Elemente introductive [302068]

CAPITOLUL 1

[anonimizat] o perioadă de repaus. [anonimizat] (vinciuri, palane, trolii), ascensoare și macarale.

[anonimizat]. Datorită unei diversități deosebit de mare a sarcinilor, [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat]-o [anonimizat] a sarcinii. [anonimizat], organe de mașini cu destinație generală (de exemplu organe pentru transmisia mișcărilor).

Părțile componente principale și organele mașinilor de ridicat sunt:

–   organele flexibile pentru ridicarea sarcinilor (lanțurile și cablurile);

–   [anonimizat], roțile profilate pentru lanț și tobele;

–   dispozitivele pentru atârnarea sarcinilor;

–   dispozitivele de oprire și de frânare;

–   dispozitivele de acționare (dispozitivele motoare);

–   transmisiile;

–   organele de transmitere a puterii ([anonimizat], cuplajele);

–   șinele și roțile de rulare;

–   scheletul metalic al mașinii;

–   aparate de comandă.

Având în vedere faptul că deteriorarea mașinilor de ridicat comportă pericole grave ([anonimizat], se pot produce și victime umane), [anonimizat], trebuie să fie executate din materiale de calitate care satisfac toate condițiile tehnice și care se aleg după certificatele fabricilor furnizoare de materiale și semifabricate metalice.

[anonimizat], [anonimizat].

Parametrii de baza ai mașinilor de ridicat sunt:

– capacitatea de ridicare ([anonimizat] a fi ridicată;

– înălțimea de ridicare (distanța pe verticală dintre pozițiile limită inferioară și superioară ale cârligului);

– raza maximă de acțiune (distanța pe orizontală dintre axa de rotație a macaralei rotitoare și poziția extremă a cârligului);

– deschiderea (distanța pe orizontală între șinele macaralelor rulante);

– felul energiei necesare acționării mecanismelor macaralei;

– vitezele de lucru ale fiecărui mecanism;

– regimul de funcționare.

[anonimizat] o [anonimizat], a duratei de funcționare efectivă și a starii de încărcare a mecanismelor sau a construcției metalice.

Pe baza duratei de funcționare medie zilnică a [anonimizat], [anonimizat] a acestuia, iar pe baza numărului de ore de funcționare anual se stabilește clasa de utilizare a construcției metalice a macaralei. Mecanismele și construcția metalică a macaralelor se împart în patru clase de utilizare prezentate in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Din cele de mai sus rezultă că, la o aceeași macara, construcția metalică și diferitele ei mecanisme pot fi încadrate în clase de utilizare deosebite.

Starea de încărcare precizează măsura în care construcția metalică a macaralei, un mecanism al acesteia sau un element de mecanism este supus unei solicitări maxime sau unor solicitari mai mici. În funcție de starea de încărcare, construcția metalică și mecanismele se împart în trei grupe, precizate în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2

În funcție de clasa de utilizare și de starea de încărcare, mecanismele și construcția metalică pot fi incluse în cinci regimuri de funcționare, conform tabelului 1.3.

Tabelul 1.3

Intrucât coeficienții de siguranță cu care se calculează multe dintre elementele componente ale macaralelor depind de regimul de funcționare, este deosebit de importantă încadrarea corectă a fiecărui mecanism și a construcției metalice în regimul corespunzător.

Pentru alegerea corectă a motoarelor electrice de acționare a mecanismelor este important de cunoscut condițiile de lucru ale acestora, determinate de durata relativă a perioadei active de funcționare (Da) și de frecvența conectărilor pe oră.

Durata relativă a perioadei active de funcționare se exprimă prin raportul dintre durata de funcționare a mecanismului în cursul unui ciclu și durata totală a ciclului, care, în mod convențional, poate fi de maximum 10 minute. Durata relativă a perioadei active de funcționare este normată la 15, 25, 40 și 60%. Prin durata unui ciclu se întelege timpul scurs de la preluarea de către macara a unei sarcini, până la. preluarea sarcinii următoare.

Deoarece coeficientții dinamici, care se introduc în calculul construcției metalice pentru a ține seama de efectele forțelor de inerție verticale produse în cursul procesului de ridicare a sarcinii, depind de rigiditatea construcției metalice, macaralele au fost împărțite, după acest criteriu, în patru clase de ridicare.

In tabelul 1.4 sunt prezentate, orientativ, regimurile de funcționare, condițiile de lucru ale motoarelor electrice și clasele de ridicare pentru unele tipuri de macarale.

Tabelul 1.4

Macaralele și elementele lor componente se află sub acțiunea unor forțe exterioare, care acționeaza în diverse combinații. Forțele care acționează asupra macaralelor se pot grupa în trei categorii :

– sarcini fundamentale (greutatea proprie a macaralei, greutatea sarcinii și a dispozitivului de ridicare, efectul forțelor de inerție verticale din mișcările de translație, de rotire și de ridicare, forțele de inerție din acționări, forțele centrifuge și tangențiale);

– sarcini accidentale (forțele date de presiunea vântului asupra sarcinii și a construcției macaralei, greutatea zăpezii și a gheții depuse pe elementele construcției macaralei în timpul iernii, forțele de lovire în tampoane și opritori, sarcini pe scări și podeste);

– sarcini extraordinare (sarcini de încercare, sarcini produse de întreruperi bruște a funcționării macaralei, sarcini apărute în timpul transportului și montajului).

Mecanismele macaralelor și construcția lor metalică se calculeaza în trei ipoteze de încărcare.

Prima ipoteza de calcul o constituie încărcarea corespunzătoare condițiilor normale de funcționare a macaralei. Prin condiții normale de funcționare se întelege funcționarea cu sarcini corespunzatoare procesului tehnologic căruia îi este destinată macaraua, demararea și frânarea lină a mecanismelor, starea normală a căii de rulare, lipsa totală a vântului. Elementele macaralei, la care această încărcare conduce la un număr mare de cicluri de variație a tensiunilor, se calculează la oboseală. Pentru calculul la oboseală, încărcările a căror valoare este variabilă (greutatea sarcinii, forțele de inerție) se iau în considerare cu o valoare medie echivalentă și nu cu valoarea lor maximă.

A doua ipoteză de calcul o constituie încaărcarea corespunzătoare condițiilor normale de funcționare ale macaralei, în locuri în care se exercită acțiunea vântului. Aceasta încărcare determină dimensionarea elementelor macaralei din condiția de rezistență la solicitari statice.

A treia ipoteză de calcul o constituie încărcarea corespunzătoare unei funcționări a macaralei în condiții grele, excepționale. La această încărcare, elementele macaralei se verifică din condiția de rezistență la solicitări statice.

Dacă se consideră curba de oboseală (fig. 1.1), se constată că se dimensionează din condiția de rezistență la oboseală acele elemente care în toată perioada de funcționare a macaralei suportă un număr de cicluri de variație a tensiunilor N, mai mare decât numărul de bază de cicluri NB de la care începe porțiunea orizontală a curbei de oboseală. Elementele care suportă un număr de cicluri N mai mic decat NB, dar mai mare decât NA, se calculează la durabilitate limitată. Orientativ, se poate considera NA = 100.000. Elementele macaralei, care suportă un număr de cicluri N mai mic decat NA, se calculeaza numai la solicitări statice.

Valorile NB și m, necesare pentru trasarea curbei de oboseala ale diverselor elemente ale macaralelor, sunt prezentate în tabelul 1.5.

Fig. 1.1

Tabelul 1.5

Dispozitive de siguranță

Posibilitatea exploatării instalațiilor de ridicat la capacitatea nomnală în condițiile eliminării pericolului de avarii și accidente este o cerință esențială a acestora. Pentru aceasta, în structural lor sunt prevăzute dispositive special cunoscute sub numele de “dispozitive de siguranță”. Rolul acestor dispositive este de a intervene în funcționarea instalațiilor de ridicat în cazul în care mecanismele (din motive obiective sau subiective), ajung în poziții sau stări de încărcare limită [2].

Dispozitivele de siguranță au trei funcții principale:

de supraveghere;

de semnalizare;

de protejare (securitate).

Exercitarea funcției de supraveghere de către dispozitivele de siguranță montate pe o instalație de ridicat care este exploatată în limitele condițiilor de lucru prevăzute în cartea tehnică constă în asigurarea funcționării tuturor mecanismelor supravegheate, la parametrii nominali.

Funcția de semnalizare constă în furnizarea de informații manipulatorului (macaragiului) asupra regimului de lucru, a stării de încărcare și parametrilor care definesc configurația de lucru, precum și de furnizare a semnalelor (optice și acustice) în situația depășirii limitelor admise.

Funcția de protejare se exercită în situații limită de poziție sau de încărcare ale instalației de ridicat și constă în interzicerea acelor manevre care ar avea ca urmare depășirea acestor limite, rămânând posibile numai manevrele care au ca urmare restabilirea condițiilor de lucru.

Oricare ar fi gradul de perfecționare al dispozitivelor de siguranță, manipulatorul nu trebuie să se bazeze în exclusivitate pe buna funcționare a acestora. Pentru realizarea unei protecții eficiente se cere pe lângă o bună sensibilitate și fiabilitate a dispozitivelor de siguranță și o deosebită responsabilitate și profesionalism din partea manipulanților.

CAPITOLUL 2

CALCUL ELEMENTELOR MACARALEI

Numărul de cicluri

Pentru determinarea numărului total de cicluri de variație a tensiunilor pe care îl suportă un element, este necesară cunoașterea numărului total de ore de funcționare T. Aceasta se determina cu relatia [2]

(2.1)

unde:

A este durabilitatea de calcul a elementului, în ani; – timpul efectiv de lucru al elementului, în ore/an; – durata de utilizare anuală a elementului, în ore/an; – durata relativă a perioadei active de funcționare a mecanismului, în %.

Numărul total de cicluri de variație a tensiunilor pentru elementele care execută o mișcare de rotație se poate calcula cu relația

(2.2)

în care:

n este viteza de rotație a elementului considerat, în rot/min; a – numărul de cicluri pe o rotație (în mod obișnuit, ).

Sarcina echivalentă , necesară calculului de oboseală al elementelor macaralei, se poate determina din ecuația curbei de oboseală

(2.3) Admițând secțiunea constantă, relația (2.3) se poate transcrie sub forma

(2.4)

Notând cu numerele de cicluri ale organului considerat, încărcat cu sarcinile (în ordine descrescătoare) și cu N numărul total de cicluri, se poate considera

(2.5)

de unde

(2.6) Sarcina echivalentă se ia în considerare numai în cazul în care numărul de cicluri , sub acțiunea celei mai mari sarcini , este mai mic decât numărul de cicluri de bază în caz contrar, se consideră că sarcina echivalentă sarcina .

Determinarea sarcinii echivalente cu ajutorul relației (2.6) presupune cunoașterea ciclului de funcționare al macaralei. Acesta, însă, nu se cunoaște de obicei la proiectarea macaralei și de aceea sarcina echivalentă se ia, de cele mai multe ori, după valori medii, obținute în exploatare, la procese tehnologice asemănătoare, cu macarale de construcție similară, în tabelul 2.1 se dau valori orientative pentru sarcina echivalentă de calcul la oboseală.

Tabelul 2.1

Pentru a se ține seama de suprasolicitările care apar în timpul perioadelor de funcționare a mecanismelor în regim nestabilizat (la demarare și frânare), sarcina echivalentă trebuie multiplicată cu coeficientul dinamic kd, sarcina de calcul Qe fiind

(2.7)

Valori orientative pentru coeficientul dinamic kd sunt date in tabelul 2.2. Ca și mecanismele, construcțiile metalice ale macaralelor, se calculează pentru cele trei ipoteze de încărcare, menționate anterior (cap. 1).

În prima ipoteză se iau în considerare doar sarcinile fundamentale, în ipoteza a doua – sarcinile fundamentale și cele accidentale, în diversele combinații posibile, iar în ipoteza a treia sarcinile fundamentale și cele accidentale se combină cu sarcinile extraordinare în condițiile cele mai defavorabile care pot aparea în mod real.

Tabelul 2.2

Efectele forțelor de inerție verticale, care se produc în cursul mișcărilor de translație și de rotire ale macaralelor, se iau în considerare prin înmulțirea greutății proprii a macaralei (sau a elementului calculat) cu un coeficient dinamic de deplasare φ, a cărui valoare este φ = 1,1 dacă viteza este cuprinsă între 63 și 125 m/min, și φ = 1,2 dacă viteza este mai mare de 125 m/min. Pentru viteze mai mici de 63 m/min, φ = 1.

Efectele forțelor de inerție verticale, produse în cursul procesului de ridicare a sarcinii, se iau în considerare prin înmulțirea sarcinii nominale cu un coeficient dinamic de ridicare ψ, a cărui valoare, în funcție de clasa de ridicare și de viteza de ridicare, este prezentată în tabelul 2.3.

Tabelul 2.3

Dimensionarea elementelor componente ale macaralelor prin metoda tensiunilor admisibile

Esența metodei tensiunilor admisibile constă în compararea tensiunilor maxime care pot apare într-un element, ca urmare a solicitării lui, cu tensiunea admisibilă pentru elementul dat și pentru starea respectivă de solicitare, condiția de rezistență fiind

(2.8)

respectiv

(2.9)

în care: σef, τef sunt tensiunile efective maxime; σa, τa – tensiunile admisibile.

În domeniul elastic, tensiunile efective se determină pe baza cunoașterii stării de încărcare și a caracteristicilor geometrice ale elementului considerat.

Tensiunea admisibilă reprezintă raportul dintre tensiunea periculoasă și coeficientul de siguranță admisibil.

Tensiunea periculoasă depinde de natura solicitării și de cea a materialului din care este confecționat elementul considerat. Astfel, pentru solicitări statice și pentru materiale plastice tensiunea periculoasă o constituie limita de curgere, iar pentru materiale casante, rezistența la rupere. Pentru solicitari variabile, tensiunea periculoasă este limita de oboseală, corespunzătoare gradului de asimetrie a ciclului de variație a tensiunilor.

Coeficientul de siguranță admisibil se indică sub forma unei valori supraunitare, obținute în urma unei experiențe practice de ani de zile. Uneori, în locul coeficientului de siguranță, se indică direct valoarea tensiunii admisibile. Aceasta metoda de calcul este comodă și a căpătat o largă răspândire. Totuși, datorită faptului că prin indicarea unei singure valori a coeficientului de siguranță nu se poate ține seama de varietatea condițiilor de construcție și exploatare și ca urmare ea conduce, în multe cazuri, la un consum exagerat de metal, produs de aprecierea necorespunzătoare a coeficientului de siguranță. Pentru a înlătura acest neajuns, păstrând principiile de bază expuse mai sus, s-a ajuns la indicarea unor valori diferite a coeficienților de siguranță admisibili, respectiv a tensiunilor admisibile, în funcție de caracteristicile materialului, de natura solicitărilor și de condițiile de calcul sau de exploatare.

Pentru calculul construcțiilor metalice, standardele prevăd tensiuni admisibile diferite în funcție de calitatea materialului, de natura solicitării și de ipotezele (combinațiile) de încărcare. Verificarea la oboseala se face prin multiplicarea tensiunii admisibile cu un coeficient subunitar, în funcție de coeficientul de concentrare al tensiunilor și de gradul de asimetrie al ciclului.

Pentru calculul elementelor mecanice, se poate aplica metoda diferențială, în care coeficientul de siguranță admisibil este considerat ca un produs de coeficienți de siguranță parțiali. Particularizată la mașinile de ridicat, metoda diferențială exprimă coeficientul de siguranță admisibil prin relația

(2.10)

în care: c1 este coeficientul de siguranță minim, care depinde de importanța piesei sau mecanismului; c2 – coeficient de siguranță, care ține seama de influența defectelor interioare ale materialului; c3 – coeficient de siguranță, care ține seama de regimul nominal de lucru al mecanismului; c4 – coeficient de siguranță, care ține seama de influența concentratorilor de tensiuni și de starea suprafeței. Valori orientative ale coeficienților de siguranță parțiali sunt prezentate în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4

În tabelul 2.4, βk reprezintă coeficientul de concentrare al tensiunilor, γ – coeficientul de stare a suprafeței, iar εm – coeficientul dimensional. Valori pentru acești coeficienți sunt prezentate în cursurile și tratatele de Organe de masini și Rezistența materialelor. Prescripțiile de calcul admit o simplificare a acestei metode prin reducerea coeficienților de siguranță parțiali la doi în raport cu rezistența la rupere; se ia însă în considerare starea de tensiune.

Dimensionarea elementelor construcțiilor metalice ale macaralelor prin metoda calculului la stări limită

Dimensionarea construcțiilor metalice prin metoda tensiunilor admisibile, așa cum este prevăzută în standarde, nu corespunde condițiilor reale de construcție

și exploatare, coeficientul de siguranță unic necuprinzând, în mod satisfăcător, variația diverșilor parametri, cum ar fi variația sarcinilor, variația condițiilor de exploatare și abaterile de calitate ale materialului.

Metoda calculului la stări limită înlătură aceste deficiențe.

Prin stare limită se înțelege acea stare a construcției, la care ea nu mai corespunde cerințelor exploatării în condiții normale.

Pentru construcțiile metalice ale mașinilor de ridicat au fost stabilite două stări limita, prima fiind determinată de pierderea capacității portante (epuizarea rezistenței sau pierderea stabilității), iar cea de-a doua de apariția unor deformații foarte mari.

Prima stare limită este mai importantă și la aceasta se verifică toate elementele construcției metalice. Cea de-a doua stare limită se referă numai la acele elemente la care mărimea deformațiilor poate conduce la limitarea exploatării construcției.

Pentru ca o construcție să poată fi menținută în exploatare este necesar ca încărcarea care acționează asupra ei să nu depășească valoarea limită (rezistență, stabilitate, deformație). Astfel, condiția de calcul la stare limita va fi

(2.11)

în care: N este încărcarea de calcul; m – coeficientul condițiilor de lucru; R – rezistența de calcul; S – caracteristica geometrică a secțiunii (aria secțiunii, modulul de rezistență etc.).

Încărcarea de calcul este dată de însumarea sarcinilor de calcul permanente, utile și accidentale, amplificate de coeficienții de suprasarcină și de coeficienții dinamici respectivi. Astfel

(2.12)

unde np, nu, na sunt coeficienți de suprasarcina; φ, ψ – coeficienții dinamici;, – sarcini de calcul.

Sarcinile de calcul permanente, utile și accidentale reprezintă valorile cele mai mari ale încărcărilor elementului dat în timpul funcționării în condiții normale de exploatare.

Coeficienții de suprasarcina țin seama de posibilitățile depășirii valorilor sarcinilor de calcul, ca urmare a determinării lor insuficient de precis.

Coeficientul de suprasarcină pentru sarcinile permanente are, în mod obișnuit, valoarea np = 1,1.

Coeficientul de suprasarcină pentru sarcinile utile are valoarea nu = 1,1…1,2 pentru regim de lucru I, nu = 1..1,3 pentru regim de lucru II și nu = 1,3…1,4 pentru regim de lucru III și IV. Valorile mai mari se referă la macarale cu capacitate de ridicare mică.

Coeficientul de suprasarcina pentru sarcinile accidentale are valoarea na = 1 pentru cazul I de încărcare și valoarea na = 1,1…1,2 pentru celelalte cazuri.

Rezistenta de calcul R poate fi determinată cu relația

(2.13)

in care Rn este rezistența normată pentru solicitare axială, egală cu valoarea limitei de curgere a materialului; p – coeficient de trecere de la rezistența la intindere (compresiune) la rezistența la alte solicitări (încovoiere, forfecare, strivire); k0 – coeficient de omogenitate a materialului, care ține seama de abaterile de calitate ale materialului, precum și de abaterile, în minus, de la dimensiunile nominale ale secțiunii.

Coeficientul de trecere are valoarea p = 1,05 pentru încovoiere, p = 0,6 pentru forfecare, p = 0,75 pentru strivire locală, p = 0,85 pentru forfecarea șuruburilor pasuite și a niturilor, p = 2 pentru strivirea șuruburilor pasuite și a niturilor, p = 1,5 pentru strivirea articulațiilor cu bolțuri. Pentru asamblări sudate în adâncime, p = 1 pentru compresiune, p = 0,8 pentru intindere și p = 0,6 pentru forfecare, iar pentru suduri în relief p = 0,6.

Coeficientul de omogenitate are valoarea ko = 0,9 cu excepția țevilor, pentru care ko = 0,7.

Coeficientul condițiilor de lucru se determina cu relația

(2.14)

în care: m1 este un coeficient care ține seama de gradul de importanță al elementului. El are valoarea m1 = 0,9 în cazul în care ruperea elementului considerat poate duce la ruperea altor elemente sau la răsturnarea macaralei. În celelalte cazuri m1 = 1; m2 – coeficient care ține seama de posibilitatea deformării suplimentare la montare, demontare, încărcare și transport a pieselor cu pereți subțiri. El are valoarea m2 = 0,9 pentru construcții din tabla mai subțire de 4 mm, pentru corniere mai mici de 60 × 60 × 6, pentru țevi cu pereți mai subțiri de 3 mm și diametrul mai mare de 40 mm. Pentru celelalte elemente el are valoarea m2=1; m3 – coeficient care ține seama de tensiunile suplimentare de încovoiere, apărute în elementele asamblate asimetric. Valorile sale sunt prezentate in tabelul 2.5.

Tabelul 2.5

Pentru calculul la oboseală a elementelor construcției metalice prin metoda stărilor limită, rezistența de calcul R trebuie amplificată cu coeficientul γ.

Dacă se admit toți coeficienții de suprasarcină egali între ei și prin se notează sarcinile de calcul amplificate cu coeficienții dinamici respectivi, relatia (2.12) capată forma

(2.15)

Introducaând în relația (2.11) relațiile (2.13) și (2.15) se obține

(2.16)

Divizând ambii membri ai relației (2.16) prin caracteristica geometrică a secțiunii rezultă

(2.17)

Notând

(2.18)

și ținând seama de faptul ca Rn reprezintă limita de curgere a materialului σe, relația (2.17) capată forma

(2.19)

care reprezintă condiția de rezistență în calculul pe baza metodei tensiunilor admisibile.

Se constată că metoda tensiunilor admisibile este un caz particular al metodei stărilor limită, caz în care toți coeficienții de suprasarcină sunt considerați egali între ei, iar coeficientul de siguranță este adoptat în funcție de coeficienții m, n, p si ko.

pentru o viteză

Clasa de utilizare este B.

Starea de încărcare este 2.

Materiale folosite în construcția macaralelor

Adoptarea materialului din care se execută diversele piese care alcătuiesc mecanismele macaralelor sau construcția lor metalică se face ținând seama de condițiile normale de exploatare, astfel încât materialul fiind solicitat, pe cât posibil, la limita lui maximă, să rezulte piese cu dimensiuni minime și la un preț de cost minim. Astfel, este nerațională folosirea unor materiale superioare pentru piese slab solicitate, ale căror secțiuni se adoptă din considerente constructive.

Materialul cel mai frecvent folosit în construcția macaralelor îl constituie oțelul de uz general pentru construcții. În funcție de rezistența la rupere, oțelul de uz general se clasifică în diverse mărci.

În funcție de caracteristicile garantate, oțelurile de uz general se clasifică în patru clase, iar în funcție de gradul de dezoxidare, în două calități (n – necalmat si k – calmat).

Otelul S185 –SR EN 10025-90, neavând caracteristici de rezistență garantate, se foloseste la confecționarea de apărători pentru mecanisme, a împrejmuirilor, învelitorilor și a altor elemente nesolicitate.

Otelul S235-SR EN 10025-90, care se elaborează în toate cele patru clase de calitate, atât calmat, cât și necalmat, este materialul cel mai folosit la confecționarea elementelor care alcătuiesc construcțiile metalice ale macaralelor. Larga sa răspândire se datorează calităților sale remarcabile. Astfel, el se caracterizează prin proprietăți plastice deosebite, iar datorită conținutului redus de carbon este sudabil cu mijloace simple. Oțelul calmat are o reziliență satisfacătoare, ceea ce duce la o comportare bună la solicitări variabile și în condiții de temperatură scăzută. În construcțiile metalice, se utilizează sub forma de profile I și U, corniere cu aripi egale și inegale, precum și sub forma de tablă în foi sau platbande. În construcția organelor de mașini, care alcătuiesc mecanismele macaralelor, se foloseste la confecționarea șuruburilor și piulitelor mai puțin solicitate, a elementelor frânelor și muflelor etc.

Oțelurile cu calități mecanice superioare (E295, E335 ți E360) sunt destinate confecționării unor elemente mai puternic solicitate: șuruburi, bolțuri, pene, arbori, osii, role. Datorită conținutului mai mare de carbon, aceste oțeluri nu sunt sudabile.

Oțelurile carbon de calitate 2C 25 și 2C 45 sunt destinate confecționării unor elemente puternic solicitate: cârlige, traverse pentru cârlige, arbori, osii, roți dințate, roți de frână, roți de rulare, cuplaje etc. Tratamentele termice aplicate acestor oțeluri duc la ridicarea caracteristicilor acestora.

Oțelurile carbon turnat în piese OT 45, OT 50, OT 60 și OT 60 A se folosesc pentru tobe, role de cablu, corpuri de reductoare, corpuri de lagăre, roți de rulare etc. Dintre aceste oțeluri, singurul care este sudabil este OT 45.

În afara oțelurilor carbon, se utilizeaza și oțeluri aliate sau slab aliate. Dintre acestea sunt de reținut: oțelul slab aliat cu mangan, folosit în construcții metalice, oțel sudabil, care are caracteristici mecanice mai bune și o rezistență sporită la coroziune, în comparatie cu S235, dar care este mai sensibil la concentratorii de tensiuni; oțelul mangan 32 Mg 13, rezistent la uzura prin fricțiune, utilizat la role, discuri de fricțiune etc.; oțelul aliat cu crom 40Cr10, având caracteristici mecanice superioare, folosit la confecționarea arborilor puternic solicitați, a melcilor, pinioanelor, roților stelate etc.

Pentru piese turnate se folosesc fontele cenușii turnate în piese EN-GJL-150, EN-GJL 200 și EN-GJL-250. Din aceste materiale se confecționează role pentru cablu, tobe, corpuri și capace de reductoare, saboți de frână. Deoarece fonta cenușie este un material casant, piesele confecționate din acest material nu suportă lovituri, șocuri. De asemenea, aceste piese nu se pot suda.

Pentru piese solicitate la uzură prin frecare (bucșe, cuzineți, coroane melcate) se folosesc bronzuri de diferite calități.

Există tendința de a se folosi aliaje de aluminiu la confecționarea construcțiilor metalice. Având caracteristici mecanice apropiate de ale oțelului S235 aliajele de aluminiu au o densitate de trei ori mai mică, ceea ce reduce masa elementelor dimensionate din condiția de rezistență și au o stabilitate mai mare la coroziune, dispărând necesitatea vopsirii construcțiilor. În același timp, având modulul de elasticitate de trei ori mai mic decât al oțelului, sporesc dimensiunile elementelor calculate din condiția de stabilitate (pierderea stabilității la bare comprimate are loc la tensiuni critice de trei ori mai mici decât în cazul oțelului; înălțimile grinzilor solicitate la încovoiere trebuie să fie cu circa 25% mai mari decât ale grinzilor de oțel, pentru a se obține aceeași sageată). Este de reținut, de asemenea, că aliajele de aluminiu au reziliență mică, rezistența la oboseala mai mică decât a oțelului și sunt mult mai scumpe decât oțelul.

CAPITOLUL 3

DISPOZITIVE DE SIGURANȚĂ

3.1. Generalități

Dispozitivele de siguranță sunt elemente cu care se echipează macaralele și mecanismele de ridicat pentru a evita pericolul de avarii și accidente la locul de muncă. Ele intervin în situația unor manevre greșite sau în cazul unor categorii de defecțiuni tehnice, prevenind personalul de exploatare sau oprind acțiunea macaralelor.

Pentru a se realiza aceste funcții, dispozitivele de siguranță trebuie să îndeplinească următoarele condiții [2]:

să nu diminueze performanțele mașinii;

să aibe o construcție simplă;

ușor accesibile, să aibe o reglare ușoară și simplă;

sensibilitate și fiabilitate ridicate;

să revină la starea inițială după încetarea cauzei care a provocat acționarea mecanismului;

gabarit și greutate mică;

să nu acționeze la apariția unor cauze trecătoare, care nu periclează securitatea instalației;

numărul pieselor în mișcare să fie minim pentru a reduce frecările, uzurile și jocurile;

să fie prevăzute cu elemente de protecție la suprasolicitări;

să poată fi întreținute ușor.

În completarea dispozitivelor de siguranță intervin și contactele electrice de siguranță, precum și instalatii de protecție, având ca rol asigurarea unor condiții lipsite de pericol în exploatarea macaralelor.

3.2. Limitatoare de cursă

Limitatoarele de cursă sunt cunoscute sub denumirea generală de limitatoare de sfârțit de cursă. Funcția lor este de a întrerupe automat acțiunea mecanismelor instalațiilor de ridicat în situațiile în care părțile în mișcare ale acestora depășesc pozițiile limită de lucru prestabilite. Funcționarea lor trebuie concepută în așa fel încât să permită acționarea mecanismelor protejate în sensul aducerii părților în mișcare în cadrul limitelor normale de lucru.

Pentru anumite cazuri speciale, cum sunt macaralele acționate cu motoare termice prevăzute cu comenzi mecanice sau hidraulice se admite ca limitatoarele de sfârșit de cursă să realizeze numai funcțiile de supraveghere și semnalizare, funcția de protejare nemaifiind obligatorie; ele trebuie să realizeze însă o dublă semnalizare: optică și acustică. În astfel de situații se recurge la majorarea spațiilor de siguranță.

Pentru instalațiile de ridicat cu brațul basculant de lungime fixă sau de lungime variabilă prin telescopare, schemele electrice ale limitatoarelor de cursă se concep astfel încât să interzică și mișcările de basculare braț în jos și extindere braț prin telescopare, deoarece și aceste mișcări au ca rezultat ridicarea muflei peste limitele admise în cazul în care manipulatorul instalației nu execută în prealabil o manevră de coborâre a cârligului.

Limitatoare de cursă la coborâre – ridicare

Atunci când dispozitivul de prindere a sarcinii atinge înălțimea superioară acționarea mecanismului este întreruptă automat de către limitator.

Limitele pentru reglajul ei sunt următoarele:

să oprească ridicarea organului de prindere a sarcinii la o distanță de minimum 400 mm de fundul cabinei, în cazul în care la ridicare nu ar putea evita atingerea fundului cabinei (graifăr deschis), traversă fixă, sarcini mari etc.;

să oprească ridicarea sarcinii la cel puțin 200 mm sub elementul de contrucție de care organul de prindere s-ar lovi;

pentru fixarea pe tambur, la poziția cea mai de jos a organelor de prindere, în afară de lungimea necesară a cablului sau a lanțului, pe tambur trebuie să mai rămână înfășurate minimum două spire.

Din punct de vedere constructiv limitatoarele de cursă pot fi cu ax filetat sau cu pârghie.

Acestea se reglează după fiecare schimbare a cablului.

.

Fig.3.1 – Limitator de sfârșit de cursă ridicare – coborâre cu ax filetat

Fig.3.2 – Limitator de cursă la ridicarea cârligului al automacara AM – 5

Limitator de cursă la deplasare și rotire

Când cursa reglată a fost depașită acesta întrerupe automat mecanismul macaralei, întreruperea făcându-se numai pentru sensul de mișcare care a declanșat limitatorul, acționarea în sens invers rămânând posibilă. Limitatoarele de sfârșit de cursă se întâlnesc la mecanismele de deplasare a macaralelor și cărucioarelor, la mecanismul de înclinare a brațului și la mecanismul de rotire, atunci când se dorește limitarea unghiului de rotire.

Fig.3.3 – Limitator de sfârșit de cursă

În fig 3.1, dacă una din rolele R1, R2 în mișcare se lovește de linealul fix corespunzător, L1 sau L2, circuitul se întrerupe în A1 sau A2. Dacă circuitul se întrerupe în A1, corespunzător mersului înainte, atunci el se poate închide numai prin A2, corespunzător mersului înapoi, ceea ce se realizează schimbând poziția manivelei controlerului pentru sensul invers de mișcare.

Aceste limitatoare pot acționa întrerupatoare electrice, hidraulice sau pneumatice.

3.3. Limitatoare de sarcină

Prin folosirea limitatoarelor de sarcină este posibilă exploatarea macaralei la posibilitățile ei maxime, fără pericolul avariilor sau accidentelor. În cazul în care sarcina nominală este depășită, acestea întrerup automat acționarea mecanismului de ridicare, rămânând posibilă mișcarea de coborâre.

Limitatorul de sarcină măsoară și compară anumite mărimi de forțe, presiuni, deformații pe care le transformă în mărimi electrice. Din cauza imperfecțiunilor principale sau contructive în procesul de sesizare, măsurare, comparare și transformare a diverselor mărimi, apar erori care dacă depășesc anumite limite reduc sensibilitatea limitatorului.

Fig.3.4 – Pozitia punctelor de deconectare și a domeniului de toleranță pentru reglarea limitatoarelor de sarcină

Pentru a nu se desprinde de la sol o suprasarcină care depășește valoarea reglată, iar suprasarcina de încărcare de 20% să nu se ridice mai mult de 100 mm de la sol, aceste limitatoare trebuie să aibe viteza de conectare suficient de mare.

Realizarea unor limitatoare de sarcină universale este imposibilă din cauza diversității mari a mecanismelor și instalațiilor de ridicat, gama de limitatoare fiind foarte variată. Deși echiparea cu limitatoare de sarcină pe instalațiile de ridicat este obligatorie, standardele (STAS 10278 – 87) și prescripțiile oficiale nu stabilesc decât condițiile tehnice esențiale pe care acestea trebuie sa le îndeplinească.

Limitator de sarcină cu sistem de pârghii

Principiul de funcționare este cel al pârghiei cu două brațe la care asupra brațului de lungime a acționează sarcina R, iar asupra celuilalt braț de lungime b acționează forța rezistentă a unui arc N.

Fig. 3.5 – Limitator de sarcină cu sistem de pârghii

La roata de deviere 1 a cablului de sarcină se montează limitatorul cu pârghie și arc tip Liebherr (fig. 3.2) . Roata de deviere este prinsă la vârful turnului pe o pârghie 2, articulată prin brațul 3, celălalt capăt al pârghiei fiind sprijinit pe arcurile 4. La o anumită comprimare a arcurilor, este acționat contactul electric 5 prin pârghia 6, fixată rigid la 2.

Condiția de declanșare a limitatorului este:
(3.1)

Dezavantajul acestui limitator este acela că poate declanșa, la vârfuri de sarcini dinamice de scurtă durată, neavând dispozitiv de amortizare.

Limitator de sarcină cu traductor de forță

In fig. 3.3 traductorul de forță 5 și tirantul 4 se articulează între pârghia cu brațe inegale 1 și travesa 2 a construcției metalice 3. Limitatorul de sarcină poate fi montat la capătul fix al cablului de sarcină sau la capetele cablurilor ancoră de braț 7, având în acest caz funția de limitator de moment.

Fig.3.6 – Limitator de sarcină cu traductor de forță

Rapoartele diferite între brațele pârghiei 1 se realizează simplu și operativ, reglând poziția traductorului prin perechile de găuri 8.

Avantajele acestui limitator sunt:

constructie simplă și robustă;

montaj simplu.

Limitatorul de sarcină montat pe cablu

Fig. 3.7 – Limitatorul de sarcină montat pe cablu

Cablul trece peste roata fixă 2 montată pe suportul 1 și rola de deviere 3 fixată la tija cu furcă 4 care apasă pe arcul 5 cu o teșiune reglabilă prin piulița 6. Limitatorul este montat pe ramura fixă a cablului de ridicare, fiind susținut de cablul trecut peste rola de egalizare. Prin acțiunea arcului, poziția vericală a cablului este deviată, sub acțiunea sarcinii acesta tinde să se îndrepte, împingând asupra contactului 9, iar când se depășește sarcina maximă de lucru, se oprește mișcarea de ridicare.

Între tensiunea din cablu T, forța de comprimare a aecului f și unghiul α există relația:

(3.2)

Deci reglarea acestui limitator se poate face simplu prin alegerea convenabilă a unghiului α.

Limitatoare de sarcină electrice

Cu ajutorul unor traductoare, folosind în general traductoarele rezistive sub forma unor potențiometre sau mărci tensometrice, se sesizează mărimea măsurată. Valorile pot fi amplificate cu ușurință, având o eroare relativ mică.

Dezavantajele acestui limitator sunt:

cost ridicat;

sensibilitate mare față de condițiile exploatării de șantier;

degradare în timp.

3.4. Limitatoare de moment

Aceste limitatoare asigură nedepășirea momentului dat de produsul dintre sarcină și rază, cu mai mult decât valoarea prevăzută în norme, adică nu va permite depășirea cu 20% a sarcinii maxime admise, corespunzătoare deschiderii brațului și stabilită prin diagrama de funționare a macaralei.

Mișcările care trebuie interzise la deconectarea limitatorului de moment sunt:

ridicarea cârligului;

coborârea brațului;

extinderea brațului;

deplasarea căruciorului spre vârful brațului (în cazul macaralelor turn) .

În anumite situații se interzice mișcarea de ridicare a brațului sau mișcarea de rotire a macaralei.

Un limitator de moment este eficient dacă timpul de deconectare este mai mic decât timpul de desprindere a pneurilor sau a tălpilor de calare de la sol.

Ținând seama de caracteristicile funcționale, aceste limitatoare se pot clasifica după urmatoarele criterii:

După construcția subansamblurilor care recepționează mărimile înregistrate:

cu excentric;

cu pârghie.

După posibilitatea introducerii unor corecții:

fără dispozitiv de corectare;

cu dispozitiv de corectare (cu pârghii, cu came, cu excentric, electromagnetice, electronice, combinate).

După caracterul forțelor active:

cu acționare directă pe întrerupător;

cu reducerea forței – cu dispozitiv de amortizare;

– fără dispozitiv de amortizare.

După felul funcției de semnalizare:

cu indicare continuă a valorii momentului de sarcină;

cu presemnalizare la o valoare prescrisă.

După elementul de echilibrare:

fără element de echilibrare;

cu element de echilibrare – cu pârghie și contragreutate;

– cu arc;

– cu dinamometru;

– cu cilindru hidraulic.

Fig.3.8 – Limitatorul de moment al macaralelor turn cu braț înclinat

Fig.3.9 – Limitatorul de moment la MTA – 125 tm

I – poziție de funcționare; II – poziție după acționare

Fig. 3.10 – Schema de principiu a limitatorului de moment

cu pârghie si contragreutate tip M.A.N.

CAPITOLUL 4

DISPOZITIVE DE SIGURANȚĂ PENTRU DIVERSE ACȚIUNI EXTERIOARE

4.1. Dispozitive anticoliziune

Coliziunea între două poduri rulante care circulă pe aceeași cale de rulare se produce rar, dar urmările ei sunt din cele mai grave: de la pagube material până la accidentarea mortală a personalului de deservire sau din apropiere. Cu toate că vitezele de translație sunt relativ mici, ciocnirea celor două mase care au o mare inerție, provoacă șocuri puternice. Unele șocuri mai puțin violente pot provoca deteriorări minore ale construcției metalice, ale mecanismelor de translație sau ale căii de rulare. Aceste deteriorări duc în timp la acel tip de accidente pentru care sunt foarte greu de stabilit cauzele.

În practică, coliziunea apare mai frecvent în următoarele cazuri[2]:

podul rulant lucrează singur pe o cale de rulare existând pericolul de

tamponare în viteză cu opritoarele de la capetele căii în cazul în care limitatoarele de sfârșit de cursă sunt dereglate sau sunt scoase din funcțiune;

existența pe aceeași cale a două sau mai multe poduri rulante;

în cazul instalațiilor de ridicat a căror căi de rulare sunt suprapuse, când

există pericolul ciocnirii unei macarale de la nivel inferior cu cablurile sau sarcina uneia care rulează pe o cale suprapusă.

Protecția împotriva coliziunii se poate face în trei moduri, care trebuie aplicate simultam (pentru asigurarea unei securități maxime):

prin dispositive absorbante de șoc plasate la extremitățile căii de rulare;

prin dispozitive limitatoare a cursei de deplasare;

prin dispozitive anticoliziune (sesizoare de apropiere), care trebuie să

acționeze în conformitate prevederile I.S.C.I.R.

Dispozitivele anticoliziune trebuie să îndeplinească mai multe funcții: să declanșeze automat un avertizor optic sau acustic la depășirea zonei de securitate; să comande oprirea motoarelor de translație sau trecerea lor pe microviteză; să comande intrarea în funcție a frânelor; să permită comanda de mers înapoi, când s-a depășit distanța de siguranță prestabilită.

În exploatare se folosesc dispozitive anticoliziune de tipul unor sesizoare de proximitate având o mare varietate de forme și o mare diversitate a principiilor de funcționare.

Lungimea zonei de siguranță este determinată de spațiile de frânare. Aceste spații se majorează cu o marjă de siguranță de aproximativ 50% , din cauza diminuării în timp a eficacității frânelor. Determinarea spațiului maxim de frânare se face experimental în condițiile cele mai grele adică, viteză maximă și reglare mediocră a dispozitivelor de frânare, în două situații de încărcare: o dată cu sarcina nominală și o dată cu jumătate din sarcina nominală, deoarece sarcina influențează contradictoriu spațiul de frânare prin creșterea aderenței la șină cu creșterea sarcinii, dar și prin creșterea masei care trebuie frânată.

După modul de funcționare dispozitivele anticoliziune pot fi mecanice, electrice, fără contact.

Dispozitive anticoliziune mecanice

Dispozitivul anticoliziune cu cablu metalic intins (fig. 4.1) are în componență un cablu metalic fin 1, întins paralel cu calea de rulare, care se sprijină pe rolele de ghidare 2, 3, 4 fixate sub chesonul fiecărui pod [2].

Rolele de ghidare ale podului protejat sunt situate la un nivel inferior nivelului la care sunt situate pe podurile extreme. Contactorii cu rolă și pârghie 5 sunt fixați deasupra rolelor de ghidaj ale podului protejat. Când acesta se apropie de un alt pod, firul se ridică, acționează contactorul 5 și se închide întrerupătorul care declanșează funcțiile de securitate.

Fig. 4.1

Dispozitive anticoliziune cu cablu întins: a- protecția podului median; b- protecția podurilor externe

Acest sistem se poate realiza în două variante: protecția unui pod median (fig. 4.1, a), respectiv protecția podurilor extreme (fig. 4.1, b). Cele două variante pot fi combinate pentru a oferi o protecție completă: pe o parte a căii de rulare se montează primul tip de protecție, iar pe cealaltă parte, cel de al doilea.

Extremitățile cablului pot fi echipate cu tuburi de cauciuc în trepte care permit acționarea limitatoarelor de cursă (fig. 4.2). Aceste dispozitive au dezavantajul că nu pot proteja mai mult de trei poduri pe aceeași cale.

Fig. 4.2

Dispozitiv anticoliziune cu tuburi în trepte, montat pe cabluri la capetele căii de rulare

Dispozitive anticoliziune electrice

Dispozitive care utilizează rezistența electrică a unui conductor.

Folosirea acestor dispozitive presupune dublarea căii de rulare a podului pe toată lungimea sa, cu un conductor rigid dintr-un material de rezistență ridicată, dispus pe suporți fixați sub planul căii de rulare. Conductorul este alimentat cu curent electric.

Fiecare pod este echipat cu două palpatoare: unul rămâne în contact cu calea de rulare a cărei continuitate electrică trebuie asigurată, celălalt palpator rămâne în contact permanent cu conductorul lateral; se realizează astfel un circuit a cărei rezistență variază în funcție de distanța care separă cele două poduri. Sunt posibile două variante.

Montajul în intensitate (fig. 4.3, a). Cei doi palpatori ai fiecărui pod sunt cuplați direct. Curentul care parcurge conductorul rezistiv și releul minimal de curent este dirijat prin palpatori spre șină, care este un bun conductor. Atunci când podurile se apropie, derivația este mai puțin importantă, rezistența buclei crește și intensitatea curentului descrește; releul este acționat atunci când intensitatea scade sub o valoare care corespunde zonei de siguranță.

Montajul în tensiune (fig. 4.3, b). Cele două palpatoare ale fiecărui pod sunt conectate cu bobinele unor relee montate pe poduri. Curentul care parcurge conductorul rezistiv este derivat de palpatori spre șină prin bobinele releelor. Căderea de tensiune din bobine este în funcție de distanța dintre podurile rulante. Atunci când cele două poduri rulante se apropie la limita zonei de siguranță, tensiunea pe relee scade și aceasta declanșează procesele de securitate.

La ambele montaje lungimea zonei de siguranță se poate regla cu ajutorul unui reostat.

Fig. 4.3

Dispozitiv anticoliziune de tip rezistiv: a- montaj în intensitate; b – montaj în tensiune

În afara elementelor prezentate în schemele de principiu, schemele complete au în componența lor relee de temporizare prin care se face adaptarea sistemului la condițiile de lucru.

Dezavantajele acestui sistem sunt: contactul electric dintre șină și palpator este sensibil la urmele de grăsime care pot apărea pe calea de rulare; circuitul necesită o tensiune de alimentare stabilă; palpatoarele trebuie executate din materiale care prin uzură să nu producă praf.

Dispozitive anticoliziune fără contact

Funcționarea acestor tipuri de dispozitive se bazează pe principiul emisiei și recepției de radiații sau unde:

radiația luminoasă în spectrul vizibil sau infraroșu, continuă sau modulată în

frecvență;

unda sonoră sau ultrasonoră;

unde ultrascurte sau radar;

radiații ale unor surse radioactive;

cuplaje magnetice inductive.

Aceste dispositive pot funcționa după două principii.

Principiul coincidenței (fig. 4.4), când axele geometrice ale emițătorului și

receptorului formează un unghi , în raport cu traiectoria podului rulant. Atunci când podirile se apropie la o distanță egală cu zona de siguranță prestabilită, radiația emisă întâlnește receptorul care detectează și declanșează procesul de securitate.

Fig. 4.4

Funcționarea dispozitivelor anticoliziune după principiul coincidenței

Cu notațiile din figura 4.4, zona de siguranță z are valoarea

(4.1)

Reglarea mărimii zonei de siguranță se asigură prin modificarea unghiului .

Principiul detecției unui prag de energie. Diferența dintre energia emisă și

energia recepționată este în funcție de distanța dintre podurile rulante; în momentul în care nivelul semnalului la receptor depășește pragul prestabilit corespunzător zonei de siguranță, se declanșează procesul de securitate. În acest caz axele de dispunere a emițătorului și receptorului sunt paralele cu traiectoria podurilor.

Din punct de vedere constructiv se întâlnesc două cazuri:

emițătorul și receptorul se află pe același pod rulant, iar celălalt pod poartă

un element reflectorizant;

emițătorul și receptorul se află pe poduri rulante diferite.

În figurile 4.5, a și b sunt prezentate schemele bloc ale unui emițător și ale unui

receptor care intră în componența unui dispozitiv anticoliziune cu cuplaj inductiv. Acest tip de dispozitiv funcționează pe principiul detectorului de prag, emițătorul și receptorul aflându-se pe poduri învecinate. Dispozitivul este compus dintr-un circuit magnetic deschis. Înfășurarea primară alimentată de către un oscilator cu frecvență de 7-12kHz, constituie emițătorul. Înfășurarea secundară a circuitului magnetic împreună cu circuitele electronice care prelucrează semnalul indus sunt montate pe podul învecinat și constituie receptorul. Când în înfășurarea secundară este indusă de către câmpul magnetic produs de înfășurarea primară o tensiune superioară limitei prestabilite, corespunzătoare zonei de siguranță, este acționat un releu care declanșează procesul de siguranță. Zona de siguranță realizată cu acest dispozitiv este reglabilă în intervalul 5-30m în mod continuu. Utilizarea lui are avantaje multiple: nu ridică probleme tehnologice deosebite; influența condițiilor de mediu este exclusă prin faptul că emițătorul și receptorul lucrează la rezonanță, eventualele semnale parazite nu influențează buna funcționare a dispozitivului.

4.2. Dispozitive de oprire a funcționării în cazul acțiunii vântului

O mare parte din instalațiile de ridicat sunt destinate să lucreze afară. Acestea sunt supuse unor acțiuni suplimentare provocate de factori naturali cum sunt: variațiile de temperatură, precipitațiile și vântul. Dintre factorii amintiți acțiunea vântului are urmările cele mai grave deoarece vântul puternic sau rafalele lui pot antrena macaralele,

Fig. 4.5

Dispozitiv anticoliziune cu cuplaj inductiv: a – emițător inductiv; b – receptor inductive

chiar cu viteze mari, izbindu-le una de alta sau de opritoarele căii de rulare. Consecințele pot fi: deraieri, răsturnări, căderi de pe estacade etc. Pentru evitarea

acestor situații este necesar ca macaralele cu braț sensibile la răsturnare, macaralele turn, macaralele portal și podurile rulante cu deschideri mai mari de 30m să fie prevăzute cu dispozitive de măsurare a vitezei vântului, cunoscute sub denumirea de anemometre și cu dispozitive de blocare pe șină, cunoscute sub denumirea de cleme (clești) de blocare.

Anemometre

Funcția de supraveghere a unui anemometru constă în măsurarea și înregistrarea vitezei vântului, a cărei valoare este indicată printr-un aparat de măsură amplasat în cabina macaragiului. Funcția de semnalizare se exercită prin aprinderea unei lămpi galbene și prin declanșarea unui semnal acustic la creșterea vitezei vântului exprimată prin presiune, până valoarea de 70-80% din valoarea maximă admisă, anume: 25daN/m2 la macarale portal și 15daN/m2 la celelalte macarale. Sirena poate fi oprită în această situație printr-un întrerupător, dar lampa galbenă continuă să funcționeze.

Funcția de protejare se exercită prin întreruperea circuitului de comandă al mecanismului de translație și a celorlalte mecanisme, simultan cu intrarea în funcțiune a sistemului de frânare și a dispozitivelor de blocare pe șină, în cazul în care aceste dispozitive nu sunt acționate manual. Această situație este semnalizată optic prin aprinderea unei lămpi roșii și acustic, prin sunetul sirenei. În cazul în care funcționarea macaralei a fost întreruptă întimpul ridicării unei sarcini, macanismul de ridicare poate fi deblocat prin acțiunea unui buton, în scopul depunerii acesteia.

Anemometrele au în componență un bloc emițător și un bloc receptor. Schema electric a unui anemometru este prezentată în figura 4.6

Fig. 4.6

Schema electrică a anemometrului

Emițătorul este compus dintr-o turbină eoliană a cărei arbore acționează un tahogenerator. Blocul receptor este prevăzut cu două relee de comutare RS1, RS2 un aparat V, care indică viteza vântului în m/s și presiunea lui în daN/m2. Aparatul este prevăzut cu trei lămpi de semnalizare: L1 (indică prezența tensiunii), L2 (lumina galbenă pentru presemnalizare), L3 (lumina roșie – vânt periculos și deconectarea mecanismelor). Aceste aparate sunt închise într-o cutie etanșă pe al cărui capac se mai montează siguranțele de protecție S1, S2 și butonul de deconectare al sirenei pentru situații de presemnalizare.

În construcția blocului receptor mai intră două relee; ele deservesc circuitele de presemnalizare și de protejare (semnalizare pericol și deconectare). Semnalizarea de pericol încetează numai prin deconectarea întrerupătorului automat.

Reglarea anemometrului se face în tunelul aerodinamic pentru viteza limită a vântului solicitată de utilizator.

În figura 4.7 este prezentată o vedere exterioară a celor două subansamble principale ale anemometrului.

.

Fig. 4.7

Anemometru: a –girueta cu tahogeneratorul; b – blocul receptor

Dispozitiv de blocare pe șină

Frânele mecanismului de deplasare sunt dimensionate pentru starea de serviciu a macaralei. În afara serviciului acțiunea vântului poate fi sensibil mai mare, putând depăși valoarea forței de aderență roți-șine. Din acest motiv sunt necesare dispositive suplimentare de blocare.

Prescripțiile tehnice R1 – colecția I.S.C.I.R. prevăd pentru macaralele care funcționează în exterior, ca o condiție obligatorie – echiparea acestora cu dispozitive de blocare pe șină. Funcția lor de securitate constă în asigurarea imobilizării macaralei aflată în repaus sau în timpul lucrului în situația în care viteza vîntului depășește limita admisă.

Forța de reținere pe șină a unui dispozitiv de blocare se calculează cu relația

(4.2)

unde:

este suma rezultatelor presiunii vântului pe elementele macaralei, care se calculează cu relația , în care S este suprafața supusă acțiunii vântului și – presiunea dinamică a vântului cu valorile , dacă nivelul șinei podului/căruciorului deasupra solului este mai mică decât 10m, , dacă acest nivel este mai mare de 10m;

– coeficient de aderență al roților cu șina ();

– greutatea aderentă (încărcarea ce revine roților frânate);

w – coeficientul rezistenței la rulare (w= 0,1…0.25);

– încărcarea ce revine roților libere;

n – numărul dispozitivelor de blocare.

Cela mai simple dispozitive de blocare pe șină sunt lanțurile și cablurile de ancorare fixate de opritoare, însă acestea prezintă dezavantajul că necesită deplasarea macaralei la una din extremitățile căii de rulare existând pericolul ca în timpul acestei deplasări o rafală de vânt să provoace izbirea acesteia în opritoare.

În unele situații se folosește un bolț de blocare trecut printr-o gaură a roții și prin găurile grinzii de capăt. Dar și acest sistem este destul de rudimentar, necesitând oprirea macaralei într-o anumită poziție, astfel ca una dintre găurile roții să fie coaxială cu găurile din grinda de capăt. În plus, pe lângă macaragiu, operația presupune participarea unei alte personae pentru introducerea bolțului. Acest sistem nu reușește să facă față în cazul când rezultanta acțiunii vântului depășește suma forțelor de aderență ale roților blocate.

O metodă de asigurare similară constă în folosirea unor bolțuri care trec prin găuri speciale din construcția metalică și se introduc în locașe corespondente practicate în suporții căii de rulare.

Cele mai răspândite dispozitive de blocare pe șină sunt clemele (cleștii) de blocare, care pot fi manuale, semiautomate, automate.

Clemele de blocare manuale sunt blocate și deblocate manual de către personalul de deservire, acesta având obligația ca la părăsirea macaralei sau la semnalizarea anemometrului să execute operația de blocare pe șină la toate dispozitivele. Ele sunt prevăzute cu un limitator de cursă care condiționează mișcarea de translație a macaralei de deblocarea tuturor clemelor. Dispozitivele de blocare manuale sunt simple, dar eficiența lor, în special în cazul rafalelor de vânt și a intensificării bruște a vântului, este redusă, deoarece personalul deservent nu mai are timp să la acționeze, astfel că multe macarale echipate cu astfel de cleme sunt avariate.

În principiu aceste dispozitive se bazează pe mecanisme cu pârghii articulate, forța de strângere realizându-se cel mai des cu șuruburi acționate prin manivele sau prin pârghii cu autoblocare și greutăți de blocare.

Amplificarea forței de strângere în cazul clemelor manuale cu șurub cu forță de reținere mai mică de 2500daN, se face prin raportul de amplificare al pârghiilor. La clemele de blocare cu șurub cu forțe de blocare mai mari de 2500daN, pentru amplificare se folosesc mecanismele cu pană sau conuri de presiune, care acționează asupra unor role dispuse pe capetele superioare ale pârghiilor, a căror raport de amplificare are valori cuprinse între 2:1 și 5:1.

Clemele de blocare cu pârghii cu autoblocare și contragreutăți folosesc pentru amplificarea forței de strângere un bac culisant, care contribuie la amorsarea strângerii și la compensarea uzurii șinei. Forța de strângere a acestui tip de clemă crește pe măsura intensificării vitezei vântului, datorită excentricității bacului.

În continuare sunt prezentate principalele elemente de calcul și schema cinematică a unei cleme manuale cu șurub vertical și amplificarea forței prin pană și pârghii (fig. 4.8).

Calculul forței de strângere a șinei pentru realizarea forței de reținere FR

(4.3)

unde pentru bacuri dințate executate din oțel de cementare durificat la 56…60HRC.

Forța orizontală pe bac

(4.4)

Fig. 4.8

Pârghie;2. Bac stiat; 3. Rolă 4. Placă de presiune; 5. Clemă; 6. Rolă; 7. Șurub; 8. Manivelă; 9. Cuplj; 10. Angrenaj conic; 11. Articulație cardanică; 12. Piuliță.

Proiecția pe orizontală a forței normale pe role din capătul pârghiei

(4.5)

Forța normală pe rolă

(4.6)

Forța axială pe șurub

(4.7)

Momentul cu care trebuie acționat șurubul pentru realizarea forței axiale necesară strâgerii

(4.8)

Verificarea filetului trapezoidal la solicitări compuse – compresiune cu torsiune

(4.9)

Momentul la arborele de intrare al clemei (fig. 4.9)

(4.10)

Forța necesară la manivelă

(4.11)

În relațiile de mai sus s-au folosit notațiile:

– randamentul mecanismului de stranger cu pârghii:

– diametrul mediu al filetului;

– unghiul mediu de ]nclinare al spirei;

Se recomandă folosirea filetului trapezoidal pentru care (pentru cuplu oțel/bronz);

p – pasul filetului;

– coeficientul de frecare între șurub și piuliță; șurub de oțel – piuliță de bronz cu semiungere;

– unghiul profilului filetului;

pentru oțel cu

– randamentul angrenajului conic;

(pentru scurtă durată).

Fig. 4.9

Clema este compusă din două pârghii 1 prevăzute la partea inferioară cu

bacuri striate 2, iar la partea superioară cu câte o rolă 3 care culisează în canalele sub formă de pană în două trepte ale unei plăci de presiune 4 ghidată în suportul clemei 5 prin rolele 6 (fig. 4.8). Șurubul 7, antrenat de la manivela 8 prin cuplajul limitativ de moment 9, angrenajul conic 10 și articulația cardanică 11, se înșurubează într-o piuliță 12 fixată în corpul plăcii de presiune 4. Condiția translației macaralei de poziția de ridicare a portpârghiilor se asigură cu ajutorul unui limitator de cursă. Forța de strângere maximă de scurtă durată aplicată la manivelă nu trebuie să depășească 30daN.

Dispozitive de blocare pe șină semiautomate

Funcționarea clemelor de blocare semiautomate în regim automat este condiționată de alimentarea cu energie electrică a mașinii. O întrerupere a alimentării electrice a motorului grupului de acționare a clemei are ca urmare transformarea în clemă manuală, în sensul că realizarea blocării sau deblocării este necesară acționarea manuală, ceea ce constituie un dezavantaj important.

Clema de blocare semiautomată cu forța de reținere pe șină mai mare de 1000kN, folosită la macaralele portal (fig. 4.10, a) este compusă din două mecanisme de blocare 1 montate pe un cărucior 2 fixat la construcția metalică a macaralei prin bolțul 3, susținerea pe șină realizându-se prin roata de rulare 4, care are și rolul de roată etalon, antrenând printr-un angrenaj cu dantură exterioară un emițător de impulsuri care face parte din instalația de protejare împotriva mersului oblic. Pe căruciorul 2 între cele două dispozitive de blocare se află montat grupul de acționare electrohidraulu 5 a cărui schemă hidraulică este prezentată în figura 4.11.

Mecanismul de blocare 1 (fig. 4.10, b) este alcătuit din pârghiile 6 și 7 articulate între ele, acționate cu ajutorul cilindrului hidrauluic 8. Fiecare pârghie 6 este prevăzută cu câte o rolă de reazem 9, lăgăruită pe câte o articulație sferică 10. Suprafețele exterioare ale rolelor 9 rulează pe două suprafețe de sprijin înclinate în formă de V (unghiul de înclinare fiind de 10…12o), ale unor grinzi de rezistență 11. Capetele inferioare ale pârghiilor sunt prevăzute cu bacurile 12 care realizează forța de strângere pe ciuperca șinei. Cele două grinzi 11 sunt legate între ele prin tiranții 13, coloanele de arcuri disc 14 și piulițele 15.

Blocarea se realizează prin acționarea cilindrului hidraulic în sensul coborârii pârghiilor până când bacurile se sprijină pe suprafața superioară a ciupercii șinei, iar cele două pârghii 7 realizează autoblocarea, capetele dispre cilindru hidraulic coborând câțiva milimetri sub orizontala punctelor de articulație cu pârghiile 6.

La creșterea vitezei vântului macaraua tinde să se deplaseze, în timp ce pârghiile fiind în contact cu șina prin intermediul bacurilor rămân imobilizate, iar cele două grinzi 11 prin suprafețele înclinate presează asupra rolelor 9, realizând strângerea ciupercii șinei, cu o forță proporțională cu presiunea vântului. Cele patru coloane de arcuri disc 14 de la capetele tiranților asigură o prestrângere a ciupercii șinei necesară în vederea amorsării strâgerii, dar au și rolul de amortizare și de compensare a uzurilor.

Deblocarea clemei se face acționând cilindrul hidraulic în sens invers. Oprirea grupului hidraulic la deblocare se face prin acționarea unui limitator de cursă 16 când pârghiile au ajuns în poziția superioară cu bacurile deasupra șinei, iar pornirea translației macaralei este condiționată și ea de ridicarea pârghiilor în poziția superioară, prin limitatorul de cursă 17 (fig. 4.10, a).

Fig. 4.10

Clemă de blocare semiautomată cu forța de reținere mai mare de 1000kN

Fig. 4.11

Schema hidraulică a clemei de blocare pentru dispozitivul din figura 4.10

Blocarea și deblocarea manuală a clemei se poate face cu pompa de mână și prin plasarea pe poziția dorită a distribuitorului cu comanda manuală din schema hidraulică (fig. 4.11).

Dispozitive de blocare pe șină automate

În această categorie intră acele dispozitive de blocare pe șină care realizează funcția de protejare (blocare) în mod automat la orice întrerupere a tensiunii de alimentare a dispozitivului, indiferent că este comandată de macaragiu, de anemometru sau de pierderea tensiunii de alimentare a macaralei.

Se cunosc dispozitive de blocare automate electromecanice, în a căror construcție intră un sistem de pârghii cu autoblocare a căror ridicare și coborâre se face cu ridicătoare electrohidraulice de frână. Dezavantajul acestor dispozitive îl constituie faptul că ridicătoarele trebuie să fie acționate în permanență, atâta timp cât lucrează cu utilajul, ceea ce are ca rezultat uzura prematură a lor și creșterea consumului de energie electrică.

Una dintre condițiile de bază pe care trebuie să le realizeze dispozitivele de blocare semiautomate și automate constă în asigurarea unui timp de coborâre-blocare mai mare decât timpul de frânare a macaralei. Se pune condișia ca

Pentru cleme automate cu ridicător de frână, această condiție este greu de realizat. Pentru eliminarea acestor neajunsuri s-au realizat cleme de blocare automate electro-mecano-hidraulice.

Clema de blocare automată a cărei forță de blocare pe șină este de 100kN (fig. 4.12) se compune dintr-un corp port-pârghii 1, în care sunt articulate cu bolțurile 11 două pârghii 2, prevăzute la capetele inferioare una cu un bac excentric 3 lăgăruit pe articulația sferică 4, iar cealaltă cu bacul 5 articulat prin bolțul 6. La capetele superioare cele două pârghii sunt prevăzute cu câte o rolă 7 care se sprijină pe conul de presiune 8 sub acțiunea forței de tracțiune a unor arcuri 9. Conul de presiune este împins între cele două role 7 de coloana de arcuri disc 10, a câror forță este amplificată prin efectul de pană al zonei de strângere a conului de presiune, prin raportul de amplificare al pârghiilor 2, dar și prin efectul de excentric al bacului 3, în cazul în care forța vântului depășește forța de blocare realizată de arcurile disc.

Fig. 4.12

Clema de blocare automată

Deblocarea dispozitivului se face prin punerea sub tensiune a motorului grupului hidraulic de acționare, care debitează în cei doi cilindri hidraulici concentrici 12 și 13. Pistonul 14 al cilindrului de blocare 12 apasă asupra capului conului de presiune și comprimând coloana de arcuri disc realizează deblocarea. La atingerea unei anumite curse de deblocare, presiunea devine suficient de mare pentru ca cilindrul 12, care este piston pentru cilindrul 13, să asigure ridicarea port-pârghiilor până când corpul port-pârghiei 1 acționează un limitator de cursă 15 oprind funcționarea motorului electric. Înainte de acesta un palpator reglabil acționează un limitator de cursă 16 care condiționează pornirea instalației.

O pierdere de ulei din sistem se soldează cu coborârea port-pârghiilor și cu reanclanșarea limitatorului 15 care dă comandă pe pornire motorului grupului hidraulic. Prin compensarea pierderilor, corpul 1 se ridică până are loc o nouă declanșare a limitatorului 15.

La pierderea tensiunii de alimentare supapa de reținere cu comandă electromagnetică 1 (fig. 4. 13) face ca uleiul sub presiune să fie refulat spre rezervor prin duza calibrată a acestei supape, duză cu rol de element de reglare a timpului de coborâre-blocare al clemei. Celelalte elemente ale schemei hidraulice sunt: pompa de ulei cu roți dințate 2, supapa de sens 3, droserul 4, filtrul de ulei 5, pastila de filtrare 6, robinetul 7, pompa de mână 8, cilindrul hidraulic de deblocare 9 concentric cu cilindrul hidraulic de ridicare 10 și manometrul 11. Deblocarea manuală se face închizând în prealabil robinetul 7 după care se acționează pompa de mână 8. Blocarea manuală se realizează prin deschiderea robinetului 7, care trebuie menținut deschis pentru asigurarea funcționării în regim automat. Schema de calcul a clemei de blocare automată este prezentată în figura 4.13.

Dispozitivul de blocare pe șină automat (fig. 4.14) de tip electro-mecano-hidraulic realizează forța de strângere pe cele două bacuri cu ajutorul unor pârghii cu autoblocare rezemate prin intermediul a două role pe suprafețele profilate sub forma unor pene duble, ale unor grinzi longitudinale legate între ele prin tiranți.

Părțile componente ale clemei sunt: grupul de acționare electrohidrauluic 1 a cărui schemă aste prezentată în figura 4.14, b, montat pe șasiul dispozitivului 2 în care este fixată și roata de ghidare 3 și cele două grinzi profilate 4, legate între ele prin tiranții 5. Pe acestea sunt fixate ghidajele 6 care asigură autocentrarea pârghiilor 7, articulate la partea superioară cu pârghiile8. Ridicarea și coborârea pârghiilor se face cu ajutorul cilindrului hidraulic 9 articulat la pârghia longitidinală 10. Un limitator de cursă 11 are rolul de a opri funcționarea grupului hidraulic la ridicarea pârghiilor și de a condiționa pornirea translației macaralei de poziția superioară a pârghiilor.

Forța de strângere se realizează prin efectul de pană al celor două grinzi profilate 4, care se deplasează odată cu corpul clemei sub acțiunea forței vântului apăsând asupra rolelor 12 montate orizontal în pârghiile 7 care, din cauza frecării cu șina, rămân pe loc. Momentul de răsturnare al pârghiilor 7 este preluat prin bolțurile 13 și 14, iar legătura cu construcția metalică a macaralei se asigură cu bolțul 15 și urechea 16, care realizează autocentrarea clemei față de axa șinei la o dezaxare a macaralei de maxim

Fig. 4.13

Schema de calcul a clemei de blocare

Fig. 4.14

Clema de blocare automată: a-construcție; b- schemă hidraulică

CAPITOLUL 5

DISPOZITIVE DE SIGURANȚĂ PENTRU BLOCAREA DEPLASĂRILOR

5.1. Opritoare

Opritoarele sunt dispozitive mecanice de limitare a curselor de lucru. Ele (opritoarele) se folosesc pentru limitarea deplasării macaralelor sau cărucioarelor, rotirii macaralelor, basculării brațelor, extinderii prin telescopare a brațelor [2].

5.2. Dispozitive de atenuare a șocurilor

Opritoarele prevăzute cu dispozitive absorbante de șocuri (cunoscute sub denumirea generală de tampoane), au rolul de a amortiza orice solicitare dinamică.

Normele în vigoare prevăd ca macaralele și cărucioarele care funcționează pe căi de rulare să fie echipate cu tampoane. În cazul cărucioarelor, tampoanele se montează fie numai pe cărucior, fie numai pe opritoare, astfel încât nici una din părțile extreme ale căruciorului să nu depășească grinzile de capăt și să nu apară pericolul de strivire când pe aceste grinzi se circulă. Dacă pe aceeași cale circulă două sau mai multe macarale sau cărucioare, marginea tampoanelor în stare comprimată trebuie să depășească cu cel puțin 100mm marginea cea mai proeminentă a căruciorului sau a macaralei. Excepție fac macaralele cu traversă la care traversa poate depăși gabaritul căruciorului sau macaralei.

Opritoarele pentru limitarea cursei macaralelor care lucrează în hale industriale trebuie să fie astfel amplasate încât între partea proeminentă a construcției macaralei și extremitatea halei să mai rămână după comprimarea tampoanelor cel puțin 100mm.

O condiție esențială pentru macaralele care circulă pe aceeași cale de rulare este de a avea tampoanele coaxiale.

În funcție de deplasarea macaralei sau căruciorului și în funcție de mărimea sarcinii nominale transportate, se utilizează diferite tipuri de dispozitive absorbante de șoc cum sunt:

Tampoanele de lemn, pentru macaralele cu acționare manuală;

Tampoane elastic:

Din cauciuc masiv, pentru macarale cu sarcină până la 20t și viteză până

la 100m/min;

Cu elemente elastic mecanice (arcuri volute, arcuri disc, arcuri inelare

etc.), pentru macarale cu sarcina peste 20t și viteza până la 120m/min;

Tampoane cu amortizoare hidraulice, utilizate în cazul macaralelor cu sarcini

mai mari de 20t și viteze care depășesc 120m/min;

Tampoane cu fibră celulară;

Tampoane din material plastic celular.

O metodă eficientă de protejare a macaralelor împotriva șocurilor cauzate de

loviturile cu opritoarele de la capetele căilor este aceea de a înlătura posibilitatea acestei coliziuni prin rampe de încetinire, pe care energia cinetică a utilajului o transformă prin ridicare, în energie potențială.

Rampele de încetinire sunt porțiuni situate la extremitățile căii în care cele două șine se supraînalță cu o pantă Sunt recomandate în cazul macaralelor portic mari și în general a macaralelor cu braț pentru care coliziunea cu capetele căii ar putea provoca răsturnarea. La proiectarea macaralei se va avea în vedere ca aceasta să nu rămână suspendată pe rampă prin plăcile curățitoare de șină, condiție ce se verifică cu relația

(5.1)

în care: este distanța între șină și placă, iar L – distanța dintre placă, curățitor și axa roții de rulare.

Tampoane de cauciuc. În figura 5.1 sunt prezentate tampoane de cauciuc (în tabelul 5.1 sunt prezentate caracteristicile dimensionale).

Elementele de calcul sunt următoarele.

Forța de tamponare pe un tampon

(5.2)

unde

(5.3)

fiind energia cinetică a macaralei cu sarcină, A – suprafața tamponului, – modulul de elasticitate al cauciucului, M – masa utilajului, Q – masa sarcinii nominale, – viteza de tamponare, – numărul de tampoane, l – lungimea tamponului.

Introducând în relația (5.2) expresia (5.3) a energiei cinetice se obține

(5.4)

Vitezele de tamponare de calcul se consider cel puțin 0,7 din viteza nominal, admițându-se ca prin înțelegere între proiectant și executants pe de-o parte și beneficiar pe de altă parte, viteza de tamponare luată în calcul să aibă valori mai mici, dar cel puțin 0,4 din viteza nominal. Se consider că viteza s-a redus la 0,7, respective la 0,4 din valoarea einominală ca urmare a acțiunii limitatoarelor de sfârșit de cursă și intrarea în acțiune a frânelor.

La stabilirea metodologiei de calcul se are în vedere modul de suspendare al sarcinii: flexibil sau rigid.

Tabelul 5.1

Caracteristicile tampoanelor de cauciuc

Fig. 5.1

Tampoane cu elemente elastice mecanice. Pentru podurile rulante și macaralele de capacitate medie (peste 20t) cu viteze de deplasare mari (până la 120m/min) tampoanele de cauciuc nu mai fac față fiind necesară utilizarea tampoanelor cu elemente elastice mecanice de tipul celor utilizate în tracțiunea feroviară.

Utilizarea în construcția tampoanelor elastice a arcurilor inelare (fig. 5.2) asigură o curbă caracteristică avantajoasă, frecările interne ale coloanei de arcuri asigurând o bună amortizare.

Fig. 5.2

Tampon elastic cu arcuri inelare:

alcătuire; b. caracteristica tamponului.

Tampoane cu amortizare hidraulice. Rezultate bune s-au obținut prin utilizarea amortizoarelor în care un piston comprimă un lichid cu un anumit coeficient de vâscozitate.

Lichidul este trecut prin ajutaje calibrate, obținându-se o absorbție progresivă a șocurilor, dar și posibilitatea reglării amortizoarelor.

În practică se folosesc tampoane care se bazează pe compresia hidrostatică a unor elastomeri. Astfel se obține absorbția unui șoc cu o energie de la o cursă de aproximativ un metru.

Amortizoarele hidraulice se amplasează în general la capetele fixe, dar este posibilă și amplasarea la extremitățile macaralei, situație în care efectele lor se cumulează. Tampoanele hidraulice pot prelua o mare cantitate de energie, dar sunt dezavantajoase în ceea ce privește forțele dinamice transmise construcției metalice.

Tampoane cu fibră celulară sau material plastic celular. În construcția de tampoane se caută materiale a căror caracteristică de arcuire să fie dependentă de viteza de deformare. Materialele plastice și cauciucul au modulul de elasticitate dependent de viteza de deformare. Această dependență de viteză nu este suficientă pentru realizarea unui efect satisfăcător. Din acest motiv s-au realizat tampoane din material plastic celular ale cărui elemente absorbante de șoc sunt compuse dintr-un mare număr de celule umplute cu gaz(fig. 5.3). Cu cât mărimea celulelor cu gaz este mai mică, cu atât efectul comprimare adiabatică- comprimare izotermă este mai mare, mărindu-se corespunzător dependența caracteristicii de arcuire de viteza de deformare. Materialul utilizat este de tip poliuretanic, fiind cunoscut sub denumirea de vulkolen.

Acest tip de tampon are avantaje multiple (caracteristică progresivă, cursa de tampoane mare, greutate proprie mică, întreținere ușoară nefiind supus uzurii, materialul din care este făcut este greu inflamabil, funcționare stabilă între și ), cu toate acestea răspândirea lui este limitată din cauză că se impune înlocuirea lui după o tamponare violentă (se deteriorează celule de gaz).

În construcția macaralelor se folosesc și alte dispozitive de siguranță:

piese de reazem;

curățitoare de șină;

siguranțe la cîrlig.

Pisele de reazem asigură macaralele în cazurile extreme când roata de rulare sau

osia (arborele) acesteia se rupe. Ele sunt compuse din piese rezistente montate în spatele roților pe grinzile de capăt ale podurilor rulante sau între roțile boghiurilor macaralelor (poz. 1, fig. 5.4). Piesa de reazem încadrează șina. Distanța pe verticală față de șină trebuie să fie cel mult 20mm, iar lateral se alege mai mare decât jocul dintre buzele de ghidare ale roților și șină. În acest fel se evită deraierea prin urcare roților pe șină.

Curățitorul de șină (poz. 2 și 3, fig. 5.4) se plasează în fața grinzilor de capăt sau ale boghiurilor macaralelor în scopul îndepărtării obiectelor aflate accidental pe șină. Sunt realizate ca placi (poz. 2) care încadrează conturul șinei tocmai ca piesele de reazem.

Fig. 5.3

Tampon din material plastic celular:

componență; b. caracteristica tamponului.

În cazul lucrului macaralelor pe amplasamente cu mari depuneri de praf,

curățitorul este prevăzut cu perie (poz. 3).

Siguranțele la cârlig sunt folosite în scopul evitării ieșirii accidentale a organelor de mașini de legare a sarcinilor din cârligul macaralelor, acestea, conform prescripțiilorISCIR, trebuie prevăzute în mod obligatoriu cu siguranțe în următoarele cazuri:

la macarale cu sarcina nominală în cazul echipării cu cârlig

simplu;

la macarale cu sarcina nominală numai dacă prin natura sarcinilor

există pericolul de ieșire necontrolată din cârlig a organelor de legare flexibilă sau dacă organele de legare sunt rigide;

când în cârlig se suspendă dispozitive de lucru cum sunt: electromagneți,

graifere, bene etc.

În scopul atașării siguranței, cârligele sunt prevăzute cu o gaură situată pe

proeminența de la baza tijei. Siguranțele mențin închisă deschiderea cârligului sub acțiunea unui arc sau a greutății proprii. Ele pot fi dezăvorâte numai spre interiorul cârligului.

Fig. 5.4

CAPITOLUL 6

ASAMBLĂRI NEDEMONTABILE

6.1. Introducere

Asamblările nedemontabile (îmbinările), sunt acele asamblări la care pentru demontare este necesară distrugerea totală a ansamblului sau a unor elemente ale acestuia. Asamblările nedemontabile pot fi obținute prin metode mecanice, prin folosirea forțelor de coeziune sau a celor de aderență fizico-chimică (îmbinări sudate prin lipire sau încleiere). Aceste asamblări sunt în general mai ieftine, comparativ cu asamblările demontabile și se utilizează de regulă când divizarea construcției este impusă de considerente tehnologice (posibilitatea, raționalitatea și economicitatea execuției).

6.2. Îmbinări sudate

Îmbinările sudate sunt asamblări nedemontabile bazate pe forțele de coeziune intermoleculară dintre materialele pieselor de îmbinat și se obțin prin încălzirea locală a pieselor, până la topire sau până la plasticizare, cu sau fără adaos de material de compoziție corespunzătoare și de asemenea, cu sau fără aplicarea unei forțe exterioare de apăsare a pieselor de îmbinat.

În tehnologiile în care se vine cu aport de material, acesta este numit metal de adaos și poate fi sub formă de sârmă. În procesul de sudare metalul de adaos în amestec cu metalul de bază (metalul din care sunt executate piesele care se asamblează) topit, formează cordonul de sudură. În jurul sudurii partea din metalul de bază care nu a ajuns în stare de topire, dar a suferit transformări structurale din cauza încălzirii puternice, formează zona influențată termic. Porțiunea formată din sudură cu zonele influențate termic și marginile învecinate acestora formează îmbinarea sudată a pieselor asamblate.

Avantajele tehnologiei de sudare sunt:

economii de material de până la 50%;

cheltuieli reduse;

posibilitatea automatizării.

Dezavantajele cuprind:

calitatea cusăturii sudate depinde de calificarea și atenția sudorului;

apariția tensiunilor remanente;

controlul este dificil și costisitor.

Sudura se utilizează la executarea unor construcții metalice, poduri, macarale, vagoane, vapoare etc.

Calculul îmbinărilor sudate supuse la solicitări statice

Proiectarea îmbinărilor sudate se face ținând seama de condiția de egală rezistență a cusăturii și a elementelor îmbinate. Stabilirea tensiunilor reale din piesele sudate, dar mai ales, din cordonul de sudură și din zonele învecinate, este o problemă complexă, fapt pentru care, calculul cusăturilor sudate este un calcul convențional.

Calculul sudurilor cap la cap

Calculul de rezistență al sudurilor cap la cap se efectuează de obicei după secțiunea nominală a elementelor îmbinate, fără a se lua în considerare îngroșarea cusăturilor și admițând o repartiție uniformă a tensiunilor pe secțiunea sudurii.

Sudura cap la cap solicitată la tracțiune se calculează cu relația (fig. 6.1)

, (6.1)

unde: s este grosimea minimă a elementelor îmbinate; ls – lungimea de calcul a cusăturii;

ats – rezistența admisibilă la tracțiune a cusăturii.

Lungimea de calcul a cordonului de sudură este mai mică decât lungimea reală a acestuia, din cauza imperfecțiunilor tehnologice ale capetelor cusăturilor (datorită amorsării și stingerii arcului electric)

ls=l–2s, (6.2)

unde, l este lungimea tablei.

Fig. 6.1

Sudura cap la cap solicitată la încovoiere se calculează cu relația (fig. 6.2)

, (6.3)

unde: Mi este momentul încovoietor, aplicat în planul elementelor îmbinate; Ws – modulul de rezistență axial al cordonului de sudură; ais – rezistența admisibilă la încovoiere a cusăturii.

Fig. 6.2

Sudura cap la cap solicitată simultan, la tracțiune și încovoiere se calculează cu relația (fig. 6.3)

. (6.4)

Fig. 6.3

Sudura cap la cap solicitată la forfecare se calculează cu relația (fig. 6.4)

, (6.5)

unde, T este forța tăietoare, iar τafs – rezistența admisibilă la forfecare a cusăturii.

Tensiunea maximă are valoarea

. (6.6)

Fig. 6.4

Sudura cap la cap solicitată la torsiune, se calculează cu relația (fig. 6.5)

, (6.7)

unde: Mt este momentul de torsiune; d – diametrul pieselor sudate; τats – rezistența admisibilă la torsiune a cusăturii.

Fig. 6.5

Sudura cap la cap înclinată, încărcată cu o forță axială (fig. 6.6), este solicitată la tracțiune de componenta F·sinα

(6.8)

și la forfecare, de componenta F·cosα

, (6.9)

tensiunea echivalentă determinându-se cu relația

. (6.10)

Lungimea de calcul a cordonului de sudură este

. (6.11)

Fig. 6.6

Calculul sudurilor prin suprapunere

Sudurile prin suprapunere sunt suduri de colț, având diferite forme ale suprafeței exterioare: sudură de colț plană (fig. 6.7, a); sudură de colț concavă (fig. 6.7, b); sudură de colț convexă (fig. 6.7, c).

Fig. 6.7

Ruperea cusăturilor de colț se produce după secțiunea minimă (fig. 6.8), aria secțiunii de calcul a cordonului de sudură fiind egală cu produsul a l, unde a este înălțimea triunghiului de sudură, iar l – lungimea cusăturii.

Fig. 6.8

Înălțimea triunghiului de sudură, în cazul cusăturii drepte este

a = s · cos450, (6.12)

în calculele de rezistență considerându-se: a = 0,7s – pentru cusătura dreaptă; a = 0,5s – pentru cusătura concavă; a = 1 · s, pentru cusătura convexă, s – fiind grosimea piesei celei mai subțiri. La sudurile de colț de rezistență se recomandă a ≥ 4mm.

Și la sudurile de colț, la lungimea cusăturii, rezultată din calcul, se adaugă cantitatea 2a, pentru a se ține seama de imperfecțiunile capetelor cordonului de sudură.

Sudura de colț bilaterală solicitată de o forță axială centrică se calculează la forfecare, cu relația (fig. 6.9)

, (6.13)

unde, τafs este rezistența admisibilă la forfecare a cusăturii.

Fig. 6.9

Din relația (6.13) se poate determina lungimea necesară a cordonului de sudură

. (6.14)

În cusătura de colț laterală, are loc o repartiție neuniformă a tensiunilor de forfecare, pe lungimea cordonului. Epura tensiunilor de forfecare urmărește deformațiile elastice ale pieselor su-date, concentrarea tensiunilor fiind maximă la capetele cordonului, unde piesele sunt încărcate cu sarcina totală.

Calculul practic se efectuează pe baza unei tensiuni medii de forfecare, iar pentru limita-rea tensiunii maxime se recomandă ca lungimea cordoanelor laterale să fie de

l1max=50a. (6.15)

Grosimea inegală a tablelor sudate duce la o asimetrie a curbei de variație a tensiunilor de forfecare τfs, în lungul cordonului, valoarea maximă fiind spre capătul dinspre tabla mai groasă.

Sudura de colț bilaterală a unui cornier și a unei table solicitată la întindere (fig. 6.10), se calculează pornind de la stabilitatea forțelor care acționează în cordoanele de sudură:

(6.16)

unde, F1 și F2 sunt forțele care revin cusăturilor laterale (fig. 6.10), iar e1 și e2 – distanțele de la axa de simetrie a secțiunii profilului până la marginile acestuia.

Fig. 6.10

Lungimile coordonatelor de sudură se determină din condiția de rezistență la forfecare, cu relațiile (solicitarea de încovoiere, produsă de momentul încovoietor Mi = F · e, se neglijează):

(6.17)

Sudura de colț bilaterală solicitată de un moment încovoietor (fig. 6.11), care acționează în planul îmbinării, se calculează considerând că acțiunea momentului încovoietor Mi este echilibrată de momentul dat de forțele P, dispuse la distanța l + s

Mi=P(l+s), (6.18)

de unde rezultă forța

, (6.19)

la care se verifică cordonul de sudură, cu relația

, (6.20)

sau se determină lungimea acestuia cu relațiile:

; (6.21)

l1 = l1s + 2a.

Fig. 6.11

Sudura de colț bilaterală solicitată de o sarcină axială centrică și de un moment încovoietor (fig. 6.12) se calculează cu relația

. (6.22)

Fig. 6.12

Sudura de colț combinată solicitată de o forță axială centrică (fig. 6.13) se calculează la forfecare, în ipoteza că sarcina se repartizează pe cusăturile laterale și frontale, proporțional cu lungimea cusăturilor, deși sudura frontală este mai rigidă și preia o cantitate mai mare din sarcină.

Fig. 6.13

Condiția de rezistență la forfecare este

, (6.23)

unde, lungimea de calcul a coordonatelor de sudură este

.

Sudura de colț combinată solicitată de un moment încovoietor, care acționează în planul îmbinării (fig. 6.14) se calculează la forfecare, în baza următoarelor ipoteze simplificatoare:

cusăturile lucrează independent;

cordoanele laterale sunt scurte, astfel că forțele care echilibrează momentul încovoietor se pot considera îndreptate în lungul acestora;

grosimea cordonului este mică în raport cu lungimea acestuia, putându-se neglija solicitarea suplimentară de încovoiere.

Fig. 6.14

Calculul bazat pe aceste ipoteze este aproximativ. Momentul încovoietor este echilibrat de cuplul de forțe care acționează în cusăturile laterale și de un moment încovoietor care acționează asupra cusăturilor frontale

,

de unde rezultă condiția de rezistență la forfecare

. (6.24)

La dimensionare, se adoptă constructiv lungimea cusăturii frontale l și cu relația (6.24) se determină lungimea cordoanelor laterale l1.

Sudura de colț combinată solicitată de o forță axială centrică și de un moment încovo-ietor, care acționează în planul îmbinării (fig. 6.15), se calculează la forfecare, tensiunea totală obținându-se prin însumarea algebrică a tensiunilor parțiale

. (6.25)

Fig. 6.15

Calculul sudurilor în „T”

Sudura în „T” cu prelucrarea muchiilor (rosturi de sudură) se calculează analog cu sudurile cap la cap (fig. 6.16).

În cazul sudurii solicitată de o forță perpendiculară pe placa de bază (la tracțiune- fig. 6.16, a), condiția de rezistență este

, (6.26)

Fig. 6.16

iar în cazul sudurii solicitată de o forță paralelă cu placa de bază (la încovoiere și forfecare- fig. 6.16, b), condiția de rezistență este

, (6.27)

tensiunile parțiale determinându-se cu relațiile:

. ( 6.28)

La sudurile solicitate la tracțiune și încovoiere (fig. 6.16, c), tensiunile parțiale sunt:

(6.29)

tensiunea totală fiind

. (6.30)

Sudura în „T” fără prelucrarea muchiilor constituie un puternic concentrator de tensiuni.

În cazul sudurii în „T” monolaterală solicitată la întindere (fig. 6.17, a), forța exterioară F se descompune în două componente

F1 = F2 = F·cos450 = 0,7F,

care solicită îmbinarea la tracțiune, forfecare și încovoiere, tensiunile parțiale fiind date de relațiile:

(6.31)

Tensiunea echivalentă se calculează cu relația

. (6.32)

Fig. 6.17

Sudura în „T” bilaterală, solicitată la întindere (fig. 6.17, b), nu este solicitată la încovoiere, condiția de rezistență fiind

. (6.33)

În cazul sudurii în „T” bilaterală, asupra căreia acționează o forță paralelă cu placa (fig. 6.18), tensiunile parțiale se determină cu relațiile:

(6.34)

,

tensiunea echivalentă fiind

. (6.35)

Fig. 6.18

În cazul în care asupra îmbinării acționează o forță de întindere și un moment încovoietor (fig. 6.19), sudura este solicitată la tracțiune, forfecare și încovoiere, dar (convențional) se calculează numai la forfecare, cu întreaga forță exterioară și la încovoiere, cu momentul Mi. Tensiunile parțiale se obțin cu relațiile:

;

, (6.36)

iar tensiunea echivalentă cu relația

. (6.37)

Fig. 6.19

Sudurile în „T” solicitate la torsiune, vor dezvolta în cordonul de sudură tensiuni, care se calculează cu relația (fig. 6.20)

. (6.38)

Fig. 6.20

Deoarece înălțimea cordonului de sudură este mică în raport cu diametrul piesei (a <<d), sudura se poate calcula, convențional, la forfecare, cu forța

, (6.39)

condiția de rezistență fiind

. (6.40)

Calculul sudurilor prin presiune

Sudurile cap la cap prin presiune au aceeași rezistență cu cea a metalului de bază. La sudarea prin puncte diametrul punctului de sudură se alege pe baza datelor experimentale (fig. 6.21):

d = 1,2s + 4mm, pentru s ≤ 3mm;

d = 1,5s + 5mm, pentru s > 3mm.

Fig. 6.21

Pasul minim de dispunere a punctelor de sudură este limitat de fenomenul de scurtcircuitare a curentului electric prin punctele de sudură învecinate, sudate anterior și se recomandă să fie tmin = 3d – la sudarea a două piese și tmin = 4d – la sudarea a trei piese.

Distanțele punctelor de sudură față de marginile tablei se recomandă să fie:

e = (2,5…4)d și e’= (2…4)d.

Punctele de sudură se calculează la forfecare, forța acționând în planul pieselor îmbinate. Considerând că cele n puncte de sudură sunt solicitate uniform, condiția de rezistență la forfecare este

. (6.41)

Recomandări privind alegerea tensiunilor admisibile la solicitări statice

Tensiunile admisibile la solicitările statice pentru calculul îmbinărilor sudate au fost sta-bilite pe baza experienței de proiectare și exploatare a construcțiilor sudate. Acestea se stabilesc în funcție de rezistența admisibilă la tracțiune a materialului de bază, prin înmulțirea acesteia cu un coeficient de calitate a sudurii φ, dependent de tipul cusăturii și de felul solicitării.

Coeficientul de calitate are următoarele valori:

– pentru sudură cap la cap solicitată la:

· tracțiune φ = 0,8 (ats = 0,8at );

· compresiune φ = 1 (acs = 1 · at );

· încovoiere φ = 0,85 (ais = 0,85 · at );

· forfecare φ = 0,65 (τafs = 0,65 · at );

· torsiune φ = 0,65 (τats = 0,65 · at );

– pentru sudura de colț φ = 0,65 pentru toate tipurile de solicitări.

Calculul îmbinărilor sudate supuse la solicitări variabile

Cercetările experimentale au arătat că cel mai bine rezistă la solicitări variabile cusăturile cap la cap. La cusăturile în V și X se poate atinge rezistența la rupere statică a materialului de bază.

Cusăturile frontale micșorează mult rezistența la oboseală a îmbinării. Folosirea ecliselor duce la micșorarea rezistenței la oboseală ca urmare a repartiției neuniforme a tensiunilor în secțiunea cusăturii și a metalului de bază. Cusăturile laterale micșorează mult rezistența la oboseală a îmbinării, coeficienții efectivi de concentrare având valori cuprinse în intervalul 3…4; combinarea cusăturilor laterale și frontale micșorează valoarea coeficientului de concentrare.

La sudurile în T, fără prelucrarea marginilor, coeficientul efectiv de concentrare a tensiunilor este de 2,5 … 4, iar la cele cu prelucrarea marginilor de 1,1 … 7.

Cusătura de colț concavă rezistă cel mai bine la solicitări variabile datorită trecerii treptate de la cusătură la materialul de bază, cusăturile de colț convexe, constituind un puternic concentrator de tensiuni, fapt pentru care nu se recomandă folosirea lor în cazul solicitărilor variabile.

Cauzele principale care fac ca rezistența la oboseală a cusăturii să fie în general inferioară rezistenței materialului de bază, sunt: incluziunile de gaze și zgură, fisurile, sudarea incompletă etc.

La determinarea rezistenței la oboseală trebuie să se țină seama atât de concentratorii datorați cusăturii propriu-zise, cât și concentratorii care apar ca urmare a abaterii liniilor de forță, a formei cordonului de sudură, a poziției îmbinării, a condițiilor de sudare etc. În calcul nu se iau în considerare tensiunile remanente, deoarece nu sunt pe deplin cunoscute.

Calculul de oboseală constă în determinarea coeficientului efectiv de siguranță și com-pararea acestuia cu valorile recomandate ca admisibile. Coeficientul de siguranță se poate calcula după una din metodele cunoscute. În cazul acțiunii simultane a tensiunilor normale și tangențiale se calculează coeficienții de siguranță parțiali cσ și cτ și coeficientul de siguranță global care se compară cu valorile recomandate. Pentru coeficienții de siguranță admisibili se recomandă valori mai mari ca de obicei (ca = 1,5 … 3, ajungându-se uneori chiar până la valoarea 4), ca urmare a faptului că solicitările reale nu pot fi precis evaluate și pentru că în exploatare pot interveni sarcini accidentale.

Recomandări privind proiectarea organelor de mașini sudate

Datorită particularităților pe care le prezintă procedeul tehnologic de sudare, construcțiile sudate trebuie să respecte anumite condiții (de formă, specifice acestei tehnologii și modului de comportare în exploatare a cordonului de sudură):

asigurarea unui flux continuu a liniilor de forță, evitându-se concentratorii de tensiuni;

asigurarea unei încărcări simetrice a cordonului de sudură pentru a se evita solicitările complexe;

executarea construcțiilor sudate din profile, țevi etc., în funcție de rolul funcțional și de tipul de

solicitare;

mărirea rigidității (construcțiilor sudate), prin micșorarea lungimilor libere ale elementelor

componente;

evitarea intersectării cordoanelor de sudură;

tablele subțiri să fie asamblate prin cordoane de sudură întrerupte;

asigurarea unei treceri treptate de la tabla mai groasă la tabla subțire (în cazul sudării a două table

cu grosimi diferite);

folosirea sudurii cap la cap în locul sudurii de colț;

realizarea cordoanelor de sudură în condiții ergonomice.

CAPITOLUL 7

CALCULUL ORGANOLOGIC

7.1. Calculul arborelui

Generalități

Osiile sunt organe de mașini rotitoare sau fixe, destinate susținerii pieselor aflate în mișcare de rotație; osiile rotitoare se folosesc în construcția vagoanelor de cale ferată; osiile fixe sunt utilizate în construcția punților (nemotoare) ale automobilelor.

Arborii sunt organe de mașini care efectuează o mișcare de rotație, destinate să transmită un moment de torsiune și să susțină piesele între care se transmite acest moment.

Din punctul de vedere al solicitărilor, osiile sunt supuse în principal la încovoiere, iar arborii sunt supuși în principal la torsiune și încovoiere.

Osiile și arborii au o largă utilizare în construcția de mașini-unelte, mașini electrice, autovehicule rutiere și feroviare.

Osiile și arborii se pot clasifica după următoarele criterii:

– după formă: cu axa geometrică dreaptă (fig. 7.1), curbată, cotită (fig. 7.2); cu secțiune plină, inelară, constantă, variabilă;

– după modul de funcționare: fixe (numai osiile); cu mișcare de rotație; cu mișcare oscilantă;

– după modul de rezemare: static determinate; static nedeterminate;

– după solicitare: încovoiere (osii); torsiune și încovoiere (arbori);

– după comportarea la vibrații: arbori rigizi; arbori elastici;

– după poziția de lucru: orizontală; verticală; înclinată;

– după tehnologia de execuție: laminare; foraje-matrițare; turnare [7].

Fig. 7.1

Fig. 7.2

Formele și dimensiunile osiilor și arborilor depind în mod deosebit de rolul funcțional, repartizarea sarcinilor pe lungime, tehnologia de execuție și condițiile de montaj impuse.

Materiale și tehnologie

Materialele din care se execută arborii și osiile se aleg în funcție de condițiile de rezistență și rigiditate impuse, de natura organelor de mașini susținute și de modul de rezemare (tipul lagărelor).

Arborii drepți și osiile se execută din oțeluri carbon obișnuite (pentru construcții) sau din oțeluri de calitate. Oțelurile aliate se folosesc numai în cazuri speciale: când pinionul este confecționat din oțel aliat și face corp comun cu arborele, la arbori puternic solicitați, la turații înalte, în cazul restricțiilor de gabarit, la osiile autovehiculelor etc.; oțelurile aliate, tratate termic sau termochimic, se folosesc numai în măsura în care acest lucru este impus de durata de funcționare a lagărelor, canelurilor sau a altor suprafețe funcționale.

Pentru arborii drepți și osii se recomandă:

– oțeluri de uz general pentru construcții (OL 42, OL 50, OL 60- STAS 500/2-80), pentru arborii și osiile care nu necesită tratament termic; aceste oțeluri se folosesc în cazul unor solicitări ușoare, fără condiții speciale impuse fusurilor;

– oțeluri carbon de calitate de îmbunătățire (OLC 45, OLC 60 – STAS 880-80) sau oțeluri aliate de îmbunătățire (40Cr10, 41CrNi12 – STAS 791-80), pentru arbori mediu solicitați și durată medie de funcționare a fusurilor și a canelurilor;

– oțeluri carbon de calitate de cementare (OLC 10, OLC 15 – STAS 880-80) sau oțeluri aliate de cementare (13CrNi30, 28TiMnCr12 – STAS 79-80), pentru arbori puternic solicitați și pentru arbori care funcționează la turații mari.

Ca semifabricate, pentru osiile și arborii de dimensiuni mici și mijlocii, se folosesc: bare laminate (pentru arbori cu diametrul sub 140mm); bare laminate, cu forjare ulterioară; bare laminate, cu matrițare ulterioară (în cazul producției de serie mare).

Arborii drepți și osiile, obțin forma și dimensiunile finale prin strunjire și rectificare. Rectificarea se aplică pentru obținerea unor toleranțe strânse și a unor rugozități mici, în foarte multe cazuri după un tratament termic sau termochimic. Canalele de pană, canelurile, găurile de ungere etc., se execută prin frezare pe mașini de frezat universale (foarte rar se folosesc mașini de găurit). Canelurile în evolventă se execută pe mașini de danturat.

Execuția arborilor și osiilor din bare laminate cu forjare sau matrițare ulterioară conduce atât la obținerea unui semifabricat apropiat de forma finală (cu importante economii de material, manoperă și energie), cât și la realizarea unui fibraj continuu care urmărește forma arborelui, conducând la creșterea rezistenței acestuia.

Tratamentele termice sau termochimice aplicate depind de materialul din care se execută arborii, putând fi: îmbunătățire sau îmbunătățire și călire superficială a fusurilor, a canelurilor, a porțiunilor de calare etc; cementare urmată de călire și revenire; nitrurare.

Osiile și arborii de dimensiuni mari se execută din fontă cu grafit nodular sau din fontă modificată, care asigură sensibilitate mai redusă la concentratorii de tensiuni, proprietăți antifricțiune și de amortizare a șocurilor și vibrațiilor, concomitent cu avantajul unor economii de material și de manoperă. În funcție de necesități se mai pot folosi fonta maleabilă perlitică, fonta aliată sau oțelul turnat.

Semifabricatele pentru arborii cotiți se obțin prin turnare sau forjare. Forjarea se face în mai multe etape prin încălziri și prin folosirea unor matrițe închise.

Calculul osiilor și arborilor cu axa geometrică dreaptă

Osiile se calculează la rezistență numai pentru solicitarea la încovoiere (osiile pot fi tratate ca un caz particular al arborilor).

Arborii sunt supuși unor solicitări complexe (încovoiere, torsiune) și au forme constructive impuse de condițiile de montaj (a arborilor în lagăre; a pieselor susținute de arbori).

Calculul arborilor cu axa geometrică dreaptă presupune parcurgerea următoarelor etape:

– stabilirea datelor inițiale de proiectare: destinație, poziție (orizontal, vertical, înclinat), rezemare, turație, sarcini, valori impuse pentru deformații sau vibrații, gabarit;

– predimensionarea, care presupune un calcul de rezistență la rupere, la deformații și la turații critice;

– proiectarea formei considerând diametrele de bază calculate la predimensionare, precum și condițiile de funcționare, execuție și montaj;

– verificarea la rupere prin oboseală, la deformații (rigiditate) și vibrații.

Metodologia calculului de predimensionare a osiilor și arborilor cu axa geometrică dreaptă

Sistemul de forțe se determină considerând interacțiunea arbore-organe de mașini susținute-lagăre.

Calculul de predimensionare se poate efectua considerând:

– cazul 1 – distanța dintre reazeme și pozițiile sarcinilor sunt cunoscute;

– cazul 2 – distanța dintre reazeme și pozițiile sarcinilor nu sunt cunoscute (se determină prin proiectare).

În primul caz metodologia calculului de predimensionare parcurge următoarele etape:

– se stabilește schema generală a încărcării precizându-se planurile și secțiunile în care acționează sarcinile (forțe pentru osii; forțe și momente pentru arbori); când forțele care solicită arborele se află în plane diferite, se va face proiecția lor (a forțelor) pe două plane perpendiculare, fiind indicat ca unul dintre plane să coincidă cu direcția uneia dintre forțe;

– calculul reacțiunilor din reazeme;

– calculul momentelor încovoietoare pentru fiecare plan și secțiune, urmat de trasarea diagramelor de momente încovoietoare;

– însumarea geometrică a momentelor încovoietoare din fiecare secțiune;

– calculul momentelor echivalente prin însumarea momentelor încovoietoare și a momentelor de torsiune (pentru arbori);

– alegerea materialului;

– calculul diametrului osiei sau al arborelui pentru fiecare secțiune;

– standardizarea diametrelor pentru fiecare secțiune;

– analiza condițiilor de execuție și de montaj;

– adoptarea variantei constructive optime;

– realizarea desenului de execuție.

În cel de-al doilea caz, când distanța dintre reazeme și pozițiile sarcinilor nu sunt cunoscute, metodologia de calcul a etapei de predimensionare cuprinde următoarele calcule:

– predimensionarea diametrelor; pentru osii predimensionarea se face pe baza presiunilor minime admisibile în lagăre; pentru arbori predimensionarea se face pe baza rezistenței minime admisibile la torsiune;

– adoptarea valorii raportului , în care este lungimea fusului (fusurile sunt zonele pe care osiile și arborii se reazemă în lagăre), iar este diametrul fusului; pentru calculul preliminar se recomandă , pentru lagăre cu alunecare și , pentru lagăre cu rostogolire; raportul se adoptă în funcție de tipul mașinii și de materialul cuplelor utilizate, iar lungimile adoptate pentru fusuri trebuie să țină seama de prevederile din standardele pentru lagăre cu alunecare, respectiv rostogolire;

– analiza soluțiilor constructive posibile și desfășurarea simultană în continuare a calculelor pentru două sau trei variante considerate ca fiind acceptabile; în această etapă se stabilesc și distanța dintre reazeme precum și pozițiile sarcinilor;

– desfășurarea în continuare a calculelor pe baza metodologiei prezentate anterior pentru osiile și arborii la care se cunosc distanțele dintre reazeme.

Calculul de predimensionare al arborilor drepți

În calculul arborilor, anumite solicitări cum ar fi cele de întindere, compresiune sau flambaj, se neglijează, luându-se în calcul numai solicitările la torsiune și încovoiere. În funcție de aceste solicitări principale, arborii se clasifică în: arbori solicitați în principal la torsiune; arbori solicitați în principal la torsiune și încovoiere.

Predimensionarea arborilor solicitați în principal la torsiune

Arborii solicitați în principal la torsiune sunt în general arbori intermediari de transmisie.

Calculul se efectuează având ca date inițiale puterea sau momentul de torsiune transmis și turația, precum și informații referitoare la funcționare (organele de mașini cu ajutorul cărora se realizează transmisia).

Calculul convențional la torsiune are la bază criteriul rezistenței și criteriul deformațiilor unghiulare.

Momentul de torsiune este cunoscut din tema de proiectare sau se calculează cu relația

(7.1)

unde puterea, în kW, iar – turația, în rot/min.

Momentul de torsiune pe care îl poate prelua o secțiune circulară de diametru d, este

(7.2)

unde modulul de rezistență polar are expresia

(7.3)

iar reprezintă rezistența admisibilă la torsiune a materialului arborelui, în MPa.

Din relațiile (7.2) și (7.3) se obține diametrul secțiunii arborelui

(7.4)

sau folosind și relația (7.1), rezultă

. (7.5)

Deoarece se neglijează solicitarea la încovoiere se aleg pentru tensiunea admisibilă la torsiune valori reduse, , valorile mai mici fiind recomandate pentru diametre mici.

Deformația unghiulară de torsiune se determină cu relația

(7.6)

unde: este lungimea torsionată a arborelui, în mm; – modulul de elasticitate transversal, în MPa; – momentul de inerție polar, în ; – deformația unghiulară admisibilă.

Dacă este limitată deformația unghiulară de torsiune și se cunoaște lungimea torsionată a arborelui, diametrul preliminar se obține cu relația

. (7.7)

Comparând diametrele obținute cu relațiile (7.5) și (7.7), se va alege diametrul mai mare, care va fi standardizat.

Pentru construcții uzuale se admite (- deformația unghiulară de torsiune exprimată în grade;

Se recomandă alegerea deformației unghiulare admisibilă a arborilor în funcție de rolul funcțional al acestora și de caracteristicile mecanice ale materialelor. Astfel, anumite tipuri de arbori cum sunt arborii cardanici ai autovehiculelor admit deformații de torsiune foarte mari, chiar peste , dar arborii care transmit mișcarea de avans la anumite mașini-unelte de precizie nu pot avea deformații mai mari de .

Predimensionarea arborilor solicitați în principal la torsiune și

încovoiere

Pentru efectuarea acestui calcul se consideră cazul unui arbore solicitat spațial (fig. 8.4). Solicitările în planul orizontal au fost notate cu indicile H, iar solicitările în planul vertical au fost notate cu indicile V. În figura 7.4 sunt reprezentate diagramele de momente corespunzătoare încărcării arborelui reprezentat în figura 7.3.

Fig. 7.3

Fig. 7.4

Relațiile de calcul a reacțiunilor și momentelor produse de forțele F1 și F2, sunt:

(7.8)

(7.9)

(7.10)

(7.11)

(7.12)

(7.13)

(7.14)

(7.15)

Momentele încovoietoare rezultante, în cele două secțiuni, se calculează cu relațiile:

(7.16)

(7.17)

Dacă solicitarea principală a arborelui este solicitarea de torsiune, momentele echivalente în cele două secțiuni se obțin cu relațiile:

(7.18)

(7.19)

Relațiile (8.29) și (8.30) se pot scrie și sub forma

(7.20)

unde j =1,2; este un coeficient care depinde de modul diferit de variație a tensiunilor corespunzătoare solicitărilor de încovoiere, respectiv torsiune; valoarea coeficientului se obține făcând raportul dintre și , , , unde , , sunt rezistențele admisibile ale materialului arborelui la solicitările de încovoiere în funcție de modul de variație al tensiunilor corespunzătoare solicitărilor de torsiune statică , pulsantă sau alternant simetrică (tabelul 7.1); în mod frecvent

Tabelul 7.1

Rezistențele admisibile la oboseala de încovoiere pentru predimensionarea arborilor și

osiilor

Dacă solicitarea principală a arborelui este solicitarea de încovoiere, se recomandă calcularea momentului echivalent cu relația

(7.21)

Diametrul minim al arborelui în secțiunea cercetată se obține cu relația

(7.22)

unde: j =1,2 în cazul prezentat în figura 8.5, dar poate lua valorile j =1,2…..n, în funcție de secțiunile cercetate; poate lua una din valorile , sau , în funcție de tipul solicitării.

Diametrul calculat cu relația (8.33) se majorează cu 4% dacă arborele are un singur canal de pană, cu 7% dacă arborele are două canale de pană dispuse la unghiuri cuprinse în intervalul 90°…120° și cu 10% dacă arborele are două canale de pană dispuse la 180°.

Bolțul 1, UIP-2017-04, este solicitat la încovoiere și forfecare (se neglijează strivirea).

Schema de calcul este prezentată în figura 6.5. Distanța dintre reazeme este de 50mm (Braț uip-2017-04). Forța care solicită bolțul este greutatea culisorului (UIP-2017-03).

Volumul acestuia (culisorului) este

Greutatea (forța) este

Bolțul rezistă la solicitarea de încovoiere deoarece

Fig. 6.5

Verificarea la forfecare se face cu relația

Culisorul (UIP-2017-03) are secțiunea transversală

Acesta (culisorul) este solicitat la forfecare și poate prelua o forță

Se folosesc 3 (trei) culisoare.

Calcul sudurii

unde:

4mm=calibrul sudurii;

1000mm=lungimea codonului de sudură longitudinal;

200mm=lungimea cordonului de sudură transversal (două laturi);

50MPa=rezistența admisibilă la forfecare a cordonului de sudură;

2-două cordoane de sudură.

Forța după direcția x este 96tf. Fiecărui dispozitiv îi revine 48/3=16tf, de unde rezultă că

Sudura rezistă solicitărilor.

CAPITOLUL 8

NORME DE PROTECȚIA MUNCII

Norme de tehnica securității muncii la sudare

Scopul normelor de protecția muncii este să contribuie la îmbunătățirea continuă a condițiilor de muncă și la înlăturarea cauzelor care pot provoca accidente de muncã și îmbolnăviri profesionale, prin aplicarea de procedee moderne, folosirea rezultatelor științifice și organizarea corespunzătoare a muncii.

Conducătorii procesului de producție trebuie să asigure sudorilor și ajutoarelor lor echipamente de lucru și de protecție necesare, în funcție de procedeul de sudare aplicat. Este interzis lucru fără echipamente de protecție obligatoriu sau cu echipament neconform normelor de protecție. Îmbrăcămintea sudorilor trebuie să fie din materiale greu inflamabile, închisă cu nasturi, strânsă la încheietura mâinii, fără manșete, revere și buzunare deschise. Nu se admite introducerea pantalonilor în încălțăminte.

Înainte de începerea lucrului se va verifica centura de împământare.Se interzice executarea de lucrări de sudare cu aparate sau mașini nelegate la centura de punere la pământ. Când nu se sudează mașinile și transformatoarele se vor decupla de la sursa de tensiune.

Este interzis utilizarea conductoarelor de sudură cu izolație deteriorată, fără papuci de fixare la borne, portelectrod neizolat și cutia de borne a aparatului sau mașinii de sudat neînchisă ca capac.

Conectarea și deconectarea aparatelor de sudură la rețea se face numai de personal specializat, sudorului fiindu-i interzis lucrul la tabloul de distribuție. În cazul defectării aparatului sau generatorului se interzice repararea de către sudor a acestora.

Executarea de lucrări nu se va face în locuri cu umiditate excesivă (galerii de mină, subsoluri) de către un singur sudor (sudorul va avea un ajutor). Executarea de lucrări la înălțime se va face cu balustrade de protecție sau platforme și cu asigurarea cu centuri de siguranță.

Pentru prevenirea poluării aerului se vor aplica sisteme de aspirație locală. Gurile de aspirație trebuie să fie astfel dispuse încât gazele și vaporii nocivi să nu ajungă la nivelul căilor respiratorii ale lucrătorilor; în acest sens nu sunt admise hotele cu aspirație verticală instalate deasupra mesei de sudare. În cazul în care instalația de ventilație nu funcționează normal, nu se pot efectua lucrări de sudare în condiții normale de lucru.

În caz de avarii pe circuitele electrice echipamentele de sudare și locurile de muncã vor fi dotate cu extinctoare cu CO2 sau la nevoie este permisă asistența echipelor de pompieri.

Norme de tehnica securității muncii pentru prelucrări mecanice

Interes deosebit trebuie acordat și protecției muncii la instalațiile mecanice de prelucrat care se execută cu dispozitive și mașini care dispun de organe de mașini în mișcare sau la care prelucrarea se face din semifabricate individuale.

Semifabricatele individuale trebuie introduse direct, de către muncitor, în zone periculoase unde accidentul de muncă se poate produce. De aceea acolo unde se găsește transmisie prin curele sau alte părți în mișcare trebuie instalate dispozitive de protecție.

Deservirea preselor la care comanda se face cu ajutorul piciorului, prin intermediul pedalei, necesită atenție deosebită. Pedala trebuie să aibă o protecție astfel încât să nu poată fi cuplată accidental.

La locul de muncă trebuie amenajat un loc special pentru depozitarea deșeurilor. Mijloacele de transport în ateliere se aleg în funcție de forma și dimensiunile semifabricatului, folosindu-se în acest scop cărucioare de mână, electrocare, transportoare suspendate, poduri rulante etc. Se interzice transportul pieselor de dimensiuni mari manual.

Măsuri de tehnica securității muncii

Proiectul incineratorului naval conține soluții a căror realizare este în deplină concordanță cu Normele de Protecție a muncii.

Se înțelege însă că la execuția incineratorului va trebui să participe personalul muncitor instruit în ceea ce privește aplicarea normativelor de protecția muncii și care să fie dotat cu scule și accesorii corespunzătoare.

În timpul reviziilor, reparațiilor și probelor se vor respecta toate normele și legislația privind securitatea și protecția muncii.

Personalul destinat acestor lucrări va fi instruit în mod special și va fi dotat cu echipament necesar de protecție.

Norme de Tehnica Securității pentru incineratorul naval. Se va interzice:

a se atinge electrozii de aprindere, pipele de bujii, cablul de înaltă tensiune și transformatorul de aprindere, în timpul funcționării incineratorului.

A se introduce printre gunoiul solid ce urmează a se arde, substanțe inflamabile, explozivi sau otrăvuri puternice.

A se introduce gunoiul prin ușa de curățire.

A se supraîncărca cu gunoi nears sau cenușă neevacuată vatra incineratorului.

A se începe operația de curățire înainte de stingerea completă și răcirea cenușii.

A se privi prin vizorul de flacără fără ochelari de protecție și fără cască de protecție.

A se elimina din componente ale incineratorului în scopul punerii în funcțiune mai facile a instalației.

A se efectua depanări la partea electrică de personal fără calificare adecvată.

Norme de Tehnica Securității pentru instalația electrică

Prezentele instrucțiuni au un caracter preliminar prezentând principalele măsuri de protecția muncii care trebuie respectate la montajul, punerea în funcțiune, exploatarea și întreținerea instalației electrice. Aceste instrucțiuni au fost elaborate în baza normelor, normativelor și instrucțiunilor indicate.

Aceste instrucțiuni vor fi detaliate și completate de către unitatea care execută montajul instalației electrice și de către unitatea beneficiară, avându-se în vedere normele de protecția muncii elaborate de Ministerul Muncii și Ministerul Sănătății.

Norme de Tehnica Securității pentru ventilatoare

Pentru asigurarea protecției muncii și securității ventilatoarelor în instalația în care sunt montate se vor respecta următoarele prescripții:

montajul în instalație se va face conform instucțiunilor din cartea mașinii.

Punerea în funcțiune și rodajul se vor face conform cărții mașinii.

Se va lucra numai cu personal calificat și instruit.

În timpul funcționării ventilatorului este interzisă orice intervenție asupra lui.

Pentru motorul electric se vor respecta prescripțiile prevăzute în cartea tehnică a acestuia.

La cel mai mic semn de defecțiune atât la motor, cât și la ventilator se va opri imediat ventilatorul.

Norme de Tehnica Securității pentru dispozitivul de măcinare și ardere

Se vor respecta normele de protecția muncii și P.S.I. referitoare la instalații de ardere și cele impune de A.N.R.

Dispoziții finale

Punerea în funcțiune și supravegherea funcționării incineratorului naval trebuie să se realizeze de personal bine instruit, calificat corespunzător în domeniul respectiv și nu de personal care nu are practică îndelungată în acest domeniu.

Orice dereglare, oricât de mică trebuie interpretată și analizate cauzele care au produs-o, pentru ca să se evite accidentele.

Nu se admite nici o improvizare a instalațiilor, protecțiilor, semnalizări etc. în timpul probelor.

CAPITOLUL 9

CONCLUZII PRIVIND CALCULUL ȘI PROIECTAREA UNUI DISPOZITIV DE BLOCARE A DEPLASĂRII LA O MACARA TRANSTAINER

În urma studiului efectuat în lucrarea prezentată se evidențiază importanța dispozitivelor de siguranță echipate la macarale în scopul evitării avariilor și accidentelor de muncă.Aceste dispozitive se regăsesc și în portul Constanța la macaralele ce-și desfășoară activitatea.