Proiect de diplomă [616892]

Proiect de diplomă

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ
PROGRAMUL DE STUDIU MECATRONICA
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență

STUDIUL PRIVIND PROIECTAREA UNUI DISPOZITIV
DE ALIMENT ARE CONTINUĂ, INTEGRAT ÎNTR -UN
SISTEM AUTOMATIZAT DE CĂLIRE

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC
Ș.L. dr. ing. TOCUȚ PAVEL DANUȚ

ABSOLVENT: [anonimizat]
2016

Proiect de diplomă

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
DEPARTAMEN TUL MECATRONICĂ

TEM..15

Lucrare de finalizare a studiilor a student: [anonimizat]. Nistor Sorin I onuț
1).Tema lucrării de finalizare a studiilor: Studiul privind proiectarea unui dispozitiv de
alimentare continuă, integrat într -un sistem automatizat de călire
2). Termenul pentru predarea lucrării 30.06. 2016
3). Elemente inițiale pentru elaborarea lucrării de finalizare a studiilor. Proiectarea
unui dispo zotiv de alimentare automată , integrat untr -un sistem automatizat de călire
prin C.I.F., conceperea unei scheme de acționare pneumatica pentru funcționarea
sistemului de captare extragere , la o presiune de p =4 bari.
4). Conținutul lucrării definalizare a studiilor :
CAPITOLUL 1 . Locul și rolul dispozitivelor de manipulare automată în sistemele
flexibile de fabricație
CAPITOLUL 2. Funcțiile și structura dispozitevelor de manipulare automată
CAPITOLUL 3. Încălzirea prin inducție în instalații de călire p rin C.I.F.
CAPITOLUL 4. Studiul privind proiectarea unui dispozitiv de alimentare continuă
integrat intr -un sistem automatizat de călire prin C.I.F.
CAPITOLUL 5. Proiectarea automatizată a sistemului pneumatic de acționare de tip PLC
5). Material grafic: 1.Format A1. Desen ansamblu 2D a dispozitivului de alimentare
continuă cu piese a sistemului de călire prin C.I.F. .2. Model 3 D a dispozitivului de
alimentare continuă cu piese a sistemului de călire prin C.I.F
6). Locul de documentare pentru elaborarea lucrării: Biblioteca Universității din
Oradea, S.C. COMAU S.A. Oradea,. Situri documentare pe Internet
7). Da ta emiterii temei 15 Noiembrie 2015
Director de Departament, Conducător științific,
Șl.dr.ing TOCUȚ PAVEL DĂNUȚ
Conf.dr.ing PATER SORIN MARCEL
Absolvent: [anonimizat]…………../……………

DECLARA ȚIE DE AUTENTICITATE
A
LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUD IILOR
(Proiect de diplomă)

Titlul lucrării _______________________________________________ _________
_________________________ _______________________________ ________________
Autorul lucrării __________________________________________________

Lucrarea de finalizare a studiilor este elaborată în vederea susținerii examenului de diplomă
organizat de către Facultatea_____________________________________________ din
cadrul Universității din Oradea, sesiunea____________________ a anului universitar
______ _____________.

Prin prezenta, subsemnatul (nume, prenume , CNP) __________________________ ______
________________________________________________________________________
______________________________________________________________, declar pe
proprie răsp undere că această lucrare a fost elaborată de către mine, fără nici un ajutor
neautorizat și că nici o parte a lucrării nu conține aplicații sau studii de caz publicate de alți
autori.
Declar, de asemenea, că în lucrare nu există idei, tabele, grafice, hăr ți sau alte surse
folosite fără respectarea legii române și a convențiilor internaționale privind drepturile de
autor.

Oradea Semnătura
Data_______________ ______________

Proiect de diplomă

4
REZUMATUL PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

Prin tema p roiectul ui de diplomă am realizat un studiu privind proiectarea unui
dispozitiv de alimentare continuuă , integrat într -un sistema automatizat de călire prin C.I.F.
Proiectul de diplomă, cuprinde cinci capitole urmat la final de concluzii și de referiri
bibliografic e utilizate, la elaborarea lui.
În capitolele unu și doi, al proiectului de diplomă am prezentat câteva noțiuni
introductive privind locul și rolul dispozitivelor de manipulare automată în sistemele
flexibile de fabricație, am definit ce reprezintă un proces de fabricație și un sistem de
fabricație, respectiv am prezentat funcțiile și structura dispozitivelor de manipulare automată
(DMA) .
În c apitolul al treilea al proiectului, am prezentat noțiuni introductive, privind
încălzirea pieselor prin inducț ie, prezentarea avantajelor care se opțin prinutilizarea unor
instalații de călire automată a pieselor prin C.I.F. .În c apitol ul al patrulea , al proiectului am
proiectat și modelat 3D și 2D un dispozitiv de alimentare continuă cu piese cilindrice a unei
instalații automatizate de călire prin C.I.F. În acest capitol, am utilizat programul de
proiectare SolidWorks, modelând 3D și 2D, o variantă a unui dispozitiv de alimenta re
continuă cu piese cilindrice. Am modelat 3D ansamblul dispozitivului de alimentare
continuă, descriind principiul de funcționare al acest uia, utilizând mai multe vederi
isometrice , din ansamblul proiectat . Am utilizat programul de proiectare FluidSim,
proiectând o schemă de acționare pneumatică a sistemului de captare extragere a piese i
cilindrice din jgheabul de acumulare . Acest sistem automatizat realizează împingerea
individual ă a unei singure piese cilindrică spre zona inductorului. Operația de călire se
realizează pe baza unui program în mod automatizat , acest aspect fiind simula t și prin
programul de funcționare realizat în FluidSim . În ultimul capitol al proiectului de diplomă am
proiectat automatizarea sistemului pneumatic de acționare de tip PLC , am prezentat câteva
noțiuni generale despe PLC –uri, realizând câteva calcule de dimensionare a cilindrului
pneumatic cu dublă acțiune . Am realizat un calcul al eficienței economice opținut prin
implementarea sistemul automatizat de călire prin C.I.F . În final am prez entat o modalitate de
optimizare a operației de călire prin C.I.F. prin utilizarea softul ui de proiectare ELTA și
concluziile finale.

Proiect de diplomă

5
CUPRINS

CAPITOLUL 1
LOCUL Ș I ROLUL DISPOZITIVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ ÎN
SISTEMELE FLEXIBILE DE FABRICAȚIE ………………………….. ………………………….. ………. 7
1.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 7
1.2. Procese de fabric ație și sisteme de fabricație ………………………….. ………………………….. . 8
CAPITOLUL 2
FUNCȚIILE ȘI STRUCTURA DISPOZITEVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ . 13
2.1. Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 13
2.2. Acumulatoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 15
2.3. Magazine ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 19
CAPITOLUL 3
ÎNCĂLZIREA PRIN INDUCȚIE ÎN INSTALAȚII DE CĂLIRE PRIN C.I.F. ……………… 23
3.1 Noțiuni introductive, privind încălzirea prin inducție ………………………….. …………………… 23
3.2. Structura instalații lor inductive de călire ………………………….. ………………………….. ……….. 24
3.2.1. Sursa de alimentare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 25
3.2.2. Inductorul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 27
3.3.1. Călirea suprafețelor pieselor utilizând procedeu l de încălzire prin inducție ………….. 28
CAPITOLUL 4
STUDIUL PRIVIND PROIECTAREA UNUI DISPOZITIV DE ALIMENTARE
CONTINUĂ INTEGRAT INTR -UN SISTEM AUTOMATIZAT DE CĂLIRE PRIN
C.I.F . ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 30
4.1. Date iniția le de proiectare ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 30
4.2. Definirea modelului 3D a piesei cilindrice, utilizând program ul de proiectare
SolidWorks ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 31
4.3. Aspect e teoretice privind proiectarea ansamblului sistemului automatizat de alimentare
continuă a pieselor spre sistemul de călire prin C.I.F ………………………….. ………………………… 32
4.4. Modelarea 3D și 2D a cuvei buncărului dispoziti vului de al imentare continuu
proiectat. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 39
4.5. Modelarea 3D și 2D a sistemului de acumulare al dispozitivului de alimenta re
continuă proiectat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 47

Proiect de diplomă

6
4.6. Proiectarea mecanismului cu mișcare intermitentă de alimentare continuă al sistemului
automatizat , ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 51
4.6.1. Modelarea 3D a mecanismului cruce de Malta pentru de capt are și extragerea
pieselor cilindrice manipulate în buncărul gravitațional staționar ………………………….. ……. 51
4.6.2. Cinematica funcționării me canismului cu cruce de Malta ………………………….. …………. 53
4.7. Descrierea funcționării sistemului automatizat de alimentare continuă cu piese a
dispozitivului proiectat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 55
CAPITOLUL 5
PROI ECTAREA AUTOMATIZATĂ A SISTEMULUI PNEUMATIC DE
ACȚIONARE DE TIP PLC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 59
5.1. Noțiuni generale despe PLC ………………………….. ………………………….. ………………………… 59
5.3. Proiectarea siste mului de captare extragere de tip pneumatic acționat prin PLC …………. 64
5.4. Dimensionarea cilindrului pneumatic ………………………….. ………………………….. ……………. 73
5.5. Calculul efic ienței economice realizată prin de implementarea sistemul au tomatizat de
călire prin C.I.F. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 75
5.6. Optimizarea operației de călire prin C.I.F. prin utilizarea softul de proiectare ELTA …… 79
5.7. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 84

Proiect de diplomă

7
CAPITOLUL 1

LOCUL ȘI ROLUL DISPOZITIVELOR DE MANIPULARE
AUTOMATĂ ÎN SISTEMELE FLEXIBILE DE FABRICAȚIE
1.1. Introducere [8 ]
Dispozitivele de manipulare automată – DMA (instalații aducătoare/ evacuare – IA/E)
reprezintă o componentă a subsistemului de manipulare ale cărei funcțiuni sunt generarea
anumitor mișcări ale obiectului de lucru și efectuarea acestora în conformitate cu o logică
secvenți ală și cu cerințele de manipulare care urmează a fi realizate.
Orice tehnologie reprezintă un proces de fabricație , destinat obținerii unui produs, sau
o parte a unui produs, sau servicii. Prin aceasta se înțelege totalitatea operațiilor de prelucrare
și manipulare care concură la realizarea produsului sau serviciului. Procesele de fabricație
sunt strict legate de sistemele de fabricație.
Termenul de proces are semnificația de „succesiune a stărilor” prin care trece un
produs în desfășurarea sa temporală, t ransformarea anumitor elemente în cadrul fenomenului
de producție, transformarea orientată ca scop și decurgând din aplicarea unor cunoștințe.
Prin sistem de fabricație se înțelege totalitatea mijloacelor tehnice (mașini,
dispozitive, scule, instalații, pr ograme) și a relațiilor între acestea care contribuie la realizarea
fabricației. Procesele de fabricație și sistemele de fabricație au avut o evoluție ascendentă de –
a lungul timpului dinspre sistemele simple, rigide spre sisteme flexibile de mare
complexit ate. Odată cu creșterea necesității unei mari cantități dintr -un anumit tip de produs a
apărut noțiunea de producție de masă.
Organizarea sistemului de producție de masă se află în opoziție cu producția
individuală precum și cu producția de serie. Apar în acest sens elemente de automatizare a
producției și concepția produselor se organizează pe principiul modularizării și al
interschimbabilității. Modularizarea constă în compunerea unui produs din mai multe module
(elemente) tipizate. Interschimbabilitatea este o manieră de proiectare și execuție, care
asigură utilizarea în condiții identice a unui produs tipizat, indiferent care este ansamblul în
care este folosit. Industria automobilului a devenit principala beneficiară a celor mai tehnici
de automatizare și un domeniu propice de aplicare a tehnologiilor de masă.
Progrese s -au înregistrat și în producția de mașini -unelte etc. Toate aceste acumulări
cantitative și calitative fac ca în anii 1913 -1914 să se organizeze primul flux tehnologic
pentru asamblare a automobilelor (de către Henry Ford) în 84 de posturi. O altă etapă a

Proiect de diplomă

8
evoluției sistemelor de fabricație o constituie apariția liniilor de transfer tehnologic, la care un
număr de mașini -unelte lucrează simultan operații distincte la același tip de piesă, urmând ca
piesele să treacă ritmic de la un post de lucru la altul astfel încât la fiecare tact al liniei se va
obține o piesă finită și se introduce în flux un semifabricat nou. Trecerea la alt tip de produs
implică o însemnată restructurare, motiv pentr u care acest sistem de fabricație se numește
sistem rigid de fabricație.
Nevoia de schimbare rapidă a tipului de produs impusă de cerințele pieței a condus la
apariția sistemelor flexibile de fabricație (SFF), în care se poate prelucra o mare varietate de
produse pe același utilaj cu cheltuieli minime de adaptare.
În cadrul SFF seria de produse este restrânsă apărând astfel o mare varietate de loturi
de fabricație de dimensiuni variabile. Între producția în flux și cea pe loturi de fabricație apar
următoar ele diferențe semnificative:
 reglaje diferite ale sculelor;
 sisteme de orientare și fixare diferite a pieselor;
 semifabricate diferite;
 planuri de producție diferite;
 desene de execuție diferite.
Toate aceste particularități apar simultan la un număr mare de mașini -unelte și posturi
de lucru, fapt ce determină serioase dificultăți în organizarea producției. În urma evoluției
spectaculoase a nivelului tehnic mondial s -au impus câteva soluții ajutătoare în acest sens:
 aplicarea tehnologiilor de grup;
 introduc erea mașinilor cu comenzi numerice;
 introducerea robotizării;
 conducerea prin calculator a producției.

1.2. Procese de fabricație și sisteme de fabricație [ 8]
Procesul de fabricație, definit anterior este strâns legat de sistemul de fabricație. Orice
proces de fabricație se împarte într -un număr limitat de procese parțiale de fabricație care
necesită aplicarea unor procedee diferite de fabricație. Suma procedeelor de fabricație
necesare pentru realizarea proceselor parțiale de fabricație constituie tehnol ogia fabricației.
Procedeele de fabrica ție vor fi definite din punct d e vedere tehnologic prin operații și
succesiuni de operații, caracteristice echipamentelor de lucru și a materiei prime care suferă

Proiect de diplomă

9
transformare. Operațiile care definesc procedeele de f abricație espectiv procesele parțiale de
fabricație se clasifică în două mari grupe, după rolul lor în cadrul procesului și după efectele
lor asupra materiei prime, astfel: operații de prelucrare , operații de manipulare .
Operațiile de prelucrare realizează schimbarea formei, dimensiunilor, stării de
agregare, consistenței, proprietăților fizico -chimice, proprietăților mecanice, etc.
Operațiile de manipulare realizează schimbarea situării obiectelor, sculelor sau
dispozitivelor și obținerea unor date despre acestea. După modul de organizare procesele de
fabricație se clasifi că conform schemei din figura 1 .1 în: rigide sau flexibile; clasice,
mecanizate sau automatizate.
Primele procese de fabricație au fost considerate flexibile, datorită operatorului uman
care realiza operațiile de manipulare, fiind elementul flexibil al procesului.
Prin introducerea unor instalații de manipulare în cadrul sistemului s -au înlocuit
anumite sarcini de manipulare ale operatorului uman obținându -se procesele mecanizate dar
rigid e.

Fig 1.1. Clasificarea proceselor de fabricație [8 ]
Prin introducerea robotizării, operatorul uman a putut fi înlocuit în sarcinile de
manipulare obținându -se procese automatizate flexibile. Unui anumit proces de fabricație îi
corespunde un sistem d e fabricație .
Un sistem de fabricație conține totalitatea mijloacelor materiale și de informații (soft)
care realizează procesul de fabricație. Sistemul de fabricație se compune din două subsiste me
(figura 1 .2):

Proiect de diplomă

10

Fig.1.2. Structura sistemelor de fabricaț ie[8]
 subsistemul de prelucrare , care cuprinde mașinile -unelte sau de lucru (ML),
dispozitive de lucru (DL), scule (S), operatorul uman (OU) și instalații pentru operații
humanoide de prelucrare – roboți industriali de prelucrare (RI p);
 subsistemul de mani pulare , care poate fi operatorul uman (OU), dispozitive de
manipulare automată (DMA) – numite și instalații de aducere/evacuare (IA/E) și/sau robot
industrial de manipulare (RI m).
Dacă din subsistemul de prelucrare lipsește RI p și din subsistemul de manipu lare
DMA și RI m sistemul de fabricație se numește clasic.
Dacă în cadrul subsistemului de manipulare sunt prezente și DMA atunci sistemul de
fabricație se numește mecanizat.
Dacă OU lipsește în ambele subsisteme, fiind prezente toate celelalte componente
atunci sistemul de fabricație se numește automat.
Sistem de fabricație flexibil prezintă o flexibilitate mărită, având semnificația de
maleabil, nestabil, suplu, variabil, capabil de modificări cu eforturi minime. În domeniul
producției industriale termenul de flexibilitate se utilizează în legătură cu aotumatizarea
fabricației desemnând trăsătura unui sistem automat de fabricație bazat pe mașini și instalații
„transformabile” atât pentru procesele de prelucrare cât și pentru procesele de manipulare.
Termenu l de flexibilitate se utilizează și referitor la capacitatea unui sistem de a trece
ușor de la fabricația unui produs la altul de un alt tip, caracteristică definită ca elasticitate
tehnologică.

Proiect de diplomă

11
Referitor la producție termenul elasticitate desemnează carac teristicile unei
întreprinderi de adaptare, regrupare, mobilitate și comportă două componente: elasticitatea
structurilor tehnice și elasticitatea comercială. În acest context flexibilitatea reprezintă
elasticitatea propriu -zisă a structurilor tehnice, res pectiv de fabricație privind capacitatea de
modificare a sistemelor tehnice și a condițiilor organizatorice ale unui proces de fabricație în
vederea adaptării sale la noi sarcini de fabricație, în mod automat .
Instalațiile logistice se definesc ca fiind to talitatea mijloacelor care, în cadrul unui
sistem de producție, la momentul oportun, asigură fiecare loc de muncă cu tot ceea ce este
necesar pentru desfășurarea activității de producție.
Instalațiile logistice sunt parte componentă ale sistemului logistic (figu ra 1.3).

Fig. 1.3. Structura sistemului logistic [ 8]
Sistemul logistic este format din subsistem logistic extern și subsistem logistic intern.
Subsistemul logistic intern la rândul său este format din subsistem logistic lung și subsistem
logistic scurt. Acest subsistem este realizat de către DMA (c onform figurii 1 .4).
Subsistemul logistic exterior realizează legătura unității producătoare cu altele
similare (depozite de aprovizionare, autogări, porturi, gări, producători de materiale,
beneficiari).
Subsistemul logistic interior asigură deplasarea materiei, informației și finanțelor în
interiorul unității producătoare, între depozite și mijloace de fabricație, între diferite sisteme
de fabricație.
Fluxul de materiale în cadrul unui sistem de fabrica ție compus din mai multe module
de fabricație (modul i) are s tructura prezentată în figura 1 .4.

Proiect de diplomă

12

Fig. 1.4. Fluxul de materiale în cadrul unui sistem de fabricație [8]
Depozitul de materiale i deservește un sistem de fabricație i, acesta la rândul lui fiin d
compus din n module de fabricație (modul n).
DMA (IA/E) rezolvă problema fluxului de materiale în interiorul sistemului de
fabricație, realizând transferul „scurt” al acestora.
DMA (IA/E) manipulează obiecte, care pot fi: materiale de lucru, palete, disp ozitive,
scule, deșeuri etc.

Proiect de diplomă

13
CAPITOLUL 2
FUNCȚIILE ȘI STRUCTU RA DISPOZITEVELOR DE MANIPULARE
AUTOMATĂ
2.1. Noțiuni introductive [7, 8 ]
Subsistemul de manipulare are funcția de a genera anumite mișcări ale obiectelor
manipulate în conformitate cu o a numită logică secvențială și cu cerințele de manipulare care
urmează a fi realizate conform programului stabilit. Dispozitivele de manipulare automată ca
parte componentă din subsistemul de manipulare îndeplinesc funcții specifice denumite și
funcții aducă toare/evacuare, motiv pentru care ele se mai numesc și instalații de
aducere/evacuare. Aceste instalații conțin o serie de dispozitive sau elemente, având diferite
funcții.
Dispozitivul este un sistem mecanic destinat efectuării unei anumite operații sau a
unei secvențe componente a unei operații. Elementul este o parte componentă simplă a unui
dispozitiv sau a unei instalații concepută în vederea executării unei anumite operații sau a
unei secvențe componente a unei operații. Elementul poate conține un num ăr redus de piese
mobile sau să fie constituit de suprafețe de o anumită geometrie aparținând unor piese fixe.
Altfel spus dispozitivul conține și un mecanism, pe când elementul nu conține mecanism.
Funcțiile DMA (IA/E) se definesc astfel: [ 8]
Depozitarea este funcția aducătore care realizează păstrarea unui număr mai mare de
obiecte de manipulat (obiecte de lucru), în vederea utilizării lor ulterioare, într -un spațiu
afectat acestui scop. Depozitarea se poate realiza în stare dezordonată (în vrac) sau în stare
ordonată. În acest ultim caz ea se numește acumulare sau înmagazinare. Funcția de depozitare
poate fi concepută și ca un transfer al obiectului în timp. Spațiul afectat depozitării se
numește magazin sau depozit.
Captarea (colectarea ), este funcția a ducătoare în decursul căreia obiectul manipulat
este extras din spațiul în care este depozitat în vederea manipulării ulterioare.
Transferul este funcția aducătoare care realizează deplasarea în spațiu a obiectului
manipulat. Caracterizarea mișcării în tim pul transferului din punct de vedere geometric se
face printr -un punct caracteristic aparținând obiectului manipulat și două drepte ortogonale
concurente în acest punct numite dreaptă caracteristică și dreaptă auxiliară. Transferul se
referă atât la modifi carea poziției punctului caracteristic cât și al orientării dreptei
caracteristice și a celei auxiliare (modificarea situării obiectului).

Proiect de diplomă

14
Ordonarea este funcția aducătoare care realizează dispunerea obiectelor manipulate
într-o formație, în poziții relati ve bine determinate.
Separarea este funcția aducătoare în cadrul căreia unul sau mai multe obiecte
manipulate se izolează din formație, în vederea manipulării ulterioare.
Ramificarea (distribuirea ) este funcția aducătoare prin care obiectele manipulate
separate se distribuie pe mai multe trasee de transfer.
Reunirea (confluența ) este funcția aducătoare opusă ramificării: fluxurile obiectelor
de manipulat transferate pe mai multe trasee se unifică într -un singur traseu.
Numărarea este funcția aducătoare în d ecursul căreia se determină numărul de
obiecte care fac parte dintr -o anumită formație sau numărul de obiecte care se transportă
printr -un punct al traseului într -un interval de timp dat.
Dozarea este funcția aducătoare în cadrul căreia o anumită cantitate de obiecte
manipulate se separă, apoi se numără sau se cântăresc, transportându -se mai departe un
număr determinat sau o cantitate determinată de obiecte manipulate.
Măsurarea -controlul este funcția aducătoare în decursul căreia se controlează, se
măsoară , unele dimensiuni sau forme geometrice ale obiectelor de manipulat. Controlul poate
fi de existență (prezență), dimensional sau de poziție.
Sortarea este funcția aducătoare care constă din separarea, distribuirea obiectelor
manipulate pe mai multe trasee de transport, în funcție de rezultatele controlului.
Livrarea este funcția aducătoare în cadrul căreia un dispozitiv din cadrul IA/E
transferă obiectul manipulat altui dispozitiv, instalații, mașini sau utilaj.
Evacuarea este funcția aducătoare prin care u n dispozitiv din cadrul IA/E eliberează
un obiect de pe un dispozitiv al unui post de lucru și îl transferă în afara spațiului de lucru al
postului.
Situarea (poziționare -orientare ) este funcția aducătoare prin intermediul căreia se
stabilește poziția obie ctului manipulat și orientarea lui în raport cu un dispozitiv, instalație
mașină sau utilaj. Scopul funcției de situare este de a face ca punctul caracteristic, dreapta
caracteristică și dreapta auxiliară să se suprapună cu entități geometrice similare de pe un
element al dispozitivului de poziționare al instalației, mașinii sau utilajului.
Fixarea este funcția aducătoare prin care obiectul manipulat se imobilizează în raport
cu elementul față de care a fost situat.
Defixarea este funcția inversă fixării.

Proiect de diplomă

15
În figura 2.1 se prezintă structura DMA (IA/E) în sensul indicării dispozitivelor sau
elementelor care le compun și a funcțiilor specifice .

Fig. 2.1. Componentele IA/ E [8 ]
2.2. Acumulatoare [8]
Acumulatoarele sunt dispozitive în cadrul cărora obiectele d e manipulat sunt
depozitate ordonate după o anumită direcție. În unele cazuri acumulatoarele, pe lângă funcția
de depozitare, realizează și funcția de transfer.
Se prezintă în continuare câteva tipuri de acumulatoare.
În figura 2.2 .a) se prezintă un acumul atorul tip puț care este de fapt un tub de înălțime
H care poate fi plin, sau nu, cu obiectele de manipulat. Numărul de obiecte depozitate se
calculează cu relația:
hHN
(2.1)
unde:
H – înălțimea acumulatorului;
h – înălțimea unui obiect .
În figura 2.2.b) se prezintă un acumulator de tip dorn (coloană) destinat depozitării
obiectelor din categoria bucșelor.

Proiect de diplomă

16

Fig. 2.2. a),b). Tipuri de acumulatoare [8]
O categorie de acumulatoare foarte utilizată, este cea a acumulatoarelor tip jgheab
(figura 2.3 ).În general aceste tipuri de acumulatoare sunt dispuse pe verticală pentru
economisirea spațiului. După evacuarea unuia sau mai multor obiecte, celelalte se deplasează
în mișcare de alunecare sau de rostogolire pe o lungime de jgheab, care depind e de numărul
și dimensiunile obiectelor evacuate. Mișcarea se realizează sub acțiunea forțelor
gravitaționale.
Secțiunea jgheabului depinde de form a obiectului manipulat (figura 2.3 ).

Fig. 2.3. Acumulatoare de tip jgheab [8]
Pentru a evita apariția unor forțe de apăsare mari la orificiul de evacuare, formațiunea
de obiecte din jghe ab se fracționează (figura 2.4 ) prin adoptarea unor soluții constructive
adecvate. Aceste soluții constructive diminuează și dezavantajul necesității unor
acumulatoare de tip puț sau coloană cu gabarit mare pe verticală.

Proiect de diplomă

17

Fig. 2.4. Fracționarea formației de obiecte din acumulator [8]
Acumula torul din figura 2.5 de tip cablu este un fir care poate fi antrenat, sub o formă
sau alta, depozitând piese din categoria inelelor (segme nților) sau a obiectelor de tip
potcoavă. Dacă cablul se găsește înclinat la unghiul , obiectele se pot deplasa
gravitațional prin alunecare în lungul firului.

Fig. 2.5. Acumulator cu fir [8]
În figura 2.6 este prezentat un acumulator cu bandă care con stă dintr -o bandă continuă
înfășurată pe șaibele S 1 și S 2 , din care una este antrenată iar a doua este liberă. Ultimul obiect
din formație cade la un moment dat peste șaiba S 2 .

Fig. 2.6. Acumulator cu bandă [8]

Proiect de diplomă

18
Unele tipuri de acumulatoare conțin mecan isme de antrenare a obiectelor în mișcare
de translație orizontal ă sau verticală. În figura 2.7 .a). sub acțiune greutății G, cursorul C se
deplasează pe orizontală, antrenând formația de obiecte acumulate. Obiectul aflat la
extremitatea formației va cădea fiind preluat de către un dispozitiv de captare. În unele
situații greutatea G poate fi înlocuită cu un motor de acționare în mișcare rectilinie
alternativă.
Varianta din figura 2.7 . b). se caracterizează prin faptul că obiectele sunt depozitate
într-o for mație verticală, fiecare formând un unghi constant cu verticala. Cursorul C se
deplasează într -o mișcare rectilinie pe direcție verticală prin intermediul greutății G (sau a
unui motor) antrenând și obiectele acumulate. Obiectul aflat în poziția superioară va părăsi
formația alunecând apoi pe un plan înclinat sau fiind captat cu ajutorul unui element de
captare.
Aceste acumulatoare au trei funcții: depozitare, transport și captare.

Fig. 2.7. a),b) Acumulatoare cu cursor: a) orizontal; b) vertical [8]
În figura 2.8 se prezintă diferite tipuri de dispozitive sau elemente de încetinire a
deplasării obiectelor în jgheaburile de acumulare.

Proiect de diplomă

19

Fig. 2.8. a),b),c) Dispozitive de încetinire în jgheaburi: a) cu clapă superioară; b) cu clapă
inferioară; c) cu amorti zor hidraulic [8]
2.3. Magazine [8]
Magazinele sunt dispozitive de aducere -evacuare ce realizează depozitarea obiectelor
ordonate în care obiectele manipulate sunt dispuse în locașuri destinate acestui scop,
definindu -se în mod univoc poziția și orientarea acestora.În unele situații magazinele
realizează și funcția de transport. În figura 2.9 sunt prezentate două tipuri de magazine
derivate dintr -un acumulator cu bandă. Pe banda care se află într -o continuă mișcare s -au
montat locașuri pentru depozitare (dispozitive de situare), fig. 2.9 .a), sau o serie de racleți fig.
2.9.b). Aceste dispozitive îndeplinesc simultan funcția de depozitare cât și de transfer.

Fig. 2.9. a), b) Magazin cu bandă [8]
În figura 2.10 se prezintă un magazin liniar cu trei el evatoare verticale închise cu
palete. Obiectele ajungând la magazin prin jgheabul 1 sunt preluate de paletele 2 ale primului
elevator. Printr -o fereastră prevăzută în scutul separator 3 obiectele cad pe paletele celui de -al
doilea elevator, iar apoi pe pal etele celui de -al treilea și ies din magazin prin jgheabul 4. În

Proiect de diplomă

20
momentul în care postul care urmează după magazin se oprește, livrarea obiectelor pe
jgheabul 4 se întrerupe în mod automat și, datorită venirii obiectelor pe jgheabul 1 are loc
acumularea ob iectelor în magazin pînă la umplerea completă a tuturor paletelor celor trei
elevatoare. În cazul în care se oprește postul precedent (din amonte) magazinului, postul
următor (din aval) este alimentat pe seama rezervei de obiecte din magazin.

Fig. 2.10 . Magazin liniar de tip tranzit [8]
Pornind de la schema dispozi tivului prezentat în figura 2.11 se prezintă un magazin cu
alimentator mobil utilizat pentru alimentarea mașinilor -unelte. Magazinul 1 se poate deplasa
în lungul ghidajelor înclinate ale console i 2, fixată lateral pe consola mașinii unelte.
Magazinul este deplasat de către motorul pneumatic 3 printr -un angrenaj dublu cu
cremalieră 4, astfel încât în poziția limită din dreapta a magazinului, centrul O al obiectului
aflat la postul inițial coincid e cu axa arborelui principal al mașinii. Ansamblul alimentatorului
5 împreună cu motorul de acționare 6, este montat pe o platformă a consolei 7, fixată lateral
față de corpul magazinului.

Proiect de diplomă

21

Fig 2.11 . Magazin cu alimentator mobil acționat pneumatic [8]

În figura 2.12. se prezintă modelul 3 D al dispozitivului de alimentare continuă, acesta
este prevăzut cu un magazin cu alimentator mobil , utilizat pentru operația de montaj pe un
arbore a roții melcate , pentru proiectarea acestuia am utilizat programul de proiectare
SolidWorks program care va fi utilizat la proiectarea dispoztivului de alimnetare continuă
proiecat in capitolul al patrulea .

Proiect de diplomă

22

Fig. 2.12 . Modelul 3D al dispozitivului de alimentare acționat pneumatic

Proiect de diplomă

23
CAPITOLUL 3
ÎNCĂLZIREA PRIN INDU CȚIE Î N INSTALAȚII DE CĂLI RE PRIN C.I.F.
3.1 Noțiuni introductive, pri vind încălzirea prin inducție [2 ],[5]
Încălzirea prin inducție are o mare diversitate de aplicații cum ar fi topirea, încăl zirea
și durificarea metalelor. Cele mai importante aplicații ale în călziri prin inducție sunt în
industrie.
Încălzirea prin inducție se realizează în instalații complexe, care permit includerea în
linii automate de fabricație. Metoda asigură productivități ridicate și acurateță deosebită a
prelucrării.
Încălzirea prin ind ucție electromagnetică implică trei fenomene fizice sugestive:
 transferul energiei de la inductor la corpul de încălzit;
 transformarea în căldură, în sarcină, a energiei electrice în efect Joul;
 transmiterea căldurii în întreaga masă prin conducție termic ă.
La încalzirea inductiva căldura se dezvoltă în piesa de încălzit fără existența unui
agent de transmisie și fără contact fizic direct.
Încălzirea prin inducție electromagnetică permite obținerea unor densități de putere
ridicate, ceea ce diminuează c onsiderabil pierderile termice. Această proprietate conferă
încălzirii prin inducție o mare eficacitate. [2]
Caracteristicile încălzirii produse de curentul indus depind de numeroși parametri, în
particular:
 de fluxul magnetic ce traversează corpul de încălz it ,deci :
 de natura materialului și de starea sa ;
 de forța magnetomotoare ;
 de caracteristicile magnetice ;
 de frecvența curentului;
 de caracteristicile electrice ale inductorului și ale sarcinii:
 rezistivitatea sarcinii și a inductorului la temperatur ile considerate;
 caracteristicile geometrice ale inductorului și sarcinii;
 porțiunea sarcini afectată de trecerea curentului, distribuția densității de curent
în această porțiune, lungimea circuitului parcurs de curentul indus.

Proiect de diplomă

24
Parametri enumerați mai sus au o importanță fo arte mare deoarece adâncimea de
pătrundere a curenților induși în corpul de încălzit, repartiția căldurii în sarcină, cantitatea de
căldură degajată, și randamentul acestui mod de încălzire sunt în strânsă interdependență.
Subansamblul c are influențează cel mai mult parametri tehnico -economici ai unei
instalații de încălzire inductivă este inductorul, prin intermediul căruia se transmite fluxul
energiei electromagnetice spre materialul de încălzit. La încălzirea prin inducție, inductorul,
fiind parcurs de curent alternativ, produce un câmp magnetic variabil în timp.
Introducând în inductor un corp conductor din punct de vedere electric, în acesta se
vor induce tensiuni electromotoare care vor genera curenți turbionari, care prin efectul J oul,
vor determina încălzire directă sau topirea corpului respectiv.
Încălzire inductivă se bazează pe următoarele legi și fenomene (efecte):
 legea inducției electromagnetice;
 efectul pelicular;
 efectul de proximitate ;
 variația proprietăților oțelului în procesul încălzirii [2],[5]
Pentru metoda încălziri inductive, importanța inducției electromagnetice constă în
primul rând în posibilitatea de a transmite în piesa de încălzit energia electromagnetică, fără a
folosi contacte. Folosirea contactelor complică considerabil procesul , iar într -o serie de cazuri
duce la imposibilitatea realizării lui.
Efectul pelicular este baz a metodei încălzirii inductive. El constă în repartizarea
neuniformă a curentului pe secțiune, densitatea de curent fiind maximă spre una di n
suprafețele conductorului.
Efectul de proximitate este o variantă a efectului pelicular , și constă în concentrația
curentului în anumite zone ale suprafețelor conductoare, ca urmare a interacțiunii câmpurilor
electromagnetice ale tuturor conductoarelor p arcurse de curent ce intră în sistemul analizat.
Efectul de proximitate se manifestă cu atât mai puternic, cu cât este mai mică distanța
între conductoare și cu cât se manifestă efectul pelicular, în speță cu cât este mai mare
raportul dintre grosimea c onductorului și adâncimea de pătrundere a curentului. [2]
3.2. Structura instalațiilor inductive de călire [2], [5]
Instalația de călire prin inducție este compusă din mașina de călire, sursa de
alimentare și instalația de răcire (cu apă, aer comprimat, ul ei, săruri). Mașina de călire conține
unul sau mai multe inductoare interșanjabile, instalația de răcire, transformatorul de adaptare,

Proiect de diplomă

25
condensatoarele de compensare, panoul de comandă, partea de automatizare și tabloul de
conectare la rețea.
Schema electri că echivalentă a unei instalații de încălzi re prin inducție prezentată în
figura 3.1. conține sursa de alimentare (generatorul), bateria de condensatoare (dispozitivul
de adaptare a sarcinii), rețeaua scurtă și inductorul. [2], [5]
Alimentarea instalației electrotermice prin inducție se realizează din rețeaua de
distribuție de medie tensiune (U >1 [kV] ) sau de joasă tensiune (U <1 [kV] ), iar
echipamentul electric conține dispozitivul de conectare, măsurare și protecție.

Fig. 3.1. Schema electrică a instalației de încălzire prin inducție [2]

3.2.1. Sursa de alimentare [2][5]
Sursa de alimentare are rolul de a transforma parametrii rețelei de distribuție a
energiei electrice și anume tensiunea, numărul de faze, frecvența, sau puterea transmisă
instalaț iei de încălzire prin inducție în scopul adaptării acestora la cerințele necesare
prelucrării piesei. Pentru alimentarea instalațiilor de încălzire prin inducție se folosesc
convertoarele de curent continuu – curent alternativ, care se mai numesc și inver toare.
Pentru fiecare material ce urmează a fi încălzit este necesar să se aleagă tipul sursei de
alimentare, cu precizarea caracteristicilor de putere și frecvență. Este necesar să se stabilească
dispozitivele auxiliare necesare în funcție de caracteristi cile specifice prezentate, de sarcină și
de aplicatorii asociați, în mod deosebit, de tipul inductorului și de dispozitivul său de
adaptare. [2].
Alegerea sursei de alimentare se face în funcție de mai mulți parametri:
 Regimul de utilizare care trebuie să fie precizat, dacă este permanent sau intermitent.
În acest ultim caz, este necesar să se precizeze durata de utilizare ca și timpul de
lucru, valori necesare pentru a fi comparate cu parametrii sursei (generatorului);

Proiect de diplomă

26
 Puterea de ieșire a generatorului, ca re trebuie să asigure puterea necesară încălzirii
sarcinii, inclusiv pierderile termice (prin convecție, radiație, conducție), pierderile
Joule în inductor și în înfășurările transformatorului de adaptare, pierderile în circuitul
magnetic și în concentrato arele de câmp magnetic, pierderile Joule în conductoarele
circuitelor de legătură, pierderile dielectrice în condensatoarele de adaptare (dacă
acestea există);
 Frecvența tensiunii de alimentare a inductorului care este determinată de forma
produsului (fire , tole, tuburi etc.), tipul procesului dorit (încălzire în volum, topire,
recoacere, sudare etc.) și natura materialelor prelucrate. Frecvența este principalul
parametru care impune alegerea sursei, în multe dintre cazuri, valoarea frecventei nu
este criti că; astfel, sudarea în flux continuu a tuburilor poate fi realizată la fel de bine
la frecvența de 100 kHz ca și la frecventa de l MHz. La încălzirea în volum, stabilirea
frecvenței este determinată și de puterea necesară; astfel, se poate obține același e fect
termic, micșorând puterea, dar mărind frecvența, cu creșterea duratei procesului de
încălzire;
 Posibilitatea de a modifica puterea impusă funcție de necesitatea reglajelor
tehnologice;
 Gabaritul admis care depinde de spațiul disponibil în apropierea i nductorului; dacă se
dispune de spațiu suficient se poate alege un echipament monobloc. De cele mai
multe ori echipamentul este format din mai multe părți: inductorul și circuitul de
adaptare alimentate printr -un cablu de la sursa de energie, invertorul (c u elemente de
comutație statică, mașina rotativa sau oscilatorul);
 Dispozitivele de reglare: cea mai mare parte a instalațiilor fiind echipate cu
regulatoare de tensiune sau curent și/sau reglare de temperatură;
 Modul de răcire: în general echipamentele su nt răcite cu apă, în cazul apei de calitate
corespunzătoare se poate accepta răcirea directa. Dacă nu se dispune de apa de
calitate, se adoptă soluția cu răcire indirecta cu schimbător de căldură, în acest caz, în
circuitul primar se asigura circulația ape i de răcire în circuit închis asociată cu un
sistem de filtrare (deionizare);
 Mediul ambiant are un rol important. Sursele sunt realizate cu dispozitive care
necesită răcire cu aer. Dacă mediul conține praf sau pulberi care pot împiedica răcirea,
atunci ec hipamentul se amplasează în incinte închise, cu schimbătoare interne de
răcire spre mediul ambiant. [2], [5]

Proiect de diplomă

27
3.2.2. Inductorul [2], [5]
Inductorul este dispozitivul care asigură transmisia pe cale electromagnetică a puterii
de la circuitul electric la pies a supusă tratamentului termic.
Subansamblul care influențează în mare măsură parametri tehnico -economici ai unei
instalații de încălzire inductivă este inductorul, prin intermediul căruia se transmite fluxul
energiei electromagnetice spre materialul de în călzit.
Inductorul este realizat dintr -o înfășurare parcursă de curentul electric care determină
câmpul magnetic ce va induce curenți turbionari în sarcină. Efectul termic al acestor curenți
conduce la încălzirea sarcinii (piesei), curenții turbionari sânt refulați spre exteriorul
conductorului datorită efectul pelicular ce apare la frecvență ridicată și suportă influența
curenților din conductoarele învecinate – efect de proximitate.
Pentru încălzirea în volum, în vederea deformării plastice la cald, inst alațiile trebuie
să asigure temperatura dorită într -un timp foarte scurt, cu posibilitatea de încălzire cât mai
uniformă a piesei. Aceste două cerințe sunt contradictorii la încălzirea prin inducție, motiv
pentru care corelarea frecvenței cu dimensiunile și proprietățile materialului de procesat este
foarte importantă. Forma inductorului, de obicei, se alege cât mai simplă (în funcție de forma
piesei ), dar care să poată oferi un randament ridicat. [2],[5]
Câmpului magnetic este repartizat la suprafața pie sei î n funcție de forma și
dimensiunile inductorului. De aceea, pentru executarea inductorului nu se pot da la început
decât indicații orientative, construcția lui depinzând atât de forma geometrică a piesei, cât și
de caracteristicile instalației de călir e.După cum se cunoaște inductorul de călire prezintă
diferite forme constructive în funcție de forma și dimensiunile suprafeței de călit; alimentarea
cu curent electric și cu apă de răcire are loc prin tălpile atașate spirelor, ca și montajul la
transforma torul de adaptare.
În figura 3 .2, se prezintă un set de trei inductoare, utilizate pentru călirea unor repere
fabricate în cadrul producției de serie (50 kW; 250 kHz) .

Proiect de diplomă

28

Fig. 3 .2. Set de trei inductoare utilizate pentru călirea unor repere [2]

3.3.1. Călirea suprafețelor pieselor utilizând procedeul de încălzire prin inducție [2]
Călirea suprafețelor pieselor este, una dintre aplicațiile importante ale încălzirii prin
inducție, care exploatează proprietatea acestui procedeu de a se concentra într -un str at la
suprafața corpului, strat a cărui grosime este în legătură directă cu frecvența, cu cât frecvența
are o valoare mai ridicată stratul la suprafață este mai subțire.

Proiect de diplomă

29
Utilizarea frecvențelor ridicate asigură obținerea de valori ridicate ale densități d e
putere și concentrarea rapidă a căldurii într -o zonă localizată. La finalul procesului această
regiune va avea o structură metalurgică modificată, fără ca proprietățile materialului să fie
afectate. Se urmărește obținerea unei rezistențe crescute la uzur ă a suprafeței prin comparație
cu restul proprietăților piesei, care nu se modifică în timpul tratamentului prin inducție. [2]
În procesul de durificare prin inducție trebuie să existe o bună corelare între parametri
procesului (oțeluri magnetice).Calcul ul unei aplicații de durificare superficială prin inducție
nu este ușor, el are o serie de particularități legate de:
 adâncimea de pătrundere Δ;
 puterea specifică
sp ;
 frecvență f ;
 intensitatea câmpului
0H .
Astfel se poate observa că o piesa supusă operației de călire, ajunge la temperatura de
călire de 1200ș C, într-un interval de timp de 2 ,7 secunde, după care începe răcirea piesei
călite. Tot procesul de tratare superficială a suprafeței piesei, durează în tre 6-8 secunde.
Durificarea suprafețelor se face pentru o mai bună rezistență la uzură mecanică a
pieselor. Cu ajutorul programelor dedicate modelării numerice se pot simula procesele
electromagnetice și termice cuplate, putându -se observa caracteristici le de funcționare a
instalației.Tratarea termică a suprafețelor (durificare -călire) este una dintre cele mai
importante aplicații ale încălzirii inductive. [2], [5]
Tendința actuală în proiectarea unei instalații de tratament superficial de suprafață
(călir e) este de a utiliza soft -uri specializate, datorită diminuării costurilor de realizare și a
timpului de execuție a instalației. În ultimul capitol voi prezenta avantajele utilizării softului
de proiectare ELTA, soft care optimizează operațiile de proiectar e a proceselor de călire prin
C.I.F. utilizate în sistemele automatizate de călire.

Proiect de diplomă

30
CAPITOLUL 4
STUDIUL PRIVIND PROIECTAREA UNUI DIS POZITIV DE ALIMENTAR E
CONTINUĂ , INTEGRAT ÎNTR -UN SISTEM AUTOMATIZA T DE CĂ LIRE
PRIN C.I.F.
4.1. Date inițiale de proiectare [10], [11]
Pentru realizarea studiului din cadrul proiectului de diplomă mi -am propus să
modelez 3D și 2D un dispozitiv de manipulare automată existent î n laboratorul de
dispozitive , proiectat special pentru operația de alimentare continuă cu pies e cilindrice, în
scopul realizării căliri superficiale a acestora , prin intermediul unei instalații de încălzirea
prin inducție având o mare diversitate de aplicații cum ar fi , încăl zirea și durificarea prin
călirea superficială a pieselor metalice . Cele mai importante aplicații ale încălziri prin
inducție sunt în industrie.
Încălzirea prin inducție se realizează în instalații complexe, care permit includerea în
linii automate de fabricație. Metoda asigură productivități ridicate și acurateță deosebită a
prelucrării. Ca bază de pornire la proiectarea dispozitivului de alimenta re continuă cu piese
cilindrice, stă figura 4.1, reprezentănd m odelul 2D și 3D al piesei cilindrice manipulate , în
scopul călirii superficiale a suprafețelor exterioare a acesteia.

Fig. 4.1. Modelul 2D și 3D al piesei cilindrice manipulate , în sistemul automat de
călire

Proiect de diplomă

31
Piesa cilindrică de formă tubulară în trepte, prezentată în figura 4.1. , trebuie
manipulată în mod automat de un dispozitiv de alimentar e continuă proiectat pentru
alimentarea cu piese în mod continuu printr -un sistem automat izat, spre inductorul unui
sistem de călire prin C.I.F.
Astfel încât mecanismul de captare al dispozitivului acționat pneumatic, împinge
rând pe râ nd o piesă cilind rică din sistemul de acumulare de tip puț , unde acestea sunt
depozitate prin manipularea în mod automat a pieselor din zona buncărului de depozitare,
asfel încât acestea să fie trasferate în zona inductorului instalației de călire , pe baza unui
program, m emorat și aplicat în sistemul automatizat de călire .
Pentru proiectarea sistemului au tomatizat de alimentare continuă am utilizat
programul de proiectar e SolidWorks , program de calculator pe care îl cunosc . În continuare
am să prezint modul de definire a p iesei manipulate utilizâ nd programul în care am proiecat,
piesa și dispozitivul.
4.2. Definirea modelului 3D a piese i cilindrice , utilizând programul de proiectare
SolidWorks [11]
Conform aplicației programului de proiectare utilizat o piesă este construit ă dintr -o
formă de bază căreia i se aplică caracteristicile constructiv -tehnologice. La un nivel superior,
o piesă este o colecție de date de următorul tip:
 topologia -volumul, suprafața, muchiile, cotele și vertecși;
 secvența etapelor de construire a piese i (istoria) cuprinzând și operațiile
aplicate entită ților și relațiile predecesor -urmaș introduse;
 atributele articolului: codul piesei, versiunea, data creării, data modificării;
 atributele piesei: culoarea, materialul, lumina, proprietățile de masă,
comentarii.
În figura 4 .2. am modelat 3D piesa cilindrică manipulată , aplicând programul și
aplicația prin care se determină rapid și cu o precizie ridicată , valoarea volumului geometric al
piesei cilindrice manipulate în dispozitivul de alimentare continu ă, utilizând în acest scop
programul de proiectare SolidWorks [11]
Materialul piesei cilindrice manipulate în dispozitivul de alimentare continuu, este un
oțel OL 42, STAS 880 -80, aceste piese obținute prin strunjire sunt produse în serie mare
urmând ca du pă operația de strunjire piesele să fie introduse în dispozitivul de alimentare
continuă în scopul călirii superficiale ale acestora prin utilizarea sistemului de călire prin C.I.F.

Proiect de diplomă

32

Fig 4.2. Aplicația de calcul al volumului piesei cilindrice manipulate , utilizând
programul de proiectare SolidWorks [11]
4.3. Aspecte teoretice privind p roiectarea ansamblului sistemului automatizat de
alimentare continuă a pieselor spre sistemul de călire prin C.I.F [11]
În acest domeniu, programul de proiectare SolidWorks permite utilizatorilor să
definească și să organizeze struc tura ansamblului dispozitivelor . Proiectarea ansamblului unui
dispozitiv a devenit un mediu foarte productiv pentru proiectarea și desenarea pieselor în
context. Funcțiile principale ale proiec tării ansamblelor dispozitivelor realizează următoarele:
 generarea structurilor de asamblare într -un mod productiv;
 proiectarea în contextul asamblării;
 abordarea de sus în jos (de la ansamblu la reper) și de jos în sus (de la reper la
ansamblu) a proiec tării asamblării
 poziționarea dinamică a reperelor în procesul de asamblare;
 prezintă un editor pentru structura ansamblului, care oferă o organizare
intuitivă și eficientă a structurii în timpul modificării desenelor reperelor;

Proiect de diplomă

33
 analiza dinamică a definiț iilor asamblărilor, inclusiv detectarea coliziunii
reperelor și funcții de analiză a ajustajelor;
 asigură independența structurii asamblării față de reprezentarea geometrică a
componentelor;
 permite vizualizarea automată a ansamblului descompus în repere ș i generarea
listei de materiale conform cerințelor beneficiarului;
 accesul direct la catalogul de repere și ansamble standard.
În figura 4.3 se prezinta o variantă constructivă a unui dispozitiv de manipulare automată,
existent în dotarea laboratorului de proiectarea dispozitivelor, în conformitate cu tema
proiectului de diplomă, mi -am propus să mode lez 3D și 2D .

Fig. 4.3. Modelarea 3D a ansamblului dispozi tivului de manipulare automată, existent
în dotarea laboratorului . Vedere din lateral
Am realizat p ractic un releveu al instalatiei existente, respectând cotele inițiale ale
acestuia, urmând ca printr -o reproiectare să aduc unele îmbunătățiri , care să -i asigure o
optimizare constructivă și funcțională a sistemului automatizat de călire a pieselor. Astfe l
dispozitivul prezentat în figura 4.4 existent în laborator a fost dimensionat prin măsurarea
elementelor componente, utilizând în acest scop instrumentele de măsură adecvate, astfel
încât pe baza acestor date am reușit să modelez 3D dispozitivul din labo rator.

Proiect de diplomă

34

Fig. 4.4. Modelarea 3D a ansamblului dispozi tivului de manipulare automată, existent
în dotarea laboratorului. Vedere din față

Pornind de la modelul fizic existent în laboratorul de proiectar ea dispozitivelor, în
figura 4.5 . prezint modelul 2D a l ansamblului dispozitivului de alimentare continuă cu piese
cilindrice a unei instalații automate de călire prin CIF. Ansamblul dispozitivului de
alimentare automată modelat 2D conține, trei vederi diferite și tabelul de componență.
În tabe lul de componen ță sunt trecute elementele componente ale ansamblului
dispozitivului, acestea fiind poziționate și numerotate pe ansamblul dispozitivului de
alimentare continuă proiectat. Varianta de dispozitiv existentă în dotarea laboratorului de
proiectarea dispozitive lor, modelată 2D în figura de mai jos, a fost proi ectată și executată în
anul 1990 . [11]

Proiect de diplomă

35

Fig. 4.5. Modelul 2D a l ansamblului dispozitivului de manipulare automată, existent în
dotarea laboratorului

La varianta existentă a dispozitivului, printr -o repr oiectare, voi aduce unele
înbunătățiri tehnice, privind optimizarea constructiva si funcționala a acestuia, prin care să -i
ofere o eficiență economică mai mare la utilizarea acestuia, în operația de călire superficiala
prin C.I.F. în mod automatizat a pi eselor cilindrice. Pornind de la varianta fizică a
dispozitivului existentă în dotarea laboratorului, mi -am propus să aduc unele înbunătă țirile
tehnice și funcționale, favorizate de apariția unor noi tehnologii de proiectare și de execuție,
precum și de l ărgirea posibilităților de automatizare a sistemelor de călire prin C.I.F. a
pieselor, utilizând instalații de manipulare automată adecvate acestor operații.
În figura 4.6 .a) și b) , utilizând programul de proiectare SolidWorks am modelat 3D, o
nouă varian tă constructivă îm bunătățită, prin implementarea unor noi soluții tehnice, având
ca și scop o optimizare constructivă și funcțională a funcționării dispozitivului de manipulare

Proiect de diplomă

36
automată, ex istent în dotarea laboratorului. A nsamblul acestuia fiind reprezen tat prin două
vederi isometrice.Conform reprezentării din figura de mai jos se poate observa, principiul de
funcționare al acestuia, piesele cilindrice fiind alimentate continuu în mod automat, pe baza
unui program de lucru ajungând a fi poziționate prec is în zona inductorului instalației de
călire prin C.I.F., realizându -se călirea succesivă a fiecărei piese cilindrice manipulate ,
automatizat .

Fig. 4.6.a) Modelarea 3D a ansamblului dispozitivului de manipulare automată.
Vedere isometrică 1

Ansambl ul dispozitivului, are ca suport o placă de bază prevăzută cu sisteme de montaj,
aceasta urmează să fie poziționată pe o masă de dimensiuni adecvate, care să -i permită de

Proiect de diplomă

37
asemenea realizarea interfațării și integrării în spațiu de lucru cu instalațiile afe rente
sistemului de călire prin C.I.F.

Fig. 4.6.b) Modelarea 3D a ansamblului dispozitivului de manipulare automată.
Vedere isometrică 2

În figurile 4.7 . a), b) prin vederile isometrice de mai jos am reprezentat modelul 3D a
dispozitivului de alimenta re automată reproiectat, prin programul SolidWorks de unde printr –

Proiect de diplomă

38
o aplicație a dispersării elementelor componente ale ansamblului se pot evidenția mult mai
bine structura tuturor elementelor componente existente, înainte de faza de asamblare ale
acestora.

a)
Fig. 4.7.a) Modelarea 3D a ansamblului dispozitivului de manipulare automată.
Vedere isometrică 3

Proiect de diplomă

39

b)
Fig .4.7.b) Modelarea 3D a ansamblului dispozitivului de manipulare automată.
Vedere isometrică 4

4.4. Modelarea 3D și 2D a cuvei buncărului dispozitivului de alimentare continuu
proiectat [11 ]
Buncărele sunt elemente componente din structura dispozitive lor de manipulare
automată, care realizează depozitarea obiectelor într -o anumită stare dezordonată (obiectele
au o anumită stare de orientare) . Buncărele sunt recipiente de forme diferite: paralelipipedică,
cilindrică, troconică, etc. Caracteristica principală a unui buncăr este dată de numărul de
obiecte care se pot depozita în el. [11]
Utilizând f ormula de calcul de mai jos se poate determina numărul N de piese care se
pot depozita într -un buncăr.

Proiect de diplomă

40

ob
VVqN (4.1)
unde:
Vb – volumul buncărului;
Vo – volumul unui obiect depozitat;
q – coeficient de umplere, ce depinde de forma obiectelor depozitate; uzual
14,0q
;
q =1 pentru materiale fluide.
Din punct de vedere c onstructiv, buncărele pot fi de tip staționar sau în mișcare de
rotație, oscilantă sau vibratorie. Golirea buncărului se face prin răsturnare sau automat (pe
cale gravitațională, prin mișcări sub acțiunea forț elor de inerție sau cu elemente/dispozitive
de captare).
În figurile 4.8 .a) și 4.8.b) se prezintă modelul 3D respective 2D, al unei secțiunii
longitudinale a cuvei buncărului staționar , din structura dispozitivului de alimentare automată
cu piese cilindric e. Din modelul 3D prezentat în figura de mai jos, reprezentat printr -o vedere
isometrică, se poate observa, atât forma geometrică a cuvei buncărului gravitațional staționar,
cât și modul de situare a pieselor cilindrice introduse în cuva buncărului într -o stare de
dezordine, respective modul prin care acestea sunt acumulate gravitațional , pe un plan
înclinat.
De asemenea, din vederea reprezentată isometric, se observa atât unghiul de pantă
înclinat al sistemului de acumulare al cuvei buncărului, panta avân d o valoare de 370.
Forma jgheabului de acumulare în pantă din construcția buncărului de depozitare,
asigură atât calea de rulare a pieselor cilindrice manipulate în jgheabul de orientare al
pieselor, respectiv ajută la o nouă repoziționare a pieselor c ilindrice care alunecă și nu sunt
acumulate corect în jgheab ul de ghidare . Sistemul de captare extragere a pieselor din
buncărul staționar, este alcătuit dintr -un rotor stelar cu patru palete, acesta fiind fixat pe un ax
cilindric, lăgăruit cu rulmenții r adiali, care se rotește intermitent prin intermediul unui
motoreductor și a unui mecanism de acționare al acestuia de tip cruce de Malta. S ensul de
rotire al axului rotorului cu palete fiind, de la dreapta la stânga, realizând o mișcare de rotire
intermit entă, care permite extragerea pieselor din buncărul staționar, asigurănd captarea și
orientarea corectă a pieselor cilindrice pe planul înclinat al jgeabului central al buncărului .
Turația motorului de curent continuu prin variator , poate fi modificată în funcție de
cerințele sistemului, astfel prin variator are posibilitatea de a regla o turație de lucru optimă, a

Proiect de diplomă

41
rotațiilor axului sistemului de captare și a rotorului, permițând o funcționare silențioasă și
continuă a acestuia în funcție de programul de lucru dorit .

Fig. 4.8. a) Modelarea 3D a secțiunii longitudinal a dispozitivului de manipulare
automată. Vedere isometrică 5

Fig. 4.8. b) Modelarea 2D a ansamblului dispozitivului de manipulare automată

În figurile 4.9 . a) și b) am prezentat prin do uă vederi isometrice, modelarea 3D a
formei geometrice a cuvei buncărului gravitațional staționar , acesta fiind un element important
din structura și componența ansamblului dispozitivului de alimentare automată proiectat.

Proiect de diplomă

42

Fig. 4.9. a) Modelarea 3D a bun cărului staționar al dispozitivului de manipulare
automată. Vedere isometrică 6

Fig. 4.9. b) Modelarea 3D a buncărului staționar al dispoz itivului de manipulare
automată . Vedere isometrică 7

Programul de proiectare asistată SolidWorks [11], utilizat la proiectarea
dispozitivului, permite prin softul programului de proiectare disponibil, multiple aplicații

Proiect de diplomă

43
prin care proiectantul poate să determine forma geometrică și volumul cuvei buncărului
proiectat, determinând astfel capacitatea ge ometrică a acestui a. În figura 4.10 este prezentata
o captura a e cranului calculatorului, de unde reiese modelul 3D al formei geometrice a cuvei
buncărului cât și reprezentarea grafică pe ecran al volumului total al buncărului modelat . [11]
Conform capturii de ecran repreze ntată în figura rezulta că î n cuva buncărului
dispozitivului de alimentare continuă proiectat, pot fi depozitate un număr de ~50 piese .
Volumul cuvei buncărului staționar proiectat este de 788791 mm3. ,permițînd
depozitarea unui număr mare de piese cilind rice. Volumul unei piesei cilindrice manipulate
are valoarea de 16640 mm3.

Fig .4.10. Modelarea 3D a formei geometrice a cuvei buncărului staționar al
dispozitivului de manipula re automată. Captură ecran cu aplicația de calcul al volumului
geometric al cuvei buncărului gravitațional .Vedere isometrică 8

Conform metodologiei de calcul, prezentate în acest capitol coeficient de umplere al
buncărului q, ce depinde de forma obiectelor depozitate; uzual este cuprins între
14,0q
; în cazul acestei cuve a buncărului staționar am ales
8,0q , rezultând că în
cuva buncărului pot fi introduse în scopul alimentării dispozitivului un număr de aproximativ
40 de piese cilindrice.

Proiect de diplomă

44
În conformitate cu modelul 2D al ansamblului dispoziti vului de alimentare continuă
proiectat, în tabelul 4 .1. sunt prezentate elementele constructive din componența ansamblului
dispozitivului de alimentare continuă. Fiind astfel identificate în tabel un număr de 25 de poziții
ale elementelor componente.
TABE L 4.1.

În figurile 4.11 a) și b), am prezentat modelele 2D și 3D , a unei vederi de sus a
dispozitivului de alimentare automată proiectat . Conform v ederii 2D prezentată în figura
4.11. a), se poate o bserva forma tronconică a cuvei buncărului staționar , care prin suprafețele
planelor înclinate ale cuvei buncărului, determină gravitațional ca piesele cilindrice din cuvă
să poată fi preluate de către ro torul cu palete, care realizează o mișcare de rotație

Proiect de diplomă

45
intermitentă, prin intermediul unui mecanism de acți onare de tip cruc e de Malta acționat
electric de un moto reductor, pe baza unui program de funcționare memorat în sistemul de
comandă, fiind în legătură cu sistemul senzorial . Astfel informațiile transmise de la cei doi
senzori electrici de proximitate, por nesc sau opresc comanda electrică a motoreductorului
care acționează mecanismul crucii de Malta.
Dacă piesele cilindrice acumulate în jgheabul buncărului staționar este prea, iar
piesele din sistemul de acumulare umplu sistemul, senzorii de proximitate tra nsmit
informațile sistemului de conducere, oprind respectiv repornind în mod automat sistemul
mecanismului cu cruce de Malta.

Fig. 4.11 . a) Modelarea 2D a dispozitivului de alimentare automată. Vedere de sus

În figura 4.11 . b), este reprezentat printr -o vedere izometrică de sus, modelul 3D al
dispozitivului din care se poate observa modul cum sunt poziționate piesele cilindrice în cuva
buncărului staționar , respectiv se observă poziția inductorului instalației de călire prin C.I.F.
din cadrul sistemului automatizat de călire.

Proiect de diplomă

46

Fig. 4.11 . b) Modelarea 3D a dispozitivului de alimentare automată. Vedere
isometrică de sus
În continuare, prin vederea isometrică din figura 4.12. este prezentat modelul 3D al
ansamblului dispozitivului de manipulare , reprezen tat prin tr-o secțiune transversală B-B.
Din reprezentări le grafice se poate observa că la varianta de di spozitiv modelată 3D în
figura 4.12 ., s-a renunțat la reductorul de tip melc roată melcată, care acționează mecanismul
de alimentare continuă al crucii de Malta. La varianta dispozitivului de alimentare continuă
modelată 3D, este utilizat un sistem de acționare al mecanismului de tip cruce de Malta
antrenată de un motoreductor de curent continuu acționat electric , având posibilitatea de
reglare continu ă a turației , în funcție de cerințele tehnice ale sistemului, prin intermediul unui
echipa ment electronic de tip variator .

Proiect de diplomă

47

Fig. 4.12 . Modelarea 3D a dispozitivului de alimentare automată.Vedere isometrică
prin secțiunea B -B

4.5. Modelarea 3D și 2D a sistemului de acumulare al dispozitivului de alimentare
continu ă proiectat [8 ], [11]
Acumulatoarele sunt dispozitive în cadrul cărora obiectele de manipulat sunt
depozitate ordonate după o anumită direcție. În unele cazuri acumu latoarele, pe lângă funcția
de depozitare, realizează și funcția de transfer. [12] Conform modelului 3D al dispozi tivului
reprezentat în figura 4.13 . se poate observa că este un acumulator de tip puț dispus pe un
plan înclinat, fiind de fapt un jgheab înclinat având formă de cutie, la înălțima H, care poate
acumula un anumit număr de obiecte cilindrice .
Numărul de obiecte depozitate în sistemul de acumulare se calculează cu relația: [7]

Proiect de diplomă

48

hHN (4.2)
unde: H – înălțimea acumulatorului; h – înălțimea unui obiect.
Sistemul de acumulare al dispozitivului de alimentare continuă proiectat, conform
reprezentării printr -o vedere isometrică din figura de mai jos, poate să acumuleze un număr
de 11 piese cilindrice.

Fig. 4.13 . Modelarea 3D a s istemului de acumulare al dispozitivului de alimentare
automată.Vedere isometrică de unde rezultă acumularea în jgheab a unui număr de 11 piese .

Pentru siguranța și precizia orientării pieselor în sistemele de manipulare sistemele de
acumulatoare foarte u tilizate, sunt a acumulatoarelor de tip jgheab .În general aceste tipuri de
acumulatoare sunt dispuse în instalații pe verticală pentru economisirea spațiului.
După evacuarea unuia sau mai multor obiecte, celelalte se deplasează în mișcare de
alunecare sa u de rostogolire pe o lungime de jgheab, care depinde de numărul și dimensiunile
obiectelor evacuate. Mișcarea se realizează sub acțiunea forțelor gravitaționale.

Proiect de diplomă

49
În figura 4.14 . se prezintă o secțiune prin jgheabul sistemului de acumulare, modelat
3D , di n această reprezentare isometrică se poate observa în detaliu atât forma piesei
cilindrice manipulate, cât și dimensiunile jgbeabului, unde piesele cilindrice se rostogolesc pe
planul înclinat al jgheabului. La calculul de dimensionare al formei rectangula re al jgheabului
pentru orientarea semifabricat elor cilindrice manipulate, se utilizează un j gheab închis în
formă de cutie dreptunghiulară, înclinată la un unghi de 370.. Pentru calculul formei
jgheabului am utilizat următoarele formule de calcul. [8,11 ]

2
2
2tgLR RH 


(4.3)

tg
(4.4)

2/DR
(4.5)

În figura 4.14 .a) se prezintă printr -o vedere izometrică modelată 3D o secțiune a
topoganului jgheabului, de unde se poate observa forma dre ptunghiulară a acesteia,
poziționată pe placa de bază, înclinat la un unghi de 370, de asemenea se observă și piesele
cilindrice, acumulate în jgheab. În figura 4.14.b) , este prezentat desenul 2D reprezentând o
secțiune, C -C prin sistemul de acumulare, de unde rezultă dimensiunile acestuia cât și jocul
necesar dintre piesa cilindrică și pereții jgheabului , pentru evitarea blocării acestora în
sistemul de acumulare.
Din modelul 3D al jgheabului sub form ă de cutie prezentat în figura 4.14 . rezultă și
dimen siunile acestuia astfel încât piesele care se rostogolesc pe planul înclinat să nu se
blocheze în jgheab.

Proiect de diplomă

50

a)

b)
Fig. 4.14 . .a), b) Modelarea 3D a sistemului de acumulare.Vedere isometrică și
secțiune C -C prin jgheab

Proiect de diplomă

51
4.6. Proiectarea mecanismului cu mișcare intermitentă de alimentare continuă al
sistemului automatizat [1],
4.6.1. Modelarea 3D a mecanismului cruce de Malta pentru de captare și extragerea
pieselor cilindrice manipulate în buncăr ul gravitațional staționar [1],[11]
Mișcarea de rotație a ansamblului alcătuit din rotorul cu palete (17), fixat pe axul
central al buncăr ului (13), am proiectat ca acest mecanism să fie acționat prin intermediul
unui mecanism cu cruce de Malta, care asigură transmite rea unei mișcării de rotație cu
intermitență .Mecanismul cu cruce de Malta utilizat la acționarea rotoru lui cu palete prin care
piesele din buncăr ul gravitaționar staționar, sunt captate din buncăr și ordonate pe jgheabul
central al buncărului, asigurănd pe o pantă înclinată ordonarea pieselor cilind rice, spre
sistemul de acumulare. Mecanismul cruce de Malta (20), reprezentat în fig ura. 4 .15, se
compune din elementul conducător 1 al șaibei de tip manivelă, care are la extremitatea
brațului o rolă , care în timpul fiecărei rotații complete a roții 1 , intră succesiv în crestăturile
corespunzătoare din elementul 2 , al crucii de Malta . În acest fel, la o rotație completă a
elementului 1, elementul 2 se rotește cu 90o după care arcele
 și
, care alunecă unul pest e
celălalt și care împiedică elementul 2 să execute o mișcare arbitrară.

Fig. 4.15. Modelarea 3D a mecanismului cruce de Malta , utilizat la sistemul de
captare extragere

Proiect de diplomă

52
Ca urmare a acestei mișcări, la o rotație uniformă a elementului 1, roata rămâne tr ei
sferturi de timp în repaus, iar în periaoda mișcării, care durează un sfert din timp, ea este
accelerată progresiv și apoi încetinită.
În figurile 4.16 . a) și b) sunt modelate 3D și re prezentate separat, elementele
constructive a le mecanismului cruce de Malta (20), utilizat la acționarea sistemului de
alimentare continuă cu piesele cilindrice a acumulării acestora pe jgheabul de ghidare central
situat pe un plan înclinat prelucrat în axa centrală longitudinală a buncărul gravitațional al
dispozitivului de alimentare continuă proiectat.

a) b)

Fig. 4.16. a), b) Modelarea 3D a elementelor c onstructiv e ale mecanismului cruce de
Malta
În figura 4 .17. am re prezentat printr -o vedere izometrică modelată 3D, sistemul de
funcționare al mecanismului de alimentare intermitent utilizând un motoreductor de curent
continuu care acționează prin mecanismul de tip cruce de Malta, axul rotor și paleta de
antrenate a pieselor din buncăr spre sistemul de acumulare înclinat.

Proiect de diplomă

53

Fig. 4.17. Modelarea 3D a sistemului de alimentare intermitent cu piese cilindrice
utilizând mecanismul de tip cruce de Malta
4.6.2. Cinematic a funcționării mecanismului cu cruce de Malta [1]
La aceste mecanisme, timpul de rotație completă T a elementului conducător este:

, t tTr m
12
 (4.6)
în care:
tm – timpul de mișcare (în care elementul conducător antrenează elementul condu s);

Proiect de diplomă

54
tr – timpul de reapus al crucii de Malta .
Pentru a stabili condițiile de funcționare ale acestui mecanism, se va face referire la
figura . 4.17. , astfel notăm cu z numărul de crestături ale crucii de Malta (2) și cu
22
unghiul di ntre două crestături vecine. Pentru o perioadă de mișcare, valoarea acestui unghi
este:

.z222 (4.7)
Unghiul
12 de rotație a elementului conducător (1) în această perioadă va fi:

.z z



21 2 2 2 2 (4.8)
Unghiul corespunzător perioadei de oprire a elementului condus va fi:

.z z



2121 2 22 1 (4.9)
Timpul de mișcare tm, respectiv timpul de repaus al crucii este:

,z n ztm 



2130 212
1 1 11 (4.10)

,z n ztr 



2130 2122
1 1 11 (4.11)
Se numește coefic ientul de mișcare km și coeficientul de repaus kr, raportul dintre
timpul de mișcare, respectiv de repaus și perioada unei rotații complete, adică

,z Ttkm
m1
21 (4.12)

.z Ttkrr1
21 (4.13)
Raportul
,zz
kkk
rm
22
 (4.14)
Se numește coeficientul timpului de lucru al mecanismului, fiind de obicei impus în
mecanismele de automatizare cu mișcări și opriri periodice. Motoreductorul care acționează
mecanismul cruce de Malta al dispozitivului se compune dintr -un motoar electrice de curent
continuu , constituind principala ramură pe care s -au orientat soluțiile de acționare electrică a
dispozitivelor de mecanizare și automatizare .

Proiect de diplomă

55
În cazul motoarelor de curent continuu (c. c. ), derivație, caracteristica de tip liniar
face ca scăderea turației să fie proporțională cu variația cuplului rezistent, definindu -se
rigiditatea caracteristicii mecanice prin expresia:
   MR
Kn2 22
60
[ rot/min] (4.15)
unde :
M – moment cuplu motor [ N.m]
R – raza rotor [ mm]
K – caracteristica mecanică a motorului

– diametrul conductor bobinaj statoric [ mm]

4.7. Descrierea funcționării sistemului automatizat de alimentare continuă cu piese a
dispozitivului proiectat
În cadrul acestui capitol mi-am propus să descriu pe etape, modul de funcționare al
dispo zitivului de alimentare continuu cu piese cilindrice spre sistemul de călire prin C.I.F.
proiectat. Sistemul automatizat de călire a pieselor prin C.I.F. constituie motivația principală,
pentru care acesta a fost proiectat . În sistemul automatizat de călire integrat dispozitivul
asigură alimentarea continuă cu piese cilindrice, un inductor component al unei înstalații de
călire prin C.I.F. asigurănd automatizarea operației de călire superfici ală a obiectelor
cilindrice manipulate în mod automat de dispozitiv. Dispozitivul de alimentare continuă
proiectat se v -a poziționa și fixa cu șuruburi pe o masă suport de mărime adecvată , în
apropierea instalațiilor electrice a transformatorului și a sta ției de condensatoare, respecti v a
inductorului, a cărei formă constructivă este realizată în funcție de dimensiunea piesei
cilindrice manipulate și călite în sistemul de călire prin C.I.F. P iesele cilindrice încălzite
individual bucată cu bucată , de inst alația electrică de călire prin C.I.F. în scopul călirii
superficiale , sunt captate și extrase din sistemul de acumulare de tip puț, de un înpingător
lateral acționat pneumatic. Acest sistem de captare realizează automatizat pe baza unui
program extragere a din sistemul de acumulare a unei piese, transferul acesteia printr -o
mișcare liniară lentă , spre zona inductorului, instalației de călire, unde piesa este încălzită
superficial de inductor instalației de călire prin C.I.F.
În func ție de tipul de călire realizată , superficială sau în profunzime se stabilește prin
calcule exacte interval ul de timp de menținere a piesei în zona inductorului, timp bine stabilit

Proiect de diplomă

56
prin programul de automatizare până , când temperatura piesei ajunge la o tem peratura
optimă, ajungând până la 12000 C. În faza următoare de lucru, prin cădere liberă pies a
încălzită de inductor, este împinsă de îm pingătorul lateral acționat pneumatic de piesa
cilindrică captată anterior, transferând piesa din zona inductorului, spre jgheabul de
evacuare, de unde prin cădere liberă direcționează piesa spre o baie de apă sau ulei, unde are
loc călirea propriu zisă a acestora.Un muncitor calificat trebuie să urmărească procesul
automatizat de călire, periodic acesta, alimentează cu piese cilindrice cu va buncărului,
dispozitivului de alimentare continuă.
În figura 4.18. se prezintă modelul 3D și 2D al piesei manipulate, de unde se pot
observa dimensiunile acesteia.

Fig. 4.18. Modelul 3D și 2D a l piesei cilindrice manipulate și călite autom atizat prin
C.I.F
Piesa cilindrică manipulată, este captată și extrasă din sistemul de acumulare de tip
puț, din jgheabul de tip topogan de formă dreptunghiulară poziționat înclinat, de către un cap
împingător care acționează piesa din lateral, realizând o mișcare lin iară de la stânga la
dreapta. Modelul 3D și 2D al împingătorului lateral, este prezentat în figura 4.19 , acționare a
mișcării acestuia se v -a realiza pneumatic prin intermediul unui cilindru pneumatic cu dublă
acțiune, asigurând captarea și extr agerea unei singure piese cilindrice prin mișcarea de
împingere controlată cu o viteză constantă a piesei cilindrice manipulate automatizat spre

Proiect de diplomă

57
zona inductorului instalației de călire prin C.I.F. , poziționând piesa în zona inductorului pe
trei bare de s ilită.

Fig. 4.19 . Modelul 3D și 2D a capului cilindric de îm pingere

În figura 4.20 . se prezintă printr -o vedere isometrică, modelul 3D a l ansamblului
dispozitivului proiectat, reprezentat printr -o vedere de sus, de und e se poate observa, atât
elementele componente ale ansamblului dispozitivului, cât și sistemul de captare extragere
acționat pneumatic, prin îm pingerea lentă pieselor spre zona inductorului instalației de
incălzire prin C.I.F. Din vederea izometrică repr ezentată în figura de mai jos, se poate

Proiect de diplomă

58
observa și modul de ansamblare al celor doi senzori de proximitate, care asigură și transmit
informații sistemului automatizat de comandă, informații privind comenzile care asigură în
funcție de piesele acumulate în jgheab, pornirea respectiv oprire a motorului electric care
acționează mecanismul de alimentare de tip cruce de Malta, în funcție de numărul pieselor
cilindrice acumulate în jgheabul înclinat al buncărului.

Fig. 4.20 . Modelarea 3D a sistemului de căli re integrat cu dispozitivului de alimentare
continuă.Vedere isometrică

Proiect de diplomă

59
CAPITOLUL 5
PROIECTAREA AUTOMATI ZATĂ A SISTEMULUI PN EUMATIC DE
ACȚIONARE DE TIP PLC

5.1. Noțiuni generale despe PLC [21]
Noțiunea de PLC vine de la Programmable Logic Controller (Controller Logic
Programabil) și este un computer digital folosit la automatizarea proceselor industriale
precum controlul mașinilor dintr -o fabrică ce utilizeaza linii de asamblare.
Automatul programabil a fost conceput de către Dick Morley, în anu l 1968.
Automatul programabil dezvoltat de către Morley, la momentul apariției sale a fost denumit
PC pentru controler programabil, iar mai târziu, după introducerea computerelor personale
(PC) a fost numele schimbat la PLC (Programmable Logic Controller) și a fost produs de
compania sa numită Modicon (MOdular DIgitial CONtroller).
Primul PLC a fost conceput pentru a îndeplinii specificațiile stabilite de către divizia
Hydramatics al General Motors (GM) . Scopul principal al designului a fost de a elimina
costurile extrem de ridicate pe care le implica .În figura 5.1. se prezintă imaginea reprezentând
instalația sistemului de control de tip PLC.

Fig .5.1. Instalația sistemului de control de tip PLC [20]
Aceste sisteme prezintă avantaje ș i dezavantaje cum a r fi:
Avantaje :
 Extinderea avantajele circuitelor statice la 90%
 Utilizarea în mediu industrial (umiditate ridicată, temperaturi ridicate, vibrații
etc.)

Proiect de diplomă

60
Dezavantaje:
 Costuri ridi cate legate de punerea î n funcțiune și mentenanța lor.
 Lipsa de flexibilita te pentru a extinde procesul, precum și timpul foarte mare
necesar pentru a regla procesul.
În anii 1970, existau deja șapte societăți care produceau echipamente PLC, inclusiv
Allen -Bradley, Modicon, General Electric, Square D și Industrial Solid State Con trols.
O problema importantă o constituia programarea PLC -urilor. Primele PLC – uri aveau
nevoie de o serie de terminale hardware dedicate prin care se realiza programarea acestora.
Panourile LCD ca interfață cu operatorul au înlocuit în mare măsură afișaj ele CRT. În
figura 5.2. se prezintă imaginea cu un model constructiv de a utomat programabil EATON
MOELLER EASY512 -DC-RC

Fig.5.2. Automat programabil EATON MOELLER EASY512 -DC-RC[20]
5.2. Structura sistemelor pneumatice [13] , [15]
Utilizarea aerului compr imat în scopul mecanizării si automatizării proceselor de
producție precum și în domeniul transport urilor este cunoscută de peste un secol. În înțelesul
său mai vechi , pneumatica era definită ca fiind știința care studia mișcarea aerului ș i
fenomenele atmo sferice.
În dezvoltarea sa pneumatica a parcurs, până în prezent patru etape și anume:
● Etapa care a avut ca obiectiv principal stabilizarea parametrilor funcționali ai
diferitelor sisteme tehnice . În acest scop au fost utilizate aparate universale cu gab arit mare în
care erau asociate într -un tot unitar sistemul de măsurare, dispozitivel e indicatoare, de
înregistrare și comandă precum ș i regulatoarele. Avantajul acestor aparate consta în reunirea
tuturor funcțiilor într -un ansamblu unic, iar dezavantajul, complexitatea si posibilitățile
funcționale restrânse.

Proiect de diplomă

61
●Etapa realizării sistemelor de automatizare industrială pe baza principiului
modular conform căruia sistemele de comandă sunt completate cu blocuri, aparate și
dispozitive de calcul standard, fiecare dintre ele îndeplinind o anumită funcție în cadrul
sistemului reglat: de măsurare, înregistrare, însumare, amplificare, acțiune de reglaj, etc. În
acest scop blocurile și aparatele sistemului modular unificat de control și comandă au devenit
mijloacele pr incipale utilizate în realizarea sistemelor de reglare cu unul sau mai multe
contururi.
Dezavantajul acestui mod de a realiza operații de automatizare consta că el nu
permitea lărgirea cercului de probleme cu care se confrunta industria ș i care impunea
realizarea unor sisteme de optimizare a funcționării instalațiilor tehnologice.
●Etapa aplicării principiului construcției aparatelor pneumatice adoptând elementele
pneumatice cu destinație generală. În acest mod oricare aparat sau sistem este o construcț ie
speciale. Pe baza acestui principiu a fost elaborat sistemul universal de elemente al
pneumoautomaticii industriale, în care fiecare element are rolul de a efectua o anumită
operație elementară.Trebuie subliniat că atât sistemul modular unificat de control si comandă
cât și cel universal de elemente ale pneumoautomaticii industriale au la bază organe elastice
și mobile care intră în componenta regulatoarelor pneumatice și, dintr -un anumit punct de
vedere, ele sunt asemănătoare cu aparatele electronice de aut omatizare.
●Etapa elaborării unui nou mod de realizare a elementelor și aparatelor pneumatice
care are la bază efectele de interacțiune între jeturi precum și cu pereții . Aceste interacțiuni
permit, în condițiile unor gabarite reduse și fără a se apela la elemente elastice sau mobile , să
se realizeze elemente de amplificare de tip proporțional sau releu cu diferite caracteristici:
generatoare, elemente de memorare, mașini a nalogice și numerice de calcul ș i comandă, etc
Sistemele pneumatice sunt instala ții de putere ce utilizează aerul comprimat ca și
agent de lucru pentru trans miterea energiei mecanice (Fig 5.3 ). Compresorul converte ște
energia mecanică în energie poten țială a aerului comprimat. Această transformare facilitează
transmiterea și controlul put erii. Înainte de utilizare, aerul trebuie să fie filtrat, dezumidificat
și amestecat cu vapori de lubrifiant. Aerul comprimat este stocat în acumulatori și transmis
prin conducte sau furtune flexibile. Puterea pneumatică este controlată prin valve de presi une,
valve de debit și/sau valve distribuitoare (sau mai simplu: distribuitoare). La final, energie
pneumatică este reconvertită în energie mecanică prin intermediul motoarelor sau a cilindrilor
pneumatici.

Proiect de diplomă

62

Fig.5.3. Schema bloc a sistemelor pneumatice [13]
●Acționarea pneumatică asigură energia motoare necesară, prin componentele
energetice ale aerului comprimat, debitul Q și presiunea p. Pentru corelarea permanentă a
celor două energii, sistemul de acționare pneuma tic trebuie să conțină elemente pneumatice
care să realizeze un control și un reglaj permanent al celor doi parametri energetici
pneumatici.Astfel, structura unui sistem pneumatic , conține tipuri de elemente cu următoarele
funcții:
Structural un sistem pne umatic este un ansamblu coerent de elemente pneumatice și
mecanice care realizează, prin intermediul actu atoarelor (elementelor de execuț ie–motoarelor
pneumatice), o succesiune de miș cări după o lege pres tabilită, punând astfel în funcț iune, în
mod interde pendent, diferite organe de lucru ce efectuează operații mecanice (fig.5.4 ).
●de pregătire și preparare a mediului pneumatic de lucru – elemente ce compun
grupul de preparare a aerului: filtrul, regulatorul de presiune și ungătorul;
●de reglare și control a puterii pneumatice, prin control asupra debitului:
distribuitoare, supape de sens, rezistențe fixe si reglabile (drosele), regulatoare de debit și prin
control asupra presiunii: supape de presiune cu funcții de descărcare pe atmosferă, de
succesiune, de reglare discretă sau continuă a presiunii etc.;
●de execuție, elemente motoare cu mișcare de translație continuă – cilindri
pneumatici,sau pas cu pas – motoare liniare pas cu pas și elemente motoare cu mișcare de
rotație continuă – motoare pneumatice, sau pas cu pas – motoare rotative pas cu pas;

Proiect de diplomă

63

Fig.5 .4. Structura sistemelor de acționare pneumatică [13]
 de informare, asupra stadiului de evoluție a elementelor de execuție și mecanismelor
acționate, elemente informaționale de poziți e în spațiu – senzori și limitatori de cursă
pneumatici, sau asupra parametrilor reglați senzori și traductori pneumatici de debit
sau de presiune, relee pneumatice de timp;
 de conducere automată, elemente fluidice de comandă, specifice sistemelor
pneumati ce de automatizare cu evoluții mai lente și sistemelor ce evoluează în medii 1
3

Proiect de diplomă

64
agresive, improprii curentului electric, rezultând astfel sisteme unificate de energie
pneumatică, atât la nivelul acționării, cât și al comenzii;
 de îmbunătățire a funcționării elemente auxiliare ca: elemente uscătoare de aer, de
condens, acumulatoare pneumatice, amortizoare de zgomot la esaparea în atmosferă,
elemente de descărcare rapidă, butoane si piloti pneumatici etc.
 Conexiunile între blocurile de alimentare functionale se fac prin circuite pneumatice
realizate interior, în plăci de conectare sau exterior, cu tuburi sau conducte cuplate
prin nipluri si racorduri. Ele realizează fluxul energetic, atât la nivelul executiei, cât si
al comenzii conform schemei pneumatice de act ionare, r
 Componentele blocului de elemente auxiliare pot interveni în difer ite puncte
ale sistemului de acționare ș i au rol secundar în raport cu funcțiile de acț ionare
pneumatic ă și cu eventuala funcț ie de comandă fluidică.

5.3. Proiectarea sistemului de captare extragere de tip pneumatic acționat prin
PLC
În vederea realizării operației automatizate de captare și extragere individuală a unei
piese cilindrice prin împingere spre zona inductorului instal ației de călire prin C.I.F., se
utilizează o acționare de tip pneumatic.Elementul de execuție utilizat în acest scop este un
cilindru pneumatic, cu dublă acțiune cu frânare la amb ele capete de cursă. În figura 5.5 . se
prezintă un model 3D al cilindru lui pneumatic utilizat la acționarea pneumatică a si stemului
de captare extragere prin împingere , cilindrul având diametrul D al pistonului , D = 25 mm .

Fig. 5.5. Modelul 3D a l cilindrului cu dublă acțiune [11] [15]

Pentru realizarea mișcării de deplasare liniară a capului de îm pingere, component
mobil al sistemului de captare extragere al dispozitivului , în continuare am proiectat o
schemă pneumatică de acționare, prin care să se realizeze transferul individual al unei piese ,

Proiect de diplomă

65
extrase din sistemul de acumulare al jgheabului. Deplasarea liniară a împingă torului, cu o
viteză mai lentă asigură împingerea piesei cilindrice spre zona inductor ului poziționând
exact piesa în zona celor trei bare de silită, asamblate în suportul din zona inductorului
instalației de călire prin C.I.F.
În faza ur mătoare sistemu l pneumatic al îm pingătorului lateral realizează prin
schimbarea poziție i sertărașului distribuitorului , pe un circuit pneumatic care comandă o
reven ire în poziția de așteptare a îm pingătorului lateral, retragerea acestuia se realizează cu o
viteză de deplasare mai mare. În figura 5.6 . se prezintă o imagine cu schema pneumatică de
acționare a siste mului de captare extragere, a îm pingătorului lateral, a cărei deplasare liniară
în ambele sensuri de deplasare este comandat automat printr -un program de conducer e
conceput și memorat în sistemul PLC al calculatorului. [20]

Fig. 5.6. Schema pneumatică de acționare a cilindrului pneumatic cu dublă acțiune

Pentru deplasarea liniară a capului de împingere de la stâ nga la dreapta , cu o viteză de
deplasare lentă, a m conceput o schemă pneumatică de acționare, utilizând programul de
proiectare Fluid SIM [15], schemă , care este prezentată în figurile 5.7. a), b). Distribuitorul
pneumatic de tip 5/3, ca urmare a programului conceput, asigură în urma unor comenzi
progr amate ca prin distribuitorul poziționat pe o anumită poziție de comandă, să asigure
deschiderea presiunii de aer comprimat în camera din stânga A a cilindrului pistonului, printr –
un circuit pneumatic unde , aerul comprimat trece printr -un echipament de tip drosel de cale
reglabil, astfel încât debitul de aer poate să fie reglat la diferite valori. În cazul nos tru un debit

Proiect de diplomă

66
mai mic v -a asigura o viteză de depl asare mai lentă a capului de îm pingere, respectiv a piesei
cilindrice transferată și poziționată prec is în zona inductorului instalației de călire
automatizată prin C.I.F..

a)

b)

Fig. 5.7. a), b) Schem e pneumatice de acționare lentă a cilindrului pneumatic cu
dublă acțiune

În figura 5.8 . printr -o vedere izometrică modelată 3D, se prezintă modalit atea de
asamblare lateral ă a cilindrului pneumatic cu dublă acțiune, reprezentând sistemul de captare

Proiect de diplomă

67
extragere al pieselor cilindrice din sistemul de acumulare. Pe tija filetată a cilindrului
pneumatic cu dublă acțiune a fost asamblat prin tr-un sistem fil etat capul de îm pingere lateral.
Prin deplasarea lentă reali zată de deplasarea tijei cilindrului pneumatic, capul de
împingere, captează individual o singură piesă cilindrică, care v -a fi deplasată cu o viteză
adecvată , spre sistemul de inducție al instal ației de călire prin C.I.F.

Fig. 5.8. Modelarea 3D a funcționării sistemului de impingere lentă a piesei de către
cilindrul pneumatic cu dublă acțiune

În figurile 5.9. a), b), c), reprezentate mai jos prin trei vederi isometrice sunt
modelate 3D fazel e de lucru ale derulării fazelor funcționării sistemului de alimentare
continuă cu piese cilindrice spre inductorul ins talației de călire prin C.I.F. De asemenea este
rezentată și schema pneumatică de acționare realizat ă de către sistemul automatizat de ca ptare
extragere.

Proiect de diplomă

68
Prin sistemul de droselizare de tip drosel de cale, montat pe circuitul pneumatic, se
comandă un debit reglabil de aer comprimat, astfel încât viteza de deplasare a tijei pistonului
să fie mai lentă , pentru a poziționa piesa cilindrică ma nipulată cu o precizie de situare cât
mai exactă în zona inductorului instalației de călire prin C.I.F. Piesa cilindrică poziționată în
zona inductorului instalației de călire automatizate, se sprijină pe cele trei bare de silită, care
sunt dispuse simetr ic pe o anumiră rază asigurând atât orientarea piesei cât și posibilitatea
realizării unui transfer termic optim de la inductorul instalației C.I.F. la piesă.

a)
Fig. 5.9. a) Modelarea 3D a sistemului de im pingere lentă a piesei de către cilindrul
pneumatic cu dublă acțiune.Schema pneumatică de acționare

Proiect de diplomă

69

b)
Fig. 5.9. b) Modelarea 3D a deplasării sistemului de im pingere lentă a piesei de către
cilindrul p neumatic cu dublă acțiune.Schema pneumatică de acționare

Proiect de diplomă

70

c)
Fig. 5.9. c) Modelar ea 3D a finalizării cursei sistemului de im pingere lentă a piesei de
către cilindrul p neumatic cu dublă acțiune în zona inductorului.Schema pneumatică de
acționare

Conform vederii isometrice din figura 5.10. piesa cilindrică poziționată în zona
inductoru lui, după ce ajunge la o temperatura de 12000 , este împinsă de piesa extrasă din
sistemul de acumulare, de unde gravitațional ea cade pe un topogan, ajungând să cadă liber
într-un coș, care este scufundat în ulei. Mediul fluid de răcire, format din ulei a sigură călirea
pieselor și depozitarea acestora într -un coș. Răcirea și călirea se face în mediul de călire, iar

Proiect de diplomă

71
la umplerea la capacitate maximă, coșul cu piese se ridică și se depozitează pe o tavă de
scurgere, urmând ca acesta să fie înlocuit cu un coș gol.

Fig. 5.10. Modelarea 3D a călirii pieselor și depozitarea acestora în coș

Comanda pneumatică a sistemului de captare extragere a piesei cilindrice următoare,
se realizează la un interval exact de timp, determinat prin calcule în funcție de piesa
manipulată și tipul de călire realizat. Pentru retragerea capului îm pingător în poziția inițială
se asigură o nouă comandă a poziției distribuitorului pneumatic conform schemei p neumatice
prezentate în figura 5. 11. a),b), c) .Distribuitorul pneumatic de t ip 5/3, ca urmare a
programului de automatizare conceput și realizat prin PLC , asigură în urma unei noi comenzi
programate, ca prin distribuitorul poziționat pe poziția de comandă prezentată în schema
pneumatică de acționare de mai jos, să asigure presiune de aer comprimat în camera din
dreapta B a cilindrului pistonului, prin circuitul pneumatic fără drosel de cale reglabil, astfel
încât debitul de aer mai mare asigură o viteză de revenire în poziția inițială a capului de

Proiect de diplomă

72
înpingere, cu o viteză mai mare. Poziția împingătorului lateral pe care acesta o ocupă după
retragerea rapidă, timpul de alimentare al unei piese cilindrice spre inductor este de 2
secunde, iar în funcție de tipul de călire superficială sau în profunzime o piesă cilindrică
atinge temperatu ra optimă pentru a fi călită în intervalul de timp cuprins între 6 -10 secunde.

a)

b)

Proiect de diplomă

73

c)

Fig. 5.11 . a),b), c) Schema pneumatică de retragere rapidă a capului înpingător de
către cilindrul pneumatic cu dublă acțiune

5.4. Dimensionarea cilindru lui pneumatic
Prin comandă electropneumatică se înțelege totalitatea elementelor pneumatice și
electrice de comandă și execuție conectate între ele printr -o rețea de legături ce asigură un
flux de informație și forță . Aceste elemente formează unul sau mai multe lanțuri de comandă

Proiect de diplomă

74
care îndeplinesc funcții bine precizate. Astfel elem entul de comandă prelucrează informația
iar elementul de execuție transformă energia.
Pentru a determina forța utilă necesară acționării mecanismului de captare extragere la
împingerea , unei piese cilindrice spre inductorul instalației de călire prin C.I.F. se realizează
următorul algoritm de calcul.
Se consider ă că forța necesară efectuării extragerii prin împingere a unei piese
cilindrice din sistemul de acumulare este de 15 daN, în continuare s e scrie ecuația:
RFPFUF
(5.1)
unde:
UF
-Forța utilă necesară acționării mecanismului de captare extragere
PF
– Forța de presiune pneumatică
RF
-suma forțelor rezistente , care se opun deplasării liniare a sistemului
EFF2FF1FRF   

unde: (5.2)
FF1- Forța de frecare 1 dintre cilindru și piston
FF2- Forța de frecare 2 dintre tija pistonului și capac
PE = presiunea de ieșire a aerului co mprimat din camera opusă;

0,60DD0,6 3,144 0,08bDπP1μF1F 
(5.3)
unde :
P = 4 bari – presiunea de lucru din cilindru;
1= 0,08 -coeficientul de frecare dintre garnitura pistonului și cilindru;
D = diametrul cilindrului cu dublă acțiune ;
b =o,6 – grosimea garnitu rii pistonului;
unde :
FF2- Forța de frecare 2 dintre tija pistonului și capac
0,06D 0,6 0,4D 3,141 0,082btdπP2μF2F 
(5.4)
unde:
dt = diametrul tijei; d t = 0,4D

20,71D2D 0,22 3,14142
td2D
πEPEF 
 (5.5)

Proiect de diplomă

75
unde:
PE = presiunea de ieșire a aerului comprimat din camera opusă;

2D 3,9242DπPPF  (5.6)
Din ecuațiile de mai sus rezultă o ecuație de gradul doi în “D”.
0 15 0,79D23,21D20,71D 0,06D 0,60D 8,9623,92D 15
 

Din ecuația de mai sus rezultă:
D=2,28 cm = 22,8 mm aceste mărimi conform STAS 9732 -87 se alege D=25 mm
Din, catalog se alege un cilindru a vând diametrul pistonului de 25 mm.și tija de 12 mm [13]
5.5. Calculul eficienței economice realizat ă prin de implementarea sistemul automatizat
de călire prin C.I.F. [6]
Piesele cilindrice prelucrate anterior prin strunjire , sunt introduse de către operat orul
uman în cuva buncărului gravitațional într -o stare de dezordine conform calculelor realizate
sunt introduse un număr de 40 de piese. Prin acționarea mecanismului de tip cruce de Malta
piesele cilindrice sunt ordonate în locașul de orientare al cuvei buncărului gravitațional,
păstrând aceeași situare pe o suprafață de orientare ghidare prelucrată în partea inferioară a
cuvei buncărului, pe un plan înclinat la un unghi de 370. Forma și dimensiunile jgheabului de
orientare, precum și planul înclinat, im primă pieselor manipulate o or ientare și ghidare
gravitațională precisă a acestora .Piesele care nu sunt orientate corect în jgheab alunecă pe
planul înclinat al peretelui buncărului. În partea inferioară a sistemului de acumulare,
activează un sistem de captare extragere , acționat pneumatic, permițând accesul spre sistemul
de călire prin C.I.F. a unei singure piese.
Sistemul dispozitivu lui de alimentare continuă cu piese, va fi reglat și programat prin
corelarea parametrilor sistemului pneumatic al depla sării liniare a capului de înpingere lateral
astfel încât să resp ecte tactul optim al sistemului automatizat de călire prin C.I.F. al pieselor
cilindrice manipulate de dispozitivul proiectat.
Pe baza unor calcule economice efectuate rezultă că sitemul au tomatizat de călire la
fiecare 6 secunde , prin comanda sistemului pneumatic din componența dispozitivului de
alimentare continuă transferă spre zona inductorului instalației de călire prin C.I.F. o piesă
cilindrică .

Proiect de diplomă

76
Productivitatea sistemului automatizat d e călire prin C.I.F. alimentat continuu de
dispozitivul de alimentare continuă automatizat proiectat, se calculează cu expresia de mai
jos.
[buc/ora] shzNQ
, (5.7.)
unde:
N – reprezintă producția planificată de piese cilindrice supuse operației de călire prin
C.I.F: am ales ca N = 1.000.000 buc piese cilindrice călite prin C.I.F. /an
z – numărul zilelor lucrătoare pe an  250
s – nr. schimburi pe zi = 2
h – nr. de ore pe schimb
Înlocuind în formula (5.7.), datele de mai sus rezultă, p roducti vitatea sistemului
automatizat de călire prin C.I.F. alimentat continuu de dispozitivul de alimentare continuă
proiectat în cadrul proiectului de diplomă.

buc/ora 250250821000000Q
În continuare se calculează ritmul realizat de sistemul automatizat de călire prin C.I.F.
a pieselor cilindrice :
QRuη60
, (5.8.)
unde:
u – coeficient de utilizare a sistemului tehnologic automatizat de călireprin C.I.F. ,
care ține seama de consumurile de timp, de reglajele funcționării în regim optim a sistemelor
de captare extragere , a pieselor manipulate și călite etc.
Se adoptă ca valoarea coeficient de utilizare a sistemului tehnologic automatizat de
călire prin C.I.F . u=0,90.
Înlocuind valorile coeficientului ales, în formula (5.8.), rezultă că

216,025090,060R
În faza următoare s e calculează timpii auxiliari:
timpul pentru apropierea lentă a piesei cilindrice și a capului de înpingerea spre inductorul
instalației de călire prin C.I.F. :

Proiect de diplomă

77

[s] 100060
cscs
acvlt,
(5.9.)
unde :
lcs – reprezintă lungimea cursei liniare a capului de îm pingere până la apropierea și
poziționarea precisă a piesei cilindrice în zona inductorului C.I.F.
– adoptăm mărimea liniară a cursei pistonului lcs= 80 mm
vcs – viteza de deplasare rapidă a capului de îm pingere este în funcție de debitul de aer
care trece prin droselul de cale.
– adoptăm vcs= 10 m/min
Înlocuind valorile în formula (5.9.), se determină t impul pentru apropierea lentă a
piesei cilindrice și a capului de îm pingerea spre inductorul instalației d e călire prin C.I.F.

s 48,010 10006080act

 Timpul pentru apropierea lentă a piesei cilindrice și a capului de înpingerea
spre inductorul instalației de călire prin C.I.F., calculat este de 0,48 secunde
 Calculul timpul pentru retragerea rapidă a capului d e înpingere spre dreapta :

[s] 100060
cc cs
rcvl lt
(5.10.)
Înlocuind valorile în formula (5.10.), se determină t impul pentru retragere rapidă a
capului de înpingerea în poziția inițială .

s 66,010 1000603080rct

Timpul pentru retragerea rapidă a capu lui de înpingerea în poziția inițială este de 0,66
secunde
 timpul necesar deplasării din dispozitiv a piesei depinde de sistemul de
manipulare (mecanizat, automatizat,), de pasul transportului dat în mm:

[s] 100060
tt
tvPt
(5.11.)

Proiect de diplomă

78
Adoptăm
Pt = 100 mm
vt = 10m/min
s 8110 100030060,tt

 timpul necesar transferului piesei din zona inductorului C.I.F. spre jgheabul
băii de ulei în vederea călirii, prin cădere liberă .Admitem t evacuare = 4 s.
Avem o sumă de timpi auxiliari:

ta = tac + trc + tt + tev = 0,48 s + 0,66 s + 1,8 s + 4 s = 6,94 s.
Timpul de bază necesar se calculează cu relația:

tb = 60R – ta (5.12.)
tb = 60  0,216 – 6,94 = 6,0 2 s.
Timpul de bază calculat și obținut de dispozitivul d e alimentare continuă va fi de 6,0 2
secunde p entru fiecare piesă cilindrică călită prin C.I.F. .
Astfel în intervalul unui minut numărul piese lor cilindrice manipulate automat și călite
prin C.I.F. vor fi de 9,96 bucăți piese :
Nr. piese/minut = 60 : 6,02= 9,96 piese călite /minut
În intervalul un ei ore de lucru , sistemul automatizat de călire prin C.I.F. alimentat
continuu de dispozitivul proiectat în acest scop va călii superficial în sistemul automatizat
un număr de 598 bucăți piese cilindrice : Nr. Piese/ora = 7,97 x60= 598 bucăți piese
cilindrice călite/oră
Numărul de piese călite superficial în sistemul automatizat de călire în 8 ore va fi de 598
x 8= 4784 bucăți piese cilindrice călite/ 8 ore

Proiect de diplomă

79

05001000150020002500300035004000
numar piese cilindrice călite prin C.I.F.9.96 piese călite într -un minut 598 piese călite întro oră 4.784 piese călite în 8 ore
1 minut
1ora
1 schimb
Fig.5.12. Reprezentarea grafică a numărului de piese cilindrice căli te prin C.I.F. în
unitatea de timp, realizate în sistemul automatizat de călire proiectat

5.6. Optimizarea operației de călire prin C.I.F. prin utilizarea softul de proiectare
ELTA [12]
În cadrul acestui subcapitol se face o scurtă prezentare a soft -ului ELTA, cu ajutorul
căruia se realizează simularea procesului de călire superficială a unei suprafețe.
ELTA este un program unic, cu o interfață forte ușoară și prietenoasă, dezvoltat
pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv de proiectare a proceselor și echipamentelor de
încălzire prin inducție, învățământ și de auto -educație. [12]
ELTA oferă o simulare foarte rapidă și precisă a câmpului electromagnetic și termic
în instalațiile de încălzire cu inducție folosind o abordare unidimensională (1D). Se poat e
simula aproape orice sistem de inducție: cilindric sau dreptunghiular, magnetic sau non –
magnetic, chiar multi -strat cu proprietăți arbitrare ale materialelor. Poate simula și proiecta
sisteme de încălzire cu inducție de masă înainte de forjare, laminare sau extrudare, inducție
de suprafață și a proceselor de călire cu un ciclu de tratament în mai multe etape, de încălzire

Proiect de diplomă

80
prin inducție indirectă de non -conductoare, materiale în unire, precum și procesul de răcire
după încălzire.
Programul de proiectare ELTA este bun în simularea proceselor de inducție, atunci
când acesta poate fi folosit pentru a găsi relația dintre timp, temperatură și putere. Designul
de optimizare a oricărui sistem de inducție trebuie să echilibreze utilizarea puterii și a
timpului î n raport cu profilul termic necesar în sarcină. Simularea cu ELTA dezvăluie relația
dintre putere, timp și profilul termic în timpul încălzirii, transportului și de răcire – permite
utilizatorilor de echipamente de inducție să echilibreze și să optimizeze procesul.
Deși ELTA este un program 1D, poate lua în considerare lungimi finite de bobină și
piesă de prelucrat în sistemele cilindrice și plan -paralel folosind o metodă analitică numită
"metodă totală Flux" [12]. Această metodă se bazează pe compunerea un ui circuit magnetic
de substituție pentru un sistem "inductor – piesa de lucru".
Programul de proiectare ELTA po ate fi folosit separat sau în combinație cu mai multe
programe sofisticate 2D sau 3D, oferind o evaluare preliminară a unui proces sau un siste m
de inducție. [12]
Pentru realizarea modelării numerice a procesului de călire prin inducție
electromagnetică cu ajutorul programului ELTA sunt necesare următoarele date de intrare:
 dimensiunile geometrice și proprietățile piesei pentru călire superficial ă,
 dimensiunile geometrice ale sistemului inductor – piesă – sistem de răcire,
 dimensiunile geometrice și proprietățile de material ale inductorului,
 dimensiunile geometrice ale rețelei scurte,
 viteza de deplasare a piesei prin dreptul sistemului de încălz ire respectiv
sistemului de răcire,
 proprietățile sistemului de răcire si viteza de curgere,
 frecvența și puterea electrică necesară pentru încălzire. [12][2]
Programul de proiectare ELTA necesită informații despre proces. Programul nu
optimizează nici nu proiectează procesul sau inductorul de unul singur, în schimb îl ajută pe
utilizator să o facă. ELTA este o unealtă puternică și depinde de abilitățile utilizatorului ca
simularea să fie una reușită.
Ca un exemplu de formulare a problemei, sistemul automat izat de călire din figura
5.13 presupune proiectarea inductor ului pentru încălzirea unei piese cilindrice în scopul
călirii superficiale în mod automatizat. În funcție de dimensiunile piesei călite, t rebuie să se
cunoască lungimea inductorului, numărul de spire, puterea disipată, curentu, frecvența,

Proiect de diplomă

81
eficiența electrică și termică a inductorului (de obicei inductorul se construiește din cupru).
Se pornește de la niște parametri inițiali, ELTA va calcula parametrii inductorului și profilul
termic al piesei. Consultând distribuția temperaturii la final, precum și tensiunea în
inductor, și alți parametri critici, se pot ajusta puterea, numărul de spire, lungimea optimă sau
timpul de încălzire. Procesul de proiectare conține de obicei câteva iterații constând în
descrierea problemei, calculul și analiza rezultatelor. [12]

Fig. 5.13 . Modelarea 3D a sistemului automatizat de călire superficială prin C.I.F. a
pieselor. Vedere isometrică a procesului de călire
Utilizarea programului de proiectare ELTA necesită tre i etape:
1. Definirea piesei: introducerea dimensiunilor fizice și a proprietăților de material.
2. Definirea inductorului: diametrul intern, dimensiunile inductorului, numărul de spire.
3. Definirea procesului: puterea furnizată (curent sau tensiune), frecvența și timpul de încălzire.

Proiect de diplomă

82
Pornind de la aceste informații programul de proiectare ELTA va calcula
caracteristicile electrice din inductor și cele termice din piesă. Fiecare soluție pentru orice
problemă implică cel puțin aceste trei etape.
În continuare se prezintă grafic un exemplu al rezultatelor obținute în urma realizării
unei simulării. Conform reprezentării din figura 5 .14. se prezintă în formă tri -dimensională
legătura existentă între temperatură, raza piesei și timpul.

Fig.5.14. Reprezentarea 3D a l egăturii dintre temperatură T, raza piesei r și timpul t
[12]
Din imaginea reprezentată în figura 5.15. ,conform aplicației programului de
proiectare ELTA, se observă adâncime de pătrundere a temperaturii în piesă. Adâncimea de
pătrundere a curentului în s tratul superficial și în final adâncimea stratului călit depinde de
frecvența curentului indus și se determină cu relația:
f1003,53

[cm] (5.13.)
unde:
 rezistivitatea materialului metalic, cm;
 permeabilitatea magnetică relativă a materialului metalic;
f frecvența curentului, Hz.

Proiect de diplomă

83

Fig. 5.15 . Reprezentarea grafică a adâncimii de pă trundere a temperaturii în piesa
supusă operației de călire prin C.I.F [12]
În graficele din figurile, 5.16. și 5.17 se prezintă evoluț ia temperaturi în funcție de
timpul expus respectiv temperatura în funcție de rază operatiei de calire prin C.I.F. realizată
de sistemul automatizat de călire.

Fig. 5.17. Graficul evo luției temperaturii în funcție de timp [12]

Proiect de diplomă

84

Fig. 5.1 8. Graficul evoluției temperaturii în funcție de rază [12]
5.7. Concluzii
Din prezentarea rezultatelor de mai sus se observă că piesa ajunge la temperatura de
călire de 1200șC, într -un interval de timp de 1,7 secunde, după care începe răcirea piesei
călite.
Tot procesul de tratare superficială a suprafeței piesei, pr ezentate în figura 5.14 ,
durează 4 secunde.
Durificarea suprafețelor se face pentru o mai bună rezistență la uzură mecanică a
pieselor.
Cu ajutorul programelor dedicate modelării numerice se pot simula procesele
electromagnetice și termice cuplate, putându -se observa caracteristicile de funcționare a
instalației.
Tratarea termică a suprafețelor (durificare -călire) este una dintre cele mai im portante
aplicații ale încălzirii inductive.
Sunt enumerate o serie de avantaje ale procesului de tratament termic a suprafețelor;
 încălzire rapidă a piesei, datorită valorilor ridicate ale densității de putere;
 posibilitatea încălzirii la temperaturi ridi cate cu randament independent de
temperatură;

Proiect de diplomă

85
 localizarea precisă a efectului termic prin configurarea inductorului și alegerea
optimă a frecvenței de lucru ;
 automatizare ușoară a echipamentelor;
 inerție termică redusă;
 poluare redusă și condiții de lucru bune.
Utilizarea soft -ului dedicat ELTA 1D simplifică foarte mult procesul de proiectare și
realizare a instalațiilor inductive, reducându -se costurile materiale de realizare a lor.
Tendința actuală în proiectarea unei instalații de tratament superficial de suprafață (
călire ) este de a utiliza soft -uri specializate, datorită diminuării costurilor de realizare și a
timpului de execuție a instalației.
Modelarea numerică oferă multiple soluții din care tehnologul poate să aleagă
varianta cea mai bună ( opti mă ), deoarece dispune de o serie de unelte, programe de
calculator care îi pot asista în activitatea de proiectare.
Prin proiectarea dispozitivului de manipulare automată am contribuit la imbunătațirea
unui dispozitiv existent în dotarea laboratorului .El are o serie de comp onente ce ajută la
proiectarea ș i funcționarea lui.A fost nevoie de un program de proiectare pentru ca a cest
dispozitiv sa fie realizat și conceput,pe lângă partea de proiectare a mai fost necesară o parte
de calcule.
Din aceste calcule pot rezulta niș te grafice care pot arăta piesele scoase la un anumit
interval de timp. De asemenea am mai utilizat programul de proiectare FluidSim, proiectând
o schemă de acționare pneumatică a sistemului de captare extragere a piesei cilindrice din
jgheabul de acumulare , am mai prezentat câteva noțiuni generale despe PLC -uri.

Proiect de diplomă

86

BIBLIOGRAFIE
[1.] Antonescu, O,Antonescu, P.Mecansime și manipulatoare.Editura PRINTECH București
2006
[2.] Leuca T. Echipamente elect rotermice inductive, Oradea: Editura Universita ții din
Oradea, 2010.
[3.] Crăciun Dan , Proiectarea sistemelor mecatronice. Notițe de curs 2015.
[4.] Pater Sorin, Aparate și sisteme de măsurare. Notițe de curs. Oradea 2016.
[5.] Mudura,P, Introducere in teoria tratamentelor termice. Universitatea din Oradea 2013.
[6.] Pop, M, T, Proiectarea asistată de calculator. Editura Universitații din Oradea 2012.
[7.] Kovacs F., Tripe Vidican A, Țarcă R,C ș a, Sisteme de fabricație flexibilă: Editura,
Universitații din Oradea 1999.
[8.] Tocu ț P. D, Tripe Vidican A, Dispozitive pentru sisteme de fabricație.Editura
Universitații din Oradea 2007.
[9.] Tripe Vidican A, Tocuț, P. D. Dispozitive de manipulare automată.Editura Universitații
din Oradea 2004.
[10.] Program de proiectare AutoCAD 2014.
[11.] Program de proiectare SolidWorks 2014.
[12.] Program de proiectare ELTANOL.
[13.] ***Catalog Bosch Rexroth Pneumatic 2014.
[14.] ***Catalog FESTO -Automatizarea cu ajutorul Pneumaticii 2014.
[15.] Program de proiectare Flui d SIM 2016.
[16.] http://millerwelds.com/products/induction heating/index/.php
[17.] http://www.inductoheat.com/

Proiect de diplomă

87
[18.] http://www.program de proiectare ELTA 01
[19.] http://www.rapidheatsystems.com/service/induction -heat-treatment -services/
[20.] www.robotics.uc v.ro/flexform/aplicatii/ite/Popescu%20Cristiana%20 –
%20Evidenta%20automata%20a%20locurilor%20intr –
o%20parcare/programarea%20PLC.html Automate Programabile