Optimizarea Functional Constructiva a Franelor cu Discuri ale Troliilor de Foraj. Abordare Metodico Stiintifica

Cap. II. OPTIMIZAREA FUNCTIONAL CONSTRUCTIVĂ A FRȂNELOR CU DISCURI ALE TROLIILOR DE FORAJ, ABORDARE METODICO – ṢTIINṬIFICA

Obiectivele capitolului II :

Pe parcursul acestui capitol, se va urmări:rolul funcṭional al sistemelor de frânare,avantajele ṣi dezavantajele acestora, o scurtă clasificare a acestora, construcṭia ṣi funcṭionarea frânei cu disc, modul de calcul al frânei cu disc

2.1. Optimizarea funcṭional constructivă a frânelor cu discuri ale troliilor de foraj

Sistemele de frânare servesc la micṣorarea vitezei, până la o valoare dorită, sau ȋn unele cazuri chiar la oprirea completă a sistemului de lucru, sau când staṭionează. Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea ȋn valoare a performanṭelor de viteză ale sistemului ( maṣinii ), deoarece de el depinde siguranṭa funcṭionării cu viteze mari. Cu cât sistemul de frânare este mai eficace, cu atât vitezele medii de deplasare sunt mai mari, iar indicele de exploatare are valori ridicate.

Cu cât rezistenṭele la ȋnaintare sunt mai mari, cu atât drumul parcurs de sistem ( maṣina ), din momentul dezlegarii motorului de transmisie ṣi până la oprirea completă va fi mai mic. Dacă se creează o rezistentă suplimentară la ȋnaintare, cu ajutorul sistemului de frânare, drumul parcurs până la oprire se micṣorează.

Pentru a nu se produce forṭe de frânare prea mari, care ar depaṣi forṭa de aderenṭă, frânarea instalaṭiei trebuie să fie integrală, pentru că ȋntreg sistemul va fi frânat, ṣi deci, ȋntreaga greutate a sistemului va deveni o greutate aderentă.

Ȋn practică, deceleraṭiile care se obṭin, respectiv eficienṭa frânelor, se apreciază după timpul ȋn care se opreṣte sistemul , având o anumită viteză.

Ȋn cazul blocării sistemului, drumul parcurs pâna la oprire este mai mare datorită faptului că ȋn aceeaṣi situaṭie, coeficientul de aderenṭă dintre disc ṣi plăci scade, deci, trebuie avut ȋn vedere ca frânarea sa se facă progresiv, fără a bloca sistemul, deoarece se uzează rapid elementele de fricṭiune ( disc si plăci ), precum ṣi pierderea stabilitaṭii sistemului de lucru.

Ȋn cazul ȋn care viteza este prea mare, la frânare nu trebuie dezlegat motorul de transmisie, deoarece, datorită frecărilor dintre organele sale ȋn miṣcare ṣi depresiunii create, deasupra pistoanelor ȋn cursa de aspiraṭie, prin ȋnchiderea clapetei de acceleraṭie, ia naṣtere un moment rezistent care se opune miṣcării sistemului, respectiv a maṣinii de lucru.

Modul relativ uṣor de execuṭie ṣi realizare a unui sistem de frânare sigur ṣi eficient, folosirea materialelor destul de ieftine din care se realizează ṣi uṣor de procurat , precum ṣi siguranṭa ṣi eficienṭa acestor sisteme ȋn timpul funcṭionării maṣinilor ṣi sistemelor, satisfac ȋn mare măsură cerinṭele actuale de preṭ ṣi tehnologii de fabricaṭie, montaj, utilizare ṣi mentenanṭă.

Deasemenea analizând ṣi făcând o statistică asupra avantajelor ṣi dezavantajelor folosirii frânelor cu disc, se poate vedea ȋn mod cert, multiplele avantaje pe care le oferă faṭă de cele câteva dezvantaje.

AVANTAJE:

–          Obṭinerea aceleiaṣi frânări, indiferent de sensul de rotaṭie sau de mers;

–          Reducerea greutaṭii nesuspendate a ansamblului de frânat;

–          Presiune uniforma pe toată suprafaṭa de frecare;

–          Nu produc zgomot ȋn timpul frânarii;

–          Realizează reglarea automată a jocului ȋntre saboṭi ṣi disc, printr – o construcṭie foarte simplă;

–          Jocul dintre saboṭi ṣi disc este foarte mic, ceea ce asigură intrarea ȋn funcṭiune mai devreme a frânelor, cu cateva sutimi de secundă.

DEZAVANTAJE:

–           Datorită faptului că frânele cu disc nu prezintă efectul de autoamplificare, efortul de apăsare va trebui să fie mai mare.

2.2. CERINȚELE IMPUSE ṢI ROLUL FRȂNEI CU DISC ȊN SISTEMUL DE FRȂNARE

Orice sistem de frânare trebuie să corespundă următoarelor cerinṭe principale:

–          Să asigure o frânare totală ṣi sigură;

–          Să fie capabil de anumite deceleraṭii impuse;

–          Frânarea să fie progresivă, fără ṣocuri;

–          Să nu necesite din partea operatorului un efort prea mare la acṭionarea ei;

–          Efortul aplicat la mecanismul de comandă al sistemului de frânare să fie proporṭional cu deceleraṭia, pentru a permite operatorului să obṭina o intensitate dorită a frânarii;

–          Forṭa de frânare să acṭioneze ȋn ambele sensuri de rotaṭie;

–          Frȋnarea să nu se facă decât la intervenṭia operatorului;

–          Efectul frânarii să nu fie influenṭat de sarcina de lucru;

–          Să se asigure evacuarea căldurii care ia naṣtere ȋn timpul frânării;

–          Să nu permită uleiului ṣi impurităṭilor să pătrundă ȋntre suprafeṭele de frecare;

–          Să permită imobilizarea sarcinii la efortul maxim;

–          Să se regleze uṣor sau chiar ȋn mod automat;

–          Să aibă o construcṭie simplă, uṣor de ȋntreṭinut;

–          Să  funcṭioneze fără zgomot.

2.3. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE FRANARE

După locul unde este creat momentul de frnare ( de dispunere a frânelor

propriu –zisă ), se deosebesc:

–          Frâne pe roti

–          Frâne de transmisie.

– Frânele troliului de foraj

Din punct de vedere constructiv, frânele pot fi:

–          Cu bandă

–          Cu tambur ( radiale )

–          Cu disc ( axiale )

După construcṭia ṣi funcṭionarea etrierului :

Etrier pe fuzetă, cu pistoane pe ambele parṭi ale discului

Etrier flotant ( culiseaza transversal faṭă de disc ), cu piston pe o singură faṭă a discului

După construcṭia discului :

Disc simplu

Disc autoventilat

După mecanismul de comandă frânele pot fi:

       – cu comandă directă, la care, pentru frânare se foloseṣte efortul operatorului;

cu servocomandă, unde efortul operatorului este folosit numai pentru comanda unui agent exterior care produce forṭa necesară frânării.

2.3.1. Frânele troliului de foraj

Funcṭiile ȋndeplinite de frâne ȋn cadrul instalaṭiilor de foraj sunt:

–          Susṭinerea ȋn repaus ȋn cârligul instalaṭiei a garniturii de foraj, a coloanelor de burlane, etc.;

–          Absorbirea energiei la introducerea prăjinilor sau burlanelor, ( funcṭia de reglare a coborârii sau de incetinire a miṣcarii );

–          Frânarea ṣi oprirea completă a sarcinii ȋn procesul coborării;

–          Reglarea apăsarii pe sapă, prin menṭinerea greutaṭii unei părti a garniturii de prăjini ȋntinsă ( preluată de cârligul instalaṭiei de foraj );

Ȋn ceea ce priveṣte principiul constructiv, tipurile de frâne folosite la instalaṭiile de foraj sunt:

–          Frâna mecanică ( de obicei cu bandă ) FB

–          Frâna hidraulică FH;

–          Frâna electromagnetică FE;

–          Frâna cu pulbere FP.

Din punct de vedere funcṭional, frânele se pot grupa ȋn:

a.      Frâne de oprire ṣi blocare ( frâna cu bandă, cu disc, cu saboṭi );

b.      Frâne de reglare ( frâne hidraulice sau electromagnetice );

Curbele caracteristice de functionare ale acestor tipuri de frâne sunt prezentate in figura urmatoare :

fig. 2.3.1.1.

 Observatii:

1.      Pentru toate tipurile de frâne folosite ȋn cadrul unei instalaṭii de foraj, este necesară existenṭa sistemului de răcire, deoarece energia mecanică absorbită se transformă ȋn energie termică.

De exemplu, la coborârea unei garnituri de foraj de Fc =2000kN pe lungimea unui pas, l =36m, ȋn durata de timp  t = 20 s, se dezvoltă o putere :

 P = ( 2000 · 36/20 )= 3600 kW ṣi o energie ( care trebuie preluată de către frână )

E = 2000· 36 = 72000Kj.

2.      Răcirea sistemului de frânare cu bandă, se realizează cu apă, ȋn această situaṭie, debitul acesteia trebuie ales astfel ȋncât aceasta să nu se ȋncalzească peste 80° C.

3.      La sistemul de frânare cu disc, răcirea se face simplu, cu ajutorul curenṭilor de aer, practicandu -se diferite sisteme de ventilaṭie.

Schema constructiv functional a frânei cu disc, este prezentată in figura de mai jos.

Discul este confecṭionat din fontă sau oṭel, iar plăcile de frâna sunt căptusite cu material de fricṭiune, ȋn general ferodou sau retinax. Caracteristicile acestor materiale după combinaṭia utilizată, sunt prezentate ȋn tabelul 2.3.1.1.

Tabelul 2.3.1.1.

2.4. CONSTRUCṬIA ṢI FUNCṬIONAREA FRȂNEI CU DISC

Fig. 2.4.1 Schema ṣi principiul de funcṭionare a frânei cu disc neventilat.

–

Pe figură s-au făcut urmatoarele notatii:

1-disc de frână ventilat;

2-plăci de fricṭiune;

3-rezervor lichid de frână

4-suport etrier;

5-osia montată;

6-traversă tubulară;

7-consolă pentru fixarea atârnătorilor de portgarnituri;

Ȋn fig.2, sunt reprezentate părtile componente ale unei frâne cu disc, cu cilindru hidraulic. Ea este compusă din discul 1, fixat pe butucul roṭii, ṣi saboṭii ( plăcile ferodou ) garniturile de frecare3, 4, montate ȋn cadrul monobloc 5.

La apăsarea pedalei de frâna, pistonul cilindrului apasă sabotul garniturii de ferecare 3 pe disc, iar sabotul, ( placa ) 4  apasă pe disc prin deplasarea cadrului spre dreapta.

Cadrul este fixat ȋn suportul 2, cu ajutorul braṭelor 6, iar suportul, la randul lui, este fixat de fuzetă sau de un suport rigid.

Principiul de funcṭionare al acestei frâne este asemanator cu cel al frânei cu tambur. La apăsarea pedalei de frâna, lichidul intră , prin conducta 3, ȋn cilindrii receptori 7 ṣi apasă pistoanele 6 cu garniturile 1 pe discul 4, producand frânarea. Etanṣarea pistoanelor este asigurată de garnituri 8.

Fig. 2 Părtile componente ale unei frâne cu disc.

Ȋn fig.2, sunt reprezentate părtile componente ale unei frâne cu disc, cu cilindru hidraulic. Ea este compusă din discul 1, fixat pe butucul roṭii, ṣi saboṭii ( plăcile ferodou ) garniturile de frecare3, 4, montate ȋn cadrul monobloc 5.

La apăsarea pedalei de frâna, pistonul cilindrului apasă sabotul garniturii de ferecare 3 pe disc, iar sabotul, ( placa ) 4  apasă pe disc prin deplasarea cadrului spre dreapta.

Cadrul este fixat ȋn suportul 2, cu ajutorul braṭelor 6, iar suportul, la randul lui, este fixat de fuzetă sau de un suport rigid.

2.5. MATERIALE FOLOSITE 

 2.6. Modul de calcul al frânei cu disc

2.6.1. Determinarea eforturilor ȋn frâna cu disc.

Sistemul de forṭe la frâna cu disc este schematizat in fig…., unde s-au folosit notaṭiile: T este efortul de apăsare pe disc;Tμ- efortul maxim; t- valoarea minimă a lui T; Αm unghiul dintre extremitaṭile plăcilor de ferodou, F – efortul ȋn capătul activ al cablului, pentru compensarea căruia este necesar un moment de frânare Mf, Fi – forṭa activă la levierul frânei.

            Pentru a stabili corelaṭia ȋntre momentul de frânare ṣi eforturile ȋn plăci, se va folosi relaṭia lui Euler:

T = teμα

T= tμαM

Ecuaṭia de echilibru a momentelor forṭelor ce actionează asupra plăcilor de frâna este:

FD = Mf = (TM – t )Df/ 2,

Unde D este diametrul activ al discului.

Momentul de frânare Mf se consideră la valoarea sa maximă, care poate fi cea calculată ȋn cazul efortului cel mai mare ce actionează ȋn timpul frânarii,( caz ȋn care se ia ȋn considerare doar componenta statică Ms, cu valoarea corespunzatoare acestei sarcini ).

Diametrul discului de frâna se adoptă constructiv:

Df = 1,8….2,8 ) Dr,

ȋn care ) Dr, este diametrul rotii.

O altă dimensiune importantă a discului de frâna este laṭimea acestuia, care, preliminar, se poate adopta conform relaṭiei:

Bf = ( 0,19….0,20 )Df.

Din relaṭiile prezentate rezultă efortul la partea activă a plăcilor

t = 2 Mf/Df1-μαM,

iar efortul maxim ȋn capătul fix al benzii, TM, va fi:

TM = Mf 2 μαM/1-e μαM.

Forṭa de apăsare a dispozitivului de frânare F1, este dată de relaṭia:

F1= rt/l.

 2.6.2. Eficienṭa frânelor

Ȋn orice plăcută de frână vom gasi materialul de fricṭiune, de cele mai multe ori numit ferodou. Este de fapt un praf ṭinut laolaltă sub formă metalică de o raṣină specială, (pe care ȋl putem gasi depus ṣi pe jante). Ȋn momentul ȋn care plăcuṭa devine prea fierbinte, răṣina din care este facut materialul ȋncepe să se vaporizeze, formând un gaz. Gazul acesta trebuie să se disipe undeva, neputând rămâne ȋntre plăcuṭă ṣi disc ṣi formează un strat subṭire neaderent. Efectul este similar cu acvaplanarea, atunci când mergi prea repede pe ploaie. Plăcuṭele pierd contactul cu discul, astfel frecarea se reduce. Avem efectul de frânare slabă. Ȋn aceasta situaṭie oprim ṣi aṣteptam cateva minute să se răcească frânele, ca să le revină capacitatea de a absorbi din nou căldura.  

 2.6.3. Soluṭiile de racire a frânelor cele mai utilizate

O soluṭie pentru a avea frâne mai reci, deci o franare eficientă, este să folosim discuri ventilate, ṣtanṭate sau perforate, fie o combinaṭie ȋntre cele 3 variante. Se răcesc mai uṣor, aṣa că frânăm mai bine. O altă soluṭie este să folosim discuri de frână mai mari ȋn diametru. Suprafaṭa mai mare absoarbe mai multă căldură, suprafaṭa de frecare fiind astfel mai mare.

O altă solutie mai eficientă de a raci discurile de frână se poate realiza utilizând discurile de frână ṣtanṭate (cu ṣanṭuri mici) sau perforate ca ȋn figura 2.6.3.1.

Discurile care au o suprafaṭa ce prezintă adâncituri subṭiri nu frâneaza mai bine sau mai slab ȋn esenṭă, ȋnsă permit gazului emanat să iasă dintre placuṭe si disc. La fel ṣi cu cele perforate – găurile permit gazului să iasă ṣi să disipe căldura mai repede. Aṣadar, astfel de discuri permit plăcuṭei să rămână ȋn contact cu discul,avand o aderenṭă buna, oprind maṣina ȋn timp util.

 2.6.4. Tipuri constructive de frânare cu disc:

frână cu disc cu etrier fix

frână cu disc de tip deschis

frână cu etrier flotant

Sistemul de frânare cu etrier fix.

Ȋn figura  2.6.4.1.este reprezentată schema constructivă ṣi modul de funcṭionare a sistemul de frânare cu etrier fix.

Elementele componente ale sistemului: 1- carcasă; 2- ṣurub de prindere; 3- garnitură; 4- canal pentru trecerea lichidului de frână; 5- placuṭe de frână; 6- disc de frână; 7- garnitură de etanṣare; 8- piston; 9- carcasă; 10- orificiu de alimentare; 11- flanṣă de prindere.

Modul de funcṭionare al acestui sistem este urmatorul: ȋn cilindrul principal se creează o presiune hidraulică, care este transmisă la etrierul fix, unde se produc forṭele necesare pentru acṭionarea plăcuṭelor de frânare. După cum se poate observa, etrierul fix susṭine plăcuṭele de frână ṣi totodată preia forṭele de frânare, moment ȋn care ajustează automat distanṭele dintre plăcuṭe ṣi disc, distanṭe care sunt relativ mici.

Etrierul fix este alcătuit din două jumătăṭi ca ȋn figura 2.6.4.1 elementele 1 ṣi 9, ṣi sunt montate ȋmpreună făcând corp comun, prin intermediul bolṭurilor 2.

2.2. Abordarea metodică a sistemelor de frânare cu disc

2.2.1.Metode traditionale de predare a sistemelor de franare cu disc

2.2.2. Metode modern de predare a sistemelor de franare cu disc

– mozicul

Cap III. OPTIMIZAREA FUNCTIONAL CONSTRUCTIVA A FRANELOR CU DISCURI ALE TROLIILOR DE FORAJ, STUDIU EXPERIMENTAL AL PREDARII LA ELEVII DE VARSTA ṢCOLARA ṢI MICA

3.1 Obiective ale cercetarii

3.1.1.Identificarea avantajelor in utilizarea metodelor ale cercetarii practice in predarea sisemelor de franare cu disc la elevii de varsta ṣcolara ṣi mica

3.2. Ipoteze ale cercetarii

3.2.1. Care sunt rezultatele utilizarii metodelor bazate pe observare si experimentare practica la elevii de varsta ṣcolara ṣi mica

3.2.2. Care este nivelul de intelegere a modului de funcṭionare a sisemelor de franare cu disc la elevii de varsta ṣcolara ṣi mica

3.3. Metodologia cercetarii

Lot de subiecti:

Nivel de cunoastere

Varsta

Gen

Metode si instrumente de cercetare

Experimental

Analiza documentelor

3.4. Rezultate, analize si interpretari

Testare initiala- rezultate – grup experimental/grup de control

Program experimental- grup experimental/grup control

Testare finala

3.5. Concluzii ale cercetarii, limite si directii viitoare

Anexe

PORTOFOLIUL PROFESORULUI DE CARTING

Decizia de numire (suplinire, detasare, titular -copie)

Fișa postului

Curriculum vitae de tip european (Europass)

Structura anului scolar ȋn curs

Ȋncadrarea

Schema orară, inclusiv calendar educativ ( competitii, concursuri )

Programele ṣcolare ȋn vigoare ȋn anul ṣcolar ȋn curs.

Planificari calendaristice (anuală, semestrială)

Proiectarea unitaṭilor de ȋnvăṭare.

Lista manualelor utilizate la clasă.

Instrumente de lucru și de evaluare (teste inițiale, sumative, predictive, fiṣe de lucru, tipuri de itemi, modele de portofolii, referate, etc.); rezultate la concursuri judetene, naționale; rezultatele evaluărilor periodice

Evidența elevilor înscriși la cerc

Documente privind calitatea de mentor, formator local/ județean/ național; coordonator cerc pedagogic/ metodist/ membru în consiliu consultativ; îndrumător reviste școlare/membru în colectivul de redacție al revistelor de specialitate; evaluator manuale; membru în comisii științifice,grade didactice, cursuri de perfectionare, etc.

Calificativul acordat de către C A (copie)

Frana cu disc deschisa cu piston flotant si dispozitiv de reglare automata a jocului. Este compusa din disc montat pe butucul rotii si din cadrul (suportul) in care se gasesc pistoanele, prevazute cu garniturile de frictiune. Cadrul monobloc se monteaza flotant sau fix de talerul franei. In cazul de fata, cadrul este fixat rigid si prevazut cu doi cilindri de actionare.
Discul nu este protejat fiind expus prafului, noroiului, apei. Aceasta frana, datorita faptului ca discul se dilata putin in planul axial, permite ca jocul dintre disc si garniturile de frictiune sa fie mentinut la valori mai mici decat la franele cu tambur. In general, franele cu disc deschise nu poseda efect servo si prin urmare au o eficacitate slaba.

Frana cu disc inchisa, fata de frana cu disc deschisa, aceasta prezinta avantajul unei bune protejari impotriva patrunderii apei si murdariei, putand fi usor ermetizata. Aceste frane pot fi cu sau fara efect servo.Frana cu disc inchisa, cu servoefect se compune din carcasa, fixata pe butucul rotii, discurile (cu garnituri de frictiune), bilele si cilindrii de actionare in timpul franarii.
Discurile de frictiune sunt apasate pe carcasa rotitoare. Corpul cilindrului de lucru este fixat pe disc, iar tija pistonului se reazema pe disc. La franare, cand discul se deplaseaza in raport cu celalalt disc, bilele se deplaseaza pe planurile inclinate in partea mai ingusta a santuletelor, distantand discurile si obligandu-le sa apese cu garniturile de frictiune pe carcasa rotitoare
Frânele cu disc ȋnchise avand suprafeṭele de fricṭiune foarte mari, prezintă avantajul unei uzări foarte reduse, datorită lucrului mecanic specific de frecare foarte mic. De asemenea, regimul termic este mai scazut decăt la o frână cu saboṭi, echivalentă din punct de vedere al performanṭelor.

https://www.google.ro/search?q=functionarea+franei+cu+disc&ei=qx5KVYXVKqj8ygOA2oHQBA

Constructia franelor cu disc pentru automobile

https://www.google.ro/search?q=functionarea+franei+cu+disc&ei=qx5KVYXVKqj8ygOA2oHQBA

Bibliografie:

1 P. P. Neveanu, Dicționar de psihologie, Editura Albatros, București, 1972

2 Bontaș, I., Pedagogie, Editura All, București, 1994

1 Panțuru, S., Fundamentele psihologiei, Curs partea I, Universitatea Transilvania Brașov

2 Allport, G. W., Structura și dezvoltarea personalității, EDP, București, 1981.

3 Ibidem Pedagogia preșcolară și a școlarității mici

Alexandru Popovici, Claudia Niculae, Ene Corneliu Calculul si constructia utilajului pentru forajul sondelor de petrol, Editura Universitaṭii din Ploieṣti 2005

GH. Frătila, E.Negruṣ, N.Chimu: ,,Manualul lăcătuṣului mecanic auto’’, Ed. Didactică ṣi pedagogica Bucureṣti  1969

https://www.google.ro/search?q=functionarea+franei+cu+disc&ei=qx5KVYXVKqj8ygOA2oHQBA

Disponibil la adresa WWW.EDU.RO

http://www.scrigroup.com/afaceri/transporturi/Sisteme-de-franare-utilizate-p33736.php

http://www.scritub.com/profesor-scoala/METODICA-PREDARII-DISCIPLINELO34386.php

Pe figură s-au făcut urmatoarele notatii:

1-disc de frână ventilat;

2-plăci de fricṭiune;

3-rezervor lichid de frăna

4-suport etrier;

5-osia montată;

6-traversă tubulară;

7-consolâ pentru fixarea atârnătorilor de portgarnituri;

http://www.scrigroup.com/afaceri/transporturi/Sisteme-de-franare-utilizate-p33736.php