ELEMENTE DE PROIECTARE A SISTEMELOR ELECTROMECANICE

ELEMENTE DE PROIECTARE A SISTEMELOR
ELECTROMECANICE
DETERMINAREA MĂRIMILOR DE ALUNECARE ÎN GHIDAJE
PARAMETRI DE LUCRU I FUNCȚIONALI AI SEM
ALEGEREA MOTOARELOR ELECTRICE
ALEGEREA CIRCUITULUI DE FORȚĂ
ALEGEREA BLOCULUI DE COMANDĂ
DOCUMENTAȚIA TEHNICO-ECONOMICĂ AFERENTĂ UNUI SEM
2009-2010 SEM - CURS 11 1

DETERMINAREA MĂRIMILOR DE ALUNECARE ÎN GHIDAJE
2009-2010 SEM - CURS 11 2

Determinarea forțelor la mişcări rectilinii şi la mecanisme simple de
rotație
F f
Fi =
ma
= µ G
F i
F f
F re
G
Suprafaţa de alunecare: µ
Forţele ce acţionează asupra elementului util cu o mişcare rectilinie.
2009-2010 SEM - CURS 11 3
F

Observatie. Forţele de rezistenta exterioara se neglijeaza in general, mai putin la vehicule.
FORȚELE DE REZISTENTA EXTERIOARA LA VEHICULE
Forțe principale
De rulare
Datorate frecărilor în lagărele de pe osii
Datorate pierderilor mecanice din motoarele electrice de tracțiune şi din
sistemul de transmisie
Datorate rostogolirii roților pe calea de rulare
Datorate alunecării roții pe calea de rulare
Datorate şocurilor şi oscilațiilor care se produc între aparatul de rulare şi calea
de rulare
Datorate frecărilor între captatorul de curent şi linia de contact
Aerodinamica
Determinată de interacțiunea vehiculului cu aerul înconjurător, pe direcția axei
longitudinale a acestuia
Forțe suplimentare
Datorate declivităților căii de rulare
Datorate curbelor căii de rulare
Datorate factorilor de mediu (vânt, temperatura mediului ambiant, etc)
2009-2010 SEM - CURS 11 4

F
Forţele ce acţionează asupra elementului mobil la deplasarea pe
un plan înclinat.
Gcosα
Gsinα
G
α
La urcare
F f
F re
F i
2009-2010 SEM - CURS 11 5
F i
F f
F re
Gsinα
α
Gcosα
G
La coborâre
F

Forţele ce acţionează asupra lagărelor unui arbore în mişcare de rotaţie.
M
Momentul rezistent
C
i
F r1
lagăre
d
d 1
Fr 1 = G Fr
2
d1
r
2009-2010 SEM - CURS 11 6
d
d
= G
d
F r2
2
1
d 2
( r F r F )
M = µ +
1 r1
2 r 2
G

Determinarea forțelor la mişcarea de rostogolire
Forta
rezistenta
Forta necesara deplasarii
µ fa G
F ro
G
Forţele ce acţionează asupra unei roţi la rostogolire.
( µ + µ )G
F ≥ fa fo
2009-2010 SEM - CURS 11 7

Elemente pentru calculul greutăţii pe fiecare roată.
1
G1 = G
= k1G
d1
d1
d1
1+
+ +
d d d
2
3
4
Roata 1 Roata 3
2009-2010 SEM - CURS 11 8
d 1
G
Roata 2 Roata 4
∑
i=
1
( )
Forta necesara deplasarii F ≥ µ
+ µ
n
fai
foi
G
i

Determinarea momentelor la mecanisme rectilinii de tip bielămanivelă
Elemente necesare calculului cuplului rezistent la mecanismul bielă-manivelă.
B
l
F
M r
C
2009-2010 SEM - CURS 11 9
A
⎡
⎢
Fr ⎢ r
= ⎢sinα
+
iη
2l
⎢
⎢
⎣
α
r
O
y
sin 2β
2
⎛ r ⎞
1−
⎜ ⎟ sin
⎝ l ⎠
2
⎤
⎥
⎥
⎥
β
⎥
⎥
⎦
Ω 1
x

PARAMETRI DE LUCRU I FUNCȚIONALI AI SEM
2009-2010 SEM - CURS 11 10

POMPE
Motorul electric
monofazat
trifazat
4 9
10
7
5
8
3
6
2
2
1
2009-2010 SEM - CURS 11 11

ACTIONAREA POMPELOR
Puterea necesara pentru livrarea debitului Q, in m 3 /s, la inaltimea manometrica H, in
m, este:
P b
Inaltimea totala manometrica:
H
=
H 2 si H 1
p 1 si p 2
c 2 si c 1
⎛
⎜
⎝
H
2
+
p2
⎞
⎟ −
γ ⎠
⎛
⎜
⎝
H
1
+
=
9.
81
γQH
1000
p1
⎞
⎟ +
γ ⎠
c
2
2
− c
2g
Greutatea specifica
∑λ + ∑
2009-2010 SEM - CURS 11 12
2
1
+
1
d
2
c
2g
2
c
ς
2g
altitudinile nivelului lichidului din recipientul de refulare, respectiv de aspiratie,
in m;
presiunile asupra lichidului in recipientul de refulare, respectiv de aspiratie
kgf/m 2
vitezele lichidului la iesirea din conducta de refulare, respectiv la intrarea in
conducta de aspiratie, in m/s;

c
l
d
λ
k=1.5
k=2.5
k=5
k=7
viteza lichidului in conducta, m/s;
lungimea conductelor, in m;
diametrul conductelor, in m;
coeficientul de pierderi in conducta dreapta;
λ =
0.
314
−2⎛
k ⎞
10 ⎜ ⎟
⎝ d ⎠
La o conducta noua din otel asfaltat
La o conducta noua din fonta, tabla de otel sau din ciment sclivisit
La o conducta veche din otel, ruginita
La o conducta din ciment cu suprafata neuniforma, din fonta cu scorii, din
scanduri neprelucrate
ζ – coeficient de pierderi in coturi, in T-uri, in aparate de inchidere si de reglare.
Observatie. Se dau in tabele pierderile in coturi.
2009-2010 SEM - CURS 11 13

Puterea necesara la arborele pompei:
ηv
ηv
ηv
=
=
=
0.
97...
0.
99
0.
9...
0.
95
0.
85...
0.
9
P b
9.
81
= γQH
1000η
La pompe cu puteri mari
La pompe cu puteri mijlocii
La pompe cu puteri mici
η = ηvηm
0.
88...
0.
95
2009-2010 SEM - CURS 11 14
ηm
=

Observatie. Pentru pompe centrifuge:
Inaltimea manometrica de aspiratie se da in tabele, functie de tmperatura.
Pentru debite Q=2.5 … 500 l/s se iau:
η=0.35 … 0.7
η=0.5 … 0.8
η=0.82 … 0.88
η=0.9
La pompe de joasa presiune cu o singura treapta, fara aparat
director
La pompe de joasa presiune cu o singura treapta, cu aparat
director
La pompe de mare presiune, cu mai multe trepte
La pompele din centralele cu acumulare prin pompare.
2009-2010 SEM - CURS 11 15

VENTILATOARE
Motor asincron, cu grad de
protectie IP44 si rotor montat pe
rulmenti cu bile.
2009-2010 SEM - CURS 11 16

ACTIONAREA VENTILATOARELOR
Puterea necesara la arborele ventilatoarelor:
2
9.
81 ⎛ γ c2
− c
P = V ⎜ m ∆p
+
1000η
⎝ g 2
randamentul
η=0.4 … 0.6
η≤0.8
2009-2010 SEM - CURS 11 17
2
1
⎞
⎟
⎠
Presiunea statica realizata
de ventilator, in kgf/m 2
Debitul ventilatorului, in m 3 /s
La ventilatoare cu puteri mici si mijlocii
Presiunea dinamica realizata
de ventilator, in kgf/m 2
La ventilatoare cu puteri mari (ventilatoare de mine)

COMPRESOARE
2009-2010 SEM - CURS 11 18

ACTIONAREA COMPRESOARELOR
Sunt masini de uz general pentru producerea aerului comprimat necesar in diferite
scopuri.
Compresoarele centrifugale, denumite si turbo-compresoare, sunt folosite in general
pentru realizarea unor debite mari de gaz la presiuni relativ mici.
Puterea necesara pentru realizarea compresiunii:
G
p 1
p 2
v 1
v 2
n
izotermica politropica
9.
81
Pnec = Gp
1000
Debitul, in kgf/s
1v1 ln
p
p
Presiunea in recipientul de aspiratie, in kgf/m 2
Presiunea in recipientul de refulare, in kgf/m 2
2
1
Volumul specific in recipientul de aspiratie, in m 3 /kgf
Volumul specific in recipientul de refulare, in m 3 /kgf
Exponentul politropic (1.41 la compresiunea adiabatica)
2009-2010 SEM - CURS 11 19
P
nec
9.
81 n
= G p1v
1000 n −1
1
⎡
⎢⎛
⎢ ⎜
⎢
⎝
⎣
p
p
2
1
⎞
⎟
⎠
n−1
n
⎤
−1⎥
⎥
⎥⎦

Puterea necesara la arborele motorului de actionare:
η =
i
η
p
=
0.
62...
0.
75
( 0 . 43 ÷ 1)
* ( 0.
62...
0.
75)
P =
mot
=
η ηi
/
Pnec
η
p
η
2009-2010 SEM - CURS 11 20
m
η
t
η = 0.
88...
0.
95 η = 0.
96...
0.
99
m
t

ACTIONAREA ELECTRICA A MASINILOR DE RIDICAT SI
TRANSPORTAT
2009-2010 SEM - CURS 11 21

CARACTERISTICI GENERALE
Joaca un rol imortant in diferite ramuri de productie.
Functioneaza intermitent cu porniri, opriri si reversari frecvente, ceea ce
provoaca importante variatii si socuri de sarcina.
Functioneaza in medii foarte diferite
In atmosfera care contine:
Praf (fabrici de ciment);
Gaze corozive (industria chimica);
Gaze explozive (rafinarii, mine de carbuni);
La temperaturi diferite (turnatorii sau in exteriorul cladirilor).
2009-2010 SEM - CURS 11 22

Alegerea tipului de actionare electrica depinde de caracteristicile retelei
electrice si de particularitatile mecanismelor care urmeaza sa fie deservite.
Alimentare in c.c:
110 V, 220 V, 440 V, 500 V pentru circuitul de forta
12 sau 24 V pentru circuitele de comanda
Alimentare in c.a.:
127V, 220 V, 380 V, 500 V pentru circuitul de forta
12 si 36 V pentru circuitul de comanda
Comanda masinilor de ridicat si de transportat se poate realiza manual, automat
sau semiautomat
2009-2010 SEM - CURS 11 23

Pod rulant Sisteme KBK Macarale pivotante
2009-2010 SEM - CURS 11 24

n
DIAGRAMA DE FUNCTIONARE
Coborare
carlig
Ridicare
greutate
Translatie
carucior
Translatie
pod
Coborare
greutate
Durata unui ciclu
Ridicare
carlig
Translatie
carucior
Translatie
pod
2009-2010 SEM - CURS 11 25
t
t
t
Carlig
Carucior
Pod

ETAPELE DE CALCUL
Puterea la arborele motorului pentru fiecare din cele trei elemente ale podului rulant
Puterea la arborele motorului, pentru fiecare din cele trei elemente ale podului
rulant (carlig, carucior, pod)
Alegerea motorului de actionare pentru fiecare din cele trei elemente ale podului
rulant
Alegerea reductorului pentru fiecare din cele trei elemente ale podului rulant
Recalcularea puterii la arborele motorului
Calculul momentului de giratie (inertie) pentru fiecare din cele trei elemente ale podului
rulant pentru fiecare etapa a ciclului de functionare si raportarea tuturor momentelor de
giratie la arborele motorului
Calculul cuplului la arborele motorului pentru fiecare etapa a ciclului de functionare
(accelerare, mers stationar, franare)
Calcului timpilor pentru fiecare etapa a ciclului de functionare (accelerare, mers
stationar, franare)
Verificarea finala a motorului electric ales pentru fiecare din cele trei elemente ale
podului rulant la incalzire si la durata relativa de functionare
2009-2010 SEM - CURS 11 26

ACTIONAREA MECANISMELOR DE RIDICAT
Puterea la arborele motorului
Sarcina utila la carlig
P nec =
9. 81 Qv
1000 60ηηηη
Viteza de ridicare
Randamentul transmisiei de
la carlig la motor
2009-2010 SEM - CURS 11 27

n
Coborare
Ridicare
Translatie
carucior
Translatie
pod
Durata unui ciclu
Ciclul de functionare complet pentru un pod rulant
2009-2010 SEM - CURS 11 28
t
t
t
Carlig
Carucior
Pod

ACTIONAREA ELECTRICA A MASINILOR- UNELTE
2009-2010 SEM - CURS 11 29

NOTIUNI DE BAZA ASUPRA ASCHIERII
Sunt antrenate de 2 pana la 4 motoare cuplate rigid doua cate doua
Legatura dintre cele doua grupe este de tip elastic, realizata de catre banda
transportoare
Distributia sarcinii depinde de gradul de intindere al benzii
R
P
v
F 2
F 1
N
O M
S
2009-2010 SEM - CURS 11 30
Q
N
T
F 1
R
F 2

Puterea de aschiere (in kW)
sau
P a
=
9.
81
T
1000
v
60
=
1
6110
2009-2010 SEM - CURS 11 31
Tv
Viteza de aschiere
Componenta tangentiala a
rezultantei

C
α
t
a
λ
T
αααα 0. 75
= λλλλ C ta [ N ]
60
Coeficient care depinde de material;
Unghiul de taiere, in grade hexazecimale;
Latimea stratului de indepartat, in mm;
Grosimea stratului de indepartat, in mm;
Coeficient care depindede felul lubrificarii.
0.7 pentru uleiuri vegetale
0.9 pentru uleiuri minerale
2009-2010 SEM - CURS 11 32

Componentele fortei de aschiere la strunjire
x-x
O
F y
F y
A
F x
F z
B
x w
F z – componenta tangentiala,
corespunzatoare fortei T
F y – componenta radiala
F x – componenta axiala
F z :F y :F x =5:2:1
Viteza de aschiere se alege astfel
incat cutitul sa lucreze in conditii
bune un anumit timp T a intre doua
ascutiri, de regula 60 min.
v
T a
const.
2009-2010 SEM - CURS 11 33
µµµµ
=

Expresiile componentelor fortei de aschiere la strunjire si viteza de aschiere
Observatii.
F
F
F
v
z
y
x
=
=
=
=
T
C
C
C
m
a
z
y
x
t
t
t
t
C
X
X
X
v
X
v
z
a
y
x
a
Y
Y
a
a
2009-2010 SEM - CURS 11 34
v
z
Y
Y
Coeficientii C, X, Y, si K sunt dati in tabele in functie de tipul materialului
prelucrat .
t – adancimea de strunjire
a – avansul cutitului pentru o tura a piesei
v
y
x
n
K
K
K
K
v
y
x
z

Cuplul la axa principala a strungului
Puterea de aschiere
Cuplul la axul
principal
P a =
M = Fz
Mn
0.
975
d
2
Turatia arborelui
Diametrul mediu al piesei
2009-2010 SEM - CURS 11 35

Puterea la arborele motorului de antrenare (in kW)
P =
Pa
ηηηη
2009-2010 SEM - CURS 11 36

2009-2010 SEM - CURS 11 37

ACTIONAREA ELECTRICA A FOARFECELOR DE TAIAT TABLA
2009-2010 SEM - CURS 11 38

Procesul de forfecare
U 1
A 1
t
b
F 1
A
a
B B 1
F 2
S 1
U 2
S 2
2009-2010 SEM - CURS 11 39
U 1
A 1
b
F 1
f’’
A
a
f’
B B 1
F 2
U 2

Puterea necesara forfecarii
Coeficient ce depinde de
regimul de lucru, cu valori
cuprinse intre 1.1 si 1.4
P
nec
Randamentul mediu al
foarfecelor (0.5÷0.7)
9. 81 a0Lna
=
1000 60ηη
Lucrul mecanic necesar
forfecarii
2009-2010 SEM - CURS 11 40
t
Turatia arborelui (taieturi pe
minut)
Randamentul transmisiei
(0.95÷0.97)

Lucrul mecanic necesar forfecarii
Forta reala de forfecare
F =
kF'
L =
FBtgϕ
Coeficient de corectie (1÷1.3) Forta de forfecare
Sectiunea de sub
lama foarfecelui
Unghiul lamei U 1 ( cu valori intre 2°÷5°)
Latimea tablei care trebuie taiata
bh
F'= ( 0.
75...
0.
9)
σ r
2
Rezistenta la
rupere a
materialului
2009-2010 SEM - CURS 11 41

Cuplul rezistent
Diagrama fortelor la
mecanismul bielamanivela
F t
F
β
α
r
l
F 1
F 1
F r
Cuplul rezistent raportat la arborele motor
necesar pentru forfecarea materialului
( αααα − ββββ )
Ftr
Fr sin
= =
νη νη νη νη νη νη νη νη cos ββββ
2009-2010 SEM - CURS 11 42
M
r1
t
Cuplul rezistent la mersul in gol
M =
0
0. 2 r M
1max
t

B
h
U 1
U 2
c a
d
Cuplul rezistent total pentru α 1

Cuplul de sarcina
Se utilizeaza o metoda grafo analitica, prin incercari, pornind de la caracteristica de sarcina M = f(α)
si variatia cuplului rezistent M r = f(α).
La inceperea
taierii M=M 0
Timpul necesar
intervalului 1:
∆t
1
=
GD
∆n
2
1
375 m1
rm1
M M −
Se poate ridica M=f(t)
si n=f(t).
Din caracteristica de
sarcina se gaseste n 0
Din caracteristica de
sarcina se gaseste
cuplul motor mediu,
M m1 .
Cuplul rezistent fiind
crescator se
aproximeaza pe
primul interval o
cadere de turatie ∆n 1
Se calculeaza turatia
medie a intervalului
− ∆n
2
2 1 1
2009-2010 SEM - CURS 11 44
nm1 =
n

ACTIONAREA ELECTRICA A PRESELOR
2009-2010 SEM - CURS 11 45

Curba de variatie a fortei ce trebuie aplicata uneltei in timpul procesului de presare
20
16
12
8
4
F [kN]
1 2 3 4 5
h [mm]
Pentru un joc intre matrita si
poanson de 0.7 mm
Pentru un joc intre matrita si
poanson de 0.49 mm
Drumul parcurs de unealta in timpul decuparii
2009-2010 SEM - CURS 11 46

Puterea necesara presarii
Coeficient ce depinde de
regimul de lucru, cu valori
cuprinse intre 1.1 si 1.4
P
nec
Randamentul mediu al presei
(0.5÷0.7)
9. 81 a0Lna
=
1000 60ηη
Lucrul mecanic necesar
presarii
2009-2010 SEM - CURS 11 47
t
Turatia arborelui (taieturi pe
minut)
Randamentul transmisiei
(0.95÷0.97)

Lucrul mecanic necesar presarii
Coeficient ce depinde de
grosimea si duritatea metalului
λ
0.75÷0.55
0.55÷0.45
0.45÷0.30
h

Cuplul rezistent
M r1
Cuplul rezistent
necesar decuparii
piesei
=
A =
Aϕϕϕϕ
( t)
f ( h)
r
νννν
( αααα − ββββ )
sin
ϕϕϕϕ ( αααα ) =
cos ββββ
F = f (h)
Forta de stantare
M = M + M +
r
r1
r 2 r 3
Cuplul rezistent
necesar ridicarii si
coborariiculisoului
2009-2010 SEM - CURS 11 49
M
Cuplul rezistent
datorita frecarilor

SEM DIN INDUSTRIA LEMNULUI
2009-2010 SEM - CURS 11 50

Schema aschierii lemnului
x
z
y
Cazuri speciale de taieturi practicate in lemn
Inaintare de-a lungul fibrelor cu taisul tangential la inelele anuale
Inaintare in directie transversala cu taisul perpendicular pe fibre
Inaintare tangential la inelele anuale cu taisul paralel cu fibrele
φ-unghi de taiere
2009-2010 SEM - CURS 11 51

Cele trei direcţii de orientare a tăieturilor pentru lemn şi unghiurile pe care le face
direcţia de tăiere cu cele trei axe
Forța de aşchiere
Orientare paralelă
Orientare transversală
Orientare tangenţială
F =
gtk
lățimea
aşchiei [mm] grosimea stratului de
tăiat [mm]
2009-2010 SEM - CURS 11 52
y
z
θ y
θ z
θ x
direcţia de
tăiere
rezistența specifică
[N/mm 2 ]
x

Cadrul în care sunt
fixate pânzele
Roata liberă
Cilindri de ghidare a
buşteanului
Buşteanul
Mecanism bielămanivelă
Curea elastică
Schema cinematică a unui gater.
Motorul de
acţionare
2009-2010 SEM - CURS 11 53

Actionarea electrica a unui gater
Coeficient de
neuniformitate a
sarcinii
Puterea medie de
aschiere
9.
81 vmF
P1
m
1000 2
=
0
( )
P = a P m + P +
1
2009-2010 SEM - CURS 11 54
0
P
2
Puterea de mers in
gol a gaterului
(aprox 20% din
puterea medie de
aschiere)
Puterea de avans
(aprox. 2% din
puterea medie de
aschiere)

ACTIONAREA ELECTRICA A BENZILOR TRANSPORTOARE
2009-2010 SEM - CURS 11 55

CARACTERISTICI GENERALE
Sunt antrenate de 2 pana la 4 motoare cuplate rigid doua cate doua
Legatura dintre cele doua grupe este de tip elastic, realizata de catre banda
transportoare
Distributia sarcinii depinde de gradul de intindere al benzii
Motor principal de
antrenare
η r
η t
Motor secundar de
antrenare
reductor
Toba de antrenare
Toba de intoarcere
2009-2010 SEM - CURS 11 56

Toba de antrenare
1
7
Toba de
deviere
Toba de
intindere
4
2 3
Toba de antrenare
Toba de
intoarcere
Algoritmul se bazeaza pe calculul succesiv al tensiunilor in covorul de cauciuc pornind de la
toba de antrenare.
2009-2010 SEM - CURS 11 57
3’
6
5

ETAPELE DE CALCUL
Calculul fortelor pe conturul transportorului
Calculul efortului tangential la periferia tobei
Calculul puterii necesare pentru antrenarea benzii
Verificarea finala a motorului electric ales pentru fiecare din cele trei elemente ale
podului rulant la incalzire si la durata relativa de functionare
2009-2010 SEM - CURS 11 58

Puterea necesara pentru antrenarea benzii
Forta pe contur in punctul 7
Pnec = Etv
E
t
=
F
F
η
7 −
t
1
Viteza liniara de deplasare a benzii
Efortul tangential al periferia tobei
Forta pe contur in punctul 1
Randamentul tobei
2009-2010 SEM - CURS 11 59

Calculul succesiv al tensiunilor in covorul e cauciuc
Tensiunea dintr-un punct se obtine din tensiunea din punctul anterior multiplicata
cu un coeficient
Se porneste din punctul 1, considerand toba de antrenare
Forta pe contur in punctul 1
F =
1
T
Tensiunea in banda
2
2 = k T F3 = k1k2T
F4
= k1k2T
F 1
*Coeficientii k i , i-1,2 au valori cuprinse intre 1.02 si 1.05.
2009-2010 SEM - CURS 11 60

F
= k k T + W
5 1
2
2 4−5
Rezistentele de miscare pe conturul 4-5
Masa pe metru liniar a
covorului de cauciuc
( q − q ) k l
W4−5 = b ri 3
Masa pe metru liniar a
partii in rotatie a
rolelor de pe ramura
inferioara
Lungimea tronsonului
analizat
Coeficient de frecare cu
valori cuprinse intre 0.03
si 0.05
2009-2010 SEM - CURS 11 61

F
= k k T + k W
6 1
3
2 2 4−5
µα
F 7 = Te
Tensiunea in banda
Coeficient de frecare intre toba si
banda 0.3÷0.4
Unghiul de infasurare a covorului pe toba
2009-2010 SEM - CURS 11 62