Licenta Draghici Andrei Final Rev 06 [302886]

Cuprins

1. Generalități 5

1. 1 Lucrari si amenajari ale acvatoriului portuar 5

1. 2 Instalații portuare de operare 6

1. 3 Elementele componente ale macaralei portal 13

1. 4 Procesul de lucru al macaralei 15

1. 5 Descrierea constructivă a mecanismelor 16

1. 6 Descrierea funcționării 19

1. 6. 1 Mecanismele macaralei 19

1. 6. 2 Instalația electrică 20

2. Sistemul de rotire 25

2. 1 Generalități privind sistemul de rotire 25

2. 2 Sisteme și organe de sprijin ale părții rotitoare a macaralelor 25

2. 2. 1 Sisteme cu coloană fixă 25

2. 2. 2 Sisteme cu coloană rotitoare 30

2. 2. 3 Sisteme cu platformă rulantă 30

2. 2. 3. 1 Alcătuire 30

2. 2. 3. 2 Încărcări preluate de sistemul de sprijin 32

2. 2. 3. 3 Stabilirea încărcărilor pe organele de sprijin

și a momentelor rezistente determinate de frecările în sistem 33

2. 2. 4 Sisteme cu rulmenți de mare diametru 42

2. 3 Mecanismele de rotire 46

2. 3. 1 Mecanisme de rotire acționate cu motor electric 47

2. 3. 2 Mecanisme de rotire acționate cu motor hidrostatic 50

3. Calculul mecanismului de rotire 52

3. 1 Descriere generală 52

3. 2 [anonimizat] 53

3. 3 Determinarea rezistențelor la rotire 56

3. 3. 1 Determinarea reacțiunilor 56

3. 3. 2 Determinarea momentului rezistent la rotire datorat

reacțiuțiuni verticale in crapodină 56

3. 3. 3. Determinarea momentului rezistent la rotire datorat

reacțiunii orizontale din lagărul inferior 57

3. 3. 4 Determinarea momentului rezistent datorat reacțiunii

orizontale din lagărul superior 57

3. 3. 5 Calculul momentului rezistent total 58

3. 3. 6 Calculul momentului suplimentar la rotire datorat

acțiunii vântului 58

3. 3. 7 Recalcularea momentului rezistent total 59

3. 4 Determinarea momentului de volant al sarcinii si al

scheletului macaralei 59

3. 4. 1 Calculul momentului de volant al sarcinii 59

3. 4. 2 Calculul momentului de volant al scheletului macaralei 59

3. 5 Calculul, alegerea și verificarea motorului 60

3. 5. 1 Determinarea puterii calculate 60

3. 5. 2 Calculul puterii necesare 60

3. 5. 3 Calculul raportului de transmitere 62

3. 5. 4 Calculul timpului de demarare 62

3. 5. 5 Calculul coeficientului de supraîncărcare momentană

a motorului 62

3. 6 Calculul, alegerea, verificarea reductorului 63

3. 6. 1 Determinarea turației preliminare a macaralei 63

3. 6. 2 Determinarea raportului de transmitere 63

3. 6. 3 Alegerea rapoartelor de transmitere parțiale și raportul

de transmitere total 63

3. 6. 4 Determinarea turației macaralei 64

3. 6. 5 Determinarea vitezei de rotire a sarcinii pentru

deschiderea maximă 64

3. 6. 6 Determinarea abaterii procentuale a vitezei de rotire a

macaralei 64

3. 7 [anonimizat] 64

3. 7. 1 Determinarea forței periferice 64

3. 7. 2 Determinarea diametrului bolțului 64

3. 7. 3 Calculul pasului circular de angrenare 65

3. 7. 4 Calculul lățimii pinionului de atac 65

3. 7. 5 Verificarea la încovoiere a bolțului 65

3. 7. 6 Calculul numărului de bolțuri 65

3. 8 Calculul și alegerea frânei 65

3. 8. 1 Calculul momentului de frânare 65

3. 8. 2 Alegerea frânei 66

3. 8. 3 Determinarea timpului de frânare 66

3. 9 Calculul și alegerea cuplajului 67

3. 9. 1 Calculul momentului preluat de cuplaj 67

3. 9. 2 Calculul momentului indicat 67

3. 9. 3 Alegerea cuplajului 67

4. Partea practică 71

5. Concluzii 78

Cap I Generalități

Generalități

1. 1 Amenajări portuare

Amenajările portuare pot fi de două categorii:

– portuare interioare.

– portuare exterioare;

Amenajările exterioare ale porturilor sunt compuse din:

– diguri de protecție;

– avanporturi.

– senale de acces;

Senalul de acces reprezintă un traseul drept format dintr-o succesiune de zone drepte care fac între ele un unghi minim de 300. Lungimea sa este dată de marimea celei mai mari nave care poate intra în port, această valoare fiind imperativa daca senalul este în zona cu vânturi. Senalul este materializat prin perechi de geamanduri ancorate pe fundul mării având lungimi caracteristice. Dimensiunile senalului de acces sunt realizate prin dragare si întreținute cu ajutorul drăgilor aspirante.

Digurile de protecție sunt construcții exterioare de apărare care pot fi legate la una din extremități cu uscatul sau nu (cazul digurilor situate spre larg, numite spargeval). Dispunerea digurilor poate fi: paralela cu țărmul, convergența, paralele între ele sau mixte.[10]

Diguri convergente (Lenngrad,Rusia):

– avantajul acestor diguri constă în aceea ca după trecerea prin gura de vărsare a apelor interioare, navele întâlnesc o suprafață suficient de mare pentru efectuarea manevrelor.

– sunt specifice porturilor amplasate în zone cu plaje întinse sau la gura de vărsare a unor cursuri de apă interioare unde panta fundului mării impune ca gura de acces să fie dispusa spre larg la distanța mare fata de țărm unde adâncimile sunt corespunzatoare.

Diguri paralele (Fremantle, Australia):

– se construiesc pentru a crea un efect de autodragaj în perioada de maree;

– soluția de diguri paralele se poate aplica pentru protecția accesului în port în zone stabilite și cu agitatie relativ redusă a valurilor care nu impun lungimi mari ale digurilor.

Diguri paralele cu țărmul (Genova, Marsilia, Trieste. ):

– digurile se pot lungi pe masura extinderii portului

– digurile trebuie amplasate la o distanță de minim 300-400 de m de țărm pentru a se crea acvatoriul necesar;

– se întalnesc în zonele cu malul submarin abrupt, stâncos, cu transport longitudinal de aluviuni redus;

Avanportul reprezintă o zonă amenajată în scopul staționării navelor în așteptarea asistentei remorcherelor pentru ocuparea danei de operare. Pentru navele care sosesc și fac manevre, cercul de evitare trebuie sa aiba un diametru egal de 2-3 ori lungimea celei mai mari nave.[10]

Construcțiile exterioare de apărare, diguri de larg si spargevalurile protejează rada și senalele de acces în port împotriva valurilor, curenților litorali și scot acvatoriul portului de sub influența agitației mării. Cele ce apară exclusiv un senal de acces poarta denumirea specifică de jeteuri, fiind de construcție mai ușoară și având un capăt încastrat în coastă; jeteurile permeabile (pe piloni din beton armat sau de lemn) se numesc si estacade.

Lungimea digurilor de protecție este determinată de condițiile hidrologice, așezarea coastei și stratului de nisip. Ca regulă ferma digurile de aparare si digurile spargeval trebuie să ajungă cu capetele lor, din larg până la o adâncime a apei egală cu adâncimea dragată a senalului navigabil pe toată lungimea sa. În zone cu ape mai calme valurile nu solicită prea mult digurile, astfel acestea nu trebuie să aibă o structură închisă spre a nu da naștere la valuri reflectate și la valuri de interferență. Structurile deschise (jeteuri si estacade) permit valurilor să le străbată, reducandu-le forța de izbire prin frecarea interna.[10]

Amenajările interioare ale porturilor se prezintă sub urmatoarele aspecte:

– fronturi de acostare deschise;

– bazine;

– moluri.

Fronturile de acostare deschise sunt cheiuri de piatra sau de lemn, poziționate unul de-a lungul altuia si construite mai ales în porturile unde configurația coastei permite înșirarea lor, de-a lungul porturilor fluviale sau maritime fluviale unde ele se pot întinde de-a lungul fluviilor pe ambele maluri (cazul porturilor Galați, Londra, Avers, Hamburg). Sunt economice din punct de vedere al construcției lor dar, din cauza lungimii lor, întind mult liniile de comunicații care fac legatura dintre port si interior.[10]

1. 2 Instalații portuare de operare

Transbordarea mărfurilor constituie funcția principală a portului maritim modern și presupune o dezvoltare armonioasă a infrastructurii și a suprastructurii portuare. Procesul de transbordare a mărfurilor se realizează cu diverse instalații, utilaje și mijloace portuare de manipulare, care s-au perfecționat continuu de-a lungul anilor,în funcție de traficul realizat în porturi, de specificul mărfurilor operate, de gradul de specializare a echipelor de docheri. Se poate afirma deci că marfurile, prin specificul lor, determina gradul de specializare a navelor, a porturilor si a personalului implicat in comerțul maritim.

Deși elementele de suprastructură portuară au acțiune simultană asupra mărfurilor și se conjugă armonios ele pot fi grupate in trei categorii distincte: instalații portuare, utilaje portuare si mijloace portuare de operare a mărfurilor.

Instalațiile portuare de operare constituie mijloacele principale de transbordare a mărfurilor și au amplasarea de-a lungul frontului de acostare. Lucrările de suprastructura s-au dezvoltat concomitent cu progresele realizate în constructiile navale.[10]

Fig. 1. 1. Macara portic Socep

(Imagine obținută în stagiul de practică Socep)

Au apărut astfel danele specializate și terminalele maritime, dotate cu cele mai moderne instalații de operare, specializate în operarea unui anumit fel de marfă. Simultan s-au dezvoltat sisteme de transport dintre care forma cea mai complexă o prezintă sistemul din poartă în poartă (door to door system). Cele mai răspandite instalații portuare sunt macaralele de cheu, podurile de transbordare, automacaralele mobile si macaralele plutitoare.[10]

Macaralele de cheu sunt cele mai comune instalații portuare, constituind principalul mijloc de transbordare a mărfurilor (figura 1. 2). Cu ajutorul macaralelor de cheu sunt operate atat cargourile cât și unele nave specializate. Macaralele de cheu sunt destinate în principal operațiunilor de manipulare a mărfurilor de la nava la uscat și invers. Capacitatea de ridicare a acestor macarale este variabila, funcție de specializarea sau destinația danei.

Construcția acestor macarale a evoluat continuu, eforturile fiind îndreptate în sensul măririi flexibilitatii și randamentului lor.[10]

Macaralele de cheu se pot clasifica in doua categorii: macarale fixe si macarale mobile. Macaralele fixe au o raspandire limitata in timp ce macaralele mobile au o larga raspandire, fiind intalnite in majoritatea porturilor lumii. Mobilitatea macaralelor de cheu este si ea limitată în sensul că ele se pot deplasa numai de-a lungul frontului de acostare.[10]

Din punct de vedere constructiv, macaralele de cheu se pot clasifica astfel: macarale portal si macarale semiportal. La ambele tipuri, macaraua propriu-zisa se sprijină pe o construcție metalică a carei formă dă si denumirea tipului respectiv de macara. Macaraua portal are o construcție metalica cu patru picioare (portal) de sprijin, sub care se formeaza un spațiu pentru circulația vagoanelor sau a vehiculelor rutiere. La macaraua semiportal, construcția metalică de susținere a macaralei propriu-zise are numai două picioare de sprijin de-a lungul frontului de acostare si un mecanism de translație în partea opusă. Rolele mecanismului de translație se sprijină pe o șină de ghidare amplasată de-a lungul peretelui magaziei la o înalțime corespunzatoare. Cele mai raspandite macarale de cheu sunt cele de tip portal.[10]

Fig. 1. 2 Macara de cheu[10]

Părțile componente ale unei macarale de cheu sunt: (a) partea metalică, (b) instalația de acționare și (c) dispozitivele de lucru.

(a) Partea metalică a macaralei cuprinde: portalul, platforma sau coloana rotitoare, cabina mecanismelor, cabina de comandă, sistemul de brațe (flesa) și contragreutățile.

Fig. 1. 3 Pod transbordor maritimă[8]

Podurile de transbordare sunt instalații portuare complexe, de mare productivitate, cu raza mare de acțiune. Ele deservesc danele mineraliere, danele specializate în operarea produselor metalurgice si terminalele de containere.

Podurile de transbordare au unele caracteristici tehnice cum ar fi:

– pot deservi depozite adânci cu materiale granulate, în vrac, materiale feroase sau lemn rotund;

– productivitatea lor este de la ordinul sutelor de tone/h ;

– capacitate de ridicare în siguranta;

– raza maximă de acțiune.

Automacaralele mobile sunt instalații de ridicat montate pe șasiuri. Ele au o largă utilizare în danele neamenajate cu instalații portuare de transbordare a mărfurilor. În astfel de situații se exploateaza simultan cu mijloacele navale de operare, în scopul reducerii timpului de staționare a navei sub operațiuni. Automacaralele mobile au o largă întrebuințare în operarea mărfurilor de pe mijloacele de transport terestre, in zonele portuare de depozitare.[3]

Principalele caracteristici tehnice ale automacaralelor mobile sunt:

– capacitatea de ridicare în siguranță;

– raza de acțiune;

– inalțimea de ridicare;

– lungimea brațului;

– viteza de deplasare a instalației, viteza de manevrare verticală a sarcinii, viteza de rotație.

Macarale plutitoare sunt instalații portuare cu mobilitate mare, destinate în principal transbordarii de mărfuri și manevrării de greutați în zone izolate, lipsite de amenajări. Astfel, ele pot fi utilizate pentru operațiunile de transbordare de la o navă la alta în raza portului sau chiar la operarea navelor acostate le cheu, când greutatea unor piese depașeste capacitatea de ridicare în siguranță a macaralelor de cheu sau a podurilor de transbordare [9]. De

Fig1. 4. Macara plutitoare[9] asemenea, macaralele plutitoare au

o largă întrebuințare în operațiunile hidrotehnice, în șantiere navale. Aceste macarale sunt instalații de ridicat de mare capacitate, montate pe pontoane. Aceste pontoane pot fi autopropulsate sau nepropulsate, caz în care sunt tractate cu remorchere până în zona de operare.

Utilajele portuare constituie mijloace auxiliare de transbordare a mărfurilor, cu autonomie sporită și rază mare de acțiune. Cele mai răspandite utilaje portuare sunt: autostivuitoarele, autoîncarcatoarele și transportoarele – stivuitoare.

Autostivuitoarele sunt utilaje portuare cu cea mai mare răspandire, utilizate atat in activitatea de operare a mărfurilor la nave, cât și în activitațile portuare de transbordare si depozitare. Deplasarea acestor utilaje se face pe pneuri, ceea ce le conferă o mare mobilitate. Mecanismul de direcție al utilajului este astfel proiectat încat să-i asigure un înalt grad de manevrabilitate în plan orizontal.

Autostivuitoarele pot fi acționate de motoare cu ardere interna sau motoare electrice. Mobilitatea mare a utilajului, posibilitatea cadrului de a pivota și deplasarea pe verticală a furcii fac ca prin utilizarea autostivuitorului să se realizeze amplasarea unui colet în pozitia dorită în cel mai scurt timp.

Exista două tipuri de autostivuitoare: motostivuitoarele – care sunt caracterizate de capacități de ridicare superioare, dar ele prezintă dezavantajul poluării mediului ambiant prin gazele de eșapament și prin zgomot; și electrostivuitoare – sunt preferate in cazul operarii mărfurilor între punțile navelor, respectiv la încărcarea si descărcarea mărfurilor generale ambalate în (și din) containere.

Simultan cu perfecționarea autostivuitoarelor s-au construit și dispozitive adaptabile la autostivuitor, specializate în operarea diverselor categorii de mărfuri ambalate (role de hârtie, butoaie, baloți). Cele mai răspandite dispozitive de lucru pentru autostivuitoare sunt furcile, brațele articulate extensibile, clapele rotative si dispozitive pentru manevrat role de tablă.

Fig. 1. 5. Autostivuitor Kalmar (Imagine obținută în stagiul de practică Socep)

Autoîncarcatoarele servesc la manipularea mărfurilor solide în vrac. Ca si cele menționate anterior, autoîncarcatoarele sunt caracterizate de o mare mobilitate în dană. Deplasarea lor se face pe șenile sau pneuri, ele fiind folosite la operarea navelor mineraliere sau vrachiere, spre sfârșitul operației de încărcare/descărcare, când graiferele nu mai pot lua încărcatura. În această situație, autoîncarcatoarele adună marfa spre centrul magaziei, de unde se continuă descarcarea cu grafierele.

Transportoarele stivuitoare sunt utilaje portuare moderne, cu mobilitate mare în terminal, care asigură deplasarea containerelor din zona de acțiune a instalațiilor de transbordare până la diverse sectoare ale terminalului. Cotarea si decotarea containerelor se realizează cu un dispozitiv de tip șpreder. Cele mai raspandite tranportatoare stivuitoare manevreaza containerele în interiorul portalului. Mai pot fi întalnite totusi astfel de utilaje prevazute cu brațe basculante pentru manipularea containerelor și în afara portalului.

Mijloacele portuare de operare. Mijloacele portuare de operare se pot clasifica în două grupe: scule si dispozitive de cotare si dispozitive auxiliare de manipulat mărfuri.

Mijloacele portuare s-au dezvoltat în procesul operarii navelor, ca rezultat al inventivitații docherilor, în preocuparea lor continuă de a-și ușura munca și de a opera o cantitate cât mai mare de marfă în unitatea de timp.

Sculele si dispozitivele de cotare au evoluat continuu si s-au specializat după natura mărfurilor operate. Cele mai răspandite scule si dispozitive de cotare sunt: paletul de lemn, gafa pentru paleți, gafele pentru mărfuri ambalate, zbirul, sapanul, chingile, plasa de lucru, șprederul, graiferele, lopata mecanică de rujare, targa metalică, dispozitivul de manipulat vehicule. Paletul de lemn, de uz portuar, cu două întrări se folosește pentru manipularea, depozitarea si transportul încărcaturilor unitare stivuite în porturi. Manevrarea acestor paleți se realizeaza cu macarale și stivuitoare. Gafa pentru paleți este un dispozitiv de uz portuar utilizat la manipularea mărfurilor paletizate. Operatiunea de manipulare se realizeaza cu ajutorul macaralelor de cheu sau cu instalațiile navale de operare. Pentru a împiedica căderea gafei din cârligul macaralei se utilizeaza un cablu cu siguranță fixat de zona de prindere și legat cu cheie de împreunare deasupra cârligului macaralei. Gafele pentru mărfuri ambalate sunt dispozitive eficiente de cotare, specializate, conform specificului mărfurilor operate. Se întalnesc astfel gafe pentru butoaie metalice, pentru baloți de pluta, baloți de bumbac, pentru țevi, pentru tablă groasă și subțire. Zbirul, sapanele, chingile si plasele de lucru au o largă utilizare în manipularea mărfurilor generale ambalate in lăzi, cutii, cartoane, saci, crate, paleți.

Șprederul este un dispozitiv modern de cotare, specializat in manipularea containerelor. Șprederul poate fi cu acțiune automată si semiautomată și are o largă răspandire putând fi aplicat tuturor instalațiilor si utilajelor portuare destinate manipularii containerelor.

Graiferele sunt instalatii specializate în operarea mărfurilor solide în vrac. Ele sunt caracteristice îndeosebi operațiunilor de descarcare a acestor produse. Graiferele pot fi aplicate atât macaralelor de cheu cat și podurilor de transbordare. Navele mineraliere mari sunt operate în dane specializate cu poduri de transbordare carora li se aplică graifere de mare capacitate.

Lopata mecanica de rulare este o construcție metalică sudată, de uz portuar, destinată rularii mărfurilor solide în vrac. Ea este manevrata cu ajutorul instalațiilor de operare portuare sau navale. Targa metalica este un dispozitiv de uz portuar destinat manipularii mărfurilor solide în vrac (minereu, cocs, cărbune, fosfați, cereale, ciment). Acest dispozitiv se prinde în carligul macaralelor prin intermediul unei gafe speciale de prindere.

Dispozitivele de manipulare vehicule sunt utilizate în activitatea portuară pentru încărcarea și descărcarea vehiculelor la nave, șasiuri, vagoane. Astfel de dispozitive sunt formate din părti fixe și mobile. Ele asigură cotarea vehiculelor cu ușurință și reduc la minim riscul de avarie pe timpul manipulării. Aceste dispozitive se aplică instalațiilor portuare de transbordare. Dimensiunea lor variază funcție de natura vehiculelor manipulate. Se întalnesc astfel dispozitive pentru manipulat autoturisme, pentru autobuze, locomotive, pentru diverse utilaje pe roți si șenile.

Dispozitivele auxiliare de manipulat mărfuri s-au dezvoltat și au evoluat simultan cu sculele si dispozitivele de cotare. În marea lor majoritate ele constituie piese obișnuite în inventarul sculelor docherilor. Cele mai cunoscute dispozitive auxiliare sunt ranga, lopețile de rulare, cangile, rodul, plastica, cleștii de tăiat sarma, rodantele, cheile de impreunare, clipsurile, prelatele.

Macaralele de cheu formează pincipala grupă a utilajelor portuare, ele realizând operațiile de încărcare-descărcare a mărfurilor la navă.

Ținând seama și de greutățile mărfurilor ce se operează, rezultă necesitatea realizării unor utilaje de gabarit mare echipate complex și având o productivitate cât mai mare.

Macaralele portic au construcția metalică de bază ce are rolul de a susține macaraua propriu-zisă pe patru picioare de sprijin ce formează între ele un spațiu liber de trecere pentru mijloacele auto si cailor ferate numit portal(portic).

1. 3. Elementele componente ale macaralei portal

a) Construcția metalică:

– portic cu sau fără buncăr

– coloană rotitoare

– cabina mecanismelor

– cabina de comandă

– sistemul de brațe

– contragreutățile

b) Instalații și mecanisme de acționare

c) Limitatoare de siguranță

c) Echipamente de lucru

a) Construcția metalică

Porticul este construcția de bază pe care se sprijină întregul ansamblu al macaralei propriu-zise format din patru picioare asamblate la partea superioară printr-un cadru de legătură; se execută în construcție chesonată si rigidizată cu grinzi si traverse. [4]

La partea inferioară fiecare picior are 1-2 boghiuri balasiere cu câte 2, 3, 4 roți prin intermediul cărora se asigură mijlocul de translație de-a lungul cheiului. Acțiunea boghiurilor poate fi independentă sau centralizată. Fig. 1. 7. Macara de cheu Prompt-UMT[5]

Deschiderea porticului asigură

spațiul necesar trecerii unei garnituri de tren.

Coloana rotitoare este elementul constructiv ce susține întregul ansamblu al macaralei; se execută în construție turbulară prin interiorul ei asigurându-se și accesul în cabina macaragiului.

Cabina mecanismelor cuprinde: electromotoare, reductoare, tamburi pentru cabluri, aparataj electronic, etc.

Cabina de comandă cuprinde echipamentul electromecanic cu ajutorul căruia se execută momentele necesare. Ansamblul coloană rotitoare-platformă se sprijină pe portic prin intermediul unei crapodine cu rulmenți radiali-axiali și cu role orizontale ce rulează pe o cale circulară aflată la partea superioară.

Sistemul de brațe poate fi construit dintr-un singur braț articulat la baza coloanei rotitoare executate in construcție cu zăbrele sau dintr-un braț deformabil compus din: braț, contrabraț si cioc, realizate în construcție combinată tip cheson și cu zăbrele. Grinzile cheson au greutate redusă și se întrețin mai ușor.

Contragreutatea fixă se montează pe peretele din spatele cabinei mecanismelor, ea asigurând stabilitatea macaralei și fiind realizată din blocuri de beton sau fontă.

Contragreutatea mobilă este articulată la sistemul de brațe. ea culisând și echilibrând brațul macaralei; poate fi montată și pe contrabraț, orientată spre partea opusă a brațului, coluție ce evită uzura si înlocuirea frecventă a cablurilor de susținere a contragreutății.

b) Instalațiile mecanismelor de acționare

Instalația de ridicare și coborâre a sarcinii cuprinde mottaburele de cablu, frânele.

Instalatia de rotire asigură rotirea sarcinii nominale la 360°. Instalația este formată din: motor electric, reductor, frână, pinion de antrenare (atac), coroană cu bolțuri.

Instalația de basculare a brațului are rolul de a deplasa brațul principal al macaralei de la poziția maximp corespunzătoare razei minime respectiv maxime de acțiune. Acestea sunt în general mecanisme cu șurub sau cremalieră.

Instalația de translație are rolul de a realiza deplasarea macaralei pe căi de rulare de-a lungul cheiului, astfel încât macaraua să poată acționa pe întreaga lungime a navei ce trebuie încărcată sau descărcată. Picioarele pot fi acționate fiecare independent sau câte două cuplate prin axe cardanice.

Elementele componente sunt realizate numai cu grinzi cheson astfel încât să poată fi transportată de la uzina constructoare la locul de montaj pe calea ferată. Porticul macaralei este de tipul cu 4 picioare care imbracă 2 linii de cale ferată.

Legătura orizontală pentru rigidizarea porticului se face în cruce.

Legătura superioară a porticului, un inel cu rigiditate ridicată în direcția radială se fixează de fiecare picior prin juanțare (nod încastrat).

Turnul macaralei este rezemat pe crucea porticului și pe inelul superior de legătură al acestuia. Turnul susține partea rotitoare a macaralei. Deasupra nivelului superior al porticului se fixează pe turn o platformă, pe care se montează casa mașinilor și cabina de comandă. [4]

.

Fig. 1. 8. Operator portuar Socep

Partea basculantă (pantograful) este formată din 3 elemente fixate articulat de coloană, respectiv articulate între ele. Brațul propriu-zis este elementul interior supus la compresiune și încovoiere.

Tirantul este elementul tensionat, iar ciocul este elementul de închidere al patrulaterului care poartă dispozitivul de prindere al sarcinii. Ciocul este solicitat la încovoiere.

Accesul la macara se face prin scări plasate pe partea de uscat a porticului. Accesul pe partea rotitoare se face printr-o ușă în coloana macaralei sub legătura superioară a porticului.

Din turn se trece în sala mașinilor și de aici se poate trece în cabina de comandă, respectiv se poate urca pe turn prevăzut în partea superioară cu o platformă.

Pentru montarea macaralei în întregime pe un alt ampatament cu ajutorul unei macarale plutitoare corespunzătoare, sunt prevăzute la bazele picioarelor, porticului niște lăcașuri speciale pentru montarea dispozitivelor de prindere și de ridicare. Executarea dispozitivelor de prindere și întocmirea tehnologiei de mutare a macaralei pe un alt amplasament, va face obiectivul unui proiect separat , în funcție de caracteristicile tehnice și parametrii funcționali ai utilajului cu care se preconizează a se face această operație.

c) Dispozitive de siguranță

Au rolul de a asigura funcționarea macaralei in siguranță pentru a evita avariile și accidentele.

Limitatoarele de sfârșit de cursă au rolul de a întrerupe funcționalitatea unei instalații în momentul în care mecanismul de acționare atinge poziția limită prescrisă.

Limitatoarele de suprasarcină au rolul de a întrerupe funcționarea instalației de ridicat a sarcinii în momentul în care sarcina preluată este mai mare decăt sarcina nominală(limita maximă a sarcinii este cu 20% mai mare decât sarcina nominală.

Limitatoarele de vânt maxim au rolul de a întrerupe funcționarea tuturor instalațiilor macaralei în momentul în care presiunea sau viteza vântului depășește limita maximă admisă.

Instalația de blocare a macaralei pe șina de rulare are rolul de a opru și fixa macaraua atunci când presiunea vântului depășește limita maximă admisă.

d)Echipamentele de lucru

Acest tip de macara folosește in scopul operării navelor ca echipamente de lucru: cârligul și graiferul.

1. 4 Procesul de lucru al macaralei

Procesul de lucru al acestei macarale se compune din etape de pregătire si etape de lucru propriu-zise.

Principalele etape de pregătire sunt:

-cuplarea întrerupătorului principal pentru alimentarea cu energie electrică

-probarea tuturor instalațiilor la funcționarea în gol.

-oprirea funcționării

-asigurarea macaralei cu dispozitive de siguranță când se anunță timp nefavorabil

-decuplarea întrerupătorului principal

Etapele propriu-zise sunt :

-aducerea cârligului la locul de preluare a sarcinii prin bascularea brațului

-prinderea sarcinii la cârlig

-ridicarea sarcinii

-rotirea macaralei pentru ducerea sarcinii la descărcare

-coborârea sarcinii

-desfacerea legăturilor din cârlig Fig. 1. 9. Macara de cheu [6]

-rotirea macaralei fără sarcină

-bascularea brațului pentru aducerea cârligului la verticală locului de preluare a sarcinii

1. 5. Descrierea constructivă a mecanismelor

Mecanismul de translație

Roțile de rulare sunt pe rulmenți, antrenarea se face central pentru fiecare fir de cale prin câte un motor plasat pe un tirant pentru transmiterea mișcării sunt prevăzuți arbori și cuplaje cardanice.

Primele două trepte de roți dințate sunt amplasate în carcase formând reductorul. Mișcarea arborelui de ieșire al reductorului se transmite roților dințate exterioare și coroanelor dințate direct fixate pe roșile de rulare antrenate.

Mecanismul de ridicare

Acest mecanism este de tipul gemen compus de fapt din două trolii de ridicare identice. Fiecare troliu se compune din: motor electric, reductor, frână și tambur legate prin cuplaje adecvate. Pentru a preîntampina înfășurarea neregulată a cablului pe tamburi s-au prevăzut role conice de ghidare cu cauciuc. Forma conică asigură întotdeauna apăsarea ultimei spire în curs de desfășurare, respectiv înfășurare pe tambur.[2]

Mecanismul de rotire

Acest mecanism cuprinde două mecanisme de antrenare ce sunt realizate monobloc c ceea ce ușurează operațiile de montaj și întreținere. De reductor se fixează motorul electric flanșat prin intermediul unei piese cilindrice ce cuprinde cuplajul de legătură cu duscul de frână. Pentru reducerea șocurilor la demarare și frânare, ansamblul mecanismului de acționare este oscilant în jurul axului de ieșire al reductorului. Mecanismul se asigură prin arcuri cu pretensionare reglabilă.

Din considerente de montaj, pinionul de atac cu arborele său și corpul lagărelor formează un ansamblu separat ce permite reglarea corespunzătoare a angrenării dintre pinionul de atac și coroane cu bolțuri.

Fig. 1. 10. Mecanismul de rotire (model pentru machetă) [5]

Mecanismul de basculare

Acest mecanism realizează deschiderea brațului prin intermediul unui ax filetat acționat prin motor și reductor. Pentru micșorarea puterii motorului de acționare a mecanismului este necesar să se realizeze de către sarcină, parcurgerea unei traiectorii cât mai apropiată de orizontală în timpul basculării brațului astfel încât să nu se cheltuiască energie suplimentaro pentru ridicarea sarcinii.

Reazemul inferior

Reazemul inferior preia forțele verticale și orizontale la extremitatea inferioară a părții rotitoare și transmite aceste forțe porticului macaralei.

Pentru transmiterea forței axiale s-a prevăzut un rulment axial-radial, iar pentru forțele radiale un rulment oscilant.

Pentru pivotarea pe turn sunt prevăzute suprafețe de sprojin cu arcuri. Partea rotitoare ridicată pe arcuri este ghidată lateral prin console fixate de portic.

Reazemul superior

Reazemul superior este format dintr-o serie de role ce rulează pe p șină fixată pe inelul superior al portalului. Acest inel este construit cu rigiditate ridicată în direcția axial-radială pentru a putea prelua eforturile datorate presiunii rolelor reazemului superior. Reazemul superior se compune din patru balansieri ce cuprind câte două roți. Axul balansierilor este excentric, permițând centrarea turnului în perioada de montaj și reglajul apărării rolelor pe șina circulară în caz de uzură.

Sistemul cu scripeți

Sistemul cu scripeți se compune din rolele pentru conducerea celor patru fire la talmburii din cabina mecanismelor.

Rolele exterioare, cele peste care trece cablul de îmchidere a greiferului, plasate pe cioc sunt prevăzute cu un canal cu profil lărgit pentru a permite trecerea cablului[1].

Toate rolele sunt pe rulmenți și se montează complet asamblate pe ax, ceea ce ușurează reparațiile.

Dispozitivele de siguranță

Aceste dispozitive servesc la protejarea macaralei împotriva eventualelor deteriorări provocate prin depășirea punctelor limită: a cursei suprasarcinii și împotriva manevrărilor greșite.

Clemele de blocare servesc pentru imobilizarea macaralei pe șine când macaragiul părăsește cabina. Se preîntampină astfel deplasarea macaralei și tamponarea macaralelor vecine. Când clemele sunt blocate, motorul de translație nu poate fi pus sub curent, pentru că limitatorul de cursă este acționat la coborârea clemelor.

Cursa macaralei la sfârșitul căii de rulare se întrerupe prin limitatorii de cursă fixati pe căruciorul de translație prin rigle de declanșare fixate la șină. Limitatorii se montează pe macara doar în cazul în care aceasta lucrează la capătul căii de rulare sau dacă macaraua este neasigurată pe calea de rulare.

Poziția limită pe înalțime a dispozitivului de prindere a sarcinii este asigurată printr-un limitator de cursă ce întrerupe curentul motorului de ridicare în direcția în care s-ar depăși poziția limită (superioară sau inferioară).

Limitatorul de cursă la mecanismul de basculare limitează raza maximă și minimă a brațului. Există doi limitatori de cursă cu pârghie, câte unul pentru deschiderea maximă și minimp a brațului, ei servind pentru anclașarea microvitezei de basculare la apropierea cârligului de poziție extreme.

Legătura electrică dintre frâna hidraulică a mecanismului de rotire și motor prin care devine imposibilă anclașarea motorului când saboții sunt așezați pe șaibă, este asigurată printr-un limitator de cursă , acționat la așezarea saboților.

Limitatorul de sarcină este tipul de moment activ creat prin suma tensiunilor din cele patru cabluri de ridicare și de închidere. Momentul activ este echilibrat prin momentul creat de resortul limitatorului. Însumarea tensiunilor este realizată prin sprijinirea rolelor pe același ax.

Instalația electrică

De la tamburul de cablu se face alimentarea cu energie electrică a macaralei printr-un întrerupător cu pârghie , siguranțe principale, culegător rotativ și se ajunge la partea rotativă în cabina de comandă la un întrerupător automat acționat manual. De la întrerupătorul automat prin relee termice sunt acționate și alimentate toate mecanismele, iar prin circuite fuzibile circuitele de comandă, lumină și încălzire.

Dulapurile cu aparatajul de comandă semiautomată și rezistențele rotorice de pornire aferente fiecărui motor sunt amplasate în cabina cu aparataj.

În cabina de comandă se află blocul de comandă, receptorul, hupa anemomentului, întrerupătorul automat și radiatoarele pentru încălzirea cabinei.

Iluminarea macaralei se face la 220 V, asigurând și posibilitatea lucrului pe timp de noapte.

Pentru semnalizarea sonoră se folosesc clapotul și sirena de manevră acționate cu pedala din cabina de comandă.

Fig. 1. 11. Macara semnalizată pe timp de noapte[7]

1. 6. Descrierea funcționării

1. 6. 1. Mecanismele macaralei

Din punct de vedere mecanic, mecanismele de translație, ridicare și basculare sunt mecanisme obișnuite de acționare în sensul că sunt prevăzute cu frâne cu ridicători electrohidraulici care ridică saboții de pe șaibă în momentul anclașării motorului.

În momentul întreruperii curentului saboții cad și mecanismele se frânează. Frânarea se face prin arcuri. Frânele sunt deci de tipul normal închise. Pentru frânarea linii a mecanismului de rotire, este prevăzută o frână hidraulică, normal deschisă. Această frână se acționează prin pedale plasate în cabina de comandă a macaralei. În timpul rotirii brațului, pedala este liberă și pistonul pompei este apropiat de capacul cilindrului. Menținerea pedalei și a pistonului în această poziție se face prin resortul de sub pedală.

Pentru frânarea mișcării de rotație după întreruperea curentului motorului, mecaragiul apasă pedala învingând rezistența rotorului și deplasând pistonul în cilindru.

În această situație, resortul frânei deplasează pistonul în cilindrul frânei și deplasează lichidul în cilindrul pedalei, iar saboții se așează pe șaibă.

În consecință, frânarea mecanismului se face prin resortul frânei dat defrânarea prin presiunea lichidului hidraulic.

Această rezolvare asigură frânarea macaralei și în caz de pierderea presiunii ( neetanșeități, spargeri de conducte) la fel ca la frânele celorlalte mecanisme. În caz de întrerupere a alimentării cu energie electrică (cade frâna) .

Pentru preîntampinarea frânării și a anclanșării concomitente a motoarelor de rotoare ale macaralei, pe frână este prevăzut un limitator de cursă care întrerupe curentul motorului când saboții se așează pe șaibă ( indiferent de faptul dacă aceasta se face comandat sau accidental, de exemplu prin pierderea presiunii).

În scopul compensării pierderilor mici de lichid de frână, prin neetanșeități și prelungirea lichidului, deasupra cilindrului pompei la pedală este prevăzut un rezervor cu lichid, din care pompa aspiră la sfârșitul fiecărei curse cantitatea necesară pentru compensarea pierderilor.

Clemele de blocare ale macaralei intră în acțiune pentru oprirea instalației, numai când aceasta tinde să se deplaseze sub influența vântului. La deplasări mici ale macaralei, clemele coborâte se înclină față de verticașă ( poziție inițială) și se imobilizează în raport cu șina, nepermițând nici deplasarea macaralei. Cu cât crește forța care tinde să deplaseze macaraua cu atât crește și forța de reținere.

Pentru cazul în care, datorită defectării limitatorilor de cursă, brațele macaralei trec peste pozițiile limită exterioară sau inferioară, sunt prevăzute tampoane de cauciuc, care evită avarierea macaralei în această situație, evitând depărtarea sau apropierea peste măsură a brațelor.

Arcurile limitatorului de sarcină se montează cu precomprimare, astfel încât valoarea forței de pretensionare să corespundă la circa 80% din sarcina nominală în cazul funcționării macaralei cu grafăr. Scopul pretensionării arcurilor limitatorului este de a preîntampina oscilarea întregului sistem și la sarcini mici care ar duce în mod inutil la uzuri premature.

1. 6. 2. Instalația electrică

Alimentarea, protecție și specializarea

Alimentarea cu energie electrică a macaralei se realizează în curent alternativ trifazat la tensiunea de 380V, 50Hz prin intermediul unei prize și fișe subversibile și carosabile U. Funcționarea în mediul exterior a macaralei impune utilizarea sistemului de 4 conductori, al patrulea conductor fiind destinat pentru punerea la pămând a părților metalice ale echipamentului electric, care în mod accidental pot ajunge sub tensiune.

Pentru separarea instalației electrice a macaralei de la rețea ce utilizează un întrerupător cu pârghie A1 prevăzut cu dispozitiv de inchidere cu cheie.

În cazuri de avarie deconectarea instalației electrice se face din cabina macaragiului cu ajutorul pârghiei întrerupătorului automat cu acționare manuală A5. Întrerupător care este utilizat și pentru protecția tuturor mecanismelor.

Întrerupătorul automat asigură și protecția de tensiune minimă.

Protecșia motoarelor electrice de acționare se realizează cu relee termice contra suprasarcinilor și a funcționării în două faze și cu siguranțe fuzibile contra scrutcircuitelor.

Alimentarea circuitelor de comandă ale mecanismelor se face la tensiunea de 220 V, 50 Hz obținută de la un transformator monofazat de 380/220 V.

Protecția circuitelor de comandă se realizează printr-un întrerupător de protecție și siguranță fuzibile.

Alimentarea circuitelor de semnalizare optică și bobine contactoarelor de semnalizare acustică se face la 24 V, 50 Hz obținută printr-un transformator monofazat 380/120/24/12 V.

Alimentarea dispozitivelor de încălzire ale cabinei macaragiului ( radiatoare electrice) și a protecției împotriva răsturnării macaralei datorită acțiunii vântului ( anemometru) , se face la tensiune de 220 V, 50 Hz obținută de la un tansformator monofazat 380/220 V.

Dispozitivul de avertizare sonoră la accesul pe macara se alimentează la tensiunea de 8 V, 50 Hz de la un transflormator monofazat 220/8 V.

Protecția circuitelor de semnalizare (optică și acustică) șina circuitelor de încălzire împotriva scurtcircuitelor se face cu siguranțe fuzibile.

În circuitul bobinei de minimă tensiune a întrerupătorului automat sunt înseriate canale de cerc ale controalelor, respectându-se astfel condiția ca la anclașarea întrerupătorului automat, sunt controale să fie pe poziția de zero.

Mecanismul de ridicare coborâre

Acționarea electrică a mecanismului se realizează cu două motoare asincrone trifazate de nacuta cu rotorul bobinat 1m și 2m. Ambele motoare se utilizează pentru ridicare și numai pentru închidere graifăr.

Comanda mecanismelor se execută de la o singură manetă a blocului de comandă, care acționează cele două controale ale mecanismelor respective 1b și 2b.

Motoarele sunt acelerate până la viteza nominală, prin scurtcircuitarea treptelor de rezinstență de către contactoare rotorice, a căror închidere este comandată de relee de timp, temporizate la anclașare/

Schema asigură protecția împotriva căderii libere a sarcinii, la revenirea pe poziția de zero.

Schema permite realizarea unei viteze reduse în sensul ridicării cât și în sensul coborârii pe poziția de zero a controrelului 1b. În acest scop se apasă butonul 1b61 respectiv 1b62.

În sensul de închidere motorul 2m este accelerat până la viteza nominală prin scurtcircuitarea treptelor de rezinstență de către controalele rotorice. Comanda se face de la controlerul 2b.

În sensul de deschidere, schema permite funcționarea în regim de frânare subasincronă pe poziția 1 a controlerului 2b, prin conectarea motorului 2m în regim asimetric la rețea și în regim de frânare suprasincronă prin scurtcircuitarea treptelor de rezistență motorice.

Fig. 1. 12. Macara de cheu traseu mainipulare marfă

Pentru limitarea cursei la ridicare și coborâre cât si la inchidere – deschidere, s-a prevăzut un limitator de cursă diferențial, care asigură funcționarea corectă a întregului mecanism.

De asemenea, prin evitarea suprasolicitărilor, datorită unor sarcini mai mari decât capacitatea de ridicare, s-au prevăzut limitatoare de suprasarcină, 1b31 pentru funcționarea cu graifăr și 1b32 pentru funcționarea cu cârlig.

Mecanismul de basculare

Mecanismul de basculare este acționat de un motor asincron trifazat de macara cu rotor bobinat 3ml, comanda mecanismului se realizează cu ajutorul controlerului 3b, din blocul de comandă.

Demararea mecanismului de basculare, în ambele sensuri, se realizează prin scurtcircuitarea treptelor de resistență către contactoarele rotorice, a căror închidere este comandată de relee de timp, temporizate la anclașate. Schema este prevăzută cu două trepte de frânare dinamică realizate cu un al doilea motor 3m2.

Mișcarea de depărtare a brațului este condiționată de limitatorul de suprasarcină al mecanismului de ridicare (prin contactul S-B al contactorului) , care nu permite îndepărtarea brațului la depășirea sarcinii nominale la cârligului graifăr.

Pentru limitarea cursei în pozițiile extreme de apropiere și de îndepărtare a brațului s-a prevăzut un limitator de cursă cu rotație 3b1, dublat, pentru prelimitare cu 2 limitatoare de curcă cu braț și rolă, 3b2 și 3b3. Contactele 3b1-A și 3b2-A corespunzător mișcării de apropiere pot fi scurtcircuitate printr-un butor 3b6 de pe blocul de comandă, în vederea apropierii brațului în scopul efectuării operațiunilor de ungere a unor elemente ale sale.

Mecanismul de rotire

Acționarea electrică a mecanismului de rotire a macaralei se realizează cu două motoare asincrone trifazate de macara cu rotorul bobinat 4m1 și 4m2, execuție verticală.

Mecanismul este comandat de controlerul 4b din blocul de comandă.

Demararea mecanimului de rotire, asimetrică în ambele sensuri, se realizează prin scurtcircuitarea treptelor de rezistență de către contactoarele rotorice, a căror închidere este comandată de relee de timp, temporizate în anclașare.

Frânarea mecanismului de rotire se realizează hidraulic, printr-o pedală amplasată în cabina macaragiului și echipată cu un limitator de cursă. La acționarea frânei hidraulice limitatorul 4b6 întrerupe alimentarea motoarelor. La terminarea procesului de frânare (atunci când se ridică piciorul de pe pedala de frână), motoarele pornesc automat, comandat de releele de timp. Pentru reducerea șocurilor la mecanisme la inversarea bruscă a sensului de la controler este prevăzută în schemă o treaptă de frânare în contracurent, comandată de la un monitor de turație.

Mecanismul de translație macara

Acționarea electrică a mecanismului se realizează cu două motoare asincrone trifazate de macara cu reductorul bobinat 5m1 și 5m2. Mecanismul este comandat de controlerul 5b din blocul de comandă. Demararea mecanismului se realizează prin scurtcircuitarea treptelor de rezistență de către contactoarele rotorice a căror inchidere este comandată de relee de timp, temporizate la anclașare.

Mecanismul de translație este echipat cu 2 cești de blocare, care acționează limitatoarele de cursă 5b53 și 5b5. Poziția clești blocați este semnalizată de blocul de comandă.

Schema de acționare permite funcționalitatea pe primele două trepte de viteză la ambele sensuri chiar și în cazul vântului puternic, prin scurtcircuitarea cu butonul 5b56 a anemometrului h02. Acest lucru este necesar în vederea deducerii macaralei în poziția de ancorare.

Limitarea cursei cu limitatoarele de cursă 5b51 și 5b52 se va asigura numai în cazul în care macaraua este asigurată pe cale. În cazul acesta contactele limitatoarelor de cursă sunt introduse în circuitul de comandă al contactoarelor de sens.

Semnalizarea acustică în timpul translației macaralei se comandă automat pe toată durata translației.[10]

Bibliografie Capitolul I

[1]. Alămoreanu M. ,Coman L. ,Nicolescu Ș. , Mașini de ridicat Vol 1, București 1996

[2]. Olariu V, Mașini de ridicat si transportat, București 1963

[3]. Manea, A. ,Manea, L. ,- Autovehicule de Transport Rutier în Zona Portuară, Ed MatrixRom – București 2004

[4]. Documentație tehnică macara portuară de 16 tf

[5]. http://www. prompt-sa. ro/ro/

[6]. http://www. danube-ports. ro/docuri. html

[7]. https://www. getlostmagazine. com/category-highlight/spend-a-night-among-the-stars-in-a-crane/

[8]. http://www. konecranes. ro/echipament/macarale-de-manipulare-containerelor/macara-transbordor-nava-chei

[9]. https://ro. wikipedia. org/wiki/Macara_plutitoare

[10]. http://www. scrigroup. com/afaceri/transporturi/435/Instalatii-si-dotari-portuare63935. php

Cap II Sistemul de rotire

2. 1. Generalități privind sistemul de rotire

Sistemele de rotire servesc la deplasarea prin rotire, în jurul unei axe verticale, a echipamentelor prevăzute cu braț ale macaralelor. Cu ajutorul acestei mișcări se asigură orientarea brațului spre punctul de preluare sau descărcare a sarcinilor, prin deplasarea acesteia după o traiectorie circulară, în plan orizontal. Mișcarea de rotire este o mișcare de lucru care se efectuează frecvent, în cadrul fiecărui ciclu de lucru al macaralei. În literatura tehnică de specialitate, se utilizează și denumirea de mișcare de orientare a brațului.

Orice sistem de rotire este alcătuit dintr-un mecanism de acționare, denumit mecanism de rotire și dintr-un ansamblu de organe prin intermediul cărora partea rotitoare a macaralei sprijină pe partea ei nerotitoare, denumit sistem de sprijin și rotire.

Sisteme de rotire asemănătoare cu ale macaralelor sunt utilizate și la alte categorii de mașini cum sunt de exemplu mașinile de construcții din familia excavatoarelor.[1]

2. 2. Sisteme și organe de sprijin ale părții rotitoare a macaralelor

2. 2. 1 Sisteme cu coloană fixă

Sistemele cu coloană sunt alcătuite dintr-o coloană rezistentă fixată, după tipul macaralei, la fundație, la șasiu sau la coloana nerotitoare a macaralei, pe care reazemă partea rotitoare prin intermediul a două lagăre. De regulă lagărul superior este de tipul radial-axial, iar cel inferior radial.

Dacă încărcările nu sunt mari, coloana fixă se realizează ca o piesă cu secțiunea plină, soluție utilizată frecvent la macaralele rotitoare nedeplasabile de atelier (fig. 2. 1). Lagărul superior este alcătuit dintr-o combinație de doi rulmenți oscilanți: unul axial, celălalt radial având centrul de oscilație comun, astfel încât lagărul să se comporte ca o articulație sferică. Lagărul inferior este prevăzut cu un rulment radial oscilant. În cazul încărcărilor mici, rulmentul axial poate să lipsească, dar în acest caz trebuie verificată capacitatea rulmentului radial de a prelua și încărcarea axială. Se recomandă utilizarea rulmenților oscilanți cu role, cu joc mărit.

În cazul macaralelor cu gabarit mai mare, cum sunt macaralele cu turn rotitor, coloana fixă atașată șasiului este are aspectul unui tub tronconic având la partea superioară un fus pentru montarea rulmenților, iar la partea inferioară o cale de rulare circulară. Lagărul superior combină doi rulmenți oscilanți: unul axial și unul radial.

Lagărul inferior (fig. 2. 2, a) este de tipul unei casete 1 atașată părții rotitoare a macaralei, prevăzută cu role 2 aflate în contact cu calea de rulare circulară 3 a coloanei fixe. Se utilizează patru role sau patru balansiere 4 cu cîte două role, dispuse diagonal în raport cu orientarea brațului macaralei. Reglarea jocului între calea de rulare și role, respectiv a verticalității părții rotitoare, se face prin sisteme cu șurub 5 cu ajutorul cărora se asigură deplasarea în direcție radială a rolelor, respectiv balansierelor. La macaralele staționare ușoare, numărul rolelor poate fi redus la trei – două fiind plasate în față, adică spre braț și una pe partea opusă (fig. 2. 2, b) sau numai la două – plasate spre braț (fig. 2. 2. c) [1].

Fig2. 1. Sistem cu coloană fixă cu Fig2. 2 Lagăr radial cu casetă cu role[1]

secțiune plină si rulmenți de sprijin oscilanți[1]

La macaralele turn cu turn nerotitor, rolul coloanei fixe este preluat de tronsonul de vârf al turnului. În acest scop este realizat sub forma unui trunchi de piramidă și are ca și restul turnului o construcție zăbrelită. Lagărul superior, date fiind încărcările mari si viteza de rotatie redusă, este realizat ca lagăr de alunecare oscilant (fig. 2. 3). În ultimii ani, acest sistem a fost abandonat, utilizându-se pentru rezemarea părții rotitoare pe turnul fix sisteme cu rulmenți de mare diametru (2. 2. 4).

Fig. 2. 3. Lagăr sferic de alunecare pentru sisteme cu coloană fixă[1]

Pentru efectuarea calculului sistemului de sprijin și rotire este necesar în prealabil:

I Să se aleagă soluția constructivă de principiu, elementele de orientare fiind: tipul și mărimea macaralei, soluțiile practicate de diferiți constructori la macarale similare, precum și posibilitățile de execuție ale uzinei constructoare.

II Să se stabilească dimensiunile principale ale sistemului, funcție de mărimea macaralei, anume: distanța între lagăre și – la soluția cu casetă cu role – diametrul căii de rulare circulare.

III Să se stabilească forțele care acționează asupra părții rotitoare a macaralei, precum și poziția punctelor lor de aplicație. Asupra acestei chestiuni se fac următoarele precizări:

a)dacă macaraua admite configurații de lucru diferite în ceea ce privește brațul, turnul, etc. și legat de acestea mărimea contragreutății calculul se va face pentru configurația care determină solicitarea maxima a sistemului de sprijin și rotire;

b) la macaralele cu rază de acțiune variabilă, calculul se face corespunzător razei pentru care rezultă solicitarea mai mare a sistemului de sprijin și rotire;

c) pentru efectuarea calculului de rezistență la solicitarea statică a organelor sistemului, încărcările de calcul se determină cu considerarea coeficientilor dinamici; pentru efectuarea calculelor de rezistență respectiv a capacității de încărcare dinamică a rulmenților, la stabilirea încărcărilor de calcul se iau in considerare coeficienți dinamici si nici acțiunea vântului. De asemenea nu se iau in considerare coeficienții dinamici dacă încărcările servesc la determinarea rezistențelor opuse rotirii, necesare stabilirii puterii de regim a motoarelor mecanismelor de rotire.

Încărcările preluate de organele sistemului de sprijin a părții rotitoare se determină corespunzător schemei de calcul din fig 2. 4.

Din cele trei ecuații ale condiției de echilibru a părții rotitoare rezultă:

-reacțiunea verticală în lagărul superior

(2.1)

-reacțiunea orizontală in lagărul superior

(2.2)

-reacțiunea orizontală in lagărul inferior :

= [(-h)– (2.3)

În aceste expresii este încărcarea de calcul determinată de greutatea proprie a părții rotitoare a macaralei (inclusiv contragreutatea dacă există); – încărcarea de calcul dată de sarcină; -rezultanta forțelor orizontale (centrifuge si produse de acțiunea vântului)pe partea rotitoare a macaralei; – idem, pe sarcină.

Coloana fixă este solicitată la compresiune si încovoiere. Schema statică de calcul și diagrame de eforturi interioare pentru coloana din fig. 2. 1 sunt indicate in fig. 2. 5(cu neglijarea efectului forțelor de angrenaj).

Rulmenții lagărelor se calculează în funcție de capacitatea de încărcare statică(deoarece n<10rot/min)după datele de catalog și cunoscând încărcările .

Încărcările pe rolele lagărelor radiale de tip casetă sunt, conform fig. 2. 2,c.

N= (2.4)

Aceași valoare se păstrează și pentru sistemul din fig 2. 2,b, sau sistemele cu 4 role. La sistemul cu balansiere cu două role din fig. 2. 2, a unei singure role îi revine încărcarea . Având în vedere că lagărul superior este oscilant, suprafața activă a rolelor se recomandă să fie bombată. Rolele se dimensionează din condiția de rezistență la solicitarea de contact, conform relațiilor indicate.

Fig. 2. 4. Schemă pentru calculul sistemelor cu coloană fixă [1]

Rezistențele opuse de sistemele cu coloană fixă se datoresc frecării în lagăre.

Pentru sistemele cu rulmenți (fig. 2. 1) momentele rezistente sunt :

-în rulmentul axial al lagărului superior

(2.5)

– în rulmentul radial al lagărului superior

(2.6)

– în rulmentul radial al lagărului interior

(2.7)

Aici sunt coeficienți de frecare în rulmenți; , – razele medii ale rulmențior; =0,5(D+d);D,d-diametrul exterior respectiv interior al rulmentului.

În cazul când lagărul superior este

-lagăr cu alunecare momentele rezistente sunt :

-pentru lagărul axial având suprafața de contact inelară de raze și

(2.8)

-pentru lagărul radial

r (2.9)

În cazul lagărelor tip casetă cu role (fig. 2.2), fiecare rolă opune o rezistență la înaintare W=N*w în care w este coeficientul de rezistență la rulare având expresia dată de (2. 31). Coeficienții de frecare care intervin în această expresie au aceleași valori ca și în cazul roților de rulare ale mecanismelor de deplasare. Această rezistență se aplică în axul rolelor, astfel că momentul rezistent este :

(2. 10)

Ținând seama de expresiile lui w și N(2. 4) rezultă:

(2.11)

Momentul rezistent total opus rotirii de către system este

+ (2.12)

, introducându-se cu expresiile adecvate tipurilor lagărelor utilizate.

Fig. 2. 5. Schema statică de calcul și diagramele de eforturi pentru coloana fixă a sistemului din fig. 1. 1[1]

2. 2. 2. Sisteme cu coloană rotitoare

La aceste sisteme coloana face parte din structura părții rotitoare a macaralei. Ea este rezemată în două lagăre din care unul radial-axial, iar celălalt radial. Pentru aceste lagăre se utilizează soluții constructive similare celor utilizate la sistemele cu coloană fixă.

Sistemele cu coloană rotitoare se utilizează la macarale rotitoare nedeplasabile (fig. 2. 3. a). la echipamentul de lucru al podurilor rulante de șarjare (fig. 2. 3, b), la macarale turn de mare capacitate și la macarale portuare (fig. 2. 3, c și d).

Modul de abordare a problemelor de calcul este întrutotul similar celui specificat la sistemele cu coloană fixă iar determinarea reacțiunilor se face în același mod. De aceea în cele ce urmeaza nu sunt semnalate decât chestiunile diferite,iar in sehemele de calcul(fig. 2. 6)sunt utilizate aceleași notații.

În cazul utilizării lagărelor radiale tip caseta fixa cu role (fig. 2. 6,c,e), orientarea încărcarii care determina reacțiunea se modifică odată cu rotirea macaralei. Din acest motiv este rațional ca rolele (sau balansierele cu role) să fie plasate echidistant pe circumferință, adică 2β = 0,5π. Cu toate acestea încărcarea pe role variază prin rotirea macaralei, iar odată cu ea variază și momentul rezistent. Pentru o orientare oarecare a reacțiunii definiția prin unghiul α, rezultă:

α (2.12)

α (2.13)

Încărcarea maxima pe rolă este

Momentul rezistent este determinat atât de rezistențele și opuse de role, cât și de frecarea de rostogolire coloană-role

++(+ (2.14)

Fig. 2. 6 Sisteme cu coloană rotitoare [1]

Unde f este coeficientul de frecare. Înlocuind și prin expresiile lor în funcție de coeficientul de rezistență la rulare w și , iar pe acestea din urmă experimându-le cu ajutorul relațiilor rezultă:

sinα) (w+) (2.15)

Se constată cu ușurință că valoarea maxima rezultă pentru

(w+) (2.16)

Această expresie servește la determinarea puterii necesare acționării la antrenarea cu motoare cu ardere internă ( motoare cu capacitate de supraîncărcare redusă). În cazul antrenării cu motoare electrice, interesează valoarea medie pătratică:

(2.17)

Întroducând în expresia (2. 13) a lui i efectuând operația de integrare rezultă la final:

* (2.18)

La sistemul cu casetă rotitpare interioară din fig. 2. 6 f încărcările pe role nu variază cu poziția părții rotitoare, expresia lor fiind data de (2. 4), momentul rezistent al forțelor de frecare este :

( (2.19)

Comparând cele două sisteme cu casetă exterioară fixă și cu casetă interioară rotitoare se constată că atât sub aspăectul încărcării rolelor, cât și sub acela ala momentului al doilea sistem este mai avantajos. [1]

2. 2. 3. Sisteme cu platformă rulantă

2. 2. 3. 1. Alcătuire

Sistemele cu coloană fixă sau cu coloană rotitoare au pe înălțime gabarite mari. Din acest motiv, la macaralele deplasabile fără cale de rulare proprie (macarale pe șenile, pe pneuri, automacarale, macarale de cale ferată) s-au dezvoltat sisteme cu platformă rulantă. La aceste sisteme partea rotitoare a macaralei sprijină pe cea fixă prin intermediul unor corpuri de rulare dispuse circumferențial, centrarea reciprocă fiind asigurată cu ajutorul unui pivot central. Sunt practicate mai multe sisteme. în funcție de modul în care este preluată forța provenită din momentul de răsturnare aplicat părții rotitoare, care tinde să o smulgă, sistemele pot fi: cu pivot de centrare încărcat (fig. 2. 7, a, b, c) sau cu contrarole și pivot de centrare descărcat (fig. 2. 7, d, e,j) \ în funcție de corpurile de rulare se disting: sisteme pe roți (fig 2. 7, a, d) și sisteme pe role. Corpurile de rulare pot fi cilindrice (fig. 2. 7, b, e) sau conice (fig 2. 7, a, c, d, f). Pe aceste figuri s-au marcat următoarele repere principale: / – platforma rotitoare, 2 – pivotul, 3 – platforma nerotitoare, 4 – corpurile de rulare, 5 – căile de rulare circulare. 6 contrarolele, 7 – colivia rolelor.

La sistemele cu pivot de centrare încăfcat, cuplul reacțiunilor verticale are brațul mai mic (Dp/2) decât la sistemele cu pivot de centrare descărcat, la care acest braț este (. Prin urmare încărcarea maximă exercitată asupra corpurilor de rulare este mai mare, fapt care constituie un dezavantaj. Sistemele cu pivot de centrare descărcat necesită însă elemente suplimentare: contrarolele și calea lor de rulare. Un sistem cu pivot de centrare descărcat care nu necesită contrarole este cel indicat în fig. 2. 8. La acest sistem, în funcție de încărcare, o parte a rolelor pot juca și rolul de contrarole.

Sistemele cu roți sunt mai simple, întrucât nu necesită decât o singură cale de rulare, dar sistemele cu role, dispuse echidistant, pe întreaga circumferință a căii, asigură distribuirea încărcării și prin aceasta solicitări de contact mai mici; în consecintă dimensiunile rolelor pot fi mai mici, iar uzurile vor fi si ele reduse. Roțile se fac cu suprafața activă cilindrică sau conică, iar rolele – cilindrice, conice sau bombate. Prin utilizarea roților sau rolelor cilindrice se ajunge la o soluție constructive simplă, dar din punct de vedere functional sistemul este deficitar întrucât rularea se produce cu patinări.

Diagrama patinărilor la o rotație completă a platformei rotitoare este indicate în fig. 2. 9 a. Fenomenul nu apare la rolele bombate, iar la corpurile conice nu apare dacă vârful conului lor se găsește pe axa de rotație a platformei (fig 2. 9, b) adică dacă este satisfăcută condiția:

(2.20)

Câteva soluții constructive pentru organelle de rulare sunt indicate în fig. 2. 10, iar în fig. 2. 11 vederi de ansamblu ale acestor organe. Roțile și contragreutățile se grupează de regulă câte două, pe balansiere; jocul față de cale al contraroților se reglează prin system cu ax excentric. Pivotul de centrare este tubular, prin alezajul său central făcându-se legăturile (cinematice, electrice, hidraulice)între sistemele de pe platform rotitoare și cele de pe partea nerotitoare a macaralei.

Diametrul corpurilor de rostogolire se allege în limitele D=100. . 350mm; pentru corpurile cilindrice D/b=1,0. . 4,0 ,iar cele conice D/b=1,0. 2,5,b fiind lățimea lor.

Fig. 2. 7. Scheme de principiu ale sistemelor cu platform rulantă a-cu pivot încărcat,b-cu pivt încărcat și role cilindrice,c-cu pivot încărcat și role conice, d-cu pivot descărcat, roti conice și contrarol, e-cu pivot descărcat, role cilindrice și contrarole, f-cu pivot descărcat, role conice și contrarole[1]

Fig. 2. 8. Platformă rulantă pe roti conice cu dublă acțiune[1]

2. 2. 3. 2. Încărcări preluate de sistemul de sprijin

Determinarea încărcărilor transmise de partea rotitoare a macaralei sistemului de sprijin și rotire se face avându-se în vedere metodologia și modul de evaluare a încărcărilor de calcul precizate la 2. 2. 1. Aceste încercări se reduc în punctual în care axa de rotație înțeapă planul orizontal al organului de reazem rotator (originea sistemului de axe x0z, fig. 2. 12) la o încărcare axială A, o încărcare radial H și un moment de răsturnare de componente și , având expresiile:

A=( (2.21)

H=(sin (2.22)

(2.23)

+H sin+ sin)+ (2.24)

În care: sunt coordinatele centrului de masă al părții rotitoare (fără sarcină) ; – unghiul pantei terenului; N, T sunt forțele din angrenajul final pinion-coroană dințată al mecanismului de rotire; semnul minus pentru N în cea de-a doua relație ( 2. 17) se ia in cazul angrenării exterioare, iar semnul plus la angrenarea interioară.

Celellalte notații au semnificația data la 2. 2. 1. Componenta a momentului este mica în comparative cu componenta întrucât se are în vedere ca într-o distribuție rațională a echipamentelor pe platform rotitoare să fie minim. De aceea, de regulă se neglijează. [1]

Fig2. 9. Schemă pentru evidențierea patinării corpurilor de rulare cilindrice și pentru stabilirea formei corpurilor de rulare conice[1]

2. 2. 3. 3. Stabilirea încărcărilor pe organele de sprijin și a momentelor rezistente determinate de frecările în sistem

A. Sisteme cu roți și pivot de centrare încărcat

Schema de calcul este indicată în figura 2. 13 a, iar reacțiunile au expresiile :

V= (2.25)

(2.26)

În cazul utilizării roților conice, conform detaliului c, fig 2. 13 rezultă o încărcare radială suplimentară a pivotului

(2.27)

Se disting două cazuri.

Cazul I ceea ce se întamplă dacă :

e = (2.28)

adică, dacă valoarea momentului este suficient de mare pentru a descărca complet roțile sistemulkui aflate pe partea opusă sensului de acțiune al acestuia. Încărcările în punctele de sprijin ( roți sau perechi de roți cu balansiere) sunt :

(2.29)

Fig2. 10. soluții constructive ale organelor de rulare ale platformei rotitoare (2. 2):a-sistem cu role cilindrice duble;b-sistem cu role bombate(butoi);c-sistem cu role cilindrice și contrarole[1]

Momentele care se opun rotirii sunt :

-momentul forțelor de frecare la nivelul pivotului de centrare

(2.30)

-momentul rezistențelor la rulare

(2.31)

În care notațiile sunt cele uzuale

Cazul II , ceea ce se întâmplă dacă :

e (2.32)

În acest caz pivotul nu se încarcă și toate încărcările sunt preluate numai de roțile sistemului. Încărcările pe cele patru puncte de sprijin sunt :

(2.33)

Fig. 2. 11. Vederi de ansamblu pentru sisteme cu role cilindrice(a) și contrarole (b)[1]

Întrucât cazut I, care conduce la încărcarea pivotului, nu se recomandă a fi admis în admis în practică, (2. 22) poate servi la determinarea diametrului minim necesar al căii de rulare.

Momentele rezistente sunt :

la nivelul pivotului

(2.31)

la nivelul roților

(2.32)

În cazul rulării pe roți cilindrice rezistența suplimentară determinată de fenomenul patinării se determină astfel. Viteza periferică a roții în punctele planului ei median, este iar în punctele extreme Viteza maximă de patinare este :

(2.33)

iar viteza medie de patinare

(2.34)

Puterea consumată în procesul de patinare este

(2.35)

în care este forța de patinare.

\

Fig. 2. 12. Scheme pentru determinarea încărcărilor transmise de sistemele cu platformă rulantă[1]

Momentul rezistent se deduce din expresia de echivalență:

(2.36)

De unde se deduce:

(2. 37)

Fig. 2. 13. Scheme pentru calculul sistemelor rotitoare pe roți[1]

B. Sisteme cu roți și contraroți

Reacțiunile se determină cu ajutorul schemei de calcul din fig 2. 13, b, în care s-a considerat neglijabil :

Încărcarea suplimentară apare în cazul utilizării roților conice. În acest caz

(2.38)

fiind semiunghiul la vârf a suprafeței conice a contraroților.

În cazul în care componența a momentului nu este neglijabilă încărcăriile suplimentare produse, notate – pe roți și pe contraroți se determină considerând ecuația de echilibru

(2.39)

și ecuația de condiție

(2.40)

Corespunzătoare unei ipoteze de distribiție liniară a încărcărilor produse de . Rezultă:

(2.41)

(2.42)

Pentru calculul momentelor rezistente la rotire se face și aici distincție între cele două posibilități:

Cazul I – contraroțile sunt încărcate

)+ (2.43)

Cazul II e= contraroțile nu sunt încărcate

(2.44)

C. Sisteme cu role

În cazul acestor sisteme determinarea încărcării pe role constituie o problemă static nedeterminată. Ridicarea nedeterminării este posibilă dacă se stabilește legea de repartiție a încărcării pe role,care depinde de rigiditatea căilor de rulare și a elementelor de construcție pe care sunt montate acestea și cu care lucrează solidar. Rezultă că pe cale analitică încărcările nu pot fi determinate în mod exact. Totuși rezultatele aplicabile în calculele de proiectare pot fi obținute dacă se admite o lege liniară de repartiție a încărcărilor pe role, ceea ce echivalează cu considerarea unei rigidități suficient de mari a structurii părții nerotitoare. Macaralele pe șenile, cele cu pneuri și de cale ferată, având o

construcție de ansamblu mai robustă verifică de regulă această ipoteză.

În cazul automacaralelor este însă Fig. 2. 14. Schemă pentru calculul

necesară o cnsolidare corespunzătoare a încărcării pe rolă [1]

șasiului părții auto în zona organului de

reazem rotitor

Se consideră schema de calcul din fig 2. 14 a. Sistemul are n role, dispuse la pasul unghiular .

Uzând de principiul suprapunerii liniare a efectelor găsim pentru o rolă oarecare k :

(2.45)

În care V semnifică încărcarea, iar A și M proveniența ei: forța axiașă A, respectiv momentul de răsturnare M.

(2.46)

Se presupune pentru început că (fig. 2. 14, b) ;

+ ( (2.47)

Ceea ce asigură că toate rolele sunt încărcate iar elementele pentru evitarea smulgerii ( contrarolele sau pivotul) nu intervin.

Problema determinării lui se rezolvă elegant dacă se presupune mai întâi o repartiție continuă pe circumferință a încărcării determinată de moment (fig. 2. 13,c) cu variație liniară (ca și încărcările ) :

p= (2.48)

Condiția de echilibru este :

M=4 (2.49)

De unde: și p=

Încărcarea pe o rolă se obține prin înmulțirea încărcării distribuie p cu pasul rolelor

= (2.50)

= (2.51)

Prin urmare încărcările extremele pe role sunt :

(2.52)

Condiția inițială (2. 47) care determină domeniul de valabilitate a acestui rezultat, devine :

e= (2.53)

Dacă:

(2.54)

Sunt posibile două situații.

1. Jocul axial al platformei rotitoare față de organele pentru evitarea smulgerii este suficient de mare :

În acest caz organele pentru evitarea smulgerii nu se încarcă, în consecintă distribuția încărcării pe role corespunde fig. 2. 15. Problema se rezolvă ca și în cazul precedent presupunând la început o repartiție continuă pe circumferință a încărcării, care de data aceasta este dată de :

p=* , (2.55)

Condițiile de echilibru sunt :

A=2(sin (2.56)

M=2…=(

,organele pentru evitarea smulgerii nu se încarcă.

Mărimea zonei de repartiție a încărcării, determinată de unghiul , se obține din ecuația:

(2.58)

Obținută prin eliminarea lui între cele două ecuații ale sistemului (2. 57). După determinarea lui , din una din ecuațiile (2. 57) rezultă și apoi p din (2. 55). Încărcarea pe rolă rezultă înmulțind p cu pasul circular al rolelor .

La rezolvare numerică se ajunge punând expresia

=( (2.59)

Și utilizând pentru valorile din tabel.

II. Se încurcă organele pentru evitarea smulgerii

În cazul sistemelor cu pivot de centrare încărcat este valabilă schema de calcul din figura 2. 16. Se utilizează același artificiu și aceleași notații ca în cazurile precedente.

Ecuația de echilibru a momentelor

M= (2.60)

Combinată cu (2.48) furnizează :

(2. 61)

Încărcarea pe rolă devine

(2.62)

Cu valoarea maximă :

= (2.63)

Din ecuația de echilibru a forțelor rezultă încărcarea pivotului

(2.64)

De unde, după introducerea expresiei lui

(2.65)

În cazul sistemelor cu contrarole încărcările maxime pe role, respectiv pe contrarole sunt date de :

(2.66)

(2.67)

În care s-a presupus

Dacă e (2.44)

Atunci indiferent de jocurile din sistem, organele pentru evitarea răsturnării platformei rotitoare se încarcă. Se face ipoteza că axa care separă rolele încărcate de cele care nu se încarcă este axa .

La sistemele cu pivot încărcat încărcarea totală pe role este:

(2.68)

Iar rola cea mai solicitată preia încărcarea

(2.69)

În care

Forța de smulgere a pivotului este

(2.70)

La sistemele cu contrarole, dacă se presupune că planul momentului nu coincide cu planul bisectelor al unghiului contrarolelor 2 (fig 2. 17, a) este necesar să se presupună că încărcarea pe contrarole se distribuie proporțional cu distanța la rezultanta ∑V.

(2.71)

Utilizând ecuația de echilibru a momentelor

(2.72)

rezultă

(2.73)

Încărcarea preluată de role rezultă din ecuația de echilibru a forțelor:

∑V=A+ (2.74)

În cazul sistemelor de sprijin cu rotire de mare diametru există posibilitatea ca platforma rotitoare să se sprijine doar pe o parte a rolelor, anume cele cuprinse în sectoare de unghi la centru 2. Aceste cazuri au fost studiate de A. I. Dukelskii.

Stabilirea diametrului sistemului de sprijin se poate face pornindu-se de la condiția de rezistență la solicitarea de contact a rolelor pusă sub forma.

(2.75)

În care D este diametrul, iar lățimea lor de contact cu calea. Pasul rolelor s se ia ceva mai mare decât diametrul lor, putându-se scrie:

(2.76)

Cu aceasta condiția de dimensionare devine :

(2.77)

De unde se poate deduce valoarea minimă a diametrului pe care se dispun rolele. Din această relație se deduce că, deși are la bază condiția de rezistență a rolelor, nu depinde de diametrul acestora. Această concluzie se explică prin faptul că modificarea lui atrage o modificare proporțională a numărului de role.

Momentele rezistente determinate de frecările în sistem. La rotirea platformelor pe role opun rezistențe, proporțional cu încărcările, rolele și pivotul sau contrarolele. Rezistența opusă de o rolă este:

(2.78)

Care determină un moment rezistent față de axa de rotație a platformei.

(2.79)

Momentul rezistent al tuturor rolelor este

(2.80)

În care ∑ sau (2.81)

2. 2. 4. Sisteme cu rulmenți de mare diametru

Rulmenții de mare diametru capabil să preia încărcările axiale, radiale și momentele de răsturnare specifice utilajelor grele cu echipament de lucru rotitor, au apărut și s-au diversificat urmare cererii crescânde care a determinat specializarea și perfecționarea tehnologică și constructivă. Principalele lor avantaje funcționale sunt: rezistența mică opusă rotirii și jocul mic între elementele rotitoare și cele nerotitoare. Constructiv, prezintă avantajul unui gabarit minim pe înalțime al incorporării coloanei dințate fixe și al eliberării părții centrare care devine disponibilă pentru accesul persoanelor și montajul diferitelor elemente de legătură între cele două părți ale macaralei; avantajele de exploatare sunt montajul ușor și faptul că nu necesită reglaje ulterioare. Din aceste motive în domeniul macaralelor rulmenții de mare diametru( întânliți în literatura și sub denumirea de rulmenți sau coroane de orientare) tind să înlocuiască celelalte sisteme, chiar și la macaralele de mare capacitate. [2]

Rulmenții de orientare sunt alcătuiți (fig. 2. 15 ,a) din :corp fix 1 prevăzut cu coroana dințată 1. 1, calea de rulare 1. 2 și alezajul 1. 3 pentru șuruburile de fixare la partea nerotitoare, corpurile de rostogolire 2 prevăzute cu colivie sau piese de distanțare, corpul rotitor 3 având calea de rulare 3. 1 și alezajele 3. 2 pentru șuruburile de fixare la partea rotitoare, și garniturile inelare de etanșare 4. Rulmentul mai este prevăzut cu gresonare și la sistemele din fig 2. 15, a și c, cu locaș pentru introducerea corpurilor de rostogolire, astupat ulterior cu dop metalic asigurat contra deplasării. Centrarea este asigurată pe fațetele a căror diametru este marcat în desen.

Rulmenții cu două rânduri de bile tind să fie înlocuiți cu rulmenți cu un singur rând de bile (cu patru puncte de contact) întrucât sunt mai simpli și au capacitatea de încărcare statică și dinamică mai mare. Rulmenții cu role au cea mai mare capacitate de încărcare dinamică. Dintre aceștia cei mai răspândiți sunt cei cu role cu axe alternativ încrucișate (fig. 2. 15, c). Capacitatea statică de încărcare a acestora este mai mică însă decât a celor cu bile cu patru puncte de contact. Pentru macaralele mari și foarte mari se utilizează rulmenți speciali, cu trei rânduri de role (fig. 2. 15, d), un rând fiind destinat să preia încărcarea radială.

Rulmenții de orientare sunt organe cu probleme teoretice, constructive și tehnologice specifice, astfel încât producerea lor la nivelul calitativ cerut și la un cost rezonabil nu este posibilă decât prin specializare. Produc astfel de rulmenți firme ca:Hoesch-Rothe Erde, INA & Jaeger (Germania), RKS (din grupul SKF, Franța),Taperex (Marea Britanie), precum și firme din SUA și Japonia. La noi în țară specializarea în producerea lor o avea IRG-Ploiești, dar producerea pentru necesități proprii și S. C Girueta S. A București. În aceste condiții proiectantului de macarale îi revine doar sarcina de a alege tipul adecvat și mărimea de rulment necesară în funcție de particularitățile de utilizare, având la dispoziție în acest scop cataloage de produse. Din acest motiv în prezența lucrare se fac doar referiri sumare la problemele tehnologice și de dimensionare, pentru care proiectanții găsesc bune surse de documentare în lucrări.

Fig. 2. 15. Soluții de rulmenți de mare diametru :a-cu un singur rînd de bile,cu 4 puncte de contact, b-cu două rânduri[1]

Corpurile rulmenților se execută fie din oțeluri carbon superioare, fie din oțeluri aliate îmbunătățite, ambele având garantată compoziția chimică atât în stare lichidă cât și în stare de semifabricat. Sunt recomandate mărcile OLC 45 X, care se normalizează după coroiaj și 41 MoCr11, care după coroiaj se supune unui tratament de călire și revenire înaltă.

Căile de rulare și dantura rulmenților din OLC 45 X trebuie supuse unui tratament de călire superficiali încălzirea tacându-se cu curenți de înaltă frecvență. Informativ se menționează că adâncimea de călire a căilor de rulare reprezintă circa 10% din diametrul corpurilor de rostogolire, iar cea 3 danturii circa 25% din valoarea modulului. Duritatea căilor de rulare trebuie să fie de 55-60 HRC, iar cea a danturii de 45-50 HRC. Pentru macaralele care lucrează în exterior se recomandă

Utilizarea Corpurile de rostogolire se execută din oțel pentru rulmenți RUL2 și se călesc până în profunzime. Duritatea lor nu trebuie să fie mai mică de 59 HRC. Elementele distanțiere dintre corpurile de rostogolire se confecționează din materiale plastice poliamidice, sau altele cu proprietnît similare. Rulmenții cu role dispuse alternativ încrucișat și cei cu două rânduri de role se prestrâng la producător (diametrul rolelor este ceva mai mare decât distanța între căile de rulare); în acest mod nu apar jocuri sensibile sub încărcările de exploatare. Se recunoaște aceasta prin faptul că nu pot fi rotiți manual.

Alegerea rulmenților de orientare se face potrivit metodologiilor indicate de furnizori in cataloagele de produse. Bine pusă la punct și orientată spre domeniul mașinilor de ridicat este metodologia firmei INA (Germania), conform căreia se procedcază astfel:

a. Se stabilesc încărcările axială A, radială H și momentul de răsturnare M care solicită rulmentul în cele mai defavorabile condiții de lucru corespunzătoare grupării fundamentale de acțiuni.

b. Se determină sarcina axială echivalentă

(2.82)

În care factorul X depinde de tipul rulmentului.

c. Se amplifică atât momentul cât și sarcina axială echivalentă cu un factor al condițiilor de exploatare, ales conform tabelului.

d Se alege mărimea de rulment din diagramele capacităților de încărcare trasate în coordonate , astfel încât :

, (2.83)

Pentru fixarea rulmenților de orientare se întrebuințează șuruburi de înaltă rezistență confecționate din materiale grupa 8. 8, 10. 9 sau, pentru sarcini foarte mari, 12. 9. Ele se pretensionează la montaj până la 70-80% din valoarea limitei de proporționalitate a materialului. Avantajele prestrângerii rezultă din fig. 2. 22, a, în care dreapta 1 reprezintă caracteristica forța-deformație a șurubului, iar 2- a pachetului de elemente strânse, reprezintă forța de prestrângere, și -deformațiile șurubului și pieselor, iar F sarcina de exploatare. Se constată pe de-o parte că trebuie să fie suficient de mare astfel încât sub acțiunea sarcinii de exploatare pachetul de piese să mai rămână în stare prestrânsă cu o anumită valoare iar pe de altă parte că creșterea încărcării șurubului este inferioară încărcării de exploatare F.

Se recomandă de asemenea ca raportul între lungimea activă a tijei șuruburilor și diametrul lor să fie mai mare ca 5. În acest fel panta dreptei este mai mică. Acest lucru este avantajos. Într-adevăr primele cicluri de încărcare produc deformații permanente ale asperităților pieselor asamblate a căror valoare reduce cu atât mai mult forța inițială de prestrângere și prestrângerea ca atare cu cât panta este mai mare. Diagrama reală a comportării asamblării în care este pusă în evidență și componenta variabilă a sarcinii de exploatare F.

Calculul asamblării cu șuruburi a rulmenților de orientare este și el indicat in cataloagele de produse. Se recomandă utilizarea normativului VDl 2230 din Germania [9. 7] sau [4. 3]. Forța F care solicită șurubul cel mai încărcat se determină cu o ecuație de tipul:

(2.84)

În care k este un coeficient de distribuție a forței pe circumferință depinzând de tipul rulmentului, cu valori cuprinse între 4 și 4,5.

Momentul rezistențelor la rotire opus de rulmenții de orientare se calculează cu:

-pentru rulmenți cu bile

) (2.85)

-pentru rulmenți cu role

) (2.86)

În care este coeficientul echivalent de frecare având valorile 0,003. . . . 0,005 pentru rulmenții cu bile 0,005. . . 0,007 pentru cei cu role; D-diametrul circumferinței pe care sunt dispuse corpurile de rostogolire; – unghiul de contact al corpuriloe de rostogolire.

2. 3. Mecanismele de rotire

Mecanismele de rotire ale macaralelor sunt alcătuite dintr-un grup de acționare (motor, reductor de turație, frână) și o transmisie dințată finală pinion-coroană dințată. Grupul de acționare se plasează pe partea rotitoare a macaralei, decalat cu 90 tață de axa brațului. În acest fel se asigură cele mai favorabile condiții angrenajului pinion-coroană fixă. La macaralele mari pot fi utilizate câte două grupuri de acționare, plasate diagonal opus. În acest fel solicitarea angrenajelor finale se reduce la jumătate, iar forțele din cele două puncte de angrenare se reduc la un cuplu de forțe tangențiale, evitându-se solicitarea organelor sistemului de sprijin al părții rotitoare. La macaralele cu sistem de sprijin oscilant, pe lagăr sferic, care admite sub încărcările de exploatare deviații unghiulare inadmisibile pentru buna funcționare a unui angrenaj, cum sunt macaralele Derrick cu tiranți flexibili, antrenarea părții rotitoare se face cu mecanism cu cablu. Sistemul se mai întâlnește la macarale turn de mare capacitate și la macarale portuare. [1]

Mecanismele de rotire trebuie să corespundă unor particularități și cerințe funcționale care le determină alcătuirea. Astfel, ele trebuie să pună în mișcare mase mari (intreaga parte rotitoare a macaralei plus sarcina), având momente de inerție mari. În această situație regimurilor tranzitorii trebuie să li se asigure o desfașurare progresivă, fară șocuri. în acest scop, în cazul acționării electrice se utilizează motoare cu pornire pe 2-3 trepte reostatice, sisteme cu frâne electrodinamice, cuplaje hidraulice, amortizoare. O altă particularitate o constituie valoarea mică a vitezei de regim: 0,5-2,5 rot/min, în funcție de tipul și mărimea macaralei. Motoarele de acționare au turațiile de ordinul 750. . . 1500 rot/min, astfel încât rezultă rapoarte de transmitere mari, curent în jurul valorii i= 1000. În aceste condiții sunt utilizate în mod frecvent redactoarele melcate și mai ales reductoarele planetare în două și trei trepte. Au fost făcute încercări de utilizare a reductoarelor armonice. În sfârșit, se menționează că pentru evitarea

avariilor la macaralele sensibile la răsturnare, în lanțul cinematic al mecanismului se introduc cuplaje de siguranță mecanice sau inductive cu alunecare.

2. 3. 1 Mecanisme de rotire acționate cu motor electric

În fig. 2. 16 este indicată schema cinematică a unui mecanism de rotire, utilizat la macaralele turn cu braț orizontal. Sistemul este alcătuit de motorul electric 1, de tip asincron cu inele, având frâna axială încorporată 2, reductorul de turație 3, transmisia planetară finală 4, rulmentul de reazem 5 prevăzut cu coroană dințată cu dantură interioară și frâna electrodinamică 6. Momentul de torsiune este transmis platformei rotitoare prin elementele de fixare ale carcasei reductorului 7. Cuplarea arborelui de ieșire al reductorului cu arborele pinionului planetar este realizată sub forma unui manșon canelat 8.

Fig. 2. 16. Mecanism de rotire cu reductor în trei trepte și frâna electrodinamică[1]

Fig. 2. 17. Sistemul de rotire cu două grupuri de acționare al macaralei[1]

În fig. 2. 17 este prezentată soluția cu două grupuri de acționare a sistemului de rotire al macaralei turn cu braț orizontal de 200 tm, MTO-200. Sistemul este alcătuit din suportul fix 1, rulmentul de sprijin 2 cucoroană dințată cu dantura interioară, suportul rotitor 3 si grupurile de acționare 4 și 5. Suportul fix se montează pe ultimul tronson al turnului, iar la suportul rotitor se articulează brațul si contrabratul si se fixează tronsonul de vârf al macaralei. Grupurile de acționare pot fi prevăzute cu motoare electrice asincrone cu rotorul în scurt-circuit, cu frână încorporată. Cuplarea cu reductorul de turație se face în acest caz prin cuplaje de inducție cu alunecare. Unul din grupuri este prevăzut cu frâna de serviciu 6, deblocabilă manual, pentru punerea în giruetă a macaralei. La pornire cuplajele inductive sunt excitate în trepte, crescător, astfel încât alunecarea lor scade realizând progresiunea demarajului. Ele rămân excitate la valoarea nominală pe tot timpul funcționării. La oprire, în prima fază, excitația lor poate să crească pentru ca frânarea cu frânele motoarelor să fie eficientă, apoi ea scade progresiv. Frâna de serviciu menține orientarea dorită a părții rotitoare când motoarele sunt oprite și cuplajele nu sunt alimentate. Avantajul sistemului este nu numai funțional, el permite utilizarea motoarelor în scurtcircuit, mai robuste și elimină reostatele rotorice. De asemenea cuplajele inductive asigura protecție la suprasarcină.

Soluția constructivă a angrenajului final este prezentată în detaliul din fig. 2. 17. în care se remarcă trompa excentrică 7 în care este lăgăruit arborele 8. Sistemul asigură un reglaj comod al angrenajului prin rotirea trompei (împreună cu întregul grup de acționare montat pe aceasta) și fixarea în poziția corectă. Amortizarea șocurilor este asigurată prin modul particular de rezemare a carcasei reductorului: aceasta centrează în trompa 7 pe diametrul , dar nu este solidarizată cu ea; fixarea ei de suportul rotitor 3 se face în sens tangențial, în două suporturi de care se fixează prin intermediul unor tampoane amortizoare din cauciuc.

Frecvent sunt utilizate mecanisme de rotire prevăzute cu reductoare melcate. Acelea prezintă următoarele avantaje: raport mare de transmitere, gabarit redus și capacitate de atenuare a șocurilor. Au însă dezavantajul randamentului scăzut.

Rapoarte mari de transmitere la gabarite reduse pot fi obținute prin utilizarea unor transmisii speciale. Astfel, firma Edilmac utilizează pentru macarale turn ușoare (de exemplu modelul E. 493 de 40/50 tm), un mecanism de rotire cu reductor cu angrenaj planetar și cuplaj Green. Mecanismul este alcătuit din motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit 1, ambreiajul hidraulic 2, transmisia cu curele 3, reductorul 4 și transmisia exterioară 5. Ambreiajul hidraulic asigură o pornire în gol a motorului și un demaraj progresiv al mecanismului, întrucât la turații mici alunecarea lui este mare.

Transmisia cu curele reprezintă elementul de siguranță la suprasarcină. Reductorul este alcătuit din coroana dințată fixă k și satelitul s, montat pe fusul excentric H al arborelui de intrare, el asigură realizarea unui raport de transmitere:

(2.87)

Transmiterea mișcării de la roata s se face prin intermediul unui cuplaj Green alcătuit dir elementul intermediar 6 prevăzut cu crestături în care intră patinele 7, montate pe bolțurile 8, unul solidar cu roata s, celălalt cu semicuplajul 9 de pe arborele de ieșire. Cuplajul Green este ur cuplaj mobil homocinetic, transversal, îndeplinând același rol funcțional ca și un cuplu Oldham, dar având un randament superior. De regulă , de unde rezultă că se pot realiza cu astfel de angrenaje rapoarte mari. Notându-se :

și (2.88)

Și cunoscându-se valoarea necesară a cuplului la arborele de ieșire , cuplul la intrare și cuplul reactiv al coroanei sunt date :

, (2. 89)

Frâna acționează asupra roții 10. Ea este de tip semiautomată, normal

închisă, dar este prevăzută și cu posibilitatea de a fi deblocată manual, când macaraua este în afara serviciului. În acest fel brațul macaralei se poate roti liber sub acțiunea vântului, orientându-se după direcția lui și expunându-i o arie minimă.

2. 3. 2 Mecanisme de rotire acționate cu motor hidrostatic

Prin acționare cu motoare hidrostatice schemele cinematice ale mecanismelor de rotire se simplifică întrucât nu mai sunt necesare dispozitive mecanice sau electromecanice de protecție la suprasarcină, această funcție fiind preluată de o supapă de siguranță plasată în circuitul de refulare al pompei. În rest schemele cinematice nu diferă de cele ale mecanismelor acționate cu motoare electrice. Schemele de acționare hidrostatică se complică întrucât, după cum se va arăta trebuie dotate cu blocuri de protecție antigravitațională a motorului hidrostatic. [1]

. Motorul cu pistoane axiale transmite prin intermediul manșonului de cuplare roții centrale a primei trepte planetare, care mai conține sateliții, coroana fixă și brațul portsateliți. Acesta este prevăzut cu manșon dințat prin care cuplează direct cu roata centrală a celei de-a doua trepte alcătuită similar celei dintâi pe care se găsește pinionul. Acest sistem constructiv asigură elementelor cu mișcare compusă: brațe, port sateliți și sateliți, autocentrarea în funcționare și prin urmare creșterea fiabilității reductorului. Oprirea mișcării este realizată cu ajutorul frânei comandate cu saboți interioro.

Schema de acționare hidraulică: P este pompa cu debit constant, SP – supapa de protecție la suprasarcină, D – distribuitorul cu două căi și trei poziții, BAC – blocul de protecție antigravitațională a motorului hidrostatic MH, F este filtrul, iar SF – supapa de ocolire la înfundarea filtrului. La această schemă frânarea se realizează cu o frână comandată normal deschisă FD, Cf este cilindrul hidraulic de frânare, iar PC pompa de comandă. Blocul de protecție antigravitațională intervine în procesul de frânare în modul următor. La comanda de oprire sertarul distribuitorului este adus în poziția neutră. Din cauza inerției mari a părții rotitoare a macaralei motorul mai face un anumit număr de rotații până la oprire. În acest timp el va lucra în regim de pompă, ridicând presiunea la ieșire până la valoarea de dechidere a supapei sau , funcție de sensul de rotire. Se stabilește astfel un circuit închis prin supapa deschisă. În funcție de randamentul volumic al motorului și de diferența mare de presiune stabilită între intrarea și ieșirea lui, acesta drenează în exteriorul circuitului închis spre rezervor, debitul . Dacă acest debit nu este compensat pe conducta de aspirație a motorului (devenit pompă) se creează un deficit de lichid care ar conduce la scăderea presiunii până la valoarea de evaporare a mediului hidraulic, ceea ce determină inițierea fenomenului de cavitație. Se evită acest lucru prin aspirația de compensare prin una din supapele de sens SS1, SS2.

În mod frecvent la macaralele complexe, pompa P poate alimenta încă un circuit în afara celui pentru motorul de rotire. În acest caz distribuitorul celui de al doilea circuit. Această cale este deschisă pe poziția neutră a sertarului și este obturată pe cele două poziții de lucru.

Bibliografie Capitolul II

[1]. Alămoreanu M. ,Coman L. ,Nicolescu Ș. , Mașini de ridicat Vol 1, București 1996

[2]. Olariu V, Mașini de ridicat si transportat, București 1963

[3]. Documentație tehnică macara portuară de 16 tf

[4]. . http://www. prompt-sa. ro/ro/

3. Calclulul mecanismului de rotire

3. 1 Descriere generală

Mecanismul de rotire este format din urmatoarele părți componente: motor electric,reductor, cuplaj de legatură, frână ,pinion de atac și coroana cu bolțuri.

Arborele motorului electric transmite mișcarea de roatie arborelui de intrare al reductorului prin intermediul unui cuplaj de legătură. Pe acest cuplaj acționează frâna care are rolul de a împiedica rotirea mecanismului atunci când este blocată sau de a înlesni rotirea mecanismului atunci cand este deblocată.

Reductorul are rolul de a demultiplica turația motorului electric si de a realiza o turație convenabilă necesară rotirii mecanismului.

Pe arborele de ieșire al reductorului se montează pinionul de atc care angrenează coroana cu bolțuri astfel realizându-se mișcarea de rotație a tunului pivotant al macaralei.

Fig. 3. 1. Macara Portic Socep (imagine din stagiul de practică)

3. 2. Caracteristici tehnico-funcționale

Caracteristici de gabarit

-Deschiderea maximă a brațului pentru sarcina de : ;

-Deschiderea maximă a brațului pentru sarcina de : ;

-Deschiderea minimă a brațului: ;

-Lungimea peste tampoane: ;

-Înălțimea maximă a macaralei cu brațul retras: ;

-Ecartament: ;

-Ampatament: ;

-Înălțimea portalului de la nivelul șinei: ;

Caracteristici funcționale

-Sarcina de ridicare:

-De la la deschidere: ;

-De la la deschidere: ;

-Înălțimea de ridicare:

-Deasupra șinelor de rulare: ;

-Sub nivelul șinelor de rulare: ;

-Presiunea maximă peroată: ;

Caracteristici cinematice

-Viteza de ridicare:

-Pentru sarcina de : ;

-Pentru sarcina de: ;

-Microviteza pentru sarcina de : ;

-Viteza de ridicare pentru sarcina de : ;

-Microviteza pentru sarcina de : ;

-Viteza de rotire: ;

-Viteza de basculare: ;

-Viteza de translație: ;

Mase

-Portalul: ;

-Turnul pivotant: ;

-Casa mașinilor: ;

-Cabina de comandă: ;

-Braț basculant ;

-Cioc: ;

-Tirant: ;

-Braț contragreutate: ;

-Tija contragreutății: ;

-Macaraua în stare de funcționare: .

Alte informații

-Sarcina de lucru: la ;

la ;

-Suprafața sarcinii: ptr. : ;

ptr. : ;

-Deschiderea maximă: ;

-Deschiderea minimă: ;

-Înălțimea maximă de ridicare: ;

-Ecartamentul: ;

-Ampatamentul: ;

-Clasa de utilizare: B (clasa B înseamnă utilizare regulată, dar intermitentă pentru – unde N = domeniul convențional de cicluri de încărcare, conform STAS 8290-83);

-Starea de încărcare: 2 (stare de încărcare medie pentru instalații care ridică relativ frecvent sarcina nominală, în mod curent ridicând sarcini de cca. 2/3 din valoarea sarcinii nominale, conform STAS 8290-83);

-Grupa de funcționare: III (conform STAS 8290-83);

-Greutatea netă defalcată pe ansamble:

– portal: ;

– turn pivotant: ;

– brațul: ;

– ciocul: ;

– tirantul: ;

– braț contragreutate: ;

– tija contragreutate: ;

– casa mașinilor: ;

– cabina de comandă: .

3. 3. Determinarea rezistențelor la rotire

3. 3. 1. Determinarea reacțiunilor

Q=50tf (sarcina nominală)

G=36. 1tf(greutatea brațului)

R=35m(raza de deschidere a brațului)

Lcgb=24m(lungimea până la centrul de greutate al brațului)

h=18m(distanța dintre reazemele coloanei rotitoare)

(reacțiunea verticală) Fig. 3. 2. Schemă reacțiuni

V=50+36. 1=86. 1tf

∑Ma=0=>H*h=Q*R+G*Lcgb (3.1)

(reacțiunea totală) (3.2)

V=86t. 1f

H=145tf

3. 3. 2. Determinarea momentului rezistent la rotire datorat reacțiuțiuni verticale in crapodină

(3.3)

–momentul reacțiunii verticale

µ-coeficient de frecare

-diametrul crapodina

– diametrul interior al rulmentului

V -reacțiunea verticală

s=24,5cm

=20cm

µ=0,15 Fig3. 3 Crapodină

(3.4)

3. 3. 3. Determinarea momentului rezistent la rotire datorat reacțiunii orizontale din lagărul inferior

= 0,1*145*=155,85tf*cm (3.5)

– coeficient de frecare

H – reacțiunea orizontală

– diametrul lagărului inferior

3. 3. 4. Determinarea momentului rezistent datorat reacțiunii orizontale din lagărul superior

(3. 6)

Unde: – reacțiunea rolei

– coeficient de frecare la rostogolire

– diametrul rolei

Fig. 3. 4. Lagărul superior

= (3.7)

H = 145 tf

= 2,5

= (3.8)

(3.9)

3. 3. 5. Calculul momentului rezistent total

(3.10)

=319,3tf*cm

-momentul rezistent datorat reacțiunii orizontale din lagărul inferior

– momentul rezistent datorat reacțiunii orizontale din lagărulsuperior

Fig. 3. 4. Macarale de cheu în linie – Socep

3. 3. 6. Calculul momentului suplimentar la rotire datorat acțiunii vântului

(3.11)

– momentul suplimentar datorat acțiunii vântulu

– presiunea vântului

-aria supusă acțiunii vântului

-distanța până la centrul de presiune al vântului asupra ariei respective

= (3.12)

=8-aria sarcinii supuse acțiunii vântului

=16-aria scheletului macaralei

=14- aria contragreutații si a cabinei

==2760*cm

3. 3. 7. Recalcularea momentului rezistent total

(3.13)

=388,3tf*cm

– momentul rezistent total recalculat

-momentul rezistent total

-momentul rezistent datorat acțiunii vântului

3. 4. Determinarea momentului de volant al sarcinii si al scheletului macaralei

3. 4. 1 Calculul momentului de volant al sarcinii

(3.14)

= 4*50*35 =245000 tf*

3. 4. 2. Calculul momentului de volant al scheletului macaralei

= (3.15)

(3.16)

Unde: – greutățile elementelor scheletului macaralei

– razele de volant ale elementelor scheletului macaralei

= 2350 Kgf,

= 1,5m

= 12m

= 12m

= 35m

= 35m

= = 27861,9tf*

3. 5 Calculul, alegerea și verificarea motorului

3. 5. 1. Determinarea puterii calculate

(3.17)

Unde:

– turația macaralei

– randamentul mecanismului

= 15rot/min

= 0,715

=44,15 Kw

3. 5. 2 Calculul puterii necesare

= (3.18)

Unde:

– durata relativă de lucru (calculată)

– durata relativă de lucru (catalog)

= 40%

= 50 %

= 44,15 = 39,16 Kw

Se va alege din catalog motorul ASU 280M-8 având următoarele caracteristici :

P=45 KW

n =735 rot/min

G = 610Kg

Principalele dimensiuni ale motorului sunt

A=457 B=419 C=190

H=280 K=24 D1=65

D2=75 Dt=m6 E1=140

E2=140 Fh91=18 GA1=69

Fh92=20 AA=125 AB=540

GA2=79. 5 D=M20 BB=523

HA=2 AC=494 HD=677. 5

L=986

3. 5. 3. Calculul raportului de transmitere

(3.18)

i = = 49

3. 5. 4. Calculul timpului de demarare

(3.19)

Unde :

– coeficientul de supraîncarcare momentană a motorului (admisibil), =1,71

k – coeficient de corecție, k =1,15

=3,83<6s=

5. 5 Calculul coeficientului de supraîncărcare momentană a motorului

(3.20)

3. 6 Calculul, alegerea, verificarea reductorului

3. 6. 1. Determinarea turației preliminare a macaralei

(3.21)

– viteza de rotire a sarcinii

– raza maximă de deschidere a brațului

3. 6. 2. Determinarea raportului de transmitere

(3.22)

Se va alege recutorul vertical în trei trepte prezentat în desenul MP 16-01/a

3. 6. 3. Alegerea rapoartelor de transmitere parțiale și raportul de transmitere total

(3.23)

Unde:

– – raportul de transmitere al primei trepte

– – raportul de transmitere al celei de-a doua trepte

– – rapotul de transmitere al celei de-a treia trepte

– – numărul de dinți al roții dințate ‘ i ‘; i=1-6 ;

3. 6. 4. Determinarea turației macaralei

3. 6. 5. Determinarea vitezei de rotire a sarcinii pentru deschiderea maximă

(3.24)

3. 6. 6. Determinarea abaterii procentuale a vitezei de rotire a macaralei

(3.25)

3. 7 Calculul angrenajului coroană cu bolțuri-pinion de atac

3. 7.1. Determinarea forței periferice

Datorită momentului de torsiune rezultat în urma rotirii turnului pivotant, în angrenajul coroană cu bolțuri-pinion de atac, forța periferică F ce acționează tangențial va determina solicitări asupra bolțurilor.

(3.26)

Unde:

momentul de torsiune

D – diametrul coroanei cu bolțuri

6500Kff

3. 7. 2. Determinarea diametrului bolțului

(3.27)

Unde: b – lățimea pinionului de atac, d – diametrul bolțului

3. 7. 3. Calculul pasului circular de angrenare

(3.28)

3. 7. 4. Calculul lățimii pinionului de atac

(3.29)

3. 7. 5. Verificarea la încovoiere a bolțului

(3.30)

Unde:

l – lungimea bolțului

l=250mm

3. 7. 6. Calculul numărului de bolțuri

(3.31)

3. 8 Calculul și alegerea frânei

3. 8. 1. Calculul momentului de frânare

(3.32)

Unde:

– timpul de frânare admisibil;

– randamentul total;

k – coeficient de siguranță; k=1,2

– momentul de volat al roții motoare ;

– momentul de rezistență total în acest caz

– coeficient de siguranță;

3. 8. 2. Alegerea frânei

Pentru momentul de frânare calculat se va alege din catalog frâna prezentată în desenul MP 16-01-6. Frâna este de tiă: TKTG 400 având următorii parametri funcționali:

momentu de frânare: 150Kgf*m

depărtarea sabotului: 1,5mm

timpul de deconectare: 0,4sec

timpul de frânare: 0,3 sec

Frâna are ridicător electrohidraulic de tip T75 cu următorii parametrii funcționali:

forța portantă 75Kgf

cursa 60mm

3. 8. 3. Determinarea timpului de frânare

(3.33)

Unde:

(3.34)

– momentul devotant al roții motoare

– momentul de volant al semicuplajului

– timpul de volant al rpții de frână

– timpul de frânare admisibil;

3. 9. Calculul și alegerea cuplajului

3. 9. 1. Calculul momentului preluat de cuplaj

(3.35)

3. 9 .2. Calculul momentului indicat

(3.36)

Unde:

– coeficient în funcție de utilizarea cuplajului

3. 9. 3. Alegerea cuplajului

Se va alege un cuplaj elastic cu bolțuri varianta N cu semicupă P, conform STAS 5982/6-81.

Principalele elemente dimensionale ale cuplajului și ale semicupei sunt prezentate în schițele următoare :

Momentul nomial al cuplajului este 7500N*m

Materialul cuplajului: OT60

Turația admisibilă: 300rot/min

Principalele dimensiuni ale cuplajului sunt:

Bibliografie Capitolul III

[1]. Alămoreanu M. ,Coman L. ,Nicolescu Ș. , Mașini de ridicat Vol 1, București 1996

[2]. Documentație tehnică macara portuară de 16 tf

[3]. . http://www. prompt-sa. ro/ro/

Cap IV Partea practică

Ne-a fost pusă la dispoziție de către facultate o machetă de macara portic, construită de către o promoție anterioară de absolvenți ai facultății. Procesul de recondiționare a fost realizat alături de colegul meu de grupă Chiracu Alin.

În primă faza macaraua a fost demontată. În urma efectuării demontării s-a constatat utilizarea mai multor tipuri de asamblări, cum ar fi:

– asamblări demontabile: -asamblări cu pene

-asamblări filetate

– asamblări nedemontabile: -nituite

-sudate

Asamblarile filetate sunt alcatuite, de regula, dintr-un surub si o piulita având rolul solidarizarii (strângerii) anumitor piese; pentru asigurarea împotriva autodesfacerii, asamblarea este prevazuta cu un element de siguranta – o saiba Grower, de exemplu – ca în figura 5. 1. [1]

Avantajele asamblarilor filetate

Printre avantajele certe ale sistemelor filetate, în comparatie cu alte asamblari demontabile, pot fi enumerate urmatoarele:

-montare/demontare usoara;

-gabarit redus;

-transmit solicitari foarte mari;

-sunt posibile realizari constructive diverse;

-executie ieftina si usoara;

Fig 4. 1Asamblare filetată cu șaibă Grower [1]

Sudarea este procedeul tehnologic prin care se realizează îmbinarea nedemontabilă a două sau mai multe piese metalice. Îmbinarea sudată este rezultatul producerii unor fenomene pe baza cărora se realizează forțele de coeziune locală, interatomică între piesele supuse sudării. Coeziunea locală are loc printr-un aport de energie introdusă sub formă de căldură (cantitatea de energie depinde de natura materialului sau aliajului supus sudării), presiunea de contact sau prin combinații între acestea. [2]

Ca o măsură a energiei necesare pentru sudare se poate prezenta corelația dintre temperatură și presiune într-o diagramă de tipul celei din figura 5. 2. Din corelația temperaturii cu presiunea locală aplicată se pun în evidență două domenii:

– I – în care are loc sudarea;

– II – în care nu are loc sudarea, energia introdusă la locul de îmbinare fiind insuficientă.

Fig. 4. 2. Corelația temperatură-presiune la realizarea îmbinărilor sudate [2]

Nituirea este o asamblare nedemontabila care se realizeaza prin solidarizarea tablelor cu ajutorul niturilor. Nitul este un corp cilindric prevazut la un capat cu nu cap cilindric, tronconic sau bombat; celalalt cap se obtine prin deformare plastica (figura 5. 3). [1]

Fig. 4. 3 Asamblare nituită [1]

După faza de demontare a fost nevoie sa fie revopsită. Pentru început piesele demontate au fost sablate cu nisip.

Sablarea cu nisip este poate cea mai utilizata metodă de sablare abraziva, datorita costurilor reduse si proprietatilor abrazive prezentate de materia prima folosita (nisip). [3]

Sablarea abraziva este un proces folosit pentru netezirea, finisarea ori curatarea suprafetelor. Similar cu alte metode, procesul consta în propulsarea de particule abrazive direct pe suprafața obiectelor, la viteze mari. Proiectarea granulelor pe suprafata in cauza se realizeaza prin intermediul aerului comprimat (compresor). [3]

Imediat după procesul de sablare piselor le-a fost aplicat un strat protector de grund în vederea vopsirii. Grundul protejând materialul anticoroziv.

Fig. 4. 4. Imagine din timpul lucrarilor la macheta macaralalei

Fig. 4. 5. Imagini din timpul procesului de grunduire

Ulterior piesele au fost vopsite cu pistolul, partea superioară cu galben iar partea inferioară cu negru după care au fost lăsate la uscat în vederea asamblării.

Fig. 4. 6. Macheta macaralei după aplicarea vopselei

Macaraua a fost reasamblată cu înlocuirea bolțurior și asamblărilor filetate. Ulterior au fost atașate motorașe pentru sistemul de rotire respectiv cel de ridicare. Motorașele au fost reciclate de la stergătoarele de Dacie. Instalația electrică este alimentată la 12 V și poate fi folosită o baterie de mașină sau de scuter. Ulterior am făcut legărurile circuitelor electrice.

Am realizat acest lucru pentru a înțelege mai bine o macarale de cheu, implicit sitemul de rotire și importanța acestuia asupra funcționalității macaralei.

Fig. 4. 7. Imagini din timpul reasamblării macaralei

Fig. 4. 8. Imagini din timpul reasamblării macaralei

Bibliografie Capitolul IV

[1] Carjali Erol – Curs Organe de Mașini

[2] Melat Bormambet – Curs Tehnologia Construcțiilor Sudate

[3] http://www. sablam-tot. ro/sablare-cu-nisip-si-alti-abrazivi/

Cap V Concluzii

Mi-am ales această tema deoarece este una interesantă. Am realizat un studiu privind sistemul de rotire a unei macarale de cheu și am calculat pentru acest sistem mai mulți parametrii, tensiuni, momente. În urma calculelor mi-au reieșit valorile normale pentru a realiza buna desfășurare a operațiilor macaralei.

Sistemul de rotire este unul indispensabil și automat foarte important deoarece, fără acesta, macaraua nu și-ar putea orienta brațul, nu ar putea manipula marfă. Sistemul de rotire este foarte important și în stabilitatea macaralei, acesta asigurând echilibrul susținând contragreutăți.

Fig. 5. 1. Macaraua Machetă

Am calculat momentul datorat reacțiunii vântului un factor foarte important în calculul stabilității macaralei. Pe timp de de furtună sau condiții meteorologice precare uneori brațul este lăsat liber, adică sistemul de rotire este deblocat, iar brațul nu opune rezistență vântului, care cu puterea sa poate răsturna macaraua. Am calculat momentul datorat reacțiunii vântului un factor foarte important în calculul stabilității macaralei.

Fig. 5. 2 Macara de cheu