BluePink XHost

Gazduire site-uri web nelimitata ca spatiu si trafic lunar la doar 15 eur / an. Inregistrare domenii .ro .com .net .org .info .biz .com.ro .org.ro la preturi preferentiale. Pentru oferta detaliata accesati site-ul BluePink

Cuprins
Cap. 1. Tema  proiect mecanisme
Cap 1.1. Introducerea datelor iniţiale
Cap. 2.  Determinarea  dimensiunilor  principlale ale mecanismului
Cap 2.1.  Stabilirea cursei cilindrului hidraulic care echipează balansierul
Cap 2.2  Determinarea poziţiilor unghiulare ale cupei
Cap. 2.3 Determinarea dimensiunilor mecanismului patrulater.
Cap. 3 Determinarea dimensiunilor cilindrului balansier
Cap. 4 Determinarea dimensiunilor principale ale standului
Cap 4.1. Determinarea dimensiunilor cilindrului standului
Cap.5 Alegerea pompei hidraulice si a motorului electric
Cap 5.1 Alegerea pompei hidraulice de alimentare
Cap 5.2 Alegerea motorului electric
Cap 6  Determinarea pozitiilor ,vitezelor in cazul mecanismului compus dintr-un cilindru si o manivela
Cap 6.1 Determinarea pozitiilor
Cap 6.2. Determinarea vitezelor
Cap. 7 Analiza mecanismului patrulater. Calculul poziţiilor si vitezelor
Cap 7.1 Calculul pozitiilor
Cap. 7.2. Calculul vitezelor mecanismului patrulater
Cap 8. Determinarea vitezelor din cupa

Cap. 1. Tema  proiect mecanisme
Sa se proiecteze un mecanism de acţionare a cupei pentru un excavator cu cupa inversa si sa se studieze comportarea acestuia cunoscând :
- schema cinematica
- cota “a”
- unghiul g pentru o cursa “0” a cilindrului hidraulic
- unghiul constructiv al cupei  d= DEV
- unghiurile eclisei θ1 respectiv θ2
- unghiurile =CFE
- valoarea forţei minime de la vârful dintelui cu cilindrul hidraulic al balansierului , pentru oricare din ambele poziţii ale cupei ,va fi mai mare decât Fmin

SCHEMA CINEMATICA

Figura 1 Balansier excavator cu cupa inversă

Cap 1.1. Introducerea datelor iniţiale

     (1)   ,          unde   A=16  , Ng=5631 si n=22 ;
 (1.1) ;
   (2);
 (2.1) ;
     (3) ;
  (3.1) ;
 (4) ;
  (5) ;
  (5.1);
   (6) ;
 (6.1) ;
 (7) ;
 (7.1)
 (8) ;
 (8.1)

Cap. 2.  Determinarea  dimensiunilor  principlale ale mecanismului
Cap 2.1.  Stabilirea cursei cilindrului hidraulic care echipează balansierul

Se consideră mecanismul patrulater din figura 2 de la care se fac determinarile dimensiunilor principale.

Eclisa , ca element de legătura între cilindrul hidraulic si cupă ( prin intermediul mecanismului patrulater ) , va executa mişcarea sa prin trei poziţii impuse . Doua dintre acestea sunt chiar limitele de mişcare. Se presupune cota C=0. La cursa zero a cilindrului corespunde   care este calculat la capitolul 1.1.
          Eclisa se roteste in jurul  punctului F de pe balansier ca in figura 3. Întrucăt axa cilindrului hidraulic trebuie sa fie paralelă cu axa balansierului  la ambele capete ale cursei , rezultă ca şi la unghiul  punctul B se afla tot la cota “g”.

Se adoptă urmatoarele valori rotunjite din tabelul 1 pentru l1 , l5 si cota “a”

Tabel 1

Unghiul 
          Aplicând  teorema sinusului în triunghiul BCF putem calcula dimensiuni laturilor eclisei :

 

Unghiul
Cota “g” se calculează astfel:

Datorită  paralelismului axelor unghiul se regaseşte şi în poziţia eclisei ce corespunde cursei maxime. Rezultă ca unghiul  :
 
Se poate calcula astfel cursa maxima a cilindrului hidraulic:

Unghiul  este:

Unghiul  este :

Se centralizează  în tabelul 2 urmatorele valori pentru dimensiunile principale ale balansierului:

Tabel 2:

Cap 2.2  Determinarea poziţiilor unghiulare ale cupei

Poziţiile unghiulare ale cupei se pot observa in figura 4

Cunoaştem unghiul  la cursa zero a cilindrului hidraulic realizat de cupa ca valoare egala cu :

Unghiul   este:

Cunoscând că unghiul maxim de rotire al cupei este  rezultă ca unghiul  va fi :

Unghiul   se va atinge simultan cu  si are valoarea :
          
Se centralizează în tabelul 3  poziţiile unghiulare ale cupei:
Tabel 3

 
Cap. 2.3 Determinarea dimensiunilor mecanismului patrulater.
In construncţia unor  mecanisme mai complexe apar ca parţi  , mecanisme patrulatere. Se pune problema determinarilor dimensiunilor laturilor acestor mecanisme formate din bare si legate prin cuple C5 de rotatie. În cazul cunoasterii unei dependenţe între unghiurile elementului condus si elementului conducător se pot determina marimile laturilor.
Dependenţa dintre unghiurile si în trei pozitii ale mecanismului patrulater se poate scrie sub forma:

Metoda grafica

        Pentru metoda grafica se va utiliza un soft de desenare si anume AUTOCAD.  Se reprezintă in coordinate x-y balansierul având cupa în cele doua poziţii extreme, cunoscând dimensiunile eclisei  si poziţiile unghiulare ale balansierului si ale cupei.  
          In figura 5 se pot observa valorile obţinute prin metoda grafica pentru dimensiunile mecanismului patrulater.

Figura 5 Metoda grafica pentru determinarea dimensiunilor patrulaterului

Cap. 3 Determinarea dimensiunilor cilindrului balansier           Dimensiunile cilindrului balansier se determina pentru doua poziţii extreme si anume în poziţia zero si poziţia maximă. Ca metoda de lucru vom volosi metoda analitică. Vom analiza prima pozitie extrema (vezi figura 6) Figura 6 Mecanismul patrulater având cupa în prima poziţie

Se calculează diagonal d: Unghiul C1 se calculează cu relaţia : Prin însumarea celor doua unghiuri rezultă : Se poate calcula distanţa b2 pentru prima poziţie : Unghiul D se determină cu relaţia: Distanţa b11 pentru prima poziţie este : Forţa F’43 se poate calcula cu relatia : Forţa F’23 se calculează cu relaţia: Cu aceste date se pot calcula un prim diametru necesar si anume: Dimensionarea cilindrului pentru a doua poziţie extrema: Diagonala d’ se calculează pentru aceasta poziţie cu relaţia : Unghiurile C1 si C2 se calculează cu relaţiile: De unde unghiul C va fi: Unghiul D se calculează cu relaţia; Pentru această pozitie b1 si b2 au expresiile : Astfel rezultă forţele : Al doilea diametru minim necesar se poate calcula cu relaţia:

      
          Se adoptă din tabelul 5 de cilindrii hidraulici standardizaţi DC1>D*C1 şi cu acesta diametrul tijei Dt1 si partea fixa Pf1

Tabel 5

Din tabelul de mai sus se adoptă cilindrul cu diametrul nominal DC1=110 mm având  diametrul tijei Dt1=70 mm si partea fixă  Pf1=360 mm.
Lungimea de montaj al cilindrului se calculează cu urmatoare relaţie:

Coordonatele punctului A sunt :

Cap. 4 Determinarea dimensiunilor principale ale standului
In figura 7 este prezentata schema cinematică a standului , având cupa în cele doua poziţii extreme .Linia VV’ este pe direcţia axei cilindrului hidraulic al standului în cele doua poziţii extreme . Vom determina coordonatele punctelor V si V’ în sistemul de axe de coordonate considerat anterior.

Coordonatele punctelor V’ si V’’ se determină cu relaţia:

Ecuaţia dreptei ce trece prin punctele V’,V’’ este:

Notăm cu  si cu  rezultă ca ecuaţia dreptei se scrie sub forma  unde ”m” este panta dreptei .

         Cursa maximă pe care ar trebui să o realizeze pistonul cilindrului hidraulic al standului  se calculează cu relaţia :

Cursa totală trebuie sa înglobeze si rezervele de la capete:

Cap 4.1. Determinarea dimensiunilor cilindrului standului
Cilindrul standului trebuie sa poată prelua forţe maxime realizate de mecanismul balansierului . La presiunea nominală (Pn=28 MPa) cilindrul balansierului produce o forţa egală cu :

Această forţa va produce în elementul 4 o forţa de compresiune egală cu

unde  şi
Rezulta ca forta F4 are valoarea
Forţa F4 va produce la varful cupei o forţa FV egala cu  cu
Rezultă că forţa FV este egală numeric
Se estimează (provizoriu) că lungimea de montaj al cilindrului hidraulic al standului este cu circa 20% mai mare decât cursa totala :

Coordonatele provizorii ale punctului I , notat cu I’ pentru a-l distinge de cel final , sunt:

Descompunerea forţei de la vârful cupei este prezentată în figura 8

Fie V vârful cupei la un moment dat , când forţa perpendiculară pe I5 este FV (figura 8). Se proiectează forţa FV pe direcţia axei cilindrului standului pentru a se obţine forţa care apare în tija.
Pentru un unghi  curent unghiul este :
Ca urmare :
Unghiul
Din figura 8 rezultă că unghiul :
Se pot calcula astfel forţele FS si FE :


Întrucăt presiunea pe stand este limitată la Pas= 14 MPa se poate calcula diametrul minim necesar al pistonului cilindrului.
Forţa maximă ce apasă cilindrul standului este 189499 N rezultă ca diametrul minim necesar cilindrului standului este:

Se adoptă din tabelul nr 8 cu cilindrii  hidraulici standardizaţi cilindrul cu diametrul  =140 mm si componentele acestuia si anume diametrul tijei Dt=90 , partea fixa Pf=420 mm.
Se determina lungimea de montaj a cilindrului :

Coordonatele punctului I reale vor fi:

Cap.5 Alegerea pompei hidraulice si a motorului electric
Cap 5.1 Alegerea pompei hidraulice de alimentare
Prin tema de proiect s-a impus un timp maxim de deschidere a cupei de 12 secunde. Volumul de ulei care se afla în cilindrul hidraulic când acesta se afla la cursa maximă este:

Acest volum de agent hidraulic  este produs de o pompa hidraulică cu debit constant care satisface cerinţele din tema:
-Pmax=28 MPa
-nsincronism=1500 rot/min
Se adoptă , ca tip de pompă hidraulică cu pistonaşe axiale din grupa F1.
Volumul de ulei se poate scrie ca fiind :
 cu Vg- volum geometric specific
Întrucat motorul electric nu a fost adoptat se va aproxima turaţia reala cu turaţia de sincronism (1500rot/min).
Pe baza acestor considerente se poate calcula volumul geometric specific minim necesar pe care trebuie sa îl aibă pompa :

Din catalogul de pompe hidraulice se alege pompa cu cilindreea Vg=45 cm3/rot cu urmatoarele caracteristici: unghiul α=25o presiunea maxima p=320 bari , n=1450 rot/min.
Cap 5.2 Alegerea motorului electric
Puterea necesara antrenării pompei hidraulice este:

Din tabelele de motoare electrice se alege un motor de 30 KW cu urmatoarele caracteristici turaţia motorului n=1450 rot/min , tensiune de alimentare 380 V, masa motorului 290 kg.
Ca urmare se poate calcula viteza relative de deplasare a pistonului cilindrului balansier fata de corp :

Cap 6  Determinarea pozitiilor ,vitezelor in cazul mecanismului compus dintr-un cilindru si o manivela
Cap 6.1 Determinarea pozitiilor
          Se presupun cunoscute poziţiile punctelor fixe A(XA,YA) si C (XC,YC) şi debitul de alimentare al cilindrului hidraulic , Q. In figura 9 este prezentata schema de principiu a mecanismului.

Lungimea cilindrului hidraulic ,la un moment dat are urmatoarea relaţia:
  (1)
Cursa curentă S se calculează cu relaţia  S=S0+vp  , unde S0 este cursa la t=0
Distanţa AF este  (2)
Unghiul ε se calculează cu relaţia:
  (3)
Unghiul F se poate calcula cu relaţia:
     (4)
unde Sp este semiperimetru in triunghiul ABF si se calculează cu relaţia :
     (5)
Coordonatele punctului B vor fi calculate după relaţia :
   (6)
Coordonatele punctului C aparţinând elementului 3 vor fi calculate cu relaţia :
(7)

Relaţiile (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7) vor fi introduse  într-o foaie de calcul al programului XCEL de la Microsoft Office si se vor obtine şase poziţii pentru coordonatele punctului B si coordonatele punctului C ; rezultatele obtinute sunt trecute în tabelul  6 ,

Tabel  6

Cap 6.2. Determinarea vitezelor
In scrierea ecuaţiei de viteze a punctului B faţa de punctul A se are in vedere existenţa vitezei relative dintreelementele 1 si 2 ,  
Astfel  viteza în punctul B are relaţia :
 (1)
Când este alimentat cilindrul hidraulic  pe faţa mare a pistonului  au acelaşi sens si se adoptă semnul plus , iar atunci când alimentarea se face pe faţa mică a pistonului  au sensuri opuse si se adoptă semnul minus .
Faţă de punctul F viteza punctului B are relatia :
 sau = (2)
Din relaţia (2) rezultă urmatorul sistem:
  (3)
Din ultima relaţie  a sistemului  rezultă :
  (4)
şi înlocuind în prima relaţie din sistem  vom obţine :

Din această relaţie  rezultă :
   (6)
Viteza în punctul B va fi :
   (7) ;
Viteza în punctul C va fi :
 (8) ;
Relaţiile (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7) ,(8) vor fi introduse  în programul XCEL de la Microsoft Office si se vor obţine vitezele unghiulare w1 si  w3 si vitezele în punctele B si C ; rezultatele obtinute sunt trecute in tabelul  7.

Tabel  7

Cap. 7 Analiza mecanismului patrulater. Calculul poziţiilor si vitezelor

Fie mecanismul patrulater din figura numarul 10 în care sunt prezentate principalele mărimi care intervin în calcul.
Se fac urmatoarele ipoteze :

1. Se cunoaşte mişcarea elementului FC ca element conducător ;
2. Se cunosc coordonatele punctelor F(XF,YF) si D(XE,YE)

Cap 7.1 Calculul pozitiilor
Fiind usor aplicabilă în scheme logice se preferă pentru calcul relaţia semitangentei.
Diagonala   se calculează cu relaţia :
 (1)
Unghiul  se calculează cu relaţia :
 (2)
În triunghiul CEF calculăm unghiul  cu relaţia :
 (3)
Unde  este semiperimetru triunghiului CEF si se calculează cu relaţia:
  (4)
Iar în triunghiul CED  calculăm unghiul  cu relaţia:

 (5)
Unde  este semiperimetru triunghiului CED si se calculează cu relaţia:
 (6)
Unghiul  se calculează cu relaţia:
 (7)
Ca urmare obţinem poziţiile pentru punctele C si D care se calculează cu relaţiile:

  (8)
Relaţiile (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7) ,(8) vor fi introduse într-o foaie de calcul XCEL si se vor calcula poziţiile mecanimului patrulater pentru şase poziţii . Rezultatele obţinute sunt trecute in tabelul numarul 8:
Tabel  8

Cap. 7.2. Calculul vitezelor mecanismului patrulater
Viteza punctului C este dată de relaţia:
 (1);
De unde rezultă     (2)
Viteza punctului C a fost calculată în capitolul anterior deci este o marime cunoscută.
Calculăm viteza punctului D fată de punctele C si E astfel:
Faţa de punctul C viteza lui D este data de relaţia :
      (3)
Faţa de punctul E viteza lui D este dată de relaţia :
 (4)
Egalăm relaţia (3) cu relaţia (4) si obţinem urmatorul sistem:

(5)

De unde rezultă si  egale cu relaţiile:
   (6)

  (7)

Viteza in punctul D este dată de relaţiile:
     (8)
      (9)
Relaţiile (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7) ,(8) ,(9) vor fi introduse într-o foaie de calcul XCEL si se vor calcula vitezele unghiulare ,  respective vitezele punctului D  şi  pentru şase poziţii . Rezultatele obţinute sunt trecute în tabelul 9:
Tabel 9

Cap 8. Determinarea vitezelor din cupa
În calculul parametrilor menţionaţi pentru cupa şi cilindrul hidraulic de pe stand se pleaca de la figura 11

Figura 11 Ansamblu cilindru stand -cupa

Punctul G corespunde cu punctul V .Astfel viteza punctului V scrisă faţă de punctul E va fi data de relaţia :
 (1)
Faţă de punctul I viteza punctului V este dată de relaţia:
  (2)
Egalând relaţiile (1) si (2) rezultă :
  (3)

(4)
Necunoscutele sistemului sunt  si .Din a doua ecuaţie se scoate şi are relaţia:

  (5)
Înlocuind  si în prima ecuaţie a sistemului obţinem relaţia:
    (6)
Separăm termenii sisi obţinem relaţia:
   (7)
Notăm cu :
   (8)
şi cu:
   (9)
 Rezultă că are relaţia:
   (10)
Cu  calculate se introduce în relaţia (5) se calculează .
Relaţiile (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7) ,(8),(9) ,(10) se vor introduce intr-o foaie de calcul al programului XCEl si vom obtine sase valori la un moment dat pentru  si. Valorile se pot observa în tabelul  10.
Tabel 10

În figura 12 se poate obseva evoluţia vitezei de la vârful cupei