Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
SADRŢAJ<br />
Predavanje broj 1<br />
Uvodno predavanje<br />
a) . Osnovni pojmovi, tehnologija i proizvodni procesi u rudarstvu.<br />
b) Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naĉina eksploatacije<br />
c) Zahtevi koje treba da ispune mašine u uslovima rada na površinskim<br />
kopovima i rudnicima sa podzemnom eksploatacijom.<br />
d) Podela mašina i ureĊaja i rudarstvu, istorijski razvoj mašina u ureĊaja u<br />
rudarstvu<br />
Predavanje broj 2<br />
Pogonski sistemi<br />
a. Motori SUS<br />
b. Elektromotori<br />
c. Hidro i pneumatski motori<br />
Predavanje broj 3<br />
Prenosnici snage:<br />
a) mehaniĉki prenos snage,<br />
b) hidrodinamiĉki prenos snage,<br />
c) hidrostatiĉki prenos snage,<br />
d) elektriĉni prenos snage<br />
Predavanje broj 4<br />
Transportni ureĊaji na rudarskim mašinama<br />
a) UreĊaji za kretanje na pneumaticima,<br />
b) UreĊaji za kretanje na gusenicama,<br />
c) UreĊaji za kretanje po šinama,<br />
d) Koraĉajući ureĊaj za kretanje,<br />
e) Kombinovani ureĊaji za kretanje<br />
f) Stabilnost ureĊaja za kretanje<br />
g) Proraĉun ureĊaja za kretanje
0. Uvodno predavanje<br />
0.1 Osnovni pojmovi, tehnologija i proizvodni procesi u rudarstvu<br />
Intencija svake zemlje je da do maksimalnih mogućnosti razvije i proširi sirovinsku bazu<br />
nalazi pre svega opravdanje u stalno rastućim zahtevima svih grana privrede, a naroĉito<br />
teške industrije za metalima, energetskim sirovinama i drugim materijalima koji ĉine osnov za<br />
rad i razvoj lake industrije. Danas je nemoguće zamisliti velike inţinjersko-tehniĉke zahvate<br />
bez obezbeĊenja ogromnih koliĉina energije raznih vidova, raznih konstrukcija i vrsta<br />
materijala koji se preteţno dobijaju iz sirovina ĉvrstih mineralnih leţišta. Prema taome,<br />
rudarska industrija ima veoma odgovoran zadatak obezbeĊenja privrede sirovinama u<br />
raznim oblicima. MeĊutim, tokom dugogodišnje eksploatacije veliki broj leţišta je otkopan<br />
tamo gde su vladali lakši radni uslovi ili su pak otkopani delovi sa bogatijim sadrţajem<br />
korisnog minerala: Ovaj razlog, kao i permanentno povećanje fiziĉkog obima proizvodnje<br />
suoĉili su rudarsku industriju sa problemom eksploatacije takozvanih siromašnih leţišta:<br />
Otkopavanje siromašnijih leţišta, povećanje dubine eksploatacije i pogoršanje rudarskotehnoloških<br />
uslova, komenzira se u savremenoj praksi proizvodnjem nove rudarske<br />
mehanizacije sa povećanim kapacitetima koja omogućava jeftiniju proizvodnju.<br />
Razvoj procesa eksploatacije leţišta potpomaţe i stalno prati uvoĊenje odgovarajuće<br />
mehanizacije, automatizacije i daljinskog upravljanja. Tehniĉki progres u površinskoj i<br />
podzemnoj eksploataciji utiĉe na sve veću redukciju radne snage, tako da su danas na<br />
površinskim kopovima i u podzemnoj eksploataciji sistemi sa minimalnim brojem radnika, koji<br />
uglavnom rade poslove nadgledanja i odrţavanja.<br />
Pri razmatranju problema eksploatacije leţišta treba respektovati ĉinjenicu da sa stanovišta<br />
eksploatacije postoje velike razlike izmeĊu leĊišta metala, nemetala i uglja, pre svega kod<br />
primenjenih metoda otkopavanja, primenjene mehanizacije i dr.<br />
Pre neposrednog pristupanja eksploataciji jednog leţišta u širem smislu, neophodno je<br />
izraditi odgovarajuću projektnu dokumentaciju, poĉev od geoloških elaborata, studija<br />
opravdnosti eksploatacije, do glavnih projekata. U idejnim projektima i studijama<br />
opravdanosti koje prethode konkretnim projektnim rešenjima neophodno je pre svega<br />
razjasniti naĉin eksploatacije jednog leţišta. Prema tehnološkom procesu eksploatacije<br />
razlikuju se dva naĉina eksploatacije:<br />
podzemna eksloatacije leţišta, i<br />
površinska eksploatacije leţišta<br />
Kod napred navedenih naĉina eksploatacije prisutni su svi klasiĉni elementi i odgovarajuća<br />
organizacija tehnološkog procesa dobijanja korisne supstance. MeĊutim, treba napomenuti<br />
da postoje i drugi vidovi eksploatacije leţišta sa bitnim ralikama u procesu dobijanja korisne<br />
supstance pri ĉemu nisu zastupljene sve faze eksploatacije. U ove procese pre svega spada<br />
proces luţenja primenjen za primernu eksploataciju nekih leţišta metala (urana), ili pak kao<br />
dopnska metoda za naknadno iskorišćenje preostalih rezervi (leţišta bakra) korisne<br />
supstance, kao i proces gasifikacije nekih leţišta uglja. Ovi procesi se mogu smatrati<br />
izuzetnim, ali u odreĊenim uslovima daju zadovoljavajuće ekonomske efekte.<br />
0.2 Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naĉina eksploatacije<br />
<br />
Podzemna eksloatacije ležišta<br />
Pod pozemnom eksploatacijom leţišta podrazumeva se dobijanje mineralnih sirovina<br />
u podzemnom radu primenom odgovarajućih metoda otkopavanja. Da bi se moglo<br />
3
pristupiti otkopavanju leţišta, u pratećim stenama i u samom leţištu izraĊuju se<br />
odgovarajuće jamske prostorije i objekti. Budući da se podzemna eksploatacija<br />
obavlja ispod zemljine površine, sa njom je povezana jamskim prostorijama (oknima,<br />
potkopima, niskopima i dr.) a samim tim nameće se potreba stalnog podgraĊivanja,<br />
ventilacije i osvetljenja podzemnih prostorija.<br />
Slika 1. Prikaz rudnika sa površinskim i podzemnim objektima: 1- zgrada za izvoznu mašinu; 2-<br />
izvozni toranj; 3- izvozno okno; 4- izvozište; 5, 6 i 7- hodnici; 8- koš; 9- pumpna komora; 10-pumpe;<br />
11- vodosabirnik; 12- otkopi; 13 i 14- levkovi za utovar; 15- minske bušotine; 16- vagoneti; 17- slepo<br />
okno; 18- ĉelo radilišta; 19- ventilaciono okno; 20- zgrada za ventilator;21- ventilacioni kanal; 22-<br />
lestvice; B 1 , B 2 i B 3 - leţište pripremljeno za eksploataciju<br />
<br />
Površinska eksloatacije ležišta<br />
Površinska eksploatacija leţišta se bitno razlikuje od podzemne, kako po tehnološkom<br />
procesu otkopavanja leţišta, tako i po primeni odgovarajuće mehanizacije. Površinska<br />
eksploatacija predstavlja skup svih radova sa površine terena za otkopavanje leţišta korisne<br />
mineralne sirovine. Objekat koji se pri tome formira naziva se površinski kop. U nekim<br />
specifiĉnim sluĉajevima površinske eksploatacije proces otkopavanja leţišta se obalja pod<br />
vodom.<br />
Površinska eksploatacija obuhvata dve osnovne grupe radova: radove na otkrivci (jalovini) i<br />
radove na korisnoj mineralnoj sirovini.<br />
Slika 2 Prikaz površinskog kopa<br />
4
Radovi na otkrivci se sastoje u odstranjivanju (otkopavanju, transportu i odlaganju)<br />
jalovinskih masa koje pokrivaju odnosno spreĉavaju slobodan pristup i bezbednu<br />
eksploataciju korisne sirovine.<br />
Radovi na korisnoj sirovini se sastoje u dobijanju (otkopavanju, transportu, pretovaru ili<br />
skladištenju) korisne mineralne sirovine.<br />
Ovde, meĊutim, treba istaći ĉinjenicu da su u odreĊenim sluĉajevima neki od litoloških<br />
ĉlanova otkrivke (glina, pesak, šljunak i dr.) mogu tretirati kao mineralna sirovina.<br />
Slika 3 Površinski kop uglja i površinski kop bakra<br />
Kod eksploatacije leţišta radovi na otkrivci i korisnoj sirovini se izvode sinhronizovano, pri<br />
ĉemu radovi na otkrici u izvesnoj meri, vremenski i prostorno, pretiĉu radove na korisnoj<br />
sirovini (slika 4).<br />
Slika 4. Šematski prikaz površinske eksploatacije ležišta: a) horizontalnih i blago nagnutih; b) kosih; c) strmih; 1<br />
– otkopani prostor; 2,3 – unutrašnja i spoljašnja odlagališta; 4,5 – radna i završna kosina površinskog kopa; 6 –<br />
završna kontura površinskog kopa; 7 – berme; I, II, III ... – redosledi razvoja rudarskih radova<br />
5
Osnovna obeleţja površinskog naĉina eksploatacije leţišta mineralnih sirovina se sastoje u<br />
sledećem:<br />
eksploatacija mineralnih sirovina se moţe obavljati samo posle odstranjivanja<br />
(otkopavanja, transporta i odlaganja) otkrivke, ĉiji je obim obiĉno 3 do 5 puta, nekada<br />
i znatno veći od obima korisne sirovine;<br />
veliko radno prostranstvo površinskog kopa pruţa mogućnost primene krupnih i<br />
visokoproduktivnih mašina na otkopavanju, transportu i odlaganju jalovine, odnosno<br />
na dobijanju korisne mineralne sirovine;<br />
otkopavanje jalovine i korisne sirovine se uglavnom vrši bagerima, retko<br />
hidromehanizacijom ili otkopno-transportnim mašinama (dozerima, skreperima i dr.),<br />
pri ĉemu se bagerima mogu otkopavati pored mekih i ĉvrstih (polustenski i stenski)<br />
materijali sa prethodnim rastresanjem postupkom miniranja, a hidromehanizacijom<br />
samo meki i sipki materijali.<br />
Površinska eksploatacija, u poreĊenju sa podzemnom, ima niz prednosti od kojih treba<br />
posebno istaći sledeće:<br />
povoljnije uslove primene krupne i visokoproizvodne mehanizacije;<br />
široke mogućnosti uvoĊenja automatizacije i distancionog upravljanja mehanizmima i<br />
proizvodnim procesima;<br />
lakšu primenu savremenih metoda dijagnostikovanja i odrţavanja rudarske opreme;<br />
manje gubitke korisne supstance u proizvodnom procesu (3 do 10% u poreĊenju sa<br />
20 do 30% i više kod podzemne eksploatacije);<br />
povoljnije uslove selektivnog otkopavanja korisne mineralne sirovine;<br />
kraći rok izgradnje i manja hinvesticiona ulaganja (u poreĊenju sa podzemnim<br />
rudnikom istog kapaciteta izgradnja površinskog kopa je vremenski 2 do 3 puta kraća,<br />
a troškovi izgradnje 1,5 do 2,5 puta niţi);<br />
bolju ekonomsku efektivnost, veću produktivnos rada, povoljnije uslove rada i veću<br />
bezbednost zaposlenih.<br />
Površinska eksploatacija ima i svojih nedostataka od kojih treba istaći:<br />
veliki uticaj klimatskih faktora (temperature, intenziteta vetra, vrste i koliĉine padavina,<br />
magle i dr.) na svojstva radne sredine, dejstvujuća opterećenja vitalnih elemenata<br />
konstrukcije mašina, uslove eksploatacije i odrţavanja, a samim tim i na ukupnu<br />
efektivnost rada površinskog kopa;<br />
degradaciju velikih površina, ĉesto veoma plodne zemlje, zagaĊenje vazduha, reka i<br />
jezera, sniţenje nivoa podzemnih voda na širokom prostoru i dr.<br />
Specijalnim merama zaštite odreĊena štetna dejstva površinske eksploatacije se mogu<br />
eliminisati ili osetno ublaţiti, mada ĉesto uz relativno velika finansijska ulaganja.<br />
0.3 Zahtevi koje treba da ispune mašine u uslovima rada na površinskim<br />
kopovima i rudnicima sa podzemnom eksploatacijom.<br />
Zahvaljujući velikim preimućstvima, površinski naĉin eksploatacije beleţi neprekidan rast. Pri<br />
ovom naĉinu otkopavanja postiţe se visoka produktivnost rada, manja specifiĉna<br />
investiciona ulaganja i troškovi proizvodnje, stvaraju se veoma povoljni uslovi za racionalno,<br />
tj. maksimalno, korišćenje rezervi korisne supstance, poboljšavaju se uslovi rada zaposlenih i<br />
njihova sigurnost itd.<br />
Takve uslove i takav razvoj površinska eksploatacija ostvaruje prvenstveno zahvaljujući<br />
razvoju i izgradnji velikih - moćnih kompleksa na otkopavanju, preradi i upotrebi sirovina, koje<br />
karakteriše visoka koncentracija proizvodnje, racionalna mreţa i vrste transporta, masovna<br />
prerada i velika potrošnja.<br />
6
Bitan elemenat za navedena preimućstva površinskog naĉina otkopavanja je visoka<br />
mehanizovanost skoro svih tehnoloških procesa u tehnološkom lancu, primena<br />
automatizacije procesa, daljinsko upravljanje, moderno odrţavanje i opsluţivanje mašina,<br />
nauĉna organizacija rada i dr.<br />
Zbog svega reĉenog, površinsko otkopavanje rudne supstance zahteva:<br />
primenu visokoproduktivnih specijalizovanih mašina, koje mogu da obavljaju sve<br />
specifiĉne radove u ovoj vrsti delatnosti;<br />
primenu univerzalnih mašina samo za radove, gde su u pitanju kompleksni zahvati,<br />
koji objedinjuju dva ili više proizvodna procesa;<br />
primenu sredstava tzv. „pomoćne mehanizacrje" za sve pomoćne radove koji se ne<br />
mogu obavljati krupnim, tj. osnovnim, mašrnama, kao i za radove koji treba da<br />
omoguće što produktivniji rad osnovnim mašinama;<br />
sistematsku obnovu mašinskog parka i njegovu modernizaciju.<br />
Dosadašnje iskustvo je pokazalo da tempo i ekonomika radova na površinskom otkopu, u<br />
osnovi, zavise od nivoa opšte mehanizovanosti otkopa, a posebno od nivoa mehanizacije<br />
radova na otkopavanju i transportu otkrivke. Ova vrsta radova spada u vrlo sloţene i teške, a<br />
od visine troškova za ove radove zavisi ukupna ekonomika eksploatacije, s obzirom da u<br />
troškovima za jedinicu proizvedene korisne supstance uĉestvuju sa daleko najvećim<br />
procentom. Radi toga, konstruisanje ili izbor odgovarajućih mašina, odnosno konstrukcije<br />
takvih mašina koje u svemu zadovoljavaju uslove radne sredine, predstavlja vrlo odgovoran i<br />
sloţen zadatak za struĉnjake. Ne manji zadatak od prethodnog je i odgovorno, dobro i<br />
efikasno odrţavanje mašina, tako da njihovo vremensko i kapacitetno korišćenje bude<br />
maksimalno, a pouzdanost i sigumost zavidna.<br />
Maksimalni ekonomski efekat postiţe se samo ako mašina zadovoljava niz uslova, od kojih<br />
su najvaţniji:<br />
da poseduje jednostavnu prostu kinematiĉku šemu koja obezbeĊuje visoki kk.d.<br />
mašine;<br />
celishodan raspored ureĊaja sa stanovišta montaţe, remonta i opsluţivanja;<br />
tehnologiĉnost konstrukcije, koja se sastoji iz unificiranih delova proste izrade i<br />
jednostavne montaţe mašine;<br />
uravnoteţenost i solidnost;<br />
ĉvrstinu i solidnost;<br />
pouzdanost, trajnost i sigumost u radu i dugpveĉnost;<br />
visoku produktivnost i<br />
udobnost opsluţivanja.<br />
Proces mehanizacije rudarskih radova se odvija po principu od prostog ka sloţenom – od<br />
mehanizacije pojedinaĉnih operacija do mehanizacije ukupnog tehnološkog procesa.<br />
Mehanizacija rudarskih radova na površinskim kopovima u razliĉitim prirodnim uslovima<br />
ostvaruje se razliĉitim mašinama i ureĊajima, pri ĉemu se uvek nastoji da se pojedinaĉne<br />
operacije u vremenu i prostoru poveţu u jedinstvennu tehnološku šemu. Iza operacije koja<br />
se izvodi jednom mašinom, sledi druga koja se u istom tempu izvodi sledećom mašinom, pri<br />
ĉemu druga mašina mora biti povezana sa prvom tako da se obezbedi neprekidost ukupnog<br />
procesa. Ovako postavljena organizacija tehnološkog procesa odgovara principima<br />
kompleksne mehanizacije proizvodnih procesa.<br />
Shodno ovome, pod kompleksnom mehanizacijom rudarskih radova se podrazumeva<br />
visoki stepen mehanizacije pri kojem je teški ruĉni rad istisnut ne samo iz osnovnih, već i iz<br />
pomoćnih procesa.<br />
Za postizanje najboljih tehno-ekonomskih pokazatelja površinske eksploatacije, pre svega<br />
visoke produktivnosti rada, mehanizacija mora biti kompleksna, a njena struktura tako<br />
7
izabrana i postavljena da svi elementi (mašine i ureĊaji) te strukture u okviru proizvodnog<br />
procesa ispunjavaju sledeće zahteve:<br />
struktura kompleksne mehanizacije treba da obuhvata samo mašine koje su<br />
kapacitetno usaglašene i prilagoĊene fiziĉko-mehaniĉkim osobinama materijala;<br />
struktura kompleksne mehanizacije mora da odgovara rudarsko-geološkim,<br />
hidrogeološkim i topografskim uslovima leţišta i da poseduje odreĊenu gipkost<br />
tehnološkog procesa u sluĉaju promene ovih uslova;<br />
struktura komplesne mehanizacije treba da odgovara obliku, veliĉini i kapacitetu<br />
površinskog kopa, roku izgradnje i veku eksploatacije, kao i kapacitetu i opremi<br />
preraĊivaĉa ili potrošaĉa korisne sirovine;<br />
struktura komplesne mehanizacije treba da sadrţi što je moguće manji broj<br />
pojedinaĉnih mašina i ureĊaja koji su neophodni za izvoĊenje odreĊenog obima<br />
radova jer se na taj naĉin povećava njena pouzdanost, produktivnost i ekonomiĉnost;<br />
struktura kompleksne mehanizacije treba po pravilu da obuhvata tipske i serijske<br />
mašine i ureĊaje kako bi njihova eventualna zamena bila lakša i brţa, unikatne<br />
mašine i ureĊaje treba koristiti samo u sluĉajevima kada je primena standardne<br />
opreme nemoguća ili neracionalna;<br />
koeficijenti rezerve snage i tehniĉkog kapaciteta pojedinaĉnih mašina u poreĊenju sa<br />
proseĉnim pokazateljima njihovog rada, u saglasnosti sa karakterom rudarske<br />
proizvodnje, treba da budu ne manji od 1,2 do 1,3 (pri eksploataciji mekih materijala),<br />
i ne veći od 1,5 do 1,7 (pri eksploataciji ĉvrstih stenskih materijala);<br />
strukturu kompleksne mehanizacije treba po mogućnosti opremiti mašinama<br />
kontinuiranog dejstva; nepoţeljno je u jednoj strukturi imati uzajamno povezane<br />
mašine kontinuiranog i diskontinuiranog dejstva;<br />
najbolji ekonomski efekti se postiţu u uslovima punog iskorišćenja snage i kapaciteta<br />
mašina koje ulaze u strukturu; po mogućnosti treba davati prednost jednoj mašini<br />
većeg u odnosu na nekoliko mašina manjeg kapaciteta, mada pri nepotpunom<br />
iskorišćenju krupne i visokokapacitetne mašine ekonomski pokazatelji rada nekoliko<br />
mašina manjih masa i kapaciteta, koje uspešno izvršavaju zadati obim radova, mogu<br />
da budu znatno povoljniji;<br />
strukture kompleksne mehanizacije sa najmanjim uĉešćem teških i nepotpuno<br />
mehanizovanih pomoćnih procesa i operacija su po pravilu efektivnije;<br />
svaka struktura kompleksne mehanizacije treba u potpunosti da ispuni zahteve u<br />
pogledu sigurnosti izvoĊenja rudarskih radova, potpunog iskorišćenja rezervi korisne<br />
sirovine i obezbeĊenja potrebnog kvaliteta.<br />
Osnovni principi na kojima bazira struktura kmpleksne mehanizacije su: neprekidnost<br />
proizvodnje, mogućnost objedinjavanja procesa, najkraće rastojanje transporta materijala i<br />
najmanji mogući obim pomoćnih radova.<br />
Na izbor strukture kompleksne mehanizacije veći ili manji uticaj mogu imati:<br />
prirodni faktori (fiziĉko-mehaniĉke osobine materijala, oblik, veliĉina i uslovi<br />
zaleganja leţišta, klimatski uslovi regiona, reljef površine otkopnog polja, inţenjerskogeološki<br />
uslovi eksploatacije, vrsta i namena korisne sirovine);<br />
tehniĉko-tehnološki faktori (zadati ili mogući kapacitet kopa, komercijalnofinansijski<br />
i trţišni uslovi nabavke opreme, mogući izvori snabdevanja energijom,<br />
vodom i dr.);<br />
organizacioni faktori (raspoloţivost kvalifikovanom radnom snagom, reţim rada<br />
kopa, rok izgradnje i osvajanja projektovanog kapaciteta kopa, mogući rokovi<br />
izgradnje energo i vodo-snabdevanja, dopreme i transporta opreme i dr.);<br />
ekonomski faktori (veliĉina investicionih ulaganja, trţišna vrednost korisne sirovine,<br />
veliĉina dobiti, produktivnost rada, uslovi amortizacije i dr.).<br />
Svaki od pomenutih faktora u konkretnim uslovima moţe imati odluĉujući ili drugostepeni<br />
znaĉaj. Sigurno je, meĊutim, da je kod leţišta ograniĉenih veliĉina i relativno malih rezervi<br />
korisne sirovine neracionalno teţiti velikom kapacitetu kopa uz primenu krupne mehanizacije<br />
8
i obrnuto, kod eksploatacije prostranih leţišta velikim kopovima neracionalna je primena<br />
opreme malih kapaciteta.<br />
Na savremenim površinskim kopovima obiĉno se teţi primeni jednotipnih sredstava<br />
mehanizacije, što znatno uprošćava organizaciju rudarskih radova, eksploataciju, remont i<br />
opsluţivanje opreme. Na radovima otkrivke se, po pravilu, primenjuje oprema većih radnih<br />
parametara i kapaciteta.<br />
Strukturu kompleksne mehanizacije u opštem sluĉaju ĉine niz mašina ili grupa mašina za<br />
izvoĊenja radova na: otkopavanju i utovaru, transportu otkopanog materijala, odlaganja,<br />
pretovaru ili skladištenju i primarnoj preradi.<br />
U zavisnosti od vrste materijala koji se otkopava i usvojene tehnologije rada, struktura<br />
kompleksne mehanizacije moţe da sadrţi sve ili samo deo pomenutih ĉlanova strukture.<br />
0.4 Podela mašina i uređaja i rudarstvu<br />
Nomenklatura mašina, mehanizama i ureĊaja koji se primenjuju na površinskim otkopima je<br />
velika i raznovrsna.<br />
Masine za površinsko otkopavanje rudne supstance se klasifikuju po nameni, principu<br />
dejstva, konstrukciji radnog, pogonskog i transporrnog ureĊaja, po sistemu upravljanja, po<br />
kapacitetu, snazi, gabaritima itd. U udţbenicima se kao osnovna osobina za klasifikaciju<br />
mašina uzima tehnolosko obeleţje, jer ono u osnovi odreĊuje kinematiĉku šemu mašine i<br />
konstrukciju njenih delova i sklopova. Po ovakvoj klasifikaciji masine i ureĊaje za površinsku<br />
eksploataciju moţemo podeliti na sledeće klase:<br />
mašine za otkopavanje i utovar jalovine i rudne supstance;<br />
masine za odlaganje jalovine,<br />
mašine i ureĊaji za transport jalovine i rudne supstance;<br />
mašine zadubinskobušenje;<br />
mašine za pomoćne radove (dozeri, rijaći, grejderi, dizalice i sl.);<br />
mehanizovani alati.<br />
Mašine svake klase dele se na grupe, koje obuhvataju mašine za izvršavanje odeĊenih<br />
radova. Na primer, klasa mašina za otkopavanje jalovine sastoji se iz dve grupe masina:<br />
bagera i mašina za hidromehaniĉko otkopavanje.<br />
Svaka grupa mašina deli se na podgrupe, koje se izmeĊu sebe razlikuju po konstrukciji<br />
radnog organa ili šire. Tako, na primer, u grupi bagera razlikujemo bagere sajednim radnim<br />
elementom i bagere sa više radnih elemenata.<br />
Mašine svake podgrupe delimo darje na tipove prema njhovim konstruktivnim<br />
karakteristikama i specifiĉnostima. Tako u podgrupi bagera sa jednim radnim elementom<br />
razlikujemo bagere kašikare, dreglajne itd.<br />
Mašine svakog tipa delimo na modele, koji se meĊusobno razlikuju po tehniĉkim<br />
karakteristikama (kapacitet, radne dimenzije, mase, gabariti itd.). Na primer, meĊu bagerima<br />
kašikarima razlikujemo bagere sa kašikom male, srednje i velike zapremine.<br />
Znaĉajna je isto tako, kao i prethodno izneta, klasiftkacija masina za površinsku eksploataciju<br />
po reţimu rada. Po ovom osnovu razlikuju se: a) mašine sa periodiĉnim (cikliĉnim) dejstvom,<br />
kod kojih se radne operacije izvode jedna iza druge — naizmeniĉno po odreĊenom redu i<br />
ponavljaju se posle izvesnog vremena i b) mašine sa neprekidnim dejstvom, kod kojih se sve<br />
operacije izvode istovremeno.<br />
9
Kao primer za mašine grupe a) mogu da posluţe bageri sa jednim radnim elementom, a za<br />
grupu b) traĉni transporteri fli bageri sa vise radnih elemenata.<br />
Klasifikacija mašina za površinsku eksploatacrju po pokretljivosti isto je znaĉajna radi toga<br />
što obuhvata ne samo podelu na stacionarne i pokretljive mašine, već i dalju specifiĉnost ove<br />
pokretljivosti po ureĊajima za kretanje (na gusenicama, pneumaticima, na koraĉajućem<br />
ureĊaju i sl.).<br />
Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji namenjene su za otkopavanje, utovar, transport,<br />
podgraĊivanje otkopanog prostora i njegovog zapunjavanja, kao i za izradu podzemnih<br />
prostorija.<br />
Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji obavljaju jednu ili više rudarskih operacija, pa<br />
mogu biti proste ili kombinovane.<br />
Osnovna podela mašina u podzemnoj eksploataciji vrši se prema njihovoj osnovnoj<br />
tehnološkoj nameni, a kako je prikazano na sledećoj slici.<br />
Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji<br />
Mašine za pripremu i<br />
eksploataciju ležišta<br />
Mašine za utovar i<br />
transport<br />
Mašine za podgrađivanje<br />
i zapunjavanje<br />
Otkopni čekić<br />
Mašine za bušenje<br />
Mašine za<br />
otkopavanje<br />
Mašine za hidr.<br />
otkopavanje<br />
Mašine za izradu<br />
prostorija<br />
Podsekačice<br />
Kombajni<br />
Kompleksi za<br />
otkopavanje<br />
Agregati<br />
Podsekačice<br />
Kombajni<br />
10<br />
Mašine za utovar<br />
Mašine za transport<br />
Utovarnotransportne<br />
mašine<br />
Mašine za<br />
podgrađivanje<br />
Mašine za<br />
zapunjavanje<br />
Slika 5 Osnovna podela rudarskih mašina u podzemnoj eksploataciji<br />
Svaku od ovih grupa mašina moguće je dalje rasĉlaniti, u cilju dobijanja preciznije podele.<br />
Detaljnije podele rudarskih mašina će se obraditi u okvirima posebnih poglavlja. Treba<br />
napomenuti da se u praksi ĉesto susreću "kombinovane" rudarske mašine. Ove mašine su<br />
konstruisane tako da vrše funkciju dve ili više vrsta mašina, odnosno, obavljaju više od jedne<br />
radne operacije. Najĉešće "kombinacije" su proizvodno-utovarne i utovarno-transportne<br />
mašine.<br />
Mere zaštite koje se odnose na rudarske mašine predviĊene za rad u uslovima podzemne<br />
eksploatacije, pored osnovnih odredbi, posebno obraĊuju rad ovih mašina:<br />
U uslovima eksplozivne atmosfere, odnosno kada je u jamskoj atmosferi prisutan<br />
metan ili ugljena prašina, što je veoma ĉest sluĉaj u rudnicima uglja sa podzemnom<br />
eksploatacijom. Rudarske mašine predviĊene za rad u ovakvim uslovima se<br />
projektuju i izraĊuju u tzv. "protiv eksplozivnoj konstrukciji", koja podrazumeva<br />
spreĉavanje kontakta eksplozivne atmosfere i mogućih izvora energije. Ove mere se
pored rudarskih mašina odnose i na ostalu opremu i ureĊaje instalirane u rudniku<br />
(npr. elektro instalacije).<br />
sa pogonom na dizel gorivo. Ove mašine se uglavnom primenjuju u rudnicima metala<br />
i nemetala sa podzemnom eksploatacijom. Mere zaštite koje se odnose na rad ovih<br />
mašina propisuju dozvoljene emisije ĉvrstih ĉestica (ĉaĊi) i štetnih materija preko<br />
izduvnih gasova dizel motora, kao i maksimalnu temperaturu izduvnih gasova.<br />
11
I Osnovni sistemi rudarskih mašina<br />
Svaka mašina se konstruktivno sastoji iz pet osnovnih grupa elemenata:<br />
radnog organa, tj. elemenata koji neposredno ostvaruju tehnolosku operaciju (na<br />
primer, kašflce bagera i sl.),<br />
prenosnih mehanizama (transmisije) koji povezuju radni organ sa pogonskim<br />
motorom (vratila, zupĉasti i drugi prenosi i sl.),<br />
pogonskog ureĊaja — motora, koji se javrjaju kao izvori energije za pokretanje<br />
elemenata mašine,<br />
sistema upravljanja, kojim se obezbeĊuje ukljuĉivanje i iskljuĉivanje pojedinih<br />
mehanizama mašina i<br />
ureĊaja za transport, odnosno kretanje masine (pneumatici, gusenice, koraĉajući<br />
ureĊaj i sl.), koji je kao sastavni deo ukljuĉen u opštu konstrukciju pokretnih mašina.<br />
Radni organ i prenosni mehanizmi su specifiĉni za pojedine mašine ili grupu mašina, a<br />
odreĊuju se zavisno i od namene masine.<br />
Na slici 1 prikazani su osnovni agregati i sistemi rudarskih mašina na primeru buldozera i<br />
utovarivaĉa<br />
Slika 1. Osnovni delovi rudarskh mašina (primer buldozera i utovarivaĉa)<br />
1. pogonski agregat odnosno motor sa pomoćnim agregatima snage ; 2 transmisija, 3 ureĊaj<br />
za transport sa vešanjem i koĉnicama, 4 kabina i elementi oslanjanja mašine; 5 mehanizam<br />
upravljanja, 6 radni organ.<br />
12
1. Pogonski sistemi<br />
Pod pogonom se podrazumeva ureĊaj koji saopštava kretanja mašini. U opštem<br />
sluĉaju, to je sveukupnost ureĊaja, koji se sastoje iz energetskog izvora, prenosa<br />
(transmisije) i ureĊaja upravljanja. Pri ovome, u pojam prenosa ili transmisije takoĊe<br />
ulaze ukupni ureĊaji za prenos mehaniĉke energije od motora na radni organ,<br />
ukljuĉujući meĊupogone.<br />
Savremene rudarske mašine predstavljaju obiĉno agregate mašina. Radi toga, one<br />
mogu da imaju nekoliko pogona istih ili razliĉitih tipova. U vezi sa ovim, razlikuju se<br />
osnovni pogon i pomoćni pogon. U prvi spada obiĉno pogon radnog ureĊaja,<br />
mehanizma za kretanje i okretanje (kod bagera sa jednim radnim elementom), a u<br />
druge - dopunskih oslonaca, stabilizatora kod pogona transportnog ureĊaja za<br />
kretanje na pneumaticima, mehanizma upravljanja, elementa transmisije i dr. Na<br />
slikama 2 i 3 prikazani su bageri sa jednim radnim elementom sa svojim osnovnim i<br />
pomoćnim pogonima.<br />
Slika 2. Bager sa normalnom visinskom kašikom<br />
13
Slika 3 Bager draglajn<br />
Mehanizmi i pribori upravljanja objedinjeni su u sistem upravljanja mašinom.<br />
Pogoni se razlikuju i po vrsti energije koju koriste. Pri ovome se uzima u obzir ne<br />
samo vrsta energije koja se pretvara primamim motorom, već i one vrste, koje se<br />
koriste u transmisiji za prenos mehaniĉke energije, proizvedene primarnim motorom.<br />
Po vrsti korišćene energije razlikuju se sledeći pogoni: toplotni, elektriĉni, hidrauliĉni,<br />
pneumatski i kombinovani (elektrohidrauliĉni i dr.).<br />
Po broju motora, pogoni mogu biti sa jednim ili više motora. Pri pogonu sa jednim<br />
motorom (grupni pogon), pogon svih kretanja mašine, koja su neophodna za njen<br />
radni proces, ostvaruje se pomoću jednog motora (na slici 4 prikazana je kinematska<br />
šema jednog jednomotornog bagera i jednog višemotornog bagera); pri pogonu sa<br />
vise motora (individualnom pogonu) svako kretanje (ili njihov zbir) se ostvaruje<br />
posebnim motorom. Radi toga, kod mašina sa jednomotornim pogonom svaki izvršni<br />
mehanizam poseduje samostalnu vezu sa motorom i mogućnost nezavisnog<br />
prikljuĉenja za motor, koji se nalazi u neprekidnom radu. Kod mašina sa<br />
višemotornim pogonom nezavisnost radnih kretanja se postiţe posebnimindividualnim<br />
pogonom (posebnim motorima) izvršnih mehanizama.<br />
14
Slika 4. Kinematska šema jednomotornog i višemotornog bagera<br />
Zavisno od uslova primene, odnosno namene, kod rudarskih mašina se koriste<br />
preteţno sledeće vrste pogona: jednomotorni sa motorom sa unutrašnjim<br />
sagorevanjem ili elektriĉnim motorom i sa mehamĉkom transmisijom; jednomotorni<br />
sa motorom sa unutrasrijim sagorevanjem i hidrauliĉnom transmisijom; višemotorni<br />
elektriĉni, koji se napaja elektriĉnom energijom iz generatora koga ponogi motor sa<br />
unutrašnjim sagorevanjem; višemotomi elektriĉni koji se napaja elektriĉnom<br />
energijom iz mreţe i višemotorni sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem koji je<br />
spojen sa pogonom posebnih izvršnih mehanizama hidrauliĉnim motorima.<br />
15
Izvor energije i ureĊaj za njeno pretvaranje u pogonsku energiju se naziva još i<br />
ureĊaj snage. Po konstrukciji i vrsti korišćene ili pretvorene energije razlikuju se<br />
sledeći ureĊaji snage, koji se primenjuju kod rudarskih mašina: motori sa unutrašnjim<br />
sagorevanjem, elektriĉni motori naizmeniĉne ili istosmerne struje, hidrauliĉni motori i<br />
pumpe, a takoĊe i turbotransformatori, hidrauliĉne spojnice, cilindri snage,<br />
pneumatski ureĊaji snage itd.<br />
Svaka vrsta pogona ima svoje dobre i loše osobine, te stoga svakom od njih<br />
odgovara svoja oblast primene.<br />
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem - relativno su dosta rasprostranjeni u primeni<br />
kod manjih rudarskih mašina. Njihova glavna odlika je: nezavisnost od spoljnjeg<br />
izvora energije, a zatim mala masa po jedinici snage (kg/kW), srazmerno visok<br />
koeficijent korisnog dejstva (k.k.d), pouzdanost i jednostavnost u eksploataciji.<br />
Nasuprot reĉenom, oni su osetljivi na preopterećenja, njihova eksploatacija zavisi od<br />
temperaturnih uslova, trajnost (vek trajanja) im je mala, ne mogu se neposredno<br />
reversirati, zahtevaju snabdevanje gorivom. Na slici 5 prikazane su karakteristiĉne<br />
rudarske mšine koje koriste SUS motore.<br />
Slika 5. Primeri rudarskih mašina koji koriste SUS motore<br />
Zbir svih ovih osobina odreĊuje im uspešnu primenu kod manjih mašina i kod mašina<br />
koji neprekidno ili ĉesto menjaju radno mesto ili se sele sa jednog na drugo gradilište<br />
i sl. Motori sa unutrašnjim sagorevanjem uspešno se primenjuju takoĊe kod<br />
kombinovanih pogona (dizel-elektriĉni ili dizel-hidrauliĉni).<br />
Elektriĉni pogon ne zahteva snabdevanje gorivom, dopušta neposredno reversiranje,<br />
ima visoki k.k.d., pouzdan je i jednostavan u eksploataciji, ĉak i pri niskim negativnim<br />
temperaturama, dugoveĉan je i univerzalan. Nasuprot reĉenom, zahteva spoljni izvor<br />
energije, te je radi toga nepodesan za mašine koje ĉesto menjaju lokacije i kada je<br />
radni proces mašine vezan za njeno sopstveno kretanje. Radi toga, oblast<br />
preimućstvene primene ovog pogona su bageri sa jednim i više radnih elemenata<br />
srednjeg i velikog kapaciteta, koji se koriste, po pravilu, bez ĉestih premeštanja,<br />
zatim pogon traĉnih transportera itd. Na slici 6 prikazan je pogon radnog roĉka<br />
rotornog bagera i pogon transportera sa trakom<br />
16
Slika 6. Primeri rudarskih mašina koji koriste elektriĉni pogon<br />
Hidrauliĉni pogoni u poreĊenju sa drugim imaju znatno manju masu i manje gabaritne<br />
dimenzije agregata, te stoga poseduju malu inerciju; obrtna masa hidrauliĉnih motora<br />
obrtnog dejstva za nekoliko puta je manja od obrtne mase elektromotora iste snage.<br />
Oni omogućavaju da se ostvari bezstepenasta promena izlazne brzine, da se<br />
pretvara obrtno kretanje u translatomo i translatomo u obrtno; konstruktivno<br />
jednostavno obezbeĊuje zaštitu hidroagregata od preopterećenja. U nedostatke<br />
spada velika cena agregata, sloţenost eksploatacije, relativno mali vek trajanja.<br />
Hidropogoni se primenjuju, po pravilu, u sprezi sa primarnim motorima sa<br />
unutrašnjim sagorevanjem ili elektriĉnim motorima kod bagera sa jednim radnim<br />
elementom manje snage, bagera za kopanje kanala i kao pomoćni pogoni kod skoro<br />
svih mašina, a danas i kod bagera velike snage. Na lici 7 prikazan je hidropogon<br />
radnog toĉka rotornog bagera.<br />
Slika 7. Primeri rudarskih mašina koji koriste hidropogon<br />
Pneumatski pogon odlikuje se postupnošću pri ukljuĉivanju brzina i promeni snage,<br />
jednostavnošcu regulisanja, pouzdanošću itd. Ovi sistemi rade pod manjim pritiskom<br />
nego hidrauliĉni, što im daje preimućstvo primene u sistemima upravljanja koĉnicama<br />
i spojnicama. Pri niskim negativnim temperaturama pouzdanost pneumatskih pogona<br />
se smanjuje.<br />
17
1. 1 MOTORI SA UNUTRAŠNJIM SAGOREVANJEM<br />
Pod toplotnim motorima podrazunevamo takve mašine koje transformišu tolotnu<br />
energiju, dobijenu sagorevanjem nekog goriva delimiĉno u mehaniĉku energiju. Svi<br />
toplotni motori, prema mestu gde se obavlja sagorevanje goriva delimo u dve<br />
osnovne grupe:<br />
motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori)<br />
motori sa spoljašnjim sagorevanjem (SSS motori)<br />
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem su toplotni motori u kojim ase proces<br />
sagorevanja goriva i pretvaranje dela toplotne energije u mehaniĉku energiju<br />
okretanja vratila motora odvija neposredno unutar cilindra motora.. Toplota<br />
osloboĊena sagorevanjem goriva se predaje direktno radnom telu – produktima<br />
sagorevanja, ĉime se povećava njihov energetski potencijal. Njihovim širenjem<br />
unutar cilindara<br />
OPIS FUNKCIONISANJA I PODELA MOTORA SUS<br />
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem se, kao što je već navedeno, široko primenjuju u<br />
mnogim oblastima ljudske aktivnosti, te je to i uslovilo razvijanje mnogobrojnih tipova<br />
i konstrukcija. Vodeći raĉuna da se pod pojmom motora sa unutrašnjim<br />
sagorevanjem podrazumevaju klipni motori SUS, razmotriće se principijelna šema<br />
jednog takvog motora (sl.8).<br />
Slika 8. Šema motora sa unutrašnjim sagorevanjem<br />
1.Cilindarska glava, 2.Usisni ventil, 3.Izduvni ventil, 4.Klip,<br />
5.Cilindar, 6.Klipnjaĉa, 7.Kolenasto vratilo, 8.Motorna kućica<br />
Kod svih klipnih motora osnovna konstruktivna koncepcija i princip rada su u sustini<br />
isti. Osnovni elementi motora SUS su cilindar 5, u kome se kreće klip 4, vezan<br />
posredstvom klipnjaĉe 6 za kolenasto vratilo 7. Radni prostor formiran je od cilindra<br />
5, koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom glavom 1, u kojoj se nalaze usisni 2 i<br />
izduvni ventil 3, a sa druge strane samim pomerljivim klipom. Klip, klipnjaĉa i<br />
18
kolenasto vratilo ĉine glavni motorni mehanizam ĉiji je zadatak da pravolinijsko<br />
oscilatorno kretanje klipa, nastalo kao rezultat ekspanzije produkata sagorevanja,<br />
pretvori u obrtno kretanje kolenastog vratila. Na taj naĉin se mehaniĉki rad koji motor<br />
dalje predaje potrošaĉima preko kolenastog vratila u vidu obrtnog momenta.<br />
Kolenasto vratilo je smešteno u motornoj kućici 8.<br />
Radni ciklus se ostvaruje u cilindru motora ponavljanjem niza uzastopnih, relativno<br />
laganih širenja odredjenih koliĉina radne materije izmedju krajnjih poloţaja klipa. Ti<br />
poloţaji, u kojima se vrši promena smera njegovog kretanja, nazivaju se mrtvim<br />
taĉkama. Krajnji poloţaj, pri kome je rastojanje od klipa do ose kolenastog vratila<br />
najveće, naziva se spoljna mrtva taĉka (SMT). Pri tom poloţaju klipa zapremina<br />
izmedju klipa i cilindarske glave je minimalna i naziva se kompresiona zapremina<br />
(V C ) ili prostor sagorevanja. Krajnji unutrašnji poloţaj klipa, kada je on najbliţi osi<br />
kolenastog vratila, naziva se unutrašnja mrtva taĉka (UMT), a odgovarajuća<br />
zapremina iznad klipa je maksimalna i naziva se ukupna zapremina cilindra (V max ).<br />
Pomeranja klipa iz jedne u drugu mrtvu taĉku naziva se njegovim hodom (S). Hod<br />
klipa (S) jednak je dvostrukom polupreĉniku puta ose kolena kolenastog vratila. Deo<br />
radnog procesa koji se obavi za jedan hod klipa naziva se takt motora. Zapremina V h ,<br />
koju opiše ĉelo klipa pri kretanju od jedne do druge mrtve taĉke naziva se radna<br />
zapremina cilindra. Na taj naĉin ukupna zapremina cilindra V max je jednaka sumi<br />
radne zapremine V h i kompresione zapremine V C . Odnos ekstremnih zapremina,<br />
definiše jedan vaţan parametar motora, stepen kompresije :<br />
<br />
V<br />
V<br />
max h C<br />
1<br />
C<br />
V V<br />
V<br />
C<br />
V<br />
<br />
V<br />
h<br />
C<br />
Stepen kompresije (sabijanja) nam pokazuje u kolikom odnosu je<br />
izvršeno sabijanje sveţe radne materije, odnosno pri poznatoj radnoj zapremini<br />
definiše prostor sagorevanja. Pored već nabrojanih delova motor ima još ĉitav niz<br />
pomoćnih sistema koji omogućuju nesmetan rad motora SUS pri svim uslovima<br />
eksploatacije.<br />
PODELA SUS MOTORA<br />
Postoji ĉitav niz podela motora SUS u zavisnosti od svojstva, namene, konstrukcije ili<br />
karakteristiĉnih osobina, ali su dve osnovne: po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa i<br />
po principu paljenja.<br />
Podela po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa<br />
Svi motori SUS po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa mogu se podeliti u dve<br />
osnovne grupe: ĉetvorotaktne i dvotaktne. Ĉetvorotaktnim motorom se naziva motor<br />
u kome se radni ciklus ostvari u toku ĉetiri takta, odnosno hoda klipa, ĉemu<br />
odgovaraju dva obrta kolenastog vratila. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi<br />
za dva hoda klipa, ĉemu odgovara jedan obrt kolenastog vratila.<br />
19
Podela po principu paljenja<br />
Po principu upaljenja smeše sve motore SUS delimo na oto i dizel motore. Kod oto<br />
motora paljenje se vrši stranom energijom , elektriĉnom varnicom, koja se stvara<br />
izmedju elektroda svećice i u potrebnom trenutku pali već pripremljenu smešu. Kod<br />
dizel motora upaljenje smeše se vrši na principu samoupaljenja, tj. bez stranog izvora<br />
energije. U visoko sabijeni vazduh ubrizgava se dizel gorivo koje se samo pali.<br />
Danas postoje neke konstrukcije motora koje predstavljaju prelaz izmedju oto i dizel<br />
motora, poludizel motori, kod kojih se sabijanje ne vrši do pritiska samoupaljenja, već<br />
nešto niţeg te se paljenje mora da izvrši stranom energijom.<br />
Podela motora po konstruktivnim i eksploatacionim karakteristikama<br />
U zavisnosti od konstrukcionih i eksploatacionih karakteristika postoji ĉitav niz podela<br />
od kojih ćemo navesti najvaţnije:<br />
Podela prema mestu obrazovanja smeše<br />
Prema mestu obrazovanja smeše imamo motore sa spoljnim obrazovanjem smeše<br />
(karburatorski i gasni oto motori) i motore sa unutrašnjim obrazovanjem smeše (dizel<br />
i poludizel motori).<br />
Podela prema naĉinu punjenja<br />
Prema naĉinu punjenja cilindra sveţom radnom materijom, svi motori se dele na<br />
motore sa prirodnim i sa veštaĉkim punjenjem. Kod motora sa prirodnim punjenjem,<br />
ono se ostvaruje na osnovu stvorene depresije u cilindru motora pri kretanju klipa od<br />
spoljne ka unutrašnjoj mrtvoj taĉki i tu spadaju svi neprihranjivani ĉetvorotaktni<br />
motori. Kod veštaĉki punjenih motora, radna materija se predhodno sabija, kako bi se<br />
omogućilo povećanje snage motora, i zatim šalje u cilindar. Tu spadaju svi dvotaktni<br />
motori i prehranjivani ĉetvorotaktni motori.<br />
Podela motora po konstrukciji<br />
U zavisnosti od poloţaja osa cilindara svi motori mogu biti vertikalni,<br />
horizontalni, V-motori, bokser motori, W-motori, zvezdasti motori itd.<br />
u zavisnosti od broja cilindara- jednocilindriĉni i višecilindriĉni motori.<br />
u zavisnosti od konstrukcije motornog mehanizma na motore bez ukrsne glave<br />
i motore sa ukrsnom glavom.<br />
Motori jednostrukog i dvostrukog dejstva<br />
Kod motora jednostrukog dejstva radni ciklus se obavlja samo sa spoljne strane<br />
klipa, dok se kod motora dvostrukog dejstva (uvek se izvode sa ukrsnom glavom) za<br />
obavljanje radnog ciklusa koriste obe strane klipa, te se na taj naĉin postiţu znatno<br />
veće snage.<br />
Podela prema nameni<br />
Svi motori po nameni se dele na stacionarne i transportne. Ukoliko su motori<br />
postavljeni na postojanom fundamentu, nazivaju se stacionarni, a ukoliko se nalaze<br />
ugradjeni u nekom pokretnom sredstvu nazivaju se transportni. Transportni motori se<br />
dalje dele na: brodske, ţelezniĉke, avionske i za motorna vozila.<br />
Podela prema smeru okretanja kolenastog vratila<br />
Dele se na nereversivne (jednog smera) i reversivne (koji menjaju smer okretanja)<br />
motore.<br />
20
Podela po stepenu sabijanja<br />
Dele se na motore niskog i visokog stepena kompresije. U motore niskog stepena<br />
kompresije spadaju oto benzinski i gasni motori, dok u motore visokog stepena<br />
kompresije spadaju dizel motori.<br />
Podela prema vrsti korišćenog goriva<br />
U zavisnosti od primenjenog goriva svi motori se dele na:<br />
motori na pogon gasnim gorivom,<br />
motori na pogon teĉnim gorivom,<br />
dvogorivni motori na pogon sa gasnim ili teĉnim gorivom,i<br />
višegorivni motori.<br />
Podela prema naĉinu hladjenja<br />
Prema naĉinu hladjenja termiĉki opterećenih površina motora svi motori se<br />
dele na:<br />
motore sa vodenim hladjenjem i<br />
motore sa vazdušnim hladjenjem.<br />
Pored ovih već navedenih, u specijalnoj literaturi vezanoj za motore sa unutrašnjim<br />
sagorevanjem postoje još neke podele u zavisnosti od nenavedenih konstruktivnih ili<br />
eksploatacionih osobina motora.<br />
VRSTE GORIVA I OSNOVNE KARAKTERISTIKE TIH GORIVA ZA PRIMENU U<br />
MOTORIMA SUS<br />
Sagorevanje goriva kod motora SUS vrši u cilindru motora, pa je zbog toga potrebno<br />
da to gorivo poseduje odredjena svojstva i da njegovi produkti sagorevanja ne sadrţe<br />
ĉvrste ĉestice. Zbog toga i pored mnogih eksperimentalnih pokušaja, nije uspešno<br />
rešena primena ugljene prašine kao goriva u motorima SUS, već se i danas koriste<br />
samo teĉna i gasovita goriva, ĉije sagorevanje protiĉe praktiĉno bez ostataka.<br />
Osnovni hemijski elementi teĉnih i gasovitih goriva su ugljenik i vodonik. Varijacijom<br />
broja i medjusobnog rasporeda atoma vodonika i ugljenika dobijaju se ugljovodonici<br />
razliĉitih osobina. Pri sagorevanju dolazi do vezivanja vodonika i ugljenika sa<br />
kiseonikom iz vazduha uz istovremeno oslobadjanje znatne koliĉine toplote.<br />
Goriva za motore SUS treba da zadovolje sledeće osnovne zahteve:<br />
Da imaju visoku toplotnu moć, kako bismo sa zadanom koliĉinom goriva dobili<br />
što veći efekat,<br />
Da su lako isparljiva, kako bi se omogućilo brzo i lako mešanje sa vazduhom u<br />
cilju stvaranja gorive smeše,<br />
Da ne sadrţe sastojke koji omogućavaju koroziju pri skladištenju, odnosno da<br />
prilikom sagorevanja ne stvaraju štetne sastojke ni ĉvrste ostatke,<br />
Da su postojana pri transportu i skladištenju, naroĉito pri niskim<br />
temperaturama,<br />
Da imaju veliku brzinu sagorevanja, ali bez usputnih detonatnih pojava,<br />
Da su postojana i otporna na detonaciju (kod oto motora), odnosno sklona ka<br />
samoupaljenju (kod dizel motora), i<br />
Da se moţe vršiti pogodno snabdevanje potrošaĉa, pri svim temperaturama.<br />
Danas se kod motora SUS najviše koriste teĉna goriva, jer najbolje zadovoljavaju sve<br />
postavljene zahteve. Teĉna goriva sadrţe u 1 kg najveću koliĉinu hemijski vezane<br />
energije, lako se mešaju sa vazduhom i stvaraju homogenu gorivu smešu, imaju<br />
veliku brzinu sagorevanja, ne stvaraju štetne sastojke prilikom sagorevanja, i što je<br />
21
posebno vaţno lako i jednostavno se transportuju i skladište. Osim toga je i njihova<br />
trajnost pri uskladištenju velika. U motorima SUS se danas praktiĉno koriste samo<br />
veštaĉka teĉna goriva dobijena preradom nafte u rafinerijama. U zavisnosti od<br />
ţeljenih koliĉina pojedinih frakcija, primenjuje se odredjeni postupak rafinacije nafte.<br />
U oto motorima se najviše koriste benzini, a u dizel motorima dizel goriva.<br />
Gasovita goriva su takodje pogodna za korišćenje u motorima SUS, jer se lako<br />
mešaju sa vazduhom, sagorevaju praktiĉno bez dima i ĉadji, obezbedjuju brzo i lako<br />
startovanje, ali su nepogodna za transport i skladištenje, pa samim tim i za sigurno<br />
snabdevanje potrošaĉa, te zbog toga nemaju veliku primenu. Prirodno gorivo je<br />
prirodni (zemni) gas, koje se najvećim delom sastoji od metana CH 4 . Bez neke<br />
posebne pripreme se moţe koristiti u motorima SUS. Od veštaĉkih gasovitih goriva<br />
interesantni su samo gasogeneratorski gas, svetleći gas i teĉni gasovi propan i<br />
butan.<br />
Već je naglašeno da se u oto motorima najviše koristi benzin. Benzin predstavlja<br />
najisparljiviji destilat nafte i karakteriše se postojanjem komponenata ĉija temperatura<br />
kljuĉanja ne prelazi 200°C. Donja toplotna moć benzina je oko 45000 kJ/ kg.<br />
Medjutim, na snagu motora veliki uticaj ima, ne toplotna moć benzina, već njegove<br />
smeše sa vazduhom koja iznosi oko 3800 kJ/m 3 . Vaţna osobina benzina je njegova<br />
isparljivost, ĉak i na niskim temperaturama. Ona utiĉe na brzinu i kvalitet pripreme<br />
smeše, a naroĉito na start motora.<br />
Pri normalnom sagorevanju benzina u cilindru motora, brzina prostiranja plamena pri<br />
sagorevanju smeše iznosi od 25 do 40 m/sec. Veća brzina sagorevanja doprinosi<br />
poboljšanju odvijanja radnog ciklusa, a samim tim i vrednosti njegovog stepena<br />
korisnosti. Medjutim, pri povećanju stepena sabijanja radne smeše brzina prostiranja<br />
fronta plamena moţe naglo porasti, tako da dodje do pojave detonacije. Detonacija je<br />
naglo, burno sagorevanje jednog dela smeše koji se nalazi ispred fronta plamena, pri<br />
ĉemu dolazi do povećanja brzine sagorevanja ĉak do 2000 m/sec. Detonacija dovodi<br />
do pogoršanja procesa sagorevanja, izaziva udare koji mogu da dovedu i do loma<br />
pojedinih elemenata motora. Otpornost goriva, prema pojavi detonacije se definiše<br />
oktanskim brojem. Za merenje otpornosti goriva prema detonaciji, odnosno za<br />
odredjivanje vrednosti oktanskog broja koriste se danas posebni jednocilindriĉni<br />
motori kod kojih je moguće u toku ispitivanja menjati stepen kompresije. Pri tome se<br />
kao etalon gorivo koristi smeša izooktana C 8 H 18 , koji je veoma otporan prema<br />
detonaciji (oktanski broj 100) i normalnog heptana C 7 H 16 koji je potpuno neotporan<br />
prema detonaciji (oktanski broj 0). Pod oktanskim brojem goriva podrazumevamo<br />
sadrţaj izooktana u zapreminskim procentima one smeše, koja je po detonacionim<br />
svojstvima ista, kao i ispitivano gorivo. Što je viši oktanski broj, to je gorivo otpornije<br />
prema detonaciji, te je moguć veći stepen sabijanja. Za povećanje oktanskog broja<br />
benzinu se dodaju specijalne supstance tzv. antidetonatori (tetraetil olova, tetrametil<br />
olova itd.). Samim tim se omogućuje veći stepen sabijanja, a time i veća<br />
ekonomiĉnost i snaga motora. Postoji više metoda za odredjivanje oktanskog broja u<br />
zavisnosti od vrste i namene goriva. U našoj zemlji se koriste dve vrste benzina:<br />
premium (86-88 oktana) i super (97-99 oktana).<br />
Pored već navedenih, vaţne osobine benzina su temperatura samozapaljenja<br />
(temperatura do koje treba zagrejati gorivo u prisustvu vazduha, da bi se ono zapalilo<br />
samo od sebe i dalje sagorevalo), granice upaljivosti (donja-granica siromaštva<br />
smeše kada je toliko razredjena sa vazduhom da ne postoji mogućnost njenog<br />
upaljenja i gornja-granica bogatstva smeše, kada je ona toliko bogata da ne postoji<br />
22
dovoljno kiseonika za njeno sagorevanje). Kod oto motora je takodje vaţna<br />
temperatura samopaljenja, kako se u procesu sabijanja ne bi stvorila mogućnost<br />
samoupaljenja goriva smese ili pojava detonacije ispred fronta plamena. Njena<br />
vrednost iznosi oko 500°C za benzin.<br />
Postojanost benzina kod niskih temperatura je veoma velika. Tek ispod -100°C<br />
nastupa promena agregatnog stanja. Medjutim, ukoliko se voda nalazi u benzinu,<br />
nastupa smanjenje postojanosti benzina na niskim temperaturama. Pored toga voda<br />
štetno deluje korozijom na materijale od kojih je sagradjen motor i njegovi agregati.<br />
Sumpor takodje veoma štetno deluje na materijal motora, te sadrţaj sumpora u<br />
benzinu ne bi smeo da predje 0,2 %.<br />
U dizel motorima se upotrebljavaju razliĉita dizel goriva u zavisnosti od vrste i<br />
namene motora. Toplotna moć dizel goriva se kreće od 42000 do 44000 kJ/kg.<br />
Zahtevi koji se postavljaju pred dizel goriva su dosta razliĉita u odnosu na benzin.<br />
Najvaţnije karakteristike dizel goriva su sklonost ka samoupaljenju, temperatura<br />
samoupaljenja, viskoznost, sposobnost stvaranja koksa, temperatura stinjavanja,<br />
sadrţaj sumpora i neĉistoća u gorivu.<br />
Kao pokazatelj sklonosti dizel goriva ka samoupaljenju koristi se cetanski broj.<br />
Odredjuje se u specijalnirn opitnim motorima uz pomoć etalon goriva. Kao etalon<br />
gorivo sluţi mešavina cetana C 16 H 34 (cetanski broj usvojen 100), kao veoma sklon<br />
samoupaljenju i alfa-metilnaftalina C 11 ,H 10 sa vrlo malom sklonosti ka samozapaljenju<br />
(cetanski broj usvojen 0). Procenat cetana u onoj smeši sa alfa-metilnaftalinom, koja<br />
pokazuje isto zakašnjenje paljenja, odnosno duţinu perioda pritajenog sagorevanja<br />
(vremena koje protekne od momenta kada zapoĉne ubrizgavanje goriva do momenta<br />
kada nagli porast pritiska manifestuje burnije sagorevanje) , kao i ispitivano gorivo u<br />
opitnom motoru, predstavlja cetanski broj. Što je viši cetanski broj, to je lakša<br />
samopaljivost goriva, a samim tim, pri ostalim istim uslovima, mirniji je bešumniji rad.<br />
U našoj zemlji standardi definišu ĉetiri vrste dizel goriva za dizel motore:<br />
1. Vrlo lako dizel gorivo D1, JUS B.H2.411. Za motore motornih vozila sa preko 800<br />
o/min.<br />
2. Lako dizel gorivo D2, JUS B.H2.412. Za industrijske dizel motore i teška vozila.<br />
3. Srednje dizel gorivo D3, JUS B.H2.413. Primenjuje se za stabilne i brodske<br />
motore.<br />
4. Lako dizel gorivo (sa malim sadrţajem sumpora) D2S, JUS B.H2.416.<br />
Temperatura samoupaljenja treba da bude što niţa kako bi se obezbedilo sigurno<br />
samoupaljenje goriva, naroĉito kod hladnog motora pri niskim spoljnim<br />
temperaturama. Za dizel goriva ta temperatura se kreće oko 330°C. To je veoma<br />
vaţna osobina zbog kvaliteta ubrizgavanja goriva i njegovog raspršivanja, naroĉito pri<br />
niskim temperaturama.<br />
Kao karakteristika savršenosti sagorevanja i sklonosti dizel goriva na stvaranje dima i<br />
ĉadji u produktima sagorevanja sluţi tzv. koksni broj, koji pokazuje koliĉinu koksa (u<br />
teţinskim procentima) dobijenu pri zagrevanju goriva u specijalnim aparatima bez<br />
prisustva vazduha. Dizel goriva imaju tu vrednost od 0,1 do 0,3. Temperatura<br />
stinjavanja (data u tablici 2.1) predstavlja temperaturu kod koje dizel gorivo više ne<br />
teĉe, ĉak ni u sudu pod uglom od 45° u toku jednog minuta. Visoke vrednosti te<br />
temperature nisu povoljne, jer zgusnuta goriva veoma teško cirkulišu kroz elemente<br />
napajanja, oteţano je filtriranje i moţe doći ĉak do prestanka rada motora. Pojava<br />
sumpora u dizel gorivu, kao i prisustvo vode i mehaniĉkih primesa moţe da dovede<br />
23
do pojave korozije, oštećenja i zaĉepljenja elemenata za ubrizgavanje goriva, te se o<br />
tome mora posebno voditi raĉuna.<br />
Pored navedenih i razmatranih goriva, u motorima SUS se mogu primeniti i neka<br />
druga goriva, ali to su već motori specijalne namene, te se u okviru ovog kursa neće<br />
razmatrati.<br />
OPIS RADA ĈETVOROTAKTNOG I DVOTAKTNOG MOTORA<br />
Već je naglašeno da postoje dve osnovne podele motora: podela prema naĉinu<br />
ostvarivanja ciklusa na ĉetvorotaktne i dvotaktne motore, i podela prema principu<br />
paljenja na oto i dizel motore. Samim tim sve motore moţemo da podelimo u ĉetiri<br />
osnovne grupe:<br />
1. Ĉetvorotaktni oto motor,<br />
2. Ĉetvorotaktni dizel motor,<br />
3. Dvotaktni oto motor,<br />
4. Dvotaktni dizel motor.<br />
Analiza indikatorskih dijagrama stvarnih motora, jasno pokazuje da postoje velike<br />
razlike izmedju ĉetvorotaktnih i dvotaktnih motora, dok su razlike izmedju oto i dizel<br />
motora znatno manje. Najveće razlike u dijagramima oto i dizel motora postoje u<br />
maksimalnim pritiscima. Kod dizel ciklusa ti pritisci su znatno viši zbog samoupaljenja<br />
goriva i vrh dijagrama u blizini SMT je znatno obliji, jer proces sagorevanja teĉe i<br />
posle SMT. Na slici 9. a) i b), dati su indikatorski dijagrami ĉetvorotaktnog oto i dizel<br />
motora gde se navadene razlike lako mogu pratiti. Zbog toga je i moguće analizirati<br />
ĉetvorotaktne oto i dizel motore, kao i dvotaktne oto i dizel motore, na bazi istog<br />
dijagrama, vodeći raĉuna o specifiĉnostima rada oto i dizel motora<br />
24
Slika 9. Indikatorski dijagram ĉetvorotaktnog motora<br />
a) oto motori b) dizel motori c) analiza rada<br />
OPIS RADA ĈETVOROTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA<br />
Kod ĉetvorotaktnih motora ceo radni ciklus se obavi za ĉetiri takta (hoda) klipa,<br />
odnosno dva obrta kolenastog vratila. Prouĉićemo na slici 3.c tok linije pritiska u toku<br />
odvijanja radnog ciklusa:<br />
I takt-usisavanje<br />
Linija usisavanja zapoĉinje od taĉke r, završne taĉke prethodnog radnog ciklusa kojoj<br />
odgovara pritisak izduvavanja. Kretanjem klipa od SMT ka UMT, u cilindru se stvara<br />
podpritisak koji omogudava da se usisava smeša goriva i vazduha (kod oto motora)<br />
ili ĉist vazduh (kod dizel motora). Pri tome je otvoren usisni, a zatvoren izduvni ventil,<br />
kako se izduvni gasovi iz predhodnog ciklusa ne bi vraćali u cilindar. Pritisak<br />
usisavanja je nešto niţi od atmosferskog, te je linija usisavanja r-a.<br />
25
II takt-sabijanje<br />
Sabijanje nastaje pri obratnom kretanju klipa odUMT ka SMT. U tom periodu su oba<br />
ventila zatvorena, te kretanje klipa povećava pritisak gorive smeše (kod oto motora),<br />
odnosno sveţeg vazduha (kod dizel motora). Na dijagramu proces sabijanja je<br />
pretstavljen krivom a-c. U blizini SMT celokupna sveţa radna materija je sabijena u<br />
prostor sagorevanja V , te su odgovarajući pritisci i temperature veoma visoki.<br />
Kod motora veliĉina pritiska na kraju procesa sabijanja zavisi u osnovi od stepena<br />
sabijanja, odnosno od vrste motora. Kod dizel motora se sabija ĉist vazduh, pa se u<br />
njega ubrizgava gorivo koje mora da se zapali po principu samoupaljenja. Zbog toga<br />
i odgovarajući pritisci i temperature, a samim tim i stepeni sabijanja, moraju imati<br />
visoke vrednosti. Uobiĉajene vrednosti stepena sabijanja su od 14 do 22, pritisaka<br />
od 25 do 40 bar, a temperature od 550°-650°C. Te vrednosti omogućavaju<br />
nesmetano samoupaljenje dizel goriva u trenutku njegovog ubrizgavanja.<br />
Kod oto motora zbog opasnosti samopaljenja gorive smeše i pojave detonacije smo<br />
ograniĉeni sa vrednošću stepena sabijanja, a samim tim i vrednostima pritisaka i<br />
temperatura na kraju procesa sabijanja. Uobiĉajene vrednosti stepena sabijanja kod<br />
oto motora se kreću od 6 do 9, pritisaka od 6 do 12 bar, temperatura od 300 do<br />
400°C, odnosno znatno manje nego kod dizel motora.<br />
Nešto pre SMT, u taĉki p, dolazi do paljenja gorive smeše elektriĉnom varnicom (kod<br />
oto motora), odnosno do ubrizgavanja goriva u zaţareni i sabijeni vazduh (kod dizel<br />
motora). Proces sagorevanja se obavlja u neposrednoj blizni SMT, pri ĉemu pritisak<br />
naglo raste po liniji p-z, dostiţući u taĉki z maksimalnu vrednost (kod oto motora od<br />
25 do 50 bar, a kod dizel motora od 50 do 90 bar). Sagorevanjem se oslobadja<br />
znatna koliĉina toplote koja se predaje produktima sagorevanja tako da njihova<br />
temperatura dostiţe i 2000°C. Proces sagorevanja u motoru u zavisnosti od osobina<br />
goriva i brzohodnosti motora traje od 0,01 do 0,001 sec. Zbog toga je i potrebno da<br />
se omogući što bolja priprema gorive smeše, njen što homogeniji i rasprašeniji<br />
sastav, kako bi se omogućilo da svaki molekul goriva dobije dovoljnu koliĉinu<br />
vazduha, odnosno kiseonika za potpuno sagorevanje.<br />
III takt-širenje ili ekspanzija<br />
Već je naglašeno da se proces sagorevanja završio u taĉki z, nešto iza SMT, na<br />
poĉetku takta širenja. Energetski opterećeni produkti sagorevanja potiskuju klip<br />
ispred sebe, pri ĉemu dolazi do širenja produkata sagorevanja, povećanja njihove<br />
zapremine i pada pritiska. Potiskivanjem klipa ostvaruje se rad koji se putem<br />
motornog mehanizma predaje kolenastom vratilu i dalje potrošaĉima. Ovo je jedini<br />
radni takt koji omogućuje pokrivanje sopstvenih gubitaka motora tokom ostala tri<br />
takta i predaju mehaniĉke energije potrošaĉima. Proces se odvija po liniji z-b, U toku<br />
takta ekspanzije zatvorena su oba ventila.<br />
IV takt-izduvavanje<br />
Nešto pre dolaska klipa u UMT otvara se izduvni ventil,te dolazi do pada pritiska<br />
produkata sagorevanja, kako bi se oni odstranili pod što manjim pritiskom. U toku<br />
takta izduvavanja klip se kreće od UMT ka SMT potiskujući ispred sebe energetski<br />
iskorišćene produkte sagorevanja u izduvni vod, a zatim u spoljnu atmosferu. Na<br />
dijagramu proces izduvavanja je predstavljen krivom b-r, sa pritiskom koji je nešto<br />
viši od atmosferskog (1,05 do 1,25 bar), te je za izduvavanje gasova potrebno utrošiti<br />
izvestan rad.<br />
Pri daljem kretanju klipa zapoĉinje novi radni ciklus. Rad ĉetvorotaktnog motora se<br />
sastoji u periodiĉnom ponavljanju radnih ciklusa koji se odvijaju na opisani naĉin.<br />
26
OPIS RADA DVOTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA<br />
Iz analize radnog ciklusa ĉetvorotaktnog motora vidi se, da u njemu, pored taktova<br />
sabijanja i širenja, koji su neophodni kod svakog toplotnog motora u kome se<br />
ostvaruje kruţni proces, postoje i taktovi usisavanja i izduvavanja, u toku kojih<br />
toplotni motor radi pri niskim pritiscima u cilindru i igra ulogu pumpe. Na taj naĉin<br />
ĉetvorotaktni motor više od polovine vremena trajanja radnog ciklusa, tj. više od dva<br />
takta ili jednog obrta kolenastog vratila, koristi za izmenu radne materije.<br />
Ţelja da se bolje iskoristi neophodno vreme za obavljanje radnog ciklusa i da se<br />
eliminišu taktovi usisavanja i izduvavanja-pumpni taktovi, doprinela je razvoju<br />
dvotaktnih motora. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi za dva takta-takt<br />
sabijanja i takt širenja, odnosno za jedan obrt kolenastog vratila. Zbog toga je<br />
potrebno obezbediti da se izmena radne materije moţe da obavi za što kraće vreme,<br />
jer za nju nam stoji na raspoloţenju samo oko 20 do 30% vremena trajanja radnog<br />
ciklusa, odnosno završni deo takta širenja i poĉetni deo takta sabijanja. Da bi se taj<br />
proces mogao u tako kratkom vremenu izvršiti predvidja se predsabijanje radne<br />
materije i posebni naĉini ispiranja, o ĉemu će biti detaljnije diskutovano u kasnijim<br />
poglavljima.<br />
Na slici 10 data je šema dvotaktnog motora sa popreĉnim ispiranjem i predsabijanjem u<br />
motorskoj kućici sa odgovarajućim p-v radnim dijagramom.<br />
Slika 10. Šema dvotaktnog motora sa indikatorskim dijagramom<br />
I takt-sabijanje ili kompresija<br />
Pri svom kretanju od UMT ka SMT, od trenutka kada su zatvoreni i izduvni i ulazni<br />
kanal (taĉka a, u p-v dijagramu) klip svojom ĉeonom stranom vrši sabijanje radne<br />
materije (gorive smeše kod oto motora, a ĉistog vazduha kod dizel motora), pri ĉemu<br />
se u motorskoj kućici stvara potpritisak koji omogućuje otvaranje automatskog ventila<br />
i ulaz sveţe radne materije. Isto kao i kod ĉetvorotaktnog motora, tako se i kod<br />
dvotaktnih motora vodi raĉuna o maksimalnim vrednostima pritiska i temperature na<br />
27
kraju procesa sabijanja, kako ne bi došlo do pojave detonacije (kod oto motora)<br />
odnosno kako bi se obezbedilo sigurno samoupaljenje goriva (kod dizel motora). Takt<br />
sabijanja ide po krivoj a-c. Nešto pre SMT, isto kao i kod ĉetvorotaktnih motora, u<br />
taĉki p dolazi do paljenja gorive smeše (kod oto motora), odnosno zapoĉinje proces<br />
brizganja (kod dizel motora). Proces sagorevanja ide po krivoj p-z pri ĉemu se u taĉki<br />
z postiţe maksimalni pritisak i temperatura.<br />
II takt-širenje ili ekspanzija<br />
Klip se pod dejstvom energetski opterećenih produkata sagorevanja kreće od SMT<br />
ka UMT, pri ĉemu se dobija rad koji se putem motornog mehanizma prenosi<br />
potrošaĉima. Ovo je radni takt dvotaktnog motora, predstavljen linijom z-b". Dok se u<br />
cilindru vrši ekspanzija produkata sagorevanja, donjom stranom klipa se vrši<br />
sabijanje prethodno usisane sveţe radne materije u motorskoj kućici. Na taj naĉin se<br />
vrši predsabijanje sveţe radne materije, ĉime se omogućuje da se izvrši brza izmena<br />
radne materije.<br />
Izmena radne materije se, kao što je naglašeno, vrši u završnom delu takta širenja<br />
(linija b"-b'-b) i poĉetnom delu takta sabijanja (linija b-a'-a), tako da ĉisto sabijanje<br />
traje od a do p, a ĉisto širenje od z do b". Nailaskom klipa u poloţaj b", on zapoĉinje<br />
gornjom svojom ivicom da otvara izduvni kanal i produkti sagorevanja poĉinju da<br />
izlaze iz cilindra motora. Iako je pritisak u taĉki b" dosta visok (3 do 5 bar), usled<br />
malog protoĉnog preseka i velikog prigušivanja, pritisak ne pada naglo, sve dok se<br />
ne poveća protoĉni presek.<br />
U taĉki b' zapoĉinje otvaranje ulaznog kanala. Dok smo u periodu b"-b' imali period<br />
ĉistog isticanja, otvaranjem ulaznog kanala nastaje period ispiranja tokom koga su<br />
otvorena oba kanala (linija b'-b-a'). Ovo nameće potrebu da ulazeća sveţa radna<br />
materija bude tako usmerena da se onemogući njeno mešanje sa produktima<br />
sagorevanja ili isticanje kroz otvoreni izlazni kanal. Zato se na ĉelu klipa postavlja<br />
deflektor ili se ulazni otvori postavljaju sa odgovarajućim nagibom. Pri ovome je<br />
vaţno da se stvori takva struja sveţe radne materije koja bi kao neki "gasni klip"<br />
potiskivala ispred sebe produkte sagorevanja i samim tim doprinela što boljem<br />
ispiranju cilindra motora, a da se pri tome izgubi što manja koliĉina sveţe radne<br />
materije, jer od toga u prvom redu zavise snaga i ekonomiĉnost dvotaktnih motora.<br />
Pri dolasku klipa u taĉku a' zatvara se ulazni kanal, ali je još uvek otvoren izlazni<br />
kanal. Samim tim prestaje doticanje sveţe radne materije, ali sve do taĉke a postoji<br />
mogućnost isticanja pomešanih produkata sagorevanja i sveţe radne materije. Taj<br />
period se naziva periodom naknadnog isticanja i ima veliku vaţnost, jer omogućava<br />
hladjenje termiĉki jako opterećenih površina kod dvotaktnih motora, ali negativno<br />
utiĉe na ekonomiĉnost rada.<br />
Nakon taĉke a klip će zapoĉeti proces sabijanja narednog radnog ciklusa. Rad<br />
dvotaktnog motora se sastoji u periodiĉnom ponavljanju radnih ciklusa za ĉije<br />
obavljanje je, kao što se vidi, potrebno samo dva takta, odnosno jedan obrt<br />
kolenastog vratila.<br />
Rad motora po dvotaktnom ciklusu dovodi do znatnog povećanja njegove snage.<br />
Uzimajući u obzir povećanje broja radnih ciklusa, mogli bi se oĉekivati da će se<br />
snaga povećati za dva puta. Medjutim, zbog lošije izmene radne materije i zbog<br />
korišćenja jednog dela radnog takta za izmenu radne materije, litarska snaga je veća<br />
za 50 do 60% od litarske snage ĉetvorotaktnog motora, pri jednakim dimenzijama<br />
cilindra i jednakim brojevima obrta razmatranih motora.<br />
28
Karakteristike rada motora<br />
Za ocenu rada motora primenjuju se odreĊeni tehno-ekonomski parametri. Oni<br />
odreĊuju mogućnosti motora u pogledu razvijanja snage, njegove efikasnosti i<br />
ekonomiĉnosti pri razliĉitim uslovima rada.Postoje tri osnovne grupe parametara:<br />
– Indikatorski pokazatelji rada motora<br />
– Efektivni pokazatelji rada motora<br />
– Kompleksni pokazatelji rada motora<br />
Indikatorski pokazatelji rada motora su:<br />
– Srednji indikatorski pritisak<br />
– Indikatorska snaga<br />
– Indikatorski stepen korisnosti<br />
– Specifiĉna indikatorska potrošnja goriva<br />
Efektivni pokazatelji rada motora su:<br />
– Srednji efektivni pritisak<br />
– Efektivna snaga<br />
– Efektivni stepen korisnosti<br />
– Specifiĉna efektivna potrošnja goriva<br />
–<br />
Kompleksni pokazatelji rada motora su:<br />
– Litarska snaga<br />
– Klipna snaga<br />
– Specifiĉna snaga<br />
– Specifiĉna masa<br />
Indikatorski pokazatelji rada motora<br />
Srednji indikatorski pritisak je fiktivni pritisak konstante vrednosti koji bi delujući na<br />
klip u toku jednog hoda, izvršio isti rad dobijen delovanjem promenljivih pritisaka u<br />
toku odvijanja jednog ciklusa<br />
Indikatorska snaga je snaga koju motor razvija u cilindrima motora kao rezultat<br />
odvijanja radnih ciklusa<br />
Specifična indikatorska potrošnja goriva predstavlja koliĉinu goriva u gramima<br />
utrošenu po jednom indikatorskom kWh. Karakteristika je ekonomiĉnosti odvijanja<br />
radnog procesa<br />
Indikatorski stepen iskorišćenja predstavlja odnos toplote ekvivalentne<br />
indikatorskoj snazi prema toploti dovedene gorivom<br />
– Kod Otto motora 0.25-0.37<br />
– Kod Diesel motora 0.38-0.50<br />
Efektivni pokazatelji rada motora<br />
Efektivna snaga je snaga koja je raspoloţiva na spojnici motora<br />
Srednji efektivni pritisak je fiktivni pritisak konstantne vrednosti analogan srednjem<br />
indikatorskom pritisku koji bi delujući na klip u toku jednog hoda radnog ciklusa<br />
obavio efektivni rad ciklusa<br />
Specifična efektivna potrošnja goriva predstavlja koliĉinu goriva koju motor troši<br />
po jednim efektivnom kilovatĉasu<br />
29
Efektivni stepen iskorišćenja predstavlja odnos toplote ekvivalentne efektivnoj<br />
snazi prema koliĉini toplote dovedene gorivom<br />
Indikatorska snaga koja se razvija u cilindrima motora delimiĉno se troši na razne<br />
gubitkre, pa je snaga na vratilu motora koja se predaje potrošaĉima manja od<br />
indikatorske za vrednost tih gubitaka.<br />
Kompleksni pokazatelji rada motora<br />
Litarska snaga predstavlja merilo iskorišćenja radnog prostora motora, odnosno<br />
odnos efektivne snage motora i ukupne zapremine motora. Pokazatelj je efektivnosti<br />
motora<br />
Klipna snaga motora je odnos efektivne snage jednog cilindra i površine klipa.<br />
Pokazatelj je forsiranosti motora<br />
Specifična snaga motora predsatvlja odnos efektivne snage i mase motora (vaţna<br />
je kod avionskih motora)<br />
Specifična masa motora predstavlja odnos mase motora i njegove efektivne snage<br />
Konstrukcija motora<br />
Glavni delovi motora, svrstavaju se u grupu nepokretnih i grupu pokretnih delova.<br />
U nepokretne delove motora spadaju: cilindarski blok, glava i karter. Cilindarski<br />
blok treba da je pogodan za montaţu, da dobro odvodi toplotu, da omogućava<br />
jednostavnu regulaciju i kontrolu mehanizma koji se nalaze na motoru. Cilindarska<br />
glava zatvara motor sa gornje strane. Njena konstrukcija zavisi od oblika komore<br />
sagorevanja, broja i rasporeda: ventila, svećica ili brizgaĉa i sistema hlaĊenja. Karter<br />
zatvara motor sa donje strane, sluţi kao rezevoar za ulje i štiti mmotor od prašine i<br />
neĉistoća.<br />
Pokretni delovi motora (motorni mehanizam) sastoje se od kolenastog vratila, klipa<br />
i klipnjaĉe. Ovi delovi pretvaraju tranlatorno kretanje klipa u rotaciono krivajnog<br />
mehanizma.<br />
Za normalan rad motora neophodni su sledeći ureĊaji (sistemi):<br />
Sistem za razvod radne materije koji omogućuje odstranjivanje produkata<br />
sagorevanja i punjenje sveţom radnom materijom<br />
Sistem za napajanje motora koj sluţi za pripremu gorive smeše i napajanje<br />
oto motora, odnosno za dopremu goriva i vazhuha za cilindre dizel motora<br />
Sistem za hlaĊenje koji sluţi za odvoĊenje toplote od zidova cilindra,<br />
cilindarske glave i ostalih temiĉki opterećenih mesta motora,<br />
Sistem za paljenje (kod oto motora) koji obezbeĊuje sigurno i blagovremeno<br />
paljanje smeše,<br />
Sistem za podmazivanje koji obezbeĊuje sigurno podmazivanje svih pokretnih<br />
delova<br />
Sistem startovanja motora<br />
Pored navedenih postoje i drui sistemi (sistem za regulisanje snage i broja obrtaja,<br />
sistem za prehranjivanje motora, sistem prenosa snage i reversa itd).<br />
30
Na slikama 11 - 14 prikazani su detalji pokretni i nepokretni delovi motora, kao i<br />
motori u celini.<br />
1. cilindarska glava, 2.otvor za prolaz<br />
rasfladnog fluida, 3. komora sagorevanja,<br />
4. goli zavrtanj, 5. cilindarski blok,<br />
6) cilindar, 7) sedište ventila, 8) otvori u<br />
bloku za prolaz rashladnog fluida,<br />
9) usisni i izduvni kanali, 10) ventilska<br />
kućica, 11) otvor za bregasto vratilo,<br />
12) cilindarska košuljica, 13) karter,<br />
14) prednji poklopac bloka, 15) donji deo<br />
kartera, 16) zaptivka, 17) kućište<br />
zamajca, 18) zaptivka glave motora.<br />
Slika 11. Blok, glava cilindra i karter. a), b) cilindarski blok linijskog motora, c)<br />
cilindarski blok V motora.<br />
Slika 12. Detalji mehanizma motora.<br />
1. spojnica za obrtanje ventila,<br />
2. remenica ventilatora, 3. pogonski<br />
zupĉanik zupĉastog razvoda, 4. vratilo,<br />
5. aksijalni leţaj, 6. posteljica poloţaja<br />
klipnjaĉe, 7. klipnjaĉa, 8. navrtka sa<br />
rascepkom, 9. zavrtanj klipnjaĉe,<br />
10. klizni leţaj male pesnice klipnjaĉe,<br />
11. prstenasti osiguraĉ, 12. osovinica<br />
klipa, 13. klip, 14. mazajući klipni prsten,<br />
15. i 16. kompresioni klipni prstenovi,<br />
17. kolenasto vratilo, 18. zamajac, 19.<br />
zupĉasti venac za pokretanje motora,<br />
20. posteljica oslonaĉkog leţaja, 21.<br />
polutka osnovnog leţaja, 22. polutka<br />
leţaja velike pesnice.<br />
31
Slika 13 Popreĉni presek dizel motora<br />
Izduvna<br />
grana<br />
Motorna<br />
koĉnica<br />
Ventilski sklop<br />
Blok motora<br />
(glava motora)<br />
Injektor<br />
Cilindar<br />
Klip<br />
Klipnjaĉa<br />
Turbokompresor<br />
Bregasto<br />
vratilo sa<br />
pratiocima<br />
bregova<br />
Radilica<br />
Prednja strana<br />
motora – prednji<br />
razvod<br />
Slika 14 Popreĉni presek motora<br />
32
Tendencije daljeg razvoja motora SUS<br />
Savremene tendencije u razvoju dizel motora za potrebe rudarstva idu u dva pravca:<br />
izgradnja što lakših motora sa vćom snagom i izgradnja motora sa povećanim<br />
stepenom zaštite ţivotne sredine (smanjena emisija štetnih gasova).<br />
Lakše konstrukcije motora postiţu se primenom specijalnih materijala za izgradnju<br />
elemenata motora. TakoĊe, konstruisani su novi oblici klipa i komore za sagorevanje<br />
uz teţnju za maksimalnim smanjenjem habajućih površina. Posebna paţnja<br />
posvećuje se ubrizgavanju goriva. Pritisak ubrizgavanja kreće se i do 2300 bari ĉime<br />
se postiţe bolja disperzija goriva i potpunije sagorevanje, a time se i smanjuje emisija<br />
štetnih gasova. Drugi vaţan faktor je regulacija koliĉine i temperature vazduha. To<br />
se postiţe ugradnjom turbokompresora i meĊuhladnjaka ĉime se omogućava<br />
usisavanje optimalne koliĉine vazduha u svim reţimima rada motora. Posebno mesto<br />
u nadzoru i regulaciji rada motora ima elektronika. U motore se ugraĊuju senzori koji<br />
permanentno prate stanje rada motora (temperatura, pritisak, usis goriva i vaduha,<br />
emisija gasova i dr) a pomoću elektronike vrše se korekcije parametara rada motora<br />
pri razliĉitim reţimima rada.<br />
Danas su najveći proizvoĊaĉi motora Cummins, Caterpillar, Detroit Disel i dr.<br />
Catelpillar je razvio motore za rudarsku opremu u serijama 3000, 3100, 3200, 3300,<br />
3400 i 3500. U dozere Caterpillar ugraĊuje motore snage od 52 kW (70 HP) do 574<br />
kW (770 HP), a u kamione od 194 kW (260 HP) do 1534 kW (2057 HP).<br />
33
1. 2. ELEKTROMEHANIĈKO PRETVARANJE ENERGIJE<br />
<br />
OSNOVNI PRINCIPI PRETVARANJA ENERGIJE<br />
UreĊaji za elektromehaniĉko pretvaranje energije predstavljaju vezu izmeĊu jednog<br />
elektriĉnog i jednog mehaniĉkog sistema. Stvaranjem sprege ta dva sistema moguće<br />
je vršiti pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi.<br />
Elektriĉni motori pretvaraju elektriĉnu energiju, dovedenu sa nekog izvora struje, u<br />
mehaniĉku energiju (sl.15). Kao primer pretvaranja elektriĉne energije u mehaniĉki<br />
rad moţe posluţiti upotreba elektiĉne mašine za pogon neke mašine radilice u<br />
rudniku (bušilice, izvozne mašine, bageri, pumpe i sliĉno).<br />
Slika 15. Proces konverzije elektriĉne energije u mahaniĉku<br />
Elektriĉnim generatorom pretvara se mehaniĉka energija u elektriĉnu (sl.16). Na<br />
primer, kada vodena turbina obrće elektriĉnu mašinu, tada se mehaniĉki rad vodene<br />
turbine, pomoću elektriĉne mašine, pretvara u elektriĉnu energiju. Grupa mašina iz<br />
navedenog primera (vodena turbina - elektriĉni generator) naziva se hidrogenerator.<br />
Na sliĉan naĉin, pomoću elektriĉnog generatora, pretvara se mehaniĉka energija<br />
parne trurbine u elektriĉnu. Parna turbina i elektriĉna mašina, u ovom sluĉaju, ĉine<br />
turbogenerator.<br />
Slika 16. Proces konverzije mehaniĉke energije u elektriĉnu<br />
U većini sluĉajeva, u zavisnosti od naĉina pogona, ista mašina moţe da da se koristi<br />
kao motor ili generator.<br />
Sprega izmeĊu elektriĉnog i mehaniĉkog sistema ostvaruje se pomoću magnetnih i<br />
elektriĉnih polja. Pretvaranje energije je reverzibilan proces i pored toga što se jedan<br />
deo energije pretvara u toplotu u obliku gubitaka. Elektromehaniĉko pretvaranje<br />
energije kod mašine jss zasniva se na sledećim pojavama:<br />
1) Na provodnik, kroz koji protiĉe elektriĉna struja i koji se nalazi u magnetnom polju,<br />
deluje mehaniĉka sila. IzmeĊu elektriĉnih provodnika, kroz koje protiĉe elektriĉna<br />
struja, meĊusobno deluje mehaniĉka sila. Postoji i reverzibilna pojava, odnosno, u<br />
provodniku, koji se nalazi i kreće u rezultantnom magnetnom polju, indukuje se<br />
elektromotorna sila (ems);<br />
2) Na feromagnetni materijal u magentnom polju deluje mehaniĉka sila, koja teţi da<br />
ga dovede u pravac delovanja magentnog polja, odnosno na mesto najgušćeg<br />
34
magnetnog polja. U sluĉaju da je magnetno polje stvoreno delovanjem namotaja kroz<br />
koji protiĉe struja, proces je reverzibilan, odnosno kretanjem feromagnetnog<br />
materijala dolazi do promene fluksa kroz namotaj i u njemu se indukuje ems.<br />
Postoji širok opseg snaga elektromotora, od dela vata, kod mikromotora u<br />
regulacionim mehanizmima, do motora snage reda 50 MW koji se upotrebljavaju za<br />
pogon pumpi i ventilatora. Za razliku od elektriĉnih generatora, snage veće od<br />
1000 MW, koji se mogu videti u termoelektranama i drugim velikim industrijskim<br />
pogonima, ureĊaji koji svoj rad zasnivaju na dielektriĉnom, piezoelektriĉnom i<br />
magnetostrikcionom efektu ograniĉeni su na nivo snage od nekoliko vata.<br />
<br />
ELEKTROMOTORNA SILA I OBRTNI MOMENAT<br />
Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, u elektriĉnom provodniku<br />
koji se nalazi u magnetnom polju promenjivog fluksa, indukuje se elektromotorna sila<br />
(ems), ĉiji se opšti izraz moţe napisati u oblicima:<br />
dΦ dΦ dx dΦ<br />
e v ,<br />
dt dx dt dx<br />
gde je v - relativna brzina kretanja provodnika u magnetnom polju.<br />
Ems u namotajima moţe se indukovati kao rezultat mehaniĉkog obrtanja namotaja u<br />
magnetnom polju, ili mehaniĉkim obrtanjem magnetnog polja pored nepokretnih<br />
namotaja. U oba sluĉaja fluks se menja periodiĉno, pa je takva i priroda indukovane<br />
ems.<br />
Promena fluksa u namotaju, kod obrtnih elektriĉnih mašina, postiţe se relativnim<br />
kretanjem obrtnog dela mašine (rotora) u odnosu na nepokretni deo (stator). Jedan<br />
od ova dva dela proizvodi osnovno magnetno polje i naziva se induktor. Drugi deo,<br />
koji se naziva indukt, nosi provodnike u kojima se indukuje napon i nastaje struja, uz<br />
nastanak magnetnog polja indukta.<br />
Osnovni deo svakog namotaja je navojak, koji se sastoji od dva provodnika. Veći broj<br />
navojaka ĉini sekciju, a više sekcija, koje su tako povezane da se ems ili struje koje u<br />
njima postoje sabiraju, ĉine namotaj indukta ili induktora.<br />
Slika 17. Navojak bakarne ţice, koji se obrće u magnetnom polju stalnog magneta.<br />
Neka se jedan navojak izolovane bakarne ţice obrće konstantnom ugaonom brzinom<br />
ω, izmeĊu magnetnih polova N i S (sl.17). Obrtanjem navojka, njegove horizontalne<br />
strane (a i b, na slici) seku linije magnetne indukcije i u njima se indukuje ems. Kako<br />
se poloţaj navojka, pri obrtanju, naizmeniĉno menja u odnosu na magnetne polove N<br />
35
i S, to se i smer i veliĉina ove indukovane ems stalno naizmeniĉno menja.<br />
Ako se sa m oznaĉi maksimalna vrednost magnetnog fluksa, a sa - ugao za koji<br />
se navojak obrne u nekom vremenu t. Kako je = ω t, jer je poloţaj navojka u<br />
magnetnom polju odreĊen ugaonom brzinom njegovog obrtanja, za indukovanu ems,<br />
dobija se:<br />
Φ cos .<br />
Φ m<br />
I indukovana elektromotorna sila menjaće se po sinusoidalnoj zavisnosti:<br />
e Em sin t<br />
Krajevi navojka spajaju se sa bakarnim prstenovima, koji su ĉvrsto naglavljeni na<br />
osovinu, ali su od nje izolovani. Pri obrtanju osovine, zajedno sa prstenovima i<br />
navojkom, prstenovi klize po dvema ugljenim ĉetkicama, preko kojih se vezuje<br />
prijemnik i zatvara strujno kolo. U ovako dobijenom zatvorenom kolu pojavljuje se<br />
naizmeniĉna elektriĉna struja, ĉija je vremenska zavisnost:<br />
i Im sin t<br />
.<br />
<br />
MAGNETNO POLJE I OBRTNI MOMENAT<br />
Da bi se razumele osobine, koje su zajedniĉke za sve mašine za elektromehaniĉko<br />
pretvaranje energije, najbolje je posmatrati princip nastanka obrtnog momenta<br />
mašina. Pri analizi obrtnog momenta i principa delovanja magnetnog polja, nije vaţno<br />
na koji su naĉin su oni nastali, jednosmernom ili naizmeniĉnom strujom, odnosno o<br />
kojoj vrsti obrtne mašine je reĉ.<br />
Magnetno polje najlakse je opisati na primeru dva magneta (sl.18), od kojih je jedan<br />
nepokretan a drugi ima mogućnost obrtanja. Kao rezultat meĊusobnog privlaĉenja<br />
raznoimenih polova i odbijanja istoimenih, dolazi do stvaranja momenta, koji teţi da<br />
poravna ose oba magneta.<br />
Slika 18. Momenat u dvopolnoj obtrnoj mašini.<br />
Struje, koje postoje u namotajima mašine, stvaraju magnetni fluks u vazdušnom<br />
zazoru izmeĊu statora i rotora i kroz gvoţĊe statora i rotora zatvara se magnetno<br />
kolo. Na ovaj naĉin, na statoru i na rotoru mašine postoje magnetni polovi. Ose<br />
magnetnih polja su kod mašina za jednosmernu struju nepokretne u prostoru, a kod<br />
mašina za naizmeniĉnu struju obrću se konstantnom brzinom.<br />
36
Slika 19. Ose magnetnih polja statora i rotora kod dvopolne mašine.<br />
Kako bi došlo do formiranja obrtnog momenta i elektromehaniĉkog pretvaranja<br />
energije, obrtne mašine moraju imati jednak broj polova statora i rotora. U sluĉaju bilo<br />
koje kombinacije razliĉitog broja polova statora i rotora, rezultujući moment mašine<br />
jednak je nuli.<br />
<br />
KONSTRUKCIJA NAMOTAJA<br />
Kod prvih konstrukcija elektriĉnih mašina (Gramova mašina za jednosmernu struju,<br />
Teslina mašina za naizmeniĉnu struju) namotaji indukta bili su namotavani oko<br />
prstenastog jezgra indukta (sl.20.a). Danas se provodnici indukta smeštaju u<br />
ţlebove, kao dvoslojni namotaji (sl.20.b), koji su meĊusobno odvojeni zubcima i<br />
paralelno postavljni prema osi obrtanja. Ove dve konstrukcije namotaja identiĉne su u<br />
pogledu indukovane ems i momenta. Osnovni razlog korišćenja indukta sa ţlebovima<br />
je ĉinjenica da u tom sluĉaju mehaniĉka sila ne deluje direktno na provodnike već na<br />
zupce.<br />
Slika 20. Namoti indukta: a) namotani oko prstenastog jezgra, b) u ţlebovima.<br />
Samo kod nekih vrsta manjih mašina, polovi induktora se izraĊuju kao permanentni<br />
magneti. Kod većih mašina, polovi induktora su po pravilu elektromagneti sa<br />
odgovarajućim pobudnim namotajima, ĉime se omogućuje dobijanje jakog<br />
magnetnog polja u zazoru. Mašina moţe imati proizvoljan broj pari polova p.<br />
<br />
PREGLED ELEKTRIĈNIH MAŠINA<br />
Pobudni namotaj moţe biti: sa neistaknutim polovima (rasporeĊen u ţlebove) ili sa<br />
istaknutim polovima (koncentrisan i potpuno obuhvata magnetni pol).<br />
Struja pobude, u zavisnosti od vrste obrtne mešine, moţe biti: jednosmerna i<br />
naizmeniĉna (jednofazna ili višefazna).<br />
Prema vrsti struje indukta i induktora, elektriĉne obrtne mašine dele se na sledeći<br />
naĉin:<br />
37
Mašine jss Sinhrone mašine Asinhrone mašine<br />
Pobudna<br />
struja<br />
jednosmerna<br />
jednosmerna<br />
naizmeniĉna<br />
(jednofazna ili trofazna)<br />
Struja<br />
indukta<br />
naizmeniĉna<br />
(u induktu)<br />
naizmeniĉna<br />
(jednofazna ili trofazna)<br />
naizmeniĉna<br />
(jednofazna ili trofazna)<br />
Kod mašina jednosmerne struje magnetni fluks se proizvodi konstantnom<br />
jednosmernom strujom i one daju ili primaju struju preko kolektora (komutatora).<br />
Posebnu prednost imaju kao pogonske mašine vozila, ili u sluĉaju kada je potrebna<br />
jednostavna regulacija broja obrtaja. Ĉesto nalaze primenu i za punjenje akumulatora.<br />
Princip funkcionisanja mašina naizmeniĉne struje zavisi od vrste struje. Sinhrone<br />
mašine rade sa konstantnim magnetnim fluksom i elektriĉna energija se prenosi u<br />
obliku monofazne ili trofazne struje. Monofazne mašine imaju samo jedan namotaj,<br />
dok trofazne mašine imaju tri razliĉita namotaja, po jedan za svaku fazu, koji su<br />
smešteni na rotoru. Mašine imaju klizne prstenove preko kojih se rotorskim<br />
namotajima dovodi struja magnetizacije. Sinhrone mašine nalaze primenu kao<br />
generatori, na primer turbogeneratori, u pumpnim stanicama ili u valjaonicama, gde<br />
je potreban veliki obrtni momenat.<br />
Kod asinhronih mašina magnetno polje se stvara superpozicijom više naizmeniĉnih<br />
magnetnih polja. Obrtno magnetno polje nastaje kao rezultat fazno pomerenih<br />
namotaja. Namotaji su postavljeni po grupama, ĉije je napajanje pomereno u fazi i<br />
koje se magnetišu jedna za drugom. Veza sa mreţom napajanja ostvaruje se preko<br />
kliznih prstenova. Ovakvi asinhroni motori koriste se kao servo-motori i kada je<br />
potrebno postići kontinualnu regulaciju broja obrtaja. Jedna vrsta ovih mašina su<br />
kratkospojeni asinhroni motori.<br />
1.2.1. MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE<br />
Prednosti jednosmerne struje u odnosu na naizmeniĉnu, sastoje se u tome što se<br />
ona moţe primeniti, osim za osvetljenje, grejanje, motorni pogon i sliĉno, moţe<br />
upotrebiti i tamo gde naizmeniĉna struje ne moţe: za punjenje akumulatora, vršenje<br />
elektrolize i sliĉno. Mašine jednosmerne struje, ili dinamo mašine, dele se na dve<br />
grupe: generatori i motori jednosmerne struje.<br />
Slika 21. Motor jednosmerne struje.<br />
Prvu mašinu, odnosno prvi elektriĉni generator u kome se indukovala naizmeniĉna struja<br />
i usmeravala u jednosmernu, sagradio je belgijski radnik Gram 1870. godine. Pre pojave<br />
elektriĉnih mašina, korišćeni su hemijski izvori elektriĉne energije kao izvori jednosmerne<br />
struje. Razvoj u konstrukciji mašina za jednosmernu struju, doveo je do toga da su one<br />
postale najĉešće rešenje u elektriĉnim postrojenjima i pogonima.<br />
38
Motori jednosmerne struje, veće cene, sloţenijeg i skupljeg odrţavanja, manje<br />
pouzdanosti i kraćeg veka trajanja, danas su u velikoj meri potisnuti od strane<br />
jeftinijih, jednostavnih i robustnih elektriĉnih motora za naizmeniĉnu struju, kojima se<br />
upravlja mikroprocesorima i koji se napajaju energetskom elektronikom.<br />
Generatori jednosmerne struje danas su u većini primena potisnuti poluprovodniĉkim<br />
ispravljaĉima. MeĊutim, generator jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom,<br />
zbog svojih veoma dobrih karakteristika se ĉesto koristi kao koĉnica u laboratorijama<br />
za ispitivanje elektriĉnih mašina.<br />
<br />
OSNOVNI DELOVI<br />
Kao i kod ostalih obrtnih elektriĉnih mašina, osnovni delovi mašine jednosmerne struje<br />
su: nepokretni deo (stator) i obrtni deo (rotor). Stator, koji je ovde induktor, sastavljen je<br />
od jarma u obliku šupljeg valjka od masivnog gvoţĊa. Na unutrašnjoj periferiji statora<br />
priĉvršćena su 2p istaknuta pola (na sl.22 predstavljena je pojednostavljena slika sa<br />
samo jednim parom polova) koji su obiĉno sloţeni od limova odreĊene debljine. Na<br />
polovima statora smešten je koncentrisan pobudni namotaj (induktor), povezan izmeĊu<br />
polova na odreĊeni naĉin i izveden na dva prikljuĉna kraja.<br />
Slika 22. Presek dvopolne mašine jednosmerne struje.<br />
Rotor, indukt kod mašina jednosmerne struje, cilindriĉnog je oblika, sastavljen je od<br />
tankih feromagnetskih limova i ravnomerno je oţljebljen po svom obimu. Dinamo<br />
limovi, od kojih je izraĊen indukt, debljine su 0.3 do 0.5 mm, izolovani su lakom,<br />
hartijom ili slojem oksida, u cilju smanjenja vrtloţnih struja, koje nepotrebno<br />
zagrevaju indukt. Paket limova rotora ĉvrsto je spojen sa osovinom mašine. U cilju<br />
hlaĊenja indukta, u njemu se izraĊuju i kanali za hlaĊenje, u pravcu osovine, a na<br />
rotoru se ĉesto nalazi i ventilator, koji se obrće zajedno sa njim i pospešuje strujanje<br />
vazduha kroz kanale za hlaĊenje. Namotaj indukta ĉine izolovani bakarni provodnici,<br />
koji su, kod savremenih mašina jednosmerne struje, postavljeni u ţlebove rotora, u<br />
dva sloja, paralelno osi obrtanja. Bez obzira na svoju vrstu, namotaj indukta je uvek<br />
raspodeljenog tipa i sastavljen iz većeg broja na red vezanih sekcija (navojnih<br />
delova). Provodnici mogu biti kruţnog (ţiĉni) ili pravougaonog preseka (štapni).<br />
Kako se rotor obrće izmeĊu magnetnih polova statora, izmeĊu ova dva dela postoji<br />
vazdušni prostor debljine reda nekoliko milimetara, koji se naziva meĊugvoţĊe<br />
(vazdušni procep, zazor).<br />
Komutator (kolektor) je sastavljen od bakarnih segmenata (lamela), koji su izolovani<br />
meĊusobno i u odnosu na osovinu. Postavljen je sa jedne strane rotora i obrće se<br />
zajedno sa njim. Na površinu komutatora naleţe izvestan broj ĉetkica, koje su<br />
39
mehaniĉki su uĉvršćene za stator, nepomiĉne su i spojene sa dva prikljuĉna kraja na<br />
statoru. Ĉetkice su smeštene na simetrali izmeĊu polova, u tzv. neutralnoj zoni.<br />
Segmenti komutatora su u elektriĉnoj vezi sa namotajem indukta, tako što je svaki<br />
segment spojen sa istim tolikim brojem taĉaka namotaja indukta.<br />
<br />
PRINCIP RADA MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE<br />
Princip rada mašine jednosmerne struje moguće je objasniti na primeru generatora<br />
jednosmerne struje sa jednim parom polova. Proticanjem jednosmerne struje kroz<br />
provodnike namotaja statora, stvara se stalno magnetno polje pobude. Ova struja,<br />
zbog toga se naziva pobudnom strujom ili strujom ekscitacije. Ako se pomoću neke<br />
pogonske mašine rotor obrće konstantnom brzinom, provodnici indukta presecaju<br />
magnetno polje statora i, kada kroz njih protiĉe struja, ostvaruju elektrodinamiĉku<br />
vezu izmeĊu statora i rotora i time stvaraju uslove za rad mašine.<br />
Slika 23. Princip rada generatora jss.<br />
U namotaju indukta indukuje se periodiĉna ems i njena uĉestanost je srazmerna<br />
brzini obrtanja rotora. Struja koja protiĉe kroz namotaj indukta, takoĊe je<br />
naizmeniĉnog karaktera i ona se pomoću komutatora usmerava u jednosmernu<br />
struju. Usmeravanje se postiţe tako što se indukovana struja promenjivog smera<br />
prekida u onim trenucima kada je jaĉina struje jednaka nuli, odnosno kada<br />
naizmeniĉna struja teţi da promeni smer i, odgovarajućom promenom veze, struja<br />
se primorava da teĉe u istom prvobitnom smeru.<br />
Ovo prekidanje i promena smera struje indukta moţe se objasniti na primeru jednog<br />
navojka u magnetnom polju statora (sl.23), pri ĉemu se komutator sastoji iz dva,<br />
meĊusobno izolovana, bakarna poluprstena, na koje su vezani krajevi navojka.<br />
Komutator je uĉvršćen za osovinu generatora i obrće se kao i rotor, dok ĉetkice, za<br />
koje su vezani krajevi spoljnog kola, stoje mirno naleţući na lamele kolektora.<br />
Ako se strana a navojka nalazi pod severnim polom N (kao na sl.23) i obrće se u<br />
naznaĉenom smeru, indukovana struja u njoj ima smer naznaĉen na slici. Ako se<br />
navojak obrne za ugao od 90° i ravan navojka postane normalna na osu magnetnih<br />
polova N i S, struja u strani a biće jednaka nuli, jer se navojak nalazi u neutralnoj<br />
ravni magneta. Pri daljem obrtanju navojka u istom smeru, u strani a navojka<br />
pojaviće se struja suprotnog smera od prvobitnog. Pošto se obrtanjem navojka, obrće<br />
i komutator, u istom smeru, za ugao obrtanja veći od 90° od poloţaja na slici, lamela<br />
1 komutatora koja je bila u dodiru sa minus ĉetkicom, doći će pod plus ĉetkicu.<br />
Analogno vaţi i za stranu b navojka.<br />
40
Na ovaj naĉin, iz plus ĉetkice će uvek izlaziti struja istog smera u spoljnje kolo, zbog<br />
ĉega ova ĉetkica predstavlja pozitivan pol generatora, a minus ĉetkica - negativan pol<br />
generatora. U spoljenjem kolu dobiće se jednosmerna pulsirajuća struja, ĉiji je<br />
vremenski dijagram prikazan na sl.24.b.<br />
Slika 24. Dobijanje pulsirajuće struje u navojku indukta.<br />
Ovako dobijena pulsirajuća struja, koja potiĉe samo od jednog navojka, nije pogodna<br />
za upotrebu, zbog svoje nejednolikosti. MeĊutim, na rotoru generatora nalazi se veći<br />
broj navojaka, koji se meĊusobno pomereni jedni u odnosu na druge za neki mali<br />
ugao i obrtanjem obrtanjem rotora u magnetnom polju statora, indukovane struje u<br />
njima imaju fazno kašnjenje, srazmerno rastojanju provodnika po obimu indukta.<br />
Slika 25. Dobijanje rezultujuće usmerene struje (b)<br />
kao rezultat tri fazno pomerene struje (a).<br />
Rezultujuća jednosmerna usmerena struja, u sppljnjem delu kola, u sluĉaju većeg<br />
broja navojaka znatno je ravnijeg oblika (sl.25).<br />
<br />
POBUĐIVANJE MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE<br />
Prema naĉinu pobuĊivanja, odnosno spajanja namotaja induktora u odnosu na<br />
namotaj indukta, razliku se :<br />
nezavisna,<br />
otoĉna (paralelna),<br />
redna (serijska) i<br />
sloţena pobuda.<br />
41
Kod nezavisne pobude (sl.26.a), namotaj induktora (pobude) spojen je na poseban<br />
spoljnji izvor napona (na primer na akumulatorsku bateriju) potpuno nezavisno od<br />
prilika u mašini. Pobudni namotaj je dimenzionisan prema tom spoljnjem naponu.<br />
Vrednost pobudne struje moţe se podešavati, nezavisno od mašine, ako u strujnom<br />
kolu pobude postoji promenljivi otpornik. Ovo je danas najĉešće rešenje, a<br />
jednosmerni pobudni napon se dobija iz naizmeniĉne trofazne mreţe, preko<br />
ispravljaĉa.<br />
Otoĉna, ili paralelna pobuda (sl.26.b) je ona kod koje je pobudni namotaj spojen<br />
paralelno na namotaj indukta. Pobudna struja kreće se u granicama 1% struje<br />
indukta (kod manjih mašina) do 5% struje indukta (kod mašina većih snaga). Pošto je<br />
struja magnećenja mala, da bi se postigla dovoljna magnetopobudna sila, otoĉni<br />
namotaj ima veliki broj navojaka. Otpor paralelnog namota je velik.<br />
Kod redne, ili serijske pobude (sl.26.c), pobudni namotaj je spojen na red sa<br />
namotajem indukta. Kako je struja indukta velika, broj navojaka namotaja redne<br />
pobude ne mora biti veliki da bi se postigla odgovarajuća magnetopobudna sila.<br />
Otpor rednog namotaja treba da je što manji, kako bi pad napona na njemu bio što<br />
manji.<br />
Sloţena pobuda (sl.26.d) podrazumeva postojanje jednog glavnog, nezavisnog ili<br />
paralelnog namotaja, kao i jednog pomoćnog, rednog pobudnog namotaja. U kojo<br />
meri mašina ima karakteristike jedne ili druge pobude, zavisi od njihovog uĉešća u<br />
ukupnoj magnetopobudnoj sili. U zavisnosti od toga da li su glavni i pomoćni pobudni<br />
namotaj izvedeni tako da im se fluksevi potpomaţu ili suprotstavljaju, razlikuju se<br />
aditivna i diferencijalna sloţena pobuda.<br />
Slika 26. Vrste mašina jednosmerne struje prema pobudi.<br />
U upotrebi su sledeće oznake za krajeve pojedinih namotaja:<br />
Namotaj<br />
Stara<br />
oznaka<br />
Nova<br />
oznaka<br />
Indukt A, B A1, A2<br />
Nezavisna pobuda I, K F1, F2<br />
Redno vezan pobudni<br />
namotaj<br />
E, F D1, D2<br />
Otoĉno vezan pobudni<br />
namotaj<br />
C, D E1, E2<br />
Pomoćni polovi G, H B1, B2<br />
Kompenzacija G, H C1, C2<br />
42
1.2.2. MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE<br />
<br />
REAKCIJA INDUKTA<br />
Kod opterećene mašine jss kroz namotaj indukta protiĉe struja, stvarajući izvesno<br />
magnetno polje indukta, kojim se slabi i izvija magnetno polje induktora, koje potiĉe<br />
od struje u pobudnom namotaju mašine. Ova pojava naziva se magnetopobudna sila<br />
indukta, ili reakcija indukta.<br />
Slika 27.Reakcija indukta: a) polje pobude, b) reakcija indukta,<br />
c) rezultujuće polje.<br />
Rezultujući msgnetni fluks, koji se dobija superpozicijom flukseva induktora i indukta<br />
(sl.27), ima povećanu raspodelu pod jednim krajem polnog nastavka i smanjenu pod<br />
drugim krajem.<br />
Izobliĉenje krive polja dovodi do sledećih nepovoljnih pojava:<br />
zbog smanjenja rezultujućeg fluksa dolazi do gubitka na elektromotornoj sili,<br />
kao rezultat pomeranja neutralne ose, do promene smera struje dolazi u<br />
nepovoljnom naponskom stanju navojnog dela, što nepovoljno utiĉe na komutaciju,<br />
zbog ĉega dolazi do pretarong varniĉenja,<br />
povećanje magnetne indukcije dovodi do povećanja gubitaka u gvoţĊu i do<br />
povećanja napona meĊu susednim lamelama.<br />
U cilju poboljšanja komutacije, odnosno otklanjanja teškoća koje nastaju usled<br />
reakcije indukta koriste se pomoćna sredstva, kao što su: pomeranje ĉetkica (danas<br />
skoro potpuno napuštena metoda), postavljanje pomoćnih magnetnih polova (za<br />
poništenje popreĉnog magnetnog polja i kompenzaciju štetnog dejstva varniĉenja) i<br />
kompenzacionih i kompaundnih namotaja (za poništenje uzduţnog magnetnog polja<br />
reakcije indutka, najbolje, ali najskuplje rešenje).<br />
43
Slika 28. Raspored glavnih i pomoćnih magnetnih polova u mašini jss.<br />
<br />
KARAKTERISTIKE MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE<br />
U reţimu motora, ems indukta drţi ravnoteţu naponu napajanja:<br />
U E R I .<br />
a<br />
a<br />
a<br />
Pošto je smer indukovane ems suprotan smeru napona na krajevima motora, ova<br />
indukovana ems u motoru jednosmerne struje naziva se protiv (kontra)<br />
elektromotorna sila.<br />
Redni motor jednosmerne struje naziva se tako, jer su mu namotaj indukta (rotora) i<br />
namotaj induktora (magnetnih polova) vezani na red. Ukupna struja I a , koja protiĉe<br />
kroz namotaj rotora rednog motora, protiĉe takoĊe i kroz namotaj induktora (sl.28).<br />
Pošto kroz namotaj induktora rednog motora protiĉe velika jaĉina struje, to ovaj<br />
namotaj ima mali broj navojaka, većeg preseka, što je dovoljno za razvijanje<br />
potrebnog magnetnog polja. Na sl.29 namotaj induktora oznaĉen je sa r m , a sa R w je<br />
obeleţen pokretaĉki otpornik, ĉiji otpor je moguće menjati.<br />
Slika 29 . Šema rednog motora jednosmerne struje.<br />
Redni motor je motor sa jako promenjivom brzinom obrtanja. Sa sl.30.a) vidi se da<br />
zavisnost brzine obrtanja motora od struje opterećenja n = f (I a ) predstavlja hiperbolu.<br />
U praznom hodu brzina mu je ograniĉena jedino gubicima i nedozvoljeno je velika,<br />
zbog ĉega se ne sme puštati u rad neopterećen. Sa povećanjem opterećenja, brzina<br />
opada. Redni motori se odlikuju veoma promenjivom brzinom, kao i sposobnošću da<br />
delovanje momenta pri preopterećenjima ublaţe znatnim smanjenjem brzine.<br />
44
Slika 30 . a) Zavisnost n f I ) i b) mehaniĉka karakteristika rednog motora.<br />
( a<br />
Mehaniĉka karakteristika motora pokazuje zavisnost promene momenta sa brzinom,<br />
odnosno M = f (n). Kao što se vidi sa dijagrama (sl.30.b) redni motor jednosmerne<br />
struje ima veliki pokretni momenat, što u velikoj meri odreĊuje njegovu primenu.<br />
Prema tome, primena rednog motora naroĉito je pogodna za pogone u kojima je<br />
potreban veliki momenat pokretanja, a pri većim opterećenjima manja brzina motora.<br />
Upotrebljava se u elektriĉnoj vuĉi, za pogon dizalica, elektriĉnih lokomotiva, tramvaja,<br />
prenosnica i sliĉno. Na primer, kod dizalica, velika brzina odgovara malim teretima<br />
zbog povećanja produkcije, a mala brzina pri velikim teretima - zbog potrebne<br />
preciznosti rukovanja. U ţelezniĉkoj vuĉi pri prelasku i na usponima traţi se mala<br />
brzina, a na ravnoj trasi, kada momenat opadne, potrebna je veća brzina. TakoĊe,<br />
redni namotaj induktora napravljen je od ţice većeg preseka u odnosu na otoĉni<br />
motor i samim tim je izdrţljiviji u mehaniĉkom pogledu.<br />
Otoĉni motor jednosmerne struje ima pobudni namotaj induktora vezan paralelno<br />
(otoĉno) sa namotajem rotora (sl.31). Pošto pobudna struja i, koja protiĉe kroz<br />
pobudni namotaj ne daje direktno nikakav rad, već samo povećava gubitke snage<br />
motora, to ona treba da je što manje veliĉine, svega oko 5% od ukupne jaĉine struje<br />
otoĉnog motora. Pobudni namotaj kod otoĉnih motora izraĊuje se sa velikim brojem<br />
navojaka, tanjeg preseka.<br />
Slika 31 . Šema otoĉnog motora jednosmerne struje.<br />
Broj obrtaja motora sa otoĉnom pobudom menja se od praznog hoda do punog<br />
opterećenja samo za nekoliko procenata i moţe se smatrati da otoĉni motor pri<br />
raznim opterećenjima ima stalan broj obrtaja. Otoĉni motor je po osobinama sliĉan<br />
asinhronom motoru. Njegova osnovna prednost u odnosu na asinhroni motor je što<br />
mu se brzina moţe jednostavno menjati, pomoću promene otpora pobudnog<br />
namotaja, u granicama 1:4, što znaĉi da se na ekonomiĉan naĉin moţe postići 4 puta<br />
veći broj obrtaja od nominalnog.<br />
45
Slika 32 . a) Zavisnost n f I ) i b) mehaniĉka karakteristika otoĉnog motora.<br />
( a<br />
Mehaniĉka karakteristika otoĉnog motora predstavlja linearnu zavisnost sa velikim<br />
negativnim nagibom. Pokretni momenat otoĉnog motora manji je u odnosu na motor<br />
sa rednom pobudom.<br />
Sloţeni motor jednosmerne struje, koji se takoĊe i naziva i kompaund motor, ima<br />
dva pobudna namotaja induktora, od kojih je jedan vezan otoĉno r m1 , a drugi redno<br />
r m2 , sa namotajem rotora (sl.33). Sa R w oznaĉen je kombinovani pokretaĉki i pobudni<br />
otpornik.<br />
Slika 33 . Šema sloţenog motora jednosmerne struje.<br />
Od ova dva pobudna namotaja sloţenog motora, obiĉno otoĉni namotaj stvara jaĉi<br />
magnetni fluks, nego redni namotaj. Redni pobudni namotaj sloţenog motora moţe<br />
se vezati tako da pomaţe otoĉnom pobudnom namotaju i takav motor naziv se<br />
aditivni sloţeni motot. Ukoliko struja u rednom namotaju teĉe u suprotnom smeru od<br />
struje u otoĉnom pobudnom namotaju, motor se naziva diferencijalni sloţeni motor.<br />
Karakteristike sloţenog motora jss obuhvataju celo podruĉje izmeĊu karakteristika<br />
rednih i otoĉnih motora jss. Diferencijalni sloţeni motor moţe se pogodno upotrebiti u<br />
onim pogonima u kojima se traţi motor, ĉiji se broj obrtaja povećava sa porastom<br />
opterećenja. Aditivni sloţeni motor upotrebljava se mnogo više i on ima sledeće<br />
karakteristike:<br />
sa promenom opterećenja, broj obrtaja aditivnog motora više se menja nego kod<br />
otoĉnog, a manje nego kod rednog motora,<br />
obrtni momenat pri pokretanju aditivnog motora veći je nego kod otoĉnog motora, a<br />
manji nego kod rednog motora,<br />
aditivni sloţeni motor moţe se podesiti tako, da mu se sa porastom opterećenja<br />
smanjuje broj obrtaja, koliko je potrebno i korisno za pogon, što je od znaĉaja za<br />
mašine radilice sa velikim zamajnim masama.<br />
46
Slika 34. Karkateristika n f I ) motora jednosmerne struje.<br />
( a<br />
Aditivni motor jss upotrebljava se u onim sluĉajevima kada se opterećenje naglo i<br />
jako menja, što je najĉešće sluĉaj u pogonima. Ovaj motor pogodno je koristiti kod<br />
pogona gde se zahteva da motor u poĉetku ima veliki obrtni momenat, a dalje da radi<br />
sa stalnim brojem obrtaja. Primena aditivnog sloţenog motora jednosmerne struje<br />
naroĉito je pogodna za mašine radilice sa velikim zamajcem, kao što su: prese,<br />
valjaoniĉke mašine, teške mašine alatljike, velike štancne, izvozne mašine u<br />
rudnicima i sliĉno.<br />
Slika 35. Mehaniĉka karkateristika motora jednosmerne struje.<br />
<br />
KARAKTERISTIĈNA RADNA STANJA MOTORA JSS<br />
Osim rada pri nominalnom opterećenju, za sve motore jednosmerne struje<br />
karakteristiĉna su sledeća njihova radna stanja:<br />
a) pokretanje motora,<br />
b) regulisanje brzine,<br />
c) promena smera obrtanja,<br />
d) koĉenje.<br />
Pokretanje motora jednosmerne struje predstavlja poseban problem, s obzirom da<br />
je polazna struja motora nedozvoljeno velika u većini sluĉajeva. Za pokretanje<br />
motora koriste se specijalni otpornici, prikljuĉeni na red sa namotajem indukta i koji<br />
se ukljuĉuju samo pri pokretanju motora, zbog ĉega se nazivaju pokretaĉki otpornici,<br />
47
ili anlaseri (R W na šemama motora). Ĉim motor poĉne da se obrće, struja induktora<br />
se smanjuje, te se postepeno moţe smanjivati i otpor pokretaĉkog otpornika. Kada<br />
motor dostigne puni (nominalni) broj obrtaja, otpor pokretaĉkog otpornika se sasvim<br />
iskljuĉuje i motor dalje radi dalje njega.<br />
Krajevi namotaja pokretaĉkog otpornika oznaĉavaju se sa R, L. Pokretaĉki otpornik<br />
R, L i pobudni otpornik RM ĉesto se ugraĊuju u jedan aparat, ĉiji krajevi nose oznake<br />
L, R, M. Ukoliko pokretaĉki otpornik sluţe i za regulisanje brzine, on se mora tako<br />
dimenzionisani da trajno izdrţi struju opterećenja motora. Ako sluţe samo za<br />
pokretanje, pokretaĉki otpornici su dimenzionisani za kratkotrajni rad i kao takvi su<br />
znatno jeftiniji.<br />
Redni motori su pogodniji u odnosu na otoĉne kada se puštanje u rad vrši pri teškim<br />
uslovima, na primer kada je potrebno da motor razvije veće polazne momente pri<br />
istoj struji (kranovi, dizalice, elektriĉna vozila), kao i tamo gde je potrebno jako veliko<br />
preoterećenje motora.<br />
Otoĉni motor se moţe puštati u rad neopterećen, jer i pri najmanjim opterećenjima<br />
njegov magnetni fluks ostaje stalan<br />
Aditivni sloţeni motor sme se puštati u rad neopterećen, jer mu je broj obrtaja<br />
ograniĉen magnetnim fluksom, koji potiĉe od otoĉnog pobudnog namotaja, te nema<br />
opasnosti od dobijanja prekomerno velikog broja obrtaja.<br />
Regulisanje brzine broja obrtaja motora jednosmerne struje moţe se ostvariti:<br />
promenom struje pobude I a (pomoću otpornika u kolu pobude, ovaj naĉin<br />
regulisanja je ekonomiĉan sve do odnosa broja obrtaja n max : n min = 4 : 1 i predstavlja<br />
glavnu osobinu otoĉnih i motora jednosmerne struje sa sloţenom pobudom),<br />
promenom napona napajanja U (regulisanje brzine u širokom opsegu, danas se<br />
ostvaruje pogonom sa tiristorskim konvertorom, pri ĉemu sa automatskim<br />
elektronskim podešavanjem izlaznog napona) i<br />
promenom otpora u kolu indukta R a (ukljuĉenjem otpora u glavno kolo indukta,<br />
predstavlja sloţen naĉin regulacije zbog izrade ovih otpornika, a i gubici snage pri<br />
regulisanju na ovaj naĉin su veliki).<br />
Smer obrtanja motora jednosmerne struje zavisi od smera magnetnog polja i smera<br />
struje u namotaju rotora. Ako se jedan od ova dva smera promeni, promeniće se i<br />
smer obrtanja motora. Ako se oba smera promene, neće se promeniti smer obrtanja<br />
motora.<br />
Smer magnetnog polja zavisi od smera pobudne struje, koja protiĉe kroz pobudni<br />
namotaj induktora. Prema tome, smer obrtanja motora jednosmerne struje moţe se<br />
promeniti ili kada se promeni smer struje u namotaju rotora, ili kada se promeni smer<br />
pobudne struje, oko magnetnih polova.<br />
Ako je potrebno ĉesto menjati smer obrtanja motora, tada se to uvek obavlja<br />
promenom smera struje u namotaju rotora, jer se time automatski menja i smer struje<br />
u namotaju oko pomoćnih magnetnih polova. U praksi, kao normalan smer obrtanja<br />
motora sa kaišnikom usvaja se smer obrtanja kaišnika udesno, ako se kaišnik<br />
posmatra sa spoljne strane u pravcu vratila motora.<br />
Na sl.22 prikazane su šeme veza rednog motora sa pomoćnim polovima (NPP) za<br />
desni (a) i levi (b) hod. Razlika u šemama je u spajanju stega (klema) A, E i H na<br />
prikljuĉnoj ploĉici motora. Ako treba ĉešće menjati smer obrtanja motora,<br />
prevezivanje motora vrši se naroĉitim prebacivaĉem.<br />
48
Slika 36. Veze rednog motora za desni i levi hod.<br />
Koĉenje motora predstavlja poseban reţim rada u kojem motor radi u ulozi<br />
generatora, koji mehaniĉku energiju koĉenja pretvara u elektriĉnu. Ova elektriĉna<br />
energija moţe se utrošiti u nekom otporniku (otporno koĉenje) ili vratiti u mreţu na<br />
koju je motor prikljuĉen (rekuperativno koĉenje).<br />
Zaustavljanje motora jednosmerne struje moţe se ostvariti na ĉetiri naĉina:<br />
a) Iskljuĉivanjem napajanja - motor se zaustavlja kao rezultat delovanja sile trenja;<br />
b) Generatorskim koĉenjem - povećanjem pobudne struje, poveća se ems E a i kada<br />
ona postane veća od napona na krajevima namotaja rotora U, struja kroz<br />
namotaje menja smer i motor postaje generator, a momenat je koĉni;<br />
c) Koĉenje kontravezom - vrši se promenom smera pobudne struje (i ovde obrtni<br />
momenat menja smer);<br />
d) Elektrodinamiĉko koĉenje - ostvaruje se tako što se motor iskljuĉi sa mreţe, u kolo<br />
rotora dodaje se otpornik, a pobuda ne menja smer. Na ovaj naĉin, u kolu postoji<br />
samo ems, suprotnog smera od napona, kroz kolo teĉe struja u suprotnom smeru,<br />
momenat menje smer i postaje koĉni.<br />
49
ASINHRONI MOTORI<br />
Princip rada<br />
Slika 37.<br />
Ako se obrće permanentni magnet NS, obrtaće se i bakarna ploĉa, koja se nalazi<br />
ispod njegovih polova. Obrtanje ploĉe i magneta biće u istom smeru. Ovu pojavu<br />
otkrio je fiziĉar Arago i nazvao „rotacioni magnetiam". Ona se objašnjava na sledeći<br />
naĉin: Sa magnetom obrću se i njegove linije magnetne indukcije, koje seku bakarnu<br />
ploĉu i u njoj indukuju struje. Njihove putanje su kruţne, jer je ploĉa masivan<br />
provodnik. Na provodnik u kome teĉe struja deluje elektromagnetna sila, kada se on<br />
nalazi u magnetnom polju.<br />
Kad bakarna ploĉa poĉne da se obrće, relativna brzina obrtanja magneta prema ploĉi<br />
je umanjena, a i brzina kojom linije magnetne indukcije seku ploĉu. Usled toga se<br />
smanjuju i indukovane struje. Ako bi se izjednaĉile brzine obrtanja ploĉe i magneta,<br />
linije magnetne indukcije ne bi sekle bakarnu ploĉu, pa se u njoj ne bi indukovale<br />
struje, nestala bi elektromagnetna sila, pa bi ploĉa poĉela da se zaustavlja. Ali sa<br />
zaustavljanjem, ploĉu bi linije magnetne indukcije sekle sa većom brzinom, te bi se<br />
opet indukovale struje.<br />
Krajnji rezultat je da se brzina obrtanja ploĉe veoma pribliţava brzini obrtanja<br />
magneta, ali je uvek manja od nje. Ploĉa i magnet ne obrću se sinhrono (u taktu), već<br />
asinhrono.<br />
Aragova sprava nije elektromotor, jer se magnet mora na neki naĉin obrtati. Nikola<br />
Tesla je uspeo da obrtno magnetno polje dobije bez obrtanja magneta, pomoću<br />
nepomiĉnih kalemova kroz koje su proticale naizmeniĉne struje, meĊusobno fazno<br />
pomerene. Ovaj veliki pronalazak nazvan je asinhroni ili indukcioni motor.<br />
Slika 38. Teslin Elektro-motor (indukcioni motor)<br />
50
Stvaranje obrtnog magntnog polja<br />
Obrtno magnetno polje stvoreno dvofaznom strujom<br />
Slika 39.<br />
Za stvaranje obrtnog magnetnog polja<br />
potrebne su najmanje dve naizmeniĉne struje<br />
fazno pomerene jedna prema drugoj. Ako se<br />
posmatra stator asinhronog motora sa<br />
najjednostavnijim dvofaznim namotajem, svaki<br />
fazni namotaj ima samo jedan zavojak<br />
(odnosno po dva aktivna provodnika u<br />
ţljebovima statora). Sa U i X ozaĉeni su<br />
poĉetak i kraj prvog faznog namotaja, a sa V i<br />
Y isto za drugi fazni namotaj. U i V su poĉeci,<br />
a X i Y završeci faznih namotaja. Na dijagramu<br />
su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju<br />
za 90°.<br />
Slika 40.<br />
Magnetni polovi N i S obrtnog magnetnog polja obrću se zbog promena smerova<br />
struja u faznim namotajima UX i VY. Namotaj statora tako je rasporeĊen, da obrtno<br />
polje ima dva magnetna pola (severni N - mesto odakle izlaze linije magnetne<br />
indukcije i juţni S - gde linije indukcije ulaze). Takvo dvopolno obrtno magnetno polje<br />
dobija se, ako su provodnici faznog namotaja UX i namotaja VY na meĊusobnoj<br />
udaljenosti od 1/2 unutrašnjeg obima statora.<br />
Polje naĉini jedan obrt za vreme jedne periode. Za vreme od 50 perioda u sekundi,<br />
obrtno magnetno polje obrnuće se 50 puta u sekundi, ili 60 50 = 3000 puta u<br />
minutu.<br />
51
Namotaj na statoru moţe biti i tako rasporeĊen, da obrtno polje ima ĉetiri magnetna<br />
pola. Takvo ĉetvoropolno obrtno magnetno polje dobija se, ako fazni namotaj UX ima<br />
4 provodnika koji su udaljeni jedan od drugog za 1/4 unutrašnjeg obima statora. Isto<br />
vaţi i za provodnike faznog namotaja VY.<br />
Slika 41.<br />
Struje kroz ove fazne namotaje iste su kao i u prethodnom sluĉaju.<br />
Ako se hoće da dobije šestopolno obrtno magnetno polje, provodnici svakog faznog<br />
namotaja treba da su udaljeni za 1/6 unutrašnjeg obima statora, a kod osmopolnog<br />
obrtnog polja za 1/8 i tako dalje. Ĉetvoropolno magnetno polje naĉini za vreme jedne<br />
periode 1/2 obrta, ili za frekvenciju od 50 per/sek obrnuće se 25 puta u sekundi, ili 60<br />
25 = 1500 puta u minutu. Uopšte, broj obrta obrtnog magnetnog polja zavisi od<br />
frekvencije f (broj perioda u sekundi) i od broja pari p magnetnih polova. Ako se sa n 1<br />
obeleţi broj obrta obrtnog magnetnog polja u minutu tada je:<br />
60<br />
f<br />
n1<br />
<br />
p<br />
Ovaj broj obrta naziva se sinhroni broj obrta obrtnog polja.<br />
Obrtno magnetno polje stvoreno trofaznom strujom<br />
Trofazne struje stvaraju, po intenzitetu, ravnomernije obrtno magnetno polje od<br />
dvofaznih struja. Stator ima tri fazna namotaja UX, VY i WZ. U ovom primeru svaki<br />
od njih ima po 4 provodnika, tako da se dobija ĉetvoropolno obrtno magnetno polje.<br />
52
Slika 42.<br />
Na dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za 120°.<br />
Slika 43.<br />
53
Osnovni delovi asinhronog motora<br />
Asinhroni motor se sastoji iz dva glavna dela: statora i rotora. Stator je izraĊen u vidu<br />
šupljeg valjka, na ĉijem se unutrašnjem obimu nalaze ţljebovi u kojima je smešten<br />
namotaj statora. Kroz ove namotaje protiĉu višefazne struje, koje stvaraju obrtno polje.<br />
Slika 44.<br />
Rotor je kao puni valjak smešten u šupljinu statora. Na spoljnoj površini rotora nalaze<br />
se ţljebovi u koje se smešta namotaj rotora. Pod dejstvom obrtnog magnetnog polja<br />
u provodnicima namotaja rotora indukuje se struja, na njih deluju elektromagnetne<br />
sile, pa se rotor obrće u istom smeru kao i obrtno magnetno polje.<br />
Slika 45.<br />
54
TROFAZNI ASINHRONI MOTOR SA KRATKOSPOJENIM ROTOROM<br />
Trofazni asinhroni motor sa kratko spojenim rotorom je najjednostavniji motor. Sastoji<br />
se iz nepokretnog dela (statora), koji je naĉinjen u vidu šupljeg valjka, sastavljenog<br />
od dinamo limova na ĉijoj se unutrašnjoj strani nalaze ţljebovi sa namotajima. Ovi<br />
limovi su meĊusobno izolovani, da bi se smanjili gubici usled vrtloţnih struja,<br />
odnosno gubici u gvoţĊu. Kroz namotaje protiĉu trofazne struje, koje stvaraju obrtno<br />
magnetno polje.<br />
U šupljini statora nalazi se rotor, naĉinjen (u magnetnom pogledu) kao puni valjak, na<br />
ĉijoj se spoljnoj površini nalaze ţljebovi sa namotajem rotora. I telo rotora izraĊeno je<br />
od tankih gvozdenih limova (dinamo limovi), iz istog razloga kao i telo statora.<br />
Pod uticajem struje iz mreţe, dovedene u namotaj statora, indukuje se struja u namotaju<br />
rotora (otuda i drugi naziv za ove motore – „Indukcioni motori―). Do indukovanja dolazi,<br />
jer linije obrtnog magnetnog polja presecaju provodnike na rotoru.<br />
Pošto je kolo rotora je zatvoreno, u njegovim provodnicima javiće se struje. Kako se<br />
oni nalaze u magnetnom polju, na njih će delovati elektromagnetne sile, pa tako<br />
dolazi do obrtanja rotora u smeru obrtanja magnetnog polja.<br />
Slika 46.<br />
Rotor se ne moţe obrtati istom brzinom kao i obrtno polje. Kada bi rotor dostigao<br />
sinhronu brzinu, ne bi postojala relativna brzina izmeĊu njegovih provodnika i obrtnog<br />
magnetnog polja, ne bi bilo indukovanih struja, niti elektromagnetne sile, pa bi rotor<br />
poĉeo da usporava. Tada bi opet došlo do povećanja relativne brzine izmeĊu rotora i<br />
polja, indukovanja struje i pojave sile. Kao krajnji rezultat, rotor asinhronog motora obrće<br />
se sa nešto manjim brojem obrta n, nego što je broj obrta n 1 obrtnog magnetnog polja.<br />
Obrtno magnetno polje se obrće sa sinhronim brojem obrta n 1 , koji zavisi od<br />
frekvencije f struje i broja pari p magnetnih polova:<br />
n<br />
1<br />
<br />
60 f<br />
p<br />
Rotor motora se obrće sa asinhronim brojem obrta n, koji je nešto manji od sinhronog<br />
broja obrta. Razlika izmeĊu sinhronog i asinhronog broja obrta naziva se klizanje K<br />
asinhronog motora:<br />
55
K n n<br />
Klizanje se najĉešće izraţava u procentima sinhronog broja obrta n 1 :<br />
1<br />
n1<br />
n<br />
K 100<br />
.<br />
n<br />
1<br />
Primer: Trofazni dvopolni (p = 1) asinhroni motor prikljuĉen je na mreţu frekvencije f<br />
= 50 Hz.<br />
Iz kataloga je naĊeno da je, pri odreĊenom opterećenju, njegov broj obrta n = 2 900<br />
o/min. Klizanje ovog motora je:<br />
n1<br />
n 3000 2900<br />
K 100 100 3,3% .<br />
n<br />
3000<br />
1<br />
U ţljebovima rotora smešteni su namotaji u vidu neizolovanih štapova od bakra ili<br />
aluminijuma. Ovi štapovi su na obe ĉeone strane rotora meĊusobno kratko spojeni<br />
bakarnim prstenovima. Takav namotaj rotora ima oblik kaveza, te se naziva „kavezni<br />
namotaj". Ova vrsta elektromotora je najjednostavnija, najtrajnija i najjeftinija. Pri radu<br />
ovih motora, samo su leţišta izloţena trošenju.<br />
Namotaj kratkospojenog rotora<br />
Slika 47.<br />
Presek kratkospojenog rotora<br />
Promena jaĉine struje sa opterećenjem. Na provodnike rotora, kroz koje protiĉe<br />
indukovana struja I 2<br />
1 vuĉnom silom, odnosno<br />
obrtnim momentom M, ĉija veliĉina zavisi od jaĉine struje I 2 i veliĉine obrtnog<br />
1. Strogo uzevši, obrtni moment M zavisi od struje I 2 i fluksa<br />
rez koje se dobija vektorskim sabiranjem<br />
1 i obrtnog magnetnog po 2 koje potiĉe od struje I 2 u<br />
rez<br />
pribliţno jednaka za razna opterećenja motora, tada pri povećanom opterećenju<br />
motora mora kroz namotaj rotora, da protiĉe veća jaĉina struje I 2 , da bi se postigao<br />
veći obrtni momenat M, koji odgovara tom opterećenju. Ta promena struje I 2 u<br />
namotaju rotora, u zavisnosti od opterećenja motora dešava se automatski. Na<br />
primer, pri praznom hodu motor je rasterećen i njegov rotor ima najveći broj obrta n<br />
koji je skoro jednak sa sinhronim brojem obrta n 1 obrtnog magnetnog polja. Zbog<br />
toga je, pri praznom hodu mala relativna brzina, sa kojom linije magnetne indukcije<br />
seku bakarne štapove namotaja rotora, te je mala indukovana elektromotorna sila i<br />
jaĉina struje I 2 u namotaju rotora. Prema tome mali je i obrtni momenat M, koji baš<br />
odgovara praznom hodu. Sem toga, pri praznom hodu malo je i klizanje K = (n 1 - n)<br />
56
koje iznosi za male motore od 0,5% do 1%. MeĊutim, pri velikom opterećenju motora<br />
broj obrta se smanjuje, pa raste relativna brzina kojom linije magnetne indukcije seku<br />
bakarne štapove namotaja rotora. Usled toga raste elektromotorna sila i jaĉina struje<br />
I 2 u narnotaju rotora, pa se razvija i veći obrtni moment M, što je i potrebno pri većem<br />
opterećenju. Klizanje pri punom opterećenju motora veće je i iznosi 3% do 8%.<br />
Mehanička karakteristika<br />
Mehaniĉka karakteristika je zavisnost obrtnog momenta od od broja obrta.<br />
Slika 48. Tipiĉna mehaniĉka karakteristika asinhronog motora<br />
Pokretanje kratkospojenih motora<br />
Pri pokretanju kratkospojenih motora, njihov rotor se nalazi u mirnom stanju (n = 0),<br />
dok obrtno magnetno polje već puni sinhroni broj obrta n 1 . Pri pokretanju motora<br />
najveća je relativna brzina polja u odnosu na provodnike rotora, pa je i struja,<br />
indukovana u rotoru, veoma velika. Pri pojavi velike jaĉine struje I 2 u namotaju rotora,<br />
pri pokretanju motora, mora se takoĊe pojaviti velika jaĉina struje I 1 u namotaju<br />
statora, koju motor uzima iz mreţe (sliĉno kao što se dešava i u transformatoru).<br />
Usled velike jaĉine struje I 1 koju pri pokretanju uzimaju kratkospojeni motori iz mreţe,<br />
pojavljuju se, naroĉito kod velikih motora, takozvani „udari" struje, koji izazivaju<br />
neugodne varijacije napona u mreţi. Ove smetnje naroĉito su neprijatne u mreţama<br />
u kojima se kratkospojeni motori ĉesto pokreću i zaustavljaju. Zbog toga, motori sa<br />
kratkospojenim rotorom smeju se pokretati samo na propisani naĉin.<br />
Da bi se smanjila velika jaĉina struje, koju kratkospojeni motor uzima iz mreţe<br />
prilikom pokretanja, primenjuju se razna pomoćna sredstva — pomoćni aparati —<br />
koji se nazivaju pokretaĉi motora. Trofazni asinhroni motori male snage do 1,1 kW<br />
mogu se puštati u rad bez pomoćnih pokretaĉkih aparata. Razume se i oni će pri<br />
pokretanju povući iz mreţe veću jaĉinu struje I max nego što im je nominalna jaĉina<br />
struje I n . Odnos izmeĊu I max i I n je: I max = do 6 puta I n . Zbog toga osiguraĉi ovih<br />
motora moraju biti za nominalnu jaĉinu struje I n , ali sa „usporenim dejstvom", što<br />
znaĉi da treba, da izdrţavaju kratkotrajnu, veliku jaĉinu struje I max pri pokretanju<br />
motora, ne prekidajući strujno kolo.<br />
57
Slika 49. Delovi trofaznog motora (AEG Typ dAM)<br />
1. Unutarnji poklopac leţišta<br />
2. Valjĉasti leţaj<br />
3. Poklopac za ventilaciju<br />
4. Ventilator<br />
5. Spoljni poklopac leţišta<br />
6. Zaštitnik leţišta<br />
7. Stator sa rebrima za hladenje<br />
8. Grivna za nošenje<br />
9. Postolje motora<br />
10. Kavezasti rotor sa vratilom<br />
11. Namotaj statora<br />
12. Zaštitnik leţišta<br />
13. Spoljni deo za zašrafljivanje<br />
14. Pojaĉano rebro za pomeranje<br />
motora pri uĉvršćivanju<br />
postolja<br />
15. Prikljuĉna ploĉa sa<br />
neprodornom zaštitom<br />
16. Prikljuĉna kutija sa kablovskom<br />
glavom<br />
17. Poklopac prikljuĉne kutije<br />
Slika 50. Jednofazni kratkospojeni motor snage 250 W<br />
58
TROFAZNI ASINHRONI MOTORI SA KLIZNIM PRSTENOVIMA<br />
Kod ovih motora, namotaj rotora izveden je kao i namotaj statora, to jest, kao<br />
višefazni namotaj. Ako je na rotoru takav trofazni namotaj, njegova tri kraja vezana<br />
su za tri mesingana prstena, koji su uĉvršćeni na osovini motora. Veza namotaja<br />
rotora moţe biti u „zvezdu" ili „trougao". Prstenovi se obrću zajedno sa osovinom i<br />
rotorom. Ovi se motori nazivaju trofazni asinhroni motori sa kliznim prstenovima. Kod<br />
ove vrste motora postoji veza namotaja rotora sa okruţenjem. U kolo rotora mogu se<br />
ukljuĉiti promenljivi otpori. Pri pokretanju, moţe se ukljuĉiti potrebna veliĉina<br />
promenljivih otpora, da jaĉina struje ne bude veća od nominalne vrednosti. Pošto<br />
dodati otpori najĉešće sluţe samo za pokretanje motora, to se aparat sa ovim<br />
otpornicima naziva pokretaĉki otpornik ili anlaser. Pri pokretanju motora, u kola<br />
namotaja rotora ukljuĉene su maksimalne veliĉine otpora. Sa porastom broja obrta<br />
motora, oni se otpori postepeno smanjuju i na kraju sasvim iskljuĉuju. Tada je<br />
namotaj rotora kratko spojen preko kliznih prstenova.<br />
Slika 51.<br />
Regulacija brzine<br />
Pre razvoja ureĊaja energetske elektronike, bilo je teško menjati frekvenciju struje<br />
motora, što je dosta ograniĉavalo upotrebu asinhronih motora. Sada ni relativno loša<br />
momentna karakteristika ni oteţana regulacija brzine nisu više problem.<br />
Na brzinu obrtanja motora moţe se uticati:<br />
<br />
Promenom broja pari polova p (polno preklopivi motori);<br />
Promenom klizanja s:<br />
o promenom statorskog napona,<br />
o u kolu rotora dodavanjem rotorskih otpornika ili primena ureĊaja<br />
energetske elektronike,<br />
Promenom frekvencije f napona napajanja motora (frekventna regulacija).<br />
Od svih navedenih naĉina, najefikasnija je frekventna regulacija.<br />
Da bi momenat motora bio konstantan, potrebno je istovremeno menjati i napon i<br />
frekvenciju. Ovo je posebno pogodno kada je dobar odnos momenta motora i<br />
opterećenja. Ako to nije sluĉaj, korisno je primeniti frekventnu regulaciju.<br />
59
Slika 52. Dobar odnos momenta<br />
motora i opterećenja<br />
Slika 53.Loš odnos momenta<br />
motora i opterećenja<br />
Slika 54. Frekventnom regulacijom dobija se bolja momentna karakteristika<br />
u širokom spektru brzina<br />
Zahvaljujući frekventnoj regulaciji asinhroni motor je danas našao veoma veliku<br />
primenu u regulisanim elektromotornim pogonima.<br />
Za kontrolu broja obrtaja asinhrone mašine koriste se invertori. Invertor je ureĊaj koji<br />
konvertuje jednosmerni napon u naizmeniĉni, pogodan za rad motora. Osnovni<br />
elementi invertora su poluprovodniĉki prekidaĉi, koji mogu kontrolisati frekvenciju i<br />
amplitudu napona. Glavni deo su kontrolisani poluprovodnici smešteni u tri grane.<br />
Tiristorski invertori zamenjeni su tranzistorskim. Prednost tranzistora je da se oni<br />
mogu uĉiniti provodnim i neprovodnim u bilo kom trenutku, dok kod tiristora to nije<br />
moguće. Prekidaĉka frekvencija tranzistora kreće se u opsegu od 300 Hz do 15 kHz.<br />
Upravljanje poluprovodniĉkim prekidaĉima vrši se iz upravljaĉkog kola.<br />
60
Slika 55. Principijelna šema invertora<br />
Najviše korišćena tehnika za regulaciju frekvencije je impulsno-širinska modulacija<br />
PWM (Pulse Width Modulation). Pošto invertor pretvara jednosmerni napon u<br />
naizmeniĉni, pogodnim izborom perioda provoĊenja jednosmernog napona dobijaju<br />
se pravougaoni impulsi odreĊene širine i uĉestanosti. Ovom metodom je moguće<br />
regulisati i vrednost napona koji će se dovesti na motor, jer mašina zahteva<br />
konstantan obrtni moment, koji zavisi od odnosa kvadrata napona i frekvencije.<br />
Sinusoidni napon potreban za ispravan rad asinhrone mašine izdvaja se pomoću<br />
filtara..<br />
Rad sa invertorima prati pojava visokih naponskih impulsa, pa se zbog toga<br />
preporuĉuje upoteba asinhronih motora posebno izraĊenih za tu svrhu, koji imaju<br />
bolju izolaciju namotaja.<br />
61
1.3. PRENOSNICI SNAGE (transmisija)<br />
Prenosnici snage su ureĊaji koji su namenjeni da snagu, dobijenu od pogonskog<br />
motora prenesu na radni organ gonjene mašine. Oni moraju da ispune sledeće<br />
zadatke:<br />
- da regulišu obrtni moment, broj obrtaja, smer obrtaja, itd. u zavisnosti od vrste<br />
spoljašnjeg opterećenja;<br />
- da regulišu radne karakteristike (protok, napor) pumpi, kompresora, itd.<br />
- da izvrše sumiranje potrebne snage motora pri grupnom pogonu više razliĉitih<br />
ureĊaja<br />
- da obezbede miran start i zaštitu od preopterećenja pogonskog motora<br />
Kod grupnog i kod individualnog pogona prenosnici snage moraju da obezbede<br />
optimalnu distribuciju snage uz minimalne gubitke. Oni takoĊe moraju da budu:<br />
- pouzdani u radu,<br />
- laki za upravljanje, transport, odrţavanje, opsluţivanje, itd.<br />
Da bi se to postiglo najĉešće se izvode kao višecelinski agregati, prilagoĊeni<br />
potrebama pogona urĊaja za koji su namenjeni, specifiĉnostima transporta,<br />
eksploatacije i odrţavanja u teškim terenskim uslovima.<br />
Po naĉinu transformacije obrtnog momenta pogonskog sistema, sistemi prenosa<br />
mogu biti: (slika 56)<br />
- mehaniĉki<br />
- hidrauliĉni<br />
- elektriĉni<br />
62
Slika 56. UporeĊenje naĉina transformacije<br />
63
2. 1. Mehaniĉki prenos snage<br />
Mehaniĉki prenosnici su po svojoj konstrukciji najprostiji prenosnici.<br />
Postoje:<br />
1. Mehaniĉki prenosnik snage (reduktor) sa konstantnim prenosnim odnosom,<br />
2. Mehaniĉki prenosnik snage (reduktor) sa promenljivim prenosnim odnosom<br />
(menjaĉ).<br />
Pod pojmom prenosnik snage (reduktor) podrazumeva se zupĉasti ili puţni<br />
prenosnik smešten u zasebnu kućicu. Zadatak: da prenese snagu od neke<br />
motorne (izvor obrtnog momenta) na konzumnu mašinu (radni organ), uz<br />
odgovarajuću promenu obrtnog momenta.<br />
Poseduju:<br />
- visok stepen korisnog dejstva<br />
- laka je promena broja i smera obrtaja<br />
- pouzdani su u radu, itd.<br />
Nedostaci su:<br />
- ograniĉen broj gonjenih mašina, koje se mogu prikljuĉiti na ove prenosnike<br />
- nemogućnost kontinualne promene broja obrtaja, itd.<br />
Mehaniĉki prenosnici se odlikuju pouzdanim radom sa stepenom iskorišćenja 0,64-<br />
0,97 i niskim troškovima odrţavanja.<br />
Osnovni nedostatak ovih prenosnika je stepenasta promena broja obrtaja. Kako se<br />
kod mehaniĉkih prenosnika radno opterećenje, pri zadatom prenosnom odnosu,<br />
direktno prenosi na pogonski sistem svako preopterećivanje, zbog nepravilno<br />
odabranog prenosnog odnosa, dovodi do preopterećenja pogonskog sistema pa<br />
samim tim i do njegovog kraćeg radnog veka.<br />
Pravilan izbor opterećenja pogonskog sistema, saglasno opterećenju na radnom<br />
organu, zavisi od kvalifikacije posluţioca, a to ĉesto dovodi do grešaka. TakoĊe<br />
mehaniĉki prenosnici zahtevaju zastoj za promenu prenosnog odnosa što utiĉe i na<br />
vreme odvijanja pojedinih radnih operacija.<br />
Podela reduktora:<br />
- Prema tipu: sa paralelnim vratilima, sa vratilima koje se seku i sa vratilima koja<br />
se ukrštaju (mimoilaze se); posebnu grupu ĉine planetni reduktori i tzv. motorreduktori.<br />
- Prema poloţaju ulaznog i izlaznog vratila: reduktori sa paralelnim vratilima<br />
dele se na reduktore sa vratilima u horizontalnoj ravni, u vertikalnoj ravni i u<br />
nekoj kosoj ravni; kod reduktora sa vratilima koje se seku, ulazno vratilo je<br />
uglavnom u horizontalnoj ravni, a izlazno moţe biti u horizontalnoj i vertikalnoj<br />
ravni; kod reduktora sa vratilima koja se ukrštaju ulazno vratilo puţnog<br />
zavrtnja moţe biti ispod, iznad ili sa strane puţnog zupĉanika – u prva dva<br />
sluĉaja vratilo puţnog zupĉanika leţi u horizontalnoj ravni, a u trećem u<br />
vertikalnoj ravni;<br />
- Prema broju stepena prenosa: jednostepeni i višestepeni<br />
64
Konstruktivni oblici reduktora:<br />
- Reduktori sa paralelnim vratilima,<br />
- Reduktori sa vratilima koja se seku pod 90 O ,<br />
- Reduktori sa vratilima koja se ukrštaju,<br />
- Planetni reduktori.<br />
Slika 57.<br />
Osnovni parametri reduktora:<br />
- Prenosni odnos (odnos brojeva obrta ulaznog i izlaznog vratila),<br />
- MeĊuosno rastojanje (kod reduktora sa paralelnim vratilima je<br />
rastojanje osa ulaznog i izlaznog vratila; kod reduktora sa vratilima koja<br />
se seku daje se samo meĊuosno rastojanje cilindriĉnih zupĉanika; kod<br />
puţnih reduktora to je najkraće rastojanje osa puţnog zavrtnja i puţnog<br />
zupĉanika),<br />
- Snaga reduktora (nominalna snaga koja odgovara maksimalnom<br />
opterećenju, konstantnog intenziteta koje reduktor moţe trajno da<br />
prenosi),<br />
- Izbor reduktora (vrši se na osnovu nominalne snage, karaktera rada<br />
motorne i konzumne mašine, i dnevnog trajanja rada pogona.<br />
U formiranju jednog mehaniĉkog prenosnika uĉestvuje veliki broj mehaniĉkih<br />
sklopova: elastična spojnica, kardanske spojnice, pneumatičke spojnice, kaišni i<br />
lančasti prenosnici.<br />
65
Slika 58. Primeri mehaniĉke transmisije<br />
Slika 59.<br />
MEHANIĈKA TRANSMSIJA, primenjuje se kod dampera male nosivosti do 20 t.<br />
Obuhvata sledeće delove: kvaĉilo 1, koje prenosi torzioni moment u menjaĉ brzina 2,<br />
da bi ga za dalje prihvatio kardanski prenos 3 (kardansko vratilo i dva kardana),<br />
preneo do glavnog prenosa 4, smeštenog u kardanu zadnjih toĉkova i, preko<br />
diferencijala 5, na poluosovine pogonskih toĉkova 6<br />
66
1. motor<br />
2. tork konvertor<br />
3. krst kardana<br />
4. menjaĉ<br />
5. kontrolni ventil<br />
6. boĉno kvaĉilo<br />
7. koĉnica<br />
8. segmenti<br />
9. lanac sa papuĉicom<br />
10. razvod pogona pumpi (RPP)<br />
Slika 60.<br />
67
Slika 61.<br />
Slika 62.<br />
68
Slika 63.<br />
Slika 64. Reduktor pogona transportera – konusno-cilindriĉni reduktor<br />
Slika 65. Reduktor pogona transporta mašine – puţno-planetarni reduktor sa<br />
momentnom polugom<br />
69
Slika 66. Reduktor pogona radnog toĉka bagera – konusno-cilindriĉno-planetarni<br />
reduktor sa momentnom polugom<br />
Slika 67. Reduktor pogona okreta bagera – konusno-cilindriĉno-planetarni reduktor<br />
2. Hidrauliĉni prenosnici<br />
Pod hidrauliĉnim pogonom podrazumevamo mehanizme koji sluţe za prenos<br />
mehaniĉke energije i transformaciju kretanja pomoću ulja, a sastoje se od<br />
hidroprenosnika, upravljaĉkog sistema i pomoćnih ureĊaja.<br />
Slika 68. Principijelna šema hidro prenosa<br />
70
Hidrauliĉni prenosnici su sloţene mašine sa elementima koje se mogu svrstati u tri<br />
grupe:<br />
- hidrauliĉne radne mašine<br />
- hidrauliĉne motorne mašine<br />
- komponente za napajanje i upravljanje<br />
Osnovne komponente hidroprenosnika su:<br />
- pumpa,<br />
- hidromotor ili turbina i<br />
- elementi veze.<br />
Pumpa sluţi da mehaniĉku energiju preobrazi u energiju ulja, a hidromotor pak da<br />
raspoloţivu hidroenergiju preobrazi u mehaniĉku energiju izvršnog organa. Kao<br />
radni fluid, u ovim mašinama, koriste se hidrauliĉna ulja. Ulja za hidrauliĉke sisteme<br />
nisu maziva ulja, u uzem smislu reĉi, već su to ulja koja se koriste kao nosioci<br />
energije (mada obavljaju i funkciju podmazivanja). Pored podmazivanja uĉestvuju i u<br />
rashlaĊivanju i štite od korozije. Od njih se zahteva da poseduju dobra: mehaniĉka,<br />
fiziĉka i hemijska svojstva.<br />
Hidrauliĉni prenosnici se prema principu dejstva mogu podeliti na:<br />
- hidrostatiĉke<br />
- hidrodinamiĉke<br />
Osnovni zadatak ovih prenosnika je da, u radnom delu prenosnika, mehaniĉku snagu<br />
transformiše u hidrauliĉku energiju i da tako formiranu hidrauliĉku energiju ponovo<br />
transformiše u mehaniĉku snagu, u motornom delu prenosnika.<br />
Ovaj proces se moţe odvijati pri konstantnom ili pri prominljivom broju obrtaja.<br />
Prednosti ovih prenosnika su:<br />
- kompaktnost konstrukcije<br />
- mogućnost kontinualne regulacije broja obrtaja<br />
- pouzdan rad, itd.<br />
Nedostaci su:<br />
- skupa izrada<br />
- osetljivost na prljavštinu<br />
- sloţeno odrţavanje, itd.<br />
2.1. Hidrodinamiĉki prenos snage<br />
Za razliku od hidrstatiĉkih, kod hidrdinamiĉkih prenosnika energija se prenosi<br />
korišćenjem kinetiĉke energije teĉnosti pri srazmerno ne tako viskim pritiscima. Kod<br />
hidrodinamiĉkih prenosnika radni i motorni elementi su elementi turbo mašine.<br />
Hidrodinamiĉki prenosnik sastoji se iz dva kola: pumpnog i turbinskog. Pumpno kolo<br />
je vezano sa pogonskim motorom i potiskuje ulje u turbinsko kolo, a koje je pak<br />
vezano sa izlaznim vratilom hidroprenosnika.<br />
U principu, hidrodinamiĉki prenosnici funkcionišu na sledeći naĉin: jedna od<br />
centrifugalnih pumpi, pogonjena obiĉno motorom SUS, pumpa usisanu teĉnost u<br />
aparat, gde se njen smer menja, a brzina povećava za raĉun sniţenja statiĉkog<br />
pritiska. Pri ovom raste kinetiĉka energija teĉnosti u kretanju pod uticajem smanjenja<br />
energije pritiska. Struja teĉnosti udara po lopaticama turbine, usled ĉega se na<br />
vratilu ove stvara obrtni moment.<br />
71
Ovakav prenos nema ĉvrstu kinematiĉku vezu izmeĊu vratila pumpe i vratila turbine.<br />
Broj obrtaja turbine se menja automatski u zavisnosti od opterećenja na vratilu, a to<br />
znaĉi da se sa povećanjem otpora broj obrtaja turbine smanjuje, što povećava<br />
pritisak struje na lopatice i momenat torzije na turbini.<br />
Hidrodinamiĉki prenosnici se dele na dve grupe:<br />
- hidrodinamiĉki trasformatori obrtnog momenta<br />
- hidrodinamiĉke spojnice<br />
Kod hidrodinamiĉkog transformatora obrtnog momenta, pumpno kolo (2) predaje<br />
energiju turbinskom kolu (4) preko reaktivnog kola (3).<br />
Slika 69.<br />
a) Hidrodinamiĉki transformator: 2.pumpno kolo, 3.reaktivno kolo, 4.turbinsko kolo<br />
b) Hidrodinamiĉka spojnoca: 1.pumpno kolo, 2.turbinsko kolo, 3.rotirajiće kućište,<br />
4.voĊeno vratilo, 5.vodeće vratilo<br />
Hidrauliĉka transmisija obuhvata: specijalni reduktor R, povezan sa motorom M,<br />
hidrotransformator HT, menjaĉ brzina MB, kardanski prenos KP i zadnji most ZM koji<br />
obrtni moment predaje pogonskim toĉkovima<br />
Slika 70.<br />
72
Pumpno<br />
radno kolo<br />
Turbinsko<br />
radno kolo<br />
Spoljni<br />
omotaĉ<br />
Slika 71.<br />
Sa stanovišta prenosa snage i momenta princip rada hidrodinamiĉke spojnice ’deli’<br />
pogonsku grupu na primarnu stranu (motor pogoni centrifugalnu pumpu) i<br />
sekundarnu stranu (turbina pogoni mašinu). Centrifugalna pumpa ima parabolnu<br />
karakteristiku (sliĉnu ventilatoru) stoga motor uvek startuje kao da je opterećen<br />
parabolnom momentnom karakteristikom. IzmeĊu pumpe i turbine hidrodinamiĉki tok<br />
ulja prenosi energiju sa primarne strane (pumpa/pumpno kolo) na sekundarnu stranu<br />
(turbina/turbinsko kolo). Pogonjena mašina se ubrzava uz pomoć turbine prateći<br />
hidrodinamiĉku karakteristiku spojnice. Ovaj izlazni moment spojnice je jedan od<br />
kljuĉnih faktora sa pravilno startovanje traĉnih transportera.<br />
73
Mirovanje Pokretanje Stacionarni rad<br />
Slika 72.<br />
Specijalno razvijeni tip spojnice kao što je TVVS koji omogućava meki start<br />
transportera i ima povećan termiĉki kapacitet koristi se u pogonskim grupama<br />
dugaĉkih horizontalnih transportera. Spojnica sa promenljivim punjenjem tipa TPKL<br />
sa novom samodrţećom konstrukcijom mogu da startuju izuzetno dugaĉke<br />
transportere, obezbede vremenski dugaĉak start i ĉesto ponavljanje startovanja<br />
transportera. Ovakav profil obezbeĊuje konstantan/kontinuiran moment startovanja<br />
transportera i rezultuje pouzdanim ubrzavanjem bez dinamiĉkih vibracija u<br />
transporteru.<br />
Slika 73.<br />
74
Slika 74.<br />
Ţuta kriva – spojnica bez pretkomore<br />
Tamno plava kriva – spojnica sa pretkomorom manje zapremine<br />
Svetlo plava kriva –spojnica sa pretkomorom veće zapremine<br />
Crvena kriva-spojnica sa dve pretkomore<br />
Prednosti hidrodinamickih spojnica<br />
• lagano ubrzanje velikih masa,<br />
• omogućena primena elektromotora sa kratkospojenim rotorom,<br />
• motor se rasterećen startuje do visokih obrtaja,<br />
• nije potrebno predimenzionisati elektromotor,<br />
• ograniĉen polazni moment,<br />
• veoma dobro prigušenje torzionih udara i oscilacija,<br />
• zaštita pogonskog sistema od preopterećenja,<br />
• izravnavanje opterećenja kod višemotornog pogona.<br />
Spojnicu je najbolje ugraditi u pogonsku grupu preko spoljnjeg radnog kola. Kada je<br />
motor povezan za spoljne delove spojnice obezbeĊuje se optimalno funkcionisanje<br />
spojnice i lako odrţavanje tj. lako proveravanje koliĉine radnog fluida korišćenjem<br />
staklenog ĉepa bez otvaranja spojnice (bez alata).<br />
U prošlosti se spojnica vrlo ĉesto montirala na vratilo reduktora a elastiĉna spojnica<br />
izmeĊu hidrodinamiĉne spojnice i motora. Revitalizacija pogonske grupe zahteva<br />
fleksibilnu konstrukciju elastiĉne spojnice koja se sastoji od standardnih komponent.<br />
75
Slika 75.<br />
Hidrauliĉka transmisija obuhvata: specijalni reduktor R, povezan sa motorom M,<br />
hidrotransformator HT, menjaĉ brzina MB, kardanski prenos KP i zadnji most ZM koji<br />
obrtni moment predaje pogonskim toĉkovima<br />
2.2. Hidrostatiĉki prenos snage<br />
Slika 76.<br />
Hidrostatiĉki prenosnici (prenosnici zapreminskog dejstva) sastoje se od pumpe i<br />
motora. Pumpa energiju, koju dobija od pogonskog motora, transformiše u<br />
hidrauliĉku energiju. Hidromotor, hidrauliĉku energiju transformiše u mehaniĉku<br />
(obrtni momenat) energiju, koja se preko izlaznog vratila prenosi na radni organ<br />
gonjene mašine. Hidrostatiĉki prenosnici se izraĊuju za snage do 2200 kW, sa<br />
brojem obrtaja do 3500 o/min. Mogu biti regulisani ili neregulisani.<br />
Kada se izraĊuju kao regulisani prenosnici, taĉnost regulacije je oko 5%, mogu biti:<br />
- prenosnici sa regulacijom koliĉine teĉnosti koja dolazi u hidromotor,<br />
radna zapremina hidromotora je konstantna<br />
- prenosnici sa regulacijom radne zapremine hidromotora.<br />
Hidrostatiĉki prenosnici se koriste na svim onim mestima gde je potrebno realizovati<br />
veliki obrtni moment uz male gabarite pogonskog ureĊaja kao i na svim onim<br />
mestima gde se javlja potreba za promenom broja obrtaja u opsegu do 40:1, kod<br />
pumpe, odnosno 4:1, kod motora.<br />
76
Slika 77.<br />
Pumpa (jedna ili nekoliko njih), koja dobija pogon od motora, potiskuje pod pritiskom<br />
teĉnost kroz cevovode u hidrauliĉni motor. Zahvaljujući praktiĉnoj nestišljivosti<br />
teĉnosti pri ovome se uspostavlja ĉvrsta kinematiĉka veza izmeĊu hidrauliĉnog<br />
motora i pumpe.<br />
Hidrostatiĉki prenosnici prema karakteru kretanja dele se na hidroprenosnike sa:<br />
obrtnim kretanjem, translatornim kretanjem i oscilatorno obrtnim odnosno oscilatorno<br />
translatornim kretanjem. U prvom sluĉaju kretanje izvodi hidromotor, a u drugom i<br />
trećem hidrocilindar. Zavisno od naĉina povezivanja osnovnih agregata razlikuju se<br />
hidrostatiĉki prenosnici otvorenog i zatvorenog tipa.<br />
Slika 78. Principijelna šema hidrostatiĉke transmisije:<br />
a)otvorenog tipa, b)zatvorenog tipa<br />
77
Kod hidrauliĉnih transmisija otvorenog tipa (sl.a) pri obrtanju vratila pumpe teĉnost iz<br />
rezervoara 10 kroz filter 4 se usisava u pumpu 1 i potiskuje kroz razvodnik 3 u<br />
hidrauliĉni motor 2. IzraĊena teĉnost kroz cevovod 8 se vraća nazad u rezervoar. Za<br />
vreme rada nastaju neizbeţni gubici teĉnosti kroz zazore izmeĊu tarnih površina<br />
radnih elemenata pumpe i hidrauliĉnih motora. Za odvod ove teĉnosti u rezervoar<br />
predviĊeni su drenaţni cevovodi 9.<br />
Slika 79. UporeĊenje hidrodinamiĉkog i hidrostatiĉkog sistema<br />
3. Elektriĉni prenos snage<br />
Elektriĉni prenos spada u grupu progresivnih sistema i danas je sve više<br />
rasprostranjen i to izraĊen po šemi:<br />
dizel-motor tegljaĉa – generator - elektromotori.<br />
Dizel-elektriĉni pogon ima preimućstva, koja omogućuju da se instalisana snaga<br />
motora racionalno koristi praktiĉno u svim reţimima rada. Nedostatak ove vrste<br />
prenosa snage je dosta visoka cena agregata i relativno velika njihova masa.<br />
Specifiĉna masa iznosi 20-27 kg/kW, što je za skoro 5 puta više od analognog<br />
pokazatelja za mehaniĉki sistem prenosa snage. Nedostatak je takoĊe i relativno<br />
nizak (ne veći od 0,75) ukupni koeficijent korisnog dejstva.<br />
Primena elektriĉnih agregata omogućuje unifikaciju prenosnika, koja se moţe ugraditi<br />
na razliĉite mašine iste snage. U najvećoj meri ovakvoj nameni odgovara dizel–<br />
elektriĉni sistem sa elektomotornim toĉkovima. Kućište elektromotora svakog<br />
motornog toĉka predstavlja noseći elemenat pomoću koga je motorni toĉak sjedinjen<br />
sa ramom tegljaĉa.<br />
U konstrukcijama motor-toĉak, po pravilu, se primenjuju elektriĉni motori<br />
jednosmerne struje, koji omogućavaju da se realizuje veliki obrtni momenat pri<br />
regulisanju brzine u širokom dijapazonu.<br />
78
Slika 80. Presek motornog toĉka<br />
Regulisanje brzine kretanja se postiţe:<br />
- izmenom polja elektromotora posredstvom uvoĊenja dopunskih otpora<br />
u namotaje pobude, pri ĉemu slabljenje polja izaziva povećanje brzine<br />
obrtanja elektriĉnog motora<br />
- ostvarivanjem razliĉitih šema meĊusobnih spajanja elektriĉnih motora<br />
motornih toĉkova (rednog, otoĉnog i sloţenog)<br />
- promenom napona generatora (i frekvencoje generatora u sistemima<br />
naizmeniĉne struje) promenom brzine obrtanja motora<br />
ELEKTRO-MEHANIĈKA TRANSMISIJA sastoji se od dizel motora s unutrašnjim<br />
sagorevanjem M, koji pokreće elektrogenerator G, vuĉnih elektromotora EM,<br />
aparature za upravljanje AU.<br />
Slika 81.<br />
• U zavisnosti od mesta postavljanja motora moguće su dve šeme:<br />
– vuĉni elektromotori postavljeni u toĉkovima vozila, u takozvanom<br />
motorizovanom toĉku, pa svaki toĉak pokreće se samostalno i<br />
– vuĉni elektromotor smešten u karteru zadnjeg mosta od kojeg se<br />
torzioni moment do pogonskih toĉkova prenosi višestepenim zupĉastim<br />
prenosom,grupno pokretanje, te se kod dampera reĊe primenjuje.<br />
Elektropogon moţe pokretati jednosmerna ili naizmeniĉna struja, kao i njihova<br />
79
kombinacija. Vrsta struje u velikom stepenu odreĊuje kakakteristike elektroopreme i<br />
vozila.<br />
Glavni element elektro-mehaniĉke transmisije je motorizovani toĉak, koji obuhvata:<br />
elektromotor, smešten u rukavcu toĉka, i planetarni reduktor - preko koga se prenosi<br />
torzioni moment od elekromotora na toĉak. Radi bolje dostupnosti unutrašnjim<br />
sklopovima motorizovanog toĉka, sa ciljem jednostavnijeg i brţeg pregleda i remonta<br />
kao i brţeg hlaĊenja - nastoji se izneti van rukavca što više delova elektro-mehaniĉke<br />
transmisije.<br />
Slika 82.<br />
• Elektro transmisija jednosmeme struje je najjednostavnija jer su motori sa<br />
generatorom direktno povezani, pa se regulisanje elektropogona ostvaruje<br />
promenom pobudne struje generatora i elektromotora. Pošto snaga<br />
pobuĊivanja iznosi svega 1 do 2,5% od nominalne snage elektriĉne mašine -<br />
gubici struje u ureĊajima za pobuĊivanje su beznaĉajni.<br />
• Elektropogon jednosmerne struje ima veliku primenu zbog visokog stepena<br />
sigurnosti i proste regulacije vuĉne sile i brzine promenom intenziteta<br />
pobuĊivanja generatora i elektromotora. MeĊutim, relativno velike dimenzije<br />
elektro mašina i njihova masa podstiĉu nova istraţivanja za otklanjanje ovih<br />
nedostataka kao i radi zatnene sa pogodnijim pogonom<br />
Obrtni momenat, koji razvija pogonski motor tegljaĉa, transformiše se i prenosipredaje<br />
pogonskim toĉkovima odnosno pogonskom mehanizmu gusenica putem niza<br />
agregata koji se nazivaju transmisija.. Prisustvo transmisije kod tegljaĉa i uopšte kod<br />
mašina neophodno je radi pretvaranja-transfomacije brzine i obrtnog momenta<br />
motora u većem opsegu, kao i radi neophodnih promena u reţimu rada mašine.<br />
Mogućnost samoga motora da transformiše brzinu i obrtni momenat je mala i<br />
ocenjuje se koeficijentima prilagodjavanja. MeĊutim, specifiĉnost rada samohodnih<br />
mašina za otkopavanje i transport otkopanog materijala zahteva transformaciju<br />
brzina i obrtnog momenta u veoma širokom dijapazonu. Kod savremenih mašina ovaj<br />
dijapazon neophodnog regulisanja iznosi 60-80, što pokazuje postojano regulisanje<br />
brzina - pri odgovarajućoj vuĉnoj sili - od 0,5 do 40 km/h.<br />
80
Slika 83. Strukturne šeme elektro transmisija:<br />
a) jednosmerna, b) jednosmerno-naizmeniĉna i c) naizmeniĉna struja: D - dizei<br />
motor, G -generator, PI - poluprovodniĉki ispravljaĉ, EM - elektromotor, TTF -<br />
tiristorski transformator frekvencije struje, R - reduktor, T - loĉak<br />
Takav opseg regulisanja se ne moţe da obezbedi pri neprekidnom prenosnom<br />
odnosu, te radi toga u zadatak transmisije spada i promena prenosnih odnosa od<br />
pogonskog motora ka pogonskim toĉkovima. Kod većine savremenih transmisija<br />
takva promena prenosnog odnosa se ostvaruje stepenasto. Teškoće komponovanja<br />
se povećavaju usled neophodnog razmeštaja razliĉitih radnih ureĊaja, te radi toga<br />
svaki od agregata transmisije treba da poseduje minimalnu masu i gabarite, ĉime se<br />
olakšava komponovanjie transmisije. Pored toga, na sastav transmisije odraţava se i<br />
konstrukcija veza izmeĊu pojedinih agregata transmisije. Transmisije, kod kojih su<br />
agregati meĊusobno povezani gipkim-elastiĉnim vezama (hidro-transmisije i<br />
elektriĉne transmisije), pruţaju veću mogućnost za komponovanje u poreĊenju sa<br />
mehaniĉkim i hidromehaniĉkim prenosima, gde se veza izmeĊu agregata ostvaruje<br />
kardanskim vratilima, reduktorima i t.sl.<br />
Mašine za kopanje i transport otkopanog materijala na površinskim otkopima rade u<br />
teškim klimatskim i terenskim uslovima, te su stoga i zahtevi u pogledu pouzdanosti,<br />
sigurnosti, kvaliteta, izdrţljivosti itd. mnogo oštriji nego kod drugih sliĉnih mašina.<br />
Pouzdanost transmisije zavisi od pouzdanosti agregata koji ĉine transmisiju pre<br />
svega u pogledu na neravnomernost opterećenja koja se javljaju. Dinamiĉka<br />
opterećenja su proporcionalna kvadratu brzine obrtanja elemenata transmisije, te se<br />
stoga sa povećanjem brzohodnosti transmisije njena pouzdanost smanjuje.<br />
Snaga motora kod mašina za kopanje i transport otkopanog materijala se<br />
istovremeno troši kod većeg broja potrošaĉa. Naime, ove mašine poseduju nekoliko<br />
pogonskih osovina, zatim mehanizme za upravljanje radnim organom itd. Radi toga,<br />
transmisije ovakvih mašina treba da obezbede uzimanje snage za pogon razliĉitih<br />
mehanizama.<br />
Po naĉinu transformacije obrtnog momenta motora, transmisije mogu biti mehaniĉke,<br />
hidrodinamiĉke i hidrostatiĉke. Po karakteru promena prenosnog broja transmisije<br />
mogu biti stepenaste ili bezstepenaste. Najviše su rasprostranje ne mehaniĉke<br />
transmisije, koje se sastoje iz glavne spojnice ili kvaĉila, menjaĉa stepena prenosa,<br />
prenosnih vratila i glavnog prenosnika, diferencijala i poluosovina.<br />
81
• Elektro-mehaniĉka transmisija ima veliku primenu kod vozila nosivosti iznad<br />
60 t. Ona omogućava tri moguće izvedbe vozila:<br />
– dizel elektriĉna, kod kojih dizel motor pokreće generator,<br />
– dizel trolna vozila, vozila na kombinovani pogon koja bi po stalnim<br />
putevima koristila struju iz kontaktne mreţe i<br />
– elektriĉna vozila koja bi pokretali elektromotori napajani samo iz<br />
kontaktne mreţe.<br />
Slika 84.<br />
82
3. Transportni ureĊaji na rudarskim mašinama<br />
Na rudarskim mašinama primenjuju se sledeći tipovi transportnih ureĊaja:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
UreĊaji za kretanje na pneumaticima,<br />
UreĊaji za kretanje na gusenicama,<br />
UreĊaji za kretanje po šinama,<br />
Koraĉajući ureĊaj za kretanje,<br />
Kombinovani ureĊaji za kretanje.<br />
Koja će vrsta transportnog ureĊaja biti primenjena zavisi od velikog broja uticajnih<br />
faktora (namena mašine, radna sredina, prohodnost, potrebna brzina i dr). U<br />
narednoj tabeli prikazane su osnovne prednosti i nedostaci transportnih ureĊaja na<br />
primeru bagera.<br />
Vrsta<br />
transportnog<br />
sredstva<br />
Guseniĉari<br />
Koraĉajući<br />
Transportni<br />
ureĊaji na<br />
pneumaticima<br />
Prednosti<br />
Dovoljan brzina kretanja; univerzalnost;<br />
dovoljna manevarska sposobnost i<br />
visoka prohodnost; mogućnost savladavanja<br />
velikih uspona (do 23%);<br />
odliĉna stabilnost.<br />
Relativno mala masa (10-20% od<br />
ukupne mase mašine); visoka manevarska<br />
sposobnost; mogućnost ostvarivanja<br />
niskih specifiĉnih pritisaka na<br />
tlo; jednostavna konstrukcija; visoka<br />
stabilnost mašine u radu.<br />
Velika brzina kretanja (i do 50 km/h);<br />
relativno ne tako velika teţina; visoke<br />
manevarske sposobnosti; mali otpor<br />
pri kretanju; jednostavnost<br />
konstrukcije.<br />
Nedostaci<br />
Velika masa (od 40-60% ukljuĉujući i donji ram<br />
od ukupne mašine); znatnije kolebanje srednjih<br />
specifiĉnih pritisaka na tlo (za 6-12 puta za<br />
dvoguseniĉare i 3-4 za višeguseniĉne mašine);<br />
nuţnost velike vuĉne sile, koja dostiţe 30-40%<br />
sile teţine bagera; sloţenost ureĊaja i brzo<br />
habanje elemenata; sloţeno okretanje mašine.<br />
Mala brzina i cikliĉnost premeštanja;<br />
neophodno podizanje bagera pri koraĉanju;<br />
srazmerno velika potrebna vuĉna sila, koja<br />
dostiţe 25-30% od sile teţine bagera.<br />
Brzo habanje guma; visoka cena guma, koja<br />
dostiţe i do 20-40% od ukupne cene mašine;<br />
relativno visok specifiĉni pritisak na tlo.<br />
Najĉešća oblast<br />
primene<br />
Kod svih bagera,<br />
koji ne zahtevaju<br />
veća i ĉešća premeštanja<br />
– transport sa<br />
većim brzinama<br />
Kod bagera dreglajna<br />
i odlagaĉa koji<br />
rade na slabo nosećim<br />
terenima<br />
Mašine za kopanje i<br />
transport otkopanog<br />
materijala, mali<br />
bageri kao pomoćne<br />
mašine na površinskim<br />
kopovima<br />
3.1 . UreĊaji za kretanje na pneumaticima<br />
Mehanizam za kretanje transportnog ureĊaja na pneumaticima sluţi za pretvaranje<br />
obrtnog momenta na pogonskim toĉkovima u vuĉnu silu i predstavlja kombinaciju<br />
elemenata koji imaju direktno ili indirektno uĉešće u meĊusobnom delovanju<br />
transportnog ureĊaja sa putem.<br />
Transportni ureĊaji na pneumaticima ĉine toĉkovi, osovine, noseći ram i vešanje.<br />
Pneumatici se oslanjaju na tlo, nose odnosno pridrţavaju most i osovine na kojima se<br />
preko vešanja oslanja noseći ram transportnog ureĊaja sa agregatima pogona,<br />
upravljanja i radnog ureĊaja.<br />
Transportni ureĊaj na pneumaticima treba da obezbedi sigurnu atheziju toĉkova sa<br />
putem, ostvarivanje što je moguće manjih otpora pri kotrljanju toĉkova za vreme<br />
kretanja, ublaţenje udara od neravnina na putu i neophodnu ravnomernost u<br />
kretanju.<br />
83
Slika 85.<br />
Kod modernih tegljaĉa najĉešće su svi toĉkovi pogonski, mada se pri kretanju po<br />
dobrom terenu neki toĉkovi iskljuĉuju od transmisije odnosno prevode u gonjene.<br />
Toĉkovi prenose opterećenje od mase tegljaĉa na put i sastoje se iz spoljnjeg –<br />
elastiĉnog i unutrašnjeg ĉvrstog dela. Elastiĉni deo toĉka-pneumatik ili guma vrši<br />
svoj rad u uslovima neposrednog i uzajamnog dejstva sa putem<br />
Od konstrukcije pneumatika zavisi prohodnost, dinamika vuĉe, stabilnost i<br />
ekonomiĉnost transportnih ureĊaja na pneumatici. Pneumatik po pravilu ĉini spoljna i<br />
unutrašnja guma.<br />
Spoljna guma ima karkas (jezgro), koji se sastoji od nekoliko slojeva ispletene korde<br />
(uţeta) debljine od 1-1,5 mm ĉije niti imaju preĉnik od 0,6-0,8 mm. Broj slojeva korde<br />
kod guma transportnog ureĊaja se kreće izmeĊu 8-28, zavisno od kvaliteta<br />
pneumatika koji se zahteva. Kao materijali za niti korde upotrebljavaju se pamuĉne<br />
tkanine, viskoza, sintetiĉki poliamidni materijali (najlon, perlon, kapron, terilen itd.). U<br />
poslednje vreme se za kordu upotrebljava ĉeliĉno uţe - ĉeliĉna korda. Jezgro iz<br />
korde je zaštićeno<br />
protektorom iz gume.<br />
Protektor se sastoji iz reljefnog dela, šare i zaštitnog dela brejkera. Zaštitni deo<br />
(brejker) je debljine 3-7 mm i sastoji se iz razreĊene korde obloţene slojem gume.<br />
1<br />
Slika 86. 1) karkas; 2) korda; 3) brejker; 4) zidovi gume; 5) protektor;<br />
6) unutrašnji zaštitnik;<br />
84
Postoje dve osnovne vrste guma:<br />
- dijagonalne gume sa ukrštenim slojevima<br />
- radijalne gume sa uporedno sloţenim slojevima<br />
Osnovne karakteristike guma :<br />
- dijagonalne gume - slaba lepljivost za gornji sloj puta, bolja otpornost na<br />
preopterećenja<br />
- radijalne gume - osetljive na preopterećenja, manji otpor kotrljanja<br />
Izbor guma zavisi od:<br />
1. vrste mašina i vrste voznog sistema - veliĉine vertikalnih opterećenja, sluĉajevi<br />
pogonskih ili nepogonskih osovina;<br />
2. konstrukcije mašina - toĉkovi po jedan (dupli) sistem za pomeranje (razni tragovi<br />
prolaza pojedinih toĉkova), uslovi skretanja (sa diferencijalom ili bez), zahtevi u<br />
oblasti prolaznosti, uslovi poljoprivrednih mašina, graĊevinskih, vojnih vozila,<br />
pravolinijska voţnja (otpornost na boĉne sile), zahtevi koji se odnose na osiguranje<br />
od naglog gubitka pritiska u gumama (automobil, traktor, avion u aspektu poletanja<br />
i prizemljenja);<br />
3. uslova rada - voţnja na mekim i tvrdim podlogama, brzina voţnje, godišnje doba,<br />
zahtevi u oblasti samoĉišćenja spoljne strane gume;<br />
4. vrste rada - transportno sredstvo, brzina voţnje;<br />
5. vrste podloga - u oblasti mekih podloga: pesak, zemljište razliĉite vlaţnosti,<br />
podvodni tereni, podloge pokrivene slojem rastinja (npr. strnjike). U oblasti tvrdih<br />
podologa: putne površine, podloge sa stenama (kamenolomi)<br />
6. vrste vešanja - sa krutim ili amortizacionim sistemom.<br />
U proizvodnji pneumatika savremene konstrukcije koriste se gumene mešavine sa<br />
velikom otpornošću na brisanje, zamaranje i starenje. Izdrţljivost pneumatika definiše<br />
pokazatelj PR (ply rating) koji odreĊuje broj uloţaka, opterećenje i pritisak vazduha.<br />
Kod vuĉnih mašina za zemljane radove parametar pneumatika PR kreće se u<br />
granicama od 6-28.<br />
Uticaj pritiska vazduha u gumi (p0) protektora i podloge predstavljen je na donjoj slici.<br />
Razmak isturenih grba donje strane (protektora) naznaĉen na slici proizilazi iz uslova<br />
rada gume. Tu se pojavljuju suprotni aspekti pri voţnji na krutoj i deformisanoj<br />
podlozi.<br />
Kod deformisane podloge rastojanje isturenih grba treba da bude relativno veliko.<br />
Tada svaka grba u zoni dodira deluje kao mikrozid.<br />
NOSEĆI RAM<br />
Noseći ram tegljaĉa sa pneumaticima ĉine obiĉno dve poduţne grede pravougaonog<br />
ili koritastog preseka.<br />
Grede su ĉvrsto meĊusobno spojene popreĉnim gredama, ĉiji je oblik i razmeštaj<br />
uĉinjen tako da se na njih mogu razmestiti i uĉvrstiti pojedini agregati tegljaĉa.<br />
Na krajevima rama se priĉvršćuju odbojnici odnosno branici, koji primaju na sebe<br />
udare pri sudaru sa preprekama i time štite od oštećenja pojedine delove karoserije.<br />
85
Ram tegljaĉa,obzirom daje izloţen mnogim naprezanjima (teţinskim, torzionim,<br />
udarnim) zbog rada tegljaĉa po pravilu u teškim radnim uslovima, treba da ispuni<br />
mnoge zahteve, kao što su:<br />
- da omogući udoban i po mogućnosti što niţi razmeštaj agregata;<br />
- da je dovoljno ĉvrst, da bi pomicanje agregata u odnosu jedan na drugi bilo<br />
što je moguće manje odnosno neznatno i u isto vreme da je na pojedinim<br />
mestima elastiĉan tj. da ne izaziva naprezanja;<br />
- da je jednostavan i lak itd.<br />
Za pojedine vrste tegljaĉa,zavisno od konstrukcije i namene, ram moţe biti izveden iz<br />
dva ili tri dela, koji je meĊusobno šamirno spojeni.<br />
Slika 87.<br />
PRIMER.<br />
NOSEĆI RAM DAMPERA. Sluţi kao osnova i nosi na sebi sve delove dampera.<br />
Sastoji se od dva poduţna ĉeliĉna nosaĉa, razliĉitih popreĉnih profila i visine u<br />
zavisnosti od veliĉine oplerećenja, meĊusobno povezanih zavarivanjem sa 2, 4 ili 6<br />
popreĉnih nosaĉa - koji mu daju ĉvrstinu i sluţe za uĉvršćivanje cilindara, ureĊaja za<br />
vesanje, mehanizma za izdizanje sanduka i tegljenje. Noseći ram izloţen je vrlo<br />
promenljivim i velikim udarima pri utovaru sa ekskavatorima, pa se njegovoj<br />
konstrukciji, izradi i otpornosti na savijanje i torziju - posvećuje posebna paţnja.<br />
VEŠANJE<br />
Vešanje tegljaĉa sa pneumaticima se izvodi elastiĉno tj. ram tegljaĉa se postavlja na<br />
mostove i osovine elastiĉno, a u svrhu da se obezbedi što mirniji rad svih agregata<br />
tegljaĉa pri njegovom kretanju.<br />
Elementi vešanja ili oslonci obezbedjuju mogućnost relativnog pomeranja toĉkova u<br />
odnosu na ram tegljaĉa. Kada toĉkovi dobiju udare od neravnina na putu elastiĉni<br />
86
deo vešanja, postavljen izmeĊu mostova i rama, apsorbuje energiju udara odnosno<br />
veći deo energije pretvara u rad deformacije elastiĉnog dela vešanja. Pored toga<br />
elastiĉno vešanje obezbeĊuje prenos vuĉnih i torzionih sila i takoĊe prigušivanje<br />
nastalih oscilacija ili njihovo dovodjenje u ţeljene razmere.<br />
Vešanje deli ukupnu masu tegljaĉa na dva dela: ogibljeni deo koji se oslanja na<br />
elastiĉnu osnovu (vešanje) i neogibljeni, koji se oslanja na tlo odnosno put. Što je<br />
manji odnos neogibljene mase prema ogibljenoj, time je veća ravnomemost odnosno<br />
mirnoća kretanja vozila.<br />
Vešanje moţe biti kruto i elastiĉno. Kruto vešanje ima samo usmeravajuće ureĊaje, a<br />
ulogu elastiĉnih elemenata vrše sami pneumatici. Ovaj naĉin vešanja, zbog mnogih<br />
nedostataka, nije u široj upotrebi. Elastiĉna vešanja se klasificiraju po dva osonovna<br />
obeleţja: kinematiĉkim šemama i po tipu elastiĉnih elemenata.<br />
Konstruktivne šeme vešanja<br />
Slika 88. a) balansirajuća; b) zavisna; c) nezavisna bez polug; d) nezavisna sa<br />
jednom polugom; e) nezavisna sa dve poluge; f) nezavisna sa poduţnim polugama<br />
Po tipu elastiĉnih elemenata vešanja mogu biti:<br />
1. sa lisnastim oprugama,<br />
2. sa spiralnim oprugama,<br />
3. torziona,<br />
4. sa gumenim elastiĉnim elementom,<br />
5. sa pneumatskim, hidrauliĉnim ili hidro-pneumatskim gibnjevima.<br />
87
Danas su najrasprostranjeniji hidrauliĉni amortizeri, kod kojih se koristi otpor<br />
(unutrašnje trenje) viskozne teĉnosti, koja prolazi kroz kalibrirani otvor ograniĉenog<br />
preseka, zazor ili prigušeni ventil. Kao radna teĉnost se koristi mineralno ulje.<br />
Hidrauliĉni amortizeri se klasificiraju po naĉinu dejstva i po konstrukciji.<br />
Po naĉinu dejstva hidrauliĉni amortizeri mogu biti jednostrani i dvostrani.<br />
PRIMER.<br />
UREDAJI ZA VEŠANJE DAMPERA.<br />
• Obuhvataju sistem amortizacionih ureĊaja koji povezuju poluosovine sa<br />
nosećim ramom. Oni ublaţavaju dejstva velikih statiĉkih opterećenja na<br />
osovine, naroĉito pri utovaru, i dinamiĉkih udara na delove dampera<br />
postavljene na ramu. Pomoću pneumo-hidrauliĉkog vešanja prednja i zadnja<br />
osovina su elastiĉno obešene o ram. Ovaj naĉin vešanja ima veoma dobru<br />
amortizacionu karakteristiku pri razliĉitim stepenima opterećenja dampera.<br />
Pneumatski cilindar nalazi se u zajedniĉkom sklopu sa hidrauliĉkim cilindrom,<br />
koji se naziva pneumo-hidrauliĉki cilindar, u kojem ulogu amortizatora ima<br />
komprimirani vazduh, a ulogu radnog elementa ulje.<br />
• Prednja osovina veša se sa dva cilindra, a zadnja sa dva ili ĉetiri u zavisnosti<br />
od nosivosti dampera. Prednji i zadnji cilindri imaju razliĉite duţine.<br />
• Osovine dampera izloţene su velikim i promenljivim opterećenjima. Pri<br />
utovaru priraštaj opterećenja na prednje ureĊaje za vešanje povećava se 1.3,<br />
a na zadnje, ĉak 3 puta. Dinamiĉko dejstvo od puta uvećava opterećenje 2.5 -<br />
3 puta. Radi ublaţavanja udara, obezbeĊenja ravnomemosti hoda<br />
prigušivanjem oscilacija i stabilnosti pri kretanju, u razliĉitim reţimima, ureĊaji<br />
za vešanje treba da imaju promenljivu krutost -manju pri praznom sanduku i<br />
veću pri kretanju punog sanduka.<br />
PREDNJI MOST vozila prihvata odreĊeni deo opterećenja i preko elastiĉnog vešanja<br />
prenosi ga na prednje toĉkove. Toĉkovi se postavljaju pod izvesnim uglom prema<br />
vertikali zbog konveksnog popreĉnog profila puta. Imaju i konvergenciju, tj. manje<br />
rastojanje izmeĊu prednjih delova u odnosu na zadnje, jer teţe da se kotrljaju po<br />
divergentnim lukovima u stranu od kamiona - zbog dejstva momenata sila<br />
tangencijalne reakcije koji nastoje da zaokrenu vozilo<br />
Slika 89.<br />
88
ZADNJI MOST prima najveći deo opterećenja. On predstavlja šuplju gredu u kojoj su<br />
smešteni glavni prenos, diferencijal i pogon za pogonske toĉkove<br />
Slika 90. Zadnji most dampera na PK ’’Veliki Krivelj’’ – Bor<br />
3.2 . UreĊaji za kretanje na gusenicama,<br />
Guseniĉni transportni ureĊaj se odlikuje relativno malim specifiĉnim pritiskom na<br />
oslonu površinu. Primenjuju se za uslove kretanja po bespuću, mekoj podlozi i<br />
nasutim putevima. Brzine kretanja mašina na guseniĉnom transportnom ureĊaju se<br />
kreću od 10 do 15 km/h, za manje mašine i do 6-10 m/min za veće mašine.<br />
Slika 91.<br />
89
Specifiĉni pritisak na tlo mašina sa guseniĉnim transportnim ureĊajem znatno je niţi<br />
nego kod mašina na pneumaticima, jer je oslona površina gusenica na tlo znatno<br />
veća i ako je po pravilu masa guseniĉnih mašina iste snage daleko veća nego kod<br />
mašina na pneumaticima iste snage. Mašine na guseniĉnom transportnom ureĊaju<br />
imaju sledeće prednosti (uglavnom kod manjih mašina):<br />
- bolju i veću prohodnost i bolje manevarske sposobnosti na slabo nosivom tlu,<br />
- lako se kreću pod opterećenjem,<br />
- imaju mali specifiĉni pritisak na tlo ĉija vrednost iznosi 6 9 N/cm2, a zuzetno<br />
moţe biti i manja 5 N/cm2,<br />
- mogu da se kreću i u sluĉaju kada su im gusenice utonule u tlo i do 40% od<br />
- svoje visine,<br />
- mogu da savlaĊuju relativno velike uspone i padove ĉak i do 40 %,<br />
- imaju veću stabilnost u odnosu na mašine sa pneumaticima.<br />
Mašine na gusenicama odlikuju se boljom i većom prohodnošću po lošim podlogama<br />
i to zbog veće athezione teţine. Naime, veća sila athezije pruţa mogućnost da se<br />
realizuje znatno veća vuĉna sila, koju moţe da ostvari mašina na osnovu ugraĊenog<br />
agregata snage.<br />
Širina i duţina gusenica je razliĉita, a odreĊuje se u zavisnosti od instalisane snage,<br />
vrste i namene mašine i nosivosti tla na kojem mašina treba da radi. U slabo nosivom<br />
ili blatnjavom tlu, koriste se mašine sa širokim gusenicama, dok se za rad mašina po<br />
ĉvrstoj podlozi po pravilu koriste uţe gusenice.<br />
Pored niza prednosti guseniĉni transportni ureĊaji imaju i odreĊene nedostatke:<br />
- sloţenu konstrukciju, veliku masu u odnosu na ukupnu masu mašine i visoku<br />
nabavnu vrednost,<br />
- srazmemo malu brzinu kretanja,<br />
- visoke troškove odrţavanja zbog velikog habanja i ĉestih zamena delova,<br />
relativno nizak ukupni koeficijent korisnog dejstva zbog povećanog trenja<br />
prilikom kretanja,<br />
- veliki odnos mase guseniĉnog ureĊaja prema masi cele mašine (kreće se u<br />
odnosu 0.4 0.45), za sluĉaj ukazane potrebe za promenu lokacije rada na<br />
veća rastojanja mašina se prevozi drugim pogodnim transportnim sredstvom,<br />
ili se prethodno, zavisno od svojih gabaritnih dimenzija, mašina demontira i u<br />
sklopovima prevozi,<br />
- pri kretanju po savremenim putevima svojim gusenicama ove mašine nanose<br />
oštećenja, te se vršiti protekcija guseniĉnih ĉlanaka specifiĉnim zaštitinim<br />
elemetima od tvrde gume, drveta i sl. kako bi se saĉuvao kolovoz od velikih<br />
oštećenja.<br />
Transportni ureĊaji na gusenicama primenjuju se uglavnom u teškim terenskim<br />
uslovima (glinasta podloga sa znatnom vlaţnošću). Mehanizam za kretanje<br />
transportnog ureĊaja na gusenicama sluţi za nošenje rama, pretvaranje obrtnog<br />
kretanja kolenastog vratila motora i delova transmisije u translatorno kretanje<br />
transportnog ureĊaja i pretvaranje obrtnog momenta koji se dovodi pogonskim<br />
toĉkovima u vuĉnu silu, neophodnu za translatomo kretanje transportnog ureĊaja<br />
vuĉu radnog ureĊaja.<br />
90
Guseniĉni sistem ĉini sklop: gusenica, pogonski i vodeći toĉkovi, noseća i potpoma<br />
rolna i mehanizam za regulisanje zatezanja gusenice. Razlikujemo guseniĉni ravni,<br />
kosi i trouglasti sistem. Kod vuĉnih (traktorskih) mašina najĉešće se primenjuje<br />
guseniĉni ravni sistem. Gusenica se stavlja u pogon obrtanjem zupĉastog toĉka sa<br />
zubima prilagodjenim preĉniku ĉaura karika ili isturenih bregova gusenice.<br />
Slika 92.<br />
Guseniĉni sistem:<br />
a) ravni<br />
b) kosi<br />
c) trouglasti<br />
1) guseniĉni lanac, 2) pogonski toĉak, 3) vodeći toĉak, 4) noseći toĉak, 5)<br />
potporni toĉak, 6) sklop za zatezanje gusenice<br />
91
Vodeći toĉak pomerljive osovine omogućava regulaciju zatezanja gusenice. Sklop<br />
donjih rolni ĉini sistem za prenošenje opterećenja na podlogu preko aktivnog lanca<br />
gusenice. Gornje rolne (potporne) ograniĉavaju opuštenost gornjeg lanca gusenice.<br />
Kosi guseniĉni sistem primenjuje se uglavnom na vuĉnim poljoprivrednim traktorima i<br />
brzohodnim guseniĉnim vozilima. U malobrojnim konstrukcijama vuĉnih mašina<br />
primenjen je trouglasti guseniĉni sistem, u kojem je pogonski toĉak znatno podignut<br />
od radne podloge.<br />
Slika 93.<br />
Guseniĉni ureĊaji sa jedinstvenim uzdignutim pogonskim toĉkom i ovešenim donjim<br />
strojem, koriste sigurno i pouzdano svoji snagu i pod najteţim uslovima rada. UreĊaj<br />
sa uzdignutim pogonskim toĉkom ima veću duţinu lanca sa papuĉama na tlu što<br />
omogućava savršenu ravnoteţu i dobro leţanje mašine i tako pretvaraju veći<br />
procenat snage motora u korisnu, produktivnu vuĉnu silu. Ovakve savremene<br />
konstrukcije transportnih ureĊaja na gusenicama imaju do tri puta duţi vek trajanja od<br />
uobiĉajenih konstrukcija.<br />
Taĉno nazupĉavanje gusenice sa pogonskim toĉkom i njeno kotrljanje po vodećem<br />
toĉku (posebno pri skretanju) zahteva poĉetno zatezanje gusenice. Zatezanje<br />
gusenice vrši zatezni mehanizam u obliku zavrtnja ili hidrauliĉnog cilindra sa<br />
nezavisnim snabdevanjem. U eksploataciji zatezanje je odreĊeno veliĉinom<br />
opuštenog dela gusenice.<br />
Brzom trošenju podloţne su ugiavnom osovinice i ĉaure. Uslove rada gusenice<br />
pogoršava neprecizno postavljanje pogonskih i vodećih toĉkova. To se odnosi pre<br />
svega na vodeći toĉak koji je pomerljivo smešten u cilju regulisanja zatezanja<br />
gusenice.<br />
92
Slika 94. Netaĉno postavljanje vodećeg toĉka gusenice<br />
Pogonski toĉkovi vrše pokretanje odnosno premotavanje guseniĉne trake. Velika<br />
vrednost vuĉne sile tegljaĉa realizuje se na pogonskim toĉkovima, a teški uslovi rada<br />
zahtevaju da konstrukcija pogonskih toĉkova obezbedi pravilan zahvat sa<br />
guseniĉnom trakom pri minimalnim gubicima na trenje, dobro ĉišćenje od blata,<br />
snega i eventualno upalih krupnijih predmeta, dostupnost radi pregleda i odrţavanja.<br />
Po tipu zahvata pogonskih toĉkova sa guseniĉnom trakom razlikuju se pogonski<br />
toĉkovi sa ĉepnim (a) i sa grebenastim ozupĉenjem (b).<br />
Slika 95.<br />
Guseniĉna traka sluţi za oslanjanje na tlo i stvaranje metalnog puta, po kojem se na<br />
oslonim valjcima kreće ram ili kostur tegljaĉa. Ona se sastoji iz pojedinaĉnih<br />
elemenata - karika, koje su meĊjusobno zglobno-šarnirno spojene.<br />
Karike odnosno elementi guseniĉne trake treba da obezbede spoj sa tlom, predaju<br />
sile zatezanja gusenica i da omoguĉe zahvat sa pogonskim toĉkom. U vezi sa ovim<br />
razlikuju se gusenice kod kojih sve funkcije vrše isti elementi - karike. Drugu vrstu<br />
ĉine gusenice, koje obrazuju zglobno povezan lanac sa priĉvršĉeni papuĉama, kod<br />
93
kojih lanac prima zatezanje i obezbedjuje zahvat sa pogonskim toĉkom, a papuĉe<br />
ĉine oslanjajući deo, koji obezbeĊuje spoj sa tlom.<br />
RAM<br />
Ram ili kostur tegljaĉa sa gusenicama predstavlja osnovu na koju se uĉvršćuju<br />
agregati, podsklopovi i mehanizmi. Uslovi rada tegljaĉa zahtevaju da kostur bude<br />
dovoljno ĉvrst i otporan, a da istovremeno poseduje najmanju moguću masu. Po<br />
konstrukciji kosturi tegljaĉa sa gusenicama mogu biti:<br />
- ramovske,<br />
- poluramovske i<br />
- bezramovske.<br />
Ramovski kosturi obiĉno se sastoje iz nosaĉa iz profilisanog ĉelika, na koje se<br />
uĉvršćuju motor, menjaĉka kutija i drugi podsklopovi i delovi.<br />
Poluramovski kostur se sastoji iz dva dela. Jedan od njih ĉine medjusobno spojena<br />
odlivena kućišta nekoliko agregata, a drugi ima oblik rama. Oba dela su meĊjusobno<br />
spojena zavornjima.<br />
Kod bezramovskih konstrukcija noseći kostur tegljaĉa sa gusenicama ĉine kućišta<br />
mehanizama, koja su izvedena u obliku zajedniĉkog odlivka ili kućišta osnovnih<br />
agregata tegljaĉa medjusobno povezana zavornjima.<br />
VEŠANJE<br />
Slika 96.a) kruto b) i c) polukruto d) balansno<br />
Vešanje tegljaĉa sa gusenicama moţe biti izvedeno kao kruto (ĉvrsto), polukruto i<br />
elastiĉno.<br />
Kruto vešanje se danas ne primenjuje. Polukruto se još uvek primenjuje kod tegljaĉa<br />
male i srednje snage. Prikazana je šema jednog polukrutog vešanja.<br />
Osovine oslonih valjaka 5 su postavljene na ramu gusenice 4 koji je zadnjim delom<br />
zglobnom vezom priĉvršćen u taĉki 2 za ram tegljaĉa, a prednjim delom vezana za<br />
ram tegljaĉa prekoelastiĉnog elementa 1, koji je izveden obiĉno u obliku lisnatog<br />
gibnja. Ose kotrljanja 2 gusenica u odnosu na ram mogu se poklapati sa osom<br />
pogonskog toĉka 3 ili biti postavljane ispred ose pogonskog toĉka.<br />
Elastiĉno vešanje primenjeno kod tegljaĉa guseniĉara moţe biti:<br />
1. nezavisno ili individualno, kod kojeg je osa oslonog valjka pomoću sistema poluga<br />
i elastiĉnih elemenata spojena za ram tegljaĉa;<br />
2. balansno, kod kojeg su ose dva ili više oslonih valjaka spojene pomoću poluga u<br />
kolica; svaka kolica su zglobno vezana za ram tegljaĉa u taĉki 1 oslonca<br />
balansnog vešanja.<br />
94
3. kombinovano, korišćenjem elemenata dva prethodno pomenuta naĉina vešanja.<br />
Kod tegljaĉa guseniĉara na koje se montiraju radni ureĊaji za kopanje i transport<br />
materijala, najĉešće se koristi elastiĉno balansno i individualno vešanje.<br />
Vrsta guseniĉnih voznih mehanizama uglavnom zavisi od opterećenja koja treba<br />
preneti na tlo i od dozvoljenig srednjeg specifiĉnog pritiska na tlo dotiĉnog<br />
površinskog kopa. Na osnovu toga proizilazi potreban broj pojedinaĉnih gusenica.<br />
Slika 97. Vrsta guseniĉnih voznih mehanizama kod velikih rudarskih mašina<br />
1. Guseniĉni vozni mehanizmi sa dve guseniĉne trake; 2. Guseniĉni vozni mehanizmi<br />
sa tri guseniĉne trake; 3. Guseniĉni vozni mehanizmi sa ĉetiri guseniĉne trake;<br />
4. Guseniĉni vozni mehanizmi sa šest guseniĉnih traka; 5. Guseniĉni vozni<br />
mehanizmi sa dvanaest guseniĉnih traka<br />
95
Razlika dve vrste izvoĊenja gusenica kod rotornih bagera i odlagaĉa:<br />
1. Trkaĉ<br />
2. Klackalica za trkaĉe<br />
3. Glavna klackalica<br />
4. Nosaĉ gusenice<br />
5. Uleţištenje nosaĉa<br />
gusenica<br />
6. Pogonski toĉak<br />
7. Povratni toĉak<br />
8. Guseniĉni lanac<br />
9. Gornji noseĉi toĉak<br />
Jednodelni nosaĉ gusenica<br />
Kod ovog izvoĊenja su pogonski toĉak, povratni toĉak i gornji noseći toĉkovi<br />
smešteni u tzv. nosaĉ gusenica, nezavisno od trkaĉa i njihovih klackalica.U<br />
ovom jednodelnom nosaĉu su oslonjene i klackalice za trkaĉe.<br />
Nosaĉ gusenica iz više delova<br />
Ovde su pogonski toĉak, povratni toĉak i pojedini gornji noseĉi toĉkovi lanca,<br />
smešteni u gornje klackalice trkaĉa, ĉime izduţenje lanca u x-smeru, koje je<br />
uslovljeno pomeranjem klackalica trkaĉa prilikom prelaţenja preko neravnina<br />
na tlu, moţe delimiĉno da se kompezuje u gornjem delu guseniĉnog lanca.<br />
Dve gornje klackalice su meĊusobno povezane nosaĉem u kome se nalazi i<br />
leţište nosaĉa gusenice.<br />
Slika 98.<br />
3.3 . UreĊaji za kretanje po šinama,<br />
Kod šinskih kretnih mehanizama, teţina mašine, preko koloseka, se prenosi na tlo.<br />
Kretanje mašine se obavlja toĉkovima po šinama, gde se kretanje kao i stajanje<br />
mašine obezbeĊuje samo trenjem izmeĊu toĉka i šine. Pošto je kretanje vezano<br />
samo za kruti poloţaj šina, mogućnosti za kretanje mašine u pogledu krivinske<br />
voţnje su vrlo ograniĉene.<br />
Koeficijent trenja izmeĊu toĉkova i šina je ĉesto vrlo mali, kada su šine mokre ili<br />
prljave. Zbog toga je kretanje kao i stajanje mašine samo na pogonskim toĉkovima,<br />
ĉesto problematiĉno, pa se mora obezbediti dodatnim ureĊajima npr. šinskim<br />
klještima.<br />
96
Slika 99.<br />
Kruta vezanost mašine opremljene šinskim kretnim mehanizmom, za poloţaj<br />
koloseka, prestavlja bitno ograniĉenje mogućnosti kretanja mašine, pa teško da<br />
moţe da se ostvari rad rotornog bagera u punom bloku, koji je najpovoljniji za<br />
bagera. Isto tako je teško odrţavanje besprekornog poloţaja koloseka kada su uslovi<br />
tla i klimatski uslovi nepovoljni. Iz tih razloga se na površimskim kopovima više ne<br />
uvode šinski vozni mehanizmi za rotorne bagere, iako je kod ove vrste mehanizama<br />
habanje vrlo malo.<br />
Za mašine kao sto su bageri vedriĉari koji rade na dugaĉkoj pravoj etaţi, su i sada<br />
kao i ranije, šinski kretni mehanizmi ona vrsta mehanizama koji imaju prednost.<br />
Slika 100.<br />
97
Slika 101. Shematski prikaz transportnog ureĊaja sa osloncima u tri taĉke<br />
Donji deo mašine (bagera) obuhvata oslonce i transportni ureĊaj. Po pravilu,<br />
oslanjanje na transportni ureĊaj vrši se u tri taĉke – na jednoj strani su dva ĉvrsto<br />
vezana oslonca, dok je na drugoj strani pokretni oslonac, koji se obiĉno oslanja na<br />
zglob u obliku kugle.<br />
Broj toĉkova kod mašina (vedriĉara) na šinama odreĊuje se prema radnoj teţini,<br />
konstrukciji mašine (bagera), dozvoljenom osovinskom pritisku, vrsti šina i<br />
dozvoljenom opterećenju tla.<br />
Da bi se ostvarilo TRANSLATORNO KRETANJE, potrebna je sila na toĉkovima<br />
(teţina mašine), da bi se obezbedila potrebna veliĉina SILE TRENJA izmeĊu<br />
toĉkova i šina – dolazi do ATHEZIJE izmeĊu njih (ona spreĉava klizanje toĉkova po<br />
šinama).<br />
Šinski ureĊaj ima sledeće prednosti:<br />
- manji utrošak energije, zbog kretanja mašine po šinama koji stvaraju male<br />
otpore,<br />
- šinski kolosek se mogu lako nastaviti, rekonstruisati i pomerati,<br />
- velika trajnost i mali troškovi odrţavanja zbog robusne konstrukcije,<br />
- mali uticaj klimatskih prilika na odvijanje procesa transoprta,<br />
- mogućnost automatizacije procesa.<br />
Šinski ureĊaj ima sledeće mane:<br />
- mogućnost savladavanja samo manjih uspona do 40 ‰, a izuzetno do 60 ‰,<br />
- minimalni radijusi krivine od oko 150 m.<br />
98
Slika 102.<br />
3.4 . Koraĉajući ureĊaj za kretanje,<br />
UreĊaj za koraĉanje se sastoji iz oslonih papuĉa mehanizma koji ih stavlja u kretanje<br />
i pogona.<br />
Koraĉajući ureĊaji se razlikuju po konstrukciji mehanizma koraĉanja i mogu biti:<br />
1. krivajni (krivajno-zglobni sa trouglastim ramom., krivajno-klizni,<br />
krivajno-ekscentriĉni, krivajno-poluţni sa alkom, udvojen krivajni, itd.)<br />
2. hidrauliĉni.<br />
Operacije punog ciklusa premeštanja mašine:<br />
1. pruţanje (okretanje) papuĉa u pravcu transporta mašine (bagera),<br />
2. spuštanje papuĉa na tlo,<br />
3. podizanje mašine (bagera),<br />
4. premeštanje mašine (bagera),<br />
5. spuštanje mašine (bagera),<br />
6. podizanje papuĉa u poĉetni poloţaj.<br />
Za vreme rada mašina (bager) se oslanja na kruţnu oslonu ploĉu, dok su papuĉe<br />
podignute. Kod transporta mašina (bager) se naizmeniĉno oslanja na kruţnu oslonu<br />
ploĉu i papuĉe.<br />
99
Slika 103.<br />
Najĉešće je primenjena kod bagera dreglajna, a dosta manje kod rotornih bagera.<br />
• Koraĉajući ureĊaj ima sledeće prednosti:<br />
- omogućuje iz jednog mesta kretanje u bilo kom pravcu bez uništavanja<br />
planuma<br />
na kome bager stoji, kao što je kod guseniĉnog transportnog ureĊaja,<br />
- omogućuje niske specifiĉne pritiske na tlo izmeĊu 4.3 do 10 N/cm2 kod<br />
oslanjanja na ploĉu, a izmeĊu 9.8 i 17.6 N/cm2 kod koraĉanja i oslanjanja na<br />
papuĉe (traje kratko vreme),<br />
- ukoliko se za vreme koraĉanja desi da papuĉe ipak tonu, tada se pogonom<br />
lako<br />
oslobode, što nije uvek sluĉaj kod gusenica,<br />
- nagib pri transportu je veći nego kod transportnog ureĊaja sa gusenicama,<br />
odnosno mogu se savlaĊivati nagibi i do 1:10.<br />
• Koraĉajući ureĊaj ima sledeće nedostatke:<br />
- brzina transporta je mala i iznosi od 1 do 8 m/min, što kod ĉešćeg menjanja<br />
radnog poloţaja izaziva velike vremenske gubitke,<br />
- bager se kod svakog koraka mora podići, što zahteva veliki utrošak energije,<br />
- kod naglog podizanja i spuštanja bagera javljaju se dinamiĉke sile usled<br />
vibracija, koje su vrlo nepovoljne kod dugaĉke strele bagera,<br />
- duţina koraka se moţe regulisati samo kod ureĊaja sa hidruliĉnim cilindrima,<br />
koji zbog visokog pritiska ulja zahtevaju besprekorno zaptivanje,<br />
- koraĉajući ureĊaj omogućuje samo nizak poloţaj koturaĉe uţeta za<br />
povlaĉenje.<br />
Normalna duţina koraka kod koraĉajućih ureĊaja iznosi od 1.7 do 2.0 m.<br />
100
Slika 104. a) Kinematska shema; b) Trajektorija kretanja papuĉa<br />
Slika 105. Hidrauliĉni koraĉajući mehanizam<br />
101
3.5 . Kombinovani ureĊaji za kretanje<br />
102