tre un cilindru hidraulic sau pneumatic (4). La unele solu]ii (fig. 6.18b, e), cilindrul (7) permite oscila]ia `n pan orizontal a periei; la solu]ia din fig. 6.18e, hidromotorul (1) deplaseaz\ peria `n lateral, `n afara gabaritului ma[inii. ~n timpul lucrului, peria cilindric\ [i conducta de aspira]ie trebuie s\ fie pozi]ionate fa]\ de calea de rulare conform indica]iilor din fig a) b) Fig Pozi]ia periilor [i a conductei de aspira]ie. a-vedere lateral\; b-vedere de sus; 1-perie cilindric\ transversal\; -ap\r\toare de praf; 3-conduct\ de aspira]ie; 4-conduct\ de ap\; 5-perie disc. Periile disc trebuie s\ fie `nclinate fa]\ de orizontal\ astfel `ncât acestea s\ fie `n contact cu calea de rulare pe o zon\ unghiular\ de aproximativ (fig. 6.19b). ~n fig. 6.0 este prezentat\ schema instala]iei hidraulice a unei autoperii. Fig. 6.0 Schema hidraulic\ a unei autoperii. 1-rezervor;, 3-pompe; 4, 5, 6-distribuitoare; 7-hidromotoare; 8, 9-drosele; 10-supape de trecere; 11-prize hidraulice; 1-filtru 15

147 Se observ\ c\ antrenarea periei cilindrice [i a celei disc este realizat\ de c\tre hidromotoarele (7); acestea sunt alimentate cu ulei de c\tre pompa (3), antrenat\ de un motor termic auxiliar. Motorul termic principal (care asigur\ [i deplasarea autoperiei) antreneaz\ pompa (), utilizat\ pentru comenzile de basculare a benei [i deschidere a capacului acesteia. Droselul reglabil (8), aflat la postul de conducere, permite modificarea tura]iei periei disc Elemente de calcul Peria cilindric\ are firele (metalice sau din plastic) dispuse paralel cu generatoarea cilindrului, pe rânduri de corespund unghiului la centru (β), precum [i pe cercuri paralele,aflate la distan]a (a) unele de altele (fig. 6.1a). ~n acela[i timp, peria este `nclinat\ cu unghiul (α) fa]\ de perpendiculara pe direc]ia de `naintare a ma[inii (fig. 6.1b). Cu nota]iile din fig. 6.1, viteza unghiular\ optim\ a periei cilindrice se determin\ cu rela]ia: v m ( β ϕ) cosα ω =, ϕ R sin R h `n care ϕ = arccos. R a) b) c) Fig. 6.1 Elemente pentru calculul periei cilindrice. v m viteza de `naintare a ma[inii. rela]ia: L\]imea unui m\nunchi de fire al periei disc (fig. 6.) se determin\ cu b = k, 153 d s

148 unde (d s ) este diametrul m\nunchiului `n zona de prindere pe discul suport al periei, iar (k s ) este coeficientul de evazare. Fig. 6. Schem\ pentru calculul periei disc. Punând condi]ia ob]inerii unui proces optim de lucru al periei rezult\ viteza optim\ de `naintare a ma[inii: z n b m v m = 60 s, `n care: z num\rul de m\nunchiuri de fire; n tura]ia periei [rot/min] AUTOSTROPITORI [4, 5, 36] Autostropitorile sunt utilizate pentru salubrizarea drumurilor pietruite sau asfaltate, pe timp de var\, prin stropire [i sp\lare; `n unele situa]ii, atunci când sunt echipate cu perie ele pot asigura umectarea [i apoi m\turarea gunoiului `n vederea colect\rii sale (pe timp de var\), precum [i cur\]area z\pezii afânate (pe timp de iarn\). Fig. 6.3 Autostropitoare. 1-auto[asiu; -rezervor ap\; 3-perie; 4-caset\ de distribu]ie pentru antrenarea pompei; 5-supraplin [i capac; 6-suport rezervor; 7-ramp\ de stropit. Apa din rezervorul (, fig. 6.3) este preluat\ de o pompa centrifug\, antrenat\ de c\tre motorul termic prin intermediul casetei de distribu]ie (4); apa este trimis\ c\tre duzele de stropit (7), debitul fiind reglat prin intermediul 154

149 robinetelor intercalate pe circuitul hidraulic. Peria cilindric\ (3) este antrenat\ prin intermediul unui hidromotor. Rezervorul este prev\zut cu pere]i interiori, care asigur\ rigidizarea acestuia mic[oreaz\ balansul lichidului `n timpul transportului. Schema hidraulic\ a unui sistem de stropire este prezentat\ `n fig Se observ\ c\ acesta este prev\zut cu: rampele montate `n partea din fa]\ (10), respectiv `n partea din spate a ma[inii (13), prev\zute cu duze; duza (9) pentru sp\larea str\zii (denumit\ [i gur\ de broasc\), care se poate roti `n plan orizontal datorit\ prezen]ei articula]iei (8), asigur\ astfel acoperirea `ntregii l\]imi a carosabilului; lancea pentru pulverizare (4), purtat\ de un muncitor (utilizat\ pentru stopirea rondurilor de flori sau a zonelor mai `ndep\rtate de zona de sta]ionare a ma[inii). Fig. 6.4 Schema instala]iei de stropire [i sp\lare. 1-rezervor; -pomp\; 3-supap\ de siguran]\; 4-lance pentru stropire; 5-furtun; 6filtru; 7-cupl\; 8- articula]ie; 9-ajutaj pentru sp\larea str\zii; 10-ramp\ stropire fa]\; 11, 14-robinete; 1-racord de umplere-golire; 13-ramp\ stropire spate; 15-dom cu capac AUTOGUDRONATOARE Sunt destinate transportului [i distribuirii de lian]i bitumino[i `n stare cald\, precum [i a emulsiilor bituminoase reci. Autovehiculul poate efectua urm\toarele opera]ii: `nc\rcarea cisternei cu lina]i, prin c\dere liber\ sau cu ajutorul pompei; `nc\lzirea lina]ilor din cistern\, cu ajutorul unei instala]ii speciale; transportul lian]ilor; repartizarea lian]ilor pe suprafa]a de lucru, `n cantitatea stabilit\ de procvesul tehnologic, prin intermediul unei rampe. Cisterna (1, fig. 6.5) este izolat\ cu vat\ mineral\, pentru reducera pierderilor de c\ldur\. ~n interiorul cistenei sunt montate conductele de `nc\lzire 155

150 (4), prin care circul\ gaze de ardere provenite de la arz\torul (3), asigurând astfel men]inerea `n stare topit\ a materialului din cistern\. Fig. 6.5 Autogudronator. 1-cistern\; -gur\ de umplere; 3-arz\tor; 4-conducte de `nc\lzire; 5-agitator; 6, 7- motoare hidraulice; 8-pomp\ de bitum; 9-ramp\ de pulverizare; 10-auto[asiu. Uniformizarea materialului din cistern\ este realizat\ de c\tre agitatorul elicoidal (5), antrenat `n mi[care de rota]ie (aprox. 10 rot/min) de c\tre hidromotorul (6). Interiorul cisternei este compartimenta, umplerea acesteia putându-se realiza fie prin gura de umplere (), fie cu ajutorul pompei (8). Aceea[i pomp\, ac]ionat\ de hidromotorul (7), este folosit\ [i pentru preluarea materialului din cistern\ [i trimiterea lui c\tre rampa (9). Fig. 6.6 Arz\torul. 1-rezervor combustibil; -filtru; 3-pomp\; 4-motor antrenare; 5-ventilator; 6-injector. Arz\torul (fig. 6.6) este alimenat cu ccombustibil din rezervorul (1). Pompa (3) trimite combustibilul c\tre injectorul (6), care pulverizeaz\ combustibilul `n curentul de aer creat de ventilatorul (5). Gazele de ardere rezultate sunt evacuate prin intermediul conductelor din cistern\, asigurând astfel `nc\lzirea materialului. Instala]ia de pulverizare (fig. 6.7) pulverizeaz\ materialul din cistern\ pe suprafa]a drumului; materialul este preluat de c\tre pompa de bitum (PB); acesta este trimis, prin intermediul valvelor (V 1 V 3 ), comandate de servomecanisme pneumatice cu membran\, c\tre rampele de stopire. Robinetul (R) este de tipul cu trei c\i, fiind utilizat atât pentru golirea cisternei, `n timpul func]ion\rii normale, cât [i pentru umplerea acesteia. ~ntreruperea pulveriz\rii materialului pe suprafa]a drumului se realizeaz\ 156

151 prin `nchiderea supapelor (V 1 V 3 ) [i deschiderea supapei (V 4 ); astfel, materialul este recirculat `n cistern\. Fig. 6.7 Schema instala]iei de pulverizare C cistern\; PB pomp\ bitum; R robinet cu trei c\i; V 1 V 4 supape MA{INA DE REPARTIZAT CRIBLUR Aceast\ ma[in\ se utilizeaz\ pentru `mpr\[tierea uniform\ a materialului granular (criblur\) pe suprafa]a drumului. ~mpr\[tierea criblurii se realizeaz\ imediat dup\ aplicarea lian]ilor, ulterior fiind necesar\ compactarea acesteia. Schema de principiu a ma[inii este cea din fig Fig. 6.8 Ma[ina de `mp\[tiat criblur\. 1-bunc\r spate; -band\ transportoare; 3-bunc\r fa]\ (de repartizare a materialului pe l\]imea de lucru); 4-[ub\r; 5-tambur `mpr\[tiere; 6-post de conducere; 7-[asiu; 8-cupl\ pentru tractarea remorcii. Bunc\rul spate (1) este prev\zut cu pere]i laterali rabatabili, care se `nclin\ pe m\sur\ ce acesta se gole[te; se asigur\ astfel curgerea uniform\ a criblurii c\tre gura de ie[ire din bunc\r. Materialul este preluat de banda transportoare (), care `l trimite c\tre bunc\rul fa]\ (3), care repartizeaz\ materialul venit pe banda () pe `ntreaga l\]ime de lucru a ma[inii. Tamburul (5) repartizeaz\ materialul pe suprafa]a drumului, grosimea stratului de criblur\ fiind reglat\ cu ajutorul [ub\rului (4). Tamburul (5) [i banda transportoare () sunt ac]ionate de hidromotoare; iar [ub\rele (4), aflate de o parte [i de alta a postului de conducere, sunt comandate de cilindri hidraulici. 157

152 7. AUTOVEHICULE PENTRU COLECTAREA {I TRANSPORTUL REZIDUURILOR 7.1. DESTINA}IE {I SCHEME DE PRINCIPIU Aceste autovehicule [4, 11, 5, 30, 36] sunt destinate colect\rii [i transportului reziduurilor menajere. Condi]ia esen]ial\ pentru eficinetizarea opera]iunii de transport este compactarea materialului `nc\rcat; ca urmare, se definesc urm\toarele m\rimi caracteristice: M u factorul util al autovehiculului f = u Vu ρ, `n care M este capacitatea u g de `nc\rcare [kg], V u este volumul util [m 3 ], iar ρ g este densitatea materialuloui `nc\rcat [kg/m 3 ]; calculul se realizeaz\ pentru ρ g = 100 kg/m 3. factorul de compactare a materialului `n bena autovehiculului, f u 100 ε =. ρg Autovehiculele pentru colectarea [i transportul reziduurilor pot fi: cu `nc\rcare etan[\, la care de[eurile sunt desc\rcate `n bena ma[inii, care este etan[at\ fa]\ de mediul exterior; cu `nc\rcare neetan[\, care transport\ containere `n care se g\sesc reziduurile. ~n func]ie de principiul utilizat pentru compactarea materialului `n ben\, ma[inile cu `nc\rcare etan[\ pot fi: cu compactare rotativ\; cu compactare hidraulic\; cu alte sisteme de compactare. ~n fig. 7.1 este prezentat un autovehicul ce utilizeaz\ un cilindru compactor rotativ. De[eurile sunt desc\rcate `n bunc\rul (10), dup\ care acesta este ridicat [i con]inutul s\u este golit `n toba rotativ\ (), prev\zut\ `n interior cu o spir\ elicoidal\ care, datorit\ mi[c\rii de rota]ie a tobei, asigur\ transportul de[eurilor c\tre cap\tul din stânga. Mi[carea de rota]ie a tobei este preluat\ de la reductorul (4) [i este transmis\ prin arborele cardanic (9) c\tre coroana din]at\ (7), montat\ pe suprafa]a exterioar\ a tobei. Por]iunea tronconic\ (11) este prev\zut\ cu nervuri interioare, ce asigur\ f\râmi]area materialului [i transportul s\u c\tre partea cilindric\ a tobei. Desc\rcarea se realizeaz\ prin deschiderea capacului (1) [i rotirea `n sens invers a tobei (). La solu]ia din fig. 7. se utilizeaz\ dou\ suprafe]e tronconice `n zona de `nc\rcare; suprafa]a (4) este solidarizat\ de capacul rabatabil (7), `n timp ce a doua suprafa]\ face parte din toba rotativ\ (). 158

153 Fig. 7.1 Autovehicul pentru transportul de[eurilor, cu cilindru compactor rotativ. 1-caroseria autocamionului; -cilindru rotativ; 3-cabin\; 4-reductor; 5-spire pentru transport; 6-cale de rulare; 7-coroan\ din]at\; 8-por]iunea tronconic\ a tobei; 9-arbore cardanic; 10-bunc\r pentru `nc\rcare manual\; 11-plac\ de `nchidere; 1-capac rabatabil; 13-manta exterioar\. Fig Autovehicul pentru transportul de[eurilor, cu zon\ de `nc\rcare dublu tronconic\. 1-caroserie; -cilindru rotativ; 3-cale de rulare; 4-parte tronconic\ fix\; 5-spir\ elicoidal\; 6-gur\ de `nc\rcare; 7-capac rabatabil. De[eurile sunt `nc\rcare prin gura (6), ajungând `n zona inferioar\ dintre cele dou\ suprafe]e tronconice; datorit\ mi[c\rii de rota]ie a cilindrului () [i a prezen]ei spirei (5), materialele sunt ridicate c\tre partea superioar\, f\râmi]ate [i compactate (datorit\ distan]ei mai mici dintre cele dou\ zone la partea superioar\). Ma[ina din fig. 7.3 este de tipul cu compactare hidraulic\. Reziduurile sunt desc\rcate `n gura de alimentare (6); antrenarea c\tre bunc\rul (1) se face prin deplasarea pistonului de `nc\rcare (5), capacul (4) fiind ridicat. Odat\ pistonul (5) ajuns `n pozi]ia extrema, capacul (4) coboar\ [i introduce reziduurile `n bena (1). Golirea se realizeaz\ de c\tre placa (3), dup\ ridicarea capacului (). 159

154 Fig. 7.3 Ma[in\ de colectare a reziduurilor [i compactare hidraulic\. 1-ben\;, 4-capace; 3-plac\ de golire; 5-piston de umplere; 6-gur\ de `nc\rcare; 7-jgheab. Fig Ma[in\ de colectare a reziduurilor [i compactare hidraulic\. 1-caroserie autocamion; -ben\; 3-plac\ de golire; 4-role; 5-plac\ rabatabil\ de compactare; 6-plac\ cu mi[care de transla]ie; 7-suport fix; 8, 9, 10-cilindri hidraulici; 11-capac; 1-gur\ de umplere. La varianta din fig. 7.3, materialul este introdus prin gura de umplere (1) atunci când placa (5) este ridicat\, iar placa (6) este ridicat\ `n pozi]ia superioar\. Dup\ umplerea spa]iului (1), placa (6) este translat\ `n jos de c\tre cilindrul (9), iar placa (5) este coborât\ (prin extinderea cilindrului 8). Apoi cilindrul hidraulic (9) retrage placa (6), iar materialul este intodus `m bena (). Golirea benei se realizeaz\ prin ridicarea capacului (11) cu ajutorul cilindrului hidraulic (10), `n timp ce placa de golire (3) este deplasat\ c\tre partea din spate. La ma[ina din fig. 7.4, materialul desc\rcat `n bunc\rul de alimentare (3) este intodus `n bena () cu ajutorul rotoarelor (4) [i (5). ~n fig. 7.6 se prezint\ o ma[in\ pentru transportul reziduurilor la care `nc\rcarea bunc\rului () se realizeaz\ cu ajutorul transportoarelor (6) [i (7). Materialul desc\rcat `n gura de alimentare (4) este preluat de transportorul cu cupe interioare (7), pus `n mi[care de rota]ie de c\tre roata din]at\ (8); ajuns c\tre partea superioar\ a acestui transportor, materialul cade `n transportorul elicoidal 160

155 (6), care `l repartizeaz\ `n `ntregul volum al benei (). Fig Ma[in\ de colectare a reziduurilor [i compactare hidraulic\ [i rotoare de alimentare a benei. 1-[asiu autocamion; -ben\; 3-bunc\r alimentare; 4, 5-rotoare de alimentare; 6-suport pentru muncitor. Fig Ma[in\ de colectare a reziduurilor cu transportor orizontal. 1-caroserie autocamion; -ben\; 3-capac;4-gur\ de umplere; 5-transportor tip roat\ cu cupe interioare; 6-transportor elicoidal; 7-plac\ `nchidere; 8-roat\ din]at\. Fig. 7.7 Mecansim de manipulare a pubelelor. 1-pubel\;, 3-bra]e articulate; 4, 4 -cilindri hidraulici; 5-sistem de prindere; 6-suport; 7-bunc\r. 161

156 ~n zonele `n care colectarea gunoiului menajer se face `n pubele standardizate, ma[inile pentru colectarea reziduurilor sunt dotate cu sisteme hidraulice pentru preluarea [i desc\rcarea acestora `n bena mijlocului de transport. Un astfel de sistem este cel din fig. 7.7, prev\zut cu un sistem de bra]e articulate (, 3), ac]ionate de cilindrii hidraulici (4, 4 ). Pubela este prins\ cu ajutorul sistemului de prindere (5) [i sprijinit\ pe suportul (6), fiind apoi ridicat\ [i desc\rcat\ `n bunc\rul (7) al utiliajului de transport. Schema unui sistem de desc\rcare a containerelor, montat `n partea din fa]\ a autovehiculului, este prezentat\ `n fig. 7.8; acesta este de asemenea ac]ionat hidraulic. Fig. 7.8 Sistem pentru desc\rcarea containerelor. 1-container; -urechi de prindere; 3-[asiu autocamion; 4-ben\; 5- gur\ desc\rcare. 7.. ELEMENTE DE CONSTRUC}IE {I CALCUL Unele elemente constructive referitoare la cilindrul compactor rotativ sunt prezentate `n fig Fig. 7.9 Construc]ia cilindrului rotativ 1-palete; -spir\ transport; 3-cilindru compactor; 4-lag\r; 5-coroan\ din]at\; 6-cale de rulare; 7- zon\ tronconic\. 16

157 Zona frontal\ tronconic\ (7) este prev\zut\ cu paletele (1) de dirijare [i m\run]ire a materialului, `nclinate cu unghiul γ fa]\ de generatoarea conului (fig. 7.9a) [i cu unghiul β fa]\ de direc]ia radial\. Paletele au `n\l]ime mai mare la cap\tul din fa]\ decât la cel dinspre cilindrul compactor (fig. 7.9c). Pentru utilajele la care `nc\rcarea materialului `n bunc\r se face prin ac]iunea de `mpingere a unui piston (5, fig. 7.3), materialul fiind deplasat printrun jgheab cu sec]iune dreptunghiular\, for]a de `mpingere a pistonului (P, fig. 7.10) se determin\ cu rela]ia: P = c0 [ m g ( sin α + µ cosα) + a h k m ρ g µ ], unde: c 0 = 1,5 1,8 coeficient ce ]ine cont de rezisten]ele ce apar din cauza frec\rii pistonului cu pere]ii [i de suprasarcini; µ - coeficientul de frecare dintre material [i jgheab; k m coeficient de mobilitate a materialului, care poate fi calculat cu ajutorul formulei: 1 sin ψ k m =, 1+ sin ψ `n care ψ este unghiul de frecare intern\ al materialului (unghiul de taluz natural). Fig Schem\ pentru determinarea for]ei de `mpingere a pistonului. Pentru cazul `n care `nc\rcarea materialului `n ben\ se utilizeaz\ un transportor elicoidal, debitul acestuia este: π ( D d ) Q = p ω ρ k u cα, 4 `n care d este diametrul arborelui pe care se g\se[te elicea transportorului, D este diametrul exterior al spirei elicoidale, p este pasul spirei, ω este vitez unghiular\ a stransportorului, ρ este densitatea materiallui, k u este factorul de umplere a transportorului, iar c α este un coeficient ce ]ine cont de umplerea incomplet\ a volumului dintre dou\ spire succesive, ca urmare a `nclin\rii transportorului. 163

158 8. AUTOFRIGORIFICE Autofrigorificele sunt autovehicule echipate cu agregate frigorifice care menţin o temperatură adecvată transportului unor produse alimentare perisabile în interiorul unor camere frigorifice montate pe un şasiu auto. Agregatele frigorifice cele mai utilizate pe autovehiculele de fabricaţie indigenă sunt: - Thermo King tip NWD-30; - Thermo King tip XKW-30; - Thermo King tip XRW-30; - TNT-10D, TNP-10 şi TNP-0D; - BJS care echipează remorcile ALKA-N1. Schema funcţională a agregatului frigorific Thermo King tip NWD-30 este prezentată în fig Volumul interior al camerei frigorice este de m 3, iar coeficientul global de transfer de căldură al caroseriei izolate este 0,35 kcal/m h C. Agregatul poate asigura menţinerea în interior a unei temperaturi constante de până la -30 C. Principalele părţi componente ale agregatului sunt: - motorul cu ardere internă; - compresorul frigorific; - instalaţia frigorifică; - instalaţia electrică. Compresorul agregatului este acţionat prin intermediul unui cuplaj de către un motor Diesel care asigură simultan şi antrenarea a două ventilatoare; unul dintre ventilatoare realizează răcirea condensatorului instalaţiei frigorifice, iar cel de al doilea este destinat circulaţiei aerului peste vaporizator, asigurând astfel răcirea camerei frigorifice. Funcţionarea motorului cu aprindere prin comprimare se poate face în regim de turaţie redusă, la cca.1400 rot/min, sau în regim de turaţie nominală de 00 rot/min Compresorul instalaţiei frigorifice este cu patru cilindri în V, carter din aluminiu, cilindri amovibili din fontă şi pistoane fără segmenţi. Pentru a se preveni depăşirea presiunii admisibile a freonului din instalaţie, care are valoarea de 1 dan/cm, pe colectorul de refulare al compresorului se montează un întrerupător presostatic care asigură oprirea motorului termic de antrenare prin întreruperea alimentării acestuia cu combustibil. Acest întrerupător restabileşte circuitul de alimentare a motorului numai la scăderea presiunii agentului frigorific din instalaţie sub valoarea de 16 dan/cm. Agentul frigorific utilizat în instalaţie este freon 1, refrigerent 1 sau, prescurtat, R1. Pentru realizarea unei izolaţii termice corespunzătoare în construcţia camerei frigorifice se folosesc panouri de tip sandwich, formate din foi de tablă din aluminiu între care se găseşte spumă poliuretanică sau polistiren expandat, îmbinate prin nituire. Menţinerea temperaturii comandate se face prin acţionarea instalaţiei frigorifice comandată de instalaţia electrică. Agregatul frigorific poate funcţiona în următoarele regimuri: - regimul de răcire; - regimul de încălzire; 164

159 - regimul de dezgheţare. Fig. 8.1 Schema funcţională a agregatului frigorific Thermo King tip NWD-30 1-compresor; -ventil de refulare; 3-racord flexibil de refulare; 4-conductă de refulare; 5-triplă valvă; 6-condensator; 7-supapă închidere; 8-rezervor freon; 9-vizor; 10-ventil golire; 11-conductă lichid; 1- filtru deshidrator; 13-schimbătorul intern de căldură; 14-valva de expansiune; 15-bulbul sensibil al valvei de expansiune; 16-conductă de egalizare; 17-distribuitor; 18-evaporator; 19-conductă de aspiraţie; 0-acumulator de lichid; 1-racord flexibil; -ventil aspiraţie; 3-bloc aspiraţie; 4- serpentină de dezgheţare; 5-conductă gaze calde; 6-solenoid; 7-ventil de siguranţă; 8-ventil de închidere; 9-clapetă de congelare REGIMUL DE RĂCIRE Agregatul funcţionează în regim de răcire atunci când temperatura 165

160 mediului ambiant este mai mare decât temperatura reglată de termostatul instalaţiei frigorifice. Elementele componente ale instalaţiei sunt prezentate în fig în care este redată circulaţia freonului în acest regim. Freonul, încălzit şi aflat în stare de vapori, este refulat de către compresorul (1) prin ventilul de refulare (), furtunul flexibil (3) şi conducta (4), spre tripla valvă (5). Acest circuit al freonului, de la compresor până la tripla valvă, este identic în toate cele trei regimuri de funcţionare. În regim de răcire, pistonaşul din interiorul triplei valve (5) este deplasat spre stânga sub acţiunea unui arc, freonul în stare gazoasă fiind astfel obligat să iasă din tripla valvă prin racordul superior din dreapta şi să ajungă în condensatorul (6). În condensator are loc condensarea agentului frigorific, cu cedare de căldurâ către mediul exterior. Freonul lichid trece, după ieşirea din condensator, prin supapa de sens unic (7) şi ajunge în rezervorul de freon (8), prevăzut cu un vizor (9) pentru observarea nivelului. Atunci când sunt necesare intervenţii asupra instalaţiei frigorifice, cea mai mare parte a freonului poate fi depozitată în condensator şi rezervorul de freon, prin închiderea ventilului (10), evitându-se astfel pierderile de agent frigorific. Din rezervorul (8) freonul lichid iese prin conducta (11) şi ajunge la filtrul uscător (1), care are rolul de reţinere a umidităţii din sistem în vederea evitării obturării instalaţiei prin îngheţare. Din acest filtru freonul ajunge printr-o conductă la subrăcitorul (13), aflat în interiorul caroseriei. În interiorul acestuia freonul este subrăcit, cedând căldură vaporilor de freon care circulă în sens opus prin mantaua schimbătorului, dinspre vaporizator către compresor. În continuare agentul frigorific în stare lichidă ajunge la valva de expansiune (14), care reglează cantitatea de freon care pătrunde în vaporizatorul (18) în funcţie de temperatura vaporilor la ieşirea din vaporizator. În acest scop, valva de expansiune este legată printr-un tub capilar cu bulbul sensibil (15), montat pe conducta (19) de ieşire din vaporizator. Debitul de freon este reglat prin acţiunea unei membrane asupra unui cui poantou. Partea din stânga a membranei este în legătură cu bulbul sensibil prin tubul capilar în timp ce partea din dreapta este legată prin intermediul conductei de egalizare (16) de conducta (19) de ieşire din condensator. Dacă temperatura vaporilor care ies din condensator este prea mare (debit mic de agent frigorific), gazul din bulbul (15) se încălzeşte şi acţionează membrana, care va deplasează cuiul poantou şi asigură astfel trecerea unei cantităţi suplimentare de freon lichid spre vaporizator. Creşterea presiunii vaporilor de agent frigorific din conducta (19) acţionează membrana în sens contrar, prin conducta de egalizare (16), închizând cuiul poantou. Astfel se realizează un echilibru în sistem prin autoreglarea cantităţii de freon din vaporizator în funcţie de presiunea şi temperatura agentului la ieşirea din serpentina acestuia. După trecerea din valva de expansiune (14), în care freonul ajunge sub formă lichidă la presiune ridicată, acesta trece în distribuitorul (17) care, alimentează vaporizatorul. În vaporizator, datorită presiunii scăzute, are loc vaporizarea agentului frigorific, însoţită de absorbţie de căldură. 166

161 După vaporizarea freonului acesta părăseşte vaporizatorul prin colectorul de aspiraţie (19). De aici vaporii ajung la subrăcitorul (13), în mantaua acestuia, unde dată fiind presiunea lor mică, preiau căldura de la freonul lichid care trece prin conducta interioară spre valva de expansiune, mărind astfel randamentul frigorific al instalaţiei. Din mantaua schimbătorului intern de căldură freonul ajunge în acumulatorul de lichid (0), aflat în exteriorul caroseriei, iar de aici, prin furtunul flexibil de aspiraţie (1), agentul frigorific trece spre ventilul de aspiraţie (), ajunge la regulatorul de presiune (3) şi apoi la compresor. Furtunul flexibil de aspiraţie (1), la fel ca şi furtunul de refulare (3), împiedică transmiterea vibraţiilor de la grupul motopropulsor la instalaţia frigorifică. Ventilul de aspiraţie () este prevăzut cu un racord pentru montarea unui manometru sau a unui furtun pentru încărcarea instalaţiei cu agent frigorific. Regulatorul de presiune (3) reglează presiunea de aspiraţie a compresorului şi astfel limitează debitul de agent frigorific vehiculat la temperaturi ridicate de vaporizare. Dacă freonul circulă prin instalaţie numai în baza circuitului descris mai sus instalaţia realizează o răcire continuă, temperatura coborând fără a se face limitarea acesteia la o anumită valoare. În timpul exploatării, motorul termic al agregatului frigorific funcţionează la turaţia ridicată de 00 rot/min până la atingerea unei temperaturi situate în apropierea temperaturii reglate (cu 3 C mai mare decât valoarea dorită), acesta trecând apoi în regim de funcţionare la turaţia joasă de 1400 rot/min. Funcţionarea instalaţiei în regim de răcire este semnalizată prin aprinderea unui bec de control cu înscrisul COOL. Temperatura în interiorul caroseriei se poate citit în orice moment cu ajutorul unui termometru montat de asemenea pe panoul de comandă. 8.. REGIMUL DE ÎNCĂLZIRE În acest regim freonul nu mai circulă prin condensator pentru a fi răcit; din compresor, trecând prin tripla valvă, agentul frigorific ajunge cald în vaporizator, pentru a realiza astfel încălzirea aerului din interiorul caroseriei. Comanda acestui circuit se face prin intermediul unui ventil acţionat de solenoidul (6), care se găseşte montat pe o conductă ce face legătura între capătul anterior al triplei valve (5) şi regulatorul de aspiraţie (3). Când bobina solenoidului nu este alimentată cu energie electrică, ventilul de închidere comandat de acesta este închis. La alimentarea solenoidului, ventilul se deschide şi permite realizarea legăturii dintre aspiraţia compresorului şi tripla valvă, ceea ce face ca pistonaşul acesteia să fie deplasat spre dreapta prin acţiunea depresiunii create la aspiraţie. Astfel, freonul ajuns la tripla valvă va ieşi prin racordul superior din stânga, racordul spre condensator fiind închis de către piston. Solenoidul (6) este alimentat de la un microîntrerupător al termostatului atunci când agregatul funcţionează în regim de încălzire, sau de la releul de decongelare în regimul de dezgheţare. Agentul frigorific cald, refulat de compresor în stare de vapori prin 167

162 ventilul de refulare () şi furtunul flexibil (3), ajunge la tripla valvă (5) şi iese din aceasta prin racordul superior din stânga, intrând în conducta (5), ramificată în două conducte cu diametre diferite. Prin conducta cu diametru mic agentul frigorific ajunge la rezervorul de freon (8), antrenând freonul lichid aflat aici şi mărind astfel randamentul astfel randamentul de încălzire. În această situaţie, supapa de sens unic (7) este închisă şi nu permite trecerea freonului spre condensator. De la rezervorul (8) freonul circulă în instalaţie la fel ca în regimul de răcire. Prin conducta cu diametru mai mare freonul pătrunde în interiorul caroseriei şi străbate serpentina de dezgheţare (4), amplasată pe fundul carcasei vaporizatorului cu scopul de a topi gheaţa formată din apa condensată şi pentru a preveni îngheţarea apei care se scurge pe ţevile şi aripioarele vaporizatorului la funcţionarea agregatului în regim de încălzire sau de dezgheţare, iar temperatura iniţială în incinta frigorifică are valori negative. La ieşirea din serpentina (4), freonul intră în distribuitorul (17), iar de aici în vaporizatorul (18), pe care îl încălzeşte; astfel aerul vehiculat de ventilatorul vaporizatorului se va încălzi. Din vaporizator freonul ajunge în mantaua schimbătorului subrăcitorului (13), trece în acumulatorul (separatorul) de lichid (0) şi apoi la compresor. Datorită freonului cald care trece prin conducta (19), bulbul termosensibil (15) al valvei de expansiune (14) va comanda deplasarea membranei spre dreapta şi va deschide cuiul poantou, permiţând freonului ajuns aici de la rezervorul (8) să circule în instalaţie, mărind randamentul de funcţionare în regim de încălzire. Funcţionarea instalaţiei în regim de încălzire este semnalizată prin aprinderea unui bec de control cu înscrisul HEAT. În situaţia când temperatura comandată este mult peste valoarea temperaturii mediului exterior, agregatul va funcţiona în regim de turaţie ridicată la 00 rot/min, până la apropierea cu -3 C de valoarea reglată a temperaturii; apoi motorul cu ardere internă trece la regimul de turaţie mică de 1400 rot/min. Menţinerea temperaturii comandate se face din acest moment printr-o succesiune de regimuri de răcire şi încălzire la turaţie mică REGIMUL DE DEZGHEŢARE Agregatul este programat din construcţie ca la obturarea cu gheaţă a peste % din secţiunea de trecere pentru aer a vaporizatorului să se comande automat funcţionarea în regim de dezgheţare. Acest regim nu este altceva de cât un regim de încălzire cu turaţie ridicată la care, în plus, se comandă de către un electromagnet închiderea clapetei (9), care astfel nu mai permite trecerea aerului vehiculat de către ventilatorul vaporizatorului spre camera frigorifică. În regim de dezgheţare freonul are acelaşi circuit ca în regimul de încălzire, astfel că de la tripla valvă (5) agentul frigorific ajunge în serpentina de decongelare (4) şi apoi la distribuitorul (17), ocolind valva de expansiune (14); agentul frigorific intră în vaporizatorul (18), unde topeşte gheaţa depusă pe ţevile 168

163 şi lamelele acestuia, precum şi gheaţa din tava de sub vaporizator. Apa rezultată din topirea brumei şi a gheţii este evacuată spre exterior din tavă prin două tuburi de cauciuc, pe lângă peretele frontal al caroseriei. Funcţionarea în regim de dezgheţare este semnalizată pe panoul de control prin aprinderea becului marcat DEFROST. Atunci când agregatul trebuie să asigure o anumită temperatură comandată de la termostat, la atingerea temperaturii regimul de funcţionare se schimbă din răcire în încălzire şi invers în jurul valorii comandate, acest lucru fiind vizibil şi prin semnalizarea luminoasă aferentă celor două regimuri, alternanţa luminilor fiind şi un semn de bună funcţionare a instalaţiei. 169

164 Simboluri grafice pentru sisteme hidraulice şi pneumatice (conform DIN ISO 119) ANEXĂ Simbol Descriere Simbol Descriere Pompe hidraulice cu debit fix cu refulare într-un singur sens cu refulare în ambele sensuri Pompe hidraulice cu debit reglabil cu refulare într-un singur sens; cu refulare în ambele sensuri Compresor Hidromotor cu un singur sens de alimentare cu alimentare în ambele sensuri Motor hidraulic reglabil cu refulare într-un singur sens; cu refulare în ambele sensuri Hidromotoare cu turaţie reglabilă Cilindri hidraulici telescopici cu simplă acţiune cu dublă acţiune Motoare pneumatice cu un singur sens de alimentare cu alimentare în ambele sensuri Motoare oscilante hidraulice pneumatice Unitate pompăhidromotor, cu debit fix Cilindri hidraulici cu simplă acţiune Cilindri hidraulici cu dublă acţiune Supapă diferenţială Supapă de siguranţă nepilotată pilotată 170

165 (continuare) Distribuitor cu Supape de sens două căi unic acţionat manual fără arc acţionat prin presiune şi arc Distribuitor cu trei căi acţionat hidraulic în ambele sensuri acţionat cu solenoid şi arc cu arc pilotată cu drosel Distribuitor pilotat cu patru căi Conductă de lucru Conductă pilotare pentru Racorduri de retur Supapă de cuplare Amortizor de zgomot Separatoare de apă cu golire manuală cu golire automată Filtru Drosel Conducte interconectate Motor electric de antrenare Motor termic de antrenare Rezervor deschis Acumulator Rezervor presurizat 171