UVOD Pojam prenosnika snage
Uređaj ili sklop uređaja čiji je osnovni zadatak da snagu/obrtni moment/mehaničku energiju, dobijenu od pogonskog motora (elektromotor, SUS motor, parna turbina ...), efikasno prenese na: — drugu mašinu (pumpa, kompresor, venAlator, itd.), — druge mehanizme (pogonski točkovi kamiona za transport, gusenice dozera i bagera, itd.) ili — direktno na radni organ (dleto za bušenje, radni točak rotornog bagera, itd.). Pomoću njih se takođe može izvršiA promena: — parametara snage, veličine obrtnih momenata i ugaonih brzina ili sile i njenih brzina.
Pogonska mašina
Prenosnik snage
Radna mašina
Pravilno odabran prenos snage, sa pogonskog motora na radni organ gonjene mašine, značajno uAče na: — Funkcionalnost mašine, — Stepen iskorišćenja uložene energije, — Sigurnost u radu, — Pouzdanost i raspoloživost, — Ekonomičnost rada, — Cenu koštanja finalnog proizvoda.
Prenosnici snage moraju da ispune sledeće zadatke: — da regulišu obrtni moment, broj obrtaja, smer obrtaja, itd. u zavisnosti od vrste spoljašnjeg opterećenja; — da regulišu radne karakteristike (protok, napor) pumpi, kompresora, itd.; — da izvrše sumiranje potrebne snage motora pri grupnom pogonu više različitih uređaja; — da obezbede miran start i zaštitu od preopterećenja pogonskog motora.
POGONSKA MAŠINA
obrtni moment 1
PRENOSNIK SNAGE
transformacija
RADNA MAŠINA
obrtni moment 2
Uvođenje prenosnika kao posrednika između pogonske i radne mašine diktirano je uslovima rada kako radne tako i pogonske mašine. 1. Potrebna ugaona brzina radne mašine vrlo retko odgovara najpogodnijoj ugaonoj brzini pogonske mašine (obično je mnogo manja). 2. Čest je slučaj da ugaonu brzinu glavnih delova radne mašine treba menjati nezavisno od ugaone brzine pogonske mašine, jer menjati ugaonu brzinu pogonske mašine u širim granicama ili je vrlo neekonomično, ili čak i nemoguće. 3. Pogonske mašine imaju obično konstantnu ili približno konstantnu ugaonu brzinu, uz konstantan obrtni momenat. 4. Veće smanjenje minutnog broja obrta kod pogonske mašine u većini slučajeva dovodi i do smanjenja obrtnog momenta, što je vrlo nepovoljno za radnu mašinu, jer ona zahteva velike obrtne momente pri malim brzinama. 5. Brojevi obrtaja pogonskih mašina obično su veliki, a obrtni momenti mali, dakle određena snaga postiže se velikim ugaonim brzinama a malim obrtnim momentima.
ω1 M1
Pogonska mašina
Prenosnik snage
ω1 >> ω2
v1 = max ; M1 = min
ω1 = const ;
v2 = min ; M2 = max
M1 = const
Radna mašina
ω2 M2
Radna mašina zahteva u većini slučajeva male brojeve obrtaja, a velike obrtne momente: — u toku režima rada ili — u izvesnim periodima. Prenosnici omogućuju građenje pogonskih mašina sa velikim brojevima obrta, a malim obrtnim momentima, jer oni vrše povećanje obrtnog momenta na račun smanjenja ugaone brzine. Brzohoda pogonska mašina zajedno sa prenosnikom ima manje dimenzije i manju težinu nego sporohodna pogonska mašina upotrebljiva bez prenosnika. Prenosnikom se u izvesnim slučajevima savlađuje i rastojanje između radne i pogonske mašine, ako je iz nekih razloga potrebno radnu mašinu udaljiti od pogonske.
Prenosnici snage se klasifikuju prema više različiAh kriterijuma: Prema pogonskom motoru
Prema mestu ugradnje
Prema načinu prenosa snage
Prema konstrukciji prenosnika
Motori SUS Elektromotori Hidraulički motori PneumaAčki motori Kombinovani pogon
Stacionarni Mobilni
Pojedinačni Grupni
Mehanički Hidraulički PneumaAčki Električni Kombinovani
Zahtevi prenosnicima snage
Nedostaci postrojenja sa prenosnicima snage
Veliki stepen koeficijenta korisnog dejstva
Složena struktura postrojenja (mašine) sa prenosnikom snage
Kvalitetan prenos snage do gonjene mašine
Niži stepen korisnog dejstva
Velika čvrstoća elemenata za rad u teškim uslovima rada
Viša cena postrojenja (mašine), itd.
Pouzdanost i ekonomičnost Lako opsluživanje i održavanje
Po načinu transformacije obrtnog momenta pogonskog sistema, sistemi prenosa mogu biA: – MEHANIČKI (moment se prenosi na dva načina – trenjem i oblikom, s neposrednim i posrednim dodirom pogonskog i gonjenog člana), – HIDRAULIČKI i PNEUMATIČKI (moment se prenosi uz pomoć tečnosM ili gasova, uglavnom pod priAskom), – ELEKTRIČNI (moment se prenosi električnim putem).
MEHANIČKI PRENOS SNAGE Mehanički prenosnici snage su po svojoj konstrukciji najprosMji prenosnici. : Predstavljaju mašinsku grupu koja na rudarskoj mašini obavlja parcijalne funkcije prenosa i transformacije snage od pogonske do radne mašine. : Pod pojmom mehanički prenosnik snage podrazumeva se mehanizam koji služi za prenos snage sa, po pravilu, izmenom: -‐ Broja obrtaja, -‐ Momenta, -‐ Vučne sile ili -‐ Smera obrtaja.
dodirivanjem.
: Mehanička energija se prenosi preko mašinskih delova međusobnim
Drugim rečima, mehanički prenosnici mogu prenosiA energiju odnosno menjaA obrtni moment i ugaonu brzinu, bilo prianjanjem, bilo zupcima, neposrednim dodirom pogonskog ili gonjenog elementa, bilo preko posrednika. Veza između pogonske i gonjene mašine se ostvaruje posredstvom prenosnika snage koje čine mašinski elemenA urađeni od čvrsAh materijala (metali, plasAke, gume, itd.) – može se reći da je ova veza čvrsta.
PREMA NAČINU PRENOSA SNAGE
PREMA PREMA MESTU UGRADNJE NAČINU UPRAVLJANJA
Prenosnik sa ozubljenjem Prenosnik sa trenjem
Stacionarne Mobilne
REDUKTORI PLANETNI PRENOSNICI MENJAČI BRZINA KAIŠNI PRENOSNICI VARIJATORI
Neregulisane Regulisane
REGULACIJA BROJA OBRTAJA SE OBAVLJA KonAnualno DiskonAnualno odnosno, Pri graničnoj snazi Promenljivoj graničnoj snazi
U principu, glavni Apovi mehaničkih prenosnika su: – frikcioni prenosnici; uobičajeno je da frikcione prenosnike nazivamo one sa neposrednim dodirom frikcionih (tarnih) tela; izvode se sa paralelnim i ukrštenim osama; – remeni prenosnici; remeni prenosnici su prenosnici takođe sa neposrednim dodirom frikcionih (tarnih) tela, s Am što ta frikciona tela povezuje vučni element – remen; takođe se izvode sa paralelnim i ukrštenim vraAlima; najčešće se rade sa pljosnaAm, klinasAm i zupčasAm remenjem; – lančani prenosnici; upotrebljavaju se kod velikih osnih razmaka i paralelnih vraAla; najčešće se izvode sa dvostrukim valjkasAm lancem ili sa zupčasAm lancem; – zupčasM prenosnici; upotrebljavaju se za veoma visoke brojeve obrtaja i u širokom dijapazonu prenosnih odnosa; izrađuju se sa različiAm položajem osa; imaju veliku pogonsku sigurnost i dug vek trajanja uz mogućnost kratkotrajnog preopterećenja;
TEORIJSKE OSNOVE Da bi se jedan prenosnik snage sa uspehom projektovao/izabrao, neophodno je raspolagaA sa većim brojem informacija, koje precizno definišu sledeće zahteve: 1. Tip i osnovne tehničko-‐tehnološke parametre radne mašine; 2. Vrsta i karakterisMke pogonskog motora; 3. Vrsta i karakterisMke radnog uređaja; 4. KinemaMčka shema prenosnika snage; 5. KinemaMka prenosnika snage; 6. Dinamika prenosnika i proračun snage; 7. Proračunska i stvarna opterećenja elemenata i sklopova prenosnika.
1. Tip i osnovni tehničko-‐tehnološki parametri radne mašine Saglasno specifičnosAma primene mašine, definišu se vitalni parametri mašine. Generalno su to: -‐ Mesto primene, -‐ Uslovi radne sredine, -‐ Namena, -‐ Kapacitet (otkopavanja, utovara, transporta, ispumpavanja, itd.), -‐ Brzina (transporta, bušenja, itd.), -‐ Očekivani radni vek, -‐ Mere sigurnosM mašina i ljudstva koje ih opslužuje, itd.
2. Vrsta i karakterisMke pogonskog motora Kada su pogonski motori u pitanju, neophodno je raspolagaA podacima koji definišu: -‐ Mesto primene, -‐ Uslovi radne sredine, -‐ Časovnu ili dugotrajnu snagu, -‐ Maksimalni obrtni moment (dugotrajan), -‐ Mogućnost preopterećenja, -‐ Broj obrtaja, -‐ Mere sigurnosM mašina i ljudstva koje ih opslužuje, itd.
3. Vrsta i karakterisMke radnog uređaja Radni uređaji (organi) mašina koje se koriste u rudarstvu su brojni sa velikim opsegom specifičnih rešenja, čak i za organe koji se koriste za iste namene (otkopavanje naprimer). Razloga za ovo ima više: — Mesto primene: -‐ Podzemna eksploatacija, površinska eksploatacija, industrija naAe i gasa, načini transporta, prerade, itd. — Uslovi radne sredine: -‐ Fizičko-‐mehaničke osobine materijala u kojem se radi, prisustvo vlage, zapaljivih gasova, visokih temperatura, itd., — Željeni izlazni parametri: -‐ Kapacitet otkopavanja, protok i napor pumpe, itd.
4. KinemaMčka shema prenosnika snage Osnovu za formiranje kinemaAčke sheme prenosnika snage su: — SpecifičnosA primene radne mašine, — SpecifičnosA dejstva i konstrukcije radnog organa, — Sile i momenA koji opterećuju elemente mašine i radnog organa. Namena kinemaAčke sheme je da preko prostog crteža prikaže koncepcijsko rešenje prenosnika snage sa svim elemenAma koji se koriste za formiranje prenosnika. Sa kinemaAčke sheme lako je definisaA: — Ulazne i izlazne parametre prenosnika snage (prenosni odnos, ulazni broj obrtaja, itd., — Položaj elemenata prenosnika snage, — Dejstvujuće sile, — Smerove obrtanja pojedinih elemenata, — Načine montaže i demontaže elemenata i sklopova, itd.
22322 m=8, z=22
2 22322
450 kW 900 min-‐1
m=12, z=28 22328
1
m=8, z=126 m=28, z=12 22340 23068
1. 2. 3. 4.
Pogonski motor Prenosnik snage (reduktor) ZupčasA par sa kućištem i ekscentrom Papuča
22328 m=12, z=112 22340
23068
3
m=33, z=12
3 10979/710 (ГПЗ)
10979/710 (ГПЗ) m=28, z=53
m=33, z=69
4
4
KinemaMčka shema mehanizma
5. KinemaMka prenosnika snage Zadatak kinemaAke je da definiše: — Brzine, — Ubrzanja i — Vreme kretanja RADNOG ORGANA.
6. Dinamika prenosnika snage Dinamičko opterećenje nastaje kao posledica ubrzanja-‐usporenja. Definiše se kao koeficijent dinamičnosA: KD =𝐅𝐬𝐭+𝐅𝐝/𝐅𝐬𝐭 (Fst – staAčko opterećenje, Fd – dinamičko opterećenje). Dinamičko opterećenje se definiše prema specifičnosAma primene i rada prenosnika snage. OpFmalna snaga / obrtni moment se definiše pri maksimalnom opterećenju/masi u okviru radnog procesa.
7. Proračunska i stvarna opterećenja elemenata i sklopova prenosnika snage Osnovni parametri koje treba definisaA pri proračunu elemenata i sklopova prenosnika su: 1. Broj ciklusa opterećenja, 2. Minimalni, maksimalni i srednji obrtni moment, 3. Koeficijent varijacije u radu, 4. Stvarni proračunski moment. ElemenA mehaničkih prenosnika se proveravaju na čvrstoću: 1. Pri složenom ravnomernom opterećenju, 2. Pri udarnom opterećenju, kao i 3. Stepen sigurnosM.
ELEMENTI PRENOSNIKA SNAGE ElemenA mehaničkih prenosnika snage su: zupčanici različiAh konstrukcija, lančanici, za prenosnike kod kojih se prenos snage obavlja ozubljenjem odnosno kaišnici i frikcioni točkovi za prenosnike kod kojih se prenos snage obavlja trenjem. Ovi elemenA u sklopu sa: vraMlima, ležajevima, zapMvačima i drugim mašinskim elemenAma formiraju prenosnik snage, a prema zahtevima primene. Veza pogonski motor – prenosnik snage je direktna (retko) ili indirektna, preko spojnica (najčešće) različiAh konstrukcija.
Pogonski zupčanik
Pul = Tul ⋅ ωul
EM
Izlazno vratilo Kućište Gonjeni zupčanik
Ulazno vratilo TRANSFORMACIJA SNAGE
RADNA MAŠINA (RADNI ORGAN)
Pizl = Tizl ⋅ ωizl
Spojnice Spojnice su elemenA koji su namenjeni da ostvare vezu između vraAla pogonskog motora i vraAla prenosnika snage. Prema konstrukciji se dele na: 1. Krute, koje ostvaruju čvrstu vezu između dva vraAla; 2. Uzdužno pokretljive (dilatacione), namenjene za kompenzaciju temperaturnih dilatacija, ali i aksijalnog pomeranja vraAla koja su u vezi; 3. ElasMčne, namenjene da priguše torzione oscilacije, ali i nesavršenosA u montaži i opterećenju; 4. Zglavkaste, za vraAla koja se spajaju pod uglom; 5. Specijalne: uključno-‐isključne spojnice, sigurnosne spojnice, automatske spojnice, itd.
ElasMčna spojnica ima kao elasAčni element gumeni prsten, koji je umetnut između pogonskog i gonjenog vraAla. Dobre osobine: -‐ Izravnjanje malih netačnosA u sklapanju susednih vraAla, -‐ Prigušenje promena obrtnog momenta i udarnog opterećenja, -‐ Mirno startovanje i zaustavljanje gonjene mašine. Koriste se za prenos snage od motora SUS do gonjene mašine, naprimer.
Frikcione spojnice spadaju u grupu spojnica kod kojih je moguće uključivanje-‐isključivanje pod opterećenjem. Obrtni moment se prenosi trenjem na kontaktnim površinama koje mogu biA: papuče, ravne frikcione površine (disk), konusne frikcione površine, traka, itd.
Uključivanje-‐isključivanje frikcione spojnice je meko.
Pri naglom opterećenju ili nekom drugom poremećaju dolazi do proklizavanja.
Posledice su porast temperature i habanje na dodirnoj površini. Hlađenjem se smanjuje uAcaj.
Za manje opterećenje hlađenje je vazduhom dok kod jako opterećenih, hlađenje se izvodi uljem.
PneumaMčke spojnice se koriste kao spojnice sa mogućnosAma uključivanja i isključivanja. Prenos obrtnog momenta se ostvaruje trenjem između frikcionih umetaka (lamela). Sila kontakta se ostvaruje dejstvom uvođenjem sabijenog vazduha u balon. Snabdevanje sabijenim vazduhom, razvod vazduha i upravljanje se ostvaruje: cevovodima, razvodnicima, venAlima, regulatorima priAska, protoka, itd. Radna mašina je kompresor koji pogon, posredstvom prenosnika snage, dobija od dsizel motora. Prosta struktura sistema za upravljanje i dobre elasAčne osobine učinile su da se ove spojnice masovno koriste na teško opterećenim postrojenjima.
Kardanske spojnice se koriste za prenošenje obrtnog momenta na mesAma gde su ose vraAla pod određenim uglom. Ona se sastoji od dva vraAla koja su zglobno povezana krstom kardana. Prenos obrtnog momenta nije ravnomeran – pri stalnoj obimnoj brzini predajnog vraAla, prijemno vraAlo imaće periodično promenljivu brzinu.
Elektromagnetne spojnice spadaju u grupu spojnica sa automatskim upravljanjem. Elektromagnet dobija energiju od generatora, a ona zavisi od broja obrtaja motora.
Pri praznom hodu motora napon generatora je nedovoljan te magnetski tok ima malu veličinu i kao posledica toga, kvačilo se ne uključuje. Povećanjem broja obrtaja motora napon generatora se povećava i spojnica se uključuje ravnomerno. Prilikom uspostavljanja magnetskog toka između, feromagneAčni prašak ispunjava prostor vazdušnog zazora između pogonskog i gonenjog elementa Posle isključivanja spojnice feromagneAčni prašak može ostaA delimično namagneAsan i kao posledica toga, spojnica može prenosiA obrtni moment iako je isključena. Da bi se ova pojava izbegla, kroz namotaje elektromagneta pušta se suprotan tok struje, nakon čega se prašak razmagneAše.
Zupčanici Zupčanici su mašinski elemenA koji zahvaljujući zupcima prenose obrtni moment bez klizanja, odnosno, zamišljeni dodirni krugovi zupčanika se kotrljaju jedan po drugome bez klizanja ili puzanja. Dva zupčanika, koji rade u sklopu, zovu se spregnuA zupčanici. Obimne brzine dodirnih krugova su jednake, a spregnuA zupčanici se okreću u suprotnim smerovima. Generalno, zupčanici se mogu podeliA u tri grupe.
Cilindrični za paralelna vraMla
Zupčanici za vraMla koja se seku
Zupčanici za vraMla koja se mimoilaze
Sa pravim zubima
Konični zupčanik sa pravim zubima
Cilindrični zupčanici sa helikoidnim zubima
Sa helikoidnim zubima
Konični zupčanika sa lučnim zubima
Pužni par
Sa strelasMm zubima Sa unutrašnjim ozubljenjem
Konični zupčanik sa hipoidnim zubima
Lančanici LančasM prenosnici spadaju u grupu prenosnika koji za prenošenje snage koriste obvojni element – lanac. Kod lančastog prenosnika, klizanje je onemogućeno jer su lančanici snabdeveni zupcima koji zahvataju elemente lanca i prisilno ih pokreću. LančasA prenosnici se koriste kao elemenA za pojedinačni prenos snage ili u sklopu lančasAh reduktora za grupni prenos snage. Povoljni su jer mogu da premoste velika osna rastojanja između pogonskih vraAla.
Frikcioni točkovi Pod pojmom frikcioni točkovi podrazumevaju se dva točka, koja su priAsnuta jedan uz drugi i prenosi obrtni moment sa jednog vraAla na drugo, zahvaljujući trenju na dodirnoj površini. Po konstrukciji mogu biA: -‐ Cilindrični za paralelna vraAla i -‐ Konični za vraAla koja se seku.
Kaišni prenosnici Kaišni prenosnici rade na principu prenosa snage trenjem.
Mogu biA sa pljosnaAm kaišom ili sa trapeznim kaišom. Kaišni prenosnici spadaju u grupu prenosnika koji za prenošenje snage koriste obvojne elemente – kaiš.
Par trenja, kaišnik-‐kaiš, obezbeđuje gipku vezu između vodećeg i vođenog vraAla.
Pljosnat kaiš se upotrebljava za prenos malih snaga (1-‐100 kW) sa obimnim brzinama 20-‐30 m/s, a trapezni za veće.
Imaju Ahi rad i mogućnost klizanja – u slučaju preopterećenja šAte od havarije.
REDUKTORI Sklop nekoliko zupčanika (lančanika, kaišnika), monAranih na dva ili više vraAla, koja se preko ležajeva oslanjaju na kućište. Namenjeni su: -‐ da obezbede kvalitetan prenos i transformaciju obrtnog momenta pogonskog motora, -‐ da smanje/reduciraju broj obrtaja vraAla pogonskog motora na broj obrtaja potreban za pogon radnog organa, -‐ da obezbede siguran rad gonjene mašine. Mašine kod kojih se smanjuje obrtni moment, a povećava broj obrtaja, nazivaju se mulAplikatori.
Prema broju stepena prenosa
Prema položaju vraMla
Prema vrsM konstrukcije kućišta
Jednostepeni
Reduktori sa paralelnim vraAlima
Livena kućišta
Višestepeni
Na planetne reduktore
Zavarena kućišta
Na reduktore sa vraAlima koja se seku Na reduktore sa vraAlima koja se mimoilaze
Reduktori se grade za prenosne odnose i = 1-‐10000, snage do 100 MW, obimne brzine do 30 m/s (izuzetno do 150 m/s), sa koeficijentom korisnog dejstva do 0,97-‐0,99 (porastom prenosnog odnosa ovaj koeficijent može drasAčno da opadne). Izbor kinemaAčke sheme reduktora je tesno povezan: -‐ sa vrstom pogonskog motora, -‐ načinom dovoda pogonske snage kao i -‐ sa funkcijom koju gonjena mašina / radni organ obavlja. Dodatni uslovi za izbor: -‐ ograničenja po dimenzijama i težini, -‐ zahtevi montaže, -‐ pogodnost za održavanje i remont, itd. Otežavajući uslovi za izbor: -‐ uslovi radne sredine: prašina, vlažnost, koroziono dejstvo, prisustvo eksplozivnih gasova.
REDUKTORI SA PARALELNIM VRATILIMA Konstrukcija koja se najčešće sreće na rudarskim mašinama. Odlike: -‐ prosta konstrukcija, -‐ velika pouzdanost, -‐ mali gabariA, -‐ visok stepen korisnog desjtva. Izvode se po različiAm kinematskim shemama, zavisno od uslova i mesta primene, najčešće kao jednostepeni i višestepeni prenosnici snage.
Konstrukcije prenosnika snage sa paralelnim vraMlima Konstantan broj obrtaja i konstantan Promenljiv broj obrtaja i promenljiv obrtni moment obrtni moment KLASIČNA IZVEDBA MENJAČI
KALSIČNA IZVEDBA Primenjeni zupčanici su najčešće cilindrični sa kosim zubima. Zupčanici su monArani na vraAla koja se preko ležajeva oslanjaju na kućište reduktora. Kućišta mogu biA livena ili zavarena. Podmazivanje je uljem, najčešće u uljnom kupaAlu, mada se kod jako opterećenih reduktora, korisA i prinudno podmazivanje. Ovakva konstrukcija reduktora je za KONSTANTAN BROJ OBRTAJA i KONSTANTAN OBRTNI MOMENT.
MENJAČI Osnovni nedostatak je stepenasta promena broja obrtaja i potreba da se kratkotrajno prekine dovod snage na glavnom vraAlu. Kod menjača na mašinama koje su jako opterećene, zbog izbegavanja prekida prenosa snage pri promeni brzine, formirana su tehnička rešenja sa stalno ozubljenim vraAlima. Uključivanje-‐isključivanje para zupčanika određene brzine se ostvaruje frikcionim spojnicama (dejstvom klipa komandnog hidrauličkog uređaja i sile u oprugama). Ovakva konstrukcija menjača je za PROMENLJIV BROJ OBRTAJA i PROMENLJIV OBRTNI MOMENT.
PLANETARNI REDUKTORI Planetni/planetarni prenosnici snage – reduktori, su konstrukcije koje koristeći cilindrične zupčanike sa pravim zubima, obezbeđuju mogućnost značajnog smanjenja gabarita prenosnika. Smanjenje dimenzija prenosnika snage uz značajno povećanje snage koja se može preneA, je posledica činjenica da se snaga prenosi preko najmanje tri, a ponekad i šest zupčanika satelita. Takođe, korisA se i unutrašnje ozubljenje što dodatno uAče na dimenzije prenosnika. Osnovni elemenA ovog prenosnika su: 1. Sunčani zupčanik, 2. Planetni zupčanik (satelit) i 3. Zupčanik sa unutrašnjim ozubljenjem.
Kod ovakvog prenosnika, pogonska snaga se preko sunčanog zupčanika predaje zupčanicima. Ako je nosač zupčanika fiksiran, okreće se zupčanik sa unutrašnjim ozubljenjem. Ako je zupčanik sa unutrašnjim ozubljenjem fiksiran, okreće se nosač planetarnih zupčanika. Planetarni reduktori se izvode kao jednostepeni i višestepeni. Menjači brzina, formirani od planetarnih prenosnika, imaju spregnute zupčanike, a brzine se uključuju-‐ isključuju frikcionim spojnicama koje se hlade uljem. Za ove menjače je karakterisAčno da se odlikuju malim dimenzijama, mirnim radom i mogućnosAma prenosa velikih snaga.
REDUKTORI SA VRATILIMA KOJA SE SEKU / MIMOILAZE Često se javlja potreba da se za prenos snage koriste reduktori kod kojih se vraAla seku ili mimoilaze. Pored ovog kriterijuma, primenljivost ovih reduktora se opravdava i sledećim: -‐ Da zubi zupčanika budu u stalnom kontaktu (hiperboloidni zupčanici), -‐ Da se ostvari veliki prenosni odnos ili -‐ Miran i Ah rad (pužni zupčanici).
Planetarni reduktori sa vraAlima koja se seku se masovno korsite na transportnim uređajima, kada se nazivaju diferencijali. Kod ovih reduktora u stanju kretanja su sva tri osnovna sklopa. Kod transportnih mašina to dozvoljava mogućnost eliminacije proklizavanja točkova, do kojeg bi sigurno došlo, kada se oni okreću različitom ugaonom brzinom (zbog dužine puta koji treba preći u krivinama ili zbog različitog prečnika točka).
VARIJATORI Spadaju u grupu mehaničkih/frikcionih prenosnika, a namenjeni su da izvrše konAnualnu promenu broja obrtaja (izlaznog) vraAla. Varijatori se dele na: -‐ Varijatori sa paralelnim vraAlima, -‐ Varijatori sa vraAlima koja se seku, -‐ Planetarni varijatori. ElemenA varijatora su frikcioni točkovi koji mogu biA cilindrični ili konični. Grade se za manje snage 20-‐30 kW, a primenjuju se na onim mašinama gde je potrebna konMnualna promena broja obrtaja. Zbog problema proklizavanja frikcionih točkova nije moguće održaA konstantan broj obrtaja, tako da se ne očekuje velika preciznost tokom prenosa snage.
KOČIONI UREĐAJI Osnovna namena uređaja za kočenje je da obezbedi: -‐ Smanjenje brzine kretanja, -‐ Zaustavljanje, -‐ Zadržavanje u nepokretnom položaju, itd.
Mehaničke
Podela prema načinu delovanja Hidromehaničke Elektromehaničke
Podela mehaničkih kočnica prema konstrukciji Kočnice sa papučama Kočnice sa trakom Kočnice sa diskom
Kočni sistem obuhvata kočni mehanizam i pogon kočnica i može da dejstvuje neposredno na elemente pogona ili na elemente transmisije. Kočioni sistemi treba da obezbede: 1. minimalni put kočenja ili maksimalno usporenje pri kočenju u slučaju havarije; 2. očuvanje stabilnosM tegljača pri kočenju -‐ ravnomernu raspodelu sila između elemenata pogona. Obezbeđenje visoke pouzdanosA kočionog sistema posAže se ugrađivanjem više sistema, koji rade nezavisno jedan od drugog ili koji poseduju nezavisne pogone za jedan isA kočni mehanizam. Zavisno od namene kočnica i elemenata, na koji dejstvuju kočni sistemi, razlikuju se: -‐ radni kočni sistemi, -‐ kočni sistemi mehanizma okretanja (koji istovremeno mogu biM radni), -‐ sigurnosni i -‐ pri stajanju.
Kočni mehanizmi predstavljaju u osnovi izvršne organe kočionih sistema.
Ovi mehanizmi treba da poseduju, pre svega, sposobnost očuvanja kočionih svojstava pri dužem kočenju (ovaj zahtev je vezan za zagrevanje kočnica i moguće otkazivanje dejstava), a zaAm stabilnost kvaliteta kočenja u procesu eksploatacije. Radi toga habanje tarnih površina treba da bude malo i ravnomerno, a regulisanje radnih zazora jednostavno.
Prema mestu ugradnje na vozilu, kočnice mogu biA neposredne i posredne.
Neposredne kočnice se ugrađjuju u točkovima i neposredno deluju na njih. Posredne ili transmisione kočnice se ugrađuju na transmisiji i deluju na jedno od vraAla transmisije.
Prema obliku obrtnih delova kočnice mogu biA dobošaste i pločaste (disk), dok po izgledu kočnih elemenata mogu biA papučaste, pojasne, disk i kombinovane.
Papučaste ili pojasne kočnice mogu biA spoljne ili unutrašnje, zavisno od toga da li su postavljene za dejstvo sa spoljne ili unutrašnje strane doboša. Disk ili pločaste kočnice poseduju ploče, koje se obrću ili su nepokretne. Broj ovih ploča može biA od 1, 3 i više.
Pogon kočnica služi za prenošenje rada od kočne pedale na kočni mehanizam. Po načinu prenošenja pogonske sile na mebanizam kočenja, pogon kočnica može biA: -‐ mehanički, -‐ hidraulički -‐ pneumatski i -‐ kombinovani. Kod mehaničkog pogona kočnica, sila od pedale do mehanizma kočenja se prenosi preko sistema šipki, užadi i poluga. Ovakav pogon se danas primenjuje retko zbog niskog koeficijenta korisnog dejstva, neophodnog čestog i dosta složenog regulisanja i teškoće da se obezbedi istovremeno kočenje svih točkova pri određenom rasporedu kočnih sila izmedju prednjih i zadnjih točkova. Istovremeno mehanički pogon je prakAčno isključivo primenjen za vreme stajanja, jer obezbeđuje sigurnost i omogućava da se tegljač u zakočenom stanju drži neograničeno dugo.
HIDRAULIČKI PRENOS SNAGE Pod hidrauličnim pogonom podrazumevamo mehanizme koji služe za prenos mehaničke energije i transformaciju kretanja pomoću ulja, a sastoje se od: -‐ hidroprenosnika, -‐ upravljačkog sistema i -‐ pomoćnih uređaja. POGONSKI MOTOR
HIDRAULIČKA PUMPA
KONTROLA TOKA FLUIDA OTVORENOG I ZATVORENOG SISTEMA
HIDRAULIČKI MOTOR
RADNA MAŠINA
REZERVOAR ULJA (FLUIDA)
MEHANIČKA ENERGIJA
HIDRAULIČKA ENERGIJA
MEHANIČKA ENERGIJA
Hidraulični prenosnici su složene mašine sa elemenAma koje se mogu svrstaA u tri grupe: - hidraulične radne mašine, - hidraulične motorne mašine i - komponente za napajanje i upravljanje.
Osnovne komponente hidroprenosnika su: - pumpa, - hidromotor ili turbina i - elemenM veze.
Pumpa služi da mehaničku energiju preobrazi u energiju fluida/ulja, a hidromotor pak da raspoloživu energiju fluida preobrazi u mehaničku energiju izvršnog organa. Kao radni fluid, u ovim mašinama, koriste se hidraulična ulja. Ulja za hidrauličke sisteme nisu maziva ulja, u užem smislu reči, već su to ulja koja se koriste kao nosioci energije (mada obavljaju i funkciju podmazivanja). Pored podmazivanja učestvuju i u rashlađivanju i šAte od korozije. Od njih se zahteva da poseduju dobra mehanička, fizička i hemijska svojstva.
Hidraulični prenosnici se prema principu dejstva mogu podeliA na: - hidrostaMčke i - hidrodinamičke. Osnovni zadatak ovih prenosnika je da u radnom delu prenosnika, mehaničku snagu transformišu u hidrauličku energiju i da tako formiranu hidrauličku energiju ponovo transformišu u mehaničku snagu, u motornom delu prenosnika. Ovaj proces se može odvijaA pri konstantnom ili pri promenljivom broju obrtaja.
PrednosA ovih prenosnika su: - kompaktnost konstrukcije, - mogućnost konMnualne regulacije broja obrtaja, - pouzdan rad, itd. Nedostaci su: - skupa izrada, - osetljivost na prljavšMnu, - složeno održavanje, itd.
Fizičko-‐mehaničke osobine fluida za hidrauličke prenosnike snage Kao radni fluid koriste se hidraulična ulja. Ulja za hidrauličke sisteme nisu maziva ulja, u užem smislu reči, već su to ulja koja se koriste kao nosioci energije (mada obavljaju i funkciju podmazivanja). Pored podmazivanja učestvuju i u rashlađivanju i šAte od korozije. Od njih se zahteva da poseduju dobra mehanička, fizička i hemijska svojstva. Hidraulička ulja moraju da poseduju dobra: -‐ mehanička svojstva, -‐ fizička svojstva i -‐ hemijska svojstva.
1. MEHANIČKA SVOJSTVA GUSTINA GusAna se definiše kao jedinica mase u jedinici zapremine: 𝝆=𝒎/𝑽 [𝒌𝒈/𝒎↑𝟑 ]
m – jedinična masa fluida,
V – jedinična zapremina fluida.
Ulja mineralnog porekla koja se koriste u hidrauličkim sistemima su uglavnom sa gusAnom koja je manja od gusMne vode.
STIŠLJIVOST Svojstvo fluida da menjaju svoju zapreminu, sa promenom priAska, naziva se sAšljivost. SAšljivost ulja karakterišu: -‐ zapreminski koeficijent sAšljivosA:
|𝒔|=𝟏/𝑽 ∆𝑽/∆𝒑 [𝒎 ↑𝟐 /𝑵 ]
V – zapremina ulja, m3
ΔV – promena zapremine, m3
Δp – promena priAska, Pa
-‐ modul sAšljivosA:
𝜺=𝟏/𝒔 =𝑽∆𝒑/∆𝑽 [𝑵/𝒎↑𝟐 ]
Na modul sAšljivosA uAču: -‐ priMsak, -‐ temperatura i -‐ sadržaj vazduha u ulju.
VISKOZNOST Sposobnost fluida da se suprotstavi deformacijama smicanja ili klizanju slojeva jedan po drugome, naziva se viskoznost. Definišu se dinamička i kinemaMčka viskoznost. Vezu između njih uspostavlja izraz:
𝝂=𝜼/𝝆 [𝒎 ↑𝟐 /𝒔 ]
ν – kinemaAčka viskoznost, m2/s
η – dinamička viskoznost, Ns/m2
Jedinice kinemaAčke viskoznosA:
Viskoznost mineralnih ulja koja se koriste u hidrauličkim sistemima zavise od: -‐ temperature i -‐ priMska.
stoks (1 st = 10-‐4 m2/s), stepen Englera (oE), sekunda Redvuda (R), sekunda Sejbolta (S).
2. FIZIČKA SVOJSTVA Od fizičkih svojstava koja ulja treba da zadovolje pri upotrebi u hidrauličkim instalacijama, značajna su: -‐ Isparljivost (minimalna), -‐ Tačka paljenja (standardizovana), -‐ Toplotno širenje, -‐ Specifična toplota, -‐ Toplotna provodljivost, -‐ Elektrootpornost, -‐ Sposobnost apsorpcije gasova, -‐ Penušavost, itd.
3. HEMIJSKA SVOJSTVA Od hemijskih svojstava koja ulja treba da zadovolje pri upotrebi u hidrauličkim instalacijama, značajna su: -‐ Stabilnost u dodiru sa vazduhom, -‐ NeakMvnost u dodiru sa metalima, gumom, plasMkom, itd.
4. KAVITACIJA ULJA
Kada pri strujanju tečnog maziva priAsak u tečnosAma padne ispod priAska pare tečnosA na radnoj temperaturi, u tečnosA se pojavljuju parni ili gasni mehurići. Pri prelasku tečnosA ponovo u oblast visokog priAska dolazi do razbijanja – kolapsa mehurića. Kako se pri nastajanju parnih ili gasnih mehurova tečnosA (ne mehurovi vazduha rastvorenih u ulju) troši znatna energija, to se pri njihovom kolapsu ona oslobađa u obliku hidrauličnog talasa. Pojava kavitacije zavisi od pri%ska pare mazive tečnos%, naravno u uslovima visokih temperatura i znatnog vakuma na mesAma gde se ona javlja, po pravilu lokalno u sloju maziva ležaja. Rešenje problema: tehnička (konstrukAvna) i tehnološka (izbor ulja). E Početni Normalan tok Eksplozija Implozija Habanje Kolaps min
mehurić
mehurića
Ishodište mikrotalasa
Emax
Teorijske osnove hidrauličkih prenosnike snage 1. KRETANJE FLUIDA U CEVOVODIMA Kada se analizira kretanje tečnosA u cevovodima od interesa je da se definišu: -‐ Režimi kretanja tečnosM, -‐ Otpori pri kretanju, -‐ Pad priMska. Režim kretanja tečnosA u cevovodima (kanalima, procepima, prstenasAm presecima, itd.) se definiše bezdimenzionom veličinom Rejnoldsovim brojem Re. To je zavisnost: 𝑹𝒆=𝒄∙𝒅/𝝂 c – srednja brzina kretanja tečnosA u cevima, m/s d – prečnik cevi, m ν – kinemaAčka viskoznost, m2/s
Kretanje tečnosA u cevovodima može biA u: -‐ Laminarnom, -‐ Prelaznom i -‐ Turbulentnom režimu.
Laminarno kretanje
Turbulentno kretanje
Laminarno kretanje je zastupljeno pri vrednosAma Rejnoldsovog broja Re ≤ 2200 ... 2300. Turbulentno kretanje (haoAčno kretanje), Re > 2300. Otpori koji se javljaju na granici fluida i čvrste konture i koji su rezultat kretanja fluida se nazivaju hidrodinamički otpori. Sile proizišle iz Ah otpora postoje samo ako postoji razlika u relaMvnim brzinama fluida i čvrste konture. Mogu se posmatraA dve situacije: kada se fluid kreće (teče) unutar čvrste, nepokretne konture ili kada se fluid nalazi oko čvrste konture pri čemu kontura miruje, a fluid se kreće ili fluid miruje, a kontura se kreće.
2. TOPLOTNI PRORAČUN HIDROSISTEMA Do zagrevanja radne tečnosA dolazi pre svega usled: -‐ Trenja tečnosM o zidove radnih elemenata, -‐ Trenja unutar same tečnosM, -‐ Prigušenja u različiMm elemenMma. Da bi se odvela toplota, koja se razvija tokom procesa, da bi se ohladio radni fluid, neophodno je obezbediA odgovarajuću zapreminu ulja u rezervoaru. Pri razvijanju veće količine toplote neophodno je primeniA prinudno hlađenje ulja u hladnjacima sa fluidom koji oduzima toplotu ulju (voda).
3. PROMENA VELIČINE ZAPTIVNIH ZAZORA SA PROMENOM TEMPERATURE Kako su zahtevi da zazori u zapAvnim sistemima budu mali, posebno kod velikih radnih priAsaka, treba vodiA računa o njihovoj promeni sa promenom temperature. Veličina zazora se reguliše (smanjenje gubitaka sredstava za podmazivanje): -‐ Izborom materijala za zapMvač i klip, tj. -‐ Formiranjem zapMvnog zazora sa različiMm koeficijenMma zapreminskog širenja. Provera zazora se vrši pri kriAčnim vrednosAma temperature – min i max vrednost.
Hidrodinamički prenos snage Kod hidrodinamičkih prenosnika snage, energija pogonskog agregata / motora se transformiše posredstvom hidrauličke mašine / pumpnog kola u kineAčku energiju radnog fluida (ulja), koja se u motornom delu / turbinsko kolo, transformiše u obrtni moment, koji se onda predaje radnom organu gonjene mašine. Habanju podležu samo ležajevi i zapAvači. Hidrodinamički prenosnici se dele na dve grupe: -‐ Hidrodinamičke spojnice i -‐ Hidrodinamički transformatori obrtnog momenta.
Hidrodinamičke spojnice Hidrodinamička spojnica je najprosAji agregat hidrodinamičkog prenosa snage koji se sastoji od pumpnog radnog kola (1), turbinskog radnog kola (2) i poklopca.
1
2
Rad se sa vraAla radnog kola pumpe prenosi na vraAlo radnog kola turbine, preko fluida/ tečnosA/ulja, koje cirkuliše unutar radnog prostora.
Mirovanje
Startovanje
Radni režim
Oblik radnih kola je takav da omogućava zatvoren krug cirkulacije ulja iz pumpnog u turbinsko kolo tj. nema usmeravajućih elemenata.
Ovakvim tehničkim rešenjem ostvaren je efikasan prenos snage tj. stepen korisnog dejstva je u granicama η = 0,95-‐0,98.
Takođe, ovakvim tehničkim rešenjem ostvarena je ’’elasFčna veza’’ pogonske sa radnom mašinom, odnosno mehanička energija dobijena od pogonskog motora se u pumpnom kolu transformiše u hidrauličku da bi se u turbinskom kolu ponovo transformisala u mehaničku energiju, koja se predaje radnoj/gonjenoj mašini. Ako se zanemare mali gubici, onda je pogonski moment M1 jednak radnom momentu M2. Stepen korisnosA je: η = n2/n1. U praksi, obrtni moment se prenosi sa klizanjem: s = (n1-‐n2)/n1. Napokon, stepen korisnosA: η = 1-‐s
Osnovna verzija hidrodinamičke spojnice sa konstantnim punjenjem se normalno monAra na vraAlo mašine ili reduktora, a pogon se dobija od vraAla motora. Hidrodinamička spojnica se često korisA kao sigurnosna spojnica (lako topljivi čep).
Tip T
Izborni dijagram hidrodinamičke spojnice.
Hidrodinamičke spojnice se veoma uspešno mogu korisAA kao uređaji za promenu broja obrtaja radnog kola gonjene mašine. Za ove potrebe iskorišćena je pojava klizanja do koje dolazi u ulju kada je razlika u brojevima obrtaja pumpnog i turbinskog kola prisutna. Do klizanja dolazi usled preopterećenja ili nedovoljne količine ulja u radnom prostoru spojnice. Ova druga pojava iskorišćena je za formiranje regulisanih hidrodinamičkih spojnica.
start
Regulacija broja obrtaja se ostvaruje promenom količine ulja u radnom prostoru tj. promenom veličine klizanja radnih kola.
Promena količine ulja se stvara prinudnim dovođenjem/odvođenjem ulja pomoću pumpe.
povezivanje/ isključenje sa radnom mašinom
nominalni rad
Hidrodinamički pretvarač obrtnog momenta Hidrodinamički pretvarač obrtnog momenta je turbomašina koja se sastoji od tri ili više radnih kola. Preko ulja, koje cirkuliše u ovim kolima, pretvarač prenosi snagu koja se dovodi na vraAlo pumpnog kola, a odvodi sa vraAla turbinskog kola. Najčešće se koriste kod motora SUS, sa zamajcem, kvačilom itd.
ReakMvno kolo. Crvena linija pokazuje put ulja, koje lopaAce reakAvnog kola preusmeravaju na putu sa rotora turbine na rotor pumpe. Niži broj okreta. ReakAvno kolo miruje u usmerava ulje natrag u rotor pumpe. Pri tome rotor turbine dobija veći obrtni moment. Viši broj okreta. Sa porastom broja okreta rotora turbine počinje se okretaA i reakAvno kolo. Kad se sva tri kola počnu okretaA s približno jednakim brojem obrtaja, prestaje preusmeravanje toka ulja.
HidrostaMčki prenos snage Prema principu dejstva osnovni elemenA hidrauličkih prenosnika snage (pumpe i motori) se dele na: -‐ Mašine zapreminskog dejstva (hidrostaMčki prenosnici), -‐ Mašine inercionog dejstva (hidrodinamički prenosnici). Kod hidrostaAčkog prenosnika radni proces se odvija promenom zapremine radne ćelije pumpe ili motora. Kako se za rad u ovim prenosnicima koriste nesMšljivi fluidi (hidraulička ulja), svaka promena zapremine je praćena trenutnom promenom priMska u fluidu i obrnuto.
Hidraulički pogon – cilindar
Hidraulički pogon – presa
Funkcionalno, hidrostaAčki prenosnik čine tri celine: -‐ Pogonska pumpa, pumpa sa pogonskim motorom: -‐ pumpa može biA sa konstantnim ili promenljivim protokom; -‐ kao pogonski motor pumpe najčešće se koriste elektromotori ili motori SUS; -‐ Radna grupa, koju čine: -‐ hidrualički motori obrtnog ili pravolinijskog dejstva; -‐ Kontrolno-‐razvodna grupa, koju čine elemenA: -‐ razvodnici, regulatori protoka, priAska, venAli, venAli sigurnosA, itd. Za sve prenosnike je zajedničko da imaju cevovode sa spojnim priborom, rezervoare za ulje i uređaje za prečišćavanje (filtere). Po potrebi, prenosnici imaju i dopunsku opremu koju najčešće čine: hidroakumulatori, sinhronizatori, hladnjaci ulja, grejači ulja, itd.
HidrostaAčki prenosnici se karakterišu mogućnosAma da: -‐ Ostvare velike prenosne odnose (do 40:1 kodu pumpi, odnosno do 4:1 kod motora), sa vodećeg na vođeno vraAlo; -‐ Ostvare transformaciju, bez prisustva složenih mehanizama, obrtnog u pravolinijsko kretanje i obrnuto; -‐ Nezavisni u pogledu položaja i napajanja, u kinemaAčkoj shemi prenosnog mehanizma; -‐ Poseduju mogućnost autonomne zašMte od preopterećenja, itd. Primena hidrostaAčkih prenosnika snage isključuje: teško opterećena vraAla, zupčanike, frikcione prenosnike, spojnice, itd. Posledice (prednosM) su: znatno manja masa prenosnog mehanizma, broj elemenata koji su direktno izloženi habanju je smanjen, konstrukcija je maksimalno uprošćena, postupak opsluživanja i održavanja je olakšan, itd.
Pumpe i motori Pumpe pripadaju grupi radnih hidrauličkih mašina u kojima se mehanička energija, posredstvom radnog elementa, predaje fluidu. Motori su mašine koje energiju fluida transformišu u obrtni moment. KonstrukAvno, pumpe i motori su prakMčno isM, tako da se generalno može govoriA o ovim mašinama, izuzev ako ima specifičnosA. Pumpe / motori se dele prema: -‐ Principu dejstva, -‐ KonstrukMvnim karakterisMkama, -‐ OblasM primene, -‐ VrsM fluida, itd.
U mašinskoj hidraulici, najčešće se koriste pumpe zapreminskog dejstva – hidrostaMčke. Za ove pumpe je karakterisAčno da radni fluid kroz njih struji periodično (u porcijama), a da se radni organ, koji prenosi energiju od motorne mašine na fluid, može kretaA: -‐ Pravolinijski (klip, membrana), -‐ Obrtno (rotor, zupčanik, zavojno vreteno, itd.). Način kretanja radnog organa, kod hidrostaAčkih pumpi, definiše konstrukAvne karakterisAke pumpi, pa se shodno tome one i klasifikuju. Oblast primene, odnosno vrste fluida koji se treAra u pumpama, definišu specifične podele pumpi.
PUMPE / MOTORI ZAPREMINSKOG DEJSTVA Klipne
Pravolinijsko
Krivajni mehanizam
Rotacione
Obrtno
Obrtni klipovi
Aksijalno klipne
Zupčaste
Radijalno klipne
Zavojne
Hidrocilindri
Krilne
Svoju masovnost u primeni, pumpe / motori opravdavaju sledećim prednosMma: -‐ Mala masa po jedinici realizovane snage i velika pouzdanost u radu; -‐ Značajne mogućnosM zašMte pogonske mašine od preopterećenja; -‐ Mogućnost ugradnje na nepristupačnim i za ostale radne-‐motorne mašine, neprihvatljivim mesMma (vlaga, opasnost od eksplozije, itd.); -‐ Lake su za upravljanje uz mogućnost uklapanja u sistem automatskog upravljanja, itd. Jedan od ozbiljnijih nedostataka ovih mašina je: -‐ Složena konstrukcija; -‐ Složena izrada; -‐ Održavanje zahteva visokostručnu radnu snagu.
Osnovni pokazatelji koji karakterišu pumpe / motore zapreminskog (hidrostaAčkog) dejstva: -‐ Protok q [m3/s] -‐ Snaga P [W] -‐ Obrtni moment M [Nm] -‐ Stepen iskorišćenja η [%]
Teorijski protok kroz pumpu / motor se može odrediA po formuli: 𝑞↓𝑇 =𝑞↓0 ∙𝑛=𝑉↓0 ∙𝑧∙𝑛 , 𝑚↑3 /𝑠
q0 – zapremina radnog prostora [m3] n – broj obrtaja vraAla [min-‐1] V0 – zapremina radne komore (ćelije) [m3] z – broj komora (ćelija). Radna komora pumpe / motora je izolovani prostor (zapremina) koji obrazuju delovi konstrukcije pumpe / motora, a koja se tokom radnog procesa povećava odnosno smanjuje.
Teorijska snaga pumpe / motora se definiše izrazom: 𝑃=𝑝∙𝑞↓𝑇 , 𝑊
qT – teorijski protok kroz pumpu / motor [m3/s]; p – radni priAsak fluida [Pa]. Stepen iskorišćenja se definiše izrazom: η=𝑃↓𝑇 /𝑃↓𝑇 +Δ𝑃 , %
PT – teorijska snaga [W]; ΔP – snaga koja se troši na savlađivanje gubitaka [W], definisanih: -‐ hidrauličkim stepenom korisnosA ηh -‐ zapreminskim stepenom korisnosA ηv -‐ mehaničkim stepenom korisnosA ηm
Od brojnih konstrukcija u tehničkoj praksi se najčešće sreću: -‐ Zupčaste, -‐ Krilne, -‐ Klipne pumpe / motori. Svako od ovih rešenja se odlikuje određenim prednosAma kao i određenim nedostacima.
ZUPČASTE PUMPE / MOTORI Zupčaste pumpe / motori su pumpe sa zupčanicima, roArajućim radnim elemenAma, koji svojim zupcima i cilindričnom površinom tela pumpe, formiraju radne zapremine za prenos-‐ poAskivanje ulja iz usisnog u poAsni kanal. 1
3
2 4
5
1. kućište; 2. pogonski zupčanik; 3. gonjeni zupčanik; 4. usisni kanal; 5. poAsni kanal
Tokom prolaska ulja kroz radni prostor pumpe, dolazi do predaje energije ulju tj. dolazi do povećanja priAska ulja u poAsnom kanalu. ZapAvanje se ostvaruje kontaktom zubaca zupčanika (2 i 3) i zazorima između zupčanika (2 i 3) i tela pumpe (1). Sa boka radni prostor je zatvoren bočnim pločama. Princip dejstva je sledeći: ulje iz usisnog kanala 4 ispunjava prostor međuzublja zupčanika 2 i 3, ograničeno je telom zuba i konturom kućišta, tako da biva prenešeno u poAsni
Kada se ova konstrukcija korisA kao motor, tok fluida je obrnut, tj. ulje pod priAskom ulazi u motor i svoju energiju posredstvom zupčanika prenosi na izlazno vraAlo, odnosno na gonjenu mašinu. Po konstrukciji, zupčaste pumpe mogu biA sa spoljašnjim i unutrašnjim zupčanjem. Spoljašnje zupčanje
Unutrašnje zupčanje
Pumpe sa unutrašnjim zupčanjem su složenije konstrukcije, ali se odlikuju većim protokom u odnosu na pumpe sa spoljašnjim zupčanjem. Izrađuju se za maksimalne protoke 5 m3/h, priAska 15-‐20 MPa i snage do 500 kW.
KRILNE PUMPE / MOTORI Krilne pumpe / motori su rotacione mašine zapreminskog dejstva, sa krilcima, smeštenim u proreze ekscentrično postavljenog rotora: -‐ Kao elemenAma koji obezbeđuju protok fluida kod pumpe i -‐ Kao elemenAma koji transformišu priAsak ulja u obrtni moment kod motora. 1
6
2
3 5
4
Kod jednoradnih krilnih pumpi, radni prostor je okonturen: krivolinijskom površinom statora (1), krivolinijskom površinom rotora (2) koji je u odnosu na stator postavljen sa ekscentricitetom e, bočnim pločama u kojima su kanali za napajanje (5) i odvod ulja (6). Tako formirani radni prostor je podeljen na ćelije krilcima (3). Krilca su smeštena u kanale, narezane u telo rotora, i kod pumpe se pod dejstvom centrifugalne sile izvlače ka periferiji sve dok ne dodirnu unutrašnju konturu statora. Kod krilnih motora, krilca su poAsnuta dejstvom priAska ulja ili opruga.
2
6 4 5 1
3
Pogonska energija se od motorne mašine preko vraAla (4) prenosi na rotor (2). Rotacijom ekscentrično postavljenog rotora (2) raste zapremina ćelija koju ispunjava ulje iz dovodnog kanala (5). DosAzanjem maksimalne zapremine ćelije (ugao 180o), završen je proces punjenja uljem. Daljom rotacijom rotora dolazi do smanjivanja zapremine ćelije i ulje se poAskuje u kanal za pražnjenje (6) u kojem vlada nadpriAsak koji je jednak nadpriAsku u poAsnom cevovodu. Jednoradne krilne pumpe (motori) su proste konstrukcije sa radijalno ili pod određenim uglom (koso) postavljenim krilcima. Broj krilaca je 6-‐12. Izrađuju se za radne priAske do 20 MPa i protoke do 200 l/min.
Rotor je izložen dejstvu sile priAska što je ozbiljan nedostatak jednoradnih krilnih pumpi/motora. Ova sila je ograničavajući faktor maksimalnog radnog priAska kod jednoradnih pumpi (do 20 MPa), jer je konstrukAvno veoma teško izvesA rasterećenje rotora. Ove pumpe se izvode kao neregulisane i regulisane, a protok je veličina koja se reguliše.
Usisavanje Transport Kompresija Emisija
Ozbiljan nedostatak jednoradnih krilnih pumpi, velika sila priAska na rotor pumpe pa samim Am i na oslonce, doveo je do potrebe da se razviju dvoradne i višeradne pumpe. Dvoredna krilna pumpa se odlikuje simetrično postavljenim radnim zapreminama sa uljem pod priAskom odnosno bez priAska, pa su i dejstvujuće sile uravnotežene. Dvoradne krilne pumpe/motori se izrađuju za brojeve obrtaja do 3000 o/min, protoke do 500 l/min i radne priAske do 15 MPa.
Specifična rešenja predstavljaju visokomomentni krilni motori, kod kojih je moguće, uz male brojeve obrtaja (80-‐100 o/min), ostvariA vrlo velike vrednosA obrtnog momenta na izlaznom vraAlu (do 40000 Nm).
KLIPNE PUMPE / MOTORI Osnovne prednosA klipnih pumpi/motora u odnosu na zupčaste ili krilne pumpe je u činjenici da su radni elemenA (klip, cilindar) prosMji po obliku tako da je moguće preciznije ih izradiA pa samim Am i posAći bolji zapreminski stepen korisnog dejstva. To je razlog što klipne pumpe mogu realizovaA veće radne priAske (20-‐30 MPa odnosno u specijalnim slučajevima i do 150 MPa). Ozbiljniji nedostatak ovih pumpi je neravnomernost protoka (pulsacije priAska) koja negaAvno uAče na gonjenu mašinu. Ovaj nedostatak se amorAzuje ugradnjom više radnih sklopova (klip-‐cilindar) u konstrukciju pumpe/motora.
Krilne pumpe / motori su klasične mašine zapreminskog dejstva sa sklopom klip-‐cilindar posredstvom kojeg se vrši transformacija mehaničke u hidrauličku energiju (kod pumpi), odnosno hidrauličke u mehaničku energiju (kod motora). Krivajni mehanizam (kolenasto vraMlo – klipnjača – klip) ili različite varijante istog Mpa (transformacija obrtnog u pravolinijsko kretanje) je osnovni sistem za prenos snage. Prema konstrukciji klipne pumpe se mogu podeliA na: -‐ Linijske sa venMlima, -‐ Aksijalne, -‐ Radijalne.
Prema načinu regulacije dele se na pumpe/motore sa: -‐ Konstantnim protokom -‐ Promenljivim protokom Klipne pumpe se grade za protoke do 2000 l/min, priAske do 150 MPa, snage do 3500 kW. Klipni hidraulički motori se grade za obrtne momente do 10000 Nm i snage do 3500 kW. Specifična rešenja predstavljaju visokomomentni hidromotori sa mogućnosAma realizacije obrtnog momenta do 50000 Nm.
Linijske klipne pumpe mogu biA sa: -‐ Klasičnim krivajnim mehanizmom sa kolenasMm vraMlom ili -‐ Sa ekscentrom Klipne pumpe sa klasičnim krivajnim mehanizmom – jednoradna, se sastoje od kolenastog vraAla koje je monArano unutar kućišta i ima zamajac zadatak da obrtni moment, dobijen klip od pogonskog motora, transformiše u cilindar silu koju predaje klipu pumpe. Klip pumpe je smešten unutar cilindra sa blokom usisnih i poAsnih venAla. Grade se sa više linijski poređanih Koriste se na mesAma gde je neophodno cilindara (ublažavaju se pulsacije obezbediA veliki protok uz veliki izlazni radni protoka). priAsak.
Aksijalno-‐klipne mašine sa većim brojem cilindara koji su grupisani u jedan blok se mogu izvodiA kao: -‐ Mašine sa kosom pločom -‐ Mašine sa kosim blokom 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Sa nagnutom pločom
Vodeće vraAlo Disk Štap/Klipnjača Blok cilindra Klip Hidrorazvodnik Otvori Zglob Klipnjača
Sa nagnuMm cilindarskim blokom
Radijalno-‐klipne pumpe/motori se uspešno koriste u mašinskoj hidraulici posebno u oblasAma visokih priAsaka (do 20 MPa) i protoka (do 400 l/min).
HIDRAULIČKI CILINDRI Hidraulički cilindri spadaju u mašine zapreminskog dejstva sa pravolinijskim ili zaokretnim kretanjem radnog organa. Po konstrukciji mogu biA: -‐ Cilindar jednostranog dejstva, -‐ Cilindar dvostranog dejstva, -‐ Cilindar sa dvostranom klipnjačom, -‐ Udvojeni cilindar, -‐ Teleskopski cilindar, -‐ Plunžer cilindar, -‐ Cilindar sa krivajnim mehanizmom, -‐ Cilindri koji pravolinjsko kretanje transformišu u obrtno, -‐ Zaokretni cilindri.
Saglasno shemi izvođenja formira se i konstrukcija cilindra. Tipičan primer konstrukcije cilindra jednostranog dejstva:
