DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ PROGRAMUL DE STUDIU ROBOTICA ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ Statie de testare a etansietaii sistemului de comanda frana a… [309718]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ SI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ

PROGRAMUL DE STUDIU ROBOTICA

ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ

Statie de testare a etansietaii sistemului de comanda frana a unui autovehicul

COORDONATORI ȘTIINȚIFICI

șl.dr.ing. MOLDOVAN Ovidiu

Ing. ISAI ALEXANDRU

COMAU ROMÂNIA

ABSOLVENT: [anonimizat]

2019

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ SI TEHNOLOGICĂ

DEPARTAMENTUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ

Statie de testare a etansietaii sistemului de comanda frana a unui autovehicul

Lucrare de finalizare a studiilor a student: [anonimizat]

1). Tema lucrării de finalizare a studiilor: Bucșă cu Flanșă Statie de testare a etansietaii sistemului de comanda frana a unui autovehicul

2). Termenul pentru predarea lucrării 10.09.2019

3). Elemente inițiale pentru elaborarea lucrării de finalizare a studiilor: [anonimizat], manual de mecatró[anonimizat]ónica, manual de trandiscipliniaritate și mecatronică

4). Conținutul lucrării de finalizare a studiilor: [anonimizat], [anonimizat], echipamnete de teste / verificare, parametrii urmăriți

5). Material grafic: [anonimizat], poze

6). Locul de documentare pentru elaborarea lucrării: [anonimizat], [anonimizat]

7). Data emiterii temei: Octombrie 2018

[anonimizat].dr.ing. MOLDOVAN Ovidiu

Ing. ISAI ALEXANDRU

COMAU ROMÂNIA

Absolvent: [anonimizat]…………../……………

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE

A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR

(Proiect de diplomă)

Titlul lucrării STATIE DE TESTARE A ETANSIETAII SISTEMULUI DE COMANDA FRANA A [anonimizat] a [anonimizat] a anului universitar 2018-2019.

[anonimizat] (nume, prenume, CNP) [anonimizat], CNP [anonimizat] declar pe proprie răspundere că această lucrare a [anonimizat] o parte a lucrării nu conține aplicații sau studii de caz publicate de alți autori.

Declar, [anonimizat], tabele, grafice, hărți sau alte surse folosite fără respectarea legii române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Oradea, Semnătura

Data 10.09.2019

REZUMAT

Tema de față abordează studiul proiectării unei stații de verificare a etanșietății carcasei motorului electric de acționare a sistemului de frână de staționare al unui autovehicul.

[anonimizat] “[anonimizat]”. [anonimizat],aplicatii in stimularea si dezvoltarea industriilor.

În capitol doi se evidențiază înlocuirea sistemul clasic de “frână de mână” [anonimizat]ule și motorul electric de la frana de mană pentru autovehiculele moderne.

În continuare, capitol trei se prezinta proiectarea stației de verificare a etanșietății carcasei motorului electric in model 3D si desene de execuție 2D, funcționare și prezentare generală.

CAPITOLUL I SISTEME MECATRONICE, APLICATII INDUSTRIALE

1.1 Noțiuni introductive

Definirea caracteristicilor fundamentale ale sistemelor mecatronice este importanta în studiul lor ulterior, având în vedere că topicul domeniului mecatronic este pluridisciplinar și include următoarele arii de studiu (fig.1.1): modelarea sistemelor fizice, senzori și actuatori, sisteme și semnale, sisteme logice programabile, achiziție și procesare de date.

Fig.1.1 Cuvinte cheie pentru domeniul mecatronic (Robert H. Bishop- The University of Texas at Austin)

1.2. Definirea mecatronicii

Revoluția informatică (a doua revoluție industrială) a marcat saltul de la societatea industrializată la societatea informațională, generând un val de înnoiri în tehnologie și educație.

Japonezii au definit sensul acestor mișcări de înnoire, brevetând termenul de mecatronică, la inceputul deceniului al 8-lea al secolului trecut anul 1969-1970.

În 1972 – termenul de mecatronică a fost brevetat de Yaskawa Electric Co. și definește fuziunea tehnologică Mecanică – Electronică – Informatică.

Tehnologia mecatronică se deosebește fundamental de tehnologia traditională, prin faptul că adaugă componenta informație la componentele material și energie.

Nu se poate spune că in lumea specialiștilor există un acord unanim susținut în ceea ce privește definirea acestei îmbinări sinergetice: mecanica-electronica-informatica. Se folosesc și alte denumiri ca: mecano-informatica, mecanisme inteligente, produse inteligente, informatizarea sistemelor mecanice de acționare, comanda prin calculator a sitemelor electromecanice.

Posibile definiții ale mecatronicii

Mecatronica – știința mașinilor inteligente

Mecatronica – tehnologia mecanică cerută de societatea informatională

Mecatronica – viziune globală în tehnologie

Conceptul de mecatronică este sugestiv ilustrat în figura 1. 2

Fig.1.2 Conceptul de mecatronica

Aceasta imagine sugerează faptul că, în activitatea de concepție, pentru realizarea de produse și servicii performante, abordarea tradițională în baza căreia: ingineria mecanică studiază probleme specifice mișcării maselor, ingineria electrică-electronică studiază probleme specifice mișcării electronilor, iar automatiștii-informaticienii studiază probleme specifice mișcării informației, nu mai este posibilă. În structura unui produs mecatronic, practic nu se pot separa cele trei mișcări. Mai mult, imaginea sugerează că activitățile de concepție și proiectare vizează finalizarea prin procesare-fabricare. Totul se desfășoară pe baza unui management performant, în acord cu nevoile pieței.

Deci, Produse de înaltă tehnicitate = Produs mecatronic Ex: automobilul modern, mașini-unelte cu comandă numerică, tehnica de calcul, tehnică de telecomunicatii, aparatura de cercetare, roboții, aparatura biomedicală, aparatura electrocasnică, aparatura militară etc.

1.3 Scurt istoric

Încercarea de a construi sisteme mecanice automate are o istorie interesantă. De fapt termenul de “automatizare” nu era folosit înainte de anii 1940 când compania Ford Motor definea un process în care o mașină transfera un subansamblu de la o stație la alta și apoi o poziționa cu precizie pentru operații de asamblare suplimentare, dezvoltarea de Calculul și construcția sistemelor mecatronice 4 success a sistemelor mecanice automate apărând mult mai târziu. De exemplu, aplicațiile timpurii ale controlului automat au fost inventate în Europa și Rusia între secolele XV și XIX , multe dintre aceste dispozitive stând la baza mecatronicii.

Cornelis Drebbel (1572–1633) din Olanda a conceput regulatorul de temperatură care reprezintă unul din primele sisteme feedback la acel timp.

Ulterior, Dennis Papin (1647–1712) a inventat în 1681 regulatorul de siguranță a presiunii pentru boilerele cu abur, care este similar cu supapa de presiune din zilele noastre.

Prima mașină de calcul mecanică a fost concepută de Pascal în 1642, iar primul sistem feedback a fost dezvoltat de Polzunov în 1765 (regulatorul plutitor pentru nivelele de apă din figura 1.3 compus dintr-un plutitor care se ridică și coboară în funcție de nivelul apei, prin aceasta controlând supapa care obturează intrarea apei în boiler).

Fig. 1.3 Regulatorul cu plutitor Fig. 1.4 Regulatorul cu bile Watt

Evoluția ulterioară în automatizare nu era posibilă fără progresele în domeniul teoriei controlului care ar începe cu regulatorul cu bilă al lui Watt (figura 1.4) din 1769, folosit pentru controlul vitezei unui motor cu abur. Folosind măsurarea vitezei arborelui de ieșire și mișcarea bilei pentru controlul supapei, este controlată cantitatea de abur care intră în motor. Dacă viteza motorului crește, sferele de metal de pe aparatul regulator se ridică și se depărtează de axa arborelui, închizând astfel Sisteme mecatronice – construcție și calcul 5 supapa. Acesta este un exemplu al unui sistem de control feedback unde semnalul feedback și acționarea controlului este legată complet la un hardware mecanic.

Următorul pas în evoluția automatizării necesită o teorie a controlului automat. Precursorul mașinilor cu comandă numerică NC pentru prelucrarea automată (care s-au dezvoltat în anii 1950 și 1960 la MIT) au apărut încă din anii 1800 cu inventarea controlului feed-forward a războaielor de țesut de către Joseph Jacquard din Franța.

La sfârșitul anilor 1800, J. C. Maxwell a inițiat teoria controlului pornind de la analiza unui set de ecuații diferențiale care descriau regulatorul cu bile. Maxwell a cercetat efectul diferiților parametri ai sistemului asupra performațelor acestuia.

Aproape în același timp, Vyshnegradskii formulează teoria matematică a regulatorilor, iar în 1830 Michael Faraday descrie legea inducției care va fi baza motoarelor electrice și sistemelor dynamo.

La sfârșitul anilor 1880, Nikola Tesla a inventat motorul cu inducție de curent alternativ, când s-a stabilit exact ideea de bază a sistemelor mecanice automate.

Evoluția automatizării se va accelera semnificativ în secolul XX, odată cu dezvoltarea elementelor de control pneumatic în 1930, cu aplicații în procesele industriale.

Înainte de 1940, proiectarea sistemelor de control rămâne o tehnică generală caracterizată prin metoda aproximațiilor successive.

În timpul anilor 1940, odată cu evoluția metodelor matematice și analitice, apare noțiunea de ingineria controlului ca o disciplină inginerească independentă.

Dezoltarea sistemului de telefonie și amplificatoarelor feedback electronice în USA au impus utilizarea feedback-ului de Bode, Nyquist și Black la Laboratoarele telefonice Bell. Funcționarea amplificatoarelor feedback a fost descrisă în domeniul de frecvență și practicile de analiză sunt acum clasificate drept “control clasic”.

În timpul aceleiași perioade, teoria controlului a fost dezvoltată în Rusia și Europa de Est, matematicienii și mecaniciștii dețineau Calculul și construcția sistemelor mecatronice 6 supremația în domeniul controlului și s-au concentrat asupra formulărilor în domeniu timp și modelelor cu ecuații diferențiale ale sistemelor.

Dezvoltări ulterioare ale formulărilor în domeniu timp folosind reprezentările stării variabile a sistemului apar în anii 1960 și au condus la practicile proiectării și analizei cunoscută azi drept “control modern”.

În timpul celui de-al doilea război mondial s-au făcut eforturi care au dus la progresul teoriei și practicii controlului automat în domeniul proiectării și construcției piloților automați ai avionului, sistemelor de poziționare a tunurilor, sisteme de control ale antenelor radar și alte sisteme militare. Complexitatea și performanțele așteptate ale acestor sisteme au necesitat o extindere a tehnicilor de control disponibile, interesul crescând în domeniul sistemelor de control și dezvoltarea unor noi intenții și metode. După al doilea război mondial, tehnicile domeniului de frecvență continuă să domine controlul, cu utilizarea pe scară mai largă a transformatei Laplace.

Pe parte comercială, economiile realizate prin producția de masă, automatizarea procesului de producție au avut prioritate începând cu anii 1940.

În timpul anilor 1950, inventarea camei, mecanismelor cu articulații și transmisiile prin lanț au devenit precursoarele unor produse noi de precizie și viteză ridicată. Exemplele includ mașinile textile și de tipărire, mașini de prelucrat hârtia și mașini de cusut.

Dezvoltatea microprocesoarelor la sfârșitul anilor 1960 au dus la formele timpurii ale controlului prin calculator în proiectarea proceselor și produselor. Exemplele includ mașinile cu comandă numerică și sistemele de control de la bordul avioanelor. Procesele de prelucrare erau complet de natură mecanică, iar sistemele de automatizare și control erau implementate ca o suplimentare.

Odată cu era spațială s-a asigurat o dezvoltare continuă a sistemelor mecanice controlate. Rachetele și probele spațiale necesitau dezvoltarea unor sisteme de control complexe și de precizie ridicată. În plus, cerința micșorării masei sateliților (ceea ce înseamnă minimizarea cantității de combustibil necesar misiunii) au determinat progrese importante în controlul de precizie (controlul optim). Metodele domeniului timp dezvoltate în Rusia și USA se potriveau foarte bine cu disponibilitatea Sisteme mecatronice – construcție și calcul 7 crescută a calculatoarelor de mare viteză și noile limbaje de programare pentru uz științific.

Progresele în fabricarea semiconductorilor și circuitelor integrate au condus la dezvoltarea unei noi clase de produse care incorporează elemente mecanice și electronice în sistem, fiecare cu funcționalitatea lui. Termenul de mecatronică introdus de Yasakawa Electric în 1969 reprezintă un astfel de sistem. Inițial mecatronica se referea la sisteme numai mecanice și componente electrice, fără a fi implicat calculatorul. Astfel de exemple includ sistemul de glisare automată a ușilor, deschiderea automată a ușii garajului, mașini de distribuție automată a articolelor de larg consum.

La sfârșitul anilor 1970, societatea niponă de promovare a industriei construcției de mașini JSPMI (Japan Society for the Promotion of Machine Industry) a clasificat produsele mecatronice în patru categorii:

clasa I – produse mecanice primare cu elemente electronice incorporate pentru creșterea funcționalității (ex.: MU cu comandă numerică, transmisii cu viteză variabilă la mașinile de prelucrare);

clasa a II-a – sisteme mecanice tradiționale cu dispozitive electronice incorporate, interfețele utilizatorului extern nefiind modificate (ex.: mașini de cusut moderne și sisteme de prelucrare automată);

clasa a III-a – sisteme care rețin funcționalitatea sistemului mecanic tradițional, dar mecanismele interne sunt înlocuite de elemente electronice (ex.: ceasul digital);

clasa a IV-a – produse proiectate cu tehnologii mecanice și electronice prin integrare sinergetică (ex.: fotocopiatoare, mașini de spălat și uscătoare inteligente, mașini de gătit și cuptoare automate).

Tehnologiile pentru fiecare clasă de produse mecatronice ilustrează progresul produselor electromecanice în pas cu dezvoltările teoriei controlului, tehnologiilor de calcul și microprocesoarelor.

Produsele din clasa I sunt validate prin servo-tehnologie, electronică de putere și teoria controlului.

Produsele din clasa II sunt validate de disponibilitatea dispozitivelor timpurii de calcul și memorie și de posibilitățile proiectării circuitelor. Calculul și construcția sistemelor mecatronice 8

Produsele din clasa III se bazează puternic pe microprocesoare și circuite integrate pentru înlocuirea sistemelor mecanice. În final, produsele din clasa IV marchează începutul adevăratelor sisteme mecatronice, prin integrarea sistemelor mecanice și electronice.

Integrarea sistemelor de calcul cu sistemele mecanice a devenit practică abia după 1970 odată cu dezvoltarea microproesoarelor de către Intel Corporation.

Diferența între controlul clasic și cel modern a fost redus semnificativ în anii 1980 prin introducerea teoriei “controlului robust”. Acum este unanim acceptat că ingineria controlului trebuie să considere simultan ambele abordări ale domeniului de timp și domeniului frecvență în analiza și proiectarea sistemelor de control.

De asemenea în timpul anilor 1980, utilizarea calculatoarelor digitale ca și componente integrale ale sistemelor de control a devenit rutină. Există sute de mii de calculatoare de control a proceselor digitale instalate pretutindeni în lume.

Oricare definiție a mecatronicii alegem să o adoptăm, este evident că mecatronica modernă implică calculatorul ca un element central.

De fapt, incorporarea microprocesoarelor pentru modularea precisă a puterii mecanice și adaptarea schimbărilor mediului ambiant sunt esența mecatronicii moderne și produselor inteligente.

Mecatronica este un domeniu interdisciplinar în care acționează împreună următoarele discipline (figura 1.5):

sisteme mecanice (elemente constructive mecanice, mașini, mecanica de precizie),

sisteme electrice (microelectronica, electronica de putere, tehnologia senzorilor și actuatorilor),

tehnologia informatică (teoria sistemelor, automatizare, ingineria software, inteligența artificială).

Figura 1.5 arată o schemă generală a unui proces mecatronic ca o mașină de producere (generare) a puterii.

Energia primară intră în mașină și apoi, este ori folosită direct pentru consumarea energiei în cazul unui transformator de energie, ori transformată într-o altă formă de energie în cazul convertoarelor de energie.

Fig. 1.5 Mecatronica – integrarea sinergetică a diferitelor discipline

Forma de energie poate fi electrică, mecanică (potențială sau cinetică, hidraulică, pneumatică), chimică sau termică.

Fig. 1.6 Procesul mecanic și procesarea informației în sistemele mecatronice

Mașinile, în general, sunt caracterizate de un flux de energie continuu sau periodic (repetitiv), iar pentru alte procese mecanice cum sunt elementele constructive mecanice sau dispozitivele mecanice de precizie sunt tipice fluxurile de energie intermitente.

Sistemele mecatronice se pot subdiviza în:

– sisteme mecatronice,

– mașini mecatronice,

– vehicule mecatronice,

– mecatronica de precizie,

– micromecatronica,

ceea ce arată că integrarea cu electronica, cuprinde multe clase de sisteme tehnice. În numeroase cazuri, partea mecanică a procesului este legată de o parte de procesare electrică, termică, termodinamică, chimică sau informatică, ceea ce este adevărat în special în cazul mașinilor unde pe lângă energia mecanică apar și alte forme de energie. De aceea sistemele mecatronice într-un sens mai larg cuprind procese mecanice și nemecanice, dintre care domină cele mecanice.

Întrucât este necesară o energie auxiliară pentru modificarea proprietăților fixe ale sistemelor mecanice pasive de altădată prin controlul feedforward sau feedback, aceste sisteme sunt numite câteodată și sisteme mecanice active.

Mecatronica este rezultatul evoluției firești în dezvoltarea tehnologică. Aceasta evoluție este sugestiv evidențiată in fig.1.7.

Fig. 1.7 Fluxul către integrarea mecatronică

După cum se observă, elementul central îl constituie tehnologia mecanică, care s-a dezvoltat către mecanizare.

Progresele în domeniul tehnologiei electronice, apariția circuitelor integrate, mici ca dimensiuni, ieftine și fiabile, au permis includerea electronicii în structurile mecanice.

Se realizează astfel primul pas către integrare: integrarea electromecanică. Structurile electromecanice astfel obținute nu dispun de inteligență proprie.

Următorul pas în integrare a fost determinat de apariția microprocesoarelor. Cu aceleași caracteristici constructive ca și circuitele integrate, adică mici ca dimensiuni, ieftine și fiabile, microprocesoarele au putut fi integrate în structurile electromecanice realizate anterior.

Astfel, acestea devin inteligente. Aceasta înseamna că pot preleva informații privind starea internă, starea mediului, pot prelucra aceste informații și pot lua decizii privind comportarea sistemului.

Această evoluție tehnologică determină mutații majore și în privința populației active ocupată în diferite sectoare de activitate. Astfel, dezvoltarea industrială conduce la scăderea populației ocupată în industria primară și la creșterea ponderii populației ocupate în industria terțiară. Industria terțiară, care este industria serviciilor, realizează în prezent aproximativ 70% din produsul național brut al Japoniei.

1.4 Relația material-energie-informație

Tehnologia mecatronica aduce în centrul atenției problema informației care, este componenta datătoare de ton în raport cu materialul și energia. Această poziție a informației este motivată prin următoarele argumente :

informația asigură satisfacerea nevoilor spirituale ale omului;

numai informația creste valoarea nou adaugată a tuturor lucrurilor;

informația înseamna cultură.

Promovarea legăturilor informaționale în structura sistemelor tehnice le asigură flexibilitate și reconfigurabilitate .

Evaluarea cantitativă și calitativă a informației constituie o problemă esentială în educație, cercetare și în activitățile de producție. Informația este deopotrivă importantă în medicină, literatură, artă, muzică, sport etc.

Comparația material-energie-informație se prezintă in figura 1.8. Nevoile de material și energie pentru o persoană sunt limitate. Când aceste nevoi sunt satisfăcute, ființa umană caută satisfacerea nevoilor spirituale. Informația asigură satisfacerea acestor nevoi. Valoarea informației depinde nu atât de cantitate, cât de prospețimea acesteia, pentru că spiritul uman cere frecvent noi stimuli. In aceasta ordine de idei, valoarea materialului și a energiei depinde de integrarea acestora. Valoarea informației depinde de diferențierea acesteia. Se vede deci ca materialul, energia și informația au caracteristici diferite. In societatea avansat informatizată, producția bazată pe consumul de material si energie ajunge la saturație. Pe de altă parte, cerințele pentru informație sunt în continuă creștere. Acesta este motivul pentru care industriile bazate pe consumul de material și energie își vor încetini ritmul de dezvoltare, iar industria bazată pe consumul de informație va continua să se dezvolte în ritm alert.

Discutând despre valoarea nou adaugată, se subliniază faptul că societatea avansat informatizată este societatea în care valoarea nou adaugată crește datorită informației.

In figura 1.8 se prezintă schematic relația material-energie-informație.

Fig. 1.8 Relația material-energie-informație

1.5 Mecatronica în educația si practica inginerească

Dezvoltarea tehnologiei mecatronice a condus la adaptarea programelor educaționale din școli și universități, la cerințele noii tehnologii. Ca urmare a acestor strădanii s-au conturat principiile mecatronice în educație.

Aceste principii vizează:

dezvoltarea gândirii sistemice;

formarea deprinderilor de a lucra in echipă;

învatarea afectivă.

Rolul major al informației a determinat redefinirea obiectivelor în procesul educațional: formarea deprinderilor de informare mentală de actiuni sociale (lucrul in echipa, in retea).

Educația mecatronică asigură flexibilitate în acțiune și gândire, trăsături definitorii ale specialistului în economia de piată. Laboratoarele interdisciplinare de mecatronică constituie baza pentru materializarea principiilor: “educație prin practică”, “educație prin cercetare”. Foarte curând mecatronica a devenit filosofie.

Pentru practica inginerească filosofia mecatronică a marcat saltul de la ingineria traditională, secvențială, la ingineria simultană sau concurentă (paralelă).

In figura 1.9 se prezintă principial modul de abordare în proiectarea traditională (1.9.a) și mecatronica (1.9.b)

Fig.1.9.a Etapele proiectării clasice Fig.1.9.b Proiectarea în mecatronică

In proiectarea mecatronică, înca din faza de concepție se are în vedere întregul. Lanțul cinematic informațional are o structură mult mai compactă. Interconectarea prin magistrale de date permite creșterea simțitoare a vitezei de prelucrare a informațiilor.

1.6 Produs și proces de producție

“Produsul” – pentru un utilizator constituie un mijloc de satisfacere a unei necesităti. Pentru o comercială (intreprindere)”produsul” constituie rezultatul unui proces tehnologic care implică diverse activitați.

Ecuațiile fundamentale ale managementului producției se materializează prin echilibrare dintre termenul promis clientului și termenul de livrare a produsului pe de o parte, și marketing (servicii maxime,variante, termene minime, preț minim/calitate maximă) și aspectul financiar (costuri minime ,stocuri minime)pe de o altă parte.

In figura 1.10 se prezintă procesul de realizare a produselor cu rolul implicării societății , populației și a naturii în general. Aceste trei elemente determină funcția de necesități, apariția unui nou produs.

Fig 1.10 Dezvoltarea unui produs

Fig 1.11 Relația produs nou și proiectarea de produs

In figura 1.11 se prezintă detaliat etapele procesului de proiectare a unui produs. Se poate observa că proiectarea unui produs poate influența decisiv .

1.7 Elementele principale ale sistemelor mecatronice

Structura de bază a unui sistem mecatronic cuprinde următoarele componente, prezentate în fig. 1.12.

Fig. 1.12 Elementele principale ale unui sistem mecatronic

Semnificația notațiilor folosite este următoarea:

SPS – sistem de programare a sarcinilor;

CS – controler secvențial;

CM – controler de mișcare;

AP – amplificator de putere;

A – actuator;

T – transmisie;

SM – sistem mecanic;

ST – senzori și traductoare;

DCS – dispozitiv de control al semnalului;

M – mediu;

Sistemul de programare a sarcinilor – generează mișcările dorite și secvențele acestora în concordanță cu cerințele sau comenzile transmise:

Controlerele – compară parametrii curenți ai mișcării cu cei înscriși și face corecturile necesare;

Amplificatorul de putere – amplifică semnalele necesare actuatorilor;

Actuatorii – transformă semnalul controlat în semnal de intrare (moment, forță, viteza, etc.) necesari sistemului mecanic;

Transmisia – realizează obținerea unor parametrii necesari funcționării sistemelor mecanice (curele, cremaliere, mecanisme cu reductoare etc.)

Sistemul mecanic – realizează poziția dorită la ieșirea din sistemul mecatronic.

Dispozitivele de condiționare – prelucrează semnalele în concordanță cu cerințele impuse semnalelor de intrare în controler;

Senzorii și traductoarele – sunt componente ale sistemului informațional, și ne dau informații despre starea sistemului mecanic respectiv a mediului.

1.8 Structura bloc a sistemelor mecatronice

În general un sistem mecatronic poate fi considerat un hipersistem, format dintr-o serie de sisteme, conform schemei din fig. 1.13.

Într-un sistem de fabricație mecatronic, fiecare componentă este autonomă, funcționarea lor fiind corelată în funcție de succesiunea operațiilor de executat, a mișcărilor organelor active, ele fiind acționate de sursa de energie mecanică(motoare). Funcționarea autonomă a componentelor privește realizarea autonomă a comenzi actuatorilor fiecărui utilaj component al sistemului, având un comportament de automatizare prin autoconfigurare, autoreglare, programabilitate și comunicare.

Fig. 1.13 Structura bloc a unui sistem mecatronic

Autoconfigurarea – se referă la efectuarea automată a reechipărilor, trecerea în sistem pornit-oprit, aducerea semifabricatelor în ordinea dorită, alegerea valorilor nominale ale regimurilor de lucru sau de manipulare.

Autoreglarea – se referă la menținerea automată a valorilor parametrilor de funcționare.

Programabilitatea – este dată de facilitatea de a accepta o memorie și de a utiliza programe de calcul în vederea ordonării execuției fazelor cuprinse în programul de lucru, pentru succesiunea prestabilită prin instrucțiuni.

Comunicarea – se referă la proprietatea componentelor de a schimba mesaje cu componentele de același rang sau de ranguri diferite.

Realizarea acestor deziderate necesită echipamente și componente ale sistemului de comandă bazate pe automatizare subordonată tehnicii de calcul.

Tendințe

In ultimii ani, mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente. Mai recent demersurile pentru înnoire în educație și cercetare aduc în atenție problema mecatronicii ca: mediu educațional în societatea informațională, respectiv mediu de proiectare și fabricare integrată pe fundalul căruia s-a dezvoltat conceptul de proiectare pentru control.

In literatura de specilalitate au devenit consacrate extinderi în alte domenii ca: hidronica, pneutronica, termotronica, autotronica, agromecatronica (agricultura de precizie). Evolutia în dezvoltarea tehnologică înseamnă: micromecatronica, nanomecatronica si biomecatronica.

1.9 Exemple de produse și sisteme mecatronice

Practic tot ceea ce numim produs de înalta tehnicitate este produs mecatronic.

Domenii de utilizare a sistemelor mecatronice :

De la automobil, mașini de spălat, oglinzile pentru chirurgia laser, controlul suprafețelor cu ajutorul navetelor spațiale, orice sistem mecanic se pretează la control electronic. Pentru a îndeplini acest lucru, toate aceste sisteme mecatronice depind de interacțiunea senzorilor, calculator și actuatori.

Sistemele mecatronice folosesc senzori pentru conversia mărimilor mecanice în semnale electrice; senzorii sunt dinamici și uneori trebuie ei înșiși modelați. Algoritmii calculatorului comandă actuatorii pe baza ieșirii senzorului, iar actuatorii transformă intrările electrice în mișcări mecanice. De aceea pentru modelarea unui sistem mecatronic trebuie să fie conectate toate aceste subsisteme.

Sistemele mecatronice sunt utilizate în cele mai diferite domenii ale tehnicii:

– construcția de mașini, în special mașini-unelte cu comandă numerică;

– construcția autovehiculelor cu sisteme automate de reglare și control;

– construcția roboților industriali;

– tehnica de calcul: echipamente periferice;

– aparatura biomedicală: roboți chirurgicali;

– aparatura militară;

– aparatura electrocasnică;

– aparate de fotografiat cu reglare automată, camere video;

– tehnica de telecomunicații;

– tehnica construcțiilor civile și hidrotehnice;

– tehnica transporturilor terestre, navale și aeriene;

– navigația cosmică.

Domeniul roboticii

Robotul industrial este un exemplu reprezentativ de produs mecatronic.

Utilizat în procesul de producție sau prestări servicii:

– pentru a realiza funcții de manipulare analoge cu cele realizate de mâna omului

-pentru automatizarea anumitor secvențe ale procesului de producție sau servicii;

Structural este un sistem ce se compune din 4 subsisteme (fig. 1.14) :

Fig. 1.14 Schema bloc a unui robot industrial

Sistemul de conducere sau comandă – are rolul sistemului nervos uman, de adaptare a stării interne a robotului la starea externă a mediului prin darea de comenzi sistemului de acționare, astfel stabilind succesiunea si durata mișcărilor elementelor ce compun sistemul mecanic

Sistemul de actionare – analog sistemului muscular uman, pune în mișcare elementele sistemului mecanic pe baza comenzilor primite de la sistemul de comandă

Sistemul mecanic – analog sistemului osos uman, asigură mișcările dorite obiectelor manipulate

Sistemul sensorial – asemenea organelor de simț, transmite informații despre starea internă și externă a robotului către sistemul de comandă.

În continuare se prezintă câteva exemple de roboți

Fig 1.17 Structuri de roboți mobili bipez

Domeniul transporturi

Fig 1.18 Aplicații in domeniul transporturilor

Domeniul comunicații

Fig 1.19 Aplicații in domeniul comunicațiilor

Domeniul medicină și reabilitare

Fig. 1.20 Robot chirurgical Hitachi

Fig. 1.21 Instalație pentru reabilitare Lokomat

Domeniul tehnică de calcul

Sisteme mecatronice se utilizează și în domeniul tehnicii de calcul. Sistemul de calcul este un dispozitiv care lucrează automat, sub controlul unui program memorat, acceptând și prelucrând date în vederea producerii de informații. În reprezentarea din figura 1.22 sunt arătate componentele unui sistem de calcul (unitatea centrală și echipamentele pentru introducerea, extragerea și stocarea datelor) și cele trei funcții de bază (transferul, stocarea și prelucrarea datelor).

Fig. 1.22 Schema bloc a unui sistem de calcul

Echipamentele fizice din figura1.22 alcătuiesc partea de hardware a sistemului, iar ansamblul de programe, procedee și reguli necesare funcționării sistemului constituie partea de software. Caracteristicile echipamentelor periferice sunt constructiv-funcționale (determinate de funcția, structura și modul de realizare) și caracteristici externe (de interfață) care definesc relațiile cu celelalte componente.

Echipamentele periferice de stocare a informației (hard-discuri, unitate de bandă magnetică, unitate de CD, unitate floppy-disc) sunt reprezentate, din punct de vedere al structurii.

Fig. 1.22 Hard Disk Fig. 1.23 Structura internă a unității pentru CD

Domeniul Servicii

1.10. Importanța studiului mecatronicii

Problema integrării este esențială în mecatronică. In realizarea diferitelor produse și sisteme, trebuie găsite soluții specifice pentru integrarea componentelor: mecanică-electronică- informatică.

Până în prezent sunt validate două soluții: integrarea în modul hardware și integrarea în modul software.

Mecatronica a deschis orizonturi nebănuite în toate domeniile, datorită stimulării efectului de sinergie.

Prin faptul că informația este componenta dătătoare de ton în mecatronică, impactul tehnologiei depășeste sfera economicului, fiind esențial în domeniile social, cultural etc.

Aceasta explică interesul deosebit la nivelul Comunității Europene și a țărilor comunitare de a lansa inițiative și a dezvolta programe speciale pentru acest domeniu. Demersurile întăresc convingerea că în societatea informațională, relevanța culturală depinde de performanțele tehnice, tehnologice.

Problematica sistemelor mecatronice nu poate fi abordată fără o fundamentare a noțiunilor specifice pentru teoria sistemelor.

1.11 Stații de lucru

1.11.1 Echipament de sudare cu utrasunete

Sudarea cu ultrasunete este o metodă de a crea conexiuni permanente, în care oscilațiile electrice de o anumită frecvență cu ajutorul unui generator sunt schimbate în oscilații mecanice ale aparatului. Oscilațiile electrice ale ultrasunetelor sunt în medie de 30 kHz.

Un exemplu al primului grup este mașina de sudura ultrasonică SportTex EU 1300. Din punct de vedere vizual, seamănă cu o mașină obișnuită de cusut.

Specificații:

-tensiune – 220 V;

-frecvență – 50 Hz;

-putere – 1,5 kW;

-suprafață de lucru – 50 mm;

-productivitate – până la 10 m / min;

-presiune de lucru – până la 7 bari;

-frecvența de lucru – până la 20 kHz;

-dimensiuni – 1200x1200x550 mm;

-greutate – 110 kg.

Fig. 1.26 Sudare robotizată cu ultrasunet

1.11.2 Echipament de sudare cu laser

Sudura cu laser este utilă în special atunci când așteptările privind aspectul îmbinărilor sunt deosebit de ridicate. În cazul în care cordoanele de sudură vor fi vizibile mai târziu – cazul fiecărui tip de carcasă sau panou de control – calitățile vizuale ale îmbinării reprezintă un argument major în favoarea sudurii cu laser. Atunci când se lucrează cu oțel carbon, cordonul de sudură neted poate fi vopsit imediat, fără retușare; în cazul oțelului inoxidabil poate fi lăsat vizibil, fără alte finisaje.

Fig. 1.27 Sudare robotizată cu laser

1.11.3 Echipamente de testare . Exemple

Mașina de testare a scurgerilor de aer sub presiune

Domeniul de aplicare al produsului și caracteristicile funcționale:

Gama aplicabilă de echipamente de testare a presiunii aerului: tub de direcție auto, țeavă de frână, conductă de aer condiționat, țeavă de ulei, răcire conductă de apă, radiator, furtun de încălzire, echipamente hidraulice, condensator, evaporator, furtun filtru de aer condiționat, furtun de sistem de turbocompresie, pompă de frână auto, corp de cilindru, un proiect furtun hidraulic, furtun și galerie de aer, conductă rigidă, îmbinări, supape, manometre, vas de presiune, emițător de presiune etc.

Fig. 1.28 Echipament de testare a scurgerii de aer sub presiune

Funcția și caracteristicile echipamentelor de testare a presiunii aerului:

Componentele principale sunt produsele mature produse de compania noastră

-Sistemul de conducte cu conexiune nesudată

-Sistemul de fluid de încercare și sistemul de fluid de conducere sunt separate; este mai convenabil pentru controlul temperaturii de testare și diversificarea mediilor de testare

-Software-ul adoptă software de configurare pentru controlul forței sau scris în LABVIEW (control computer)

În procesul de testare, presiunea poate fi compensată automat; timp după ce presiunea de explozie a scăzut rapid.Protecția uneltelor, un design special, poate proteja eficient daunele personalului și ale echipamentului de exploatare.

Funcția de control a computerului de realizare, poate fi liberă pentru a configura: un timp de evacuare umplut cu apă, menținerea timpului de presiune, timpul de curățare cu aerare. Presiunea de testare în procesul experimentului poate fi setată în mod arbitrar, test de menținere a presiunii cu o singură secțiune sau cu mai multe secțiuni.

Imediat după explozie, crește viteza pentru a menține o constantă, poate realiza o ajustare continuă și datele de testare și parametrii curbe pot afișa în timp real, pot salva automat rezultatele testului și orice rapoarte de testare. (control computer).

Pompa robustă de testare etanșeității până la 25 bar, pentru verificarea etanșeității în construcțiile rezidențiale și industriale, precum și a rezervoarelor industriale.

Informații generale :

• Sistemul dublu de valve de închidere si golire pentru un reglaj usor al presiunii

• Bloc combinat cu valve si supapă cu bilă în același corp , reducând riscul de scăpări în sistem

• Solidă, cu piston din poliamide rezistent la uzură

• Rezervor rezistent la șocuri, protejat prin galvanizare și apoi vopsire prin tehnologia Duramant epoxy

• Manometru cu bună acuratețe a indicatiei

Fig. 1.29 TP25 Pompa de testare manuală

Specificații tehnice :

Nume Pompa testare TP25

Volum piston 16 ml

Cod 6.0250

Racord de legatură R ½”

Dimensiuni 380 x 215 x 156 mm

Fluidul de încercare Apa, ulei

Greutate 4.6 kg

Temperaturi de lucru 50 °C

Volum rezervor 7 l

presiune maximă 25 bari

Stație de test pentru autovehicule

Verificarea I.T.P. impune următoarele operațiuni:

identificarea I.T.P.( serie caroserie și motor conform cărții de identificare auto)

verificare anvelope (uzură si dimensiuni)

verificare aspect mașină ( parbriz, lunetă, faruri-eventuale fisuri, caroserie)

test noxe

test frânare

verificarea jocurilor articulație direcție

verificarea funcționării instalației electrice

fotografiere auto la motor și exterior cu luminile aprinse

introducere date în calculator

eliberare certificat de Inspectie Tehnică Periodică

Fig. 1.30 B&M Test – Stații de teste tehnice petnru autovehicule

Stație de lipire pentru materialelor lemnoase

Fig.1.31 Tempora F600 – Stație de aplicare cant, adeziv și lipire PAL, MDF

Stație de lipit în infrarosu

Fig. 1.32 – Best-T862++ Reballing

CAPITOLUL 2 SISTEMUL DE FRÂNARE DE PARCARE

2.1. Principiul de funcționare

Pentru a ne asigura că vehiculul nu se va deplasa atunci când e parcat, șoferul trebuie să traga în sus brusc frâna de mână (Fig 2.2.) sau să acționeze pedala suplimentară de frână (Fig. 2.1.) de parcare aflată în zona picioarelor sau să acționeze comutatorul pentru frâna de parcare electrică ( Fig. 2.3.).

Fig. 2.2 Pedala de frâna de parcare Fig 2.1. Frâna de mână de parcare

Fig2.3 Buton frâna de parcare

Frâna de parcare este o parte integrantă a controlului vehiculului de frânare. Spre deosebire de sistemul de frânare de serviciu utilizat de către conducătorul auto în timpul conducerii, frâna de parcare servește în primul rând pentru a menține mașina în loc pe suprafețele drepte sau înclinate, care poate fi, de asemenea, utilizat ca un eșec al sistemului de frânare de urgență de bază.

Nu se recomanda folosirea frânei de parcare pe timpul iernii. Acest lucru duce la înghețarea plăcuțelor pe disc rezultând deplasarea mașinii sa fie imposibilă iar folosirea forței ar putea duce la deteriorare gravă.

2.2. Funcția și scopul

Scopul principal al frânei de parcare este de a menține vehiculul pe loc în timpul unei lungi șederi. De asemenea, este utilizat în caz de defecțiune a sistemului principal de frânare în caz de urgență sau de urgență de frânare.

Fig. 2.4 Schema generală pentru frâna de parcare

Frâna de parcare electromecanică nu ajută doar la parcare. Datorită intervenției sale sistemul inteligent de frânare, se poate folosi acest sistem și atunci când oprim în pantă fără ca frâna să se încălzească.

Frâna de parcare electromecanică, de asemenea, este prevăzută în alte publicații ca o frână de parcare electrică (EPB-electromechanical parking brake).

În acest ultim caz, frâna de parcare este aplicată ca dispozitiv de frânare.

2.3 Metode de diagnosticare a sistemului de franare

In prezent sunt folosite o multitudine de moduri de diagnosticare care oferă grade diferite de acuratețe. In continuare se vor prezenta principalele avantaje ale următoarelor moduri de diagnosticare: testul pe drum, inspectie vizuală, standul cu plăci și standul cu rulouri.

2.3.1 Testul pe drum

Testul pe drum este cea mai răspândită metodă pentru a verifica starea sistemului de frânare. In timpul diagnosticării tehnicianul conduce autovehiculul, apasă pedala de frâna și vede rezultatul. Acest test poate fi efectuat pe drumurile publice sau în curtea unui atelier de reparații.

Testul pe drum, deși este cel mai răspândit test pentru frâna este unul dintre cele mai imprecise teste și se bazează pe experiența conducătorului și pe aprecierile acestuia.

Pentru a îmbunătăți rezultatele testului, cele mai sofisticate teste pe drum sunt  efectuate pe suprafețe măsurate, pe drumuri nefolosite. Recomandările constructorilor spun că aceste teste să se efectueze la o viteză de aproximativ 30 km/h. Conducatorul observă comportamentul autovehiculului: vibrații, zgomote și va măsura distanța de frânare.

Avantajele acestei metode de diagnosticare:

–       fiind un test dinamic tehnicianul observă exact ce se întâmplă cu autovehiculul;

–       dacă este măsurată distanța de frânare se pot interpreta exact rezultatele;

–       nu implică costurile unui service auto.

Dezavantajele testului pe drum sunt:

–       se bazează mult pe aprecierea, experiența și îndemânarea conducătorului;

–       viteza, forța la pedală, momentul frânării variază de la o încercare la alta;

–       diagnosticarea pe drum depinde foarte mult de condițiile de drum și vreme.

2.3.2 Inspecția vizuală

Este cea mai comună metodă de verificare a sistemului de frânare, efectuându-se rapid și constând în verificarea tuturor roților.

Avantaje:

– tehnicianul observă și monitorizează sistemul de frânare, această metodă fiind singura în care se poate observa grosimea saboților și a plăcuțelor. Chiar și în cazul vehiculelor cu indicatori de uzură, o inspecție vizuală reprezintă o metodă sigură de verificare a sistemului de frânare;

– în timpul inspecției vizuale, tehnicianul poate observa defecte ale tamburului, plăcuțelor de frâna, scurgeri de lichid de frână (datorită unor ruperi sau deteriorări ale furtunelor și conductelor de frână);

– tehnicianul poate compara uzura stanga- dreapta, fată –spate.

Inspecția vizuală este adesea asociată cu testul de drum, ceea ce permite tehnicianului să examineze actualul sistem de frânare în funcție de indicatorii de uzură.

Dezavantaje:

– în afară de măsurarea indicatorilor de uzură, rezultatele inspecției vizuale sunt adesea subiective; dacă nu se stabilesc standarde pentru acești indicatori este dificil a stabili o uzură acceptabilă;

– nu se poate realiza verificarea funcționării sistemului de frânare în cadrul inspecției vizuale, de aceea sistemul de verificare vizuală este însoțit de cele mai multe ori de un test rapid de drum.

2.3.3 Inspecția pe standul cu plăci

Standul de diagnosticare cu plăci este fomat din 2 sau 4 plăci din oțel echipate cu senzori de fortă, montate în podeaua atelierului, având atașat o unitate electronică pentru procesarea datelor, de obicei standul este prevăzut și cu un senzor pentru a înregistra forța la pedală. In timpul testării un tehnician conduce autovehiculul cu o viteza cuprinsă între 8 – 12 km/h(viteza recomandată de constructor) și apoi acționează frâna.

Fig. 2.5 Stand cu plăci de testare

Senzorii de fortă furnizează informații cu privire la forța de frânare, către calculator. Acesta interpretează informațiile și le expune pe monitor. Unele sisteme pot inregistra grafice individuale în legatură cu forțele de frânare pentru fiecare roată. Aceste grafice sunt interpretate, furnizând informații cu privire la performanțele de frânare.

De asemenea standul dispune și de o inprimantă ce are menirea de a furniza informația scrisă.

Astfel, utilizând un calculator și un sistem cu plăci se poate simula mersul pe drum observând dezechillibrul forțelor de frânare la roți.

Avantaje:

– principalul avantaj al acestui mod de diagnosticare este acela că poate oferi rezultate exacte și imediate asupra forțelor de frânare  fată-spate și laterale.

-graficele indică operatorului cum se comportă fiecare roată în timpul frânării, astfel acesta putând să identifice mai ușor problemele;

– prin această metoda de diagnosticare tehnicianul poate testa dezechilibrul, eficacitatea, decelerarea în mai puțin de 30 de secunde, făcându-l astfel cel mai eficient sistem de diagnosticare disponibil.

Dezavantaje:

– simulând condițiile de drum în interiorul atelierului, tester-ul cu platouri oferă cele mai rapide și concludente rezultate cât și cele mai reale date cu privire la dezechilibru; totuși nu există substitut pentru inspecția vizuală, nu pot fi detectate scurgeri de lichid de frâna, uzura garniturilor sau nivelul lichidului de frână;

– de asemenea alte defecte ocazionale cum ar fi ovalitatea discurilor, tamburului sau ineficacitatea sistemului de frânare în urma supraîncălzirii vor trebui testate cu ajutorul altor sisteme de diagnosticare, nu cu acest stand.

2.3.4 Inspecția pe standul cu rulouri

Cunoscut si sub numele de tester dinamic, standul cu role este un dispozitiv foarte folosit în atelierele de diagnosticare. Acesta este format din două role comandate de motoare electrice în podeaua atelierului. Sistemul testeaza forța de frânare a fiecarei axe de încărcare în parte.

Sunt și standuri cu patru role, fiind capabile să testeze axele față-spate simultan. De obicei ruloul din fată este fix, iar cel din spate este mobil pentru a putea fi reglat în funcție de ampatamentul autovehiculului.

In timpul testării, vehiculul este asezat pe rulouri la o viteaza de 3-6 km/h(viteza recomandată de constructor), roțile autovehiculului sunt învârtite cu ajutorul standului, se actionează frâna, iar standul cu rulouri măsoară forța de frânare pentru fiecare roată.

Rezultatele sunt afișate pe un monitor ce echipează standul de frânare. Unele standuri, oferă grafice care furnizează informații despre forța de frânare pentru fiecare roată în funcție de timp și forța de apăsare la pedală.

Fig. 2.6 Standul cu rulouri

Pe acest tip de stand se poate testa si frâna de staționare.

Avantaje:

– furnizează  informații precise în urma măsurătorilor;

– tehnicianul poate menține constanta forța de apăsare a pedalei de frâna atâta timp cât este necesar pentru a verifica sistemul de frânare;

– această metodă facilitează depistarea problemelor ce țin de ovalitatea discurilor;

– având în vedere faptul că sistemul de frânare se încălzește este posibil să se identifice și probleme legate de eficacitate și supraîncălzire.

Dezavantaje:

– principalul dezavantaj il constituie imposibilitatea de a ține cont de încărcarea pe axe; în consecință nu poate măsura dezechilibrul real  față-spate;

– sistemul nu poate verifica cu acuratețe performanțele tuturor componentelor active în timpul procesului de frânare;

– deoarece testarea se realizează la viteze mici nu se pot diagnostica sistemele auxiliare ale sistemului de frânare(exemplu: ABS);

– nu pot fi testate autovehiculele cu tracțiune integrală;

– deoarece sistemul este încastrat în podea, este dificil de reamplasat datorită costurilor ridicate.

2.4 Tipuri de frână de parcare

Dupa tipul de antrenare, frâna de parcare se împarte în :

– mecanic

– hidraulic

– frâna de parcare electromecanic ( EPB)

– cu pârghie

2.5. Frâna de parcare mecanică

Sistemele frânei includ sistemele frânei de staționare și sistemul frânei de avarie. Aceste două sisteme sunt deservite de același sistem mecanic ce include și un mecanism cu clichet pentru blocarea manetei de acționare într-o anumită poziție dorită de conducătorul auto.

Spre proiectare aleg sistemul frânei de mână prezentat în figura de mai jos:

Fig.2.7 Transmisia mecanică a frânei de staționare

Componentele acestui sistem de frână de mână de mână sunt:

1 – furca de acționare

2 – suport

3 – cămașă cablu

4 – cablu de comandă

5 – rolă

6 – bolă

7 – furcă

8 – tijă reglabilă

9 – sector dințat

10 – clichet

11 – tijă de acționare a clichetului

12 – manetă de acționare

13 – ax

14 – șurubul de fixare a sectorului dințat 9

15 – furcă tijă

16 – pârghie

17 – bolț

Design-ul de acționare al frânei de parcare poate folosi de la unul până la trei cabluri. Schema de trei cabluri este cea mai populară pentru frâna de parcare mecanică. Acesta include două cabluri în partea din spate și un cablu în partea frontală. Primul este conectat la frână, iar al doilea – cu maneta.

Cablurile sunt conectate la elementele frânei de parcare din cauza duzei reglabile. La capetele cablurilor aranjate există o piulița de reglare, care să permită schimbarea lungimii servomotorului. Eliminarea mecanismului de frânare sau a reveni la poziția sa inițială are loc datorită arcului de retur situat în nivelatorul atașamentului față sau direct pe mecanismul de frânare.

Mecanismul este acționat prin brațul de transfer în poziția verticală până când se fixează zăvorul. Ca rezultat, cablurile care fixează plăcuțele de frână ale roților din spate la tobe, sunt întinse, roțile din spate sunt blocate.

Pentru a debloca frâna de mână la o masina, trebuie să țineți apăsat butonul de eliberare și coborâți maneta în jos în poziția inițială. Șurubul este utilizat în frâne cu discuri cu un singur piston.

Șurubul este rotit cu o pârghie conectată la cealaltă parte cu o frânghie. Pistonul este împins de-a lungul firului și presează plăcuțele de frână împotriva discului.

Mecanismul cu camă deplasat de către pistonul dispozitivului de împingere având servomotorul de camă. Acesta din urmă este conectat rigid la pârghia printr-un cablu. Deplasarea pistonului de împingere atunci când rotiți cama.

2.6. Frana de parcare electromecanica EPB

2.6.1. Functionare EPB

Electric Park Brakes ( EPB ) sunt folosite la vehiculele de pasageri, pentru a menține vehiculul staționar pe drumurile în rampă sau pe drumurile plane. Acesta a fost realizat in mod tradițional, folosind frâna manuală de parcare.

Cu EPB, șoferul activează mecanismul de susținere cu ajutorul unui buton, iar  plăcuțele de frână sunt apoi aplicate electric pe frânele din spate. Acest lucru este realizat printr-o unitate de control electronică (ECU) și un mecanism de acționare.

Există două mecanisme utilizate în prezent în producția de autovehicule, sisteme acționate prin cablu și sisteme integrate în  etrier.

În sistemele integrate ale etrierelor, etrierul de frână asigură o legătură între acționarea hidraulică a frânei de picior și frâna de staționare acționată electric.

Unitatea de motor sau de transmisie care activează frâna de mână este direct pe carcasa etrierului fix-șurub. Frâna de parcare este activată prin intermediul unui comutator din interiorul autovehiculului. Absența unei manete de frână de mână, eliberează spațiul din interiorul vehiculului. Prin absența cablurilor pentru  frâna de mână, se elimină problema temperaturii (cum ar fi inghețarea) sau uzura mecanică, oferind în orice condiții o putere optimă de frânare.

EPB este o parte integrantă al sistemului de frânare, cu următoarele caracteristici: acționarea dinamica și detectarea uzurii plăcuțelor de frână, astfel reducând degradarea asociată cu sistemele mecanice.

EPB ajută de asemenea  in consolidarea siguranței în situații de urgență. De exemplu, în cazul unui eșec al sistemului hidraulic (care reprezintă singurul motiv pentru a folosi frâna de parcare în timpul mersului), roțile din spate sunt frânate  alternativ, astfel încât se exclude derapajul punții spate al autovehiculului.

2.6.2. Prezentare generala sistem

In figura de mai jos este prezentată o schemă generală a sistemului frâna de parcare electromecanică:

Fig. 2.8 Schema generală

2.6.3 Componentele sistemului

Fig 2.9. Prezentare cu componentele principale sistemului

Dispozitivelor de acționare ale frânei sunt unități electromecanice de poziționare și sunt integrate în etrierele frânei. Cu ajutorul unui motor electric, unei transmisii cu roți dințate cu curea și un piston, se unesc pentru a "acționa frâna de parcare", creand o forță care aduce plăcuțele de frână în contact cu discuri de frână. Acestea sunt prezentate și în (Fig 2.5.4.1.)

2.6.4 Funcționarea mecanismelor de acționare a frânarii electromecanice

Dacă frâna de parcare trebuie acționată, motorul electric e acționat de unitatea de control a frânării de parcare.

Axul este condus de motorul electric prin curea și disc pendular. Prin mișcarea rotativă a piuliței de presare se mișcă înainte pe filetul axului. Piulița de presare întra în contact cu pistonul de frânare și apasă pe plăcuțele de frânare.

Plăcuțele de frânare apasă pe discul de frânare. Când aceasta se întâmplă, garnitura este presată spre plăcuțele de frânare și își schimbă forma. Presiunea exercitată rezultă într-o crestere a consumului de curent a motorului.

Pe parcursului operației de frânare, unitatea de control a frânării măsoară consumul de curent a motorului electric. Dacă acesta depășește o anumită valoare, unitatea de control întrerupe alimentarea cu energie a motorului.

Când frâna de parcare este eliberată, piulița de presare se retrage pe axul conducător. Pistonul de frânare este eliberat de presiune. Revenirea la forma inițială a garniturii și dezechilibrul discului de frânare fac ca pistonul să revină. După aceasta plăcuțele de frână elibereaza discul.

Fig. 2.10 Functionare mecanisme pentru EPB

2.6.5 Funcționalitatea frânei electromecanice de parcare

In general, este o diferență între modul static (viteza vehiculului mai puțin de 7 kilometri pe oră), și de frânare dinamic (viteza vehiculului mai mare de 5 kilometri pe oră), în funcție de viteza vehiculului.

In mod static frâna electromecanică de parcare este aplicată și eliberată electromecanic.

In caz de frânare dinamică, decelerația vehicului se face prin intermediul ABS/ESP, ceea ce înseamnă că toate roțile sunt frânate hidraulic.

Frâna de parcare electromecanică ofera următoarele funcții:

frâna de parcare;

frânarea de urgența dinamica;

asistența la plecarea din rampă;

controlul uzurii plăcuțelor de frână;

decelerarea controlată electronic;

recunoaștere a uzurii plăcuțelor de frână și o adaptare a distanței plăcuțe/disc în funcție de aceasta.

Fig. 2.11 Statistica intre EPB si Franare hidraulica

2.6.6 Avantajele frânei de parcare electromecanică

Frâna de parcare electromecanică oferă multe avantaje față de frâna de mână convențional, de exemplu : – O mai mare libertate în proiectarea interiorului mașinii, maneta de la frânare clasică a fost înlocuită cu un buton. Acest lucru permite o mai mare libertate în aspectul interior și în proiectarea central a mașinii cât și în zona picioarelor. – O mai mare funcționalitate pentru client.

Cu utilizarea unui sistem de control electronic și rețele CAN, frâna de parcare electromecanică oferă funcții suplimentare utile pentru client (cum ar fi butonul automat sau sistemul dinamic de conducere asistat oprit) și un nivel mai mare de confort.

– Avantajele în procesul de fabricație, deoarece cablurile de la frâna de mână clasică nu mai sunt necesare, și asamblarea vehiculului a fost simplificată.

– Capabil de auto-diagnostic, frâna de parcare electromecanică este un sistem mecatronic.

Funcțiile sistemului sunt monitorizarate.

Tabel 2.7 cu avantaje între cele 2 sisteme

Mai mult decât atât, funcția asistent pornire în rampă, la care se foloseste sistemul de frânare al autovehiculului pentru a împiedica rularea înapoi, în cazul care automobilul se afla în rampă, poate fi implementată folosindu-se EPB-ul.

De exemplu, conducerea unui autovehicul într-o parcare auto, aflată pe mai multe etaje. Atunci când un vehicul se deplasează încet, iar șoferul trebuie să se oprească pe o rampă abruptă, deplasarea este dificilă.

Cu toate acestea, EPB rezolvă această problemă, fiind echipat cu o unitate de asistență. Aceasta deschide frâna de parcare automat atunci când motorul ofera un cuplu suficient pentru a ajunge  mașina în siguranță, în mișcare. În cazul puțin probabil al stagnării motorului și al alunecării autovehiculului, sistemul detectează acest lucru și în mod automat închide frâna de parcare.

Frâna de parcare electrică vine și cu funcția “Hill hold”.

Atunci când poziția Auto Hold a frânei de parcare electrice este activată, autovehiculul este ținut în rampă. De asemenea, această funcție se activează automat ori de câte ori autovehiculul se oprește, spre exemplu în cozile din trafic.

2.7 Descrierea Motorului Electric de acționare

Motorul electric de acționare a sistemului de frână de staționare al unui autovehicul înlocuiește sistemul clasic de “frână de mână”. Prin apăsarea unui buton de comandă aflat montat în bordul automobilului sau undeva la îndemâna șoferului, motorul are rolul de a trage cablul metalic și de a bloca roțile din puntea spate a mașinii. Ca și gabarit motorașul este destul de mic având dimensiunile aproximative 74x121x140 mm, ocupând un spațiu destul de restrâns în cadrul mașinii (Fig. 2.8).

Fig. 2.8 Motor electric

Motorul electric este compus din urmatoarele componente: carcasă superioară și inferioară (Fig. 2.9), motor electric (Fig. 2.10), melc (Fig. 2.11), rulment radial cu bile (Fig. 2.12), membrană ermetizare (Fig. 2.13), roată dințată (Fig. 2.14), șaibe (Fig. 2.15), rulment axial cu role (Fig. 2.16), pachete arc disc inferior și superior (Fig 2.17), inel de centrare (Fig. 2.18), ax filetat (Fig. 2.19).

Fig. 2.9 Carcasă superioară și inferioară

Fig. 2.10 Motor electric

Fig. 2.11 Melc

Fig. 2.12 Rulment radial cu bile

Gghhggdh

Fig. 2.13 Membrană ermetizare

Fig. 2.14 Roată dințată

Fig. 2.15 Șaibe

Fig. 2.16 Rulment axial cu role

Fig. 2.17 Pachete arc disc inferior și superior

Fig. 2.18 Inel de centrare

Fig. 2.19 Ax filetat

CAPITOLUL III STRUCTURA STAȚIEI DE VERIFICARE

3.1 Prezentare generală

Scopul proiectării acestei stații este de a verifica etanșietatea carcasei motorașului electric precum și calitatea sudurii.

Se va urmării dacă există scurgeri de presiune pe durata testului de verificare cu un aparat special ATEQ.

Proiectarea stației a fost făcută cu ajutorul softului CAD, Solid Works.

Testul supus acestui produs incepe prin a încărca carcasa motorasului cu aer timp de 8 secunde la o presiune de 2.8 bari, urmând o umplere de 2 secunde la presiunea de 2 bari. Dupa acestea urmand dispozitivul de pompare aer sa stabilizeze o presiune de 2 bari constanta timp de 2 secunde.

În final dispozitivul ATEQ v-a trebuii sa înregistreze presiunea din interiorul carcasei timp de 3 secunde. Dupa ce carcasa motorului a fost testatată se va golii presiunea timp de 0.2 secunde. Dacă nu există nicio scurgere pe durata testului rezulta ca inelul de sudura si partea activă au fost facute cu succes si produsul poate trece mai departe spre ambalare.

Pe toată perioada de verificare motorul electric este fixat intr-un dispozitiv, unde orificiile acestuia sunt obturate.

3.2 Elemente din comret

Elementele din comert au fost utilizate intr-un numar cat mai mare posibil pentru a avea costuri relativ mai mici, timp de fabricare mai scazut si un cost deasemenea mai mic.

Au fost utilizate pentru

– base

– profile

– cilindrii pneumatici

– dispozitiv de verificare

– shock absorber

– membrana cauciuc

– senzori

– conveyour

In figura 3.1 se prezinta base-ul (masa) statiei conceputa din profile de aluminiu 80 x 80 alese de la firma Bosch Rexroth.

Fig. 3.1 Base

In figura 3.2 se prezinta Asamblarea profilelor care s-au făcut prin fixare cu suruburi.

Fig. 3.2 Catalog specificații Profil aluminiu

Sub-ansamblele stației au fost conectate cu ajutorul unor profile – L de mai multe tipuri.

Fig. 3.3 Profile Inside-to-Inside 90°

Fig. 3.4 Profile Inside-to-Inside 90°

Fig. 3.5 Profile L – Gusset 80×80

Cilindrii pneumatici FESTO pentru transferul sistemului de blocatore a orificiului de aerisire.

Fig. 3.6 Catalog specificații Cilindru pneumatic FESTO

Fig. 3.7 Catalog specificații Cilindru pneumatic FESTO

Membrana cauciuc – INA KUVE15-B-W1-V1-G2-160-20-20

Fig. 3.8 Catalog specificații Membrana cauciuc

Shock-absorber ACE

Fig. 3.9 Catalog specificații shock absorber

3.3 Elementele proiectate

În figura 3.10 este prezentată placa proiectată pentru cel de-al 2 nivel unde sunt montate subansamblele statiei de dimenisunile 330x260x10 cu alezarii pentru montarea coloanelor

Fig. 3.10 Placă nivel

Fig. 3.11 Coloana pentru nivel

Reperele subansamblului mobil 1

bucsa

placa

cep

cravată

suport

distantiere

tijă

garnitură

tampón

șină

Fig. 3.12 Ansamblu mobil 1

Cep Suport

Garnitura tampon

Placa Rod

Tija distantiere

Stop cep

Placa bucsa

Reperele subansamblului mobil 2

cep de referinta

maschio

cutie

bucșă

placă

distanțiere

Fig. 3.13 Ansamblu mobil 2

Maschio placă

Placă Bucsa

Cep de referinta Disațiere

cutie

Reperele subansamblului mobil 3

garnitură

guler

adaptor

placă

bucșă

cep de referință

Fig. 3.14 Reperele subansamblului mobil 3

Garnitură Guler

Placă Adaptor

Distanțier Cep de referinta

Reperele subansamblului fix 1

Placă

Suport

Stop

placuță

Fig. 3.15 Reperele subansamblului fix

Placă Suport

Suport Stop

Placuță

În urmatoarea figura este prezentat sistemul de transfer cu elementele sale :

-conveyour cu profil de aluminiu 100x320x2000

-picior din profil aluminiu 320×320

-separatori

-comutatori

-blocatori de revenire

Fig. 3.16 Conveyour

In figura 3.17 s-au proiectat eleméntele de reglare a nivelui pentru picioarele mesei.

bară fietată M10x220

placă de nivel D100x15 – d13

element de nivelare cu un ochitor de ancorare complet M24X2X105 – R50

saiba

2x piulițe

Fig. 3.17 Reglare nivel – in santier

3.4 Desene, etc.

Bibliografie

[1] Robert H. Bishop- The University of Texas at Austin

[2] Curs CCSM Ioan D. Doroftei – Bazele roboticii ( revizuit) 2016

[3] Adrian Dumitriu – Curs BAZELE SISTEMELOR MECATRONICE 2006 pag 6

[4] KAJITANI, M., 1992, What has brought Mechatronics into existence in Japan ?

[5] MĂTIEȘ, V., MÂNDRU, D., BĂLAN, R., TĂTAR, O., RUSU, C., 2001, Tehnologie și educație  mecatronică, Ed. Todesco, Cluj-Napoca.

[6] Rodica Mihaela Bălan- SISTEME MECATRONICE–CONSTRUCȚIE ȘI CALCUL 2015

[7] https://www.ttonline.ro/revista/tehnologii/sudura-cu-laser

[8] https://www.ttonline.ro/revista/tehnologii/sudura-cu-laser

[9]http://ro.highpressuretester.com/high-pressure-testing-equipment/pressure-testing-machine/air-pressure-air-leakage-test-machine.html

[10] http://www.rothenberger-romania.ro/index.php/testare-si-detectare-scurgeri/tp25-pompa-de-testare-manuala-detail

[13]http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Diagnosticarea-sistemului-de-f172.php

[14] https://www.scribd.com//diagnosticarea-sistemului-de-franare-la-standul-cu-rulouri-ispa

[15] Frățilă Gh., Mărculescu Gh. – Sistemele de frânare ale autovehiculelor, Editura Tehnică, București 1986.

[16] https://intercars.ro/pliki/File/Romania/IC_3_web.pdf

[17]http://auto-tehnica.ro/2015/07/08/constructia-si-functionarea-franei-de-mana-electromecanice/