Transport operaţional în agricultură şi industria alimentară

  • Published on
    01-Feb-2017

  • View
    219

  • Download
    0

Transcript

1 UNIVERSITATEA TEHNIC GH. ASACHI DIN IAI FACULTATEA DE MECANIC Conf.dr.ing. Ioan BISAN TRANSPORT OPERAIONAL N AGRICULTUR I INDUSTRIA ALIMENTAR (material pentru studenii anului IV specializarea Maini i Instalaii pentru Agricultur i Industria Alimentar) 2016 2 C U P R I N S I. INTRODUCERE 3 1.1. Clasificarea mainilor i instalaiilor de ridicat i transportat 3 1.2 Componena mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat 7 1.3. Parametrii tehnici principali ai mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat 7 1.3.1. Parametrii tehnici principali ai mecanismelor i mainilor de ridicat 8 1.3.2. Parametrii tehnici principali pentru instalaiile de transportat 10 1.4 Caracteristicile materialelor transportate n agricultur i industria alimentar 11 II. MAINI DE RIDICAT 14 2.1 Organe flexibile pentru ridicare i traciune 14 2.1.1. Frnghiile 14 2.1.2. Lanuri sudate 14 2.1.3. Lanuri cu eclise i boluri (lanuri Galle) 15 2.1.4. Cabluri din oel 16 2.2. Organe pentru ghidarea i acionarea cablurilor i a lanurilor 21 2.3. Organe pentru suspendarea i apucarea sarcinilor 31 2.4. Organe de blocare i de frnare 37 2.5. Organe pentru deplasare 48 2.6. Mecanismele mainilor i echipamentelor de ridicat 51 2.7. Maini i echipamente de ridicat 58 III. MAINI I INSTALAII DE TRANSPORT CONTINUU 72 3.1. Productivitatea transportoarelor 72 3.2. Organe flexibile de traciune 73 3.3. Transportoare cu organ flexibil de traciune 79 3.3.1. Transportoare cu band 79 3.3.2. Transportoare cu plci 90 3.3.3. Transportoare cu raclete 94 3.3.4. Transportoare cu cupe 97 3.3.5. Elevatoare 98 3.3.6. Transportoare suspendate 103 3.4. Transportoare fr organ flexibil de traciune 107 3.4.1. Transportoare elicoidale 107 3.4.2. Transportoare gravitaionale 110 3.4.3. Instalaii de transport pneumatic 117 3.4.4. Transportoare oscilante 126 3.4.5. Transportoare vibrante 128 3.5. Maini de aruncat sau trimere 129 3.6. Instalaiile auxiliare ale transportoarelor 132 3.6.1. Buncre 132 3.6.2. nchiztoare 137 3.6.3. Alimentatoare 138 3.7. Maini de transportat fr ine i echipamente speciale 142 IV. TRANSPORTUL FLUIDELOR 147 4.1. Transportul lichidelor 148 4.1.1. Mrimi caracteristice la transportul lichidelor 149 4.2. Pompe pentru transportul lichidelor 150 4.2.1. Pompe volumice 151 4.2.1.1. Pompe volumice cu micare alternativ 151 4.2.1.2. Pompe volumice rotative 153 4.2.1.3. Pompe centrifuge 156 4.2.2. Pompe fr elemente mobile 160 4.3. Comprimarea i transportul gazelor 162 4.3.1. Diagrama de lucru a compresorului 162 4.3.2. Utilaje pentru comprimarea i transportul gazelor 163 BIBLIOGRAFIE 170 3 I. INTRODUCERE Transportul operaional n oricare domeniu este o activitate deosebit de important, fiind determinant uneori n stabilirea vitezei unui proces tehnologic. Prin aceasta se asigur mecanizarea operaiilor de ridicare i transport n producia individual, de serie mic pn la producia de mas, ntre diferitele maini, utilaje i instalaii ce intr n componena liniilor tehnologice, linii automatizate sau sisteme flexibile de prelucrare. Totodat, costurile cu manipularea, transportul uzinal sau intern, ncrcarea, descrcarea i depozitarea materiilor prime, semifabricatelor, produselor finite i a celorlalte subproduse rezultate n urma procesului tehnologic, determin creterea preului produselor, fr a afecta i valoarea de ntrebuinare a lor. Acest fapt presupune alegerea celor mai judicioase soluii tehnice privind organizarea i desfurarea transportului n cadrul fluxului tehnologic de fabricaie, care s permit asigurarea performanelor tehnice necesare la costuri ct mai reduse. n studiul micrii i manipulrii materialelor ntr-un flux tehnologic se va face o abordare sistemic, ce va avea ca efect gsirea celor mai raionale soluii. Astfel, trebuie analizate cerinele fa de ntregul sistem de manipulare i transport, actual i de perspectiv, restriciile impuse, performanele sistemului ales i comparaia cu alte sisteme similare. Aceast analiz va evidenia dependena dintre cerinele de manipulare i transport i cheltuielile necesare i posibile pentru situaia concret. Transportul operaional trateaz ansamblul tuturor mecanismelor i mainilor de ridicat i de transportat materiale, folosite att n cadrul fluxului tehnologic principal, ct i n celelalte activiti auxiliare sau adiacente. n funcie de specificul procesului de lucru pe care-l realizeaz, acestea se pot grupa n dou categorii distincte: mecanisme i maini de ridicat; instalaii de transport continuu. Mainile de ridicat servesc pentru a deplasa pe vertical o sarcin constituit dintr-un corp solid, de cele mai multe ori combinat cu o deplasare n plan orizontal a ntregii maini de ridicat sau a unei pri a acesteia. Astfel, sarcina preluat i ridicat dintr-un anumit punct, poate fi cobort i predat n oricare alt punct situat n raza de aciune a mainii. n timpul funcionrii ei, maina de ridicat se sprijin pe un reazem, pe o fundaie fix, pe o cale de rulare sau pe un vehicul terestru sau plutitor. n anumite condiii speciale, ridicarea unor corpuri se poate realiza cu elicopterul, dar acesta nu intr n categoria mainilor de ridicat. Instalaiile de transport continuu servesc la realizarea unui flux continuu de sarcini individuale care se succed sau de materiale n vrac. Ele pot realiza, pe lng transport, ridicarea sau coborrea fluxului de materiale care, n funcie de construcie lor, pot asigura unghiuri de lucru cuprinse ntre 0-900. Deoarece instalaiile de transportat au lungimea care acoper ntreaga distan de transport, vehiculele de transport, care nu au un flux continuu de material, nu pot face parte din categoria instalaiilor de transportat, n sensul definiiei de mai sus. 1.1.Clasificarea mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat. La clasificarea mainilor de ridicat, n vederea unificrii denumirilor, sistematizrii i codificrii lor, acestea sunt cuprinse n grupele principale de produse 381 i 382. Astfel, grupa 381 se refer la poduri rulante i macarale, iar grupa 382 se refer la utilajele de ridicat, transportat i manipulat, altele dect podurile rulante i macaralele. Exist o multitudine de criterii dup care se pot clasifica mainile de ridicat, dar din punct de vedere tehnic poate fi considerat satisfctoare clasificarea dup criteriul complexitii i al numrului micrilor de lucru, n raport cu care avem trei grupe: mecanisme simple de ridicare; ascensoare i platforme ridictoare de lucru; 4 macarale. Mecanismele de ridicare asigur efectuarea unei singure micri de deplasare a sarcinii, de regul pe vertical (ridicare-coborre), uneori pe o traiectorie nclinat sau orizontal (la tractarea sarcinilor). Acionarea acestor mecanisme se realizeaz fie manual, fie cu ajutorul unor motoare termice sau electrice, iar detalierea clasificrii lor este urmtoarea: Mecanisme simple de ridicat: a. vinciuri: - cu urub; - cu cremalier; - hidraulice; b. palane: - cu cablu; - cu lan; c. trolii: - reversibile (cu cuplaj permanent); - nereversibile (cu ambreiaj); - cabestane i trolii cu friciune d. tirfoare; e. platforme de ridicare: - mecanice cu urub; - hidraulice. De menionat este faptul c aceste mecanisme sunt utilizate fie ca mecanisme independente (din ce n ce mai rar), fie intr n componena macaralelor sau a mainilor de ridicat complexe. Ascensoarele sunt instalaii de ridicat pe vertical a materialelor i a persoanelor, prin intermediul unei platforme sau cabine ghidate, acionate cu ajutorul unui motor. Platformele ridictoare de lucru sunt destinate lucrului la nlime a mai multor muncitori, fie n scop tehnologic, fie pentru diverse intervenii. Platformele tehnologice sunt instalaii stabile, care necesit montare la locul de funcionare, n timp ce platformele de intervenie sunt montate pe maini mobile, avnd de regul o singur micare, anume cea de ridicare-coborre. Platformele de intervenie mai pot efectua i o micare de rotaie. Detalierea clasificrii lor este urmtoarea: Platforme ridictoare de lucru: a. nedeplasabile (tehnologice): - pe cremalier; - cu ghidare pe cablu; - suspendate cu cablu; b. deplasabile (de intervenie): - cu prghii articulate tip foarfece; - cu brae articulate; - telescopice; - cu urub. Macaralele sunt maini de ridicat complexe, care dispun de unul sau mai multe mecanisme, prin intermediul crora realizeaz micrile de deplasare a sarcinii, o clasificare nelimitativ fiind urmtoarea: Macarale: a. cu bra: nedeplasabile: - de bord; - de perete; - de planeu; - pe fundaie; 5 - Derrick; deplasabile: - turn; - pe pneuri; - pe enile; - pe autocamion; - automacarale; - lansatoare de conducte; - de cale ferat; - portuare; - plutitoare; b. rulante: - poduri transbordare; - poduri rulante; - macarale portal; - macarale semiportal; - macarale consol; c. funiculare: - nedeplasabile; - deplasabile; d. alte tipuri. Macaralele cu bra sunt caracterizate printr-un bra, de regul rotitor n jurul unei axe verticale, astfel nct cmpul de aciune al macaralei este de forma unui cilindru. Ca micri posibile avem ridicarea-coborrea sarcinii, rotirea braului, nclinarea sau bascularea braului ori deplasarea dispozitivului de prindere n lungul braului (cnd acesta este orizontal), prezena unui mecanism de deplasare a macaralei mrind considerabil cmpul de aciune al acesteia. Bascularea braului i deplasarea ntregii macarale pot fi concepute ca micri posibil a fi efectuate cu sarcin sau fr sarcin, caz n care macaraua i schimb doar poziia de lucru. Macaralele rulante au particularitatea c, prin intermediul micrilor de translaie reciproc perpendiculare, dispozitivul de suspendare are acces ntr-un cmp de aciune de form paralelipipedic. Funicularele sunt macarale la care cruciorul de care este suspendat dispozitivul de ridicare a sarcinii se deplaseaz pe unul sau mai multe cabluri purttoare, ntinse ntre dou structuri de ancorare fixe sau deplasabile. Din definiie, mainile de ridicat acioneaz dup o succesiune de cicluri de lucru, fiecare ciclu fiind alctuit din operaii de ridicare, deplasare i coborre, urmate de pauze mai lungi sau mai scurte. Prin urmare, mainile de ridicat pot fi de tipul cu funcionare periodic sau intermitent. Instalaiile de transport continuu se pot grupa dup caracteristicile constructive astfel: a. transportoare: constituie grupa principal i asigur un flux continuu de sarcini individuale sau vrac; b. instalaii de transbordare: sunt acele echipamente deplasabile cu aciune continu, adaptate ncrcrii i descrcrii materialelor vrac sau sarcinilor individuale; c. dispozitive auxiliare: acestea nu se folosesc independent la deplasarea sarcinilor, fiind ns necesare la buna funcionare a celorlalte dou grupe de instalaii de transport continuu. Transportoarele, n funcie de construcie , se mpart n dou grupe mari: transportoare cu organ flexibil de traciune: - transportoare cu band; - transportoare cu plci; - transportoare cu lanuri portante; - transportoare cu crucioare; - transportoare cu raclete; 6 - transportoare cu cupe; - transportoare cu leagne; - transportoare cu cabluri portante; - transportoare suspendate; - elevatoare transportoare fr organ flexibil de traciune: - transportoare cu rulouri; - transportoare cu melc; - transportoare oscilante; - transportoare pneumatice; - transportoare hidraulice; - transportoare gravitaionale. Din categoria instalaiilor de transbordare se pot aminti transportoarele deplasabile, ncrctoarele mecanice, trimerele (transportoare arunctoare), transportoare montate pe autovehicule. Dispozitivele auxiliare includ n componena lor buncrele, alimentatoarele, nchiztorii, dispozitive de descrcat buncrele, cntarele. Pentru asigurarea transportului de materiale, semifabricate i produse finite, n practic se mai utilizeaz maini de transportat fr ine. n aceast categorie sunt incluse crucioarele acionate manual sau mecanic, motocarele, electrocarele i mainile de stivuit. Fig. 1.1. Schema constructiv a unei maini de ridicat de tip pod rulant: 1- sarcina de ridicat; 2- crlig de suspendare; 3- mufl liber; 4- rol cablu; 5- cablu de traciune; 6- asiu crucior; 7- reductor; 8- roat de frn; 9- in rulare; 10- mufl fix; 11- cuplaj elastic; 12- electromotor. 7 1.2. Componena mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat Mainile de ridicat i de transportat sunt alctuite din organe cu utilizare general precum organe de asamblare, de transmitere a micrii, lagre, cuplaje, etc. n figura 1.1. este prezentat schema de principiu a unui maini de ridicat i deplasat de tipul podului rulant, n f igura 1.2. schema unei macarale rotitoare staionare, iar n figura 1.3. schema unui transportor cu band. Fig. 1.2. Schema unei macarale rotitoare staionare: 1- palanul (echipamentul de ridicare a sarcinii); 2-bra rotitor; 3- toba de cablu; 4,7- lagre; 5- coloana macaralei; 6- mecanismul de acionare al macaralei. Fig. 1.3. Schema general a unui transportor cu band: 1- band transportoare; 2- role susinere ramur superioar; 3- role susinere ramur de ntoarcere; 4- tob antrenare; 5- tob ntindere; 6- dispozitiv de alimentare; 7- dispozitiv de descrcare; 8- mecanism de ntindere; 9- in culisare; 10- cablu; 11- contragreutate; 12- motor electric; 13- cuplaj elastic; 14- reductor. Pe baza acestor scheme constructive se va analiza componena mainilor de ridicat i de transportat, grupate pe urmtoarele categorii: organe flexibile pentru ridicare i traciune; organe pentru ghidarea i acionarea cablurilor i a lanurilor; organe i dispozitive pentru apucarea i suspendarea sarcinilor; echipamente de blocare i frnare; echipamentele instalaiilor de transportat. 1.3. Parametrii tehnici principali ai mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat n vederea proiectrii i exploatrii mainilor i instalaiilor de ridicat i de transportat, este necesar cunoaterea principalilor parametri tehnici ai acestora care, n funcie de procesul 8 de lucru, se pot grupa astfel: parametrii mecanismelor i mainilor de ridicat i parametrii instalaiilor de transportat. 1.3.1. Parametrii tehnici principali ai mecanismelor i mainilor de ridicat Sarcina nominal, este valoarea maxim a greutii ce poate fi admis pentru a fi ridicat de ctre mecanismul sau maina de ridicat, n cazul funcionrii n anumite condiii de lucru (n funcie de grupa de funcionare) i se determin cu relaia: uQQQ += 0 (1.1.) n care Q0 este greutatea echipamentului de suspendare, n kN; Qu sarcina util, n kN. Sarcina util reprezint valoarea maxim a greutii ce poate fi preluat, dup caz, de dispozitivul de prindere a sarcinii, dispozitivul de legare sau de ctre dispozitivul de ridicare. Gama capacitilor de ridicare este indicat n STAS 6451-78, iar gama capacitilor de ridicare pentru fiecare tip de mecanism i main de ridicat este precizat n STAS 2844-90. nlimea de ridicare, reprezint distana maxim, msurat pe vertical dintre poziiile limit inferioar i superioar a axei dispozitivului principal de suspendare (crlig, ochet) sau de apucare a sarcinii. n funcie de necesitile tehnologice nlimea de ridicare poate avea valori cuprinse n intervalul 3,2-50 m. Distana de deplasare, se stabilete n funcie de necesitile tehnologice i de timpii de circulaie i de pauz. n cazul unui pod rulant distana de deplasare poate atinge valori de 60-80 m. Momentul nominal, reprezint valoarea maxim a produsului dintre masa sarcinii nominale i raza de aciune, exprimat n mt : max)max( RQRQM == (1.2.) Valoarea produsului este limitat fie din condiia de stabilitate la rsturnare a macaralei, fie din condiia de rezisten a elementelor structurale. Prin raz de aciune se nelege distana de la axa de rotaie a macaralei, pn la axa crligului de suspendare sau a dispozitivului de prindere a sarcinii. Mrimile cinematice, sunt reprezentate de vitez i acceleraie. n funcie de complexitatea mainii de ridicat se definesc urmtoarele viteze: viteza de lucru v, depinde de mrimea sarcinii i regimul de lucru i are valorile: - ntre 2 - 30 m/min vitez de ridicare, pentru sarcini cuprinse ntre 10 - 500 kN; - ntre 0,6 - 6,3 m/min vitez de ridicare, pentru sarcini cuprinse ntre 500 - 3200 kN; viteza de translaie pentru crucioare, care pentru regim mediu i uor are valori cuprinse ntre 12,5 - 32 m/min; viteza de translaie pentru poduri rulante i macarale, care pentru regim mediu i uor are valori cuprinse ntre 20 - 100 m/min; viteza de rotire, calculat ca viteza periferic a sarcinii pentru deschiderea maxim, corespunznd unei turaii n = 2 - 4 rot/min, are valori cuprinde ntre 40 250 m/min; viteza de variaie a deschiderii braului, poate avea valori cuprinse ntre 6,3-80 m/min. Acceleraia se determin experimental, valorile maxime fiind cele care stau la baza dimensionrii motoarelor electrice n faza de pornire i a frnelor n faza de oprire. Se recomand pentru faza de demaraj acceleraii cu valori de 0,5-7 m/s2, iar pentru faza de frnare valori de 0,45-0,9 m/s2. Fig. 1.4. Domeniul de lucru o dreapt 9 Domeniul de lucru al mainilor de ridicat difer n funcie de construcia i gradul de complexitate al acestora i poate fi o dreapt pentru un troliu de ascensor (fig. 1.4.), o suprafa pentru o grind fix (fig. 1.5.) sau o macara cu deschidere fix (fig. 1.6.), respectiv un volum pentru un pod rulant (fig. 1.7.) sau pentru o macara turnant cu deschidere variabil (fig. 1.8.). Durata relativ de lucru, se definete cu relaia: 100=TtD efa (1.3.) unde numrtorul reprezint suma timpilor efectivi de lucru, iar T este durata unui ciclu, care n mod convenional nu depete 10 minute. Durata unui ciclu este suma timpilor efectivi de lucru i a timpilor de pauz. Sarcina relativ de lucru, definit prin relaia: 100=QnQnS iiR (1.4.) n care ni este numrul de curse efectuate cu sarcina Qi; n- numrul total de curse; Q- sarcina nominal. Fig. 1.5. Domeniul de lucru o suprafa plan Fig. 1.6. Domeniul de lucru o suprafa circular Clasa de utilizare a unei maini de ridicat este determinat de timpul de funcionare mediu zilnic prevzut pentru aceasta, exprimat n ore (tabelul 1.1.). Starea de solicitare, precizeaz msura n care maina de ridicat este supus la solicitri maxime (datorit sarcinii nominale), respectiv la solicitri mai mici (datorit sarcinilor mici). Din punct de vedere al solicitrii, mainile de ridicat se mpart n trei grupe: L1, maini de ridicat care nu sunt supuse la solicitri maxime dect n mod excepional, curent fiind supuse la solicitri inferioare; 10 L2, maini de ridicat care sunt supuse n durat aproape egal la solicitri uoare, medii i maxime; L3, maini de ridicat care sunt supuse tot timpul la solicitri apropiate sau egale cu solicitrile maxime. L4, maini de ridicat supuse curent la solicitri maxime. Fig. 1.7. Domeniul de lucru un paralelipiped Tabelul 1.1. Clasele de utilizare ale mainilor de ridicat Clasa de utilizare Timpul de funcionare mediu zilnic, ore Durata de serviciu total, ore Observaii T0 0,125 200 T1 0,125 0,25 400 T2 0,25 0,5 800 T3 0,5 1 1600 Utilizare ocazional T4 1 2 3200 Utilizare n regim uor T5 2 4 6300 Utilizare n regim intermitent T6 4 8 12000 Utilizare n regim mediu T7 8 16 25000 T8 16 50000 T9 16 peste 50000 Utilizare intensiv Grupele de funcionare ncadreaz mainile de ridicat n funcie de clasa de utilizare i starea de solicitare n opt regimuri, care sunt prezentate n tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Grupele de funcionare ale mainilor de ridicat Clasa de utilizare T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Starea de solicitare Grupa de funcionare L1 M1 M1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L2 M1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L4 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 1.3.2. Parametrii tehnici principali pentru instalaiile de transportat Productivitatea, exprim cantitatea de material transportat n unitatea de timp i este dat de relaia: vqQ = 6.3 , n t/h (1.5.) n care q este sarcina liniar, n kg/m; v- viteza de naintare a materialului, n m/s. n calcule se va lua o productivitate care depinde de gradul de neuniformitate: kQQ mediucalcul = (1.6.) unde k este coeficientul de neuniformitate, (k = 1,1..1,25). 11 Granulaia materialului vrsat, se determin cu ajutorul diagramelor i depinde de natura acestuia. Greutatea volumetric, reprezint greutatea materialului vrsat dintr-un volum unitar i se exprim n kN/m3. Unghiul taluzului natural, n repaus sau n micare al materialului, reprezint unghiul dintre generatoarea conului de material vrsat, care se depune liber pe o suprafa plan orizontal i acea suprafa. Acest unghi este egal cu unghiul de frecare interioar a materialului i depinde de natura materialului n vrac. 1.4. Caracteristicile materialelor transportate n agricultur i industria alimentar Exist o gam divers de materiale i produse care se vehiculeaz att n agricultur, ct i n industria alimentar. n funcie de modul de prezentare, acestea se pot grupa n: materiale n vrac; materiale n ambalaje (saci, cutii, ldie, baloi etc.); materiale paletizate i containerizate. n domeniul agricol, dar ntr-o mare msur i n industria alimentar, materialele supuse transportului sunt de tipul n vrac. Cu toate acestea, la alegerea tipului de instalaie de transportat nu este suficient clasificarea de mai sus, fiind necesar mprirea lor n funcie de natura acestora, respectiv cereale (sub form de boabe sau mcini), bulboase, rdcinoase, legume, fructe, struguri, tuberculifere, paie, fn, coceni, ngrminte chimice, amendamente, gunoi de grajd, furaje verzi i nsilozate, etc. O categorie aparte o constituie lichidele, ca o grup alctuit din lichidele tehnologice (apa, soluii diverse pentru combatere duntori i igienizare), lichidele alimentare, respectiv combustibilii lichizi. Din grupa sarcinilor individuale se pot meniona animalele i psrile care sunt supuse procesului de abatorizare n linii tehnologice automatizate. Spre deosebire de alte sarcini care sunt caracterizate prin numr, greutate, dimensiuni sau poziie n timpul transportului, materialele vrsate prezint o serie de caracteristici speciale, importante pentru construcia mainilor de transportat. Granulaia. Este important s se cunoasc procentajul n material al granulelor de diferite mrimi. Pentru aceasta, prin analiza granulometriei se stabilete diagrama granulometric a materialului. Fiecare material este caracterizat printr-o granulaie caracteristic: n cazul materialului sortat se consider ca fiind: 2minmax' aaa+= , n mm. (1.7.) n cazul materialelor amestecate: max' aa = , dac fraciunea ntre 80-100 % din amax reprezint mai mult de 10 %; max' 8,0 aa = , dac fraciunea de mai sus reprezint sub 10 % Masa volumetric. Se nelege masa de material vrsat liber, ntr-un volum egal cu unitatea. Se noteaz cu i se exprim n t/m3. Masa specific s a unui material vrsat reprezint masa unitii de volum dintr-o granul a materialului. Frecarea intern i unghiul taluzului natural. Prin curgerea liber a unei cantiti de material pe o suprafa, acesta se va aeza sub forma unui con, ale crui laturi sunt nclinate totdeauna, pentru un anumit material, la acelai unghi fa de orizontal (fig. 1.8.). Acesta este unghiul de taluz natural n repaus. 12 Taluzul natural lund natere prin alunecarea granulelor pe suprafaa nclinat format tot de granule, unghiul va fi n cazul n cazul unui material ideal (format din granule mici i egale) egal cu unghiul frecrii interioare o a materialului. Mrimea 00sin1sin1+=k se numete coeficient de mobilitate al materialului i este important n calculul buncrelor i a nchiztoarelor. Fig. 1.8. Unghiul taluzului natural Unghiul taluzului natural n micare are valori mai mici dect cel n repaus datorit forelor care acioneaz asupra materialului i a oscilaiilor suportului pe care acesta se afl. Coeficientul de frecare al materialelor vrsate pe alte materiale precum oel cauciuc, lemn, este necesar pentru calculul instalaiilor de transportat i va avea dou valori: un coeficient de frecare n repaus, tg= ; un coeficient de frecare n micare, mm tg = . Tabelul 1.3. Caracteristicile fizico-mecanice ale unor materiale in vrac Coeficient de frecare pe: Masa volumetric (kg/m3) Viteza critic de plutire (m/s) Unghiul taluzului natural (o) oel lemn cauciuc Gru 730-850 8,5-11,5 23-38 0,50 0,54 0,57 Secar 670-750 8,5-10,1 23-36 0,58 0,62 0,66 Orz 480-680 8,4-10,8 28-40 0,58 0,63 0,68 Ovz 320-550 8,1-9,2 31-44 0,58 0,68 0,75 Soia 640-730 9,0-15,5 24-32 0,26 0,31 0,38 Mazre 680-780 10,8-16,1 20-28 0,26 0,32 0,35 Porumb 600-850 12,5-14,0 30-40 0,42 0,47 0,51 Floarea-soarelui 285-490 4,0-8,7 31-45 0,44 0,52 0,59 Fasole 680-840 7,2-16,5 22-33 0,40 0,45 0,48 Orez 510-630 8,0-11,5 21-36 0,45 0,59 0,51 Cartof 570-690 - 30-38 0,51 0,55 0,58 Morcov 460-540 - 32-45 0,58 0,62 0,66 Tomate 550-680 - 27-32 0,50 0,65 0,72 Castravei 460-540 - 33-41 0,36 0,41 0,53 Sfecl de zahr 580-690 - 35-45 0,54 0,63 0,71 Rapi 520-600 6,8-9,5 20-28 - - - Neghin 589-670 6,9-9,8 - - - - Mzriche 520-610 14,5-16,7 - - - - Semine buruieni 450-680 4,6-7,3 - - - - Paie tocate 12-16 5,1-6,3 - 0,26 0,32 0,37 Pleav 13-17,6 0,67-3,2 - 0,33 0,38 0,43 Spic fr boabe 3,3-5,8 - 0,25 0,30 0,38 Fina 450-660 35-45 0,68 0,75 0,85 Tre 180-440 33-48 0,31 0,33 0,40 Gunoi de grajd 700-1100 - 65-72 1,68 1,80 1,90 ngrminte minerale 800-1500 - 43-55 0,52 0,58 0,61 Piatr de var 1200-1500 - 0,66 0,75 0,82 n tabelul 1.3. sunt prezentate unele caracteristici fizico-mecanice pentru cele mai uzuale materiale n vrac, transportate n domeniul agroalimentar. Valorile sunt utile n alegerea tipului de transportor i a regimului de lucru, ele depinznd n mare msur de umiditatea materialului. 13 Abrazivitatea este caracteristica materialului vrsat de a produce uzura pereilor solizi cu care intr n contact i ea depinde de duritatea materialului, forma i caracterul suprafeei granulelor. Alte caracteristici de care trebuie s se in seama la proiectarea instalaiilor de transportat sunt: proprietatea de a se aglomera, modificndu-i granulometria; fragilitatea, datorit creia se produc fraciuni mici; capacitatea de a nghea, formnd blocuri sau de a se lipi de perei; agresivitatea chimic; posibilitatea de a forma cu aerul amestecuri explozive; toxicitatea materialului sau posibilitatea de a fi infectat n timpul transportului. 14 II. MAINI DE RIDICAT Mecanismele i mainile de ridicat se prezint ntr-o mare diversitate de tipuri constructive. Cu toate acestea, pe lng organele de maini cu ntrebuinare general, se regsesc o serie de organe specifice, a cror construcie este prezentat n cele ce urmeaz. 2.1. Organe flexibile pentru ridicare i traciune Organele de ridicare i traciune fac legtura cinematic ntre organul de acionare i organul de lucru (de suspendare sau apucare a sarcinii), transformnd, totodat, micarea de rotaie a organului de acionare ntr-o micare de translaie a organului de lucru. Din grupa organelor flexibile pentru ridicare i traciune fac parte frnghiile, cablurile din oel, lanurile sudate i lanurile cu eclise i boluri. 2.1.1. Frnghiile Frnghiile folosite ca organe flexibile sunt alctuite prin mpletirea a trei sau mai multor toroane (fig. 2.1.), fiecare toron fiind format prin rsucirea mai multor fire de in sau cnep, cu lungimi mari. Pentru a micora tendina de dezrsucire a frnghiei, sensul de cablare a acesteia este invers sensului de rsucire a toroanelor, iar acesta este invers sensului de rsucire a firelor. Pentru a micora sensibilitatea la umezeal, frnghiile se impregneaz cu gudroane, caz n care scade i sarcina la rupere a lor, ca efect al creterii greutii proprii. Utilizarea frnghiilor este limitat la unele mecanisme de ridicare cu acionare manual i folosire ocazional. Calculul unei frnghii ca organ flexibil de traciune const n determinarea diametrului ei (cercul circumscris seciunii transversale), din condiia de rezisten la traciune: Fig. 2.1. Seciune trans- versal prin frnghie adF=42 (2.1.) n care este efortul unitar din frnghie, n N/mm2; F fora de traciune care acioneaz asupra frnghiei, n N; d diametrul frnghiei, n mm; a rezistena admisibil la traciune, n N/mm2. Pentru a limita solicitrile suplimentare la ncovoiere care apar la nfurarea frnghiei pe role sau tobe de acionare, se recomand ca diametrul acestora s fie mai mare cu 7-10 ori dect diametrul frnghiei. 2.1.2. Lanuri sudate Lanurile sudate sunt alctuite dintr-o succesiune de elemente identice numite zale, confecionate din bare de oel rotund, ndoite i sudate cap la cap pe zona rectilinie a zalei (fig. 2.2.a.). Dimensiunile caracteristice ale lanului sunt diametrul zalei d, limea zalei b i pasul lanului p. n unele construcii se folosete lanul asamblat prin nituri (fig. 2.2.b.) Clasificarea lanurilor sudate se poate face dup mrimea abaterilor de fabricaie i dup mrimea relativ a pasului. Dup primul criteriu deosebim: 15 Fig. 2.2. Construcia lanului: a- sudat; b- nituit lanuri necalibrate, la care abaterile pasului i limii zalei fa de valorile nominale sunt de 10%; lanuri calibrate, la care abaterile pasului i limii zalei fa de valorile nominale sunt de 3% pentru pasul zalei i de 5% pentru lime. n funcie de cel de-al doilea criteriu de clasificare se disting: lanuri cu zale scurte, la care dp )3.......5,2(= ; lanuri cu zale lungi, la care dp = 5,3 . Calculul unui lan sudat folosit ca organ flexibil pentru ridicare const n determinarea diametrului din condiia de rezisten: adF =422 (2.2.) n care este efortul unitar efectiv din zala lanului, N/mm2; F fora de traciune din lan, N; d diametrul lanului, mm; a rezistena admisibil la traciune a materialului din care este confecionat lanul, N/mm2 . 2.1.3. Lanuri cu eclise i boluri (lanuri Galle) Lanurile cu eclise i boluri, n funcie de mrimea relativ a pasului, se pot clasifica astfel: lanuri cu zale scurte (lan Galle construcie grea): - tip I, pentru transmisii; - tip II, pentru traciune fr boluri de prindere; - tip III, pentru traciune cu unul sau mai multe boluri de prindere; lanuri cu zale lungi (lan Galle construcie uoar). Eclisele pot fi plate (fig. 2.3.a.) sau profilate (fig. 2.3.b.), iar bolurile de prindere i de legtur au prevzute la capete aibe i cuie spintecate pentru asigurare. n funcie de sarcina de ridicat, lanul poate avea un numr de pn la 12 eclise pe un bol. Ca urmare a vitezei de lucru reduse (nu trebuie s depeasc 0,25 m/sec), a greutii proprii mari, lipsa flexibilitii n planul axelor bolurilor care, la o eventual ncovoiere poate duce la distrugere, lanurile cu eclise i boluri au o utilizare restrns. Calculul laului presupune dimensionarea elementelor caracteristice, eclise i boluri, din condiia de rezisten. Fiind greoi i imprecis, acest calcul s-a nlocuit cu calculul valorii necesare a sarcinii de rupere a lanului, pe baza creia se face alegerea lui din STAS (n standard este precizat valoarea sarcinii minime de rupere pentru fiecare tip de lan): 16 Fig. 2.3. Construcia lanurilot cu eclise i boluri FcFr = (2.3.) n care F este fora de traciune care acioneaz asupra lanului, n N; c- coeficient de siguran la traciune (c = 5.10). 2.1.4. Cabluri din oel Sunt confecionate prin mpletirea unor srme trase din oel carbon cu coninut mediu n carbon. De regul, srmele de oel sunt nfurate n jurul unei inimi, confecionat din diferite materiale n funcie de condiiile de exploatare. Toronul (fig. 2.4.) este elementul component al cablului constituit prin mpletirea unor srme de oel cu diametrul cuprins ntre 0,5-6 mm. Fig. 2.4. Seciune printr-un Fig. 2.5. Seciune prin cabluri simple: a- deschis; b- toron seminchis; c- nchis. n funcie de numrul nfurrilor n elice a srmelor, cablurile din oel se pot grupa dup cum urmeaz: cabluri simple (fig. 2.5.), formate dup regula 1+6=7 (un fir central n jurul cruia sunt nfurate un strat de 6 srme de acelai diametru cu firul central), 1+6+12=19 (n jurul unui fir central sunt nfurate dou rnduri de srme n sensuri diferite, toate avnd acelai diametru), 1+6+12+18=37, 1+6+12+18+20=61; denumirea lor vine de la faptul c fiecare srm este nfurat o singur dat n jurul axului cablului; cabluri duble (fig. 2.6.), alctuite, de regul, din ase cabluri simple (toroane) nfurate n jurul unei inimi; denumirea este dat de faptul c n afara srmelor centrale ale toroanelor, toate celelalte srme componente sunt de dou ori nfurate n elice, odat n jurul axei toronului, iar a doua oar mpreun cu toronul n jurul axei cablului; dup destinaie cablurile duble pot fi: compuse de construcie normal, compuse flexibile, de construcie combinat, de construcie concentric; 17 cabluri triple (fig. 2.7.), alctuite, de regul din ase cabluri duble, nfurate n jurul unei inimi; n afara srmelor centrale ale toroanelor cablurilor duble componente, toate celelalte srme sunt nfurate de trei ori n elice. Fig. 2.6. Cablu dublu compus de Fig. 2.7. Seciune transversal printr-un de construcie normal cablu triplu n construcia mainilor de ridicat sunt utilizate aproape exclusiv cablurile duble, astfel c ele vor fi prezentate n cele ce urmeaz. Clasificarea cablurilor duble se poate face dup mai multe criterii, dintre care unele standardizate: dup forma seciunii transversale: - cabluri rotunde, sunt cablurile a cror seciune transversal poate fi circumscris unui cerc; - cabluri plate (fig. 2.8.), la care seciunea este de form dreptunghiular, constituit din mai multe cabluri aezate n acelai plan i cusute mpreun; dup forma seciunii transversale: - cu toron rotund (fig. 2.9.a); - cu toron triunghiular (fig. 2.9.b); - cu toron oval (fig. 2.9.c); dup materialul inimii cablului: - cu inim vegetal (fibre de cnep); - cu inim sintetic (fibre sintetice); - cu inim metalic (srme din oel; - cu inim mineral (azbest); dup numrul straturilor de toroane: - cabluri normale, cu un singur strat de toroane; - cabluri concentrice, cu dou sau mai multe straturi de toroane. dup numrul straturilor de srme dintr-un toron, pot fi cu 1, 2, 3 i 4 straturi; dup felul contactului ntre srmele unui toron: - cabluri obinuite, cnd srmele au toate acelai diametru, iar cele dintr-un strat al unui toron sunt tangente att ntre ele, ct i cilindrului circumscris stratului precedent interior, realiznd un contact punctiform i un pas de nfurare mai mare dect n stratul interior; - cabluri de tip compound, la care toroanele sunt alctuite din srme cu diametre diferite, astfel nct s se obin acelai pas pentru srmele din dou straturi alturate ale unui toron, caz n care se obine un contact liniar ntre ele; n figura Fig. 2.8. Cablu plat 2.10 sunt prezentate construciile cablurilor duble compound de tip Seale, Warington i Filler; 18 Fig. 2.9. Tipuri de toroane Fig. 2.10. Cabluri duble compuse de construcie combinat dup felul acoperirii suprafeei srmelor: - srm mat; rezultat n urma procesului de tragere; - srm zincat; suprafaa acoperit cu in strat de zinc; - srm cositorit; suprafaa acoperit cu un strat de cositor; dup sensul de nfurare sau cablare a srmelor i toroanelor; - cabluri sau toroane dreapta, respectiv nfurare Z (fig. 2.11.a); - cabluri sau toroane stnga, respectiv nfurare S (fig. 2.11.b); dup poziia reciproc a sensului de nfurare a cablului i a toronului: - cabluri cu nfurare paralel dreapta sau stnga, la care sensul de nfurare a srmelor din toron este acelai ca i sensul de cablare a toroanelor; - cabluri cu nfurare n cruce dreapta sau stnga, la care sensul de nfurare a srmelor este invers sensului de nfurare a toroanelor; - cabluri cu nfurare mixt, la care sensul de cablare a unui toron este invers sensului de cablare al srmelor toroanelor alturate; dup valoarea rezistenei la rupere a srmei: - cabluri de calitatea I-a (r = 1200 N/mm2); - cabluri de calitatea a II-a (r = 1400 N/mm2); - cabluri de calitatea a III-a (r = 1800 N/mm2); Diametrul srmelor din care se pot confeciona cablul este de: la cablurile simple: d = 0,2-5,1 mm, pentru diametrul cablului de 1,0 - 45 mm; la cablurile duble i triple: d = 0,2-4,2 mm, pentru diametrul cablului de 2 - 68 mm. Fig. 2.11. Sensuri de cablare 19 n general, se prefer utilizarea cablurilor normale de tip compound, cu forma seciunii transversale rotund, cu srm mat (zincat doar pentru lucrul n medii corozive), de calitatea a III-a, cu nfurare mixt. Pentru calculul cablurilor din oel sunt considerate ca elemente principale urmtoarele: diametrul Dc, care este diametrul cercului circumscris seciunii transversale prin cablu; pasul de cablare pc, este distana msurat paralel cu axa cablului ntre dou puncte consecutive n care un toron ntlnete aceiai generatoare a cilindrului corespunztor ( ccc DKp = , unde Kc este un coeficient de multiplicare la cablare); unghiul de cablare c, este unghiul dintre axa cablului i tangenta la elice. n timpul lucrului cablurile sunt supuse la solicitri complexe de ntindere, compresiune local, ncovoiere, rsucire i oboseal. Pentru simplificarea calculelor, dimensionarea se face n funcie de sarcina sau fora de rupere, iar verificrile se fac la solicitare compus (traciune-ncovoiere) i la durabilitate. Fora de rupere a cablului din oel se determin cu relaia: cFFr = , n N (2.4.) unde F este fora de traciune din ramura cablului; c coeficient de siguran la traciune. n baza acestei relaii se alege din STAS-ul corespunztor diametrul cablului. Deoarece n realitate srmele cablului nu sunt solicitate doar la traciune, sarcina de rupere efectiv erF trebuie s fie mai mic dect cea teoretic trF ( 88.088.0cFFFertr== ). Verificarea la solicitare compus const n limitarea efortului unitar maxim ce apare n srmele cablului, la valoarea rezistenei admisibile a oelului din care este confecionat srma, determinnd valoarea necesar a ariei seciunii transversale a cablului, pe baza creia se realege eventual cablul: craittot =+= , n N/mm2 (2.5.) unde t este efortul unitar produs de solicitarea la traciune; i efortul unitar produs de solicitarea la ncovoiere; a rezistena admisibil a materialului srmelor; r rezistena la rupere a srmelor; c coeficient de siguran (c = 3,5-4,5). n ipoteza distribuirii uniforme a forei de traciune pe seciunea transversal a cablului, efortul unitar la traciune este: AFt = (2.6.) unde A este aria seciunii transversale a cablului, n mm2. Pentru determinarea efortului unitar la ncovoiere se consider o srm izolat, nfurat pe un organ de ghidare sau de acionare (fig. 2.12.). Lungimea fibrei exterioare AB este: +=2' Dl (2.7.) n care D este diametrul organului de ghidare; diametrul srmei; unghiul de nfurare. Lungimea nainte de ncovoiere era: +=22Dl (2.8.) n aceste condiii alungirea srmei este: Fig. 2.12. ncovoierea cablului 20 DDlll +==222' (2.9.) Pe baza legii lui Hooke efortul unitar corespunztor este: DEEi == (2.10.) unde E este modulul de elasticitate al srmei, n N/mm2. Relaia de mai sus se corecteaz cu coeficientul = 3/8 care ine cont de faptul c ncovoierea se poate face n acelai sens sau n sensuri diferite, pe diverse role. Se obine astfel: cDEAF rtot += (2.11.) de unde rezult aria necesar: DEcFAr , n mm2 (2.12.) Verificarea la durabilitate a cablurilor se face cu relaia : NdDcccNZDtru185,8 210==, n ani (2.13.) unde Zr este numrul de ndoituri pn la rupere, determinat experimental; c1 coeficient ce ine cont de calitatea srmei; c2 coeficient ce ine cont de diametrul cablului; N numrul de ndoiri pe an al cablului, n funcie de schema de montaj i durata funcionrii; d diametrul cablului, n mm. Diametrul primitiv al organelor de ghidare i acionare se recomand a fi: dkkD 21 (2.14.) n care k1 este un coeficient ce ine seama de tipul mainii de ridicat; k2 coeficient ce ine seama de construcia cablului. Legarea cablurilor este o operaie important i se face n funcie de utilizarea acestora: ochet matisat (fig. 2.13.a), unde partea liber a cablului se solidarizeaz cu ochetul prin matisare; manon turnat (fig. 2.13.b), unde captul liber este despletit i nglobat ntr-o mas de plumb solidificat; manon cu pan (fig. 2.13.c); cu cleme de fixare (fig. 2.13.d). cu dispozitive tip msea (fig. 2.13.e). 21 Fig. 2.13. Moduri de fixare a cablurilor 2.2. Organe pentru ghidarea i acionarea cablurilor i a lanurilor Organele de ghidare sunt concepute s serveasc drept reazeme ale organului flexibil, n acele punctele unde este necesar s se realizeze o modificare a traseului acestuia. Organele de acionare a cablurilor i a lanurilor sunt destinate transmiterii micrii ctre organul flexibil de ridicare i sunt de tipul roi de acionare i tobe de acionare. Organele pentru ghidare, dup destinaia lor, se mpart n: role pentru cabluri de oel, turnate sau construcie sudat; role cu locauri pentru lanuri sudate; roi de lan pentru lanuri cu eclise i boluri. Rolele pentru cabluri se pot executa turnate din font cenuie i mai rar font maleabil sau cu grafit nodular, sau se pot executa turnate din oel, fiind mai avantajoase din punct de vedere al duratei de exploatare. Destul de des, utilizate sunt rolele realizate din construcii sudate (fig.2.14.) fiind mult mai uoare i cu o structur de rezisten superioar Fig. 2.14. Rol de cablu sudat Fig. 2.15. Profilul rolei de cablu n funcie de diametrul cablului din oel se stabilesc elementele geometrice ale profilului rolei (tabelul 2.1.), iar cu relaia (2.14.) diametrul primitiv al rolei. 22 anul n care ptrunde cablul din oel (fig. 2.15.) trebuie s realizeze o suprafa mare de contact cu cablul, s nu permit nepenirea cablului pe rol i s permit realizarea unor abateri mari ale ramurii sau ramurilor cablului fa de planul rolei, fr atingerea bordurilor acesteia. n majoritatea cazurilor, rolele de cablu se monteaz liber pe ax, ele fiind prevzute cu buce din font sau bronz, iar n condiii grele de ungere, sunt montate pe rulmeni. Tabelul 2.1. Profilul rolelor pentru cabluri din oel Dimensiunile (mm) Diametrul cablului d (mm) a b c h r r1 23 a aceasta se mai adaug i rezistena la deformare a cablului pe rol (fig. 2.17.b.) n punctele de nfurare i desfurare, ca efect al rigiditii organului flexibil. Calculul rolelor const n determinarea forei de acionare F i a randamentului : - calculul mecanic al rolei fixe evideniaz pierderile datorit rigiditii organului flexibil i montajului, rezultnd: QRdQReQFFF =++=+=cos2121 (2.15.) unde Q este sarcina de ridicat; R raza rolei; e abaterea cablului la desprindere; unghiul de abatere; coeficient de frecare la montajul rolei; d diametrul axului; coeficientul de pierdere i are valori de 1,04-1,05 la montajul pe lagre cu alunecare, respectiv de 1,01-1,02 la montajul pe rulmeni. Randamentul rolei fixe va fi: 1= (2.16.) - calculul mecanic al rolei mobile duce la obinerea unor expresii ale forei i randamentului de forma: a. pentru rola amplificatoare de for: +=+=211QF (2.17.) b. pentru rola amplificatoare de spaiu: ( )+=+=121 QF (2.18.) Organele pentru acionare a lanurilor sudate sunt de tipul roilor cu locauri i se execut prin turnare din font sau oel. Obada este prevzut cu locauri z (zmin = 5) n care se aeaz zalele culcate ale lanului, realiznd astfel solidarizarea prin angrenare ntre lan i roat (fig. 2.18.). ntr-o ramur a lanului ce nfoar roata cu 1800 lucreaz fora de rezisten F1, n timp ce cealalt ramur atrn liber. Valoarea teoretic a momentului de torsiune transmis roii cu locauri este: Fig. 2.18. Roat cu locauri 210DFM = (2.19.) unde D este diametrul primitiv al roii. n realitate, datorit deformrii lanului n punctul de nfurare pe roat i a frecrii din lagrul roii, momentul rezistent ce trebuie nvins este: 24 01 2MLDFM r >= (2.20.) L fiind lungimea lanului care se nfoar; randamentul roii (are valori de 0,92-0,93). Dimensionarea roii cu locauri se refer la stabilirea diametrului primitiv i care depinde de pasul lanului p, diametrul zalei d i de numrul de locauri z: 2020 90cos90sin +=zdzpD (2.21.) Pentru z > 9 i d < 16, termenul al doilea din relaia de mai sus se poate neglija i se obine expresia: zpD090sin (2.22.) Pentru acionarea lanurilor cu eclise i boluri se folosesc roi dinate, elementele geometrice i calculele fiind detaliate la capitolul aferent disciplinei de organe de maini. Tobele folosite la antrenarea cablurilor din oel sunt executate din font, oel laminat sau turnat i se pot clasifica dup mai multe criterii, astfel: dup profilul seciunii longitudinale: - tobe cilindrice; - tobe conice; - tobe profilate; dup geometria suprafeei: - tobe netede; - tobe canelate (simple sau duble); Fig. 2.19. Profilul suprafeei tobei Fig. 2.20. Tob canelat simpl i dubl dup felul solidarizrii organului flexibil pe tob: - tobe cu fixare; - tobe cu frecare. Tobele cu suprafaa neted sunt folosite la mecanisme de ridicat simple i cu valori mici ale sarcinii (forei de traciune din cablu). Tobele cu suprafaa exterioar canelat (fig. 2.19.) au prevzute un canal elicoidal pe care se nfoar cablul, ntr-unul sau mai multe straturi. Pentru echipamentele de ridicat se utilizeaz tobe cu suprafa canelat de tipul simple sau duble (fig. 2.20.). 25 Fig. 2.21. Tipul solidarizrii organului flexibil pe tob: a- cu pan nclinat; b- cu pan paralel i uruburi; c- cu plcue de fixare Fixarea captului cablului din oel pe tob trebuie s nu permit desprinderea lui, chiar dac s-au desfurat de pe tob i spirele de rezerv. De asemenea, n punctul de fixare nu trebuie s apar solicitri exagerate menite s produc deteriorarea cablului, iar schimbarea lui s se poat face uor i rapid. Cele mai frecvente moduri de fixare a cablului pe tob sunt prezentate n figura 2.21. Tobele cu frecare (fig. 2.22.) sunt folosite n unele cazuri la acionarea cablurilor din oel, micarea fiind transmis prin frecarea organului flexibil de tob . Principalele elemente geometrice ale tobelor sunt diametrul ( care se determin la fel ca la rolele de ghidare) i lungimea de lucru pe care se nfoar cablul ntr-un singur strat, cu relaia: tnDlKL r += , n mm (2.23.) unde K este un coeficient ce ine seama de felul tobei (K = 1 pentru tobe simple i K = 2 pentru tobe duble); Fig. 2.22. Tobe cu frecare: a- cu o singur tob; b- cu dou tobe; c- cu tob cu diametrul variabil. 26 l lungimea de cablu ce trebuie nfurat pe tob (pentru tobe simple) sau pe o jumtate a tobei, n mm; nr numrul nfurrilor de rezerv ( 2rn ); t pasul anului elicoidal al tobei, n mm. Lungimea de lucru a tobelor cu nfurarea cablului n mai multe straturi se determin cu relaia: ( )[ ] 9,0dzdlzDlL += (2.24.) n care z este numrul straturilor; d diametrul cablul, n mm Valoarea teoretic a momentului de torsiune transmis de toba cu fixare (fig. 2.20.) este: 210DFM = (2.25.) unde F1 este fora de traciune din organul flexibil; D diametrul primitiv al tobei. Ca urmare a deformrii organului flexibil la nfurarea pe tob, dar i a frecrilor din lagre, momentul rezistent ce trebuie nvins este Mr > M0 i anume: 121DFM r = (2.26.) unde este randamentul tobei ( = 0,95 . 0,98). La tobele cu frecare micarea se transmite la organul flexibil prin frecarea dintre tob i cele cteva spire nfurate pe ea. Cnd toba se rotete, o ramur a organului flexibil se nfoar iar cealalt se desfoar, numrul de spire aflate n contact cu toba fiind constant. Momentul de torsiune va fi: ( ) ( )122 21210DFFMDFFM r = 27 unde H este nlimea de ridicare; ip raportul de transmitere prin cablu; n1 numrul de spire de siguran ( 21 n ); n2 numrul spirelor necesare pentru prinderea cablului pe tob (n2= 2 4); l3 lungimea prii din mijloc necanelate. Palanele factoriale sunt dispozitive de transmisie, cu utilizare specific mainilor de ridicat, formate dintr-un ansamblu de role nfurate de un acelai organ flexibil, care realizeaz de obicei o multiplicare a forei organului de acionare, prin repartizarea sarcinii de ridicat pe mai multe ramuri ale organului flexibil, n timp ce fora dezvoltat de organul de acionare este aplicat pe o singur ramur (fig. 2.23.), palane factoriale simple, sau pe dou ramuri (fig. 2.24.), palane factoriale gemene, ale organului flexibil. Un palan simplu este format dintr-un carcas de care se aga sarcina (mufla liber) i un organ flexibil care nfoar succesiv rolele, avnd un capt fixat, de exemplu la o tob simpl montat sus (fig. 2.23.a i b) sau jos (fig. 2.23.c i d) i al doilea capt fixat fie la mufla fix (fig. 2.23.a i c) fie la mufla liber (fig. 2.23.b i d). Un palan gemen poate fi considerat ca provenind din unirea a dou palane simple (fig. 2.24.), iar Fig. 2.23. Scheme de palane simple pentru a egaliza diferenele de alungiri ale ramurilor organului flexibil se folosete o rol de egalizare. Palanele gemene au avantajul c permit, prin construcia lor, ridicarea sarcinii perfect pe vertical, tobele de acionare fiind amplasate numai la partea superioar. Caracteristica principal a unui palan simplu sau gemen este numrul ramurilor portante, a crui alegere se face n funcie de mrimea sarcinii ce trebuie ridicat. Palanele factoriale au scopul de a multiplica fora dezvoltat de organul de acionare al unui mecanism de ridicare. n conformitate cu legea conservrii energiei, viteza de ridicare a sarcinii este corespunztor mai mic dect viteza ramurii de acionare. Palanele pentru multiplicarea forei de acionare se numesc palane cu aciune liber, iar cele pentru multiplicarea vitezei cu aciune invers. Fig. 2.24. Palan gemen 28 Fig. 2.25. Schema desfurat a unui palan simplu Pentru calculul palanelor simple se consider schema desfurat i generalizat a unui palan cu n ramuri portante din figura 2.25. Se numete raport de transmitere raportul dintre greutatea sarcinii de ridicat Q i fora din ramura de acionare ( )01F , n ipoteza lipsei pierderilor prin frecare: ( )nnQQFQi p ===01 (2.33.) Prin urmare, raportul de transmitere al unui palan este egal cu numrul ramurilor portante ale acestuia. Deoarece rotirea rolelor este nsoit de pierderi prin frecare, fora din ramura de acionare are valori diferite, dup cum se efectueaz ridicarea sau coborrea sarcinii. La ridicarea sarcinii, ntre forele din ramurile portante ale palanului exist relaiile: ===========11113134432123321221............................................nnnnn FFFFFFFFFFFFFFFFFFF (2.34.) unde este randamentul unei role. Deoarece Q = F1 +F2+ . +Fn, nlocuind cu relaiile de mai sus se obine: ( )121 .....1 ++++= nFQ (2.35.) de unde: QQFpin ==11111 (2.36.) La coborrea sarcinii, ntre forele din ramurile portante ale palanului exist relaiile: 29 =======1'1'1'3'1'3'42'1'2'3'1'2......................nnnFFFFFFFFFFF (2.37.) Deoarece ''2'1 ........... nFFFQ +++= , nlocuind cu relaiile de mai sus se obine: ( )( )121'1 ............1 ++++= nFQ (2.38.) de unde rezult: QQFppiinn==1111 11'1 (2.39.) Pe baza principiului conservrii energiei se poate scrie: ( ) hQlF =01 (2.40.) n care l este lungimea organului flexibil care se nfoar sau se desfoar; h nlimea de ridicare a sarcinii. Dac se ine cont de relaia (2.33.), se poate scrie: vichil pp == (2.41.) unde c este viteza de nfurare sau desfurare a cablului pe tob; v viteza de ridicare sau coborre a sarcinii. Randamentul palanului la ridicare este dat de relaia: ===111111pippp iiFQcFvQ (2.42.) Randamentul palanului la coborre este dat de relaia: 1'1'11 == ppiippihQlF (2.43.) n cazul palanului factorial simplu cu dou ramuri portante (n = 2), cunoscut sub numele de scripete mobil, relaiile generale stabilite anterior au forma: +=+=+====212111122''11ppQFQFvchl (2.44.) Pentru calculul palanelor factoriale gemene se consider schema desfurat i generalizat din figura 2.26. 30 n acest caz raportul de transmitere, definit ca raportul dintre greutatea sarcinii de ridicat i suma forelor din cele dou ramuri de acionare, n ipoteza lipsei pierderilor prin frecare, este: 2/ni p = (2.45.) Fig. 2.26. Schema desfurat a unui palan gemen Printr-un raionament asemntor celui aplicat la palanul simplu se obin pentru forele din ramurile de acionare a palanului expresiile: ==== '1'11221112211ppiippiiQQFiQQFppp (2.46.) Fig. 2.27. Scheme de palane pentru demultiplicarea forei de acionare 31 Relaiile de calcul pentru cursa i viteza ramurilor de acionare, precum i relaiile pentru calculul randamentului palanului gemen au aceiai form ca i n cazul palanelor simple. Schema unor palane simple cu demultiplicarea forei de traciune sunt prezentate n figura 2.27. Aici fora de traciune va avea valoarea cea mai mic n prima ramur a cablului i valoarea cea mai mare n ramura z+1, z fiind numrul total de role ale palanului. Cteva scheme cu palane duble folosite la macarale, n vederea demultiplicrii forei de traciune, sunt prezentate n figura 2.28. Acestea au ntre patru i zece ramuri portante, sarcina de ridicat variind ntre 25 100 tone, iar randamentul palanului scade de la 0,94, n cazul palanului cu patru ramuri, la 0,87 la palanul cu zece ramuri. Fig. 2.28. Scheme de palane duble demultiplicatoare de for Palanele demultiplicatoare de vitez sunt folosite mai ales la ascensoarele hidraulice i pneumatice, n vederea obinerii unei deplasri mai rapide a sarcinii comparativ cu micarea lent a pistonului de acionare. 2.3. Organe pentru suspendarea i apucarea sarcinilor Sunt organe specifice mainilor de ridicat i au rolul de a prinde sarcina n vederea manipulrii ei, de regul, sunt sub forma de crlige (fig. 2.29.) i ochiuri (fig. 2.30.) care se solidarizeaz cu mufla liber a palanului mecanismului de ridicare. Deoarece forma sarcinilor nu permite, n general, atrnarea lor nemijlocit la crlig, aceast operaie se mai poate face prin intermediul unor organe auxiliare a cror construcie depinde de felul sarcinilor. Fig. 2.29. Crlige pentru suspendarea sarcinilor 32 Crligele sunt executate prin forjare sau construite din plci (folosite cu precdere n industria metalurgic). Constructiv ele pot fi cu ochi (fig. 2.29.a), cu tij filetat (fig. 2.29.b), crlig dublu cu tij (fig. 2.29.c), cu cioc de deviere (fig. 2.29.d) pentru e evita agarea de eventualele construcii din zona de lucru sau cu disc crestat ce mpiedic cderea organului flexibil de traciune (fig. 2.29.e). Ochiurile sunt folosite n locul crligelor pentru ridicarea sarcinilor mari deoarece, n pofida exploatrii mai incomode, prin construcia lor sunt mai avantajos solicitate dect acestea. Ochiurile se pot executa forjate dintr-o singur bucat (fig. 2.30.a), articulate (fig. 2.30.b) sau asamblate cu boluri (fig. 2.30.c). Fig. 2.30. Ochiuri pentru suspendarea sarcinilor Calculul crligelor nu este necesar deoarece ele sunt standardizate pe dimensiuni i capaciti de ridicare, calculul fiind util doar atunci cnd se folosete un crlig nestandardizat i doar la verificarea acestuia. Tija filetat pentru crligele simple i duble se verific la traciune sub aciunea greutii sarcinii, innd cont de faptul c eforturile unitare se concentreaz datorit prezenei filetului. Corpul crligului simplu sau dublu este considerat ca o grind cu ax curb, caz n care efortul unitar dintr-o fibr oarecare a unei seciuni este dat de relaia: +++=yyKAMAN11 (2.47.) n care N este fora normal din seciune; A aria seciunii considerate; M momentul ncovoietor n seciune; - raza de curbur n seciunea considerat; K coeficientul de form al seciunii; y distana unei fibre oarecare fa de centrul de greutate al seciunii. Calculul ochiurilor presupune verificarea tijei filetate care, este asemntoare ca n cazul crligelor. Ochiurile rigide au mai multe metode de calcul, prin relaii matematice aproximative, dar calculul exact (mai anevoios) este cel care d precizie mai ridicat. La ochiurile articulate calculul privete fora din tiranii ochiului, solicitai la traciune: cos2QF = (2.48.) unde este jumtatea unghiului dintre tirani. Montarea crligelor i a ochiurilor la ansamblul de role al palanului se realizeaz prin intermediul unor mufle. n funcie de complexitatea construciei, muflele pot fi normale (fig. 2.31.a), scurtate (fig. 2.31.b) sau speciale. Mufla normal are prevzut o travers de montare a crligului, fixat pe doi tirani laterali ce pot oscila n axul de montare a rolelor de cablu. Mufla scurtat are traversa oscilant i solidar cu axul rolelor de cablu. Organele flexibile de prindere sunt fcute din buci de lanuri sudate, cabluri sau frnghii, ale cror capete sunt prevzute cu crlige, inele sau alte construcii speciale. n figura 2.32. sunt prezentate lanuri de prindere cu o singur ramur i cu dou ramuri. Acestea au prevzute la capete crlige sau ochiuri, n funcie de caracteristicile sarcinii de ridicat. 33 Formele, dimensiunile i sarcinile utile pentru lanurile de prindere din figura 2.32. sunt stabilite prin standarde. Fig. 2.31. Tipuri de mufle; a- normal; b- scurtat; 1- crlig; 2- travers; 3- rol de cablu; 4- axul rolelor de cablu; 5- tirant. Fig. 2.32. Lanuri de prindere: a- cu o singur ramur; b- cu dou ramuri. n figura 2.33. sunt prezentate cabluri de prindere cu o ramur (a), respectiv cu dou ramuri (b) Pentru calculul organelor flexibile de prindere este necesar o determinare prealabil a forei de traciune din ramuri. Fig. 2.33. Cabluri de prindere n unele cazuri se folosesc pentru suspendarea sarcinilor traversele care, sunt de fapt grinzi metalice atrnate direct sau prin intermediul unui organ flexibil de prindere cu dou ramuri, la mecanismul de ridicare i pe care este suspendat sarcina de ridicat, fie cu ajutorul unor alte organe flexibile de prindere, fie cu ajutorul unor crlige de diverse forme. 34 Fig. 2.34. Travers de suspendare Traversele (fig. 2.34.) se pot utiliza la suspendarea unor sarcini de lungimi mari sau la suspendarea de crligul unui singur mecanism de ridicare a mai multor sarcini de acelai fel, n cazul n care greutatea fiecrei sarcini individuale este comparativ mai mic dect capacitatea mecanismului de ridicare, ori la ridicarea unor sarcini foarte mari, folosind dou mecanisme de ridicare independente. Tot pentru suspendarea sarcinilor se mai folosesc dispozitive cu ncletare, iar la materialele feroase se folosesc electromagnei. Fig. 2.35. Electromagnet de ridicare Electromagnetul pentru ridicare (fig. 2.35.) este, de regul, alctuit dintr-o carcas de oel turnat cilindric 1, cu proprieti magnetice, n interiorul creia se afl bobina 2, sprijinit pe suportul nemagnetic 3. La alimentarea bobinei, fluxul magnetic se nchide prin carcasa1 i sarcina de ridicat, care este atras i lipit de partea inferioar a electromagnetului. Sarcina maxim de ridicare, n funcie de starea suprafeei materialului, poate ajunge pn la 30 t. Fig. 2.36. Bene pentru materiale vrac: a,b- cu descrcare prin fund; c- cu descrcare lateral Benele (fig. 2.36.) sunt vase de diferite forme destinate suspendrii sarcinilor vrsate. ncrcarea benei se face manual sau prin scurgerea dintr-un buncr, n timp ce golirea benei se face prin basculare sau deschiderea fundului (dac este prevzut cu fund rabatabil). Tot pentru deplasarea sarcinilor vrsate se mai folosesc graiferele care, elimin complet munca manual. Umplerea graifrelor se face prin apucarea sarcinii de ctre cupele acestora iar golirea prin deschiderea cupelor. 35 Fig. 2.37. Schema organelor active ale ncrctoarelor cu graifr Construcia organelor de apucare i suspendare a sarcinii la construciile de tip graifr sunt prezentate n figura 2.37. Astfel ele pot fi folosite la materiale friabile, pmnt, ngrminte, cereale (fig. 2.37.a. d, e), pentru bulbordcinoase (fig. 2.37.b), pentru gunoi de grajd i materiale siloz (fig. 2.37.c.). Fig. 3.38. Modul de lucru al graifrului cu dou cabluri Construcia acionrii graifrelor este diferit, dar principiul de funcionare este acelai. n figura 3.38. este prezentat modul de lucru al unui graifr cu dou cabluri. Cablul 1 comand deschiderea i nchiderea celor dou semicupe, iar cablul 2 comand coborrea i ridicarea graifrului. Asemenea construcii au capaciti cuprinse ntre 0,5 5 m3 Eliminarea lucrului manual a dus la conceperea unei game mari de sisteme de prindere a sarcinii sub forma de cleti. Acetia sunt dispozitive articulate care susin sarcina pe baza forelor de frecare dintre flcile de prindere i sarcina de ridicat. Cletii cu nchidere automat (fig. 2.39.) sunt folosii la prinderea de butoaie, saci, baloi. Acetia sunt meninui n poziie deschis printr-un zvor articulat. Pentru apucarea sarcinii se trage zvorul, iar dup ce cletele a apucat sarcina se las liber zvorul i prin ridicarea cablului, cletele se nchide i ridic sarcina. 36 Fig. 3.39. Tipuri constructive de cleti de prindere Fig. 2.40 Clete prindere Fig. 2.41. Cleti de prindere semifabricate semifabricate mari din lemn Pentru prinderea unor semifabricate mari se folosete cletele automat cu dispozitiv conic de nchidere (fig. 2.40.). Acesta prinde, ridic i elibereaz sarcina automat, fiind folosit la unele tipuri constructive de macarale. La prinderea semifabricatelor din lemn se folosesc cleti confecionai din tabl sau prin forjare (fig. 2.41.). Pentru prinderea sarcinilor metalice de tipul table se folosesc cleti de strngere cu came zimate excentrice (fig. 2.42.). Fig. 2.42. Cleti de strngere cu came zimate excentrice 37 2.4. Organe de blocare i de frnare Organele de blocare sau opritoarele, sunt folosite la unele mecanisme de ridicare cu scopul de a mpiedica, dup ncetarea acionrii, micarea mecanismului n sensul coborrii, realiznd astfel reinerea sarcinii ridicate. Opritoarele sunt folosite ca dispozitive independente sau ca pri componente ale frnelor. n funcie de construcie, se deosebesc: opritoare cu clichet; opritoare cu frecare, care pot fi cu excentric i cu role. Organele de frnare folosite n construcia mainilor de ridicat sunt, n principiu, alctuite din unul sau mai multe organe mobile, solidarizate cu un arbore al mecanismului, respectiv unul sau mai multe organe fixe, solidarizate cu scheletul acestora. Prin frecarea dintre organele mobile i cele fixe ale frnei se realizeaz transformarea n cldur a energiei diferitelor piese n micare ale mecanismului, rezultnd fie oprirea lui ntr-un timp determinat, fie limitarea vitezei la o valoare dat. Clasificarea frnelor se poate face dup mai multe criterii, cteva dintre acestea fiind cele ce urmeaz: dup destinaia lor: - frne de oprire; - frne de coborre; - frne mixte; dup modul de comand: - frne comandate; - frne semiautomate; - frne automate; dup poziia relativ a organelor fixe i mobile: - frne normal strnse; - frne normal slbite. Construcia obinuit a unui opritor cu clichet este prezentat n figura 2.43. Pe roata cu dantur special reazem clichetul prevzut cu arc care menine contactul permanent al acestuia cu roata. Rotirea este permis doar ntr-un singur sens (de exemplu pentru ridicarea sarcinii), caz n care clichetul culiseaz pe exteriorul danturii i datorit arcului, urmrete proeminenele danturii. Fig. 2.43. Schema unui clichet simplu: a- cu cioc normal; b- cu cioc invers. Pentru o solicitare mai redus a clichetului, este necesar ca axa bolului pe care este montat acesta s fie amplasat pe direcia tangentei la cercul exterior al roii, dus la vrful dintelui cu care se gsete n contact la un moment dat vrful clichetului (poziia cu linie ntrerupt). Pentru o lungime impus clichetului, respectarea condiiei se realizeaz amplasnd bolul clichetului ntr-un punct al cercului de raz: 38 222lDRc += (2.49.) n care D este diametrul exterior al roii dinate; l lungimea dat a clichetului. Pentru a mri sigurana n exploatare se poate folosi un opritor cu clichet dublu (fig. 2.44.). Deoarece clichetul reazem pe dantura roii, n timpul rotaiei arborelui n sensul neblocat produce un zgomot specific. Pentru nlturarea acestui zgomot, se construiesc opritoare cu clichei Fig. 2.44. Clichet dublu: 1- clichet; 2- bol; 3- limitator; 4- arbore; 5- prghie acionare clichet; 6- roat dinat; 7- urub cu arc pentru prinderea inelului; 8- inel de friciune cu pivot. comandai, cnd acetia sunt ndeprtai de dantur pe perioada rotirii n sensul neblocat, iar apoi apsai pe dantur cnd arborele tinde s se roteasc n sensul blocat. Opritorul cu excentric este alctuit dintr-o roat i unul sau dou excentrice, ce reazem pe exteriorul sau interiorul obezii roii. n cazul opritorului cu excentric cu rezemare exterioar (fig. 2.45.), arborele mecanismului de ridicare se poate roti n sensul I. n cazul rotirii dup sensul II, excentricul, datorit frecrii cu roata, tinde s se roteasc dup sensul III, apsnd pe obada roii. Fora de frecare dintre excentric i roat poate opri micarea roii dac este ndeplinit condiia: tg (2.50.) n care este unghiul ascuit format ntre raza corespunztoare punctului de contact A i dreapta ce unete acest punct cu centrul de oscilaie al excentricului; coeficientul de frecare dintre excentric i roat. Fig. 2.45. Opritor cu excentric exterior: 1- roat; 2- excentric 39 Fig. 2.46. Opritor cu excentric interior Fig. 2.47. Opritor cu role Opritorul cu excentric din figura 2.46. are n construcia sa o roat prevzut la interior cu un canal, n care intr dou excentrice ce produc frnarea i blocarea roii n sensul de rotaie dorit. Opritorul cu role din figura 2.47, numit uneori i cuplaj unisens este alctuit din roata profilat 1, montat cu pan pe arbore, rolele 2, inelul exterior 3 i arcurile 4. La rotirea n sensul de ridicare, rolele se poziioneaz spre partea cu seciunea mare, comprimnd arcurile 4. Cnd arborele se rotete invers, el antreneaz i roata profilat care, deplaseaz rolele spre seciunea mic, blocndu-le cu ajutorul inelului exterior. Micarea nceteaz iar sarcina, legat de arborele de comand, este oprit s cad. Frnele cu saboi au un singur organ mobil alctuit dintr-o roat cu periferia neted (roata de frn), montat pe unul din arborii mecanismului i unul sau mai multe organe fixe numite saboi. Din motive de protejare a arborilor la ncovoiere, n practic se folosesc frne cu doi saboi, variantele constructive deosebindu-se prin felul organului ce execut strngerea frnei (contragreutate sau arc), tipul electromagnetului (cu curs lung sau cu curs scurt), felul prinderii saboilor pe prghiile portsabot (fix sau articulat), respectiv numrul, forma i amplasamentul prghiilor care transmit micarea saboilor. Fig. 2.48. Schema de principiu a unei frne cu saboi: 1- saboi; 2- roat de frn; 3- prghii; 4- electromagnet; 5- contragreutate; 6- armtur mobil. n figura 2.48. este prezentat schema de principiu a unei frne cu saboi cu electromagnet i contragreutate. Meninerea frnei strnse este realizat de o contragreutate care, prin intermediul unui sistem de prghii, asigur o apsare suficient a saboilor pe roata de frn. 40 Prin acionarea electromagnetului, armtura mobil a acestuia ridic contragreutatea, iar prin intermediul prghiilor elibereaz roata de frn. n figura 2.49. este prezentat schema de calcul a unei frne cu saboi cu contragreutate i electromagnet cu curs lung. Fig. 2.49. Schema de calcul a frnei cu doi saboi cu contragreutate i electromagnet cu curs lung Cnd electromagnetul este deconectat, datorit greutii G, greutii Gp a prghiei acesteia i greutii armturii libere a electromagnetului Ga, asupra unui col al piesei triunghiulare se transmite o for S. Ca rezultat, pe captul superior al prghiei portsabot din dreapta acioneaz o for R, care se descompune ntr-o component vertical V i una orizontal H, n timp ce la captul superior al prghiei portsabot din stnga se transmite, prin bara de legtur, o for T, care se descompune ntr-o component vertical V i una orizontal egal cu H. n urma apsrii saboilor pe roata de frn, asupra fiecrui sabot va aciona o for de apsare normal N1, respectiv N2. Corespunztor acestora, vom avea forele de frecare 11 NF = , respectiv 22 NF = , fiind coeficientul de frecare dintre saboi i roata de frn. Din condiia de echilibru a prghiei portsabot dreapta rezult: 02212 = HabNaN (2.51.) de unde rezult: baaHN=121 (2.52.) 41 Pe de alt parte, momentele de frnare produse de sabotul stng (indice 1) i de cel drept (indice 2) sunt: ( )( )2222222111DNDFMDNDFMff==== (2.53.) Momentul de frnare total este format din suma celor dou momente de frnare ale saboilor. Valoarea necesar a contragreutii se exprim n funcie de momentul de frnare pe care trebuie s-l produc. Adunnd relaiile de mai sus se obine: 222121212baaaHNN=+ (2.54.) Se nmulete relaia cu D/2 i se obine: 2222 22212121DbaaaHMDNDN F ==+ (2.55.) De aici rezult valoarea necesar a forei H: 212221aabaDMH F= (2.56.) Valoarea corespunztoare a forei S obinut din condiia de echilibru a piesei triunghiulare este: 43aaHS = (2.57.) Din condiia de echilibru a prghiei portsabot rezult: 05876 =++ SaaGaGGa pa (2.58.) de unde, dac se ine seama de valoarea forei S, rezult mrimea necesar a contragreutii: 68676543212221aaGaaGaaaaaabaDMG paF = (2.59.) Parametrii principali ai electromagneilor cu curs lung sunt fora de traciune i cursa. Fora de traciune Z a electromagnetului trebuie s fie destul de mare pentru a putea ridica armtura mobil i prghia cu contragreutatea. Din condiia de echilibru a prghiei contragreutii (pentru S = 0) rezult: ap GaaGaaGZ ++=7876 (2.60.) Cursa electromagnetului trebuie s in seama de toate jocurile din articulaii i se determin cu relaia: ih12,2 = (2.61.) unde este deprtarea radial medie a sabotului de roata de frn, cnd aceasta este slbit; i raportul de transmitere al prghiilor frnei (i = 1/8 1/10). Dimensionarea prghiilor ce intr n componena frnei se face pentru solicitarea lor cea mai defavorabil. Frnele cu band sunt alctuite dintr-o roat cu periferia neted (roata de frn), montat pe un arbore al mecanismului, o band de oel cptuit care nfoar roata de frn i o prghie ce poate oscila n jurul unui punct fix i pe care se fixeaz capetele benzii. Prin rotaia prghiei se obine fie apsarea benzii pe roata de frn (strngerea frnei), fie ndeprtarea benzii de roata de frn (slbirea frnei). Rotirea prghiei se face manual sau cu ajutorul unei contragreuti (pentru strngere), respectiv a unui electromagnet cu curs lung sau scurt (pentru slbire). 42 n funcie de amplasamentul capetelor benzii pe prghia de comand, frnele cu band se grupeaz astfel: frne simple (fig. 2.50.a), la care un capt al benzii se leag la un punct fix (de regul chiar la punctul de articulaie al prghiei de comand), iar cellalt capt se solidarizeaz cu prghia de comand; frne difereniale (fig. 2.50.b), la care ambele capete sunt articulate la prghia de comand, iar la oscilaia ntr-un sens sau altul a prghiei, un capt se apropie iar cellalt se ndeprteaz de roata de frn (pentru ca strngerea sau slbirea s fie posibil trebuie ca a2>a1); frne cu nsumare (fig. 2.50.c), la care ambele capete sunt prinse articulat la prghia de comand, dar n aa fel nct la rotirea prghiei ambele capete se apropie sau se ndeprteaz de roata de frn. Fig. 2.50. Frne cu band: a- simpl; b- diferenial; c- cu nsumare Unghiul de nfurare al benzii pe roata de frnare variaz ntre 1800 2700, iar pentru mrirea lui banda se poate nfura cu cteva spire pe roata de frn ajungnd la valori de 6300. Deoarece la apsarea benzii pe roata de frn n cele dou ramuri apar fore diferite, momentul de frnare creat este dat de relaia: ( )221DFFM F = (2.62.) unde F1 este fora din ramura benzii care tinde s se nfoare; F2 fora din ramura benzii care tinde s se desfoare; D diametrul roii de frn. ntre cele dou fore exist o legtur cunoscut sub numele de relaia lui Euler( eFF 21 = ) astfel c forele din ramurile benzii exprimate n funcie de momentul de frnare au forma: 43 1121221==eDMFeeDMFFF (2.63.) Banda frnei se execut dintr-o band de oel iar suprafaa de lucru se cptuete cu ferodou. Limea de lucru se recomand a fi mai mic de 100 mm, deoarece se obine o mai bun aezare a acesteia pe roata de frn. Grosimea benzii de oel rezult din verificarea ei la traciune. Mrimea contragreutii depinde de tipul de frn, astfel: pentru frna simpl; din condiia de echilibru a prghiei de comand , neglijnd frecrile din articulaii, rezult: 1122=+=edMdcGbGdaFG Fpa (2.64.) pentru frna diferenial; din condiia de echilibru a prghiei de comand, neglijnd frecrile din articulaii, rezult: dcGbGdaFaFG pa+= 1122 (2.65.) pentru frna cu nsumare; din condiia de echilibru a prghiei de comand, neglijnd frecrile din articulaii, rezult: dcGbGdaFaFG pa+++= 1122 (2.66.) Principalii parametri ai electromagneilor sunt fora de traciune i cursa. Pentru toate tipurile de frne, din condiia de echilibru a prghiei de comand (pentru F1 = F2 = 0) rezult pentru fora necesar a fi dezvoltat de electromagnet relaia: ap GbcGbdGZ ++= (2.67.) Cursa electromagneilor trebuie s asigure ndeprtarea uniform a benzii de roata de frnare pe o distan radial = 0,8 1,5 mm, n funcie de diametrul roii. Frnele cu band mai sunt verificate la presiune i la nclzire, astfel nct s se evite supranclzirea lor n timpul lucrului, fapt ce afecteaz negativ funcionarea frnelor. Frnele conice i frnele cu discuri folosite n construcia mainilor de ridicat realizeaz, spre deosebire de frnele cu band, strngerea sau slbirea frnei printr-o deplasare axial a organelor de lucru ale frnei. Dup forma constructiv se ntlnesc trei variante: frne cu un disc plan, frne cu mai multe discuri lamelare i frne cu con (fig. 2.51.). Fora de apsare a discurilor, respectiv a conului n micare de rotaie pe discul sau conul fix, se realizeaz prin intermediul unor arcuri a cror for de apsare este reglabil. Decuplarea sau slbirea frnelor se face pe seama unor electromagnei. Fig. 2.51. Frne cu discuri i frne conice: a- cu un singur disc; b- cu maimulte discuri; c- conic. 44 Frnele conice sunt folosite att ca dispozitive independente, cu acionare electromagnetic sau mecanic, ct i mpreun cu roi cu clichet, caz n care alctuiesc partea principal a frnelor comandate de sarcin. Ca i n cazul de mai sus, frnele cu discuri (de cele mai multe ori multidisc), combinate cu o roat cu clichet sau un alt tip de opritor, lucreaz ca frne de coborre. Fig. 2.52. Frn centrifug cu saboi Frnele centrifugale sunt utilizate la mecanismele de ridicat ce nu au posibilitatea de autofrnare. Ele au rolul de a asigura o vitez constant de coborre a sarcinii, atunci cnd frna de oprire este slbit. Cea mai cunoscut frn centrifugal este cea din figura 2.52. Pe discul solidarizat prin pan cu arborele mecanismului de ridicare sunt montate articulat greutile 4, fixate prin tiranii 1 la buca de reglaj 2. Aceasta, la rndul ei este legat prin arcul spiral 3 cu arborele mecanismului de ridicat. Pe greutile sub form de secer au prevzui saboii 5 i care vor asigura frecarea lor cu interiorul carcasei 6. Funcionarea frnei decurge astfel: cnd turaia arborelui mecanismului de ridicare crete peste o anumit valoare, datorit forei centrifuge greutile nving fora arcului spiral i prin deplasarea radial determin frecarea saboilor de carcasa interioar, producnd frnarea. Scderea turaiei reduce fora centrifug i arcul readuce greutile n poziia n care saboii se deprteaz de carcasa interioar, relund coborrea sarcinii. Fenomenul se repet alternativ fapt ce va duce la coborrea sarcinii cu o vitez aproximativ uniform. Fig. 2.53. Frn centrifug cu discuri Un alt tip constructiv de frn centrifugal este prezentat n figura 2.53. Pe arborele 1este fixat cu pan discul 2, iar pe butucul acestuia, prin intermediul unor nuturi, discul 4. Arcul 6, rezemat pe buca 7 asigur, pentru o anumit turaie a arborelui 1 poziionarea greutilor 5 ca n figur, fapt ce permite ca roata 3 (care poate fi o roat de clichet ce mpiedic micarea n sensul coborrii sarcinii) s se roteasc liber . Atunci cnd turaia arborelui 1 crete, greutile se deprteaz fa de axa de rotaie, ca efect al forei centrifuge, comprimnd arcul i prin intermediul prghiilor pe care sunt montate, strnge roata de clichet ntre cele dou discuri, blocnd astfel coborrea sarcinii. Scderea turaiei arborelui duce la scderea forei centrifuge ce acioneaz prin intermediul greutilor, se slbete strngerea iar sarcina continu coborrea. Pentru o anumit vitez de coborre prestabilit, trebuie s se realizeze un echilibru ntre momentul dat de sarcin, ce tinde s creasc turaia arborelui i momentul de frecare dintre discuri, ce tinde s opreasc rotirea acestuia. Principalul dezavantaj al acestor frne este acela c ele nu pot realiza i oprirea sarcinii, ceea ce impune introducerea n mecanismul mainii de ridicat i a unei frne de oprire. 45 Frnele comandate de greutatea sarcinii sunt destinate s lucreze ca frne de oprire, realiznd reinerea sarcinii ridicate dup ncetarea acionrii. n principiu, frnele comandate de greutatea sarcinii sunt alctuite dintr-un opritor cu clichet, un angrenaj de tip urub melc roat melcat i o frn conic sau cu discuri. Greutatea sarcinii este cea care determin o for axial n angrenaj, fora necesar strngerii frnei. n funcie de modul de funcionare, frnele comandate de greutatea sarcinii se grupeaz astfel: frne cu aciune continu, la care frna este strns n permanen; frne cu aciune intermitent, la care n timpul coborrii sarcinii se produce o uoar slbire a frnei. Construcia unei frne cu aciune continu, folosit de obicei la palanele cu melc, este prezentat n figura 2.54. Fig. 2.54. Frn continu comandat de sarcin Pe captul arborelui 5 al urubului melc este fixat conul interior 4 al unei frne conice. Conul exterior 3, prevzut pe suprafaa sa exterioar cu o dantur de roat pentru clichet, este sprijinit n crapodina 2 prevzut cu urubul de reglaj 1. Un clichet se reazem pe dantura conului exterior, avnd bolul su fixat pe carcasa frnei. Ct timp sarcina de ridicat este agat la crligul palanului, n arborele urubului melc acioneaz o for axial T sub aciunea creia frna conic este strns. Pe durata ridicrii sarcinii, conul exterior al frnei este antrenat, prin frecare, n micare de rotaie, clichetul permind acest lucru. Cnd aciunea nceteaz, momentul de torsiune care tinde s roteasc melcul n sensul coborrii este blocat de clichet. Fig. 2.55. Frn continu comandat de sarcin n figura 2.55 este prezentat construcia unei frne cu aciune continu la care momentul de frnare este produs prin frecarea dintre discul roii de clichet 4, pe de o parte i gulerul 2 al arborelui melcului i gulerul bucei, pe de alt parte. Buca 3, montat pe pan pe captul arborelui melcului, reazem n crapodina 1 fixat la scheletul palanului. 46 Fig. 2.56. Frn cu aciune intermitent Frna cu aciune intermitent din figura 2.56. este folosit n construcia palanelor, vinciurilor i a unor macarale. Pe arborele de acionare 5 este montat pe pan discul 6, iar pe partea filetului este aezat discul 2 care, mpreun cu roata dinat 4 formeaz un ansamblu rigid, i care transmite micarea la arborele tobei. ntre cele dou discuri se afl montat liber roata de clichet 1. Filetul 11 face ca n momentul rotirii arborelui n sensul ridicrii sarcinii, discul 2 s se deplaseze ctre stnga, apropiindu-se i n final strngnd prin frecare, mpreun cu discul 6, roata de clichet. Discurile i roata de clichet se vor roti ca un ansamblu atta timp ct clichetul nu va bloca micarea. Construcia din figur are un clichet comandat care, n timpul ridicrii sarcinii, datorit frecrii clemele 3, apsate pe discul 2 de arcurile 7, acioneaz asupra prghiei 9 i ridic clichetul de pe dantura roii. La momentul opririi micrii de ridicare, datorit aceleiai frecri, ntreg ansamblul se rotete invers i clichetul se aeaz pe dantura roii, blocnd micarea. Pentru coborrea sarcinii arborele 5 se va roti n sens invers, fapt ce va duce la deplasarea discului 2 spre dreapta, slbind strngerea roii de clichet. Sarcina va ncepe coborrea cu o vitez cresctoare, mrind turaia arborelui de acionare. Aceasta va face ca, datorit filetului, discul 2 s se deplaseze ctre stnga, pn la strngerea roii de clichet i la frnarea arborelui. Aceste deplasri succesive ale discului 2, n funcie de turaia arborelui de comand vor determina o alunecare continu a roii de clichet ntre cele dou discuri, rezultnd o vitez dorit de coborre a sarcinii. Fig. 2.57. Construcia frnei cu aciune intermitent multidisc n unele situaii momentul de frnare este foarte mare i atunci prezena unui singur disc de strngere nu este suficient. Pentru a nltura acest neajuns se folosete varianta constructiv cu mai multe discuri, prezentat n figura 2.57. Manivelele de siguran sunt mecanisme de ce funcioneaz asemntor frnelor de coborre comandate de sarcin cu aciune intermitent. Ele se folosesc cu mai ales la vinciurile acionate manual, cricurile cu cremalier i trolii cu transmisii cu roi dinate cilindrice. 47 n figura 2.58. este prezentat construcia unei manivele de siguran la care datorit greutii sarcinii, fora ce acioneaz asupra roii dinate de acionare, fixat pe arborele 1 al manivelei, determin o for axial n filetul elicoidal care, prin nurubarea bucei filetate 2 va strnge frna cu discuri. Pentru ridicarea sarcinii, manivela 3 se rotete n sensul R, se nurubeaz n buca filetat i va strnge roata de clichet 4 cu ferodourile 6. Se obine un ansamblu rigid care va duce la ridicarea sarcinii, pn cnd aciunea manivelei nceteaz. n acel moment, sub aciunea sarcinii, roata de clichet va avea tendina de rotire uoar spre stnga i se va bloca atunci cnd clichetul 5 se va sprijini pe dintele cel mai apropiat. Coborrea sarcinii se face rotind manivela n sens invers (dup sgeata C), fapt care va determina deurubarea ei din buca filetat i slbirea frnei. Sarcina va cobor iar viteza unghiular a arborelui va crete, ceea ce va determina nurubarea manivelei i strngerea frnei, oprind coborrea sarcinii. O nou acionare a manivelei n sensul de coborre va produce acelai fenomen, astfel c sarcina va putea fi cobort odat cu rotirea manivelei, viteza de coborre depinznd de Fig. 2.58 Manivela de siguran viteza de rotaie a manivelei. Pentru o coborre mai rapid a sarcinii se poate utiliza manivela de siguran din figura 2.59. Pe arborele de acionare 1 este montat liber discul conic 2, pe care este danturat roata de acionare 3, iar pe partea filetat 6 discul conic 5 la exteriorul cruia se gsete dantura roii de clichet 4. Tot pe arborele de comand se monteaz printr-o pan i prghia cu dou brae 7, care se sprijin pe arcurile 10 fixate pe discul 5. Deplasarea axial a discului 2 este limitat de gulerul 9 i inelul de sprijin 8. Pentru ridicarea sarcinii se rotete manivela n sensul R, discul 5 se nurubeaz deplasndu-se ctre stnga, va freca cu discul 2 i-l va presa pe gulerul 9 pn la solidarizarea ntregului ansamblu, clichetul permind micarea. Cnd micarea de ridicare nceteaz, sarcina fiind suspendat, arcurile 10 prin intermediul prghiei 7 rotesc discul 5, deplasarea lui spre stnga avnd ca efect strngerea frnei conice i blocarea coborrii sarcinii. Fig. 2.59. Manivela de siguran pentru coborre rapid Pentru coborrea sarcinii se rotete manivela dup sensul C, partea filetat va deplasa discul conic 5 spre dreapta acionnd asupra prghiei i comprimnd arcurile 10. Totodat, 48 cuplarea cu discul 2 nceteaz i mpreun cu roata dinat 3 acesta se va roti liber, sub aciunea sarcinii care coboar. Creterea vitezei de coborre va determina nurubarea discului conic pe filetul 6 i, prin deplasarea ctre stnga, va freca cu discul 2 producnd frnarea. 2.5. Organe pentru deplasare Organele pentru deplasare sunt destinate s permit unei maini de ridicat micarea sa pe o cale, cu sau fr ine, n vederea creterii razei de aciune. La micarea pe o cale cu ine, organele pentru deplasare sunt alctuite din roi de rulare cu obad rigid, iar la micarea pe o cale fr ine, ca organe de rulare sunt folosite roile pneumatice i enilele. Roile de rulare sunt roi metalice cu obad rigid, avnd forme constructive diferite, n funcie de calea de tipul cii de rulare. Ele se pot executa prin turnare (fig. 2.60.a), prin forjare sau matriare (fig. 2.60.b) ori cu bandaj fretat (fig.2.60.c). Ca materiale, oelurile de cementare sunt recomandate, fonta fiind aleas doar n cazul roilor acionate manual. Tratamentul termic aplicat are ca scop creterea rezistenei stratului superficial, ce vine n contact cu calea de rulare, la valori ale duritii de 260-300 HB. Pentru a evita riscul deraierii prin urcarea roilor pe calea de rulare, obada este prevzut cu borduri laterale Fig. 2.60. Roi de rulare Fig. 2.61. Profilul obadei roilor 49 Profilul suprafeei obadei roilor difer n funcie de condiiile de exploatare i poate fi cilindric i borduri laterale (fig. 2.61.a), conic i borduri laterale (fig. 2.61.b), dublu conic i bordur central (fig. 2.61.c), conic cu o bordur lateral (fig. 2.61 d), bombat cu o bordur lateral (fig. 2.61.e), etc. Roile de rulare, n funcie de modul de acionare pot fi conduse sau conductoare (fig. 2.62.). Montajul lor se poate realiza fie prin intermediul unor buce (fig. 2.62.a i b), caz n care roile se rotesc pe un ax fix, fie cu ajutorul penelor (fig. 2.62.c), caz n care roile se monteaz pe un ax rotativ. Fig. 2.62. Roi de rulare: a- conductoare; b,c- conduse Atunci cnd se folosesc ci de rulare suspendate, de cele mai multe ori construcia roilor este cea prezentat n figura 2.63. Fig. 2.63. Roi de rulare pentru ci suspendate: a- simple; b- tandem n funcie de profilul obadei, contactul dintre roat i calea de rulare poate fi liniar sau punctiform. Pentru contactul liniar, efortul unitar de contact se determin cu relaia: 18,41RaEW e= (2.68.) unde W este sarcina pe roat, n N; Ee modulul de elasticitate convenional, 31212EEEEEe+= (E1 i E2 fiind modulul de elasticitate al materialului roii, respectiv al cii de rulare); R1 raza de rulare a roii, n mm; a - lungimea liniei de contact, n mm. 50 n cazul contactului punctiform se are n vedere i raza de curbur a cii de rulare sau a obadei R2, avnd dou situaii: dac R1 > R2 : 3 212REWk e= (2.69.) dac R1 < R2 : 3 222REWk e= (2.70.) n relaiile de mai sus k este un coeficient ce ine cont de raportul dintre cele dou raze i are valori cuprinse ntre 0,338 1,28. Mrimea sarcinii pe roat se poate stabili cu relaia: max21 WKKW = (2.71.) n care K1 este un coeficient ce ine cont de felul acionrii i regimul de exploatare al mainii de ridicat ( 1 pentru maini de ridicat acionate manual sau acionate mecanic n regim de exploatare uor, 1,2 pentru regim de exploatare mijlociu, 1,4 pentru regim de exploatare greu i 1,6 pentru regim de exploatare foarte greu); Wmax sarcina maxim pe roat K2 coeficient ce ine cont de raportul dintre greutatea sarcinii de ridicat Q i greutatea proprie a mainii de ridicat Qm, care se calculeaz cu relaia: 3211121++=mQQK (2.72.) Calea de rulare o constituie inele pentru ci normale cu forma seciunii ptrat, dreptunghiular, in de macara i in de cale ferat, la care se adaug tipuri de profile laminate normale i speciale folosite mai ales la cile de rulare suspendate (fig. 2.64.a,c i d), sau tip cheson (fig. 2.64.e i f) Fig. 2.64. Profilul cii de rulare inele ptrate (fig. 2.64.b) i dreptunghiulare sunt confecionate din oel laminat i sunt folosite la mainile de ridicat cu regim uor i mediu de exploatare. n condiii grele de exploatare se produce o turtire a suprafeei de rulare, care n contact cu buzele roii de rulare determin creterea uzurii i a rezistenei la deplasare. Acest dezavantaj se elimin prin rotunjirea sau teirea muchiilor suprafeei de rulare. 51 inele de macara cu suprafa de rulare plan (fig. 2.64.g) sau bombat (fig. 2.64.h) sunt folosite la mainile de ridicat cu regim de exploatare greu i foarte greu. Au limea mare a tlpii, fapt ce uureaz mult montajul. inele de cale ferat se pot folosi cu deosebire la mainile de ridicat care au calea de rulare pe sol. inele pentru ci suspendate sunt executate din profile laminate normale i speciale i ele trebuie s ndeplineasc o serie de cerine precum: rigiditate general i local mare; greutate proprie mic; vitez de uzur redus; rezisten mic la deplasarea crucioarelor; construcii simple, cu gabarit i greuti proprii reduse ale crucioarelor i dispozitivelor auxiliare. Principalele tipuri de profile laminate normale i speciale folosite la alctuirea cilor suspendate sunt profilele I, L i T. 2.6. Mecanismele mainilor i echipamentelor de ridicat O main de ridicat poate avea micri de translaie n plan vertical, micri de translaie n plan orizontal i micri de rotaie. Numrul mecanismelor de acionare i felul lor depinde de complexitatea micrilor cerute mainii. Indiferent de tipul mecanismului, pentru punerea lui n micare se pot utiliza, dup importana i cerinele exploatrii, mijloace de acionare manuale i mecanice. Acionarea manual. Din cauza forei limitate a omului, acionarea manual se ntrebuineaz numai la aparatele de ridicat cu capaciti de ridicare relativ mici i pentru deplasarea pe distane scurte a sarcinilor. Se ntrebuineaz mai ales la acionarea troliilor de montaj transportabile, a cricurilor i palanelor, a macaralelor simple i a podurilor rulante cu frecven de utilizare redus i perioade scurte de activitate sau ca rezerv n eventualitatea defectrii acionrii mecanice. Dup tipul i specificul aparatelor de ridicat, dispozitivele de acionare manual a mecanismelor pot fi: manivele simple, manivele cu siguran, prghii cu clichet i roi de manevr cu lan de mn calibrat. Manivelele simple sunt executate dintr-un bra din oel forjat, care se fixeaz pe capul ptrat al arborelui sau osiei de antrenare i mnerul din oel rotund mbrcat cu lemn, pentru a proteja minile. Se ntrebuineaz la acionarea cricurilor cu cremalier, a vinciurilor pentru locomotive i vagoane, a troliilor de perete i a celor de montaj, a macaralelor rotitoare de mic capacitate. Fig. 2.65. Manivel de siguran Manivele de siguran (figurile 2.65. i 2.66.) evit accidentele la coborrea sarcinilor, pinionul motor putnd fi decuplat prin deplasarea axial a arborelui cu manivele, sarcina fiind cobort cu frna de mn, care exist la majoritatea troliilor. La manivela din figura 2.65. pe captul arborelui de comand, este fixat cu pan manonul filetat 1, pe care se nurubeaz butucul 2 al manivelei. ntre discul manonului i butuc se rotete roata de clichet 3. Rotind manivela n sensul ridicrii, butucul se deplaseaz prin nurubare spre stnga apsnd roata de clichet pe discul 5. Datorit frecrii roata 3 se va roti sub clichet odat cu manonul i cu manivela. Rotind manivela n sensul coborrii, se slbete 52 strngerea dintre roata de clichet i piesele 2 i 5. Roata 3 se elibereaz dar este reinut de clichet, n timp ce manivela i arborele se rotesc n sensul coborrii. Dac turaia arborelui tinde s accelereze sub influena sarcinii, manivela ntrzie fa de arbore i roata 3 va fi presat din nou, blocnd rotirea cu ajutorul clichetului 4. Ca urmare, sarcina va fi cobort doar cu viteza permis de rotirea manivelei. ncetnd acionarea manivelei, roata 3 este blocat iar sarcina va rmne suspendat. Fig. 2.66. Manivel de siguran O construcie la care coborrea sarcinii se poate face cu manivela n poziie fix este cea prezentat n figura 2.66. Pe arborele 1 este montat liber manivela 2, pe braul creia este fixat bulonul 3, care acioneaz asupra prghiei 4, de care este fixat captul 5 al benzii de frn. Cellalt capt al benzii este fixat n braul 6 al roii cu clichet 7 , liber pe butucul discului de frn 8. Dac manivela este meninut ntr-o poziie de repaus dup o faz de ridicare, sarcina va fi oprit de discul de frn 8 i roata 7, care este blocat de clichetul 10. Dac manivela este rotit n sensul ridicrii, la tensiunea resortului 9 asupra prghiei 4 se adaug i cea a braului 2. Banda 5 strnge puternic discul 8 i l antreneaz n sensul ridicrii. Clichetul 10 patineaz pe roata 7. Dac manivela este rotit numai puin n sensul coborrii, presiunea dintre band i discul 8 scade, astfel c acesta din urm fiind eliberat se va roti n sensul coborrii sub influena sarcinii, cu manivela inut ntr-o poziie fix. n acest fel pericolul accidentrii personalului prin antrenarea manivelei de ctre sarcin este nlturat i sarcina va putea cobor cu o vitez acceptabil, prin aciunea repetat de apsare a manivelei n sensul coborrii. Fig. 2.67. Prghia cu clichet Prghia cu clichet (fig. 2.67.) servete numai la acionarea mecanismelor cu autofrnare (vinciuri cu urub i cu melc). Ea se aeaz cu gaura ptrat 1 a roii de clichet pe captul arborelui, dup sensul n care trebuie rotit. Clichetul 4 montat pe un ax este meninut n contact cu roata de clichet 2 de ctre arcul 3, fixat prin uruburi pe corpul prghiei. Braul prghiei este acionat manual i prin micarea nainte napoi, se obine rotirea axului vinciului n sensul ridicrii, respectiv coborrii. 53 Atunci cnd axul tobei pe care se nfoar organul flexibil de traciune este dispus la o nlime mare fa de pardoseal (cum ar fi crucioarele i podurile rulante acionate manual), se utilizeaz roata de manevr (fig. 2.68.). Realizat din font turnat, roata 4, montat cu pan pe arborele de comand 1, are form asemntoare roilor cu locauri, dar cu diametrul mult mai mare. Peste roat se nfoar un lan calibrat 2 cu zale scurte i care servete ca organ de traciune pentru acionarea roii. Pentru a evita ca lanul s sar de pe roat, aceasta este prevzut cu un ghidaj din tabl 3, montat liber pe axul de comand. Fig. 2.68. Construcia roii de manevr Acionarea electric. Chiar dac n unele cazuri, pentru acionarea mainilor de ridicat se mai folosesc motoare cu ardere intern, acionare hidraulic sau pneumatic, marea majoritate a mainilor de ridicat sunt construite pentru acionare electric. Aceasta are avantajul transmiterii la distan a energiei electrice, costuri mult diminuate comparativ cu celelalte tipuri de acionare, siguran n exploatare, posibilitatea automatizrii procesului de lucru. Acionarea electric permite folosirea electromotoarelor de curent continuu sau alternativ, a frnelor cu comand electromagnetic, a aparaturii de comand, protecie, semnalizare i iluminat, fapt ce permite intrarea imediat n funciune a instalaiilor mainii de ridicat, fr a fi necesar o pregtire prealabil. Totodat, se poate aciona separat fiecare mecanism al mainii de ridicat, cu posibilitatea uoar de inversare a sensului de micare. Un element foarte important n alegerea tipului de motor electric n constituie regimul de exploatare al acestuia. n funcie de ciclul real de funcionare, corelat cu ciclurile tipizate, pe baza crora s-au proiectat motoarele, sunt nou servicii tip definite prin standard, notate cu S1 pn la S9, trei dintre acestea fiind de interes pentru mainile de ridicat: S3 serviciul de tip intermitent periodic, caracterizat printr-o succesiune de cicluri identice, care cuprind o perioad de funcionare n regim constant i o perioad de repaus, durata lor fiind insuficient pentru atingerea echilibrului termic pe timpul unui ciclu; S4 serviciul de tip intermitent periodic cu perioad de pornire, caracterizat printr-o succesiune de cicluri identice, care cuprind o perioad de funcionare n regim constant i o perioad de repaus, durata lor fiind insuficient pentru atingerea echilibrului termic pe timpul unui ciclu, dar curentul de pornire influeneaz sensibil nclzirea motorului; S5 serviciul de tip intermitent cu perioad de pornire i frnare electric, caracterizat printr-o succesiune de cicluri identice, fiecare caracterizat printr-o perioad de pornire, de funcionare n regim constant, de frnare rapid electric i de repaus, durata lor fiind insuficient pentru atingerea echilibrului termic pe timpul unui ciclu. 54 Ca urmare a pierderilor prin histerezis magnetic i cureni turbionari, a frecrilor i rezistivitii conductorilor electrici, n timpul exploatrii motoarele electrice se nclzesc, iar pentru a permite utilizarea lor n condiii de siguran, temperatura maxim pe care o pot atinge acestea nu trebuie s depeasc valorile maxime admisibile. Pentru un motor electric cu temperatura T, n timpul dt ecuaia bilanului termic se poate scrie sub forma: dTcmdtTAKdtp += (2.73.) n care p este puterea care se pierde, n W; K coeficientul global de transfer termic, n W/m2K; A suprafaa de transfer termic cu mediul de rcire, n m2; m masa motorului electric, n kg; c cldura specific medie a motorului electric, n J/kgK. De aici se poate obine valoarea temperaturii maxime de forma: AKpT=max (2.74.) Prin integrarea ecuaiei difereniale, din condiiile iniiale (t = 0 i T = T0) se obine legea de variaie a temperaturii motorului electric n funcie de timp: ( ) max/max0 TeTTTt += (2.75.) n relaia de mai sus AKcm = / i se numete constanta termic de timp. Reprezentarea grafic a nclzirii, respectiv rcirii motorului electric este prezentat n figura 2.69. Fig. 2.69. Diagrama de nclzire i rcire a motoarelor electrice Att timp ct cantitatea de cldur cedat este mai mare dect cea produs de funcionarea motorului, acesta se va rci. Acest lucru este valabil pentru ncrcri de 15 20 % din sarcina nominal. Pentru exploatarea corect a motorului electric se va stabili un regim de lucru care s asigure o nclzire maxim a acestuia sub valoarea maxim admisibil Tmax. Mecanismele de deplasare se folosesc la micarea crucioarelor i a macaralelor pe ine sau pe ci de rulare. Mecanismele pentru deplasarea crucioarelor pe ine sunt folosite n construcia macaralelor i a podurilor rulante, fiind de tipul cu acionare manual, cu acionare mecanic individual (folosind electromotoare), respectiv cu acionare mecanic cu cablu (n cazul mecanismelor pentru variaia deschiderii braului macaralei). 55 Fig. 2.70. Schema mecanismelor pentru deplasarea crucioarelor cu acionare manual Crucioare cu acionare manual pot fi cu sarcina de suspendat dispus simetric (fig. 2.70.a) sau nesimetric (fig. 2.70.b). n cel de-al doilea caz, pe crucior sunt dispuse dou mecanisme de ridicare, unul principal (Q) i unul auxiliar (Q). Fora de acionare F aplicat lanului roii de manevr 1, prin intermediul roilor dinate 2 i 3, solidar cu roata de rulare, vor produce deplasarea cruciorului cu o vitez determinat. Dac sarcina este dispus simetric fa de roile de rulare, atunci pentru un crucior cu patru roi presiunea pe o roat va fi: 40maxQQP+ (2.76.) Dac sarcina este dispus nesimetric i lucreaz doar mecanismul principal, atunci n roile de rulare vor apare reacii verticale diferite, astfel c vom avea presiuni pe cele dou roi de forma: llQQZP 201max 24+= (2.77.) llQQZP 102max 24+= (2.78.) n relaiile de mai sus Q este greutatea sarcinii de ridicat iar Q0 este greutatea proprie a cruciorului. n cazul cruciorului acionat prin electromotor (fig. 2.71.) micarea se transmite de la arborele motor 1, prin intermediul unui grup de roi dinate cilindrice 2 i 3, la arborele roilor de rulare 4. n regim de lucru stabilizat, trebuie nvins rezistena la deplasare W i care depinde de coeficientul de rezisten la rulare i presiunea specific pe roat. Fig. 2.71. Crucior acionat mecanic La acionarea manual a podului rulant (fig. 2.72.) de la roata de manevr micarea se transmite prin dou perechi de roi dinate cilindrice care, pun n micare dou roi de rulare ale podului rulant. 56 n acest caz, presiunea specific pe roat va avea o valoare variabil, n funcie de poziia cruciorului de care se afl suspendat sarcina. Valoarea maxim a ei va fi atunci cnd sarcina este suspendat la crlig iar cruciorul se gsete n spaiul mort d al deschiderii (d reprezint distana ntre poziia extrem a crligului i axa inei podului rulant). Fig. 2.72. Pod rulant acionat manual Presiunea maxim pe roata de rulare se poate determina cu relaia: ldlQQGP++240max (2.79.) Rezistena la deplasare a podului rulant acionat manual se poate stabili cu ajutorul relaiei: ( )wQQW 0+= (2.80.) n relaia de mai sus este un coeficient ce depinde de tipul lagrului roilor de rulare (1,2 1,4 pentru lagre cu alunecare i 2,4 5,1 pentru lagre cu rostogolire), iar w este coeficientul de rezisten la deplasare i care depinde de construcia roilor i a cii de rulare. Viteza de deplasare a podului n m/min se calculeaz cu relaia: rMRFcv 060 = (2.81.) n care Mr este momentul rezistent la arborele roii de rulare ce trebuie nvins; - randamentul total al mecanismului; c viteza medie a roii de acionare; R0 raza roii de acionare. Mecanismul de deplasare a unei macarale n consol este compus din roile de ghidare superioare i inferioare 1, montate libere pe ax i dou roi de rulare verticale 2 (fig. 2.73.) care lucreaz simultan, ce primesc micarea de rotaie de la un electromotor, prin intermediul unei transmisii mecanice ci roi dinate. Pentru o poziie a cruciorului cu sarcina suspendat la crlig, n punctele de sprijin apar reaciunile orizontale H i reaciunea vertical V. Fig. 2.73. Schema de ncrcare a macaralei n consol Valoarea maxim a presiunii pe roile de ghidare orizontale va fi: ( )hcGbQQHPo++==220max (2.82.) n relaia de mai sus cruciorul se afl n poziia de deschidere maxim i cu sarcina suspendat, iar G reprezint greutatea macaralei fr crucior. Presiunea maxim pe roata de rulare se determin din proiecia de fore de direcia vertical: 57 20maxGQQPv++= (2.83.) Pentru deplasarea macaralei trebuie nvinse att rezistena la rulare a roilor verticale, ct i rezistena opus de roile de ghidare, ca urmare a forelor ce acioneaz asupra lor. Dac se noteaz cu R1 raza roilor verticale, R2 raza roilor orizontale, d1 i d2 diametrele axelor celor dou roi, atunci rezistena total la deplasarea macaralei se poate determina cu relaia: ( )+++++++= kdhRcGaQQkdRGQQW222220110 (2.84.) n relaie este coeficientul de frecare din lagre, iar k este coeficientul de frecare la rostogolire. Mecanismul de deplasare al macaralei velocipede este solicitat n moduri diferite, dup cum braul acesteia este poziionat pe direcia de deplasare sau sub un unghi deferit de aceasta. Schema de ncrcare a mecanismului de deplasare este prezentat n figura 2.74. Fig. 2.74. Schema macaralei velocipede Dac braul macaralei este aezat pe direcia micrii (poz. I), atunci reaciunea vertical V va fi suma greutii sarcinii Q, a contragreutii de echilibrare Gc i a greutii prii rotitoare G1. Reaciunile orizontale ale reazimelor coloanei vor avea forma: haGdGbQHH c+== 1'11 (2.85.) n aceast situaie momentul produs de greutatea proprie a macaralei trebuie compensat n totalitate de ctre contragreutate. Dac braul macaralei este aezat perpendicular pe direcia micrii (poz. II), atunci reaciunile orizontale ale reazimelor vor fi: 11'22 haGdGbQHH c+== (2.86.) iar reaciunile orizontale din coloan: hhhHH 2123= i hhhhHH= 212'3 (2.87.) Reaciunile Z1 i Z2 pe roile de rulare depind de poziia braului macaralei i implicit de variaiile reaciunilor orizontale. Rezistena la deplasare a macaralei depinde, ca i n cazul precedent, de rezistenele roilor de rulare orizontale i verticale, respectiv de pierderile prin frecare n lagrele acestora. 58 2.7. Maini i echipamente de ridicat Sub denumirea general de maini de ridicat se neleg dou categorii distincte i anume aparate de ridicat i macarale. Dintre aparatele de ridicat fac parte vinciurile sau cricurile (acionate manual i care ridic sarcini la nlimi mici), palane cu acionare electric sau manual i troliile cu acionare manual sau mecanic. Combinate cu alte mecanisme i construcii, se obin maini de ridicat complexe de tipul macarale sau ascensoare, unde aparatele devin parte component a acestora i execut unele dintre operaii. Cricurile sunt utilizate la ridicarea unor sarcini prin mpingerea lor de jos n sus, la nlimi relativ mici. Din punct de vedere constructiv cricurile pot fi cu cremalier, cu urub sau hidraulice. Ele sunt aparate de ridicat care, dup folosire, se deplaseaz manual ctre noul amplasament. Cricurile cu cremalier (fig. 2.75.) au n construcia lor un mecanism de tip pinion cremalier, acionat manual prin intermediul unei transmisii cu roi dinate cilindrice cu dantur cicloidal sau n evolvent. Sarcina de ridicat poate fi rezemat att pe capul rotativ 8, ct i pe talpa inferioar 4. Pentru a evita coborrea sarcinii se monteaz un opritorul cu clichet 6. Fig. 2.75. Cric cu cremalier: 1- talp sprijin; 2- cremalier; 3- manivel; 4- talp inferioar; 5,7- ghidaje cremalier; 6- opritor cu clichet; 8- suport rotativ Pentru a putea ridica o sarcin Q este necesar nvingerea unui moment de torsiune rQM t = , r fiind raza cercului primitiv al pinionului aflat n angrenare cu cremaliera. Dac se ine cont de faptul c fora de acionare la manivel F este limitat, atunci trebuie realizat un raport de transmisie convenabil i care se obine din relaia: tttt RrFQRFMi1== (2.88.) n relaia de mai sus R reprezint raza manivelei iar t este randamentul transmisiei si care depinde de numrul de roi dinate. Viteza de ridicare a sarcinii depinde viteza unghiular a pinionului ce angreneaz cu cremaliera (dependent de viteza tangenial a mnerului manivelei, vt) i prin urmare de raportul de transmisie: tt Rrvv1= (2.89.) Capacitatea de ridicare a cricurilor cu cremalier este cuprins ntre 5 200 kN, nlimea de ridicare nedepind 350 400 mm. n practic se regsesc i alte variante constructive de cricuri cu cremalier precum cele cu carcas mobil i cu prghie. Cricurile cu urub (fig. 2.76.) au un randament mai sczut dect cele cu cremalier, precum i o vitez de ridicare mai mic, de aceea ele se folosesc, de regul, la sprijinirea sarcinilor n timpul unor operaii de montare demontare. 59 Fig. 2.76. Cric cu urub Pe urubul cu filet trapezoidal (pentru autofrnare) 1 se afl montat cu pan prghia cu clichet 4. Prin rotirea urubului n piulia fix 2, acesta se va deplasa n sus sau n jos, n funcie de sensul de acionare a prghiei (sensul de rotire al roii de clichet 5 este dat de poziia clichetului 6). Cricul se aeaz pe talpa de sprijin 8 iar sarcina pe capul rotativ 3, pentru deplasarea lui fiind prevzut mnerul 7. Ca i n cazul precedent fora necesar pentru acionarea prghiei trebuie s nving momentul de torsiune rezistent i care depinde de sarcina de ridicat Q, de frecarea dintre urub i piuli, respectiv de frecarea din capul rotativ pe care se sprijin sarcina de ridicat: ( )[ ]rtgrQM mt ++= (2.90.) unde rm este raza medie a urubului; - unghiul de nclinare a elicei mediane i care realizeaz autofrnarea; - unghiul de frecare dintre urub i piuli; - coeficientul de frecare din capul de sprijin rotativ; r raza medie a suprafeei capului de sprijin. Datorit efectului de autofrnare a angrenajului urub piuli, cricurile cu urub nu necesit dispozitive de blocare, sunt mai compacte fa de cricurile cu cremalier, nu necesit transmisii cu roi dinate, dar au dezavantajele prezentate anterior. Cricurile cu urub sunt concepute pentru a ridica sarcini de pn la 10 tone. Cricurile hidraulice cu acionare manual sunt aparate ce pot ridica sarcini de pn la 750 tone, avnd posibilitatea de a obine rapoarte de transmitere mari la gabarite reduse, sunt sigure n exploatare ca urmare a lipsei transmisiilor mecanice, dar au viteze de ridicare foarte mici, de pn la 10 mm/min. Ca lichid de lucru se folosesc uleiul hidraulic, iar pe timp de iarn ap cu glicerin sau ap cu alcool. Fig. 2.77. Cric hidraulic: 1- piston; 2- cilindru; 3- piston pomp; 4- cilindru pomp; 5- prghie; 6- rezervor ulei. Prin acionarea prghiei 5 (fig. 2.77.) pistonul pompei 3 va trimite lichidul din rezervorul 6 n partea inferioar a cilindrului de lucru 2, pentru aceasta, n capul cilindrului 4 sunt prevzute dou supape care lucreaz una pentru aspiraie , iar alta pentru refulare. Lichidul sub presiune va mpinge pistonul 1 pe care se afl rezemat sarcina de ridicat Q. Pentru coborrea sarcinii este acionat o supap de descrcare calibrat, astfel nct viteza de coborre s fie limitat la o valoare convenabil. 60 Lichidul ce acioneaz asupra pistonului, n ipoteza neglijrii frecrilor dintre pistoane i cilindri, determin o presiune care trebuie s o nving pe cea generat de sarcina de ridicat: 44220 dHDQp== (2.91.) Rezult c fora necesar n pistonul pompei va fi: 2=DdQH (2.92.) Din ecuaia de echilibru a prghiei ce acioneaz pistonul pompei se poate obine mrimea forei necesare a fi aplicate la captul prghiei, pentru a ridica sarcina Q: laDdQlaHF2== (2.93.) Dar n realitate fora efectiv pentru acionarea prghiei este afectat de pierderile prin frecarea pistoanelor cu cilindrii, astfel c n relaia de calcul intervine i randamentul cricului : 12laDdQF = (2.94.) Viteza de ridicare a sarcinii este viteza pistonului cu sarcina de ridicat: dnlDdv = 2 (2.95.) n care nd este numrul de curse duble pe secund ale prghiei; - coeficient ce ine cont de pierderile de lichid prin etaneiti, 95,0....90,0= . Un model de cric cu urub, dar cu acionare electric, este cel prezentat n figura 2.78. i care se ntlnete cu regularitate n cadrul atelierelor de reparaii auto. Aici, n coloanele 1 se gsesc uruburile cu filet trapezoidal sau ptrat ce se rotesc, antrenate pe la partea inferioar prin intermediul unei transmisii cu lan 3, deplasare pe vertical fiind imprimat piulielor care, au montate de suportul lor dou brae telescopice 2. Prin poziionarea acestor brae sub punctele de ridicare prevzute de constructor, sarcina de ridicat (autovehiculul) este deplasat pe vertical la nlimea necesar. uruburile sunt montate pe lagre le cele dou capete ale coloanei, iar piulia cu suportul i braele telescopice se deplaseaz pe ghidajele prevzute n coloane. Acionarea se face de la un electromotor, printr-un reductor i o transmisie cu lan Galle, uruburile avnd montate pe pan, la captul inferior cte o roat de lan cu acelai numr de dini. Pentru a evita un eventual accident, lanul transmisiei este fie ngropat n pardoseal, fie acoperit cu o aprtoare din tabl care s reziste la trecerea roilor autovehiculului. 61 Fig. 2.78. Construcia unei maini de ridicat pentru autovehicule Platformele de lucru sunt maini folosite la ridicarea unor sarcini n vederea executrii unor operaii sau chiar la ridicarea de persoane n vederea efecturii unor intervenii. n figura 2.79. este prezentat o platform de ridicat a crei acionare este realizat prin intermediul unor cilindri hidraulici 2. Fig. 2.79. Platform de ridicat acionat hidraulic Pompa de ulei aflat n blocul de comand 1, trimite uleiul sub presiune, iar cilindrii de for (doi n acest caz) acioneaz asupra braelor articulate i culisante 3 care, mpreun cu braele 2 (formeaz un ansamblu de tip foarfece) ridic sau coboar sarcina, n funcie de circuitul hidraulic comandat. Palanele sunt aparate de ridicat independente sau parte component a macaralelor. Cele independente au o construcie simpl care realizeaz nlimi de ridicare mult mai mari dect 62 cricurile, dar fiind suspendate deasupra sarcinii, necesit folosirea de organe pentru suspendarea i apucarea sarcinii. Dup tipul organului flexibil de traciune palanele pot fi cu cablu din oel, cu lan sudat i cu lan tip Galle. Dup caracteristicile constructive palanele pot fi cu organ flexibil pentru ridicare (cele mai cunoscute sunt palanele simple i difereniale), respectiv palane cu organ flexibil de ridicare i transmisie dinat (care pot fi cu acionare manual sau electropalane). n construcia macaralelor palanele sunt montate pe crucioare pentru ci suspendate, considerate ca mecanisme auxiliare ale acestora. Palanul cu angrenaj melcat i acionare manual (fig. 2.80.), este prevzut cu posibilitatea de deplasare pe o cale de rulare. Lanul sudat 1 acioneaz asupra roii de manevr 2, montat solidar cu axul melcat 3. Acesta rotete roata melcat 4 i odat ea roata dinat 5, ridicnd sau cobornd sarcina suspendat la crlig, dup cum este sensul de rotaie a roii de manevr. Pentru a evita coborrea sarcinii sub aciunea greutii proprii, pe axul melcat este prevzut dispozitivul de blocare 6. Fig. 2.80. Palan cu lan Galle Fig. 2.81. Palan cu lan sudat Pentru deplasarea palanului se acioneaz lanul 7 ce rotete roata de manevr 8, pe care este solidarizat roata de rulare motoare 10, roile 9 fiind folosite n special pentru a asigura susinerea palanului pe calea de rulare. n figura 2.81. este prezentat un palan la care deplasarea ansamblului pe calea de rulare se face prin tragerea efectiv a lanului sudat ce acioneaz asupra roii de manevr pentru ridicare. Palanul din figura 2.82 este unul acionat manual i cu specificaia c el este transportabil, fiind prevzut cu crlige pentru prinderea la un reazim fix (suport tip capr, grind de tavan) sau la un crucior special, caz n care se poate realiza i deplasarea sarcinii. 63 Fig. 2.82. Palan cu lan sudat transportabil Electropalanele (fig. 2.83.) au n construcia lor un mecanism de acionare cu motor electric i o transmisie prevzut cu organe de blocare. Ele pot fi transportabile (fig. 2.83.a) cnd realizeaz doar ridicarea i coborrea sarcinii sau deplasabile (fig. 2.83.b), cnd permit i deplasarea palanului pe o cale de rulare, prin tragerea manual de mnerul prevzut n acest scop. Fig. 2.83. Electropalane n construcia podurilor rulante i a macaralelor se folosesc cu deosebire electropalane la care toate operaiile sunt acionate mecanic. Troliile sunt aparate de ridicat ce pot fi independente sau ca parte a unor macarale ori ascensoare. Troliile independente pot fi cu acionare manual, prin intermediul uneia sau a dou manivele, ori cu acionare mecanic. n construcia lor se regsesc una sau mai multe tobe pentru nfurarea cablului din oel, o transmisie cu roi dinate (n majoritatea cazurilor) sau angrenaj melcat, iar n funcie de numrul tobelor, una sau mai multe frne, toate dispuse pe un asiu, ntr-o construcie compact. Caracteristic troliilor este faptul c ele pot fi folosite att la ridicarea sarcinii pe vertical, ct i la deplasarea lor pe o suprafa cu nclinare cuprins ntre 0 900. Troliul din figura 2.83 este fixat pe un perete i acionat de ctre manivelele 1 i prin transmisia cu roi dinate rotete toba 2, pe care se nfoar organul flexibil de traciune. Ca dispozitive de blocare a sarcinii se folosete o roat 3 cu clichetele 4 i frn cu banda 6 ce strnge roata de frn 7, sub aciunea braului cu contragreutate 4. 64 Fig. 2.84. Troliu de perete acionat manual n cazul troliilor acionate manual se pune problema raportului de transmisie al roilor dinate, astfel ca fora necesar a fi aplicat la capetele manivelei s nving momentul rezistent creat de sarcina Q. Momentul rezistent depinde de fora Fc din ramura organului flexibil care se nfoar pe toba ci diametrul D i de randamentul tobei : 12DFM ct = (2.96.) Fora din ramura organului flexibil ce se nfoar se determin cu relaia (vezi cap. 2.2.): ( )nrppc iQF11= (2.97.) unde ip este raportul de transmitere al palanului; p - randamentul palanului; r - randamentul unei role (n fiind numrul de role pe care se abate organul flexibil de traciune pn la toba troliului). Cu aceste date, raportul de transmisie al troliului, innd cont de faptul c fora aplicat de om la manivel este limitat, va fi: ( ) gpnrtppttt RFzDQiRFzDQiRFzMi1211211=== (2.98.) n care z este numrul de manivele ale troliului (z poate fi 1 sau 2); F fora aplicat la manivela troliului; R raza manivelei; t - randamentul transmisiei dinate a troliului; g - randamentul global al troliului. Viteza de ridicare a sarcinii este limitat de turaia manivelei i este tot mai mic, pe msur ce crete mrimea sarcinii de ridicat, asta deoarece pentru acionarea manual a troliilor, sunt necesare rapoarte de transmisie tot mai mari. Cu toate acestea troliile pot fi folosite la ridicarea unor sarcini de pn la 10 tone, unele dintre ele avnd din construcie posibilitatea modificrii raportului de transmisie. Troliile acionate mecanic primesc micarea de la un motor electric, prin intermediul unei transmisii mecanice cu roi dinate, ctre una sau mai multe tobe. Pe arborele motor sunt 65 prevzute dispozitive de frnare i blocare, iar pentru asigurarea independenei funcionale a tobelor, sunt montate cuplaje cu frecare i frne separate. Podurile rulante fac parte din categoria macaralelor rulante i sunt cele mai folosite n interiorul atelierelor, halelor sau magaziilor, iar n unele situaii i n exterior la deservirea unor depozite. Ele sunt realizate n diferite variante, n funcie construcie (numrul grinzilor, poziia cii de rulare, deschidere, numrul aparatelor de ridicat, modul de acionare al mecanismelor) i condiiile de exploatare (sarcina de lucru, locul de funcionare i regimul de exploatare). Podurile rulante monogrind pot fi cu acionare manual (fig. 2.85.), cnd au o deschidere de pn la 15 m i sarcina maxim de 50 kN, respectiv cu acionare mecanic, atunci cnd au o deschidere de pn la 30 32 m i sarcina maxim de 100 kN. Din punct de vedere constructiv podul monogrind este alctuit dintr-o grind principal, de obicei un profil I, pe talpa sa inferioar deplasndu-se cruciorul cu palanul manual. Acionarea podului din figura 2.84 se realizeaz prin intermediul lanurilor sudate i a roilor cu locauri aferente. Astfel, pentru ridicarea i coborrea sarcinii se acioneaz roata 5, cu ajutorul lanului 6, care la rndul ei trimite micarea de rotaie ctre toba palanului. Pentru deplasarea cruciorului cu sarcina suspendat se acioneaz cu lanul 7, roata motoare 8, care va rula pe talpa inferioar a profilului grinzii. Fig. 2.85. Pod rulant monogrind cu acionare manual Pentru deplasarea podului rulant pe inele 2, cu lanul 3 se rotete roata 1, solidar cu axul 9 i care, prin intermediul unei perechi de roi dinate 11 antreneaz roile motoare 4. Acest lucru se poate realiza la ambele capete ale podului rulant el fiind prevzut cu dou astfel de mecanisme. Din condiia de o mai bun rezisten la deformare, n multe cazuri, se folosesc construcii cu dou grinzi cu inim plin, dar mai ales compuse de tipul cu zbrele. Acestea permit deschideri mari ale podului, dar i posibilitatea de a folosi dou aparate de ridicat. n marea majoritate podurile rulante cu dou grinzi au mecanisme de acionare independente, comandate cu motoare electrice, fapt ce realizeaz o mai mare vitez de manipulare a sarcinilor. 66 Podul rulant cu dou grinzi i cale de rulare joas (fig. 2.86.) este alctuit din grinzile 1 i 2, asamblate i prevzute cu calea de rulare 4 pe care se deplaseaz cruciorul cu electropalan 3. Tot pe crucior se afl i roile de rulare 5, cu transmisia aferent pentru deplasarea sarcinii n lungul podului rulant. Pentru deplasarea pudului rulant este prevzut electromotorul 6 care transmite micarea ctre roile motoare ale acestuia i rularea lor pe inele montate pe structura de rezisten a construciei. Fig. 2.86. Pod rulant cu dou grinzi i cale de rulare joas Podul rulant din figura 2.87. este de tipul cu dou grinzi i cale de rulare sus, acionarea acestuia fiind identic cu podul rulant precedent. Fig. 2.87. Pod rulant cu dou grinzi i cale de rulare sus Macaralele de tip semicapr i capr i-au luat denumirea dup forma scheletului lor i se folosesc foarte mult n mecanizarea lucrrilor n depozite. Macaraua semicapr (fig. 2.88.) se poate folosi att n exterior ,ct i n interior, caracteristic fiind faptul c ea se deplaseaz pe dou ci de rulare (ine), din care una este montat pe sol, iar a doua pe console ale construciei, fapt ce mbuntete stabilitatea acesteia. Fig. 2.88. Macara semicapr 67 Cruciorul cu electropalanul aferent se deplaseaz pe o cale de rulare montat pe tlpile inferioare ale grinzilor macaralei (se coboar astfel centrul de greutate), iar acionarea este n totalitate mecanic. Macaraua capr din figura 2.89. are ambele pri ale scheletului rezemate pe dou ine, o asemenea construcie ridicnd unele probleme privind stabilitatea n timpul lucrului, iar datorit nlimii mari se adaug i fora vntului ce poate duce la rsturnarea ei. Fig. 2.89. Macara capr Macaralele rotitoare i staionare sunt utilizate innd cont de condiiile de amplasare i domeniul de lucru limitat de raza lor de aciune. Aa cum le spune i numele, caracteristica lor comun este faptul c ele se pot roti n jurul unui ax vertical. Cea mai simpl construcie este macaraua de perete rotitoare cu tirant i acionare manual, prezentat n figura 2.90. Pe braul profilat 1 (de obicei profil I) se deplaseaz rolele 4 ale cruciorul cu palan. Ridicarea i coborrea sarcinii se face cu lanul 2 i roata de manevr 3, deplasarea n lungul braului prin tragerea cruciorului i tot prin tragerea lanului 2, rotirea coloanei n lagrele 5 i 6. Macaraua n consol cu bra fix din figura 2.91 este de tipul cu acionare mecanic. Cruciorul se deplaseaz pe cile de rulare montate pe cele dou grinzi, iar podul transleaz cu totul pe inele fixate pe console n construcia cldirii. Pentru stabilitatea macaralei, la partea superioar este prevzut un ghidaj. Fig. 2.90. Macara de perete cu bra rotitor 68 Fig. 2.91. Macara n consol cu bra fix: 1- in rulare macara; 2- motor acionare meca-nism rulare macara; 3- roi de rulare; 4- ghidaj; 5- rol sprijin; 6- motor acionare palan; 7- motor pentru deplasare cru-cior; 8- ci de rulare crucior. O alt construcie este prezentat n figura 2.92. i care reprezint o macara staionar rotitoare, cu bra cu deschidere variabil, ea putnd fi cu acionare manual sau mecanic. Astfel de macarale au o deschidere de pn la 7 m i capacitate de ridicare de maxim 10 tone. Talpa inferioar se monteaz pe fundaia cldirii iar reazimul superior se fixeaz de peretele cldirii. Pe braul macaralei se deplaseaz un crucior cu patru roi. n cazul acionrii mecanice, troliul de ridicare se amplaseaz la partea inferioar a construciei metalice. Fig. 2.92. Macara cu coloan rotitoare cu deschidere Fig. 2.93. Macara staionar cu coloan variabil rotitoare Macaraua din figura 2.93. este de tipul staionar cu coloan i bra fix, fiind montat pe fundaia cldirii. Att ridicarea coborrea sarcinii, ct i rotirea macaralei se realizeaz cu transmisii mecanice. Pentru a mri domeniul de lucru se poate folosi o macara de tipul staionar cu plac turnant i bra cu deschidere variabil (fig. 2.94.). Corpul macaralei este aezat pe o plac de construcie special care permite rotirea ntregului ansamblu. Macaraua este acionat mecanic i asigur ridicarea i coborrea sarcinii, ridicarea i coborrea braului, respectiv rotirea macaralei. n interiorul halelor sau a depozitelor se poate folosi i o macara de tipul celei din figura 2.95. 69 Fig. 2.94. Macara staionar cu plac turnant Pe tavanul cldirii sunt prevzute dou ci de rulare pe care se deplaseaz ntregul ansamblu al macaralei. Pe cruciorul suspendat se monteaz dispozitivul de rotire i braul macaralei cu palanul i mecanismele de acionare ale macaralei. Macaralele rotitoare deplasabile elimin dezavantajul celor staionare prin faptul c pot deservi suprafee mult mai mari. Ele se monteaz pe echipamente de rulare care pot fi cu in, pe enile sau pe roi cu pneuri. Fig. 2.95. Macara de tavan cu crucior i bra rotitor Fig. 2.96. Macara rotitoare deplasabil pe ine Macaraua din figura 2.96 este de tipul rotitoare, cu bra cu deschidere variabil i se deplaseaz pe o cale de rulare de tip in fixat pe sol. Pentru a mri stabilitatea macaralei aceasta are prevzut n construcia sa reazime laterale, mrind astfel i capacitatea de ridicare. 70 Fig. 2.97. Macara rotitoare pe enile Macaraua rotitoare pe enile din figura 2.97. permite deplasarea ei n orice loc este necesar, fr a mai fi nevoie de sprijin suplimentar. Acionarea mecanismelor se face cu energia de la motorul cu ardere intern propriu. Au dezavantajul c se deplaseaz cu vitez mic i pot parcurge distane mici de la o lucrare la alta. Automacaraua sau macaraua montat pe un autovehicul cu roi (fig. 2.98. permite deplasarea cu viteze mari la locul de destinaie, dar are capacitate de ridicare mic. Pentru a evita deformarea pneurilor ea este prevzut cu patru tlpi de rezemare, ceea ce permite att creterea stabilitii macaralei, ct i mrirea capacitii de ridicare. Fig. 2.98. Macara montat pe autovehicul cu roi Ascensoarele sunt maini de ridicat cu aciune intermitent destinate pentru transportul pe vertical, a persoanelor i a materialelor, avnd o cabin, un vas sau o platform, care se deplaseaz pe glisiere. Ascensoarele se pot clasifica dup mai multe criterii: dup viteza nominal avem: ascensoare cu vitez mic (sub 0,4 m/s), cu vitez mijlocie (0,4-0,8 m/s), vitez mare (0,8-1,5 m/s) i vitez foarte mare (peste 1,5 m/s); dup sistemul de comand avem cu comand exterioar, cu comand interioar i cu comand mixt; dup forma golului n care se deplaseaz: puuri complet nchise (beton, zidrie) i puuri seminchise (construcii metalice, plase de srm); dup regimul de lucru: cu regim uor (pn la 30 de porniri pe or), cu regim mijlociu (ntre 30-60 porniri pe or), cu regim greu (ntre 60-120 porniri pe or) i cu regim foarte greu (peste 120 porniri pe or). Ascensoarele pot fi cu cabin (pentru persoane i materiale) i cu skip (vas cu autogolire) pentru materiale vrsate. 71 Prile principale ale ascensorului (fig. 2.99.) sunt grupul de acionare 1, glisierele (ghidajele) cabinei 2, troliul 3, cabina sau platforma 4, organul flexibil de traciune (cablu) 5, contragreutatea 6 i ghidajul contragreutii 7. Pentru a evita blocarea micrii, att cabina, ct i contragreutatea se deplaseaz pe glisiere sau ghidaje, fiind echipate cu patine de ghidare. Contragreutatea este folosit pentru a echilibra cabina i o parte din sarcina de ridicat, reducnd astfel i ncrcarea motorului electric. Organul de acionare al ascensoarelor poate fi tob de cablu, pentru nlimi de ridicare mici sau roat de friciune, pentru nlimi de ridicare mari. Cablul din oel folosit la construcia ascensoarelor se verific la fora maxim de rupere: nQQkFr0+= (2.99.) unde Q este sarcina maxim de ridicat, Q0 este greutatea proprie a cabinei i a cablului, n este numrul ramurilor de cablu de care este suspendat cabina, iar k este un coeficient de siguran cu valori cuprinse ntre 8 14, n Fig. 2.99. Ascensor cu cabin funcie de viteza de ridicare i coborre a cabinei. Tot din considerente de siguran, ascensoarele sunt echipate cu dispozitive speciale de prindere n cazul ruperii cablului (se blocheaz micarea cabinei pe glisiere), respectiv cu regulatoare de vitez (dispozitive obligatorii la ascensoarele de persoane). La acestea se adaug frnele cu saboi i alte sisteme de frnare, necesare exploatrii ascensoarelor. 72 III. MAINI I INSTALAII DE TRANSPORT CONTINUU Spre deosebire de instalaiile descrise n capitolele precedente i care erau caracterizate prin faptul c aveau o aciune intermitent, instalaiile de transport continuu asigur transportul fr ntrerupere al unui flux continuu de sarcini (care pot fi materiale vrsare, sarcini individuale i uneori persoane), ntre dou puncte situate la acelai nivel sau la nivele diferite. Ele poart denumirea de conveioare sau preferabil, transportoare. Din punct de vedere al principiului lor de funcionare aceste instalaii pot fi mprite n dou categorii: transportoare cu organ flexibil de traciune (transportoare cu band, cu raclete, cu cupe, elevatoare, transportoare suspendate, etc.); transportoare fr organ flexibil de traciune (transportoare melcate, cu role, gravitaionale, ineriale, pneumatice, etc.). La transportoarele din prima categorie, organul flexibil de traciune poate fi n acelai timp i purttorul sarcinii, un exemplu fiind transportorul cu band la care banda de lucru servete att la traciunea unor organe care poart sarcina, ct i la susinerea sarcinii. Transportoarele fr organ flexibil de traciune realizeaz deplasarea sarcinii prin diferite moduri, variate i care vor fi studiate pentru fiecare caz n parte. Din punct de vedere al direciei de micare, fiecare din cele dou categorii de mai sus se pot subdivide n: transportoare care lucreaz mai ales pe orizontal sau care urc i coboar sub un unghi redus, mai mic dect unghiul de alunecare a materialului transportat transportoare care lucreaz mai ales pe vertical sau cu nclinri mici fa de vertical; transportoare care pot lucra sub orice unghi, realiznd trasee complexe n spaiu. Instalaiile de transport continuu au un rol determinant n mecanizarea i automatizarea proceselor de producie. n general, aceste instalaii cuprind, n afar de maina propriu-zis de transportat, diferite echipamente auxiliare: dispozitive de ncrcat, dispozitive de descrcat, echipamente de cntrit, buncre de depozitare i repartizare sau dozare a materialului. Transporturile efectuate de aceste instalaii pot fi exterioare (ntre vagon i depozit sau ntre depozit i punctul de lucru ori interioare (n atelierele de lucru, caz n care materialul poate suferi i o operaie tehnolo- gic, cum ar fi uscarea acestuia). Transporturile interioare ntre unele operaii sunt efectuate i de ctre maini de transport fr ine, care lucreaz la acelai nivel (electrocare) sau combin transportul cu ridicarea sau coborrea (electrostivuitoare, motostivuitoare). 3.1. Productivitatea transportoarelor Prin productivitatea unui transportor se nelege cantitatea de material transportat n unitatea de timp, exprimat n t/h sau kg/h. Dac pe fiecare metru liniar al transportorului n micare se afl q kilograme de material (q se mai numete i sarcina liniar, n kg/m), iar viteza de naintare a materialului este v, n m/s, atunci transportorul va realiza o productivitate orar: vqvqQ == 6,3360010001, n t/h (3.1.) Dac n locul unui material vrsat se transport sarcini individuale de G kilograme fiecare, situate la distana de a metri ntre ele, productivitatea orar va fi: vaGvqQ == 6,36,3 , n t/h (3.2.) 73 Productivitatea poate fi mrit prin creterea vitezei de transport v sau a sarcinii liniare q. Timpul de trecere a dou sarcini individuale consecutive este vat /= , astfel c se poate exprima productivitatea n numrul de buci pe or: avtn 36003600== , n buc./h (3.3.) Toate relaiile stabilite sunt calculate n condiii de lucru ideale, cnd avem un strat continuu i uniform de materiale sau de sarcini individuale. n realitate, condiiile de lucru difer i ca urmare productivitatea de calcul teoretic trebuie raportat la productivitatea medie, corectat de un coeficient de neuniformitate (k = 1,1 1,5): kQQ medcalc = (3.4.) 3.2. Organele flexibile de traciune O parte a transportoarelor i diferitele variante ale acestora au ca element comun un organ flexibil de traciune, care poate fi: o band textil, din cauciuc, din materiale plastice, din oel sau mpletitur de srm; unul sau mai multe lanuri n paralel; unul sau mai multe cabluri n paralel. Benzile pentru transportoare trebuie s corespund unor cerine specifice precum ar fi: rezisten mare la ntindere pentru a putea prelua fora de traciune; elasticitate suficient pentru a putea suporta un numr mare de ndoiri, la trecerea peste role; s nu se alungeasc mult n timpul exploatrii; s fie rezistente la abraziune din partea materialului i la umiditate, eventual intemperii; s reziste la aciunea chimic a produselor alimentare; s fie uor de nndit i reparat n caz de rupere. Benzile textile corespund doar primelor trei cerine, fapt care a dus la o folosite limitat a acestora i doar n condiii protejate. Benzile de cauciuc corespund cel mai bine cerinelor impuse i de aceea sunt cele mai utilizate. Constructiv, banda este armat cu un numr de inserii care constau fie din straturi de pnz special (estur de bumbac sau de fibre textile), fie din cabluri de cord (cabluri textile speciale), ori din fire de oel, pentru a-i mri rezistena la traciune. Cauciucul protejeaz inseriile de agenii atmosferici i d ansamblului benzii elasticitatea necesar. Inseriile de pnz pot fi: tiate la lime i suprapuse (fig. 3.1.a); nfurate din mai multe buci (fig. 3.1.b) sau dintr-o singur bucat (fig. 3.1.c); reduse treptat la mijlocul benzii (fig. 3.1.d) pentru a o face mai elastic n cazul n care lucreaz sub form de jgheab; cu un strat de azbest pentru protecia contra sarcinilor calde (fig. 3.1.e); ntrite n axa neutr a benzii cu cabluri de cord sau din srm de oel (fig. 3.1.f). Deoarece benzile sunt realizate n rulouri de pn la 100 m, capetele benzilor trebuie nndite, pentru a realiza un traseu nchis de lungime necesar. nndirea benzilor de cauciuc se poate face pe cale mecanic (prin plci cu nituri sau balamale nituite) dar mai ales prin vulcanizare. Calculul benzilor de cauciuc urmrete stabilirea greutii proprii i a numrului de inserii, respectiv a forei de rupere. Greutatea proprie a benzii se determin cu relaia aproximativ: ( )2125,11,1 SSiBqB ++= (3.5.) unde B este limea benzii; 74 Fig. 3.1. Tipuri constructive de benzi transportoare din cauciuc i numrul inseriilor; S1 grosimea stratului de cauciuc de pe suprafaa de lucru; S2 grosimea stratului de cauciuc pe suprafaa de sprijin. Numrul de inserii necesar rezult din relaia: rKBSci=100max (3.6.) n care c este coeficient de siguran (are valori cuprinse ntre 9 11, n funcie de numrul de inserii); Smax fora maxim de traciune la care este supus banda; Kr fora de rupere a unei inserii pe un centimetru de lime. Benzile din materiale plastice sunt destinate transportului produselor alimentare i ele se realizeaz din n funcie de specificul fiecrei linii tehnologice din care fac parte, ca materiale se utilizndu-se poliamida, poliuretanul, policlorur de vinil, etc. Banda poate fi continu, cu sau fr armturi, avnd suprafaa neted sau cu striaii pentru mrirea aderenei (fig. 3.2.a) sau format din elemente articulate (fig. 3.2.b), care asigur o mai mare flexibilitate n plan transversal. Tot din materiale plastice se realizeaz i unele transportoare din liniile de umplere i ambalare a produselor alimentare i care, prin forma elementelor articulate (fig. 3.3.), permit realizarea unor trasee complexe. Fig. 3.2. Benzi din materiale plastice 75 Fig. 3.3. Elemente articulate din construcia transportoarelor Fig. 3.4. mbinarea benzilor Benzile din cauciuc, ca i unele benzi din materiale plastice, sunt realizate sub form de rulouri cu lungime de pn la 100 120 m, fapt care impune tierea i mbinarea lor la lungimea necesar. Benzile din cauciuc, de regul, se vulcanizeaz iar cele din materiale plastice se mbin prin lipire, cusut (fig. 3.4.a), cu agrafe (fig. 3.4.c) sau cu balamale (fig. 3.4.b). Benzile de oel sunt confecionate prin laminare la rece n grosimi de 0,6-1 mm i limi de pn la 1 m. Benzile de oel prezint unele avantaje fa de cele din cauciuc precum: rezisten mare la ntindere i la rupere, pre de cost sczut, performane superioare. Ca dezavantaje se pot meniona: elemente speciale de acionare, mai scumpe i faptul c laminarea benzii este destul de grea. Ca urmare a faptului c aceste benzi sunt flexibile doar n plan longitudinal, ele nu pot funciona n form de jgheab precum cele din cauciuc. O variant de band din oel este cea de tipul plas (fig. 3.5.) i care se folosete la cuptoarele tunel de coacere a unor produse de panificaie sau la usctoare. Lanurile folosite n construcia transportoarelor sunt de urmtoarele tipuri: lanuri sudate, lanuri turnate, lanuri cu eclise i boluri i lanuri forjate, demontabile. Fig. 3.5. Band din mpletitur de srm 76 Lanurile sudate sunt la fel ca cele folosite la mainile de ridicat. Au avantajul c prezint flexibilitate pe toate direciile i de aceea sunt folosite la transportoarele cu traseu curbat n spaiu. n schimb, au suprafaa de contact mic i care se uzeaz repede, fapt ce determin o cretere cu timpul a pasului, provocnd dificulti la angrenarea cu organele de acionare. Lanurile turnate, executate de regul din font maleabil, au avantajul c sunt ieftine dar sigurana n exploatare este redus ca urmare a dificultii de depistare a defectelor de turnare. Unele zale sunt prevzute din turnare cu urechi de prindere a racleilor sau a plcilor transportorului, fapt ce simplific mult construcia acestuia. Lanurile cu eclise folosite n construcia transportoarelor pot fi de tip Galle, lanuri cu buce i lanuri cu buce i role. Lanurile forjate demontabile (fig. 3.6.) au fost concepute pentru a uura execuia, dar i pentru a conferi siguran n exploatare. Lanul demontabil cuprinde zale exterioare 1, zale inte-rioare 3 i boluri cu dou capete 2, aceste elemente fiind executate numai prin forjare n matrie. Roile de acionare pentru lanuri se execut astfel: pentru lanuri sudate ca n Fig. 3.6. Lan forjat demontabil Fig. 3.7. Roi de acionare a lanurilor figura 3.7, pentru lanuri cu eclise fr role n form poligonal ca n figura 3.8. iar pentru lanuri cu eclise i role cu dantur ca n figura 3.9. Fig. 3.8. Roat de acionare a lanurilor cu eclise Fig. 3.9. Roat de acionare a lanurilor fr role cu eclise i role La angrenarea lanului cu roata de acionare apar unele fenomene dinamice, diferite de nfurarea i desfurarea unei benzi de transportor pe toba de acionare, care se produce cu vitez constant R dac viteza unghiular este constant. Lanul este acionat de o roat cu z 77 dini sau laturi i nu va avea o vitez constant, chiar dac roata de acionare se rotete cu vitez unghiular constant. Pentru studiu se consider roata pentagonal ABCDEF din figura 3.9. care acioneaz lanul cu pasul p, egal cu latura pentagonului. Fig. 3.10. Modul real de angrenare a lanului cu roata de acionare Pe msur ce roata se nvrtete, vrfurile A, B, C, etc. ale roii vin succesiv n contact cu articulaiile a, b, c, etc. ale lanului. De cte ori unul din vrfurile roii, de exemplu A, ajunge n poziia din fig. 3.10.d, se produce contactul vrfului urmtor B cu articulaia b, care la rndul ei descrie un drum din poziia 3.10.b pn n poziia din fig. 3.10.d, dup care intr n contact C cu punctul i aa mai departe. Fiecare za a lanului execut o micare ciclic, ncepnd cu intrarea n contact cu lanul a unuia din colurile roii i pn la intrarea n contact a vrfului urmtor. Roata, aflndu-se la un moment dat n poziia din fig. 3.10.a, caracterizeaz poziia vrfului A prin unghiul , msurat de la axa vertical Oy. Din poziiile 3.10.b d se observ c acest unghi poate varia de la valoarea /2 pn la +/2 (n cazul pentagonului de la /5 la +/5). Chiar dac n timpul rotirii roii zalele lanului aflate n apropierea roii i schimb periodic i deprtarea fa de axa Ox (fig. 3.10.a), aceast oscilaie este mai puin important i se neglijeaz, considernd numai micarea lanului paralel cu axa Ox. Roata avnd viteza unghiular constant, vrful roii A va avea viteza: dtdRRvr == (3.7.) dirijat perpendicular pe raza R, iar lanul va nainta paralel cu Ox cu viteza: coscoscos RdtdRvv rl === (3.8.) Deoarece este variabil ntre limitele de mai sus i viteza va oscila n timp, astfel c lanul va avea o acceleraie: 78 sinsin 22RdtdRdtdva ll === (3.9.) Ca urmare, rezult c viteza lanului variaz n timpul trecerii unei zale dup un segment de cosinusoid de la /2 la +/2, apoi zaua urmtoare dup un alt segment de cosinusoid, etc., astfel c diagrama vitezei lanului este compus dintr-o succesiune de astfel de segmente de cosinusoid, luate de la /z la +/z, valoarea maxim a vitezei fiind corespunztoare lui = 0 (poziia din fig. 3.10.c). Acceleraia lanului variaz tot ciclic dup o succesiune de segmente de sinusoid, valoarea maxim negativ fiind caracterizat de unghiul = + /z, iar cea maxim pozitiv pentru unghiul = - /z. Deoarece trecerea de la + /z la - /z se face instantaneu (vrful B al roii intr n contact cu lanul n momentul cnd A ajunge n poziia = /z), acceleraia trece brusc de la valoarea maxim negativ la valoarea maxim pozitiv. Diagrama vitezei i acceleraiei este prezentat n figura 3.11. Acceleraia lanului are ca valoare maxim: zRa sin2max = (3.10.) Roata de acionare avnd /2 rotaii pe secund, viteza medie de naintare a lanului va fi: 2zpvl = (3.11.) Din aceast relaie rezult viteza unghiular a roii: zpvmedl=2 (3.12.) Cum Rpz 2sin = rezult: pzvzpvpa medmedmedlll 2222222 == , n m/s2 (3.13.) Acceleraia micrii lanului este proporional cu pasul lanului i cu ptratul vitezei liniare medii a lanului, deci i cu ptratul turaiei roii de acionare i invers proporional cu perimetrul zp al roii. Trecerile brute de la o acceleraie negativ la una pozitiv este echivalent cu un oc, iar la calculul de rezisten acest lucru se materializeaz prin faptul c cele dou acceleraii maxime se suprapun i aici apare un coeficient de oc egal cu 2. n total se calculeaz un salt de Fig. 3.11. Diagrame vitezei i acceleraiei lanului acceleraie de 3almax. Dac m este masa lanului care sufer ocul, fora dinamic din lan va fi: 79 max3 ldin amS = (3.14.) Masa lanului se consider ca fiind masa lanului propriu-zis (cu ramura ncrcat i cea nencrcat), la care se adaug masa racletelor, a plcilor, etc i masa ncrcturii de pe ramura ncrcat. n calculele practice se procedeaz astfel: pentru transportoare mai mici de 25 m lungime, se ia n calcul masa ntregului lan pe ambele ramuri plus masa ncrcturii; pentru transportoare cu lungimea cuprins ntre 25 60 m, se ia n calcul masa ntregii ramuri ncrcate plus jumtate din ramura descrcat a transportorului; pentru transportoare cu lungimea mai mare de 60 m, se ia n calcul numai masa ramurii ncrcate a transportorului. Pentru a elimina dezavantajul prezentat i a obine o micare uniform a lanului, s-au ncercat diverse mecanisme de compensare care, prin construcia lor ncercau obinerea unei viteze unghiulare variabile periodic, rezultatele fiind acceptabile dar construcia unor asemenea mecanisme a fcut ca ele s nu se extind n practic. Calculul de rezisten a lanurilor de traciune prevede verificarea lanurilor sudate, cu eclise i buce i cu eclise fr buce, la rupere cu sarcina dinamic stabilit. 3.3. Transportoare cu organ flexibil de traciune Transportoarele cu organ flexibil de traciune pot fi clasificate dup direcia de transport i organul care poart sarcina astfel: pentru transportul pe orizontal sau cu o nclinare mai mic dect unghiul de alunecare al materialului: transportoare cu band, cu plci, cu raclete, cu lan, cu palete; pentru transportul pe orizontal i pe vertical: transportoare cu cupe; pentru transportul pe vertical sau cu nclinri apropiate de vertical: elevatoare cu cupe, cu icane, cu leagne; pentru transportul pe orice direcie n spaiu: transportoare suspendate, transportoare cu noduri. Tot n categoria transportoarelor cu organ flexibil de traciune mai intr arunctoarele (transportoare cu band care arunc materialul la o anumit distan) i instalaiile de screper, care constituie un caz particular de transportor cu un raclete. 3.3.1. Transportoare cu band Construcia transportoarelor cu band este n principiu aceiai, chiar dac organul flexibil de traciune este o band din cauciuc cu inserii textile, din oel sau din mpletitur de srm. Principalele pri componente ale unui transportor cu band sunt prezentate n figura 3.12. Fig. 3.12. Transportor cu band: 1- band de transport; 2- role de reazem superioare; 3- role de reazem inferioare; 4- tambur de antrenare; 5- tambur de ntindere; 6- dispozitiv de ncrcare; 7- dispozitiv de descrcare. 80 n funcie de condiiile de lucru, transportoarele cu band mai pot fi prevzute cu dispozitive de curire a benzii, de cntrire, de frnare sau blocare, etc. Transportorul poate fi orizontal, ca n figura 3.12. sau poate fi i nclinat pe toat lungimea ori pe o poriune din ea (fig. 3.13.). Din punct de vedere al utilizrii benzii, transportoarele pot fi: cu band plat, cnd se folosete la transportul de sarcini individuale (fig. 3.14.a); cu band n form de jgheab, banda fiind ndoit numai pe ramura ncrcat, caz n care se transport mai mult material dect la banda plat i de regul material vrac (fig. 3.14.b.). Fig. 3.13. Transportor cu band cu traseu nclinat Organele de rezemare asigur susinerea benzilor att pe ramura ncrcat, ct i pe cea de ntoarcere. Banda poate fi rezemat pe tabliere, role sau combinaii de tabliere cu role, dar din cauza nclzirii la frecarea cu tablierele, rolele sunt cel mai frecvent folosite n construcia transportoarelor. Fig. 3.14. Transportor: a- cu band plat; b- cu band sub form de jgheab n practic se pot realiza i alte variante de susinere a benzilor, iar n funcie de flexibilitatea lor seciunea transversal a materialului vrac poate avea diverse forme (fig. 3.15.), de la simplu tblier la forma de cerc. Pentru centrarea benzilor transportoare ele se dispun ca n figura 3.14.b dar cu un unghi oarecare fa de direcia de mers a acestora (fig. 3.16.) i n toate punctele de contact dintre rol i band vor apare: o vitez de translaie a benzii vb; o vitez periferic a rolei vr; o vitez relativ a benzii fa de rol v*. Din triunghiul vitezelor, viteza relativ are valoarea: sin* bvv = (3.15.) 81 Fig. 3.15. Organe de rezemare a benzilor: a- tblier de lemn; b- rol cilindric; c- rol profilat; d- jgheab cu trei role; e- jgheab cu dou role; f- jgheab semicircular cu role nguste; g- jgheab circular cu rola nguste; h- jgheab semicircular nchis; i- jgheab circular nchis. Astfel cele dou role ale jgheabului vor da natere la dou viteze relative egale i de sens contrar care, vor duce la centrarea benzii pe poziie simetric pe axa longitudinal. Orice deviere de la aceast poziie va face ca componenta vitezei relative dinspre rola pe care banda tinde s devieze, s fie mai mare dect pe cealalt rol, avnd ca rezultat readucerea pe poziia de simetrie cnd cele dou viteze relative sunt egale. Fig. 3.16. Montajul rolelor de centrare Acionarea transportoarelor cu band se face prin intermediul tobelor de acionare, pe care banda se nfoar cu un anumit unghi i este antrenat prin frecare. Ele pot fi executate din construcie sudat iar suprafaa cilindric poate fi acoperit cu diverse materiale pentru mrirea aderenei (ipci de lemn, un strat de cauciuc fixat prin uruburi de tob sau vulcanizat, mase plastice, etc.). Cnd nu au un strat aderent, tobele se execut sub form uor bombat, fapt ce asigur centrarea benzii n timpul funcionrii. Deoarece transmit benzii fora de acionare, folosind frecarea dintre tob i band, din relaia lui Euler se poate scrie: eSS desf=inf (3.16.) n care Snf este fora din ramura care se nfoar pe tob (fig. 3.17.); Sdesf fora din ramura care se desfoar pe tob; - coeficientul de frecare dintre tob i band; - unghiul de nfurare al benzii pe toba de acionare. Relaia de mai sus d valoarea maxim posibil a forei din ramura de nfurare, dar n practic acesta poate fi depit accidental, fapt ce duce la patinarea benzii. Cum n practic unghiul de nfurare util ' este mai mic dect cel teoretic i fora de traciune transmis prin frecare benzii va fi mai mic: 'infeSS desf= (3.17.) Fora periferic pe care o transmite toba de acionare are valoarea: ''infinf1eeSSSW desf== (3.18.) 82 Fig. 3.17. Moduri de nfurare a benzii pe tobele de acionare Momentul la arborele tobei este M = WR, n care R este raza tobei. Acesta poate crete mult n anumite condiii precum ar fi pornirea transportorului ncrcat cu material sau la opririle brute. Ca urmare, trebuie s existe un unghi de rezerv suficient pentru a putea acoperi aceste neajunsuri. Pentru mrirea unghiului de nfurare se folosesc dou tobe de acionare (fig. 3.17. c i d), la care S este fora din band ntre cele dou tobe. n acest caz se poate scrie: ( )2211''1''2inf1eeSSSWeSSSWdesf==== (3.19.) Fig. 3.18. Mecanisme cu role de presare n afara mririi unghiului de nfurare i acionarea cu dou tobe, pentru mrirea forei periferice transmisibile se mai pot folosi i alte metode: mecanisme cu role de presare (fig. 3.18.); mecanisme cu band auxiliar (fig. 3.19., fig. 3.20.). cu role de presare pot fi cu rol de presare care servete i ca rol de abatere a benzii sau cu rol de presare ce funcioneaz mpreun cu o rol separat de abatere a benzii. Fig. 3.19. Mecanisme cu band 83 Mecanismele de acionare cu band din figura 3.18. au banda auxiliar plasat ntre toba de acionare i banda transportoare, formnd pe tob un strat cu coeficient de frecare mare. n cazul benzii auxiliare exterioare (fig. 3.20.), notnd cu Sa fora din aceast band i care nu-i schimb valoarea pe tot traseul ei, va da natere la o for periferic: ( ) ( )11 11inf +== eSeSSSW adesfdesf (3.20.) Mecanismele cu benzi auxiliare realizeaz o mrire important a forei W dar funcionarea lor este condi-ionat de starea perfect a benzii auxiliare. Dispozitivele de ntindere a benzilor permit funcionarea transportorului cu reali- zarea forei periferice necesare. Fig. 3.20. Mecanism cu band auxiliar exterioar Ele trebuie s preia i alungirea permanent pe care o sufer banda ca urmare a funcionrii ndelungate a ei. Fig 3.21. Mecanisme de ntindere a benzilor: a- cu urub; b- cu pinion i cremalier culisant; c- cu urub i arc; d- cu greutate plasat pe traseul de ntoarcere; e- cu greutate exterioar. Din punct de vedere constructiv, dispozitivele de ntindere utilizate n practic sunt dou tipuri: cu urub; cu greuti, cu construcie orizontal i vertical. Dispozitivele de ntindere cu urub sunt plasate la extremitatea transportorului opus acionrii i constau dintr-o tob de ntoarcere, al crei ax se poate deplasa orizontal i paralel prin intermediul a dou tije filetate acionare simultan. Au construcia simpl dar se folosesc la transportoare mai mici de 40 m, deoarece fora de ntindere a benzii variaz pe msur de banda se alungete sau se schimb gradul ei de ncrcare, fapt ce impune verificarea la intervale dese a ntinderii benzii. Dispozitivele de ntindere cu greuti au toba de ntindere montat pe un crucior, care este tras de o greutate prin intermediul unui cablu de oel. Astfel, banda este ntins n permanen eliminnd dezavantajul dispozitivelor de ntindere cu urub. Mai mult dect att aceste dispozitive sunt utilizate la transportoare de lungimi mari unde pot prelua alungiri de ordinul metrilor, pentru aceasta fiind prevzute mecanisme cu greutate verticale montate pe ramura de ntoarcere, de regul la mijlocul transportorului. 84 Pentru benzile de oel se folosesc dispozitive de ntindere cu urub sau cu greutate, de construcii asemntoare ca n cazul benzilor de cauciuc. ncrcarea i descrcarea materialului pe i de pe transportor constituie o problem foarte important n vederea unei bune desfurri a lucrului. ncrcarea materialului pe transportor poate avea loc, n funcie de situaia concret, n urmtoarele moduri: manual, dintr-o grmad de material aflat pe sol, lng punctul de plecare al transportorului; mecanizat, dintr-o grmad de material de pe sol; dintr-un alt transportor, cnd se lucreaz cu transportoare montate n serie; dintr-un buncr, iar pentru uniformizarea materialului se folosete un dispozitiv special numit alimentator. Indiferent de felul cum este adus materialul n dispozitivul de ncrcare al transportorului, dispozitivul trebuie s ndeplineasc unele condiii: s imprime materialului o direcie de micare i o vitez ct mai apropiat de viteza benzii; s fereasc banda de lovituri din partea particulelor de material mai mari sau cu forme ascuite; s mpiedice cderea materialului pe tobele i rolele transportorului sau dezvoltarea prafului; la transportoarele n cascad s mpiedice inundarea cu material dac transportorul se oprete dintr-un motiv oarecare. Fig. 3.22. Dispozitiv de ncrcare Pe zona de ncrcare este prevzut o mas pentru sprijinirea benzii, format de obicei din role de susinere dispuse apropiat. Plnia de ncrcare (fig. 3.22.) are peretele din spate sub un unghi care nu depete unghiul de frecare al materialului (30-45o). Dac materialul este format din particule cu granulaie mult diferit, fundul nclinat al plniei este sub form de grtar, prin care se scurg particulele mici ce formeaz un pat protector pe band, pe care se aeaz particulele mai mari. Plnia este continuat cu dou borduri dispuse de o parte i de alta a benzii, cu lungimea de 1-2,5 m n funcie de viteza i limea benzii. Pentru obturarea flexibil, partea inferioar a bordurilor este realizat din cauciuc. Deprtarea dintre borduri se ia de circa 0,7-0,8 din limea benzii. Pe poriunea dintre cele dou borduri se produce o accelerare a materialului datorit antrenrii prin frecare a acestuia cu banda. O particul de mas m este antrenat de o for de frecare mg, i capt acceleraia g; presupunnd c vo = v/4, drumul necesar pentru accelerarea de la viteza v/4 la viteza v va fi: =1621 22 vvgs (3.21.) Dar pe distana s trebuie s fie, din cauza continuitii fluxului, acelai debit de material qv. Ca urmare, la nceputul acestei distane s, unde viteza este v/4, sarcina liniar va fi 4q. Presupunnd c viteza crete liniar, q va descrete hiperbolic de la 4q la q. n consecin, fora 85 total de frecare dintre band i material pe distana s, adic rezistena la naintare datorit accelerrii materialului, va fi: gQvgqvgqvqsWacc 6,31611222=== (3.22.) unde Q este productivitatea orar, n t/h. Descrcarea materialului de pe transportor se poate face n dou moduri distincte: la captul transportorului, prin cderea de pe band cnd trece peste toba de ntindere sau toba extrem; ntr-un punct oarecare de pe traseul transportorului, cu ajutorul unor dispozitive speciale care pot fixe sau deplasabile de-a lungul acestuia (cu plug de descrcare sau cu crucior de descrcare). Dac descrcarea are loc la captul transportorului, el trebuie prevzut cu o plnie pentru a crei construcie trebuie s se cunoasc traiectoria pe care o descrie materialul dup ce prsete banda. O particul de mas m situat pe banda ce trece peste toba de capt (fig. 3.23.) este supus forei gravitaionale mg i forei centrifuge m2r. Acestea vor da rezultanta R a crei prelungire ntlnete verticala dus prin centrul tobei n punctul P. Din asemnarea triunghiurilor OPA i BCA rezult: 22222289530nngghrmmgrh====, [m] (3.23.) Distana h depinde numai de turaia tobei iar toate particulele de material vor fi supuse unei fore rezultante ce trece prin punctul P, numit polul micrii iar h se numete distana polar. Fig. 3.23. Forele care acioneaz asupra unei particule la descrcare Polul P poate s cad n exteriorul, n interiorul sau chiar pe circumferina tobei. Pentru cazul hr, rezultanta R este ndreptat n jos i spre interiorul tobei. Va exista pe circumferina tobei un punct A1 i un unghi 1 (fig. 3.24.) n care, descompunnd pe R ntr-o component normal N i una tangenial T, s fie ndeplinit relaia: 0NT i 0 >tg (3.24.) 86 unde 0 este coeficient de frecare al materialului pe tob n stare de repaus; 0 - unghiul de frecare corespunztor. n acest punct particula de material se va pune n micare de-a lungul circumferinei tobei sub aciunea forei T i a forei de frecare, conform ecuaiei de micare: = rdtdmmgmgdtdmr222cossin (3.25.) Fig. 3.24. Micarea unei particule pe tob la descrcare Aceast micare ncepe n punctul A1 n care avem =1 i condiiile: 022=dtd ; rvdtd== ; 0 tg= (3.26.) continund cu viteza unghiular crescnd pn ntr-un punct A2 cu unghiul 2, n care fora centrifug echilibreaz presiunea particulei pe band, adic: 22cosmgrdtdm = (3.27.) punct n care particula se desprinde, continundu-i drumul n spaiu. Introducnd condiiile limit (3.26.) n relaia (3.27.) se obine: 01011002cos)sin(sincos== tgtgrgv (3.28.) respectiv: = 0201 sinarcsin rgv (3.29.) Din condiia limit dat de relaia (3.29.) rezult viteza unghiular final a particulei: 22 cosrgdtd== (3.30.) i viteza particulei n momentul desprinderii: 222 cos grrv == (3.31.) 87 Fig. 3.25 Moduri de descrcare Unghiul 1 poate fi determinat grafic iar prin integrarea relaiei (3.27.) i innd cont de influena gravitaiei se poate determina traiectoria descris de particul dup desprinderea ei de pe band. Pentru descrcarea materialului ntr-un punct oarecare de pe traseul transportorului cel mai simplu i utilizat dispozitiv este plugul descrctor ce const dintr-un scut oblic plasat de-a curmeziul benzii (fig. 3.25.a) sau din dou scuturi ce formeaz un unghi ascuit (fig. 3.25.b), materialul fiind dirijat ctre un jgheab colector. Plugul poate fi fix sau deplasabil n lungul transportorului, iar prin intermediul unei prghii el poate fi ridicat de pe band. Cruciorul de descrcare are un cadru ce poate rula pe roi n lungul transportorului i care este prevzut cu dou tobe de conducere a benzii (fig. 3.25.c). Materialul se revars de pe toba superioar ntr-o plnie prevzut cu dou tuburi de scurgere, spre dreapta sau spre stnga transportorului, n funcie de necesiti. Descrcarea cu plugul se folosete la materialele neabrazive, la transportoare cu viteze de pn la 1,6 m/s i cu pante de pn la 80. Pentru protejarea benzii, marginile inferioare ale plugului sunt executate din cauciuc, iar n zona plugului banda este susinut de un tablier necesar att pentru descrcare, ct i pentru a aduce banda la forma plat. n figura 3.26 este prezentat paralelogramul vitezelor ce acioneaz asupra unei particule. Viteza benzii este v iar particula alunec pe scut cu viteza vs. Prin compunerea celor dou rezult viteza relativ vb cu care se deplaseaz particula, caracterizat de unghiul fa de axa longitudinal. Forele care acioneaz asupra particulei n timpul descrcrii sunt: fora de frecare bG a particulei pe band, unde G este greutatea particulei i b este coeficientul de frecare a particulei cu banda; reaciunea normal N a scutului asupra Fig. 3.26 Forele i vitezele ce acioneaz asupra particulei; unei particule la descrcarea cu plug fora de frecare bN a particulei de scut, b fiind coeficientul de frecare al particulei de scut, cu aceiai direcie ca viteza vs dar de sens opus. Proiecia forelor pe direcia scutului i pe normala la scut dau relaiile: 0cos = bGN (3.32.) 0sin = bs GN (3.33.) Dac se mpart cele dou relaii rezult: ss tgtg == , respectiv s = (3.34.) 88 Cum din figur se vede c 090=++ i cum trebuie ca 0> pentru ca vs s aib valoare finit, unghiul se alege astfel ca relaia de mai jos s fie satisfcut: s :fora gravitaional predomin i avem o descrcare gravitaional liber; ei rhr 102 Fa de celelalte transportoare, la elevatoarele cu cupe mai apare o rezisten specific datorat umplerii cupelor la partea inferioar. La stabilirea masei liniare a organului flexibil de traciune cu cupe se poate utiliza o relaie empiric de forma: Qq =' , n kg/m (3.93.) unde este un coeficient ce ine cont de tipul elevatorului i forma cupei (valorile sunt date n tabelul 3.1.). Tabelul 3.1. Valorile coeficientului Productivitatea Q, t/h Tipul elevatorului 100 Cu band: - cu cupe rotunjite, distanate - cu cupe ascuite, alipite 0,6 - 0,5 - 0,4 0,6 0,3 - Cu un lan: - cu cupe rotunjite, distanate - cu cupe ascuite, alipite 0,75 - 0,6 - 0,5 0,8 - - Cu dou lanuri: - cu cupe rotunjite, distanate - cu cupe ascuite, alipite 1,1 - 0,9 - 0,7 1,2 0,4 0,8 Determinarea forelor care apar n organul flexibil de traciune se face prin calculul forelor n puncte pe contur. La acestea trebuie respectat condiia de ntindere minim a organului de traciune, sub care cupele tind s se ncline, ceea ce duce la scderea gradului de umplere a acestora. Dup verificarea benzii sau a lanului la fora de ntindere maxim, se stabilete rezistena total la deplasare i puterea necesar pentru acionarea elevatorului, la fel ca n cazurile precedente. Fig. 3.51. Elevatoare pentru sarcini individuale 103 Fig. 3.52. Elevatoare cu polie: a- cu dou lanuri; b- cu un lan Elevatoarele utilizate pentru transportul sarcinilor individuale sunt realizate sub forma unor supori montai n consol pe organul flexibil de traciune (fig. 3.51.), lucrnd pe vertical sau apropiat de vertical (n figur sunt prezentate i modurile de preluare i descrcare a sarcinilor), respectiv sub form de polie sau leagne (fig. 3.52.) i care lucreaz de regul pe vertical. Aceste tipuri de elevatoare se regsesc la ridicarea sau coborrea lzilor, a sacilor, a baloilor, a butoaielor, a cutiilor mari, etc. Calculul elevatoarelor pentru transportat sarcini individuale presupune determinarea rezistenei totale la naintare, a sarcinii maxime din organul de traciune i a puterii necesare antrenrii, pentru aceasta fiind folosite relaiile de calcul de la elevatoarele cu cupe. 3.3.6. Transportoare suspendate Transportoarele suspendate sunt instalaii de transportat folosite, n mod deosebit, la abatoarele de mare capacitate, realiznd un circuit nchis pe orice direcie n spaiu. Sunt alctuite dintr-un organ flexibil de traciune, de regul un lan fr sfrit, pe care, la partea inferioar, sunt dispuse la distane egale dispozitive de suspendare a sarcinii (fig. 3.53.), de tipul crlige, crucioare sau alte organe de suspendare a sarcinilor individuale. De partea superioar a lanului sunt montate role care permit deplasarea ansamblului pe o cale de rulare suspendat. Lungimea unui transportor suspendat poate ajunge la valori de 2000 m, n funcie de necesiti. Viteza de deplasare a organului flexibil se ncadreaz n limitele 0,01-0,35 m/s. Dac n anumite condiii este necesar modificarea vitezei de lucru, n construcia mecanismului de acionare este prevzut un variator de vitez. Mrimea sarcinii poate varia n limite foarte largi, de la cteva kilograme i pn la cteva sute de kilograme (de exemplu, de la greutatea psrilor i pn la cea a bovinelor). Pasul de dispunere a organelor de suspendare i viteza depind de tipul sarcinii i de necesitile tehnologice, respectiv operaiile care se execut la deplasarea sarcinilor cu transportorul suspendat (asomare, jugulare, oprire, prlire, jupuire, eviscerare, etc.). 104 Fig. 3.53. Transportor suspendat: 1- cale de rulare; 2- rol de rulare; 3- organul flexibil de traciune; 4- organul de suspendare a sarcinii; 5- sarcina de transportat. Transportoarele suspendate sunt prevzute cu dispozitive de acionare, de ntindere i de abatere, tipul i numrul acestora fiind impus de necesitatea realizrii traseului de transport i a forei de traciune din lan. Calea de rulare este realizat din profile laminate n form de I (cel mai utilizat n practic), U sau T. Profilul I are un dezavantaj i anume faptul c obada roilor de rulare trebuie s fie conic, deoarece talpa profilului are aceiai nclinaie, efectul fiind apariia unei rezistene suplimentare la rulare i n final uzura crescut a cii de rulare. Cu bune rezultate se pot folosi i ci de rulare compuse din dou profile cornier care, permit realizarea unor curbe cu raze mai mici i a unor trasee n plan vertical. Cile de rulare sunt suspendate la construciile unde sunt amplasate, fie de tavan, fie pe stlpi de susinere prevzui cu console. Ansamblul format din crucioare i organul flexibil de traciune au construcia dependent de forma traseului i de fora de traciune necesar. n practic se folosesc urmtoarele tipuri de organe flexibile de traciune: lanuri cu zale sudate din oel rotund; lanuri cu eclise i buce, mai rar i cu role; lanuri forjate demontabile; cabluri de oel, similare celor folosite la mainile de ridicat. Fiecare dintre organele flexibile de traciune de mai sus au avantaje i dezavantaje, iar din cauza alungirilor suferite n timp i a lungimii mari, necesit dispozitive de ntindere pe msur. Crucioarele care se deplaseaz pe calea de rulare pot fi active (cnd au montate pe ele un dispozitiv de prindere sau suspendare a sarcinii) sau intermediare (cnd au rolul de a susine organul flexibil de traciune ntre crucioarele active). 105 Fig. 3.54 Crucior cu cte o rol pe fiecare parte a cii de rulare Fig. 3.55. Crucior cu role tandem La transportul sarcinilor mici se folosete cruciorul care are dispuse dou role, cte una de fiecare parte a inei de rulare (fig. 3.54.), iar la transportul sarcinilor mari se pot folosi crucioare cu role tandem (fig. 3.55.). Dispozitivele de abatere i ntindere folosite la realizarea traseelor i ntinderea organului flexibil de traciune, trebuie s asigure raza minim necesar impus de mrimea sarcinilor. Astfel, la trecerea de pe un traseu orizontal la unul nclinat (fig. 3.56.), ca urmare a apropierii sarcinilor trebuie respectat condiia: Fig. 3.56. Calculul distanei dintre crucioare ( )dla + maxmaxcos1 (3.94.) unde a este pasul crucioarelor; lmax limea maxim a sarcinii de transportat. Acelai lucru trebuie respectat i n cazul cnd sarcinile parcurg un traseu curb n plan orizontal. Fig. 3.57. Diverse moduri se montare a crucioarelor n funcie de caracteristicile sarcinii 106 Totodat, dac distana dintre crucioarele active face ca lanul de traciune s realizeze o sgeat prea mare, ntre ele se intercaleaz crucioare intermediare. n funcie de mrimea sarcinii ce trebuie transportat, crucioarele se por monta n mai multe variante (fig. 3.57.), astfel c distana minim dintre crucioare trebuie stabilit pentru fiecare caz particular. Mecanismele de acionare a organului flexibil de traciune depind de tipul acestuia. La cablurile din oel antrenarea se face de ctre roata de acionare prin friciune, iar la celelalte tipuri prin angrenarea cu roi profilate. Dac lungimea transportorului este relativ mic, atunci se poate folosi un singur mecanism de acionare. Dac lungimea este mare i fora de traciune din organul flexibil de asemenea, atunci pe traseul acestuia se prevd mai multe mecanisme de acionare, plasate n punctele cele mai convenabile. Dup fiecare mecanism de acionare trebuie dispus un mecanism de ntindere obligatoriu. Un model de angrenare special este cel din figura 3.58. Aici lanul de traciune este antrenat n micare de un alt lan special, prevzut cu dini de angrenare. Productivitatea transportorului suspendat se poate determina cu relaia 3.3. iar dac se exprim n numr de buci pe or, atunci are forma: avQn 3600= (3.95.) unde v este viteza transportorului. Pentru a putea determina puterea necesar la roata sau roile mecanismului de acionare trebuie stabilite mai nti rezistenele care se opun deplasrii. Fig. 3.58. Mecanism de acionare cu lan cu dini: 1- roat antrenare; 2 roat ntindere; 3- lan antrenare; 4- dini sau pinteni de angrenare; 5- ghidaje; 6- role de presare. Rezistena la naintare se calculeaz plecnd de la aproximarea sarcinii liniare a organului de traciune, rezultnd urmtoarele: - masa liniar total a tronsoanelor nencrcate ale transportorului: 10 qaGaGq scc ++= , n kg/m (3.96.) n care Gc este masa unui crucior, n kg; Gs masa unui dispozitiv de suspendare a sarcinii, n kg; ac pasul crucioarelor active i intermediare, n m; a - pasul crucioarelor active, n m; q1 masa liniar organului de traciune, n kg/m - masa liniar total a tronsoanelor ncrcate ale transportorului: 0' qaGq += (3.97.) unde G este masa sarcinii utile, n kg; Verificarea preliminar a organului de traciune se poate face cu ajutorul unei formule de aproximare ce d valoarea forei maxime pe care trebuie s o preia acesta: 107 ( )( ) ( )00010max '1' qqHgbvkhkkkLqLqwgSS bvhHH +++= ,n N (3.98.) n care S0 este fora minim de pe traseu i care se ia ntre 500-1000 N; w rezistena specific la naintare pe traseul rectiliniu; LH1 lungimea total proiectat pe orizontal a tronsoanelor parcurse de ctre sarcin; LH0 lungimea total proiectat pe orizontal a tronsoanelor parcurse fr sarcin; k coeficient de corecie (k = 0,3-0,65); kh coeficient de rezisten la trecerea printr-o curb n plan orizontal pe o roat de abatere (h este numrul de curbe orizontale); kb coeficient de rezisten la trecerea printr-o curb n plan orizontal pe o baterie de role (b este numrul de baterii de role); kv coeficient de rezisten la trecerea printr-o curb n plan vertical (v este numrul curbelor n plan vertical); H diferena de nivel la care este sarcina este ridicat (+) sau cobort (-). Valoarea coeficienilor depinde de forma traseului i regimul de exploatare, fiind prezentai n tabelul 3.2. Tabelul 3.2. Valorile coeficienilor de rezisten la naintare Regimul de exploatare al transportorului w kh kb kv Uor: traseu simplu, atmosfer curat, lipsit de praf i abur; 0,025 1,04 1,025 1,02 Mijlociu: traseu complicat, atmosfer cu praf neabraziv i umiditate sczut; 0,03 1,05 1,03 1,025 Greu: traseu complicat, temperaturi ridicate, praf i umiditate ridicate. 0,4 1,07 1,04 1,03 La deplasarea pe poriuni rectilinii rezistena specific la naintare este compus din frecarea din axele rolelor i frecarea de rostogolire a roilor pe calea de rulare, la care se adaug i frecarea suplimentar datorit conicitii roilor cnd ruleaz pe un profil I, fiind dat de relaia: +++= sin7,02121 RlRfRdw (3.99.) unde este coeficientul de frecare din lagrul roii; 1 - coeficientul de frecare dintre roat i in; f coeficientul de frecare la rostogolire; l limea activ a obezii roii; R raza medie a roilor; - unghiul de pant al feei interioare a profilului I. 3.4. Transportoare fr organ flexibil de traciune 3.4.1. Transportoare elicoidale Transportoarele elicoidale sunt destinate lucrului cu materiale vrac de granulaie mic i mijlocie )150( max mma . Din punct de vedere constructiv (fig. 3.59.) ele se compun din jgheabul 4 n care se rotete melcul 5, acionat de motorul electric 1 i reductorul 2. Materialul este introdus n jgheab prin gura de alimentare 6, deplasat axial de ctre spira melcului i evacuat prin orificiul 3, plasat la fundul jgheabului. Turaia melcului se alege de aa manier nct materialul s nu fie antrenat n micare de rotaie odat cu spira melcului, el rmnnd pe fundul jgheabului n permanen, datorit greutii proprii. 108 Fig. 3.59. Transportor elicoidal Transportoarele elicoidale pot fi folosite la transportul pe orizontal a materialelor vrsate i nclinate cu pn la 200, pe distane de pn la 30 m, dar sunt construcii speciale care permit transportul materialului chiar i pe vertical (fig. 3.60.). Organul de lucru al transportorului este un melc a crui variante constructive se pot vedea n figura 3.61. De regul, diametrul exterior al spirei melcului are valori cuprinse ntre 150-600 mm iar turaia variaz ntre 40-200 rot/min. Melcul se execut cu un singur nceput, mai rar cu dou nceputuri, pasul spirei fiind egal cu diametrul, la materialele neabrazive sau 0,8 din diametru la materialele abrazive. Axul pe care se dispune spira poate fi plin sau tubular, iar pentru lungimi de transport mari el se execut din tronsoane mbinate i susinute pe lagre. Jgheabul prin care se rotete melcul se execut din tabl de oel de 3-6 mm grosime, ntre ele fiind lsat un interstiiu de 3-5 mm. De forma fundului jgheabului (fig. 3.62.) depinde mrimea coeficientului de umplere. Partea superioar a jgheabului este dreptunghiular, condiie n care se poate aplica un capac etan i intervenie rapid n caz de necesitate. Fig. 3.60. Transportor elicoidal vertical: Fig. 3.61. Tipuri constructive de melci: 1- gur evacuare; 2- melc; 3- jgheab a- cu elice complet; b- cu elice cu cilindric; 4- transportor alimentare; spie; c- cu lopei dispuse elicoidal; 5- mecanisme de antrenare d- cu margine dinat. 109 Fig. 3.62. Mrimea coeficientului de umplere n funcie de forma jgheabului La transportoarele elicoidale ce ridic materialul pe vertical melcul are spira cu elice complet i jgheabul de form cilindric, total umplut cu material. Turaia melcului se alege astfel nct materialul din coloana vertical s fie apsat pe peretele interior al jgheabului, iar prin frecarea lui cu acesta se evit antrenarea odat cu melcul. Pe acest principiu se pot realiza nlimi de ridicare de pn la 15 m. Productivitatea transportorului elicoidal se determin plecnd de la mrimea sarcinii liniare care, pentru un melc cu diametrul exterior D i diametrul axului d, este: ( )410002dDq= ,n kg/m (3.100.) n care este coeficientul de umplere; - masa volumetric a materialului. Viteza de deplasare a materialului n lungul transportorului este: nkDpnv6060== (3.101) unde n este turaia melcului, n rot/min; p pasul melcului, n m ( )kDp = ; Cu aceste date productivitatea transportorului elicoidal devine: ( ) ( ) pndDpndDqvQ 221560410006,36,3 === (3.102.) Dac transportorul elicoidal lucreaz sub un unghi cuprins ntre 0-200 atunci productivitatea sa va fi afectat de un coeficient ce scade cu unghiul de nclinare, de la 1,0 pentru direcia orizontal, la 0,65 pentru un unghi de 200. Rezistena la naintare este datorat frecrii materialului cu suprafaa melcului i peretele jgheabului, frecarea dintre granulele materialului ca efect al amestecrii sale, respectiv componenta greutii datorit pantei transportorului. Pentru primele rezistene este greu de stabilit relaii matematice i ca urmare, rezistena specific w se gsete, determinat experimental, n tabele de specialitate. Considernd transportorul elicoidal din figura 3.63. nclinat cu unghiul oarecare , rezistena total la naintare se poate calcula cu relaia: ( ) ( )HLwgqLLwgqR H == sincos (3.103.) Puterea necesar la axul melcului este: ( ) ( )HLQwgHLwgqvRvP HHa === 367102102, n kW (3.104.) Pentru determinarea forei axiale din lagrul transportorului se stabilete mai nti momentul motor la axul melcului: 110 Fig. 3.63. Modelul general de calcul al transportorului nPM at 975= (3.105.) i de aici fora axial cu relaia urubului: ( ) +='' tgRMF ta (3.106.) n care R este raza medie activ a melcului, corespunztor gradului de umplere a jgheabului transportorului; ' - unghiul de nclinare a elicei melcului; - unghiul de frecare dintre materialul transportat i melc. 3.4.2. Transportoare gravitaionale Sunt destinate transportului de materiale vrac sau buci individuale folosind ca for motrice aciunea gravitaiei, deplasarea avnd loc n sensul coborrii sarcinii. Din punct de vedere constructiv transportoarele gravitaionale sunt de tipul plan nclinat rectiliniu (fig. 3.67) sau n spiral (fig. 3.64.), cu icane (fig. 3.66.), jgheab pentru materiale vrsate sau cu rulouri (sau role de diverse forme) i care formeaz un transportor cu rulouri (fig. 3.65.). Planurile nclinate sunt folosite la transportul sarcinilor individuale sau a materialelor vrsate cu granulaie mijlocie i mare i care se pot rostogoli. n cazul sarcinilor individuale unghiul de nclinare a planului trebuie s aib o valoare mai mare dect unghiul de frecare al materialului cu suprafaa acestuia (fig. 3.67.), adic: >=> tgmgFmg f cossin (3.107.) n care este coeficientul de frecare al materialului cu suprafaa planului nclinat. Fig. 3.64. Transportor gravitaional elicoidal Fig. 3.65. Transportor gravitaional cu rulouri 111 Fig. 3.67. Plan nclinat de transport Fig. 3.66. Transportor gravitaional cu icane Din relaia precedent rezult c unghiul de nclinare trebuie s fie mai mare dect unghiul de frecare ( ) tg= . Din motive de limitare a vitezei de coborre a sarcinii ( smv /2< ), unghiul planului nclinat trebuie s fie cu puin peste unghiul de frecare. Pentru jgheaburi viteza de deplasare a materialului se determin n funcie de unghiul de nclinare al acestora, folosind relaia aproximativ: tgv 5= , n m/s (3.108.) Productivitatea transportoarelor gravitaionale cu jgheab se determin cu relaia: vAQ 03600= , n t/h (3.109.) unde A0 este seciunea jgheabului, n m2; Viteza de deplasare a materialului depinde de forma traseului jgheabului. Pentru jgheabul rectiliniu (fig. 3.68.), o particul de material de mas mg aflat pe zona AB se va pune n micare de coborre dac este ndeplinit condiia: 101 cossin mgmg > (3.110.) unde 0 este coeficientul de frecare n stare de repaus. Fig. 3.68. Calculul vitezei materialului n jgheaburi Din momentul n care s-a pus n micare, particula accelereaz i n punctul B atinge viteza v. Pentru ca valoarea ei s rmn constant trebuie ca unghiul de nclinare al jgheabului s fie egal cu unghiul de frecare n micare al particulei. Dac n punctul A particula are o vitez iniial vA, pe poriunea AB lucrul mecanic va avea expresia: ( )2211 2cos Avvmlmgmgh += (3.111.) Din figur se poate vedea c 11 sin lh = i dac se nlocuiete n relaia de mai sus se obine: )cos(sin2 11122lgvv A (3.112.) 112 De aici se poate determina mrimea lui v. De regul se impune ca i condiie smv /2< , pentru a evita sfrmarea materialului la deplasarea prin jgheab. Cunoscnd viteza iniial vA i pe v din relaia de mai sus, se poate stabili unghiul de pant necesar din condiia de vitez: 221 22vvghghtgA += (3.113.) Pentru situaia n care Avv = , adic viteza este constant, relaia de mai sus se reduce la egalitatea cunoscut, =tg . La deplasarea unui corp de revoluie pe un plan nclinat apare o rezisten specific la rostogolire care se poate determina cu relaia: 2Dfkw = (3.114.) n care k este coeficient ce ine cont de frecarea gulerului sau a prilor conice ale corpului ( 25,0 =k ); f coeficient de frecare la rostogolire; D diametrul obiectului. Fig. 3.69. Modelul de calcul al deplasrii particulei ntr-un jgheab elicoidal Pentru a avea o micare cu vitez constant trebuie ca planul nclinat s aib panta care s ndeplineasc condiia wtg = . La deplasarea particulei pe un plan nclinat elicoidal apare o for centrifug ce tinde s o scoat de pe suprafaa jgheabului (fig. 3.69.). Acest lucru este mpiedicat prin asigurarea unui jgheab a crui fund este o suprafa elicoidal, generat de o dreapt mn nclinat cu unghiul fa de orizontal. n cele dou proiecii ale traiectoriei elicoidale a particulei 0 sau luat ca axe de referin sistemul ortogonal format din: - tangenta la traiectorie 0y; - normala principal 0x; - binormala 0z. Asupra particulei aflat n echilibru acioneaz urmtoarele fore: greutatea particulei mg ndreptat pe direcia vertical; fora centrifug /2mvFc = pe direcia normalei principale; reaciunea normal la suprafaa elicoidal N, situat n planul x0z format de normala principal i binormala; fora de frecare N dirijat dup tangenta 0y. Dac este unghiul de nclinare a elicei i R raza cilindrului de baz, atunci raza de curbur este 2cos/R= , iar fora centrifug are expresia: 113 22cosRmvFc = (3.115.) Din figur se poate determina unghiul format de reaciunea normal N i binormala 0z: coscos/'''tgOaabOabatg === (3.116.) Cu aceste precizri se pot scrie ecuaiile de echilibru ale particulei 0 proiectate pe cele trei axe: 0x: sincos22NRmv= (3.117.) 0y: Nmg =sin (3.118.) 0z: coscos Nmg = (3.119.) Se mparte relaia (3.117) la (3.119) i innd cont de relaia (3.116.) se obine: Rgvtg2= (3.120.) Din relaiile (3.118.) i (3.119.) se obine: cossincos = (3.121.) Din relaia (3.116.) rezult: 222 cos1111costgtg +=+= (3.122.) nlocuind pe cos n relaia (3.121.) i ridicnd la ptrat se obine: 22222cos1sincostg+= (3.123.) care se grupeaz sub forma: 22222costgtg= (3.124.) Dac n relaia (3.123.) se nlocuiete ( ) 22 1/1cos tg+= , prin ordonare se obine forma: ( ) ( ) 011 22224 =++ tgtgtg (3.125.) Relaiile de mai sus permit determinarea unuia dintre parametrii , sau v, dac din punct de vedere constructiv sunt precizai doi dintre acetia. Pentru particula care se deplaseaz pe un asemenea jgheab viteza v va fi constant deoarece, chiar dac fora centrifug ar determina deplasarea particulei pe o traiectorie cu raza R mai mare, acesteia i va corespunde un unghi mai mic, viteza v va scade i corespunztor va scade i fora centrifug. Acelai efect dar n sens invers l-ar avea suprafaa jgheabului dac particula ar avea tendina s se deplaseze pe o traiectorie cu raza mai mic. Fig. 3.70. Transportor gravitaional cu rulouri 114 Transportoarele cu rulouri sunt folosite la transportul sarcinilor individuale i din punct de vedere constructiv ele pot fi cu rulouri neacionate sau cu rulouri acionate, caz n care sarcinile por fi deplasate i n pant urctoare. Transportorul gravitaional cu rulouri (fig. 3.70.) este alctuit dintr-un schelet cu picioare de susinere 2, pe care se sprijin dou lonjeroane 1 (din profile tip cornier sau U), ntre care sunt montate rulourile 3. De regul, rulourile sunt montate pe un ax fix i susinute pe lonjeroane prin intermediul unor rulmeni. Corpul rulourilor depinde de tipul sarcinii ce trebuie deplasat. Ele pot fi cilindrice (fig. 3.71.), dublu conice la deplasarea unor sarcini cu lungimi mari i dimensiuni transversale reduse, conice, folosite la realizarea unor trasee curbe n vederea reducerii frecrilor suplimentare (fig. 3.72.), cu dou rnduri de rulouri dispuse liber pe acelai ax sau chiar sub forma unor discuri dispuse pe dou rnduri (fig. 3.73.). Fig. 3.71. Tipuri de rulouri Fig. 3.72. Rulouri pentru realizarea de trasee curbilinii La construcia i exploatarea transportoarelor cu rulouri trebuie avut n vedere faptul c distana dintre dou rulouri trebuie aleas astfel nct fiecare sarcin s se sprijine pe cel puin dou rulouri. n mod frecvent pasul de dispunere a rulourilor este de 100-200 mm Fig. 3.73. Transportoare cu discuri i doar la transportul unor sarcini cu lungimi mari se poate depi limita superioar. Viteza de deplasare a sarcinilor sub efectul forei gravitaionale este de 0,2-0,5 m/s i pentru ca ea s rmn constant pe toat lungimea transportorului, acesta trebuie s aib o nclinare fa de orizontal astfel nct componenta greutii sarcinii ce determin micarea ei s fie egal cu rezistena la naintare (fig. 3.74.): cossin wGG = (3.126.) sau: wtg = (3.127.) Rezistena la naintare este o sum de patru rezistene specifice i anume: rezistena datorat frecrii de rostogolire a sarcinii pe rulou; rezistena datorat frecrii din lagrele ruloului; rezistena datorat frecrii de alunecare a sarcinii pe fiecare rulou ntlnit; rezistena datorat ineriei fiecrui rulou ntlnit de sarcin la deplasarea ei. 115 Fig. 3.74. Micarea sarcinii pe rulouri Fig. 3.75. ncrcarea unui rulou Ultimele dou rezistene apar ca urmare a faptului c sarcina aduce fiecare rulou cu care se ntlnete, de la starea de repaus la turaia la care viteza periferic este egal cu cea a sarcinii, ntre cele dou elemente existnd o alunecare. Acelai rulou trebuie accelerat pn capt viteza periferic egal cu viteza de deplasare a sarcinii, fapt ce determin nvingerea unei fore de inerie. Pentru determinarea rezistenei la rostogolire se consider c forele generate de sarcin sunt concentrate la un singur rulou (fig. 3.75.) i innd cont de relaiile 3.115. i 3.127., ecuaia de momente fa de axul ruloului are forma: cos222dalgmmgDR rr += (3.128.) unde mr este masa prii rotative a ruloului; - coeficientul de frecare din lagrul ruloului; Dr diametrul axului ruloului. La determinarea ultimelor dou rezistene trebuie s se in cont de modul de variaie a vitezei periferice i a vitezei unghiulare a ruloului (fig. 3.76.), din momentul O1 cnd a fost prsit de una dintre sarcini i O2 cnd este prsit de urmtoarea sarcin. Pentru un flux de sarcini cu n buci pe or, dispuse la distane egale, timpul dintre O1 i O2 va fi nt /3600= . Energia cinetic a ruloului n punctul O1 este: 2222222212 rr DvJDvJJE === (3.129.) Fig. 3.76. Diagrama vitezei periferice a ruloului unde J este momentul de inerie al ruloului; v- viteza de deplasare a sarcinii, egal cu viteza periferic iniial. La prsirea ruloului de ctre prima sarcin, corespunztor punctului N, acesta se va roti cu o vitez uniform ncetinit (datorit frecrii din lagr) pn se va opri, punctul M din diagram. n acest timp t1 ruloul s-a rotit cu un unghi: 112tDvtrN == (3.130.) 116 n timpul acestei rotiri, energia cinetic este consumat de lucrul mecanic de frecare din lagr: rrr DvtdgmDvJ 12222 = (3.131.) Din relaia de mai sus se poate determina timpul pn la oprirea ruloului. Pe durata unui ciclu o sarcin se afl n contact cu ruloul timp de vl / secunde, restul de timp t0 fiind liber. Dac timpul 10 tt > atunci ruloul va fi n repaus la contactul cu sarcina urmtoare, corespunztor punctului A, dup care va fi accelerat pe zona AC (n timpul t2 ) de la starea de repaus la viteza periferic v. Viteza medie periferic este de 2/v iar un punct de pe periferia ruloului va parcurge n timpul t2 spaiul 2)2/( tv . Dar n acelai timp sarcina parcurge distana 2vt , astfel c rmne o diferen de drum pe care se produce frecarea dintre rulou i sarcin. Pentru coeficientul de frecare de alunecare ' ntre rulou i sarcin, aceasta din urm va efectua un lucru mecanic n timpul t2 care se consum pentru accelerarea ruloului la energia cinetic E i pe lucrul mecanic de frecare din timpul accelerrii sale. Egalitatea dintre lucrul mecanic efectuat de sarcin i cel primit de rulou are forma: 222 '22'' vtmEtvmEvtm =+= (3.132.) Din relaia de mai sus se poate constata c lucrul mecanic efectuat de sarcin se mparte n mod egal pentru accelerarea ruloului i pentru nvingerea frecrii de alunecare pe durata accelerrii acestuia. Dac se ia n considerare toat lungimea L a transportorului, pe care sunt dispuse z rulouri ( azL =/ , a fiind pasul rulourilor), atunci: aERR243 =+ (3.133.) Rezistena specific la naintare de stabilete prin nsumarea celor patru rezistene determinate anterior. n practic rulourile nu se opresc complet de la trecerea unei sarcini i pn iau contact cu sarcina urmtoare sau se rotesc aproape continuu dac rulourile sunt dispuse alturate. Relaiile stabilite anterior stau la baza calculului nclinrii necesare a transportorului (condiia este dat de relaia 3.127.), cu meniunea c n cazul traseelor curbe rezistena specific trebuie majorat cu 0,5-1,0 %. Fig. 3.77. Transportor extensibil cu role neantrenate n practic se regsesc i alte construcii de transportoare cu role, precum cel extensibil din figura 3.77. Acesta este format dintr-un cadru articulat a crui lungime poate fi reglat n funcie de necesiti, ce poate fi deplasat cu ajutorul unor roi. 117 Fig. 3.78. Transportor cu role antrenate Transportorul cu role din figura 3.78. este de tipul cu toate rolele antrenate de la un electromotor, prin intermediul unor transmisii cu lan, amplasate pe unul din capetele axelor rolelor. Fig. 3.79. Transportor extensibil cu role parial antrenate Transportorul din figura 3.79. are cte o pereche de role antrenate (cele din dreptul picioarelor de sprijin), restul fiind libere pe ax. Poate realiza trasee att rectilinii ct i curbilinii, fiind de tipul articulat i mobil. 3.4.3. Instalaii de transport pneumatic Transportul pneumatic se folosete n cazul materialelor sub form de granule fine i mijlocii, constnd n amestecarea acestora cu aer i deplasarea prin conducte, pe baza unei diferene de presiune ntre cele dou capete ale conductei de transport, la destinaie avnd loc separarea materialul de aer. Viteza curentului de aer trebuie s fie mai mare dect viteza de plutire a particulelor. n funcie de modul n care se realizeaz diferena de presiune pe conducta de transport, instalaiile de transport pneumatic se clasific astfel: cu aspiraie (fig. 3.80.); cu refulare (fig. 3.81.); 118 mixte (fig. 3.82.). Fig. 3.80. Instalaie de transport pneumatic cu aspiraie: 1,2- sorb; 3- conducte de transport; 4- separator faze; 5- ecluz golire; 6- filtru praf; 7- ecluz praf; 8- pomp de vacuum; 9- evacuare aer. Transportul cu aspiraie este folosit la ncrcri uoare iar distanele de transport sunt relativ mici. El permite aspiraia materialului din mai multe puncte i descrcarea ntr-un singur punct. Transportul cu refulare este folosit la materiale cu granulaie mare i distane de transport mai mari. Materialul este preluat dintr-un singur loc i descrcat n mai multe locuri. Transportul mixt lucreaz cu aspiraie pe o poriune de transport i cu refulare pe cealalt parte, cu specificaia c poate folosi acelai exhaustor sau dou agregate separate. Materialul poate fi aspirat din orice punct i poate fi descrcat n oricare alt punct. Fig. 3.81. Instalaie de transport pneumatic cu refulare: 1- compresor; 2- regulator de presiune; 3- alimentator cu material; 4- conduct de transport; 5- separator; 6- ecluz golire material; 7- ecluz praf; 8- filtru praf; 9- evacuare aer. 119 Fig. 3.82. Instalaie de transport pneumatic mixt: 1- sorb; 2- conduct transport; 3- filtru aer; 4- separator; 5,6,10,12- gur de descrcare; 7- exhaustor; 8- rezervor regulator; 9- evacuare aer; 11- separator; 13- filtru. Toate variantele constructive au n comun cteva subansamble: alimentator (care face amestecul aer-material), conducte tubulare cu coturi, racorduri i ramificaii, separator (separ materialul de aer), filtru (separ praful din aer nainte ca acesta s fie cedat n atmosfer i pompa de aer ( care realizeaz vacuum sau presiune). Amestectoarele care fac alimentarea transportorului pneumatic pot fi gurile de aspiraie (fig. 3.83.) la instalaiile cu aspiraie sau mixte ori cu alimentatoare celulare (fig. 3.84.), elicoidale (fig. 3.85.) sau cu camer dubl, la instalaiile cu refulare. Gura de aspiraie sau sorbul este realizat dintr-un tub 2 prevzut cu un manon exterior culisat 3 i mnerul 4, cu care se regleaz mrimea orificiului de intrare a aerului 1. O parte a aerului ptrunde i n masa de material cu care se amestec, motiv pentru care este mai uor de antrenat de curentul de aer din tubul central. Fig. 3.84. Alimentator celular Fig. 3.83. Gur de aspiraie Alimentatorul celular este sub forma unei roi cu celule etane pe anumite poriuni ale carcasei cilindrice. Celulele realizeaz att rolul de dozator de material, ct i de ecluz ntre buncrul cu material i conducta de transport. Alimentatorul elicoidal are n construcie un melc cu pas variabil i o camer de amestec. Materialul este mpins de spira melcului care, pe msur ce se apropie de camera de aer, are pasul tot mai mic, comprimndu-l i mpiedicnd ca aerul sub presiune s ptrund pe lng 120 spir spre gura de alimentare. La oprirea alimentatorului, o clapet se nchide automat realiznd etanarea camerei de amestec de jgheabul melcului. Fig. 3.85. Alimentator elicoidal: 1- gur alimentare material; 2- camer de amestec; 3- melc; 4- clapet nchidere. Separatoarele au la baz principiul separrii materialului din amestec pe baza diferenei de greutate dintre particulele solide i aer. De regul se folosesc cicloane de separare, individuale sau n baterii de cicloane. Filtrele de aer sunt necesare deoarece dup separarea fraciei solide, n aer rmne o cantitate semnificativ de praf, ce nu poate fi evacuat n atmosfer. Constructiv, filtrele folosite n practic sunt de tipul cu materiale textile, filtre cu separare umed sau centrifuge n cicloane multiple. Debitul de aer i diferena de presiune necesare transportului sunt asigurate de compresoare (pompe cu piston cu micare rectilinie sau piston rotativ, pompe cu palete cu i fr inel de ap), respectiv de turbocompresoare (pompe centrifugale). Calculul instalaiilor de transport pneumatic urmrete determinarea debitului i a presiunii aerului necesar pentru transport, din condiia de productivitate. Cu acestea se determin mai apoi parametrii pompei de aer, viteza de transport i seciunea conductei de transport. Pentru calcule, trei parametri sunt foarte importani: viteza de plutire a particulelor din amestec, concentraia amestecului i lungimea echivalent a conductei de transport. Viteza de plutire a particulei este acea vitez a curentului de aer vertical la care ea rmne n suspensie, adic presiunea dinamic a aerului echilibreaz fora de greutate a particulei. Fora ce acioneaz asupra unei particule, ca efect al presiunii dinamice a aerului este: ( )2maaa vvAF = (3.134.) unde este un coeficient ce ine cont de forma suprafeei particulei; a - densitatea aerului; va viteza aerului; vm viteza particulei; A aria seciunii particulei perpendicular pe direcia curentului de aer. Pentru o particul sferic cu diametrul d i masa specific m , ce plutete ntr-un curent de aer (vm = 0) se poate scrie ecuaia de echilibru: 22346 pam vdgd = (3.135.) de unde rezult viteza de plutire (se mai numete i vitez critic de plutire): ampgdv32= (3.136.) Pentru o particul de form sferic 23,0= , iar dac particula are o form oarecare, atunci relaia de mai sus are forma: 121 ampdkv'4,28= (3.137.) Coeficientul k ine cont de forma particulei i are valori de la 0,45 la forme aplatisate i pn la 1,0 pentru forma sferic. Cu d s-a considerat diametrul sferei care are aceiai mas specific i mas total precum cea a particulei. La proiectarea instalaiilor de transport pneumatic trebuie avut n vedere ca, n orice zon a conductei de transport, viteza curentului de aer s fie mai mare dect viteza de plutire. Concentraia amestecului material-aer se definete ca raportul dintre masa materialului i masa aerului ce strbat, n aceiai unitate de timp, printr-un punct al conductei de transport. Pentru o mai corect exprimare, se consider ca puncte de referin nceputul conductei, la instalaiile cu aspiraie i sfritul conductei, la instalaiile cu refulare. Cu aceste precizri, concentraia amestecului are forma: 006,3 AvQ= (3.138.) n care Q este productivitatea instalaiei de transport; A aria seciunii conductei de transport; v0 viteza aerului pa presiunea atmosferic; 0 - masa specific a aerului. La alegerea mrimii concentraiei amestecului trebuie inut cont de instalaia folosit i de caracteristicile materialului, valori orientative fiind prezentate n tabelul 3.3. Lungimea echivalent a conductei de transport se consider ca fiind lungimea pe orizontal, ce opune aceiai rezisten cu conducta real, aici fiind incluse coturile, ramificaiile, etc. La aceasta se mai adaug i diferena de presiune aferent diferenei de nivel ntre nceputul i sfritul conductei.. Cu aceste precizri, lungimea echivalent are forma: +++= rcvhechiv LLLLL (3.139.) n care hL este suma poriunilor orizontale ale conductei; Lv - suma poriunilor verticale ale conductei; cL - suma lungimilor echivalente a coturilor traseului conductei; rL - suma lungimilor echivalente ale ramificaiilor de pe traseul conductei. Tabelul 3.3.Valori orientative pentru coeficientul de concentraie Lungimea echivalent, m Tipul instalaiei i materialul transportat 25 50 75 100 200 300 400 600 Transport cu aspiraie: - cereale 20 15 12 10 - - - - Transport cu refulare: - materiale cu m 2,5 t/m3 - - - 60 40 30 25 20 n urma msurtorilor experimentale s-au stabilit lungimile echivalente pentru coturi de 900 (tabelul 3.4.), pe baza raportului dintre raza medie de curbur a cotului R0 i diametrul interior al conductei di, iar pentru ramificaie cu clapet se ia n calcul o lungime echivalent cu 8 m. Viteza curentului de aer necesar pentru transport se va lua mai mare dect viteza de plutire, dat de relaia 3.136. De asemenea, viteza va fi cu att mai mare cu ct i lungimea conductei de transport va fi mai mare. O relaie aproximativ de calcul a acesteia are forma: 20 echivm BLv += (3.140.) 122 unde este un coeficient ale crui valori sunt date n tabelul 3.5.; m - masa specific a particulei; B coeficient cu valori cuprinse ntre (2-5) 10-5 n funcie de granulaie. Tabelul 3.4. Lungimea echivalent a coturilor Materialul transportat Raportul idR /0 Pulberi 4-8 5-10 6-10 8-10 Grune - 8-10 12-16 16-20 Materiale cu granulaie mrunt neuniform - - 28-35 38-45 Materiale cu granulaie mare neuniform - - 60-80 70-90 Tabelul 3.5. Mrimea coeficientului Materialul Granulaia, mm Pulberi 0,001-1 10-16 Grune 1-10 17-20 Materiale cu granulaie mrunt uniform 10-20 17-22 Materiale cu granulaie medie uniform 40-80 22-25 Dac se ine cont de complexitatea traseului de transport, la instalaiile cu aspiraie ( ) pvv 8,25,20 = . Pe de alt parte, se tie c presiunea scade n conducta de transport de la nceput spre sfritul acesteia, debitul de aer ce trece prin seciunea conductei fiind: AvQa = , n m3/s (3.141.) A fiind aria seciunii conductei, n m2; v viteza gazului, n m/s. Instalaiile de transport se execut cu conducte de seciune constant astfel c, pentru un punct oarecare caracterizat de presiunea p, masa specific i viteza v, i punctul de intrare al conductei aflat la presiunea atmosferic (p0, v0, 0 ), exist egalitile: 000==ppvv, sau 0000 vppvv == (3.142.) Din relaia 3.140. se poate determina care este diametrul conductei prin care se face transportul: 46,3200dvQA== , de unde rezult diametrul interior al conductei: 006,0vQd = , n m. (3.143.) Din relaiile 3.138. i 3.141. se poate determina debitul de aer necesar pentru transport, n condiiile de productivitate i de concentraie a amestecului aer-material: 00 6,3QAvQa == (3.144.) n timpul lucrului pompa de aer trebuie s nving cderile de presiune care apar pe ntregul traseu de transport: fcshvdtot hhhhhhh +++++= (3.145.) unde hd este cderea de presiune dinamic datorat accelerrii amestecului aer-material de la zero la viteza de transport; hv cderea de presiune static datorit diferenei de nivel pe zonele verticale ale conductei de transport; 123 hh cderea de presiune datorit rezistenei la naintare pe conducta de transport n poriunile orizontale (frecri cu pereii conductei, vrtejuri); hs cderea de presiune la trecerea aerului prin separator; hc - cderea de presiune la trecerea aerului prin ciclon; hf - cderea de presiune la trecerea aerului prin filtru. Cderea de presiune dinamic se determin plecnd de la faptul c, energia cinetic pe care le capt masa de aer (ma) i masa de material (mm) ce trec ntr-o secund de la viteza iniial egal cu zero la viteza final (va, vm) este: 222121mmaa vmvmE += (3.146.) Dar energia cinetic este egal cu lucrul mecanic efectuat de cderea de presiune hd: ad AvhLE == (3.147.) Dac se ine seama de relaia de definiie gAvm /= i de faptul c 85,0/ =am vv , nlocuind n relaia 3.146. se obine apoi din relaia 3.147. cderea de presiune dinamic de forma: ( ) 7,0122+= aadvh , n mm H2O (3.148.) innd cont de relaiile 3.145., n cazul instalaiei de transport cu aspiraie, pentru 2/0 app , cderea de presiune dinamic va fi: ( )7,011,0 20 += vhd (3.149.) n cazul instalaiei de transport cu refulare viteza final 0vva = iar cderea de presiune dinamic va fi: ( )7,0106,0 20 += vhd (3.150.) Pentru transportul amestecului aer - material pe nlimea H, trebuie nvins presiunea static. Aerul va avea masa specific v corespunztoare presiunii din acel punct, iar amestecul va avea masa specific v . n aceste condiii, cderea de presiune hv va fi egal cu presiunea static de la baza coloanei: Hh vv = , n mm H2O (3.151.) Masa specific v depinde de presiunea din punctul considerat i are valori de 1,6-2,0 kg/m3 la instalaiile de transport cu refulare i de 0,8-1,1 kg/m3 la instalaiile de transport cu aspiraie. Cderea de presiune pe poriunea orizontal a conductei de transport datorat frecrilor la trecerea amestecului depinde de tipul de transport: - pentru o instalaie de transport cu aspiraie: dldvkdp2= (3.152.) - pentru o instalaie cu refulare: dldvkdp2= (3.153.) unde dl este un element de conduct; k- coeficient de corecie. Termenul 2v se modific n raport cu presiunea i dac se ine cont de relaiile 3.142. se poate scrie: ppvv 02002 = (3.154.) Cu aceasta, relaia 3.153. devine: 124 ddlpvkpdp 0200= care integrat va deveni: Cclpvkp+= 020022 (3.155.) Constanta de integrare se obine din condiia 0pp = , pentru 0=l i are valoarea 2/20pC = , iar cu notaia 002pk = , respectiv pentru echivLl = , introduse n relaia de mai sus se obine: dLvpp echiv200 1+= (3.156.) Pentru o instalaie de transport cu refulare cderea de presiune pe tronsonul orizontal, n mm H2O va fi: +=+== 111000011202000 dLvdLvppph echivechivh (3.157.) Pentru o instalaie de transport cu aspiraie cderea de presiune pe tronsonul orizontal va fi: ==dLvpph echivh200 1110000, mm H2O (3.158.) Din datele experimentale valoarea lui se determin cu ajutorul unei diagrame specifice, n cazul instalaiilor de transport cu refulare i este de 7105,1 la instalaiile de transport cu aspiraie. Cderea de presiune din aparatul separator se datoreaz pierderii energiei cinetice a amestecului i se determin cu relaia: += 2222 amaas vvgvh , mm H2O (3.159.) unde = 1,5..2,5. Cderea de presiune din ciclon se datoreaz pierderii energiei cinetice doar a aerului i se determin cu relaia: gvh aac 22= mm H2O (3.160.) Cderea de presiune din filtrul de aer se determin n funcie de volumul de aer V ce trece ntr-o or prin fiecare metru ptrat de material filtrant, cu relaia empiric: 282.13.0 Vh f = mm H2O (3.161.) La toate aceste pierderi de presiune se mai adaug i o cretere de 15-25 % pentru instalaiile de transport cu refulare, respectiv 5-10 % pentru instalaiile de transport cu aspiraie, pierderi ce apar la organele de aspiraie sau de refulare (pompe de aer) sau prin etaneitile conductelor. Puterea absorbit de instalaia de transport pneumatic se determin plecnd de la o conduct de seciune constant la care, prin fiecare seciune trece ntr-o secund cantitatea de aer Av. Pentru ca aceast cantitate de aer s treac de la presiunea p la p+dp se consum lucrul mecanic: AvdpdL = (3.162.) La instalaia de transport cu refulare, ntr-o secund se consum lucrul mecanic necesar trecerii de-a lungul conductei de la presiunea p0 la p: 125 00000 ln00pppAvpdppAvAvdpLpppp=== (3.163.) n relaia de mai sus s-a nlocuit ppvv /00= , conform relaiilor 3.142. i dac 00 VAv = care este volumul de aer la presiunea atmosferic folosit la transport, lucrul mecanic consumat va fi: 0000 ln phpVpL tot+= (3.164.) n mod similar se obine lucrul mecanic consumat pentru instalaiile de transport cu aspiraie, sub forma: tothppVpL=0000 ln (3.165.) Dac se ine cont de randamentul pompelor de aer care este cuprins ntre 0,55 0,75, atunci puterea motorului electric de acionare se calculeaz cu relaia: 1021,1 LP = , n kW. (3.166.) Fig. 3.86. Transportor n strat fluidizat Transportul unor materiale cu granulaie mic i pe distane scurte, se poate realiza prin deplasarea n strat fluidizat (fig. 3.86). n industria alimentar fluidizarea este folosit att la transport, ct i uneori la uscarea particulelor. n principiu, curentul de aer debitat de ventilatorul 2 este trimis n canalul de transport de form dreptunghiular i nclinat cu un unghi , format din camera inferioar 3, grtarul 4 i camera superioar 5. Materialul din cuva de alimentare 1 este antrenat de curentul de aer din camera inferioar, cu o vitez apropiat de cea critic a particulelor, fiind deplasat pe grtar pn la gura de evacuare 6. Tabelul 3.6. Consumul de energie la transportul n strat fluidizat (W) Lungimea de transport, m Limea canalului, mm Productivitatea m3/h 10 25 40 125 20 635,5 1009,3 1383,2 250 40 822,4 1644,9 2243,1 400 80 1121,5 2243,1 3364,6 500 120 1345,8 2691,7 4112,3 126 Au avantajul unei construcii simple, lipsa unor organe n micare i au un consum de energie sczut (vezi tabelul 3.6.). Se folosesc doar la o gam redus de materiale precum produse de mcini, lapte praf, pulberi, ciment, zahr, etc. 3.4.4. Transportoare oscilante Aceste transportoare se mai numesc i ineriale deoarece materialul se afl ntr-un jgheab antrenat n micare oscilant, deplasarea lui fiind determinat de forele de inerie, n timp ce jgheabul execut cursa de ntoarcere. Pentru a putea realiza deplasarea, jgheabul este aezat sub un unghi fa de orizontal, fapt ce permite obinerea unei componente verticale a acceleraiei i care, reduce presiunea materialului pe fundul jgheabului, evitnd antrenarea materialului n sens invers la cursa de ntoarcere. Fig. 3.87. Transportor inerial cu jgheab: 1- jgheab; 2- mecanism acionare; 3- biel; 4- brae articulate elastice. Construcia unui transportor oscilant este prezentat n figura 3.87. Materialul este introdus prin plnia de alimentare n jgheabul nclinat i susinut de ctre mai multe brae articulate , care este antrenat n micare de ctre un mecanism biel manivel. Pe cursa de ducere, jgheabul primete o micare de uoar ridicare i de translaie pe direcia de transport. Materialului i va fi imprimat o acceleraie pe vertical i una pe orizontal. Pe cursa de ntoarcere, jgheabul va cobor puin i acest lucru va permite ca forele de inerie, generate de cele dou acceleraii, s propulseze n continuare materialul pe direcia de transport. Pentru studiul cinematicii se ia ca model figura 3.88. Aici se consider c mecanismul de acionare este de tipul biel manivel, la care biela oscileaz aproape de direcia orizontal. Viteza imprimat jgheabului cu material va avea componenta orizontal sinr i care va imprima o Fig. 3.88. Cinematica transportorului oscilant acceleraie cos2r . Datorit nclinrii jgheabului, acceleraia total a va fi nclinat cu unghiul pe toat lungimea sa. Va rezulta o acceleraie pe vertical de forma tgr cos2 . Amplitudinea oscilaiilor este mic i prin urmare, se poate considera c unghiul este constant, astfel c diagrama vitezei imprimat jgheabului n funcie de unghiul de rotaie va fi o sinusoid, iar a acceleraiei o cosinusoid (fig. 3.89.). n realitate particulele aflate pe suprafaa jgheabului, ca urmare a acceleraiei verticale, exercit o for de apsare care, pentru o mas de 1 kg este: 127 tgrgN cos11 2+= (3.167.) Fig. 3.89. Diagrama cinematic a transportorului oscilant tip biel - manivel Presiunea minim se obine pentru 1cos = i 0180= : rtggN 2min11= (3.168.) Pentru a evita consumul inutil de energie prin efectuarea de salturi ale materialului pe jgheab, trebuie respectat condiia ca 0min >N , adic: grtg grtgrg202 11 (3.171.) De aici se obine turaia minim a manivelei: ( )tgrn00min 130+= (3.172.) Dac se ine cont de componenta vertical a acceleraiei, atunci fora de apsare pe jgheab va fi: sin'agGGN += (3.173.) Termenul al doilea ine seama de componenta variabil a forei de apsare normal, proporional cu acceleraia a a jgheabului i este reprezentat la scara forelor n diagram. Tot din diagram se poate vedea c din punctul A (caracterizat prin spaiul s1, 1 i v1), viteza jgheabului este mai mic dect cea a particulelor i care va determina o ntrziere. Practic, viteza materialului scade pn la zero, cu puin nainte de 2= , parcurgnd spaiul s2. Spaiul parcurs de o particul pe durata unui ciclu se determin din relaia: tgrs = 06,13 (3.174.) Viteza medie a materialului pe durata unui ciclu este: tgrnnsvm == 023,060 (3.175.) 128 Pentru un coeficient de frecare 35,00 = , n tabelul 3.7 sunt date caracteristicile cinematice ale transportoarelor oscilante, n funcie de elementele constructive. Tabelul 3.7. Mrimile cinematice ale transportoarelor oscilante Unghiul de nclinare a jgheabului, , n grade 160 180 200 Raza r m nmax rot/min vm m/s nmax rot/min vm m/s nmax rot/min vm m/s 0,010 560 0,129 526 0,137 498 0,146 0,015 457 0,158 429 0,168 406 0,178 0,020 396 0,183 372 0,195 352 0,206 0,025 354 0,204 333 0,218 314 0,230 Productivitatea transportoarelor oscilante se determin plecnd de la relaia general (3.1.), explicitnd termenii: = hbq 1000 (3.176.) n care b este limea jgheabului, n m; h nlimea stratului de material din jgheab, n m; - masa volumetric a materialului, n kg/m3. Dac se ine cont de relaia (3.175.), atunci productivitatea va avea expresia: tgrnhbQ = 0830 , [t/h] (3.177.) Puterea necesar acionrii transportorului oscilant se poate determina cu relaia (3.104.), pentru o valoare medie a rezistenei specifice la naintare, 35.1=w . 3.4.5. Transportoare vibrante Constituie un caz particular al transportoarelor oscilante, la care jgheabul este montat pe arcuri elastice (fig. 3.90.) sau bare elastice (fig. 3.91.) Fig. 3.90. Schema transportorului vibrant: a- suspendat cu elemente elastice; b- aezat pe elemente elastice: 1- jgheab; 2- elemente elastice; 3- mecanism vibrator. 129 Caracteristic acestor transportoare este faptul c lucreaz cu frecvene ale oscilaiilor de 1000 3000 osc/min i amplitudine mic, de 1 5 mm. Ca urmare, deplasarea materialului n lungul jgheabului se realizeaz prin salturi mici. Fig. 3.91. Transportor vibrant cu bare elastice 3.5. Maini de aruncat materiale sau trimere Sunt maini de construcie special i se folosesc la aruncarea sau mprtierea unor materiale granulare, de regul a ngrmintelor i amendamentelor n agricultur, dar i a altor materiale precum pmnt, nisip, etc. Din punct de vedere constructiv, trimerele au n compunerea lor elemente de transportor, n funcie de care se pot clasifica astfel: arunctoare cu band; arunctoare cu band i rol; arunctoare cu disc; arunctoare cu palete; arunctoare pneumatice Fig. 3.92. Schema unui arunctor cu Fig. 3.93. Schema unui arunctor cu transportor cu band dou transportoare cu band Arunctoarele cu band pot fi cu un singur transportor (fig. 3.92.) sau cu dou transportoare cu band (fig. 3.93.). n primul caz, materialul este preluat de banda transportoare i datorit vitezei mari a acesteia, este aruncat pe la captul de descrcare. Pentru a avea o mai bun angrenare ntre band i material, aceasta este prevzut cu nervuri capabile s antreneze o cantitate ct mai mare de material. Cu toate acestea, dac unghiul de nclinare (unghiul de aruncare) este mare, atunci o parte din material va avea tendina de rostogolire n sens invers micrii benzii. Pentru a elimina acest dezavantaj, n a doua variant se prevede un alt transportor care, alturi de primul, antreneaz i delimiteaz volumul de material care va fi aruncat. 130 Arunctorul cu disc (fig. 3.94.) este alctuit din discul 1, prevzut cu nervurile radiale 5 i antrenat n micare de rotaie de la un grup conic prin intermediul axului 2. Materialul adus prin gura de alimentare 3, trece prin plnia tubular 4 i ajunge pe discul arunctor cu un debit uniform. Ca efect al forei centrifuge, materialul se deplaseaz n lungul nervurilor radiale, fiind aruncat uniform n toate direciile. Fig. 3.94. Schema arunctorului cu disc Fig. 3.95. Schema arunctorului cu band i rol n figura 3.95. este prezentat schema unui arunctor cu band i rol de presare. Rola de raz R este prevzut cu dou borduri laterale, pentru a nu permite curgerea materialului de pe banda transportorului. Asupra unei particule de mas m acioneaz urmtoarele fore: reaciunea normal N, fora de frecare NF = , greutatea G cu componentele normal i tangent, respectiv fora centrifug RmvFc /2= . Din figur de poate vedea c reaciunea normal este: RvmGN2cos+= (3.178.) Datorit forelor ce acioneaz asupra particulei m, aceasta va fi aruncat cu o vitez v0 i va parcurge o traiectorie definit de relaia: 2202cos2vxgtgxy= (3.179.) Distana parcurs de particul pe orizontal dup momentul aruncrii este definit prin relaia: 2sin20gvx = (3.180.) 131 Lungimea maxim de aruncare a materialului L se obine pentru 12sin = , adic pentru 045= . n practic unghiul de nclinare are valori cuprinse ntre 30 400. nlimea maxim H la care se ridic materialul dup aruncare se determin din relaia: 220 sin2gvH = (3.181.) Din relaiile de mai sus rezult mrimea unghiului de aruncare n funcie de L i H: LHarctg4= (3.182.) Fig. 3.96. Dispersia materialului la arunctorul cu band i rol Dispersia materialului aruncat cu viteza iniial v0 este prezentat n figura 3.96. mprtierea materialului depinde de compoziia granulometric a acestuia. Astfel particulele cu masa cea mai mare vor fi aruncate n zona A, n timp ce particulele cu masa cea mai mic vor fi aruncate n zona E. Dac se ine cont de cinematica micrii particulei la aruncarea sub un unghi oarecare, n acest caz se poate scrie: ( ) 2sincos vRgddvv += (3.183.) Plecnd de la aceast relaie n care v este viteza absolut a particulei, se obine viteza de aruncare n funcie de viteza pe orizontal vH, astfel: evv H=0 (3.184.) unde este unghiul cu care banda nfoar rola ( 21 += ). Productivitatea arunctorului cu ban se determin cu relaia: 06,3 vhBQ = , n t/h (3.185.) n care B este limea benzii transportorului; - masa volumetric a materialului; h nlimea stratului de material de pe band; - coeficientul de umplere al seciunii cu material; Pentru situaiile practice, arunctoarele cu band au viteza de aruncare de 12 18 m/s i distana de aruncare de 10 20 m. n cazul unei benzi cu limea de 0,4 m, nlimea stratului de material de 0,010, viteza de aruncare de 12 m/s, coeficient de umplere de 0,7 i o mas volumetric de 0,8 t/m3, productivitatea arunctorului este de aproximativ 100 t/h. Puterea necesar acionrii unui arunctor cu band se determin cu relaia: ( )=gvvQP H367220 , n kW (3.186.) unde este randamentul transmisiei. Arunctorul cu palete (fig. 3.97.) poate lucra n dou moduri. n prima variant (fig. 3.97.a) materialul este antrenat n micare de paletele 1 i aruncat la ieirea din jgheabul 2, fr a avea un control asupra modului de dispersie a acestuia. A doua variant (fig. 3.97.b) permite antrenarea materialului de ctre paletele 2 n interiorul carcasei 3 i aruncarea acestuia prin tubul 132 1. Ca i n cazul arunctorului cu band i rol, forele care acioneaz asupra unei particule sunt reaciunea N, greutatea mg, fora de frecare F i fora centrifug m2R. Particula este antrenat de palet din punctul A i deplasat prin carcas pn n punctul B, unde este aruncat cu viteza v0. Datorit faptului c viteza absolut v este nclinat cu unghiul fa de v0 i frecrii cu tubul de evacuare, viteza real de aruncarea particulei va fi mai mic. Fig. 3.97. Schema arunctorului cu palete Productivitatea arunctorului cu palete se determin cu relaia: mvAQ = 6,3 (3.187.) unde A este aria seciunii transversale a materialului din jgheabul arunctorului; vm viteza medie sau viteza real de aruncare a materialului n cazul arunctorului pneumatic (fig. 3.98.) materialul din gura de alimentare este introdus cu un debit uniform n canalul de refulare 3, prin care circul un curent de aer debitat de paletele ventilatorului 1. Viteza de aruncare a materialului este egal cu viteza curentului de aer de la ieirea din canalul de refulare. Fig. 3.98. Schema arunctorului pneumatic 3.6. Instalaiile auxiliare ale transportoarelor Instalaiile auxiliare au rolul de a asigura ncrcarea transportorului cu un debit constant de material din punctul de primire al acestuia, la care se mai poate aduga i cntrirea materialului. Din aceast categorie fac parte buncrele, alimentatoarele, nchiztoarele i cntarele. 3.6.1. Buncre Buncrele sunt recipieni n care sunt pstrate materiale vrac n cantiti mari. Dac raportul dintre nlime i dimensiunea seciunii orizontale este mic, aceti recipieni se numesc buncre, iar dac raportul este mare se numesc silozuri 133 Din punct de vedere constructiv buncrele pot fi prismatice, cilindrice sau n form de albie, cele mai des ntlnite n practic fiind prezentate n figura 3.99. Din punct de vedere al utilizrii lor, buncrele pot fi: de primire, care primesc materialul vrac direct din mijlocul de transport i care trebuie s asigure preluarea unei cantiti specifice ritmului neuniform de sosire a materialului; de aici, cu ajutorul benzilor transportoare, materialul vrac este dirijat sub form de flux uniform ctre urmtoarea operaie din cadrul tehnologiei de lucru; intermediare, cu rol de tampon compensator fa de specificul liniei tehnologice; de ncrcare sau ieire, aici fiind acumulat produsul finit ce urmeaz a fi livrat ctre mijloacele de transport. Construcia buncrelor trebuie s in cont de faptul c scurgerea materialului trebuie s se fac n condiii de rezisten minim. Scurgerea se poate realiza, n funcie de nclinarea pereilor, sub dou feluri: normal (fig. 3.100.a. i c) sau hidraulic (fig. 3.100.b.). La scurgerea normal se formeaz un curent central de material n micare i o adncitur conic la suprafaa liber a materialului din buncr, acesta fiind i modelul de scurgere care se ia n calcule. La scurgerea hidraulic ntreaga mas a materialului este pus n micare i aceasta se datoreaz unei nclinri pronunate a pereilor buncrului. Fig. 3.99. Tipuri constructive de buncre Fig. 3.100. Moduri de scurgere a materialului din buncre n cazul scurgerii normale a materialului, orificiul de scurgere este ngustat de particulele de material ce se afl n repaus n jurul acestuia, astfel c, toate dimensiunile ce se iau n calcul vor fi micorate cu dimensiunea granulei caracteristice. Calculul buncrelor are ca scop determinarea presiunii exercitate de material asupra pereilor laterali i a fundurilor, presiune care se transmite implicit i asupra nchiztoarelor sau alimentatoarelor. n teoria mecanicii curgerii materialelor vrsate se presupune c materialul se scurge uor, iar ntre granulele acestuia nu se exercit fore de frecare. n cazul real lucrurile stau 134 puin diferit, de aceea relaiile matematice obinute pe modelul teoretic vor fi afectate de unii coeficieni de corecie stabilii pe cale experimental. Asupra pereilor buncrului materialul exercit o presiune q pe suprafaa orizontal i o presiune p pe suprafaa vertical, n lipsa unor eforturi tangeniale acestea fiind tensiunile principale. Dac exist un perete nclinat cu un unghi (fig. 3.101.) atunci apar presiunea sau efortul unitar normal i efortul unitar tangenial .Pentru un element prismatic, cu seciunea triunghiular ABC i lungimea egal cu unitatea, plin cu material vrac, proiecia forelor pe direcia normal la BC va da ecuaia de echilibru de forma: Fig. 3.101. Distribuia eforturilor 0sincos = pABqACBC (3.188.) Din triunghiul dreptunghic se pot exprima AB i AC n funcie de BC, iar cu acestea relaia de mai sus devine: 22 sincos pq += (3.189.) Cunoscnd presiunea pe peretele orizontal i pe cel vertical, se poate stabili presiunea pe un perete nclinat al buncrului. Din proiecia forelor pe direcia BC se obine ecuaia de echilibru de forma: 0sincos =+ qACpABBC (3.190.) Dac se fac nlocuirile ca mai sus rezult: 2sin2pq = (3.191.) Reprezentarea grafic a relaiilor ce definesc pe i pe este prezentat n figura 3.102. Pe axa O s-a trasat un cerc de raz ( ) 2/pqr = cu centrul la distana ( ) 2/pq + . Dac din punctul M se duce dreapta MN nclinat cu unghiul , ordonata punctului N va fi: 2sin22sinpqr== (3.192.) Fig. 3.102. Reprezentarea grafic a eforturilor Pentru abscisa punctului va rezulta: ( ) 2222 sincossincos222cos2pqpqpqrpq+=++=++= (3.193.) Cercul tensiunilor poate fi trasat pentru orice punct al masei de material, n care dreapta MN va da, pentru un plan nclinat cu unghiul , eforturile unitare i . Efortul unitar tangenial este legat de cel normal, iar la limit prin relaia frecrii interne: 00 tg== (3.194.) Daca efortul unitar tangenial atinge aceast valoare limit atunci materialul i pierde coeziunea i alunec (se surp) dup direcia unghiului pentru care a fost atins limita. Reprezentarea grafic a dreptei dat de relaia 3.194. arat c aceast limit este atins atunci n punctul de tangen cu cercul tensiunilor (fig. 3.103.a.). Planul n care se afl punctul N are nclinaia , a crui valoare se determin din triunghiul ONO1: 135 Fig. 3.103. Reprezentarea grafic a unghiului de nclinare limit i a efortului unitar tangenial 245902 0000 +=+= (3.195.) n condiii reale, cnd materialul are o umiditate oarecare i unde apar fore de coeziune suplimentare ntre granule, tensiunea tangenial apare i n lipsa unei tensiuni normale, ca efect al unei tensiuni iniiale 0 (datorat forelor de coeziune), iar relaia de definiie a efortului tangenial (reprezentat n figura 3.103.b.) va fi: 00 += (3.196.) Din relaia 3.195. ca i condiie limit, rezult c ntre p i q exist o relaie de dependen de forma kqp = , k fiind o constant numit coeficient de mobilitate. Acest coeficient va permite determinarea presiunii orizontale dac se cunoate presiunea vertical a unui buncr. Cu semnificaia de mai sus relaiile 3.191. i 3.192. vor cpta forma: ( )2sin21sincos 22kqkq=+= (3.197.) Dar din relaia 3.194. /0 =tg i relaiile de mai sus pot fi scrise astfel: ( )( ) 220 sincos22sin1kktg+= (3.198.) Din relaia 3.195. rezult c 0cos2sin = i 0sin2cos = , iar dac se ine cont i de relaiile trigonometrice 22cos1cos2+= , respectiv 22cos1sin 2= , atunci relaia de mai sus devine: ( ) ++=2sin12sin12cos1cossin00000kk (3.199.) Relaia de mai sus se nmulete cu 0cos i de aici se obine formula de calcul a coeficientului de mobilitate: 00sin1sin1+=k (3.200.) Din relaiile trigonometrice se obine c kctg =2 , de unde rezult relaia de calcul a coeficientului de mobilitate de forma: 136 =245 002tgk (3.201.) Pentru buncrele cu nlimi mari, de ordinul metrilor, presiunea pe vertical se poate determina plecnd de la legea hidrostatic hq = , unde este masa volumetric a materialului iar h este nlimea coloanei de material. Dac se urmrete un calcul mai precis, atunci va trebui s se in cont de faptul c o parte din material se sprijin, prin frecare, de pereii laterali ai buncrului, parte ce va determina scderea presiunii verticale. Pentru buncrul din figura 3.104. se consider un strat elementar cu grosimea dh (cu buncr avnd seciunea A i perimetrul L) , aflat la adncimea h fa de suprafa, ce se afl n echilibru sub aciunea presiunilor de pe cele dou suprafee ale sale, a greutii proprii i a frecrii de pereii buncrului. Ecuaia de echilibru va avea forma: ( ) pLdhAdqqAdhqA ++=+ (3.202.) Dac se mparte relaia de mai sus cu Adh se obine: ALpdhdq = (3.203.) Pentru condiia kqp = i introducnd raza hidraulic LAR /= rezult: == qkRRkqRkdhdq (3.204.) Prin integrare i determinarea constantei de integrare din condiiile la limit, se obine relaia final: =hRkekRq 11 (3.205.) Se poate observa c presiunea vertical nu crete continuu cu nlimea h, ea tinznd asimptotic spre valoarea limit kR / , i o atinge pentru =h . n practic valoarea limit este atins dup 3-5 m. Din datele experimentale s-a constat c pentru majoritatea materialelor 18,0k , iar presiunea maxim atinge valoarea Rq 6,5max = , independent de nlimea h. Cu aceste date i innd cont c la ncrcarea buncrului pot s apar presiuni mai mari dect cele rezultate din calculele precedente, relaia general de Fig. 3.104. Calculul buncrului calcul a presiunii exercitate de material asupra unui perete al buncrului nclinat cu unghiul are forma: ( ) 22 sincos6,5 kR += (3.206.) unde 2....1= i este un coeficient ce ine cont de modul cum este exploatat buncrul (golire parial sau total, manevrare nchiztor, apariia de sarcini dinamice, etc.). Forma optim a buncrului trebuie s in cont de faptul c pentru descrcare, laturile piramidei inferioare trebuie s aib acea nclinaie care s nu permit formarea de depozite de material ce nu pot s alunece spre n jos. n funcie de coeficientul de frecare n repaus al materialului pe pereii buncrului 1 , unghiul de nclinare se poate determina cu relaia: 2121 214cos += (3.207.) n practic, pentru ca toat masa de material s alunece, trebuie ca pereii s aib o nclinare cu 20 - 40 mai mare dect cea teoretic. Pentru buncrele avnd forma de albie alungit i a celor cu descrcare prin fant, unghiul de nclinare al pereilor este de 500 - 600 sau chiar mai mare, dac materialul se scurge greu. 137 3.6.2. nchiztoare Sunt acele dispozitive care nchid sau deschid orificiile de evacuare a materialelor din buncre. n acelai timp nchiztoarele mai pot juca rol de reglaj, neuniform i n anumite limite, a debitului de material care se scurge din buncr. Clasificarea nchiztoarelor se poate face dup forma constructiv a elementului de nchidere (fig. 3.105.). Pentru descrcarea materialului din buncrele cu fant se folosesc descrctoare mecanice cu lopei, iar n unele cazuri descrcarea se face cu instalaii pneumatice. Buncrele care se descarc pneumatic au o construcie special prin care, pe la partea inferioar se insufl aer ce antreneaz particulele i le fluidizeaz n procesul de descrcare. nchiztoarele trebuie s asigure un anumit debit de material care s treac prin orificiul lor, fapt ce impune realizarea unei anumite seciuni de trecere, respectiv o anumit vitez de curgere. Ca urmare a presiunii exercitate de material asupra pereilor buncrului, dar i asupra nchiztorului, trebuie determinat i fora necesar pentru acionarea lui. Debitul de material care se scurge prin orificiul nchiztorului este asemntor ca n cazul transportoarelor: AvQ 3600= , n t/h (3.208.) unde A este aria seciunii de trecere a nchiztorului, n m2; v viteza de scurgere a materialului, n m/s; - masa volumetric a materialului, n t/m3. Fig. 3.105. Tipuri constructive de nchiztoare: a- cu sertar plan orizontal; b- cu sertar plan vertical; c- cu tablier flexibil; d- cu clapet oscilant; e- cu sector pivotant simplu; f- cu sector pivotant dublu; g- cu sector pivotant nclinat interior; h- cu sector pivotant nclinat exterior; i- cu dou sectoare pivotante nclinate; j- cu degete. 138 Deoarece viteza de scurgere a materialului difer cu nlimea stratului de material, rezult c i debitul va fi neuniform. Uniformizarea sa relativ se poate face prin modificarea periodic a seciunii orificiului. Mrimea orificiului de scurgere trebuie s permit trecerea materialului fr apariia unor rezistene suplimentare, mrimea sa fiind aleas astfel nct s nu se blocheze la trecerea unui bulgre mai mare sau s nu permit formarea unei boli deasupra orificiului de scurgere, care s imobilizeze materialul. O formul de calcul experimental stabilete care trebuie s fie mrimea orificiului nchiztorului la care scurgerea materialului s respecte condiiile de mai sus: ( ) 080'' tgakA +> , n mm. (3.209.) n care A este latura orificiului ptrat sau diametrul orificiului rotund, n mm; k coeficient experimental (k = 2,6 pentru materiale nesortate i k = 2,4 pentru materiale sortate); a dimensiunea maxim a granulei caracteristice, n mm; 0 - unghiul de frecare intern a materialului. Pentru a nu se forma o bolt deasupra orificiului de scurgere este necesar ca componenta pe vertical a efortului tangenial 1 s respecte condiia: )sin1( 001 += (3.210.) Raza hidraulic a orificiului trebuie s ndeplineasc condiia: ( ) 00 sin1+=R (3.211.) Dar cum pentru majoritatea materialelor vrsate valoarea medie a unghiului de frecare intern este de 36040, efortul tangenial iniial are forma: 40h = (3.212.) Pentru a determina viteza de scurgere a materialului, se consider un element de grosime h de material de deasupra orificiului de scurgere de seciune S, pe care se exercit presiunea vertical q. Cum ns energia cinetic pe care o capt materialul la parcurgerea acestei distane, este egal cu lucrul mecanic efectuat de presiunea q: 22vhSghqS = (3.213.) De aici se obine viteza de scurgere: qgv 2= (3.214.) Din ncercrile experimentale s-a constatat c relaia de mai sus trebuie corectat cu un coeficient 5,0...2,0= n funcie de materialul din buncr. La stabilirea forei necesare acionrii nchiztoarelor trebuie s se ia n considerare tipul constructiv i rezistenele specifice ce apar n timpul manevrrii lor. Relaiile matematice stabilite pe baze teoretice sunt corectate cu coeficieni de siguran supraunitari. 3.6.3. Alimentatoare Alimentatoarele sunt acele dispozitive montate n zona orificiilor de evacuare ale buncrelor i care au rolul de a asigura un debit de material constant n timp sau cu posibilitatea de reglare n funcie de nevoi. Alimentatoarele fac legtura dintre buncr i transportoarele de material, ca parte a instalaiilor de prelucrare a acestuia. Din punct de vedere constructiv i al principiului de funcionare, alimentatoarele se por clasifica astfel: alimentatoare cu organe rotative; alimentatoare cu organe flexibile de traciune; 139 alimentatoare cu organe oscilante. Fig. 3.106. Alimentatoare cu organe rotative: a- cu tob cilindric neted; b- cu tob cilindric profilat; c- cu disc Alimentatoarele cu organe rotative au n construcie o tob cilindric (fig. 3.106.a.), o tob canelat (fig. 3.106.b.) un disc rotitor orizontal (fig. 3.106.c.) sau un transportor elicoidal scurt (fig. 3.107.d.), plasate sub orificiul buncrului i care imprim materialului, prin frecare, o anumit vitez de deplasare. Alimentatoarele cu tobe se folosesc la descrcarea buncrelor cu materiale de granulaie mic, pn la mijlocie, n timp ce alimentatoarele cu melc se folosesc la materiale cu granulaie mic. Alimentatoarele cu disc permit reglarea distanei dintre orificiu i discul rotativ, fapt ce permite utilizarea lor la materiale cu granulaie de la fin la cele mari. Alimentatoarele cu organe flexibile de traciune au n construcie un transportor cu band scurt, dispus orizontal (fig. 3.107.a.) sau uor nclinat fig. 3.107.b.), ori un transportor cu raclete (fig. 3.107.c.). Reglarea debitului de material se poate face fie prin intermediul unui Fig. 3.107. Tipuri de alimentatoare sertar care modific nlimea stratului de material de pe transportor, fie prin modificarea vitezei transportorului cu ajutorul unui variator de turaie. 140 Alimentatoarele cu organe oscilante au o platform (crucior) montat pe role i pus n micare rectilinie alternativ de ctre un mecanism cu excentric. Platforma este dispus orizontal (fig. 3.107.e.) sau nclinat (fig. 3.107.f.). Tot din aceast categorie mai fac parte i alimentatoarele vibrante (fig. 3.107.g.) la care sub gura de evacuare este montat un transportor vibrator, uor nclinat i acionat de ctre un electromagnet. Avnd o frecven de circa 3000 oscilaii pe minut, transportorul deplaseaz materialul prin salturi mici i dese, debitul fiind reglat cu un sertar, motiv pentru care uzura transportorului vibrator este mai mic i l recomand la scurgerea materialelor abrazive. Calculul alimentatoarelor cu tobe se refer la determinarea debitului sau a productivitii, respectiv a volumului de material deplasat n unitatea de timp: BhDnkQ 60= , n t/h (3.215.) unde B este limea tobei, n m; h grosimea stratului de material de pe tob, n m; D diametrul tobei, n m; n turaia tobei, n rot/min; k coeficient de productivitate ( 7,0k ). Ca urmare a presiunii exercitate de material asupra tobei cilindrice netede vom avea o for de greutate G, la care se adaug greutatea proprie a tobei (G0), cele dou vor da natere unui moment de frecare n lagrele tobei a crui valoare este: ( )210dGGM f+= (3.216.) n care d este diametrul axului tobei; 1 - coeficientul de frecare din lagre. La tobele poligonale, momentului rezistent de mai sus i se adaug i cel provenit din forfecarea materialului de ctre proeminenele tobei, precum i agitrii permanente a acestuia. Ca urmare, momentul rezistent va avea forma: ( )2210dGGDGkM accf ++= (3.217.) unde a este coeficientul de alunecare al materialului; kc coeficient ce ine cont de agitarea materialului (are valori cuprinse ntre 1, la granulaii mici i 2, la granulaii mari). Cu valoarea momentului rezistent se poate determina puterea necesar acionrii alimentatorului cu tobe: 975MnkP s= , n kW (3.218.) n relaia de mai sus ks este un coeficient de siguran supraunitar (pentru calcule acesta are valoarea aproximativ 1,15). La alimentatoarele cu disc cantitatea de material distribuit de organul rotativ se determin cu relaia: +=tghDtgnhQ3260 2 (3.219.) n care h este distana dintre gura de evacuare i discul rotativ; D diametrul gurii de evacuare a materialului pe disc; - unghiul taluzului natural al conului de material. Turaia discului trebuie s evite aruncarea materialului ca efect al forei centrifuge i de aceea ea este limitat la valoarea: cRn30max = (3.220.) unde Rc este raza conului sub care se aeaz materialul pe disc; 141 - coeficientul de frecare dintre material i disc. Deoarece descrcarea materialului de pe disc se face cu ajutorul unei raclete, n timpul funcionrii alimentatorului trebuie nvinse trei rezistene ce provin din: frecarea materialului pe disc, frecarea materialului de raclet i frecarea dintre partea materialului antrenat n rotaie i cea aflat n repaus. La alimentatoarele prevzute cu transportoare cu band sau cu plci, calculul se face innd cont de productivitatea acestora i care a fost determinat anterior. Pentru alimentatoare, productivitatea se calculeaz cu relaia: vbhQ 13600= , n t/h (3.221.) unde b este limea transportorului; h1 nlimea bordurilor laterale; v viteza transportorului; - coeficientul de umplere a jgheabului cu material (aproximativ 0,8). Viteza organului flexibil de traciune este de 0,05-0,45 m/s la alimentatoarele cu band i de 0,02-0,25 m/s la alimentatoarele cu plci, De asemenea, nlimea bordurilor laterale se alege astfel nct frecarea lor cu materialul s nu depeasc frecarea pe fundul jgheabului. Calculul puterii necesare acionrii alimentatorului trebuie s in cont de faptul c, pe lng puterea necesar acionrii transportorului, se mai consum energie pentru nvingerea frecrilor cu bordurile laterale, respectiv frecrilor datorate presiunii materialului din buncr exercitat pe zona de scurgere. n cazul general cnd transportorul ridic materialul pe nlimea H (Lh fiind proiecia pe orizontal a transportorului), avnd borduri cu lungimea l i coeficientul de frecare dintre material i borduri b , puterea necesar acionrii alimentatorului se determin cu relaia: ( )400102,03002 GvvlhHLQvP bh +++= (3.222.) G fiind fora cu care materialul preseaz asupra gurii de scurgere. Din categoria alimentatoarelor cu organe oscilante, cel mai ntlnit n practic este cel cu crucior, la care productivitatea se determin cu relaia: BhrnQ 120= (3.223.) unde B este limea cruciorului sau distana dintre bordurile laterale; h nlimea stratului de material evacuat cu cruciorul (se regleaz cu ajutorul unui sertar mobil); r raza manivelei. n deplasarea sa cruciorul trebuie s nving dou rezistene: la ducere (rulare plus frecarea materialului de pereii laterali) i la ntoarcere (rulare plus frecarea materialului de platforma cruciorului). Din ncercrile experimentale s-a constatat c cele dou rezistene sunt aproximativ egale, iar pentru calcule se iau cele de la cursa de ntoarcere: ( )( )qABGRqABGgmwRfr+=++=0 (3.224.) n care A este lungimea orificiului de scurgere a materialului; m0 masa cruciorului; w rezistena specific la naintare a cruciorului; - coeficientul de frecare dintre material i platforma cruciorului. Din condiiile de exploatare n siguran, viteza medie a cruciorului este 15/rnv = , n m/s. Puterea necesar acionrii alimentatorului se poate calcula cu relaia: vRRkkP fr10221+= (3.225.) unde k1 este un coeficient dinamic ( 1,11 k ); 142 k2 coeficient de siguran ( 15,12 k ). 3.7. Maini de transportat fr ine i echipamente speciale Transportul diverselor materiale i produse finite n cadrul unor uniti economice, presupune utilizarea i a altor echipamente sau maini care s asigure buna desfurare a procesului de producie. Ele asigur legtura ntre diferite puncte de lucru, la depozitarea n magazii, la preluarea materiilor prime din mijloacele de transport, la deplasarea ntre diferite ateliere de lucru, etc. Toate acestea se folosesc n scopul de a realiza organizarea i desfurarea activitilor de descrcare i ncrcare la care instalaiile de transportat prezentate nu se justific din punct de vedere tehnologic sau economic. Din categoria mainilor de transportat fr ine i a echipamentelor speciale fac parte: crucioarele de transport, platformele de transportat cu acionare mecanic sau electric, mainile de transportat i stivuit, transportoarele mobile, echipamentele de ncrcat cu cup sau graifr, remorcile tehnologice, vagonei, ci suspendate cu o singur in, etc. Fig. 3.108. Crucioare de transport: a- pentru sarcini individuale; b- pentru sarcini individuale sau materiale cu granulaie mare; c- pentru materiale vrac. Crucioarele de transport sunt de tipul cu acionare manual sau cu acionare mecanic. n figura 3.89 sunt prezentate diferite tipuri de crucioare de transport cu acionare manual, n funcie de caracteristicile sarcinilor ce trebuie deplasate. Fig. 3.109. Crucior de transport cu acionare mecanic Crucioarele de transport cu acionare mecanic (fig. 3.109.) au ca baz energetic baterii de acumulatoare i se numesc electrocare sau motor cu ardere intern i se numesc motocare. Sunt construite pentru sarcini utile de 1.5 t, iar viteza de deplasare cu sarcina este de 5-6 km/h i n gol de pn la 15 km/h. Pentru stabilirea productivitii crucioarelor de transport trebuie s se in cont de coeficientul de utilizare a capacitii kq care difer n funcie de ce tip de fabricaie deservete (are valori de la 0,4 pentru producie unicat i ajunge la 0,8 pentru deservirea unei producii de mas). n timpul lucrului cruciorul efectueaz un numr de n cicluri n funcie de timpul de lucru pe zi T i durata unui ciclu t ( tTn /= ), un ciclu de lucru nsemnnd suma tuturor timpilor utili i mori de la ncrcare i pn cnd cruciorul revine pentru o nou ncrcare. Deoarece nu tot timpul cruciorul este folosit numai pentru transport (acesta mai are nevoie de ntreinere i reparaie), timpul efectiv mediu pe zi va fi tTk (kt este coeficientul de utilizare a timpului i are valoarea de 0,8). 143 Productivitatea medie zilnic a cruciorului de transport se determin cu relaia: tTkqkQ tq310= , n t/h (3.226.) Pentru organizarea transportului n magazii i depozite de materii prime i produse finite se folosete sistemul de stivuire sub form de palete. Ca maini de lucru se folosesc electrostivuitoarele i motostivuitoarele (fig. 3.110.). De asemenea, pentru transportul paletelor se mai utilizeaz i crucioare speciale. Fig. 3.110. Motostivuitor Paletizarea este o metod modern de creterea productivitii operaiei de transport prin faptul c permite mecanizarea total a ei , reduce costurile de transport, asigur integritatea materialelor transportate, folosete eficient capacitatea echipamentelor de transport. Paleta este o platform cu unul sau mai multe nivele (fig. 3.111.), ori sub forma unei lzi numit boxpalet, metalic sau din lemn, avnd diverse capaciti. Folosirea lor n sistemul de transport containerizat are o serie de avantaje precum: asigurarea integritii produselor, scderea considerabil a costurilor cu ncrcarea i descrcarea, mecanizarea i automatizarea procesului de lucru. n figura 3.112. este prezentat o linie robotizat de paletizare. Fig. 3.11. Tipuri de palete O categorie important de utilaje destinat mecanizrii transportului n complexele zootehnice i nu numai, sunt remorcile tehnologice cu descrcare continu. Acestea, pe lng transportul propriu-zis, realizeaz i descrcarea fracionat controlat n cadrul operaiilor de ncrcare a silozurilor turn, la distribuirea hranei n iesle, la mprtierea pe sol a ngrmintelor organice solide i lichide. Fig. 3.112. Linie robotizat pentru paletizare 144 Fig. 3.113. Procesul de lucru al remorcii tehnologice Remorca tehnologic cu descrcare continu (fig. 3.113.) are n interiorul unei bene 5, un transportor cu raclei 8 dispus pe fundul benei i care antreneaz cu vitez mic materialul ctre tobele de uniformizare 1,2 i 3, dirijndu-l spre transportorul transversal de evacuare 5. La captul acestuia se afl paletele de distribuie 6 care mprtie materialul. Reglarea debitului de material se realizeaz cu ajutorul manetei 7 care comand cuplarea uneia din roile dinate 9, mrind sau micornd viteza transportorului 8. Fig. 3.114. Remorc cistern pentru dejecii lichide Remorcile tehnologice folosite la mprtierea gunoiului de grajd au construcia asemntoare, cu deosebirea c tobele sunt cele care arunc materialul pe sol. Remorca tehnologic din figura 3.114. este utilizat la mprtierea pe sol a dejeciilor lichide rezultate de la fermele de animale. Pompa de lichid a remorcii este acionat de la priza de putere a tractorului. Pentru mecanizarea operaiilor de ncrcare i descrcare a materialelor n vrac, att n agricultur, ct i n industria alimentar, se folosesc ncrctoarele frontale (fig. 3.115.). Organele de lucru utilizate de ctre ncrctorului frontal pot fi cupa adnc pentru materiale vrac (fig. 3.116.a), cupa pentru gunoi de grajd (fig. 3.116.d), furc pentru baloi, palete, lzi (fig. 3.116.b) sau graifr pentru baloi cilindrici, butoaie, furaje vrac. Pentru ncrcarea i descrcarea furajelor n vrac, a gunoiului de grajd grosier, a resturilor vegetale (paie, coceni, resturi de tulpini) se folosesc ncrctoarele cu graifr (fig. 3.117.) montate pe tractoare agricole. 145 Fig. 3.115. ncrctor frontal cu cup Fig. 3.116. Organe de lucru pentru ncrctorului frontal Fig. 3.117. ncrctor cu graifr Fig. 3.118. Scheme ale dispozitivelor de ridicare i ncrcare a materialelor n remorcile autoncrctoare 146 Necesitatea mecanizrii operaiilor de ncrcare i descrcare direct de pe cmp, dar i n bazele de depozitare, a determinat utilizarea pe scar a remorcilor autoncrctoare. Gama divers de remorci autoncrctoare utilizat n agricultur au ca baz o construcie monoax, la care n partea frontal se ataeaz un dispozitiv de ridicare a materialului, care poate fi vrac, fn sau alte plante cosite. n funcie de construcie i modul de acionare, aceste dispozitive de ridicare sunt de tipul cu gheare oscilante (fig. 3.18.a, b i c), rotor cu palete (fig. 3.118.d i e), cu rabator (fig. 1.118.f), tob cu cupe (fig. 3.118.g), transportor cu cupe (fig. 3.118.h), cu dou rotoare verticale (3.118.i), cu transportoare transversale cu raclei (fig. 3.118.j), cu transportoare transversale melcate (fig. 3.118.k) sau cu transportor oscilant (fig. 3.118.l). 147 IV. TRANSPORTUL FLUIDELOR Deplasarea fluidelor n cadrul unui flux tehnologic se efectueaz prin canale i conducte sau prin utilaje, sub aciunea unei energii externe (energie mecanic) transmis fluidului, ori sub aciunea energiei poteniale dat de o diferen de nivel. Energia mecanic provenit de la o surs extern se convertete de ctre utilajele de transport i se transmite fluidului sub form de energie cinetic, energie potenial, energie de presiune, o parte din aceasta fiind pierdut ca urmare a frecrilor fluidului cu pereii conductelor sau datorit ineriei. Trecerea energiei de la sursa exterioar la fluidul de lucru se poate realiza n aparate de construcie special i ele pot fi: - statice: ejectoare, injectoare; - cu organe n micare: pompe, ventilatoare, compresoare, suflante, etc. Construcia traseelor de transport pentru fluide depinde de procesul tehnologic i de schema de amplasare a utilajelor n fluxul tehnologic. Transportul i distribuirea fluidelor ntre diversele aparate i utilaje din fluxul de producie se face prin intermediul unor conducte, a cror lungime este egal cu distana de transportat. Ele poart denumirea de conducte i n funcie de destinaie sunt conducte magistrale (care asigur necesarul de fluid pentru mai muli utilizatori), respectiv conducte tehnologice (care deservesc un utilaj sau o operaie din procesul de fabricaie). La stabilirea traseului conductelor trebuie avut n vedere ca acesta s fie ct mai scurt posibil, cu puine schimbri de direcie, iar accesul la elementele de msur i control s fie ct mai uor. n practic o conduct este alctuit din evi sau tuburi etane, la care se adaug piesele de mbinare (mufe, flane, nipluri, coturi teuri, etc.), armturi care asigur controlul curgerii (vane, robinete, aparate de msur a debitului, temperaturii, presiunii, etc.) i structurile de fixare sau rezemare a acestora. Dac fluidul lucreaz la temperaturi ridicate, atunci pe traseul conductelor sunt prevzute compensatoare de dilatare termic. n vederea fabricrii, utilizrii i a interschimbabilitii, att pentru conducte ct i pentru armturi i fitinguri, s-a impus standardizarea lor. evile i armturile sunt caracterizate prin diametrul nominal (Dn) i o presiune nominal (Pn). Aceste dou caracteristii, mpreun cu indicaiile asupra materialului de construcie i lungimea, alctuiesc elementele care se prescriu n comanda pentru livrare. Scrile de presiune maxim admis, n funcie de fluid, sunt: - scara I: presiunea de lucru poate fi egal cu Pn, iar temperatura fluidelor pn la 120 0C; - scara II : presiunea de lucru poate fi egal cu 0,8 Pn i temperatura fluidului < 300 0C; - scara III : presiunea de lucru egal cu 0,64 Pn la temperaturi ale fluidului sub 400 0C (indicate pentru abur supranclzit); Elementul de baz pentru o conduct sau o reea destinat transportului fluidelor este diametrul, care trebuie s corespund ecuaiei continuitii debitului i care se determin pe baza urmtoarelor principii: - pe baza vitezelor optime de circulaie a fluidelor; - innd seama de pierderile de presiune egale pe ramificaiile reelei echivalente; - prin calcul economic, stabilindu-se diametrul la care exploatarea i ntreinerea sunt economicoase; Calculul diametrului pe baz de viteze optime este acceptat pentru conductele cu lungimi de pn la 30 m, diametrul conductei (d) se determin din relaia continuitii debitului (Q) volumic i viteza (w) din relaia: ,4wQd= (4.1) Vitezele recomandate sunt prezentate n tabelul 4.1: 148 Tabelul 4.1. Viteze recomandate la curgerea fluidelor Fluidul Specificare Viteza (m/s) Ap Transport 1,53 Ap Alimentare cazane cu abur Pompe centrifuge -la alimentare - la refulare 23 23 35 Abur Evaporatoare Pentru nclzire p>3105 Pa 1530 3050 Aer Ventilatoare -aspiraie -refulare 1216 1520 Dup obinerea lui d se stabilete viteza efectiv la Dn i se determin pierderile de presiune. Calculul reelelor cu ramificaii: reelele pot fi prin refulare sau prin aspiraie. Pompele sau ventilatoarele asigur alimentarea reelei cu un debit constant. n acest mod se realizeaz compensarea pierderilor ca urmare a frecrii fluidului cu pereii conductelor i la trecerea prin armturi. Condiia de debit: - fiecare punct de aspiraie sau refulare i impune realizarea unui anumit debit volumic de fluid Qvi. - toate punctele de tip i pot funciona simultan cu condiia: ,1==nivivt QQ (4.2) iar condiia de pierdere de energie prin frecare este: .int += hpp ermfinal (4.3) Calculul diametrului economic este exprimat prin funcia de optimizare care reprezint costul total (Ct), funcie de: Ct = Am + In + Ex (4.4) n care Am sunt cheltuieli anuale de amortisment, In - cheltuieli anuale de ntreinere, iar Ex-cheltuieli anuale de exploatare a reelei. 4.1. Transportul lichidelor Deplasarea lichidelor prin conducte i aparate se poate face sub aciunea unei energii primite din exterior sau sub aciunea energiei poteniale, generat de o diferen de potenial. Energia primit din exterior este transformat cu ajutorul pompelor n energie de presiune, energie potenial sau energie cinetic, n funcie de necesiti. Pentru a determina un lichid s curg, s se deplaseze, se pot folosi mai multe metode: prin aciunea forei centrifuge: pompele transfer energia cinetic lichidului sub aciunea forei centrifuge; prin deplasarea unui volum de lichid: introducerea n volumul dislocuit a altui lichid (pompe cu piston, pompe cu palete rotative); prin folosirea unui impuls mecanic: metoda este combinat cu alt mijloc de producere a micrii (pompa cu turbin); prin transferul de impuls: accelerarea unui lichid pentru a transfera impulsul su unui alt fluid (injectoare, ejectoare); prin folosirea unui cmp magnetic: lichidele bune conductoare de electricitate pot fi puse n micare de un cmp magnetic adecvat. 149 4.1.1. Mrimi caracteristice la transportul lichidelor O pomp deservete de obicei un sistem format din spaiul de aspiraie, spaiul de refulare, respectiv ansamblul de conducte i armturi. Mrimile caracteristice se refer fie la pomp, fie la sistem, fie att la pomp ct i la sistem. Debitul masic al pompei reprezint masa lichidului transportat de pomp n unitatea de timp. Mai frecvent este utilizat n calcule debitul volumic Q, care reprezint volumul de lichid transportat n unitatea de timp. Raportul dintre debitul volumic real (Qv) i cel teoretic (Qvt) reprezint randamentul volumic al pompei: vtvv QQ= (4.5.) n sistemul din figura 4.1., la scrierea bilanului energiilor pentru unitatea de mas de lichid ce se deplaseaz, cnd densitatea rmne constant, se folosete ecuaia: MLpfpvHg =+++221 (4.6.) n care gH este energia potenial; 221v energia cinetic; p/ - energia static; pf/ - pierderea de energie la frecarea lichidului cu conductele; LM energia mecanic ce trebuie transferat lichidului pentru a fi transportat ntre cele dou nivele. Se mparte relaia (4.6.) prin g i se obine: mM HgLgpfgpgvH ==+++221 (4.7.) Fig. 4.1. Schema de calcul a sistemului Hm se numete nlimea manometric a sistemului i exprim fizic echivalentul n presiune a energiei pe care pompa trebuie s o transfere lichidului, pentru sistemul studiat. Acest lucru presupune c pompa va mri viteza lichidului de la intrarea n camera de aspiraie v1, la valoarea v2 la ieirea din camera de refulare. De asemenea, va crete presiunea static a lichidului de la valoarea p1 la valoarea p2 i va ridica lichidul de la cota H1 la cota H2. n aceste condiii ecuaia (4.7.) capt forma: 121221222HHgpfgppgvvH m +++= (4.8.) Pentru o pomp aflat n funciune bilanul de energie transferat efectiv lichidului de ctre pomp, n termeni de nlimi, se scrie sub forma: 0222HgppgvvH ararme ++= (4.9.) n care Hme este nlimea manometric efectiv a pompei; va viteza lichidului la aspiraie n pomp; vr viteza medie a lichidului la ieirea din pomp; pa presiunea static a lichidului la intrarea n pomp; pr presiunea static a lichidului la ieirea din pomp; 150 H0 diferena pe vertical ntre punctele de msurare a presiunilor. Dac se ine cont i de energia transmis lichidului pentru nvingerea frecrilor, atunci se obine nlimea manometric teoretic a pompei (Hmt). Raportul celor dou nlimi manometrice definesc randamentul hidraulic al pompei: mtmeh HH= (4.10.) Amplasarea pompei n sistemul pe care l deservete este dat de nlimea de aspiraie (nlimea pn la care pompa mai aspir lichid, fr ca acesta s se transforme parial n vapori, n condiiile n care se realizeaz aspiraia). Pentru determinarea nlimii de aspiraie Ha se scrie ecuaia bilanului energiilor lichidului ntre seciunile 1-1 i a-a la nivelul pompei (cota axului racordului de aspiraie). gpfHHgvgpHgvgp aaaa++++=++ )(22 121211 (4.11.) Cnd pompa aspir dintr-un spaiu deschis, p1 este presiunea barometric pb la suprafaa lichidului. De asemeni, n corpul pompei presiunea, cnd se face aspiraia, nu trebuie s fie mai mic dect presiunea de vapori a lichidului pl, la temperatura de aspiraie. n general termenul cinetic are valori mici i se neglijeaz, astfel c nlimea de aspiraie se calculeaz din condiia: gpfgpgpH alba (4.12.) Cunoscnd debitul volumic de lichid deplasat n sistem, din relaia de mai sus se obine puterea necesar pentru deplasarea lichidului: 1000QgHP mn= [kW] (4.13.) Pentru antrenarea unei pompe trebuie s se in cont de tipul ei, de debitul volumic real Qv, de nlimea manometric efectiv Hme i randamentul total al pompei p, astfel c aceasta se poate determina cu relaia: pvmeaQgHP=1000 [kW] (4.14.) Randamentul total al pompei este produsul dintre randamentul mecanic al pompei m (ine seama de pierderile prin frecare ntre subansamblurile n micare ale pompei), randamentul hidraulic al pompei h (ine seama de pierderile de energie prin frecare i ocurile aplicate lichidului n pomp) i randamentul volumic al pompei v (ine seama de energia suplimentar necesar pentru acoperirea pierderilor de debit). Puterea motorului pentru acionarea unei pompe ine seama de randamentul total al agregatului de pompare t i care este produsul dintre randamentul total al pompei, randamentul transmisiei dintre motor i pomp tr i randamentul motorului electric mot: tvmemotQgHP=1000[kW] (4.15.) 4.2. Pompe pentru transportul lichidelor Pentru vehicularea lichidelor n instalaiile din industria alimentar i agricultur se utilizeaz pompe de diverse tipuri i capaciti. Acestea trebuie s fie executate din materiale care s nu produc impurificarea sau contaminarea lichidelor cu care vin n contact. n acelai timp pompele trebuie s permit accesul rapid la organele de lucru, pentru a efectua lucrri de igienizare a acestora. ntr-o instalaie pompele pot avea diverse utilizri: 151 de transvazare, cnd lichidul este deplasat de la un alimentator sau surs ctre un consumator; de recirculare, cnd o parte din lichid este vehiculat ntr-un circuit nchis; de acionare, cnd energia de presiune este folosit pentru producerea i amplificarea forelor. Necesitile tehnologice actuale au impus apariia unei game diverse de pompe, n funcie de principiile de funcionare a instalaiilor. Clasificarea pompelor poate fi fcut n funcie de criteriul principiului de funcionare, dup principiul constructiv sau dup unele criterii specifice. O clasificare a pompelor dup un singur criteriu este dificil de realizat, astfel c o grupare a lor poate fi fcut astfel: - pompe avnd organele principale n micare sau mobile; - pompe fr organe principale n micare. Prima categorie poart denumirea de pompe volumice i pot fi cu micare alternativ, cu micare rotativ, respectiv pompe centrifuge. A doua categorie cuprinde sistemele de tip sifon, montejus, injector, ejector, pompe cu aer sau gaz-lift. 4.2.1. Pompe volumice 4.2.1.1. Pompe volumice cu micare alternativ Pompe cu piston. Sunt utilizate la transportul lichidelor cu debite relativ mici i presiuni ridicate, fiind realizate n diverse variante constructive, cele mai cunoscute fiind pompele cu piston etan cu simplu sau dublu efect, pompele cu piston tip plunjer cu simplu sau dublu efect, respectiv pompe cu piston lichid. Pompele cu piston etan cu simplu efect (fig. 4.2.) realizeaz aspiraia i refularea lichidului ca urmare a micrii de dute-vino executat de pistonul 1 n cilindrul 2, prin intermediul mecanismului biel-manivel 6. Volumul camerei de aspiraie este delimitat de capacul 3 i de supapele 4 i 5. Prin deplasarea pistonului ctre dreapta, n camera de lucru se formeaz o depresiune care nchide supapa de refulare 5 i o deschide pe cea de admisie 4. Pentru a nu avea loc pierderi de presiune, pistonul este prevzut cu garniturile de etanare 7. Lichidul este aspirat din camera de aspiraie i intr n camera de lucru. La deplasarea pistonului ctre stnga, supapa de admisie se nchide i se deschide supapa de refulare, lichidul din camera de lucru fiind mpins prin conducta de refulare. Fig. 4.2. Pomp cu piston etan, cu simplu efect. 152 Pompele cu piston etan cu dublu efect (fig. 4.3.) au camera de lucru prevzut la capete cu dou rnduri de supape, astfel c ambele fee ale pistonului sunt active, asigurnd dou pompri ale lichidului. Fig. 4.3. Pomp cu piston etan cu dublu efect: 1- cilindru; 2- piston; 3- tij; 4,5- supape refulare; 6,7- supape admisie Fig. 4.4. Pomp cu plunjer cu simplu efect: Fig. 4.5. Pomp cu plunjer cu dublu efect: 1- plunjer; 1- plunjer; 2- cilindru; 3- presetup; 4- supap 2- cilindru;3.4- supape aspiraie; 5,6- supape aspiraie; 5- supap refulare de refulare Pompele cu plunjer (fig. 4.4. i 4.5.) sunt asemntoare celor cu piston, plunjerul fiind sub forma unui corp cilindric cu volum relativ mare i care se etaneaz prin intermediul unor presetupe. Sunt utilizate la pomparea unor lichide vscoase, fr a fi necesar o presiune ridicat. Pompele cu piston lichid (fig. 4.6.) sunt utilizate mai ales la pomparea unor lichide corozive. Pentru aceasta, capul activ al pistonului este protejat de un strat de lichid, numit piston lichid i care trebuie s aib densitatea diferit de cea a lichidului corosiv, respectiv s nu fie miscibil cu acesta. Dac masa specific a lichidului protector este mai mic dect cea a lichidului de transportat, poziionarea pistonului este cea din figur, n caz contra pistonul se poziioneaz la partea inferioar fa de racordurile de aspiraie i evacuare. Totodat, cursa pistonului se alege astfel nct lichidul de protecie s nu ajung n conducta de refulare. Fig. 4.6. Pomp cu piston lichid: 1- cilindru; 2- conduct aspiraie; 3- supap aspiraie; 4- conduct refulare; 5- supap refulare; 6- piston etan; 7- piston lichid; 8- tij. 153 Pompele cu membran sunt utilizate la transportul lichidelor cu potenial corosiv, pistonul fiind protejat prin intermediul unei membrane flexibile, modul de lucru fiind prezentat n fig. 4.7. Fig. 4.7. Funcionarea pompei cu membran Principala problem a pompelor volumice cu micare rectilinie alternativ este faptul c acestea pompeaz volume definite de lichid, fapt ce determin apariia unor debite i presiuni variabile (fig. 4.8). Fig. 4.8. Variaia debitului de lichid la pompele cu piston cu micare alternativ: a- pomp cu simplu efect; b- pomp cu dublu efect; c- patru pompe cu simplu efect cuplate, cu pistoanele decalate la 900. Se poate constata c gradul de neuniformitate al debitului de lichid scade cu creterea numrului de pistoane i cu micorarea unghiului de decalare al acestora, apropiindu-se de debitul maxim al pompei. Pentru atenuarea variaiilor de presiune din instalaie, pompele sunt prevzute cu camere pneumatice de uniformizare. Debitul volumic teoretic al pompei depinde de aria seciunii transversale a pistonului A, de cursa pistonului L i de turaia arborelui manivelei n: nLAQvt = [ m3/s] (4.16.) Debitul volumic real al pompei este afectat de ineria lichidului transportat, de neetaneitatea supapelor i de prezena gazelor necondensabile din lichid i care se acumuleaz n pomp, determinnd scderea lui. Pentru calculul debitului volumic real se utilizeaz relaia (4.5.). Pentru pompa cu piston cu dublu efect (fig. 4.3.), la deplasarea pistonului spre stnga va fi pompat un volum de lichid ca n cazul pistonului cu simplu efect. Pentru deplasarea pistonului ctre dreapta, volumul de lichid pompat va fi diminuat cu volumul tijei pistonului A1L, A1 fiind aria seciunii tijei pistonului. n aceste condiii debitul volumic teoretic va fi: ( ) ( )11 2 AAnLnLAAnLAQvt =+= (4.17.) 4.2.1.2. Pompe volumice rotative Aceste tipuri de pompe realizeaz transportul lichidului prin pomp cu ajutorul unor subansamble care se rotesc etan n interiorul unei carcase. Pomparea lichidului se realizeaz, fie 154 prin deplasarea unui volum constant de lichid de la zona de aspiraie ctre zona de refulare, fie prin modificarea volumului camerei de lucru. Acest lucru permite realizarea de presiuni mari ale lichidului n instalaii, la dimensiuni mici ale pompelor. Ca urmare a etanrii organelor mobile, pompele nu necesit n construcia lor prezena supapelor de admisie i refulare. Din punct de vedere constructiv n aceast categorie se regsesc pompe cu roi dinate, pompe cu rotoare profilate, pompe cu rotor melcat, pompe cu palete, pompe cu urub i pompe cu role. Pompele cu roi dinate sunt alctuite dintr-o pereche de roi dinate care se rotesc n interiorul unei carcase (fig. 4.9.). Lichidul este adus prin conducta I n camera de aspiraie A, de unde, prin intervalul dintre flancul dinilor roilor 1 i 2, respectiv carcasa pompei, acesta este adus n camera de refulare R i prin conducta E este pompat n instalaie. Deoarece volumele de lichid sunt mici i multe, variaia debitului i a presiunii lichidului pompat sunt mult reduse. Fig. 4.9. Pomp cu roi dinate Pompele cu urub sunt utilizate n practic la transportul lichidelor vscoase i care realizeaz presiuni ridicate. Din punct de vedere constructiv sunt cu dou sau trei rotoare de forma unui urub, ce se rotesc ntr-o carcas. Lichidul este antrenat i transportat de la admisie spre refulare, prin intervalul dintre spirele urubului i peretele interior al carcasei (fig. 4.10.). Fig. 4.10. Pomp cu dou uruburi: A- admisie; R- refulare; 1,2- urub; 3- carcas; 4- roi antrenare Pompele cu rotor melcat (fig. 4.11.) sunt alctuite dintr-un rotor sub form de melc i care se rotete ntr-un stator profilat elastic. Lichidul este antrenat i forat s treac prin spaiile libere dintre rotor i stator. Aceste pompe sunt utilizate la transportul lichidelor care au particule n suspensie (alimenteaz filtrele pres) sau corozive, avnd un debit uniform. Fig. 4.11. Pomp cu melc: 1- arbore antrenare; 2- melc; 3- stator profilat elastic; 4- carcas Pompele cu palete (fig. 4.12.) sunt realizate sub forma unui tambur, pe care se gsesc montate radial un numr de palete culisante, dispus excentric ntr-o carcas cilindric. Etanarea camerei de lucru este realizat fie centrifugal, cnd paletele culisante sunt mpinse ctre carcasa cilindric, fie prin apsarea paletelor pe carcasa cilindric cu ajutorul unor arcuri. Lichidul este 155 aspirat din zona de admisie i este deplasat prin camera de lucru ctre zona de refulare, unde spaiul camerei de lucru scade progresiv. Mrimea camerei de lucru se poate modifica prin mrirea sau micorarea excentricitii tamburului fa de carcas, respectiv prin mrirea sau micorarea numrului de palete culisante. Fig. 4.12. Pomp cu palete: 1- tambur excentric; 2- carcas cilindric; 3- palete culisante; 4- camer de lucru; 5- camer aspiraie; 6- camer refulare Pompele cu role (fig. 4.13.) sunt asemntoare celor cu palete, cu deosebirea c n locul paletelor se dispun alveole cu role din cauciuc i miez metalic, etanarea fa de carcasa cilindric fiind asigurat ca efect al forei centrifuge. Prin rotirea tamburului excentric rolele se deplaseaz ctre carcasa cilindric, Fig. 4.13. Pomp cu role: 1- carcas; 2- tambur; 3- role aspirnd i antrennd volume de lichid n spaiul dintre ele, pe care le refuleaz de cealalt parte a pompei. Debitul pompelor cu rotoare excentrice se determin cu relaia: vrv neDleQ +=24 (l/min) (4.18.) unde e este excentricitatea; l- limea pompei; Dr- diametrul rotorului; n- turaia pompei; Pompe cu rotoare profilate. n practic se mai ntlnesc i alte tipuri constructive de pompe volumice rotative, ale cror rotoare au diverse forme. Fig. 4.14. Pompe cu doi i trei lobi: 1- carcas pomp; 2- arbori antrenare lobi; 3- rotoare profilate (lobi); 4- camer aspiraie; 5- camer refulare Pompele cu lobi (fig. 4.14.) sunt alctuite dintr-o carcas n care se rotesc dou rotoare profilate sub form de lobi, care n timpul lucrului angreneaz i prin spaiul dintre lobi i carcasa pompei aspir lichidul, l transport prin pomp i apoi l refuleaz. Etanarea spaiului de lucru al pompelor este realizat de ctre lobi. 156 Fig. 4.15. Pompe cu rotoare profilate: a- cu rotor eliptic; b- peristaltic; c- cu rotoare cu camere n figura 4.15. sunt prezentate i alte tipuri de pompe cu rotoare profilate, avnd diverse aplicaii n practic. 4.2.1.3. Pompe centrifuge Pompele centrifuge cunosc cea mai larg utilizare n transportul lichidelor prin faptul c, spre deosebire de cele prezentate pn aici, au o construcie simpl, sunt robuste, au puine elemente n construcia lor, uzur minim deoarece elementele active nu sunt n contact direct, realizeaz performane ridicate. Construcia unei pompe centrifuge este prezentat n fig. 4.16. Principiul de lucru al acestor pompe este bazat pe aciunea forei centrifuge exercitat asupra lichidului de ctre un rotor cu palete. Fig. 4.16. Pompa centrifug: 1- rotor; 2- palete rotor; 3- arbore antrenare rotor; 4- sistem etanare; 5- carcas pomp; 6- canal colector; 7- conduct aspiraie; 8- conduct refulare Lichidul este adus prin conducta de aspiraie dispus axial fa de rotor, de unde sub aciunea paletelor este accelerat i deplasat cu vitez mare ctre partea periferic a paletelor. Lichidul cu vitez mare ptrunde ntr-un canal colector cu seciune variabil, cresctoare, fapt ce determin scderea vitezei lichidului, energia cinetic fiind transformat n energie de presiune, lichidul fiind refulat tangenial. n acest fel aspiraia i refularea lichidului au un caracter continuu. Rotorul pompelor centrifuge poate avea diverse forme: deschis (fig. 4.17.a i b), nchis (fig. 4.17.c) sau cu dubl aspiraie (fig. 4.17. d). Pentru industria alimentar pompele sunt realizate din materiale inoxidabile, rezistente la coroziune, iar pentru etanri se folosesc materiale plastice. Fig. 4.17. Rotoare pentru pompe 157 Pompele centrifuge se pot clasifica astfel: dup modul cum se realizeaz aspiraia: - cu o singur aspiraie; - cu dubl aspiraie (fig. 4.18.); dup nlimea de pompare: - de joas presiune (sub 20 m H2O); - de medie presiune (ntre 20 50 m H2O); - de nalt presiune (peste 50 m H2O); dup numrul de trepte: - cu o singur treapt sau monoetajat; - cu mai multe trepte sau multietajat (fig. 4.19.). Fig. 4.18. Pomp centrifug cu dubl aspiraie Fig. 4.19. Pomp centrifug multietajat Pompele centrifuge monoetajate pot refula lichide la nlimi relativ mici. Pentru a mri nlimea manometric de pompare, pe acelai arbore se monteaz dou sau mai multe rotoare identice, rezultnd o pomp multietajat (fig. 4.19.).. Astfel, lichidul refulat de primul rotor este aspirat de ctre al doilea rotor, care l refuleaz n zona de aspiraie al celui de-al treilea rotor, procesul repetndu-se pentru cele n trepte ale pompei. Debitul total este constant i este dat de debitul primului rotor, presiunea lichidului crescnd cu fiecare treapt. n unele situaii, pompele multietajate au prevzut un inel cu palete curbate n sensul deplasrii lichidului (fig. 4.20.), avnd rolul de a reduce pierderile de energie prin frecare, dar i pentru a elimina posibilitatea de formare a vrtejurilor n masa de lichid. Fig. 4.20. Pomp cu stator profilat: 1- rotor; 2- inel profilat; 3- canal colector; 4- conduct refulare; 5- conduct aspiraie La contactul cu paletele rotorului i mai apoi n spaiul dintre palete, lichidul realizeaz o micare complex. n primul rnd, se deplaseaz n lungul canalului dintre palete, iar n al doilea rnd execut i o micare de rotaie n sensul imprimat de rotor. Se noteaz cu 01v i ov2 viteza relativ a lichidului fa de palet la intrarea, respectiv ieirea din rotor, 1pv i 2pv vitezele periferice cu care este antrenat n rotaie lichidul la intrarea, respectiv ieirea din rotor, cu D1 respectiv D2 diametrul rotorului la intrarea i ieirea lichidului, v1 i v2 vitezele absolute cu care se deplaseaz lichidul ntre palete la intrarea, respectiv ieirea din rotor (fig. 4.21.). n figura 4.22. Ha este nlimea de aspiraie, Hr este nlimea de refulare, pa este presiunea atmosferic. 158 Fig. 4.21. Modul de micare a lichidului n rotorul pompei centrifuge Fig. 4.22. Modelul de calcul al ecuaiei fundamentale a pompei centrifuge Avnd n vedere notaiile din cele dou figuri, ntre seciunile 1-1- i 1-1, ecuaia lui Bernoulli este: 2211vgHpp aa ++= (4.19.) n relaia de mai sus este densitatea lichidului. Relaia se poate scrie i sub forma: 2211vgHpp aa = (4.20.) Pentru seciunile 1-1 i 2-2 ecuaia lui Bernoulli va fi: 2222vgHpp ra = (4.21.) Adunnd cele dou relaii i innd cont c gra HHH =+ i care este nlimea geometric de ridicare a pompei, ecuaia se scrie sub forma: gvvHgppg+=2212221 (4.22.) Pentru curgerea lichidului printre paletele rotorului, pentru seciunile 3-3 i 4-4, ecuaia lui Bernoulli va avea forma: ( ) ( )fM pvhgpLvhgp +++=+++ 222022220111 (4.23.) n relaia de mai sus fp reprezint pierderile prin frecarea cu paletele rotorului, iar ML este energia mecanic transferat masei unitii de volum de lichid la curgerea sa printre paletele rotorului i este egal cu produsul dintre fora centrifug Fc i deplasarea radial a lichidului: =21RRcM dRFL (4.24.) 159 Pentru masa unitii de volum fora centrifug este RFc =2 , fiind viteza unghiular. n aceste condiii dup integrare se obine pentru LM relaia: ( )212222RRLM = (4.25.) Dac se ine cont de faptul c Rv p = , vp fiind viteza periferic de rotaie, atunci 22212 ppMvvL= , iar relaia (4.23.), se ordoneaz sub forma: ( ) ( )022220220121222212 =++gpp Hgvvgvvgvv (4.26.) Aplicnd teorema generalizat a lui Pitagora se exprim vitezele 01v i 02v , iar pentru intrarea axial a lichidului ( 01 90= ) atunci se obine ecuaia fundamental a pompelor centrifuge ideale: gvvH pg22 cos2 = (4.27.) Aceast relaie a fost stabilit pentru un rotor cu un numr infinit de palete, infinit de subiri i care a stat la baza proiectrii pompelor. Fig. 4.23. Paralelogramul vitezelor Din fig. 4.23. se poate observa care sunt componentele normale i tangeniale ale vitezei lichidului la intrarea i ieirea din rotor. Notnd cu l1 i l2 nlimile paletelor la intrarea i ieirea din rotor, cu n grosimea paletelor, np numrul paletelor, atunci debitul teoretic al pompei centrifuge se calculeaz cu relaia: ( ) ( )21 2211 nppnppvvnDlvnDlQt == (4.28.) Dac se nlocuiesc vitezele normale prin descompunerea vitezelor absolute (fig. 4.23.) atunci debitul teoretic va avea expresia: ( ) ( ) 22221111 sinsin vnDlvnDlQ ppppvt == (4.29.) Componentele tangeniale ale vitezelor absolute, mai sunt numite i componente de sarcin, au o influen determinant asupra nlimii manometrice a pompei, n timp ce componentele normale, numite i componente de debit, determin debitul teoretic al pompei. Debitul real al pompelor centrifuge este determinat prin relaia (4.5.), unde randamentul volumic al pompelor centrifuge are valori cuprinse ntre 0,9 - 0,98. nlimea manometric teoretic este dat de relaia (4.27.). n realitate rotorul are un numr finit de palete (ntre 6 16), iar 02v nu este tangent la palet la ieirea din rotor. Ca urmare se modific i componenta de debit 2nv , astfel c energia transferat fluidului va fi mai mic. nlimea manometric teoretic se determin cu relaia gm HkH t = , k fiind un coeficient de corecie ( 8,0k ). 160 nlimea manometric efectiv se determin cu relaia (4.10.) i care ine cont de randamentul hidraulic al pompei (are valori cuprinse ntre 0,6 0,85). O problem care apare la pompele centrifuge este fenomenul de cavitaie (fig. 4.24.). Acest fenomen const n apariia, n anumite puncte din interiorul pompei, o scdere a presiunii lichidului sub presiunea sa de vapori pl, fapt ce poate duce la ntreruperea funcionrii pompei. Spargerea brusc a bulelor de vapori provoac ocuri puternice n lichid i care pot duce la deteriorarea subansamblurilor pompei. Fenomenul de cavitaie este influenat de nlimea de aspiraie a pompei, regimul de lucru al rotorului i de temperatura lichidului. nlimea de aspiraie a pompei centrifuge se determin cu relaia: gppppH cavflbaa (4.30.) Fig. 4.24. Fenomenul de cavitaie 4.2.2. Pompe fr elemente mobile Sunt realizate sub forma unor aparate i dispozitive relativ simple, utiliznd energia potenial a lichidului, energia unui fluid motor sau energia cmpului magnetic. De regul, aceste pompe sunt utilizate cu precdere la transvazarea unor lichide i mai puin la transportul lor pe distane mari. Sifonul (fig. 4.25.) poate fi de tipul amorsat sau fr amorsare direct. Pentru a putea funciona sifonul trebuie amorsat prin umplerea cu lichidul de transvazat sau cu un alt lichid. n acelai timp, pentru a putea funciona, este necesar ca presiunea n punctul cel mai ridicat al sifonului s fie mai mare dect presiunea vaporilor saturai ai lichidului, la temperatura sa de lucru. Cu notaiile din figur, ecuaia lui Bernoulli ntre seciunea 1-1 i punctul cel mai de sus 1 va fi: lf ppgvHgpp >+=12211' (4.31.) Debitul sifonului se determin n funcie de viteza lichidului prin sifon. Se pleac de la ecuaia lui Bernoulli pentru seciunile 1-1 i 2-2: Fig. 4.25. Sifonul amorsat 0222122 =++fpppvHg (4.32.) De aici se obine viteza lichidului prin sifon: 22122fpppHgv += (4.33.) Dac cele dou vase sunt deschise (p1 = p2) i se neglijeaz pierderile de presiune, atunci viteza lichidului prin sifon are forma simplificat: 22 Hgv = (4.34.) 161 Montejusul (fig. 4.26.) este un aparat cu funcionare discontinu i este utilizat la transportul lichidelor pe distane mici, pentru lichide corozive i suspensii. Prin conducta 1 i robinetul 2, lichidul intr n recipientul prevzut la interior cu protecie anticoroziv. Dac curgerea se face prin cdere liber, atunci robinetul 3 face legtura cu atmosfera fiind deschis. Dac umplerea se face sub depresiune, atunci se deschide robinetul 4 care face legtura cu pompa de vid. Evacuarea lichidului din recipient se face cu ajutorul aerului comprimat sau a altui gaz inert, astfel c se deschide robinetul 5 ce face legtura cu pompa de aer i prin conducta 7 respectiv robinetul 8 lichidul este pompat din recipient. Presiunea din aparat este msurat cu manometrul 6. Fig. 4.26. Montejus Pompa cu aer, numit i pomp gaz-lift sau pomp cu vn de aer comprimat (fig. 4.27.) execut transportul lichidelor utiliznd energia unui gaz comprimat, de regul aer sau azot. Lichidul i gazul formeaz un amestec eterogen cu densitatea mai mic dect a lichidului i care urc prin conducta de ridicare. Pentru ca pompa de aer s poat realiza transportul lichidului este necesar ndeplinirea condiiei: ( ) lsamrs HHH =+ (4.35.) n relaia de mai sus am i l sunt densitatea amestecului, respectiv densitatea lichidului. Fig. 4.27. Pompa de aer: 1- conduct cu aer comprimat; 2- conduct de ridicare; 3- camer de amestec; 4- deflector; 5- rezervor Fig. 4.28. Injector: 1- duz de intrare fluid motor (confuzor); 2- ajutaj pentru amestec; 3- intrare lichid de antrenat; 4- alimentare cu fluid motor; 5- gtuitura injectorului; 6- difuzor Injectorul i ejectorul sunt dispozitive care realizeaz transportul lichidelor cu ajutorul energiei cinetice a unui fluid motor de tipul abur, aer sub presiune sau aer comprimat. Injectoarele sunt aparate pentru transportul lichidelor ntr-un spaiu sub presiune, n timp ce ejectoarele, care au aceiai construcie, sunt utilizate la evacuarea unui lichid sau a unui gaz dintr-un recipient. Din punct de vedere a funcionrii injectoarelor deosebim injectoare aspirante, precum cel din figura 4.28 sau neaspirante (n sarcin). Deosebirea ntre ele const n faptul c injectorul aspirant este montat deasupra rezervorului de alimentare pe cnd cel neaspirant se gsete amplasat sub nivelul rezervorului de alimentare, lichidul ptrunznd prin cdere n camera de amestec. 1 2 3 4 5 6 162 Ejectoarele folosite pentru evacuarea lichidelor sau gazelor (realizarea raportului de compresie egal cu 5) se mai numesc pompe de vid. Randamentul sczut 1530% implic un consum mare de abur sau gaz, iar amestecarea fluidului motor cu lichidul pompat reprezint dezavantajul major al acestor tipuri de aparate. 4.3. Comprimarea i transportul gazelor Principiile utilizate la transportul lichidelor sunt n general valabile i la transportul gazelor, cu unele diferenieri: cel mai frecvent lucru este acela c odat cu transportul are loc i destinderea, respectiv comprimarea gazului. Ca i utilaje specifice transportului gazelor regsim , n funcie de necesiti, pompe de vid, compresoare, ventilatoare i suflante. 4.3.1. Diagrama de lucru a compresorului Comprimarea gazelor n utilajele specifice transportului de gaze, teoretic se poate realiza izoterm (atunci cnd toat cldura de comprimare este preluat de sistem iar temperatura gazului este constant pe toat durata comprimrii), sau adiabatic (cnd toat cldura de comprimare este preluat de ctre gaz, iar temperatura lui crete. n practic comprimarea gazelor se realizeaz dup o form politrop (cnd o parte din cldura de comprimare este evacuat spre exterior prin pereii compresorului, iar cealalt parte este preluat de ctre gaz care se nclzete. Teoretic se consider un compresor cu piston (fig. 4.29.) la care se consider micarea pistonului de la captul din stnga (lipit perfect de acesta) i pn se lipete complet de capacul din dreapta. Cnd ncepe deplasarea pistonului spre dreapta, fr inerie se deschide supapa de admisie i n corpul cilindrului este aspirat un volum de gaz V1, la presiunea p1. La deplasarea spre stnga gazul este comprimat: izoterm (curba 2-3), politrop (curba 2-3) sau adiabatic (curba 2-3). Atunci cnd pistonul atinge volumul V2 i presiunea p2, tot fr inerie se deschide supapa de refulare, iar gazul este evacuat complet pa presiunea p2. Ciclul de comprimare se va relua din punctul 1. Acest mod de funcionare caracterizeaz funcionarea unui compresor teoretic (diagrama 4.29.a.). Fig. 4.29. Diagrama de lucru a n realitate pistonul compresorului nu ajunge compresorului pn la captul cursei, astfel c volumul descris de piston V1 va fi mai mic dect volumul cilindrului compresorului V0. Pe de alt parte, datorit ineriei supapelor i a frecrilor, la aspiraie trebuie realizat o presiune mai mic dect p1, iar la refulare o presiune mai mare dect p2. n aceste condiii revenirea din punctul 4 la punctul 1 se face n caz real dup o curb politrop (curba 4-1 diagrama 4.29.b.). Diagrama din figura 4.29.b. este diagrama de lucru a unui compresor real cu o singur treapt. Fa de cele prezentate se poate scrie: 0110 vVVV= (4.36.) 163 n relaia de mai sus v0 se numete coeficient de spaiu mort, iar produsul 10Vv este volumul de gaz care rmne permanent n corpul compresorului i este comprimat la p2 n timpul evacurii, urmnd a se destinde la aspiraie pn la presiunea la care ncepe aspiraia, ocupnd volumul 1Vx . Se poate observa c volumul V de gaz aspirat de ctre compresor este mai mic dect volumul V1. Se definete gradul de umplere a compresorului: vVV=1 (4.37.) Din figur se poate scrie pentru V: ( ) ( )xvVVvVxVV +== 011011 1 (4.38.) Dac se introduce expresia lui V n relaia de mai sus se obine: vvx +=01 (4.39.) Se definete raportul de comprimare ca fiind raportul dintre presiunea la refulare p2 i presiunea la aspiraie p1: 120 ppp = (4.40.) La efectuarea unui ciclu de funcionare a compresorului, volumul de gaz aspirat (calculat cu relaia 4.37.), comprimat i refulat, n realitate este mai mic deoarece sunt pierderi prin neetaneitile supapelor, precum i a ansamblului cilindru piston, astfel c randamentul real este dat de raportul dintre volumul de gaz evacuat Vc i volumul V: 1'VVVVvccv== (4.41.) De unde rezult: 11' VVV uvvc == (4.42.) n relaia de mai sus u se numete randament de utilizare i are valori de 0,96 la compresoare cu o singur treapt i pn la 0,91 la compresoare cu mai multe trepte. Debitul volumic al compresorului pentru turaia arborelui motor n1 este: 111 nLAnVQ uuv == (4.43.) A reprezint aria seciunii pistonului, iar L este cursa pistonului. Ecuaia politropiei pentru volumul 1Vx la care ncepe aspiraia i volumul 10 Vv are forma: ( ) ( )nn VvpVxp 10211 = (4.44.) Puterea necesar la arborele compresorului se determin cu relaia: 10001111121 =nnv ppQpnnP (kW) (4.45.) Puterea de acionare a motorului ce antreneaz compresorul va fi: PPm = (4.46.) Cu s-a notat randamentul total al instalaiei de comprimare i care are valori cuprinse ntre 0,45-0,65. 4.3.2. Utilaje pentru comprimarea i transportul gazelor Pentru comprimarea i transportul gazelor se folosesc utilaje specializate care, din punct de vedere constructiv se aseamn cu pompele pentru lichide, dar ca urmare a faptului c gazele se comprim, prezint unele particulariti. Clasificarea acestor utilaje se poate face dup mai multe criterii: 164 dup presiunea de lucru: - pentru presiuni peste cea atmosferic; - pentru presiuni sub cea atmosferic sau pompe de vid; dup micarea organelor de lucru: - fr elemente mobile (injector, ejector, pompa de difuzie); - cu elemente mobile (cu micare rectilinie alternativ, rotative i centrifuge). Compresoarele cu piston transport gazele la presiuni peste cea atmosferic, avnd construcia asemntoare pompelor cu piston. O clasificare a compresoarelor cu piston se poate face astfel: dup numrul de cilindri: - cu un cilindru; - cu mai muli cilindri; dup modul de dispunere a cilindrilor: - cu dispunere n linie; - cu dispunere n stea; - cu dispunere n W; - cu dispunere n V; dup numrul treptelor de comprimare: - cu o singur treapt; - cu mai multe trepte; dup debitul de gaz realizat: - cu debite mici, sub 0,5 m3/min; - cu debite mijlocii, ntre 0,5-10 m3/min; - cu debite mari, ntre 10-50 m3/min; dup presiunea realizat: - de presiune joas, sub 5 bar; - de presiune medie, ntre 10-100 bar; - de presiune ridicat, ntre 100-1000 bar. Compresorul cu piston cu simplu efect (fig. 4.30.) este alctuit dintr-un cilindru cu aripioare de rcire 1, pistonul 2 prevzut cu segmenii de etanare 3, mecanismul de acionare de tip biel-manivel 4, conducta de admisie 5 cu supapa de admisie 6, respectiv conducta de evacuare 8 cu supapa de evacuare 7. Fig. 4.30. Compresor cu piston Ca i n cazul pompelor cu piston i aici compresoarele cu piston pot fi cu simplu efect sau cu dublu efect. n figura 4.31. este prezentat modul de lucru al unui compresor cu piston cu comprimare n dou trepte. Astfel, gazul comprimat n prima treapt I este adus de la presiunea p1 la presiunea px, unde este supus rcirii, apoi fiind aspirat i comprimat n treapta a doua II pn la presiunea p2 . Presiunea de refulare crete cu numrul treptelor de comprimare, dar n aceste situaii este necesar rcirea gazului dup fiecare treapt de comprimare, pentru a evita supranclzirea acestuia. Fig. 4.31. Comprimare n dou trepte 165 Compresoarele cu membran sau piston membran au construcia i funcionarea asemntoare cu cea a pompelor de lichid cu membran. Compresoarele volumice rotative, numite i suflante, permit comprimarea i transportul gazelor ca efect al rotirii etane a unor rotoare de construcie special Compresoare rotative cu lamele culisante. Sunt asemntoare constructiv i funcional cu pompele cu palete culisante. Din punct de vedere constructiv aceste compresoare pot fi cu lamele culisante n rotor (fig. 4.32.) i cu lamele culisante n stator (fig. 4.33.), dispuse radial sau nclinat. Fig. 4.32. Compresor cu palete culisante n rotor: a- diagrama de lucru; b- construcia pompei: 1- stator; 2- rotor excentric, 3-lamele culisante; 4- canal aspiraie; 5- canal refulare; 6- sistem de rcire. Cnd arborele se rotete (fig. 4.32.), lamelele sunt supuse aciunii forelor centrifuge, fiind n contact permanent cu cilindrul interior, ieind i intrnd n canalele din rotor (culisnd). ntre rotor i cilindru se formeaz o camer cu seciunea ca o semilun, mprit de paletele 3 i 3 n camerele notate A, B i C. Camera A joac rol de camer de aspiraie, deoarece pe msura micriii rotorului volumul dintre dou lamele consecutive crete, formndu-se o depresiune datorit creia este aspirat gazul (la presiune constant, procesul 4-1). Continund rotirea rotorului, camera A se transform ntr-o camer de tip B care, dup depirea liniei verticale a centrelor rotorului i statorului, i micoreaz volumul, realiznd comprimarea gazului (procesul 1-2). Apoi camera B trece ntr-o camer tip C, care intr n comunicaie cu conducta de refulare. Lamela ulterioar 3 pompeaz gazul din main (procesul de refulare 2-3, desfurat la presiunea constant p2). Ciclul se nchide prin trecerea lamelei 3 n stnga liniei centrelor, timp n care o cantitate mic de gaz trece de la refulare spre admisie, destinzndu-se n procesul 3-4. Fig. 4.33. Compresor cu palet culisant n stator: 1- corp cilindric; 2- rotor excentric; 3- arbore rotor; 4- supap admisie; 5- supap refulare; 6- lamel culisant; 7- arc Compresorul cu lamel culisant n stator are un rotor dispus excentric i care ruleaz pe suprafaa interioar a corpului cilindric, realiznd fazele procesului de comprimare, paleta culisant avnd rol de delimitare a zonei de aspiraie de cea de refulare. Compresoarele elicoidale pot realiza rapoarte de comprimare de pn la 20. Din punct de vedere constructiv pot fi cu un rotor (fig. 4.34.) sau cu dou rotoare (fig. 4.35.) Compresorul elicoidal cu un rotor este alctuit dintr-o carcas n care sunt amplasate organele active, respectiv un melc globoidal ce angreneaz dou pinioane de etanare. 166 Fig. 4.34. Modul de lucru al compresorului elicoidal cu un rotor Procesul de lucru este realizat n trei etape. n prima etap dantura melcului globoidal intr n contact cu camera de aspiraie i prin rotirea lui este antrenat gazul n spaiile dintre dini. Spaiul se umple treptat dup care melcul intr n angrenare cu canelura primului pinion de etanare, care acioneaz precum un piston. n a doua faz are loc comprimarea gazului pe msur de melcul se rotete, intr n angrenaj cu canelura celui de-al doilea pinion de etanare, micornd volumul camerei de lucru. n faza a treia canelurile melcului globoidal intr n comunicare cu camera de refulare, gazele comprimate fiind evacuate din spaiile libere ale melcului. Fig. 4.35. Modul de lucru al compresorului elicoidal cu dou rotoare Compresorul elicoidal cu dou rotoare este format dintr-o carcas sub forma cifrei 8, n care se afl doua rotoare, unul conductor cu dantur de form convex i unul condus cu dantur de form concav. n timpul angrenrii cele doua rotoare se ntreptrund formnd o linie continua de angrenare, de la partea de aspiraie la cea de refulare. Spaiul dintre danturile rotoarelor devin din ce n ce mai mici de la aspiraie ctre refulare, realiznd astfel comprimarea gazului. Compresoarele rotative cu inel lichid (fig. 4.36.) sunt de tipul cu palete radiale i care au permanent n interiorul carcasei o cantitate de lichid (ap sau alte lichide). n timpul rotirii, ca efect al forei centrifuge, lichidul din interior este proiectat pe peretele carcasei unde formeaz un strat uniform. Ca urmare spaiile dintre paletele rotorului i linia interioar a inelului de lichid sunt neuniforme. Gazul este aspirat din camera de aspiraie i este comprimat ntre palete i inelul de lichid, fiind evacuat n camera de refulare. Fig. 4.36. Compresorul cu inel de lichid: 1- rotor; 2- carcas pomp; 3- inel de lichid; 4- arbore rotor; 5- palete; 6- zon de refulare Principalul dezavantaj al acestor compresoare este randamentul sczut, la care se adaug i faptul c gazul comprimat conine vapori provenii de la lichidul de etanare. Compresoarele cu rotoare profilate au construcia asemntoare pompelor de acelai tip, n practic fiind ntlnite compresoare cu lobi (cu rotor cu doi sau trei lobi). 167 Fig. 4.37. Compresoare cu rotoare profilate de tip lobi Modul de lucru fig. 4.37.) este cel prin care gazul din camera de aspiraie este antrenat n spaiile dintre lobi care angreneaz i asigur etanarea cu carcasa, fiind comprimat i evacuat n camera de refulare. Compresoarele dinamice sunt de tipul centrifugale i axiale. Ele utilizeaz energia exterioar pe care o transform n energie de presiune, comprimnd gazul. n funcie de presiunea i debitul realizat ele pot fi compresoare centrifugale i axiale, respectiv ventilatoare axiale i centrifugale. Ventilatoarele lucreaz de regul cu presiuni mici i debite mari ale gazului, n timp ce compresoarele lucreaz i cu presiuni mari. n practic se folosesc cu deosebire ventilatoarele i compresoarele centrifugale Ventilatoarele centrifugale (fig. 4.38.) sunt alctuite dintr-un rotor i un stator. Rotorul este format din arborele 1, discul 2 i capacul 3, ntre disc i capac fiind plasate paletele 4. Paletele sunt repartizate echidistant pe circumferin, putnd fi drepte sau nclinate nainte. Statorul este construit dintr-o carcas 5 avnd seciunea transversal n form de spiral, fiind prevzut cu gura de aspiraie axial 6 i gura de radial de refulare 7. Fig. 4.38. Ventilator centrifugal Randamentul ventilatoarelor centrifugale variaz ntre 0,4-0,85, n funcie de construcia lui, iar puterea de acionare se determin cu relaia: =102hQP v (kW) (4.47.) n relaia de mai sus Qv este debitul de gaz (n m3/s), h este presiunea realizat de ventilator (n mm H2O) iar este greutatea volumetric a gazului (n N/m3). Compresoarele centrifugale sunt maini de for la care comprimarea gazului se face n dou faze: n rotor, sub aciunea forei centrifuge i n stator prin frnarea parial a curgerii gazului. Un compresor centrifugal cu o treapt de comprimare este prezentat n figura 4.39. El este compus dintr-un rotor cu palete i un stator cu seciune de trecere cresctoare. Rotorul este alctuit din arborele 1 pe care este amplasat discul de baz profilat 2, disc prevzut cu paletele 3. Paletele pot fi radiale, sau pot fi curbate nainte sau napoi. O palet este curbat nainte dac, pe msur ce diametrul rotorului crete, paleta se ndeprteaz de direcia radial n sensul de rotaie . Statorul este compus din difuzorul 4 i din camera spiral 6, care nconjoar difuzorul. Difuzorul este un spaiu inelar n jurul rotorului, prevzut cu paletele 5. La compresoarele mici, difuzorul nu are palete. n construcia compresorului se mai gsesc peretele anterior 7 (profilat) i peretele posterior 8, care mpreun cu difuzorul i cu camera spiral nchid rotorul. Trecerea 168 arborelui prin pereii statorului este prevzut cu un spaiu de etanare 9. Gazul intr n compresor pe gura de aspiraie 10 i este refulat prin gura de refulare 11. Fig. 4.39. Compresor centrifugal ntr-o treapt n practic, treptele de compresor centrifug se pot cupla cte dou n paralel (cu disc, difuzor i camer spiral comun), sau se pot nseria n lungul arborelui prin intermediul unor canale, care conduc gazul de la ieirea radial dintr-o treapt la intrarea axial n treapta urmtoare. n rotorul mainii are loc transmiterea energiei mecanice primite de la motorul de antrenare ctre fluxul de gaz. Ca urmare, fluxul de gaz se accelereaz, iar energia sa cinetic se mrete. Canalele dintre paletele rotorului au seciuni de trecere ce cresc odat cu raza rotorului, ceea ce face ca, la trecerea prin canale, gazul s suporte transformarea unei pri din energia sa cinetic n energie potenial de presiune, simultan cu creterea artat a energiei cinetice a gazului. Practic n rotor crete energia total a gazului, prin ambele componente: cinetic i potenial. A doua faz funcional este trecerea gazului prin difuzor i prin camera spiral. Gazul ce iese din rotor cu energie cinetic ridicat, trece prin seciuni continuu cresctoare, ceea ce conduce la micorarea vitezei gazului (energiei cinetice) i la creterea presiunii. Creterea total de presiune rezult prin nsumarea creterilor de presiune din rotor i din stator i arat c sarcina unui compresor centrifug se exprim prin creterea total de presiune Prin montarea pe acelai arbore a mai multor rotoare cu diametru egal, dar de lime descresctoare ctre refulare, se obin turbocompresoarele. Aici gazul aspirat de ctre primul rotor este comprimat radial i dirijat de ctre stator la rotorul urmtoarei trepte de comprimare. Ventilatoarele axiale (fig. 4.40.) sunt realizate sub forma unui rotor cu palete, montat ntr-o carcas cilindric. Gazul este aspirat i deplasat axial, astfel c n spatele paletelor se formeaz o depresiune, iar n faa paletelor se formeaz o presiune. La unele variante de ventilatoare axiale, n spatele rotorului este prevzut un deflector, care modific direcia curentului de gaz astfel nct refularea se face radial. Deoarece realizeaz presiuni sczute, ventilatoarele axiale sunt limitate ca i domeniu de utilizare la comprimarea i transportul gazelor. Se regsesc mai ales la instalaiile de Fig. 4.40. Ventilator axial: 1- rotor; condiionare a aerului din instalaiile frigorifice. 2- stator; 3- deflector 169 Pompele de vid sunt utilaje care realizeaz presiuni sub cea atmosferic i sunt utilizate la evacuarea gazelor din instalaiile de uscare, distilare, concentrare prin vaporizare, rectificare, etc. Din punct de vedere constructiv i funcional sunt pompe de vid propriu-zise i utilaje pentru obinerea de vid naintat, avnd la baz diferite principii de funcionare. Din prima categorie fac parte compresoarele cu piston, cu tambur cu palete, cu inel de lichid, cu rotoare profilate, iar din a doua categorie fac parte ejectoarele cu abur, pompele moleculare, pompele de difuziune i pompele cu ioni. Compresoarele i suflantele utilizate la realizarea depresiunilor au aceiai construcie ca i cele utilizate la realizarea de presiuni, absorbind gazul din zona de aspiraie. Pompele cu palete sau suflantele cu palete au construcia i funcionarea asemntoare cu compresoarele volumice rotative, dar prezint o serie de particulariti specifice. Astfel pentru a sigura etanarea i rcirea lor unele pompe lucreaz imersate permanent n ulei, iar pe racordul de refulare sunt prevzute supape ce asigur pentru gaz presiunea necesar trecerii prin stratul de ulei i care are nivelul constant deasupra pompei. n figura 4.41.este prezentat schema unei pompe de vid cu rotor cu palete. Rotorul 2 cu paletele culisante 3 se rotete, glisnd pe un film de ulei aflat pe peretele interior al corpului pompei 1. n acest mod se aspir gazul din conducta de admisie 4, l comprim i-l refuleaz prin supapa 5 n rezervorul 6 umplut cu uleiul 7. De aici gazul trece prin masa de ulei i este evacuat n afara pompei. Supapa are rolul de a evita ptrunderea uleiului Fig. 4.41.Pomp de vid cu palete culisante n interiorul pompei. Ejectoarele sunt pompe de vid funcioneaz ce pe principiul jetului de fluid. Din punct de vedere constructiv sunt realizate ntr-o singur treapt sau n mai multe trepte, caz n care dup fiecare treapt este necesar condensarea amestecului de vapori format n ejector. n figura 4.42. este prezentat schema unei pompe de vid cu ejector n trei trepte la care vaporii sunt condensai direct (se utilizeaz un condensator barometric). Ejectoarele 1,3 i 5 realizeaz depresiunea folosind un jet de abur care antreneaz gazul, mrind depresiunea cu fiecare treapt. Vaporii formai la antrenarea gazului sunt condensai n condensatoarele 2 i 4, rcirea Fig. 4.42. pomp de vid cu ejectoare i condensare direct fiind realizat cu apa din rezervorul 6, trimis de pompa 7. Condensul se scurge pe la partea inferioar a condensatoarelor i ajunge n rezervor. Ejectoarele cu mercur folosesc vapori de mercur care n micarea lor ascendent trec cu vitez mare prin ejectoarele montate n serie, aspirnd i antrennd gazul din zona de admisie a pompei. Vaporii de mercur sunt condensai i readui n zona fierbtorului din pomp, ciclul fiind astfel reluat. Buna funcionare a acestui ejector depinde de existena unei pompe de vid suplimentare. Pompele de difuziune sunt utilizate la realizarea unui vid naintat i au ca principiu de 170 lucru difuzia gazului evacuat n circuitul vaporilor unor substane, care au presiunea de vapori foarte mic. Jetul care antreneaz gazul de evacuat se obine prin fierberea substanei i condensarea vaporilor, dup ce acetia au antrenat moleculele gazului spre racordul ce face legtura cu pompa de vid suplimentar. Fig. 4.43.Pompe de difuziune: a- cu o singur treapt; b- cu trei trepte: 1- fierbtor; 2- corp pomp; 3- tub central; 4,4,4,4- trepte ale pompei; 5- etanare hidraulic; 6- manta de rcire; 7- capcan de vapori rcit cu ap; 8- racord pentru vid; 9- racord la pompa de vid suplimentar. Pompele ionice realizeaz depresiuni mari (pn la 10-4 Pa), funcionarea fiind bazat pe principiul ionizrii moleculelor de gaz prin bombardarea cu electroni i transportul lor printr-un cmp electric ctre pompa de vid suplimentar. 171 BIBLIOGRAFIE 1. Almoreanu M., .a. 1996 - Maini de ridicat, Vol. I i II. Editura Tehnic Bucureti. 2. Almoreanu M. 2003 - Introducere n dinamica mainilor de ridicat. Editura Conspress Bucureti. 3. Banu c., .a. 1998 - Manualul inginerului de industrie alimentar. Editura Tehnic Bucureti 4. Banu C., .a. 2000 - Procese hidrodinamice i utilaje specifice, vol.1, vol.2, Uni-Pres C-68, Editur de Pres Universitar, Bucureti. 5. Bisan I. 2011 Maini de ridicat i de transportat n agricultur i industria alimentar. Editura Politehnium Iai. 6. Brtucu Gh. 1994 - Maini i instalaii de ridicat i transportat n industria alimentar i agricultur. Universitatea Transilvania Braov. 7. Csndroiu T. 1993 Utilaje pentru prelucrarea primar i pstrarea produselor agricole. Universitatea Politehnica Bucureti. 8. Czil A. 1994 Echipamente de transport uzinal. Editura Transilvania Press Cluj-Napoca 9. Cebotrescu I., .a. 1997 Utilaj tehnologic pentru vinificaie. Editura Tehnic Bucureti. 10. Cosoroab V. 1964 - Compresoare cu piston. Editura Tehnic, Bucureti. 11. Cravcenco V. 1978 ndrumtorul inginerului mecanic agricol. Redacia Revistelor Agricole Bucureti. 12. Drguan V., .a. 1972 Utilaje de transport, ncrcare i descrcare n agricultur. Editura Ceres Bucureti. 13. Florescu I. 2000 - Mecanica fluidelor i maini hidrapneumatice. Editura Alma Mater Bacu. 14. Ghinea E , .a. 1968 ntreinerea i repararea mainilor de ridicat i transportat. Editura Tehnic Bucureti. 15. Hapenciuc M., Hapenciuc A. 2000 - Instalaii de ridicat i transportat, vol. III. Litografia Universitatea Dunrea de Jos, Galai. 16. Homutescu V. M., Homutescu C. A. 1996 - Maini i instalaii termice. Lucrri de laborator. Universitatea Tehnic Iai. 17. Ilie L., .a. 1988 Sistemul de transport containerizat. Editura Dacia Cluj-Napoca. 18. Ionescu Fl., Catrina D., Dorin Al. 1980 - Mecanica fluidelor i acionri hidraulice i pneumatice. Editura didactic i pedagogic Bucureti. 19. Iordache Gh., .a. 1987 Utilaje pentru industria materialelor de construcii. Editura Tehnic Bucureti. 20. Ivan. E. .a. 2005 Operaii i instalaii cu transfer de cldur i mas. Editura Mirton Timioara. 21. Krasnicenko A.V. 1963 Manualul constructorului de maini agricole. Editura Tehnic Bucureti. 22. Luca Gh. 1978 Probleme de operaii i utilaje din industria alimentar 23. Lupescu O. 1994 Instalaii de transport uzinal. Institutul Politehnic Iai. 24. Marinov A. 1993 - Mecanica fluidelor i maini hidropneumatice, (partea nti), Universitatea Politehnica , Bucureti. 25. Mnior P. 1998 Mecanizarea i automatizarea lucrrilor n zootehnie. Editura Ceres Bucureti. 26. Neagu C. 1987 Utilaje pentru prelucrarea primar i pstrarea produselor agricole. Institutul Politehnic Iai. 27. Neculoiu I., .a. 1967 Mecanizarea operaiilor de ncrcare i descrcare la calea ferat. Centrul de documentare i publicaii Bucureti. 28. Norman B. 1971 Mechanics of bulk matherials handling. Butterworth & Co Publishers London. 29. 6. Oproescu Gh. 2001 - Maini si instalaii de transport industrial. Editura EDMUNT Brila. 30. Rileanu T., .a. 1994 Utilaje pentru transport operaional - ndrumar de laborator. Institutul Politehnic Iai. 172 31. Robescu D., Naianu P/ 2002 - Pompe, ventilatoare, suflante i compresoare. Editura Aisteda Bucureti. 32. Rudenko N. 1969 Materials handling equipment. Mir Publishers Moscow. 33. Segal H. 1966 - Maini de ridicat i transportat pentru construcii. EDP Bucuresti. 34. Segal H., .a. 1960 Maini de ridicat i de transportat. Editura Tehnic Bucureti. 35. Spivakovski A, Dyachkov V. 1978 Conveyors and related equipment. Peace Publishers Moscow. 36. tefan C. 1985 - Utilaje pentru prelucrarea primar i pstrarea produselor agricole. Institutul Politehnic Timioara. 37. Tauber B.A., 1956 Maini de ridicat i de transportat n industria forestier. Editura Tehnic Bucureti. 38.Tudose R., .a. 1977 Procese, operaii, utilaje n industria chimic. Editura Didactic i Pedagogic Bucureti. 39. enu I. 2008 Operaii i aparate n industria alimentar, vol. I. Editura Ion Ionescu de la Brad Iai. 40. Vlcu V., .a. 2002 Maini i instalaii zootehnice. Editura PIM Iai. 41. V I,. .a. 1989 - Maini de ridicat n construcii. Exploatare, ntreinere, reparaii. Editura Tehnic Bucureti. 42. http://facultate.regielive.ro/cursuri/industria_alimentara/curs_toaia-175186.html 43. http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/MITH_Compresoare.pdf MITH_Compresoare

Recommended

View more >