Departamentul de Studii pentru Învăţământ cu Frecvenţă Redusă (DIFRED-FA) SPECIALIZAREA: AGRICULTURĂ
Conf. dr. ing. Iulian BORUGǍ
BAZA ENERGETICǍ ŞI MAŞINI AGRICOLE - I
Bucureşti - 2014 -
CUPRINS Tema nr.1. NOŢIUNI FUNDAMENTALE PRIVIND ENERGIA............................................4 1.1. Consideraţii generale...............................................................................................4 1.2. Bilanţul energetic al agriculturii...............................................................................5 1.3. Combustibili şi lubrifianţi utilizaţi în exploatarea tractoarelor................................7 Tema nr. 2. MATERIALE ŞI ORGANE DE MAŞINI UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA ŞI EXPLOATAREA TRACTOARELOR ŞI MAŞINILOR AGRICOLE………………………12 2.1. Materiale folosite in construcţia tractoarelor şi maşinilor agricole...…………….12 2.2. Organe de maşini utilizate in construcţia tractoarelor şi masinilor agricole..........15 Tema nr. 3. MOTOARE TERMICE CU ARDERE INTERNĂ...........................................24 3.1 Consideraţii generale...............................................................................................24 3.2. Funţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ în patru timpi………………..24 3.3. Mecanismul motor……………………………………………………………….29 Tema nr.4. MECANISMUL DE DISTRIBUŢIE A GAZELOR ŞI SISTEMUL DE ALIMENTARE AL MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE ................33 4.1. Mecanismul de distribuţie a gazelor......................................................................33 4.2. Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare....................36 4.3. Supralimentarea motoarelor termice cu ardere internǎ…………………………..38 Tema nr. 5. SISTEMELE SPECIFICE MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCANTEIE...…………………………………………………………………………………42 5.1. Sistemul de alimentare cu carburetor al motoarelor cu aprindere prin scânteie…42 5.2. Sistemul de alimentare cu injecţie cu benzinǎ ......................................................43 5.3. Sistemul de aprindere al motoarelor cu aprindere prin scânteie….……………...45 Tema nr. 6. SISTEMUL DE UNGERE, SISTEMUL DE RǍCIRE ŞI BILANŢUL TERMIC AL MOTOARELOR CU ARDERE INTERNǍ......................................................................48 6. 1. Sistemul de ungere al motoarelor cu ardere internǎ..............................................48 6.2. Sistemul de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ................................................51 6.3. Bilanţul termic al motoarelor cu ardere internǎ……..…………………………...54 Tema nr. 7. TRACTOARE AGRICOLE..................................................................................57 7.1. Consideraţi generale...............................................................................................57 7.2. Transmisia tractoarelor...........................................................................................59 Tema nr.8. TRANSMISIA MECANICǍ A TRACTOARELOR............................................65 8.1. Ambreiajul principal..............................................................................................65 8.2. Cutia de viteze........................................................................................................68 8.3. Puntea din spate a tractoarelor...............................................................................71 Tema nr. 9. SISTEMUL DE RULARE, SISTEMUL DE FRANARE ŞI MECANISMUL DE DIRECŢIE................................................................................................................................75 9.1. Sistemul de rulare...................................................................................................75
2
9.2. Sistemul de frânare.................................................................................................79 9.3. Mecanismul de direcţie al tractoarelor...................................................................82 Tema nr.10. INSTALAŢIA ELECTRICǍ ŞI ECHIPAMENTUL DE LUCRU AL TRACTOARELOR AGRICOLE.............................................................................................86 10.1. Instalaţia electricǎ a tractoarelor..........................................................................86 10.2. Dipozitive de acţionare, cuplare şi tracţiune........................................................69 Tema nr. 11. EXPLOATAREA TRACTOARELOR AGRICOLE........................................94 11.1. Bilanţul de putere al tractorului…………………….…………..………………94 11.2. Caracteristica de tracţiune a tractorului...............................................................97 11.3. Caracteristica de regulator...................................................................................98 11.4. Întreţinerea tehnică a tractoarelor agricole..........................................................99 Tema nr.12. IMACTUL UTILIZĂRII TRACTOARELOR ASUPRA MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR ŞI CRITERII DE ALEGERE A AGREGATELOR AGRIGOLE…..…104 12.1. Poluarea chimicǎ………………..…………………………………………..…104 12.2. Poluarea sonorǎ..................................................................................................106 12.3. Compactarea terenurilor agricole…………………………………………..….107 12.4. Criterii de alegere a tractoarelor agricole...........................................................107 12.5. Indici de apreciere tehnico-economicǎ ai agregatelor agricole………………..108 Tema nr.13. UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE ÎN AGRICULTURĂ........................114 13.1. Noţiuni generale.................................................................................................114 13.2. Transformatoare electrice..................................................................................116 13.3. Generatoare electrice..........................................................................................116 13.4. Motoare electrice Tema nr. 14. UTILIZAREA ENERGIILOR REGENERABILE IN AGRICULTURǍ......122 14.1. Utilizarea energiei solare....................................................................................122 14.2. Utilizarea biomasei ca sursa de energie..…………………...…………..……..124 14.3. Utilizarea biogazului..........................................................................................125 14.4. Utilizarea energiei eoliene..................................................................................126 BIBLIOGRAFIE SELECTIVǍ..............................................................................................130
3
Tema nr.1
NOŢIUNI FUNDAMENTALE PRIVIND ENERGIA Unitǎţi de învǎţare: - consideraţii generale privind energia - bilanţul energetic în agriculturǎ - combustibili şi lubrifianţi Obiective: - cunoaşterea noţiunilor introductive privind energia - cunoşterea particularitǎtilor folosirii energiei în agriculturǎ; - cunoaşterea elementelor bilanţului energetic al culturilor agricole. - conştientizarea studenţilor privind importanţa cursului - cunoaşterea principalelor propietǎţi ale combustibililor şi lubrifianţilor. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ: 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Teşu I., Baghinschi V. – Energia şi agricultura, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984 3. Toma, D., Bianu, I. – Folosirea economicǎ a energiei în mecanizarea agriculturii, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984. 4. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 1.1. Consideraţii generale privind energia Energia este capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic,când trece printr-o transformare dintr-o stare de referinţǎ în altǎ stare (din repus în mişcare, din starea lichidǎ în starea gazoasǎ, etc,). Energia este mǎsura generalǎ a unei mişcǎri materiale în procesul de transformare de la o starede referinţǎ la altǎ stare . Pentru a înţelege problemele energiei este necesar sǎ cunoaştem legea conservǎrii energiei. Potrivit acestei legi, energia nu poate fi creatǎ,energia nu poate fi pierdutǎ ci numai transformatǎ dintr-o formǎ de energie în alte forme de energie.. Particularitǎţile folosirii energiei în agriculturǎ sunt urmǎtoarele: - agricultura este atât consumatoare de energie cât şi producǎtoare de energie, astfel în procesele de producţie din agriculturǎ se capteazǎ , se stocheazǎ şi se transformǎ energia solarǎ în energie bioalimentarǎ fie direct prin intermediul plantelor verzi (datoritǎ fotosintezei) fie indirect prin intermediul animalelor; - în producţia agricolǎ se folosesc diverse forme de energie (mecanicǎ, electricǎ, termicǎ, etc.) obţinute din combustibili fosili (cǎrbune, petrol, gaze naturale) cât şi din surse de energie regenerabile: - sursele de energie regenerabilǎ folosite în agriculturǎ provin fie din agriculturǎ (biomasa şi biogazul) dar şi din afara agriculturii ( energia solarǎ, energia eolianǎ şi energia geotermalǎ. Unitatea de mǎsurǎ a energiei în Sistemul Internaţional este Joule (J). Datoritǎ valori relativ mici In practicǎ se folosesc multipli ai unui Joule şi anume:
4
- Kilo Joule 1 kJ = 103 J; - Mega Joule, 1 MJ = 106 J; - Giga Joule, 1 GJ = 109 J; - Tera Joule, 1 TJ = 1012 J. 1.2 Bilanţul energetic al agriculturii Bilanţul energetic reprezintǎ diferenţa dintre cantitatea de energie obţinutǎ (denumitǎ şi Output) într-un proces de producţie şi cantitatea de energie consumatǎ (denumitǎ şi Imput) în acest proces de producţie. BE = Eo – EI > 0; (kJ), (MJ) (1) În care: BE = bilanţul energetic, kJ, MJ Eo = energia obţinutǎ; kJ, MJ EI = energia consumatǎ, kJ, MJ. Randamentul energetic reprezintǎ raportul dintre energia obţinutǎ şi energia consumatǎ intr-un proces de producţie agricolǎ. RE = Eo / Ei >1 (2) Agricultura şi silvicultura sunt singurele activitǎţi economice în care bilanţul energetic este pozitiv iar randamentul energetic este supraunitar datoritǎ particularitǎţilor acestora. Energia obţinutǎ (Output) reprezintǎ cuantificarea valorii energetice a produselor agricole (principale şi secundare), apreciatǎ pe baza criteriului energiei metabolizante în cadrul proceslor biochimice alimentare, care exprimǎ valoarea de întrebuinţare a energiei produse în agriculturǎ. Pe baza acestui criteriu, conţinutul energetic al principalelor produse agricole este urmǎtorul: - 1 kg grâu = 18.4 MJ; - 1 kg orz = 18.3 MJ; - 1 kg porumb = 19.0 MJ; - 1 kg soia = 23.1 MJ; - 1 kg floarea soarelui = 26.4 MJ; - 1 kg paie de grâu = 18.3 MJ; - 1 kg paie de orz = 18.0 MJ; - 1 kg coceni porumb = 18.3 MJ; - 1 kg vreji de soia = 18.1 MJ; Echivalǎrile sunt pentru produsul (substanţa) uscat din care s-a scǎzut continutul de apǎ, pentru a putea face comparaţie între diverse produse. Energia consumatǎ (Imput) reprezintǎ suma tuturor formele de energie consumate pentru obţinerea produsului agricol. Datoritǎ particularitǎtilor folosiri energiei în agriculturǎ , unele consumuri energetice provin din agriculturǎ (energie proprie ) iar altele din surse externe (energie externǎ). Energia propie consumatǎ este formatǎ din: - forţa de muncǎ; - tracţiunea animalǎ; - seminţe, rǎsaduri, puieţi şi furaje; - îngrǎşǎminte naturale; - biomasǎ; - biogaz; - biocombustibili.
5
Energia externǎ poate fi consumatǎ direct sau indirect (energie acumulatǎ în diverse bunuri şi produse). Energia externǎ consumatǎ direct este formatǎ din urmǎtoarele surse: - combustibili clasici: - energie electricǎ; - energie solarǎ; - energie eolianǎ. Energia externǎ consumatǎ indirect este formata din energia acumulatǎ în: - tractoare şi maşini agricole: - îngrǎşǎminte chimice; - pesticide; - construcţii agricole. In figura 1.1 se prezintǎ schematic clasificarea formelor de energie consumate în agrigulturǎ dupǎ provenienţǎ. Energie consumatǎ Energie externǎ Directǎ
Energie propie Indirectǎ
Forţa de muncǎ
Combustibili clasici
Tractoare şi maşini agricole
Seminţe,rǎsaduri,puieţi,furaje
Energie electricǎ
Ingrǎşǎminte chimice
Tracţiunea animalǎ
Energie solarǎ
Pesticide
Ingrǎşaminte naturale
Energie eolianǎ
Construcţii agricole
Biomasǎ Biogaz
Biocombustibili
Fig.1.1. Energia consumatǎ în agriculturǎ (Imputul energetic) Din analiza elementelor componenente ale energiei consumate în procesele de producţie agricolǎ rezultǎ obiectul cursului „Baza energeticǎ şi maşini agricole” şi importanţa acestuia. Pentru a îngelege mai bine bilanţul energetic al unei culturi agricole vom exemplifica pentru o culturǎ de grâu cu producţia principalǎ de 3010 kg/ha şi producţia secundarǎ de 2100 kg/ha. Energia obţinutǎ este 48732 MJ/ha (boabe grâu) + 33432 MJ/ha (paie şi pleavǎ) = 82164 MJ/kg. Energia consumatǎ este 16684 MJ/ha (boabe grâu) + 715 Mj/ha (paie şi pleavǎ) = 17399 Mj/kg. Bilantul energetic este de 64763 MJ/ha iar randamentul energetic este de 4,7. Dacǎ analizǎm elementele componente, se constatǎ cǎ aceste valori ridicate nu se pot obţine fǎrǎ valorificarea producţiei secundare. Creşterea producţiei agricole se poate face numai prin creştrea consumurilor energetice, iar ca urmare randamentul energetic scade. De exemplu pentru a obţine în Mexic (ţarǎ favorabilǎ porumbului) 2000 kg/ha de boabe de porumb se consumǎ numai 575 MJ/ha,
6
iar randamentul energetic este de 49,2 Pentru a creşte producţia la 10000 kg/ha se consumǎ 64000 MJ/ha, iar randamentul energetic scade la 3. 1.3. Combustibili şi lubrifianţi utilizaţi în exploatarea tractoarelor Un element importantant al energiei consumate (Imput) din cadrul bilanţului energetic din agriculturǎ îl reprezintǎ combustibili care sunt substanţe solide, lichide sau gazoase care se transformǎ prin ardere in energie. Combustibilii folosiţi în exploatarea tractoarelor se clasifică în : - combustibili clasici - benzina, motorina şi petrolul lampant; - combustibili neconvenţionali - metanolul, etanolul şi uleiul de rapiţă; Benzina este combustibilul utilizat la motoarele cu ardere internă cu aprindere prin scânteie (MAS). Din punct de vedere chimic, este un amestec de hidrocarburi şi se obţine prin distilarea fracţionată a petrolului urmată de cracarea catalitică . Proprietăţile principale ale benzinei sunt: volatilitatea (proprietatea de a se evapora), neutralitatea (proprietatea de a fi neutră din punct de vedere chimic pentru a nu ataca piesele motorului cu care vine în contact), stabilitatea chimică (proprietatea de a-şi menţine în timp structura chimică) şi antidetonanţa (fenomenul opus detonaţiei şi care înseamnă o viteză normală de propagare a flăcării de 15 – 20 m/s). Caracteristica principală a benzinei este reprezentată de cifra octanică ce caracterizează tendinţa de a nu produce detonaţia (la detonaţie propagarea flăcării se face cu o viteză foarte mare, de 1500 – 2000 m/s). Cifra octanică a benzinei (CO), se determină prin compararea acesteia cu un amestec etalon format din izooctan (care are tendinţă mică de detonaţie) şi heptan (care are tendinţă mare de detonaţie).Procentul de izooctan din amestecul etalon care se comportă la fel ca benzina dată reprezintă cifra octanică a combustibilului. Din punct de vedere al CO benzinele se clasifică în : -benzină Premium - CO/R - 98 -benzină Regular - CO/R – 95; în care R – metoda de determinare a CO – metoda Research. Proprietăţile antidetonante ale benzinei se îmbunătăţesc prin adăugarea unor substanţe cum ar fi tetraetilul de plumb. Prezenţa particulelor de plumb în gazele de ardere determină poluarea atmosferei, ceea ce a determinat înlocuirea tetraetilului de plumb cu alţi aditivi (ex: alcool), care măresc CO a benzinei şi scad emisiile poluante.Această tendinţă a apărut ca o necesitate în urma creşterii numărului de motoare termice.În prezent, se adaugă în benzină şi alţi aditivi care îmbunătăţesc anumite proprietăţi ale acesteia, asigurând o ardere cât mai completă, depuneri minime pe conducte şi reducerea cantitatăţii de funingine din gazele de ardere, eliminând fenomenul de ancrasare a bujiilor. Aceste benzine se comercializează sub denumirea de Premium Plus, Super Plus, Forte, Carera, Alto, etc. Densitatea medie a benzinei este de 0,75 kg/dm3. Motorina este combustibilul folosit pentru motoarele termice cu ardere internă cu aprindere prin comprimare (MAC).Este tot un amestec de hidrocarburi obţinut prin distilarea fracţionată a petrolului.Proprietăţile principale ale motorinei sunt : neutralitatea, stabilitatea chimică, volatilitate redusă, temperatură de fierbere ridicată, pulverizare bună şi autoaprinderea (aprinderea spontană a motorinei datorită temperaturii şi presiunii ridicate din interiorul camerei de ardere, fără intervenţia unei flăcări din exterior) . Motorina este caraterizată în principal de cifra cetanică şi de temperatura punctului de congelare. Cifra cetanică (CC) caracterizează tendinţa motorinei de a se autoaprinde. Se determină prin compararea acesteia cu un amestec etalon format din cetan (care se autoaprinde uşor ) şi alfametilnaftalenul (care se autoaprinde greu). Procentul de cetan din
7
amestecul etalon care se comportă ca motorina dată reprezintă cifra cetanică a combustibilului. Cifra cetanică a motorinelor este cuprinsă între 40 – 55 (60). În România motorina comercializată se clasifică după temperatura punctului de congelare (temperatura la care motorina nu se mai pulverizează) astfel : - motorină de vară (pc = + 50 C ); - motorină de primăvară – toamnă (pc = - 50 C ); - motorină de iarnă (pc = - 200 C). Densitatea medie a motorinei este de 0,85 kg/dm3. Metanolul este un combustibil folosit la motoarele cu ardere internă cu aprindere prin scânteie, ca înlocuitor pentru benzină. El se obţine din subsanţe uscate (lemn, cărbune), din gaze naturale şi din petrol. Este un lichid incolor, toxic, cu proprietăţi de ardere apropriate benzinei. Prezenţa oxigenului în structura chimică asigură o ardere mai bună a hidrocarburilor şi astfel o poluare mai redusă a mediului. Prezintă dezavantajul unei porniri greoaie a motoarelor, motiv pentru care se amestecă cu benzină în proporţie de 10 - 20 %. Etanolul este un combustibil folosit ca înlocuitor pentru benzină pentru motoarele termice cu ardere internă cu aprindere prin scânteie. Se obţine prin distilarea unor produse (napi, cartofi, legume, fructe, trestie de zahăr, sorg zaharat, etc.) care au fost supuse unui procedeu de fermentare.. Faţă de benzină prezintă avantajul unor emisii poluante mai reduse. Principalul dezavantaj este reprezentat de pornirea greoaie a motoarelor pe timp rece. Se utilizează de regulă în amestec cu benzina. Produsul se numeşte gazohol şi conţine 90 % benzină şi 10 % etanol. Uleiul de rapiţă este un combustibil vegetal utilizat la motoarele termice cu ardere internă cu aprindere prin comprimare putând fi folosit atât sub formă de ulei brut (obţinut prin presare la rece ) sau sub formă de ulei rafinat şi esterizat (metil-ester) cunoscut şi sub denumirea de biodiesel. Puterea calorică este apropiată de cea a motorinei şi ca urmare puterea motorului termic este practic aceeaşi, indiferent de combustibilul folosit (motorină sau ulei de rapiţă). Faţă de motorină el reduce emisiile poluante, astfel conţinutul de monoxid de carbon scade cu 97 %, funinginea cu 38 % iar hidrocarburile nearse cu 20 %. Lubrifianţii sunt substanţe lichide sau solide folosite pentru micşorarea frecării dintre piesele tractoarelor şi pentru reducerea uzurii acestora. După starea de agregare lubrifianţii se clasifică în : -lichizi (uleiuri); -solizi (unsori consistente). Uleiurile se clasifică după origine în : -uleiuri minerale (obţinute din petrol); -uleiuri sintetice (obţinute în urma unei sinteze chimice); -uleiuri vegetale (obţinute din seminţe de plante : in, rapiţă, ricin, etc). După destinaţie uleiurile se clasifică în : -uleiuri de motor; -uleiuri de transmisii; -uleiuri pentru instalaţii hidraulice. Principalele proprietăţi ale uleiurilor de motor sunt: vâscozitatea, onctuozitatea, stabilitatea chimică, rezistenţa la oxidare, punctul de inflamabilitate, proprietăţi detergente şi proprietăţi antispumante. Vâscozitatea este proprietatea uleiului de a se opune curgerii. Pentru un ulei de motor de calitate, această proprietate trebuie să fie influenţată cât mai puţin de temperatura de funcţionare. Importanţa acestei proprietăţi a determinat clasificarea uleiurilor de motor, în opt clase de vâscozitate : 0; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50. Pentru motoarele termice cu ardere internă se folosesc în prezent uleiuri de motor multigrad, care pot fi utilizate atât vara cât şi iarna. De
8
exemplu, uleiul multigrad M 20 W 40 este un ulei de motor (M) care vara se comportă ca un ulei din clasa 20, iar iarna (W-winter) ca un ulei din clasa 40. Onctuozitatea apreciază proprietatea uleiului de a adera la piesele unse şi de a forma o peliculă de ulei rezistentă la presiunea de contact dintre două piese. Stabilitatea chimică reprezintă proprietatea uleiului de a nu-şi schimba compoziţia chimică pe toată durata de exploatare a motorului. Rezistenţa la oxidare este proprietatea uleiului de a nu se oxida în timpul funcţionării motorului. Punctul de inflamabilitate reprezintă temperatura la care uleiul arde. Este principala proprietate care determină consumul de ulei al motorului. Proprietăţile detergente apreciază capacitatea uleiului de a curăţa de impurităţi piesele unse. Proprietăţile antispumante apreciază capacitatea uleiului de a nu forma spumă când este agitat de diverse piese ale motorului aflate în mişcare. Toate aceste proprietăţi scad odată cu creşterea duratei de folosire a uleiului, din această cauză uleiul de motor se înlocuieşte periodic. Uleiurile de transmisie sunt utilizate pentru ungerea pieselor componente ale transmisiilor (cutii de viteze, reductoare planetare, diferenţiale, transmisii finale, etc.). Aceste uleiuri se caracterizează prin vâscozitate mai mare decât uleiurile de motor, proprietăţi antispumante foarte bune şi rezistenţă a peliculei de ulei la presiuni de contact ridicate (extremă presiune).Având în vedere aceste proprietăţi, uleiurile de transmisie se împart în trei clase de vâscozitate (75; 80; 85; 90), şi două clase de extremă presiune (EP 1 şi EP2). Uleiul notat cu T 90 EP2 este un ulei de transmisie (T), care face parte din clasa de vâscozitate 90 şi din clasa 2 de extremă presiune (EP 2). Uleiurile hidraulice se folosesc în instalaţiile hidraulice ale utilajelor pentru a transforma energia mecanică în energie hidraulică şi invers. Sunt caracterizate prin vâscozitate scăzută (clasele 20 şi 30) şi rezistenţă la temperaturi şi presiuni ridicate.Aceste proprietăţi trebuie să varieze foarte puţin cu temperatura mediului înconjurător şi cu temperatura de funcţionare a instalaţiei hidraulice. Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor uleiurilor, acestea se aditivează cu substanţe antioxidante, antispumante, anticorozive, anticongelante, detergente, etc.,în proporţie de maxim 15 %. Unsorile consistente sunt suspensii coloidale ale acizilor graşi în uleiuri minerale. Ele sunt caracterizate prin punctul de picurare, care reprezintă temperatura la care unsoarea începe să curgă (să picure). Punctul de picurare variază de la 75 0 C la 2250 C. Pentru a îmbunătăţi proprietăţile de ungere , aceste unsori se aditivează cu litiu, calciu, sodiu, magneziu şi grafit. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Ce este energia ? Rǎspuns: Energia este capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic,când trece printr-o transformare dintr-o stare de referinţǎ în altǎ stare (din repus în mişcare, din starea lichidǎ în starea gazoasǎ, etc,). 2. Care sunt particularitǎţile folsirii energiei în agriculturǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt sursele energetice proprii consummate în agriculture?
9
Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1.Cresterea producţiei agricole determinǎ: a) cresterea randamentului energetic; b) scǎderea randamentului agricol; c) rǎmâne acelaşi. Rezolvare: b 2. Cifra cetanicǎ este o propietate specificǎ pentru: a) motorinǎ; b) benzinǎ; c) ulei de motor. Rezolvare: 3. Un ulei cu indicativul 10W-50 este folosit pentru: a) transmisie; b) motor; c) instalaţie hidraulicǎ Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 1.Notiuni fundamentale privind energia 1.1. Consideraţii generale privind energia Energia este capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic,când trece printr-o transformare dintr-o stare de referinţǎ în altǎ stare (din repus în mişcare, din starea lichidǎ în starea gazoasǎ, etc.). In producţia agricolǎ se folosesc diverse forme de energie (mecanicǎ, electricǎ, termicǎ, etc.) obţinute din combustibili fosili (cǎrbune, petrol, gaze naturale) cât şi din surse de energie regenerabile: 1.2 Bilanţul energetic al agriculturii Bilanţul energetic reprezintǎ diferenţa dintre cantitatea de energie obţinutǎ (denumitǎ şi Output) într-un proces de producţie şi cantitatea de energie consumatǎ (denumitǎ şi Imput) în acest proces de producţie. Randamentul energetic reprezintǎ raportul dintre energia obţinutǎ şi energia consumatǎ intr-un proces de producţie agricolǎ. Agricultura şi silvicultura sunt singurele activitǎţi economice în care bilanţul energetic este pozitiv iar randamentul energetic este supraunitar datoritǎ particularitǎţilor acestora. 1.3. Combustibili şi lubrifianţi utilizaţi în exploatarea tractoarelor Combustibilii sunt substanţe solide, lichide sau gazoase care se transformǎ prin ardere în energie şi se clasifică în : - combustibili clasici - benzina, motorina şi petrolul lampant; - combustibili neconvenţionali - metanolul, etanolul şi uleiul de rapiţă; Lubrifianţii sunt substanţe lichide (uleiuri) sau solide (unsoare consistentǎ) folosite pentru micşorarea frecării dintre piesele tractoarelor şi pentru reducerea uzurii acestora. După destinaţie uleiurile se clasifică în : -uleiuri de motor; -uleiuri de transmisii; -uleiuri pentru instalaţii hidraulice.
10
Tema nr.2
MATERIALE ŞI ORGANE DE MAŞINI UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA ŞI EXPLOATAREA TRACTOARELOR ŞI MAŞINILOR AGRICOLE Unitǎţi de învǎţare: Materiale folosite in construcţia tractoarelor şi maşinilor agricole Organe de maşini utilizate in construcţia tractoarelor şi masinilor agricole Obiectivele temei: - cunoaşterea propietǎţior materialelor - cunoaşterea materialelor folosite în agriculturǎ şi utilizarea acestora; - cunoaşterea organelor de maşini folosite în mecanizarea agriculture; . Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Pavelescu D. şi colab. - Organe de maşini ; E.D.P , Bucureşti, 1985 3. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 4. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 1.
2.1. Materiale folosite in construcţia tractoarelor şi maşinilor agricole 2.1.1. Consideraţii generale Materialele folosite în construcţia şi exploatarea tractoarelor şi maşinilor agricole sunt în general materiale metalice şi nemetalice. Pe lângă acestea, în exploatarea tractoarelor se mai folosesc combustibilii şi lubrifianţii. Astfel, materialele utilizate se împart în : 1. Materiale metalice - feroase ; - neferoase. 2. Materiale nemetalice. 3. Combustibili şi lubrifianţi. Recunoaşterea materialelor se face după proprietăţile lor şi anume : a. proprietăţi fizice : - luciul ; - culoarea ; - structura ;
11
conductibilitatea termică şi electrică – proprietatea materialelor metalice de a conduce căldura şi electricitatea ; - dilatabilitatea – însuşirea materialelor metalice de a-şi mări volumul la creşterea temperaturii ; - fuzibilitatea – însuşirea materialelor metalice de a se topi. b. proprietăţi chimice : - oxidarea – reacţia prin care o substanţă se combină cu oxigenul. - rezistenţa la acţiunea bazelor sau acizilor ; - rezistenţa la coroziune – proprietatea unui material de a se opune acţiunilor distructive ale agenţilor fizico-chimici din exterior ; c. proprietăţi mecanice : - duritatea – caracterizează rezistenţa opusă de materialul metalic la pătrunderea în el a unui corp cu o duritate mai mare ; - maleabilitatea – proprietatea unor materiale de a se deforma permanent, fără fisurare (ex. laminarea în foi subţiri) ; - tenacitatea – proprietatea unui material metalic de a prezenta deformaţii plastice mari, înainte de a se rupe ; - elasticitatea – proprietatea unui material metalic deformabil de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale ; - rezistenţa mecanicǎ – proprietatea materialelor solide de a se opune acţiunilor mecanice care tind să le deformeze sau să le rupă (rezistenţa la încovoiere, forfecare, compresiune, întindere, răsucire, etc) ; - rezistenţa la uzură – proprietatea materialelor de a se opune distrugerii prin frecare ; - plasticitatea – proprietatea materialelor de a nu reveni la forma iniţială după deformare. d. proprietăţi tehnologice : - prelucrarea prin aşchiere – propietatea unui material de aş schimba forma prin desprinderea de aşchii cu ajutorul unei maşini unelte (strung, frezǎ, maşinǎ de gǎurit, rabotezǎ, polizor, etc.) - forjabilitatea – proprietatea unui material metalic de a se deforma fără fisurare sub influenţa unor acţiuni de ciocănire sau presare (la cald sau la rece) ; - sudabilitatea – proprietatea materialului metalic de a putea fi sudat. - turnabilitatea – propietatea unui material de a fi turnat in forme dupa ce a fost adus prin incǎlzire in stare lichidǎ. -
2.1.2.Materiale metalice feroase Aceste materiale sunt reprezentate prin fonte şi oţeluri. Fonta reprezintă un aliaj fier – carbon (Fe + C) care conţine între 2,04-6,67 % C. Pe lângă acestea mai cuprinde elemente însoţitoare (Mn, Si, P şi S) sau de aliere (Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Mg, etc.). Se obţine în furnale din minereurile de fier, piatrǎ de var şi cocs. Fonta se utilizează ca materie primă pentru obţinerea oţelurilor şi a pieselor turnate. Propietǎţile generale ale unei fonte sunt : duritate mare, rezistenţa la compresiune ridicatǎ, turnabilitate foarte bunǎ, preţ de cost mai scǎzut ca oţelul, se prelucreazǎ prin aşchiere dar este fragilǎ (nu rezistǎ la şocuri) şi se sudezǎ foarta greu în condiţii speciale (practic în concidii de atelier fonta nu se sudeazǎ). Fontele se clasifică în :
12
fonte ordinare (fonta cenuşie, fonta albă, fonta maleabilă şi fonta cu grafit nodular) ; - fonte speciale sau aliate (fontele refractare, antifricţiune şi înalt aliate) ; Fonta cenuşie (fonta cu grafit lamelar) datorită grafitului ce intră în compoziţia sa se prelucrează uşor prin aşchiere, este rezistentă la uzură , coroziune şi compresiune. Din ea se obţin piese prin turnare. Fonta albă are o mare duritate şi fragilitate şi un conţinut bogat în siliciu şi mangan. Din ea se obţin piese prin turnare, care trebuie să aibă suprafeţe dure. Fonta maleabilă (fonta cu grafit în cuiburi) se obţine din fonta albă în urma unei încălziri la temperaturi ridicate urmată de o răcire lentă (procedeu de maleabilizare). Din ea sunt relizate piese care trebuie să aibă rezistenţă mare la şoc, presiune şi oboseală. Fonta cu grafit nodular este o fontă superioară obţinută prin modificarea compoziţiei chimice a fontei cenuşii (adăugare de elemente grafitizante). Din ea sunt realizate piese importante care au calităţi apropiate cu a celor din oţel (arbori, roţi dinţate, etc). Fonta refractară are un conţinut mare de Cr, Mn şi Si , fiind utilizată pentru obţinerea pieselor care trebuie să reziste la temperaturi ridicate şi la oxidare. Fonta antifricţiune are un conţinut ridicat de Cr, Ni, Mn, Mo, Al, Mg, Cu şi Si. Din ea sunt realizate piese cu rezistenţă mare la uzură (cilindri, arbori, etc). Fonta înalt aliată are în compoziţie Ni, Si, Al şi este utilizată în construcţia unor repere din instalaţiile de prelucrare a vinului, industria chimică şi alimentară. Oţelul reprezintă un aliaj fier – carbon (Fe + C) care are un conţinut de 0,04 – 2,04 % C. Se obţine din fontă prin oxidarea acesteia. Din oţel se obţin piese prin turnare, laminare, forjare, prelucrare prin aşchiere, sudurǎ,etc. Oţelurile se împart în : - oţeluri de uz general (oţeluri carbon) utilizate la obţinerea majorităţii reperelor de la tractoare şi maşini agricole (ex. oţeluri pentru scule, oţeluri pentru ţevi, oţeluri pentru arcuri, oţeluri rezistente la coroziune, oţeluri refractare, etc.). - oţeluri aliate cu Ni, Cr, Si, Co, W, Mn, Ti, Va, Al, Cu, pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice, fizice şi chimice. Sunt utilizate pentru obţinerea unor piese cu rezistenţă mare la uzură, oxidare, şi temperaturi ridicate. Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor pieselor din oţel, acestea pot fi supuse unor tratamente termice şi termochimice. Tratamentele termice aplicate pieselor din oţel sunt următoarele : călirea, revenirea, recoacerea. Călirea este tratamentul termic aplicat pieselor din oţel pentru mărirea rezistenţei şi a durităţii. Tratamentul constă în încălzirea pieselor la o temperatură de 800 – 850 0 C, urmată de o răcire bruscă în apă, ulei sau soluţie de săruri. Revenirea este tratamentul termic aplicat pieselor din oţel după ce au fost călite, pentru înlăturarea tensiunilor interioare şi micşorarea fragilităţii. Tratamentul constă în încălzirea pieselor la temperaturi de 300 – 350 0 C, urmată de o răcire lentă în aer. Recoacerea este tratamentul termic aplicat pieselor din oţel turnate, laminate sau forjate pentru anularea tensiunilor interioare în vederea executării altor prelucrări. Tratamentul constă în încălzirea pieselor la temperaturi de 800 – 900 0 C urmată de o răcire lentă. Tratamentele termochimice aplicate pieselor din oţel sunt următoarele : cementarea, nitrurarea, cromizarea, aluminizarea, etc . Aceste tratamente se execută pentru mărirea durităţii şi rezistenţei la uzură, coroziune. Tratamentele constau în modificarea compoziţiei chimice a straturilor superficiale ale pieselor -
13
din oţel. Piesele se încălzesc la temperaturi de 900 – 1000 0 C în medii bogate în carbon, azot, sau alte substanţe. Grosimea stratului îmbogăţit va fi în funcţie de durata de încălzire. 2.1.3. Materiale metalice neferoase În construcţia şi exploatarea tractoarelor şi maşinilor agricole sunt utilizate materiale metalice neferoase reprezentate prin metale neferoase (cuprul, staniul, zincul, aluminiul, plumbul,etc.) şi aliaje neferoase (bronzul, alama, duraluminiul, aliajul antifricţiune). Cuprul (Cu) sau arama este un metal neferos de culoare roşiatică, maleabil, ductil, cu o foarte bună conductibilitate electrică şi termică şi rezistent la coroziune. Este utilizat pentru confecţionarea conductorilor electrici, conductelor, garniturilor, etc., şi ca element de aliere în obţinerea bronzurilor, alamei şi duraluminiului. Staniul (Sn) este un metal neferos de culoare alb - argintie, maleabil, ductil şi rezistent la coroziune. Se foloseşte la cositorirea tablelor din oţel, material de aport pentru lipirea moale şi ca element de aliere pentru obţinerea bronzului şi aliajului antifricţiune. Zincul (Zn) este un metal neferos de culoare alb – albăstruie, maleabil în intervalul de temperatură de 100 – 150 0 C, cu rezistenţă mare la coroziune. Este utilizat pentru acoperiri galvanice ale tablelor din oţel (tablă zincată) şi ca element de aliere în obţinerea alamei. Aluminiul (Al) este un metal neferos de culoare argintie, cu o foarte bună conductibilitate termică şi electrică, greutate specifică mică, rezistent la solicitări mecanice şi la oxidare. Este utilizat pentru confecţionarea conductorilor electrici, conductelor, pieselor turnate, etc. Plumbul este un metal neferos de culoare cenuşiu – albăstruie, maleabil şi rezistent la coroziune. Este folosit la confecţionarea conductelor, fabricarea plăcilor pentru acumulatorii electrici şi la obţinerea aliajelor antifricţiune. Bronzul este un aliaj neferos de culoare alb – roşcat, obţinut din Cu şi Sn. Este folosit la realizarea lagărelor cu frecare de alunecare (cuzineţi, bucşe) iar prin alierea cuprului cu Al, Zn, Pb, Ni, rezultă bronzurile speciale. Alama este un aliaj neferos de culoare roşie – gălbuie, obţinut din Cu şi Zn. Este utilizată la confecţionarea conductelor, recipienţilor, robineţilor şi ca material de aport la lipirea tare (alămire). Duraluminiul este un aliaj neferos obţinut din Al şi Cu, cu o mare rezistenţă mecanică, folosit la realizarea blocurilor motoare, chiulase, pistoane. Aliajul antifricţiune se obţine prin alierea unor metale neferoase precum Sn, Pb, Zn, Sb. Cele mai utilizate aliaje antifricţiune sunt cele pe bază de Sn şi Pb, din care se obţin lagărele. 2.1.4 Materiale nemetalice În construcţia de tractoare şi maşini agricole se folosesc următoarele materiale nemetalice : lemnul, sticla, pielea tehnică, cauciucul, fibrele textile, masele plastice, hârtia şi cartonul, materiale ceramice, ferodoul, klingheritul, ebonita, lacurile şi vopselurile, etc. Lemnul se utilizează la confecţionarea ambalajelor din agricultură, platformelor , a unor piese de la maşinile agricole şi combustibil pentru foc. Este un material higroscopic, supus putrezirii şi arderii, cu masă specifică mică, se prelucrează uşor şi rezistă bine la şocuri. Sticla este o topitură de silicaţi răcită brusc. Se utilizează pentru obţinerea de geamuri, recipienţi, lămpi, faruri, etc. Este un material transparent, fără conductibilitate termică şi electrică.
14
Pielea tehnică obţinută din pielea animalelor (în general de bovine), prelucrată prin tăbăcire. Se utilizează pentru confecţionarea curelelor de transmisie, garniturilor de etanşare, membranelor,etc. Cauciucul natural sau sintetic este folosit la confecţionarea anvelopelor, benzilor transportoare, curelelor de transmisie, învelişurilor pentru cablurile electrice, garniturilor, etc. Este caracterizat prin elasticitate, rezistenţă bună la rupere şi nu este higroscopic. Sub actiunea razelor solare cauciucul se fisureazǎ in timp, fenomen cunoscut sub denumirea de imbǎtranire. Fibrele textile sunt utilizate pentru confecţionarea elementelor de filtrare, curelelor de transmisie, benzilor transportoare, garniturilor de etanşare. Ele pot fi de origine vegetală (bumbac, cânepă), de origine animală (păr, lână) şi de origine minerală (azbest). Masele plastice sunt utilizate pentru obţinerea unei mari diversităţi de organe de maşini. Din mase plastice se realizează roţi dinţate, tuburi flexibile, flanşe, robinete, izolatori electrici, organe de lucru ale maşinilor agricole. Materialele plastice seobţin in urma unor reacţii chimice din diferite , dar mai ales din petrol. Propietǎţile generale sunt : densitate micǎ, rezistenţǎ la coroziune foarte bunǎ, conductibilitate termicǎ redusǎ, rezistenţa la acţiunea acizilor, bazelor si solvenţilor, prelucrare uşoarǎ, preţ de cost scǎzut, etc. Dintre propietǎţile negative trebuie enumerate rezistenţa scǎzutǎ la temperaturi ridicate, dilatare mare, rezistenţe mecanice mai mici decat ale metalelor (cu mici excepţi) şi imbǎtranirea. Principalele tipuri de mase plastice sunt : - termoplasticele (se pot prelucra prin incǎlzire) – policlorura de vinil, polietilena, polistirenul, plesiglas, teflon, poliamide, etc. - duroplasticile (nu se pot prelucra prin incǎlzire) – fenoplastice, aminoplastice, rǎşini polisterice, rǎşini epoxidice,etc. - elastomeri (au propietǎţi apropiate de cauciuc) cel mai cunostut fiind elastenul. - fluido- plasticile (curg) – cele mai cunoscute sunt aditivi pentru uleiuri. Hârtia şi cartonul sunt utilizate la obţinerea de garnituri, elemente de filtrare, etc. Sunt obţinute din celuloză prin prelucrarea materialelor vegetale. Materialele ceramice sunt folosite la realizarea unor elemente electroizolante. Au masă specifică redusă şi duritate mare. Ferodoul se obţine din azbest şi inserţii metalice neferoase. Are un coeficient de frecare mare, rezistent la temperatură şi uzură. Din el sunt realizate discurile de fricţiune ale ambreiajelor şi frânelor. Klingheritul este un amestec de azbest (70 %) şi cauciuc (30 %), fiind utilizat la realizarea garniturilor de etanşare (garnitura de chiulasă). Ebonita este obţinută prin amestecul cauciucului brut cu plastifiante şi sulf. Este un material electroizolant, utilizat pentru confecţionarea unor carcase electroizolante, piese turnate, tuburi, bare, roţi dinţate, etc. Lacurile şi vopselurile sunt folosite pentru acoperirea suprafeţelor din metal şi lemn pentru a le proteja de acţiunea corozivă a agenţilor fizici şi chimici. 2.2. Organe de maşini utilizate in construcţia tractoarelor şi masinilor agricole Organele de maşini sunt pǎrţi componente indivizibile ale unei maşini, care nu pot fi desfacute in pǎrţi mai simple. Dupǎ domeniul de utilizare organele de maşini se clasificǎ in : a). organe de maşini comune (de uz general) – intrǎ in componenţa majoritǎţii maşinilor şi sunt standardizate ;
15
b). Organe de maşini specifice- intra in componenţa numai a unei grupe de maşini, de exemplu pistoanele se folosesc la motoare, brǎzdarele la ploguri, aparatele de distribuţie la semǎnǎtori.etc. Organele de maşini de uz general pot fi : a). organe de maşini pentru asamblǎri : nedemontabile (nituri), demontabile (şuruburi şi pene) şi elastice (arcuri) ; b) organe de maşini ale mişcǎri de rotaţie : arbori, osii, axe şi lagǎre (de alunecare şi de rostogolire) ; c) organe de maşini pentru transmiterea şi transformarea mişcǎrii de rotaţie : roţi de fricţiune, rotţi dinţate, curele de transmisie şi lanţuri de transmisie ; d) cuplaje de legǎturǎ : rigide, elastice, cu fricţiune, cardanice, de dilatere, etc. e). organe pentru pǎstrarea şi conducerea fluidelor : rezervoare, conducte, robinene, valve, coturi, teuri, etc. 2.2.1 Asamblǎri nedemontabile Organele pentru asamblǎri nedemontabile se folosesc atunci cand piesele imbinate nu necesitǎ desfacerea acestora in timpul exploatǎri sau cand imbinarea este supusǎ la vibraţii puternice. Desfacerea pieselor este posibilǎ dar se distruge elementul de imbinare. Asamblǎrile nedemontabile se pot face cu nituri, prin sudurǎ, lipire sau incleiere. Asamblǎrile prin nituire se pot face prin suprapunere sau cap la cap cu una sau douǎ eclise. In funcţie de eforturi este necesar un rand sau mai multe randuri de nituri. Dupǎ destinaţie imbinarile prin nituire pot fi de rezistenţǎ, de etanşare şi de rezistenţǎetanşare. Un nit este alcǎtuit din capul fabricat, tija cilindricǎ şi capul de inchidere (format). Capul fabricat poate fi bombat, plat, tronconic, dublu tronconic,etc. Niturile pot fi confecţionate din oţel, cupru sau aluminiu. 2.2.2 Asamblǎri demontabile Aceste imbinǎri au avantajul cǎ demontarea pieselor imbinane se poate face fǎrǎ distrugerea elementului de imbinare şi dezavantajul cǎ se pot desface singure in timpul funcţionǎri dacǎ nu sunt prevǎzute sisteme de asigurare. Principalele asamblǎri demontabile se realizeazǎ prin şuruburi, pene şi caneluri. Asamblǎrile cu şuruburi sunt cele mai rǎspandite imbinari demontabile.Dupǎ rolul acestora se clasifica in urmatoarele tipuri : - asamblǎri de fixare : - asamblǎri pentru transmiterea forţei şi a mişcǎri ; - asamblǎri pentru mǎsurare ; - asamblari pentru reglaje. O imbinare filetatǎ de fixare exte formatǎ din şurub, piuliţǎ şi sistem de asigurare impotriva desfaceri. Elementele componente ale unui Surub sunt capul, tija şi filetul. Filetul se obţine prin deplasarea unei figuri geometrice (triunghi, pǎtrat, trapez, cerc,etc.) dupǎ o elice directoare pe o suprafaţǎ cilindricǎ sau conicǎ. Caracteristicile unui filet sunt diametrul, profilul şi pasul. Profilul poate fi triunghiular, pǎtrat, dreptunghiular, trapezoidal sau rotund. Profilul triunghiular se numeşte metric (cel mai rǎspandit filet pentru şuruburile de fixare) dacǎ triungiul este ehilateral şi Withvorth dacǎ triunghiul este isoscel cu unghiul la varf de 550. Pasul reprezintǎ distanţa mǎsuratǎ pe generatoarea cilindrului pe care o parcurge un punct de pe spirǎ cand şurubul se roţeşte cu 3600.Pasul poate fi normal, fin sau mare.
16
In fig. 2.1 se prezintǎ doaǎ tipuri principale de asamblari filetate pentru fixare.
Fig.2.1. Asamblǎri filetate
a)asamblare cu şurub ; b) asamblare cu prezon ; 1. şurub ; 2. piuliţǎ ; 3. rondea elasticǎ ; A şi B piese asamblate
Piuliţa reprezintǎ partea de inchidere a imbinǎri filetate şi prezintǎ la interior o gaurǎ filetatǎ. Pentru a se putea monta pe un şurub piulita trebuie sǎ aibǎ filetul cu acelaşi diametru, profil şi pas cu filetul şurubului. Principalele sisteme de asigurare impotriva autodeşurubǎri sunt rondea (şaibǎ) platǎ, rondea elasticǎ (şaiba Grower), contrapiuliţa, piuliţa crenelatǎ cu splint, plǎci cu umeri, rondele cu umeri, siguranetitǎ şi piuliţa cu autoblocare. Penele se folosec de regulǎ pentru fixarea roţilor dinţate, de lanţ sau de curea pe arbori şi pentru asamplarea a douǎ piese cu axa de simetrie in prelungire. Dupǎ poziţia penei faţǎ de axa pieselor asamblate penele pot fi transversale sau longitudinale. Penele transversale se monteazǎ perpendicular pe axa pieselor imbinate şi au formǎ trapezoidalǎ. Penele longitudinale pot realiza o imbinare cu stangere sau fǎrǎ strangere. Penele cu strangere, denumite şi pene inclinate pot fi simple sau cu nas (cǎlcai). Aceste pene preiau atat jocul radial cat şi jocul axial. Penele farǎ strangere pot fi paralele sau disc şi preiau decat jocul radial. Pentru a prelua jocul axial sunt necesare sisteme de fixare suplimentare. 2.2.3.Asamblǎri elastice Asamblarile elastice asigurǎ o legaturǎ elasticǎ intre pǎrţile componente ale unei maşini.Principalele tipuri de asamblǎri elastice sunt arcurile si tampoanele amortizoare de cauciuc. Dupǎ formǎ arcurile pot fi lamelare (foi), elicoidale, disc, inelare, spirale, barǎ de torsiune si speciale. Arcurile se pot clasifica şi dupa solicitarea la care sunt supuse în urmǎtoarele tipuri : arcuri supuse la întindere, arcuri supuse la compresiune, arcuri supuse la încovoiere, arcuri supuse la rǎsucire şi arcuri supuse la torsiune. Dupǎ domeniul de utilizare arcurile se calasificǎ în urmǎtoarele tipuri : -arcuri pentru amortizarea şocurilor şi vibraţilor ; 17
- arcuri pentru readucerea unor organe în poziţia iniţialǎ ; - arcuri pentru exercitarea unei forţe permanente ; - arcuri pentru acţionǎri mecanice ; - arcuri pentru mǎsurarea forţelor. Arcurile sunt confectionate din oţel special, denumit oţel arc sau din alamǎ. Caracteristicile unui arc sunt sarcina maximǎ pe care o suportǎ, deformaţia maximǎ (sǎgeata) şi rigiditatea acestuia. 2.2.4. Transmisi cu roţi dinţate Roţile dinţate se folosesc pentru transmiterea şi transformarea mişcǎri de rotaţie cand distanţa dintre arbori este micǎ , mişcarea trebuie transmisa cu precizie iar forţele pot fi mici, mijlocii sau mari. Mişcarea se transmite prin fenomenul de angrenare, adicǎ dintele unei roţi dinţate pǎtrunde in golul de dinte al celǎlaltei roţi dinţate. Elementele geometrice ale unei roţi dinţate sunt urmǎtoarele : diametrul interior, diametrul exterior, diametrul de divizare, pasul, modulul, inǎltimea dinţilor şi lǎţimea dinţilor. Pasul reprezintǎ distanţa mǎsuratǎ pe cercul de divizare pe care se intinde un dinte şi un gol de dinte. p = Π Dd / z ; (mm) (3) In care : Dd = diametrul de divizare, mm ; Z = numǎrul de dinţi ; P = pasul, mm Modulul reprezintǎ distanţa care revine unui dinte pe diametrul de divizare. m = Dd / z ; (mm) (4) p = Π m ; (mm) (5) Dupǎ poziţia arborilor angrenajele cu roţi dinţate pot fi : - angrenaje cilindrice, cu axe paralele ; - angrenaje conice, cu axe perpendiculare ; - angrenaje melcate, cu axe nepararlele şi neconcurente ; Dupǎ forma dinţilor angrenajele pot fi : - cu dinţi drepţi ; - cu dinţi inclinaţi ; - cu dinţi elicoidali. In fig. 2.2 se prezintǎ principalele tipuri de angrenaje cu roţi dinţate Raportul de transmisie a mişcǎri reprezintǎ raportul dintre turatia arborelui conducator şi turatia arborelui condus. It = n1 / n2 = z2 / z1 ; (6) In care : n1 = turaţia arborelui conducǎtor, rot/ min. n2 = turaţia arborelui condus ; z1 = numarul de dinţi ai roţi conducǎtoare ; z2 = numǎrul de dinţi ai roţi conduse. Cunoaşterea a trei termeni ai relaţiei permite aflarea celui de al patrulea termen.
18
Fig.2.2. Tipuri de transmisii cu roţi dinţate
a. roţi cilindrice cu dinţi drepţi; b. roţi cilindrice cu dinţi înclinaţi; c. roţi dinţate cilindrice cu dinţi în „V”; d. roti conice cu dinţi drepţi; e. roţi dinţate conice cu dinţi înclinaţi; f. roţi dinţate conice cu dinţi elicoidali; g. angrenaj melcat (melc-roată melcată).
2.2.5. Transmisii prin lanţuri Lanţurile de transmisie se folosesc pentru transmiterea şi transformarea mişcǎri de rotaţie când distanta dintre arbori este mare, mişcarea trebuie transmisǎ cu precizie iar fortele pot fi mici sau mijlocii. Pentru forţe mari se folosesc lanţuri cu douǎ sau trei randuri de zale. Mişcarea se transmite prin fenomenul de angrenare dintre roata de lanţ şi lanţul de transmisie. O transmisie prin lanţuri este formatǎ din urmǎtoarele pǎrţi : roata de lanţ conducǎtoare, roatǎ de lanţ condusǎ, lanţ de transmisie şi sistem de intindere a lanţului (rolǎ de material plastic, roatǎ de lanţ, patinǎ sau sistem cu şuruburi pentru deplasarea roţi conduse). Elementele geometrice ale roţilor de lanţ sunt identice cu elementele geometrice ale roţilor dinţate şi se calculeazǎ cu relaţiile 3, 4, 5 şi 6. Pentru a putea angrena cu un lanţ de trasmisie o roatǎ de lanţ trebuie sa aibǎ acelaşi pas şi lǎţime cu acesta. Principalele tipuri de lanţuri sunt urmoarele : - lanţ cu zale ovale ; - lanţ cu zale turnate ; - lanţ cu zale matriţate (agricol) ; - lanţ cu eclise şi role (cel mai rǎspandit) ; - lanţ cu plǎci multiple articulate. 19
Dezavantajele transmisiei cu lanţuri comparativ cu transmisia prin curele sunt urmǎtoarele : necesitǎ cuplaje de siguranţǎ, zgomot în funcţionare, necesitǎ intreţinere şi ungere. 2.2.5. Transmisii prin curele Transmisiile prin curele se utilizezǎ pentru transmiterea şi transformarea mişcǎrii de ratatie când distanţa dintre arbori este mare, mişcarea nu trebuie transmisǎ cu precizie iar forţele sunt de regulǎ mici sau mijlocii. Pentru transmiterea forţelor mari sunt necesare curele multiple sau mai multe curele. Mişcarea se transmite prin fenomenul de frecare dintre cureua de transmisie şi roata de curea, ca urmare transmisia prin curea îndeplineşne rolul de cuplj de siguranţǎ. O transmisie prin curele este formatǎ din roatǎ de curea conducǎtoare, roatǎ de curea condusǎ, curea de transmisie şi sistem de intindere a curelei.
Fig.2.3. Tipuri de transmisii prin curele a. montaj clasic ; b. montaj cu rola de intindere ; c. montaj încrucişat
Dupǎ forma secţiuni curelele pot fi : - curele late ; - curele trapezoidale ; - curele circulare ; - curele profilate (dinţate ) ; Curelele trapezoidale sunt cele mai rǎspândite pentru cǎ au douǎ suprafeţe de frecare (pe flancurile laterale) şi pot transmite forţe mai mari. Curelele profilate pot transmite mişcarea cu precizie dar comparativ cu lanţurile de transmisie au fiabilitate mai micǎ. Curelele de transmisie sunt confecţionate din cauciuc armat cu fibre textile, piele tehnicǎ, impletituri testile sau material plastc elastic. 2.2.5. Lagǎre Lagarele sunt organe de maşini destinate pentru susţinerea şi ghidarea organelor mişcǎri de rotaţie (arbori, osii, axe). Dupǎ felul frecǎri lagarele pot fi lagare de alunecare sau lagǎre de rostogolire. Lagarele de alunecare sunt mai simple şi pot prelua forţe variabile (şocuri).Un lagǎr de alunecare este alcǎtuit în general din corp, capac, şuruburi de fixare şi element antifricţiune. Principalele tipuri de lagǎre de alunecare sunt urmǎtoarele : - lagǎre simple ; - lagǎre cu bucşe (din bronz, aliaj antifricţiune sau mase plstice) ; - lagǎre cu semi-cuzineţi ( alcǎtuit din douǎ elemente antifricţiune).
20
Lagǎrele de rostogolire ( rulmenţi) au frecare mai redusǎ dar sunt mai complicate şi nu pot prelua forţe variabile. Un rulment este format din inelul interior, inelul exterior, corpuri de rostogolire şi colivie. Dupǎ forma corpurilor de rostogolire (rulare) rulmenţi se clasificǎ în : - rulmenţi cu bile ; - rulmenţi cu role conice ; - rulmenţi cu role cilindrice ; - rulmenţi cu role butoiaş ; - rulmenţi cu ace (role cilindrice subţiri şi lungi). In funcţie de forţele din lagǎr rulmenţi pot avea un singur rând sau mai multe rânduri de corpuri de rostogolire. Rulmenţi se clasificǎ dupǎ direcţia sarcini principale în urmǎtoarele tipuri : - rulmenţi radiali – preiau numai sarcini pe direcţia razei ; - rumenţi radiali-axiali – preiau sarcini radiale şi sarcini axiale pe o direcţie ; - rulmenţi axiali – preiau numai sarcini axiale pe ambele direcţii. Dupǎ modul de ungere rulmenţi pot fi capsulaţi sau simpli (necapsulaţi) TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt propietaţile materialelor ? Rǎspuns: Propietaţile materialelor sunt : fizice, chimice, mecanice si tehnologice 2. Ce piese se confectioneaza din fontǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Ce este pasul filetului? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1.Continutul în carbon al oţelului este de: a) 0.04 – 2,04 %; b) 2,04 – 6,67%; c) 6,67 – 9,04%. Rezolvare: a 2. Pistoanele motorului se confectioneaza din: a) fonta; b) oţel; c) aluminiu. Rezolvare: 3. Pentru transmiterea mişcǎrii de rotatie cu precizie când arbori sunt apropiati se utilizeaza a) o transmisie prin curele; b) o transmisie cu roţi dinţate; c) o transmisie prin lanţuri. Rezolvare:
21
REZUMATUL TEMEI 2. Materiale şi organe de maşini folosite in contrucţia şi exploatarea tractoarelor şi masinilor agricole 2.1. Materiale folosite in construcţia tractoarelor şi maşinilor agricole a) propietǎţile materialelor; b) aliaje feroase (fonta şi oţelul); c) metale neferoase ( aluminiu, cupru, zinc, plumb, staniu) d) alije neferoase (bronzul,alama,duraluminiu, aliaj antifricţiune) e) materiale nemetalice (mase plastice, cauciuc, lemn, hǎrtie, carton,sticla, etc.) 2.2. Organe de maşini utilizate in construcţia tractoarelor şi masinilor agricole a) asamblari nedemontabile (nituri) ; b) asamblǎri demontabile (suruburi si pene) c) asamblǎri elastice (arcuri) ; d) transmisii prin roţi dinţate ; e) trasmisii prin lanţuri ; f) transmisii prin curele ; g) lagǎre (de alunecare şi prin rostogolire)
22
Tema nr. 3
MOTOARE TERMICE CU ARDERE INTERNĂ Unitǎţi de învǎţare: definiţii generale şi tipuri de motoare; funcţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ în patru timpi; parametri constructivi si funcţionali ai motorului cu ardere internǎ diagramele ciclului motor. mecanismul motor Obiective: - cunoaşterea funcţionǎrii motoarelor termice cu ardere internǎ; - cunoaşterea pǎrţilor principale ale unui motor termic cu ardere internǎ - conoastera mecanismului motor - formarea de competenţe privind alegerea şi aprecierea motoarelor cu ardere internǎ. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1.
2. 3. 4.
5. 6.
Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara 1997. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti 1980. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 3.1. Consideraţii generale
Motorul este o maşină de forţă care transformă o energie oarecare (termică, electrică, eoliană, hidraulică, etc.) în energie mecanică, în scopul efectuării unui lucru mecanic util. Motorul termic transformă căldura produsă prin arderea unui combustibil, în lucru mecanic, prin intermediul evoluţiilor unui fluid, denumit fluid motor. Motorul termic cu ardere internă cu piston este un motor termic la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor, iar evoluţiile acestuia se realizează prin intermediul unui piston, a cărui mişcare rectilinie alternativă în interiorul cilindrului se transformă în mişcare de rotaţie, de către mecanismul bielă manivelă. Motoarele termice cu ardere internă se clasifică după următoarele criterii : a) După procedeul de aprindere a combustibilului : -motoare cu aprindere prin scânteie – MAS; -motoare cu aprindere prin comprimare – MAC.
23
b) După modul de realizare a ciclului sau numărul de rotaţii ale arborelui cotit care se realizează ciclul motor : -motor în 2 timpi – realizează ciclul de funcţionare la două curse ale pistonului, respectiv o rotaţie a arborelui cotit; -motor în 4 timpi – realizează ciclul de funcţionare la patru curse ale pistonului, respectiv două rotaţii ale arborelui cotit. c) După locul de formare a amestecului aer – combustibil : -motor cu formarea amestecului în interiorul cilindrului; -motor cu formarea amestecului în exteriorul cilindrului. d) După procedeul de admisie : -motor cu admisie normală; -motor cu admisie forţată (supraalimentare). e) După natura agentului de răcire : -motor răcit cu lichid; -motor răcit cu aer. f) După numărul de cilindrii : -motor monocilindric; -motor policilindric. g) După poziţia cilindrilor : -motor în linie; -motor în “V”; -motor în stea; -motor în “X”; -motor în “H”; -motor cu cilindrii opuşi. h) După starea de agregare a combustibilului : -motor cu combustibil gazos; -motor cu combustibil lichid; -motor cu combustibil lichid şi gazos.
în
3.2. Funţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ în patru timpi Un motor termic cu ardere internă reprezintă o maşină complexă alcătuită dintr-un mecanism motor, un ansamblu de sisteme auxiliare (distribuţie, alimentare, ungere, răcire, aprindere şi pornire) şi din aparatura pentru controlul funcţionării (turometru, manometre, termometru, etc.). Schema de principiu a motorului monocilindric este prezentată în figura 3.1. În timpul funcţionării, pistonul se deplasează între două poziţii limită denumite puncte moarte, care reprezintă punctele în care viteza pistonului este zero. Punctul mort interior, PMI, reprezintă poziţia pistonului care corespunde volumului minim ocupat de fluidul motor în cilindru. Punctul mort exterior, PME, reprezintă poziţia pistonului care corespunde volumului maxim ocupat de fluidul motor în cilindru. Cursa pistonului, S, reprezintă spaţiul parcurs de piston între cele două puncte moarte ale pistonului şi se măsoară în milimetri. Alezajul, D, reprezintă diametrul interior al cilindrului motorului, măsurat în milimetri.
24
Fig. 3.1. Schema de principiu a unui motor monocilindric în 4 timpi 1. cilindru; 2. piston; 3. ax piston; 4. bielă; 5. arbore motor; 6. volanta; 7. chiulasă; 8. supapă de admisie; 9. injector (MAC) sau bujie (MAS); 10. supapă de evacuare.
Cilindreea unitară, VS, reprezintă volumul generat prin deplasarea pistonului în cursa S şi se calculează cu relaţia : D 2 VS = 10 6 (7) S , (dm3; l) 4 Cilindreea totală sau capacitatea cilindrică, Vt, reprezintă suma cilindreelor tuturor cilindrilor motorului şi se calculează cu relaţia : Vt = z Vs, (dm3 ; l) (8) în care : z – numărul de cilindrii ai motorului. Volumul camerei de ardere, Vc, reprezintă volumul minim ocupat de fluidul motor când pistonul se află la PMI. Volumul cilindrului, Va, reprezintă volumul maxim ocupat de fluidul motor în interiorul cilindrului când pistonul se află la PME şi se calculează cu relaţia : Va = VS + Vc, (dm3 ; l) (3) Raportul de comprimare, , reprezintă raportul dintre volumul de admisie şi volumul camerei de ardere : V V VS V 1 S , = a c (9) Vc Vc Vc Raportul de comprimare are valori diferite pentru cele două principale tipuri de motoare, astfel = 6 – 9 (12 ) pentru MAS şi = 16 – 22 (24) pentru MAC. Unghiul de rotaţie al arborelui cotit, RAC, reprezintă unghiul făcut de manivelă cu axa cilindrului.
25
Ciclul motor reprezintă succesiunea proceselor termice care se repetă periodic în cilindrul motorului.Ciclul motor al unui motor cu ardere internă cuprinde următoarele procese termice: admisia, comprimarea, arderea, destinderea (detenta) şi evacuarea. Cursele pistonului în care se realizează ciclul motor se mai numesc şi timpi de funcţionare. La motoarele în patru timpi, procesele termice, cu excepţia arderii coincid aproximativ curselor pistonului, de aici denumirile corespunzătoare pentru cele patru curse sau timpi. Procesul de ardere se efectuează parţial în cursa de comprimare ( 1/3) şi parţial în cursa de destindere ( 2/3). Motorul termic cu ardere internă în patru timpi realizează ciclul de funcţionare astfel: -timpul 1 – pistonul se deplasează de la PMI la PME şi prin deschiderea supapei de admisie, în cilindru este aspirat aer proaspăt la motoarele cu aprindere prin comprimare sau amestec carburant (aer + benzină ) format în prealabil în carburator la motoarele cu aprindere prin scânteie, iar supapa de evacuare este închisă. În acest timp are loc procesul de admisie iar timpul se numeşte admisie. -timpul 2 – pistonul se deplasează de la PME la PMI, ambele supape sunt închise şi se realizează comprimarea aerului proaspăt sau a amestecului carburant. La motoarele cu aprindere prin comprimare, la sfârşitul acestei curse începe injecţia combustibilului care se continuă şi în prima parte a timpului trei iar datorită temperaturii ridicate a aerului comprimat, motorina pulverizată fin se autoaprinde şi începe procesul de ardere care se desfăşoară la presiune constantă. La motoarele cu aprindere prin scânteie, la sfârşitul acestui timp se produce scânteia electrică care aprinde amestecul carburant şi are loc procesul de ardere, care se desfăşoară la volum constant, după legea reacţiilor în lanţ, având un caracter exploziv. Acest timp este denumit comprimare. -timpul 3 – gazele rezultate din ardere, în destinderea lor, prin presiunea pe care o exercită imprimă pistonului o mişcare de la PMI la PME. Aceasta este singura cursă din cadrul ciclului motor în care se produce lucru mecanic, ea numindu-se cursa activă iar timpul 3 se numeşte timp motor. Ambele supape sunt închise pe durata acestei curse. Acest timp este denumit destinderea sau detenta. -timpul 4 – pistonul se deplasează de la PME la PMI, supapa de evacuare se deschide iar gazele de ardere sunt evacuate în afara motorului. Acest timp se numeşte evacuarea. Valorile presiunii şi temperaturii din interiorul cilindrului la sfârşitul fiecărui proces termic sunt prezentate în tabelul nr. 1.1.
Tabelul 1.1 Valorile presiunii şi temperaturii la sfârşitul fiecărui proces termic Procesul termic ADMISIA COMPRIMARE A ARDEREA DETENTA EVACUAREA
M.A.S. P (daN/cm2) T (0 C)
M.A.C. P (daN/cm2)
T (0C)
0,85-0,95 5-12
80-90 250-700
0,85-0,95 30-45
90-100 600-700
25-45 3-5 1,1-1,25
1800-2000 1000 600-800
35-50 2-4 1,1-1,25
1800-2000 1000 500-700
26
Din analiza datelor prezentate în tabelul nr. 1 rezultă următoarele: -deosebirea cea mai importantă dintre cele două tipuri de motoare se observă la sfârşitul procesului de comprimare, astfel la motoarele cu aprindere prin comprimare valorile presiunii şi temperaturii sunt mult mai mari în comparaţie cu valorile acestor parametri înregistrate la motoarele cu aprindere prin scânteie; -valorile ridicate ale presiunii şi temperaturii din interiorul cilindrului unui motor cu aprindere prin comprimare, obţinute la sfârşitul procesului de comprimare, sunt necesare pentru a asigura condiţiile autoaprinderii motorinei fin pulverizate; -la motoarele cu aprindere prin scânteie, se observă o creştere mare a presiunii din interiorul cilindrului la sfârşitul procesului de ardere, determinată de caracterul exploziv al acestui proces; -pentru procesele de admisie, detentă şi evacuare valorile presiunii şi temperaturii sunt apropiate pentru cele două tipuri de motoare. Funcţionarea motoarelor termice cu ardere internă în patru timpi poate fi reprezentată grafic prin variaţia presiunii în funcţie de volumul cilindrului, în timpul unui ciclu motor. În figura 3.2 se prezintă diagrama ciclului teoretic de funcţionare al motoarelor cu aprindere prin scânteie, în patru timpi iar în figura 3.3 se prezintă diagrama ciclului real de funcţionare al acestor motoare. Din analiza celor două reprezentări grafice rezultă că ciclul real de funcţionare diferă de ciclul teoretic prin următoarele: -supapele de admisie şi de evacuare se deschid cu avans şi se închid cu întârziere faţă de punctele moarte ale pistonului pentru a realiza o umplere mai bună a cilindrului cu amestec carburant şi o evacuare mai completă a gazelor arse; -procesul de ardere are loc cu o variaţie de volum; -procesele de admisie şi de evacuare au loc cu o variaţie a presiunii în interiorul cilindrului;
Fig. 3.2.Diagrama ciclului teoretic de Fig. 3.3.Diagrama ciclului real de funcţionare a funcţionare a unui motor cu aprindere a unui motor cu aprindere prin scânteie în 4 timpi. prin scânteie în 4 timpi. da-1’-2’-îa. admisia; îa-a-A. compresia; A-3’-4’. arderea; 4’-5’. detenta; ’ ’ ’ 5 -6 -1 -îe. evacuarea; a. producerea scânteii electrice; A. începutul arderii; da. deschiderea supapei de admisie; î a. închiderea supapei de admisie; de. deschiderea supapei de evacuare; î e. închiderea supapei de evacuare; a1. lucrul mecanic primit; a2. lucrul mecanic pierdut.
1-2. admisia; 2-3. comprimarea; 3-4. arderea; 4-5. detenta; 5-6-1. vacuarea; Pa. presiunea atmosferică; Q1. căldura primită prin arderea combustibilului; Q2. căldura cedată mediului înconjurător; .P. presiunea în interiorul cilindrului; V. volumul cilindrului; PMI. punctul mort interior; PME. punctul mort exterior.
27
În figura 3.4 se prezintă diagrama ciclului teoretic de funcţionare al motoarelor cu aprindere prin comprimare, în 4 timpi, iar în figura 3.5 se prezintă diagrama ciclului real de funcţionare al acestor motoare.
Fig. 3.4. Diagrama ciclului teoretic de funcţionare a motorului cu aprindere prin comprimare în 4 timpi
Fig. 3.5. Diagrama ciclului real de funcţionare a motorului cu aprindere prin comprimare în 4 timpi
1-2. admisia; 2-3. comprimarea; 3-4. arderea; 4-5. detenta; 5-6-1. evacuarea; Pa. presiunea atmosferică; Q1. cantitatea de căldură primită prin arderea combustibilului; Q2. cantitatea de căldură cedată mediului; PMI. punctul mort interior; PME. punctul mort exterior P. presiunea în interiorul cilindrului; V. volumul cilindrului.
da-1’-2’-îa. admisia; îa-A. comprimarea A-3’-4’. arderea; 4’-5’. detenta; 5’-6’-1’ -îe. evacuarea; i. începutul injecţiei; A. începutul arderii; d a. deschiderea supapei de admisie; îa. închiderea supapei de admisie; d e. deschiderea supapei de evacuare; î e. închiderea supapei de evacuare; a1. Lucrul mecanic primit; a2. lucrul mecanic pierdut.
Din analiza acestor diagrame, comparativ cu diagramele ciclului de funcţionare al motoarelor cu aprindere prin scânteie rezultă că deosebirea esenţială constă în modul de desfăşurare al procesului de ardere, care are loc la presiune constantă şi volum variabil. Ciclul real de funcţionare al motoarelor cu aprindere prin comprimare, comparativ cu ciclul teoretic prezintă următoarele diferenţe : -supapele de admisie şi cele de evacuare se deschid cu avans şi se închid cu întârziere faţă de punctele moarte ale pistonului, pentru a asigura o umplere mai bună a cilindrului cu aer proaspăt şi o evacuare mai completă a gazelor arse; -injecţia motorinei se face cu avans faţă de punctul mort interior; -presiunea în timpul arderii considerată teoretic constantă prezintă în realitate o uşoară creştere. -presiunea la începutul admisiei este superioară presiunii atmosferice, iar în continuare ea înregistrează valori subunitare datorită deplasării pistonului către punctul mort exterior; -presiunea în timpul evacuării este mai mare decât presiunea atmosferică pentru a utiliza energia gazelor arse; 3.3. Mecanismul motor Mecanismul motor asigură spaţiul în care se desfăşoară ciclul motor, contribuind la transformarea căldurii rezultată prin arderea combustibilului în lucru mecanic şi de a
28
transforma mişcarea rectilinie alternativă a pistoanelor în mişcare de rotaţie continuă a arborelui cotit. Mecanismul motor se compune din părţi fixe şi din mecanismul bielă manivelă (părţi mobile). Părţile fixe ale mecanismului motor sunt : blocul motor (bloc carter), cilindrii şi chiulasa. Mecanismul bielă manivelă este format din : piston, segmenţi, ax piston (bolţ), bielă, arbore motor (arbore cotit) şi volantă. Blocul motor reprezintă suportul pe care se montează majoritatea pieselor motorului. El este realizat din fontă sau aliaje de aluminiu, prin turnare, sub forma unei piese unice. Blocul motor este format din două compartimente: blocul cilindrilor şi carterul superior. Blocul cilindrilor, partea superioară a blocului motor este prevăzut cu locaşuri pentru cilindrii. Carterul superior, partea inferioară a blocului motor este prevăzut cu suporţi pentru montarea arborelui cotit. Blocul motor mai prezintă următoarele : spaţii pentru circulaţia lichidului de răcire, canale pentru circulaţia uleiului, locaşuri prevăzute cu bucşe pentru montarea arborelui cu came, locaşuri pentru montarea tacheţilor, locaşuri pentru tijele împingătoare, orificii filetate pentru montarea chiulasei, băii de ulei, pompei de apă, pompei de ulei şi altor piese ale motorului. Cilindrul asigură spaţiul necesar desfăşurării ciclului motor şi în interiorul lui se deplasează pistonul. Este realizat prin turnare centrifugală din fontă aliată. Cilindrul poate fi turnat direct (fix) în blocul motor sau amovibil (demontabil). Cilindrul amovibil poate fi de tip umed (pereţii săi exteriori vin în contact direct cu lichidul de răcire) sau de tip uscat. Cilindrii turnaţi în blocul motor prezintă avantajul unei siguranţe în exploatare mai mare şi dezavantajul unor reparaţii mai greoaie şi cu preţ de cost mai mare.Cilindrii amovibili prezintă avantajul unor reparaţii rapide fără o dotare tehnică deosebită a atelierului şi dezavantajul unei siguranţe în exploatare mai scăzute (prin deteriorarea garniturilor de etanşare, lichidul de răcire pătrunde în baia de ulei iar vibraţiile cilindrului din timpul funcţionării determină scăderea duratei de folosinţă ). Cilindrii amovibili umezi au suprafaţa exterioară neprelucrată mecanic cu excepţia zonei de etanşare cu blocul motor care este fin prelucrată şi prezintă canale pentru montarea inelelor sau garniturilor de etanşare. Chiulasa are rolul de a închide camera de ardere la partea superioară. Este realizată prin turnare din fontă sau din aliaje de aluminiu. Partea inferioară se prelucrează mecanic şi trebuie să fie perfect plană. Chiulasa prezintă orificii pentru intrarea sau ieşirea gazelor din cilindrii, spaţii pentru circulaţia gazelor proaspete şi spaţii pentru circulaţia gazelor arse, spaţii pentru circulaţia lichidului de răcire, locaşuri pentru montarea injectoarelor, spaţii de trecere pentru tijele înpingătoare şi găuri filetate. Chiulasa se montează pe partea superioară a blocului cilindrilor prin intermediul unor prezoane iar etanşarea dintre chiulasă şi blocul cilindrilor se asigură cu o garnitură specială denumită garnitură de chiulasă. Pistonul asigură evoluţia fluidului motor în cilindru şi îndeplineşte următoarele roluri : transmite bielei forţa de presiune a gazelor de ardere, asigură etanşarea cilindrului în ambele sensuri (împiedică scăparea gazelor în baia de ulei şi pătrunderea uleiului în camera de ardere), evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului şi transmite cilindrului reacţiunea normală a bielei asigurând ghidarea acesteia în cilindru. Pistonul este confecţionat din aliaje de aluminiu pentru a avea o masă redusă şi pentru a putea conduce căldura primită. Părţile principale ale unui piston sunt : capul pistonului, zona de etanşare, zona de ghidare (fusta pistonului) şi umerii pistonului. Capul pistonului asigură preluarea forţei gazelor de ardere iar forma sa diferă în funcţie de tipul motorului. La motoarele cu aprindere prin scânteie capul pistonului este plat sau bombat iar la motoarele cu aprindere prin comprimare cu injecţie directă prezintă o excavaţie care are rolul de a omogeniza motorina injectată în cilindru cu aerul comprimat. Zona de etanşare prezintă canale pentru montarea segmenţilor. Umerii pistonului realizaţi la partea interioară a pistonului asigură montarea bielei prin intermediul axului pistonului.
29
Segmenţii se montează în canalele exterioare ale pistonului şi sunt de două tipuri : segmenţi de compresie şi segmenţi de ungere. Segmenţii de compresie se montează în primele canale ale pistonului şi asigură etanşeitatea dintre piston şi cilindru. Segmenţii de ungere se montează în canalele următoare ale pistonului, care sunt prevăzute cu orificii şi asigură ungerea dintre piston şi cilindru. La cursele descendente ale pistonului ei curăţă peretele cilindrului de pelicula de ulei pentru a evita arderea acesteia şi implicit consumul de ulei. Ambele tipuri de segmenţi sunt sub forma unor inele confecţionate din fontă, tratată termic pentru a deveni elastică. Segmenţii de ungere prezintă pe suprafaţa laterală fante pentru circulaţia uleiului. Axul pistonului (bolţul) asigură ansamblarea pistonului cu biela. El este confecţionat din oţel aliat, tratat termic prin curenţi de înaltă frecvenţă şi are o secţiune tubulară pentru a mări rezistenţa la încovoiere şi pentru a reduce valoarea forţei de inerţie în punctele moarte ale pistonului. Pentru a permite oscilaţiile bielei faţă de piston bolţul se poate monta astfel : mobil în umerii pistonului şi fix în capul mic al bielei, fix în umerii pistonului şi mobil în capul mic al bielei, mobil atât în umerii pistonului cât şi în capul mic al bielei ( bolţ flotant ). Această ultimă soluţie asigură o uzură redusă şi uniformă a axului pistonului. Biela asigură transmiterea forţei de la piston la arborele cotit şi împreună cu acesta transformă mişcarea rectilinie alternativă a pistoanelor în mişcare de rotaţie. Biela este confecţionată din oţel aliat rezistent la solicitarea de flambaj. Ea este formată din capul mic, corpul sau tija bielei şi capul mare. Capul mic prevăzut cu o bucşe din bronz sau din aliaje antifricţiune se montează articulat pe axul pistonului. Capul mare prevăzut cu un capac se montează articulat pe fusul maneton al arborelui motor şi prezintă cuzineţi bimetalici. Arborele motor (arborele cotit) este realizat din oţel aliat sau din fontă maleabilă. El este format din : fusuri paliere, fusuri manetoane, braţe manetoane, flanşa pentru volantă şi partea de calare. Fusurile paliere sunt dispuse pe aceeaşi linie şi asigură montarea arborelui cotit în suporţii blocului motor, prevăzuţi cu cuzineţi bimetalici, care se numesc şi lagăre paliere. Fusurile manetoane sunt decalate în spaţiu în funcţie de numărul cilindrilor şi pe ele se montează bielele. Fusurile paliere şi manetoane sunt locuri de uzură, din această cauză se prelucrează foarte fin prin rectificare şi se tratează termic. Braţele manetoane fac legătura între fusurile paliere şi fusurile manetoane. Partea de calare este prevăzută cu locaşuri de pană pentru montarea roţilor dinţate ale distribuţiei, roţii de curea pentru antrenarea pompei de apă, ventilatorului şi alternatorului iar la unele motoare se montează şi o roată dinţată care antrenează pompa de ulei. La majoritatea motoarelor, arborele motor se prevede cu canale interioare pentru circulaţia uleiului între fusurile paliere şi fusurile manetoane. Arborele cotit însumează lucrul mecanic produs în fiecare cilindru şi-l transmite utilizatorului. De asemenea el antrenează sistemele auxiliare ale motorului. Volanta are rolul de a uniformiza mişcarea arborelui cotit, ea înmagazinează energia din timpii activi şi o cedează pentru executarea timpilor pasivi ai ciclului motor. Volanta este sub forma unui disc, masiv, confecţionat din fontă sau oţel prevăzută la exterior cu o coroană dinţată pentru pornirea motorului. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt procesele termice care alcatuiesc ciclul motor de funcţionare ? Rǎspuns: Procesele termice care alcatuiesc ciclul motor de funcţionare sunt : admisia, comprimarea, arderea, detenta şi evacuarea 2. Care sunt pǎrţile mobile ale mecanismului motor ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................
30
3. Care sunt deosebirile principale dintre ciclul funcţionare teoretic şi real ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1.In tipul admisiei la MAC în cilindrul motorului pǎtrunde: a) amestec carburant; b) motorinǎ; c) aer proaspǎt. Rezolvare: c 2. Lucrul mecanic se produce în timpul procesului termic denumit: a) comprimare; b) detentǎ; c) ardere. Rezolvare: 3. Partile fixe ale mecanismului motor sunt: a) blocul motor, chiuloasa şi cilindru; b) blocul motor, supapele şi pompa de apǎ; c) blocul motor, chiuloasa şi injectorul. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 3. MOTOARE TERMICE CU ARDERE INTERNĂ 3.1Consideraţii generale a) Motorul termic cu ardere internă cu piston este un motor termic la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor, iar evoluţiile acestuia se realizează prin intermediul unui piston, a cărui mişcare rectilinie alternativă în interiorul cilindrului se transformă în mişcare de rotaţie, de către mecanismul bielă manivelă. b) Motoarele termice cu ardere internă se clasifică după următoarele criterii: modul de aprindere a combustibilului, numǎrul timpilor de functionare, numǎrul cilindrilor, pozitia cilindrilor, locul de formare a amestecului carburant, procedeul de admisie si procedeul de racire; 3.2. Funţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ în patru timpi a) Parametri constructivi şi funcţionali ai unui motor termic cu ardere internǎ sunt : punctele moarte ale pistonului, cursa pistonului, alezajul, capacitatea cilindricǎ, volumul de admisie, volumul camerei de ardere şi capacitatea cilindricǎ ; b) Ciclul motor al unui motor cu ardere internă cuprinde următoarele procese termice: admisia, comprimarea, arderea, destinderea (detenta) şi evacuarea 3.3. Mecanismul motor a) Mecanismul motor asigură spaţiul în care se desfăşoară ciclul motor, contribuind la transformarea căldurii rezultată prin arderea combustibilului în lucru mecanic şi de a transforma mişcarea rectilinie alternativă a pistoanelor în mişcare de rotaţie continuă a arborelui cotit. b) Mecanismul motor se compune din părţi fixe (blocul motor, cilindrii şi chiulasa) şi parţi mobile (piston, segmenţi, ax piston , bielă, arbore motor şi volantă).
31
Tema nr.4
MECANISMUL DE DISTRIBUŢIE A GAZELOR ŞI SISTEMUL DE ALIMENTARE AL MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE Unitǎţi de învǎţare: mecanismul de distribuţie a gazelor sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare supralimentarea motoarelor termice cu ardere internǎ Obiective: - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii mecanismul de distribuţie a gazelor; - cunoaşterea părţile componente şi a funcţionarii sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare; - cunoaşterea părţile componente şi a funcţionarii sistemul de supraalimentare al motoarelor cu ardere internǎ; Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 8. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 9. Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara 1997. 10. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti 1980. 11. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 12. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 7.
4.1. Mecanismul de distribuţie a gazelor Mecanismul de distribuţie a gazelor permite umplerea periodică a cilindrilor cu gaze proaspete şi evacuarea periodică a gazelor arse din cilindrii motorului în atmosferă, la momente de timp bine stabilite de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. El este format din : conducte de gaze (colectoare, galerii) care transportă şi distribuie fluidul proaspăt spre cilindrii, care colectează şi transportă gazele de ardere în atmosferă; mecanismul care comandă deschiderea şi închiderea periodică a orificiilor de admisie şi de evacuare ale cilindrilor; amortizorul de zgomot care limitează intensitatea zgomotelor produse de evacuarea gazelor arse. După modul de închidere şi deschidere a orificiilor, mecanismele de distribuţie se clasifică în : a) mecanisme de distribuţie cu ferestre – întâlnite la motoarele termice în 2 timpi; 32
b) mecanisme de distribuţie cu supape – întâlnite la motoarele termice în 4 timpi. După schema cinematică mecanismele de distribuţie cu supape se clasifică în : a) mecanisme de distribuţie cu comandă inferioară – la care supapele montate în blocul cilindrilor se deschid de jos în sus; b) mecanisme de distribuţie cu comandă superioară – la care supapele montate în chiulasă se deschid de sus în jos. În prezent majoritatea motoarelor termice cu ardere internă sunt prevăzute cu mecanisme de distribuţie cu comandă superioară pentru că asigură o umplere mai bună a cilindrilor cu fluid motor şi o evacuare mai completă a gazelor arse din cilindrii. Părţile componente ale mecanismului de distribuţie cu comandă superioară sunt următoarele : arbore cu came, tacheţi, tije împingătoare, culbutori, axul culbutorilor, supape de admisie, supape de evacuare, arcurile supapelor, elemente de fixare a arcurilor pe supape (discuri, siguranţe), ghidajele pentru supape şi mecanismul de antrenare a arborelui cu came de către arborele motor. În figura 4.1 se prezintă schema cinematică a mecanismului de distribuţie cu comandă superioară.
Fig. 4.1. Mecanismul de distribuţie cu comandă superioară 1. arbore cu came ; 2. tachet ; 3. tijă împingătoare; 4. culbutor; 5. ax culbutor; 6. supapă; 7. ghid de supapă; 8. arc de supapă.
Arborele cu came comandă deschiderea supapelor şi este confecţionat din oţel aliat, având locurile de uzură tratate termic.El este format din fusuri paliere şi came. Tacheţii împreună cu camele transformă mişcarea de rotaţie în mişcare rectilinie alternativă. Ei sunt confecţionaţi din oţel iar în prezent cei mai răspândiţi sunt tacheţii tip pahar, care se montează în locaşuri amplasate în blocul cilindrilor, deasupra camelor. Tijele împingătoare transmit mişcarea tacheţilor la culbutori. Sunt sub forma unor ţevi, confecţionate din oţel, prevăzute la partea inferioară cu o semisferă iar la partea superioară cu o cupă. Culbutorii au forma unor pârghii cu braţe inegale şi au rolul de a transmite mişcarea primită de la tijele împingătoare la supape. Pe braţul scurt al acestora se află un şurub de
33
reglaj pentru modificarea jocului de dilatare termică dintre capul culbutorilor şi capul supapei. Axul culbutorilor serveşte la montarea culbutorilor şi este confecţionat din oţel cu secţiune tubulară pentru a permite circulaţia uleiului necesar ungerii. Pe ax se montează arcurile de distanţare a culbutorilor pentru a împiedica deplasarea laterală a acestora. Supapele au rolul de a închide sau deschide orificiile de intrare (supape de admisie) sau de ieşire (supape de evacuare) a gazelor în / din cilindrii. Supapa este alcătuită din : taler, tijă şi capul supapei. Ele sunt confecţionate din oţel înalt aliat rezistent la temperaturi ridicate, uzură şi la şocuri. Orice motor termic în 4 timpi trebuie să aibă pentru fiecare cilindru minim o supapă de admisie şi o supapă de evacuare. Arcurile pentru supape au rolul de a închide supapele şi sunt fixate pe supape cu ajutorul unor discuri prevăzute cu siguranţe tronconice . Funcţionare. Arborele cu came este antrenat cu mişcare de rotaţie de către arborele motor. Când o camă va ataca tachetul , acesta se ridică iar cu ajutorul tijei împingătoare mişcarea rectilinie se transmite la culbutor. Astfel, braţul scurt al culbutorului se ridică iar celălalt braţ coboară şi apasă pe supapă. Ca urmare supapa se deschide comprimând arcul supapei, iar prin orificiul deschis se realizează schimbul de gaze dintre cilindru şi mediul înconjurător. În faza următoare cama va elibera tachetul, arcul supapei se destinde şi va închide supapa, iar întreg mecanismul seva deplasa în sens contrar. Pentru fiecare cilindru sunt necesare minim două supape (de admisie şi de evacuare). Fiecare supapă va fi acţionată de un culbutor, tijă împingătoare, tachet şi o camă. Pentru a mări fiabilitatea mecanismului şi pentru a asigura o umplere mai bună a cilindrilor şi o evacuare completă a acestora în prezent au apărut următoarele modificări : -arborele cu came se montează deasupra chiulasei şi acţionează direct asupra supapelor, soluţie care asigură simplificarea mecanismului şi implicit mărirea siguranţei în exploatare (fig. 4.2.a ); .
Fig. 4.2. Tipuri noi de mecanisme de distribuţie
a. cu o axă cu came şi două supape; b. cu două axe cu came şi patru supape; c. cu o axă cu came şi patru supape; 1. axă cu came; 2. supapă; 3. culbutor.
-numărul supapelor s-a dublat, astfel se construiesc în prezent motoare cu 4 supape pentru fiecare cilindru (2 supape de admisie şi 2 supape de evacuare), această soluţie asigură umplerea mai bună a cilindrilor cu aer proaspăt sau amestec carburant şi evacuarea completă a gazelor de ardere;
34
-comanda deschiderii celor 4 supape se face cu o axă cu came (fig. 4.2. c) sau cu două axe cu came ( fig. 4.2. b). 4.2. Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare păstrează în apropierea motorului o cantitate de motorină necesară funcţionării acestuia pe durata unui schimb de lucru, curăţă componentele amestecului carburant (motorina şi aerul ) şi introduce combustibilul sub formă de picături foarte fine în cilindrii motorului în funcţie de sarcina acestuia, la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. 4.2.1. Părţile componente şi funcţionarea Întru-cât amestecul carburant se formează în interiorul cilindrului, sistemul de alimentare este format din două părţi principale : partea de alimentare cu aer şi partea de alimentare cu motorină. Partea de alimentare cu aer este formată din : filtru de aer de tip mixt, racord de legătură şi galerie de admisie. Partea de alimentare cu motorină (figura 4.3.) este formată din : rezervor de motorină, robinet de trecere, pompă de alimentare, filtre de motorină (grosier şi fin), pompă de injecţie, regulator de turaţie, injectoare, sistem de pornire pe timp rece, conducte de joasă presiune, conducte de înaltă presiune, conducte de retur a surplusului de motorină de la pompa de injecţie şi de la injectoare. Funcţionare. Motorina păstrată în rezervor ajunge prin cădere la pompa de alimentare care va realiza o presiune de 2-4 barri, necesară circulaţiei acesteia prin filtre, care vor curăţa motorina de impurităţi. Pompa de injecţie măreşte presiunea motorinei până la valoarea presiunii de injecţie (presiunea la care motorina poate fi pulverizată), dozează motorina în funcţie de sarcina motorului, o distribuie la injectoare în ordinea de funcţionare a motorului şi la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor. Prin conductele de înaltă presiune motorina este condusă la injectoare care o vor pulveriza sub formă de particule foarte fine în interiorul cilindrilor.
Fig. 4.3. Schema sistemului de alimentare cu motorină
1. rezervor de motorină; 2. robinet de trecere; 3. pompă de alimentare; 4. filtru grosier de motorină; 5. filtru fin de motorină; 6. pompă de injecţie; 7. regulator de turaţie; 8. injectoare; 9. conducte de joasă presiune; 10. conducte de înaltă presiune; 11. conductă de retur a surplusului de motorină de la pompa de injecţie; 12. conductă de retur a surplusului de motorină de la injectoare.
35
Regulatorul de turaţie reglează turaţia motorului în funcţie de sarcina acestuia prin modificarea debitului de motorină. 4.2.2. Principiul de funcţionare al pompelor de injecţie Pompele de injecţie sunt de două tipuri : pompe de injecţie cu elemenţi în linie şi pompe de injecţie cu rotor de pompare şi distribuţie. Pompa de injecţie cu elemenţi în linie este prevăzută cu câte un element de pompare pentru fiecare injector. Părţile componente principale sunt următoarele : corpul pompei, arborele cu came, elemenţii de pompare şi tija cu cremalieră. Un element de pompare (figura 4.4) este format din : tachet cu rolă, pistonaş, cilindru, arc de revenire, supapă de refulare şi sector dinţat. Funcţionare. Când pistonaşul coboară sub acţiunea arcului de revenire, eliberează orificiul de intrare a motorinei iar aceasta pătrunde în interiorul cilindrului (faza de admisie). În faza urmatoare cama acţionează asupra tachetului şi determină ridicarea pistonaşului care va comprima motorina. Aceasta va fi refulată către injector în momentul în care presiunea realizată va fi mai mare decât forţa arcului supapei de refulare (faza de refulare). Reglarea debitului de motorină în funcţie de sarcina motorului se realizează prin rotirea pistonaşului în jurul axei sale de către tija cu cremalieră şi sectorul dinţat. Prin aceasta se modifică poziţia degajării înclinate a pistonaşului în faţa orificiului de intrare a motorinei în cilindru. Debitarea motorinei către injector durează până când degajarea înclinată corespunde cu orificiul de intrare a motorinei în cilindru, astfel cantitatea debitată depinde de cursa activă a pistonaşului.
Fig. 4.4. Schema de principiu a pompei de injecţie cu elemenţi în linie 1.cilindru; 2. pistonaş; 3. tachet cu rolă; 4. arbore cu came; 5. arc de revenire; 6. supapă de refulare; 7. sector dinţat; FF – filtru fin de combustibil.
Pompa de injecţie cu rotor de pompare şi distribuţie este prevăzută cu un singur element care pompează şi distribuie motorina la toate injectoarele. Părţile componente principale (figura 4.5.) sunt următoarele : corp, supapă de regularizare şi uniformizare a debitului, pompă de transfer, cap hidraulic, supapă de dozare, rotor de distribuţie şi pompare, inel cu came interioare şi dispozitiv de reglare a avansului la injecţie.
36
Funcţionare. Motorina pătrunde în pompa de injecţie prin supapa de regularizare şi uniformizare a debitului şi este dirijată către pompa de transfer. Aceasta măreşte presiunea motorinei la 4 – 7 barri pentru a putea circula prin canalele înguste ale pompei de injecţie şi o trimite la supapa de dozare care va regla debitul de motorină. Cantitatea de motorină dozată pătrunde în canalul radial de admisie al capului hidraulic. La anumite momente de timp acest canal comunică cu un canal radial de admisie al rotorului şi prin canalul axial ajunge între pistonaşele de pompare când acestea se află în golurile inelului cu came (faza de admisie). În continuare prin învârtirea rotorului se întrerupe comunicarea cu canalul de admisie al capului hidraulic, pistonaşele ajung pe două came diametral opuse, comprimă motorina şi o trimit cu presiune prin canalul axial, la canalul radial de refulare al rotorului care va comunica cu un canal radial de evacuare al capului hidraulic (faza de refulare). Acesta comunică cu o conductă de înaltă presiune prin care motorina ajunge la injector. Pompele de injecţie cu distribuitor rotativ prezintă avantajul dozării uniforme a motorinei, toate injectoarele primesc aceeaşi cantitate de combustibil şi cu aceeaşi presiune.
Fig. 4.5.. Schema de principiu a pompei de injecţie rotative. 1. supapă de regularizare şi uniformizare a debitului; 2. pompă de transfer; 3.supapă de dozare; 4. cap hidraulic; 5. rotor de distribuţie şi pompare; 6. pistonaş; 7. inel cu came interioare; a. canal radial de admisie a motorinei în capul hidraulic; b. canal radial de refulare a motorinei din capul hidraulic; c. canal radial de admisie a motorinei în rotor; d. canal radial de evacuare a motorinei din rotor; e. canal axial din rotor.
4.3. Supraalimentarea motoarelor termice cu ardere internǎ Sistemul de supraalimentare realizează introducerea forţată în cilindrii motorului a unei cantităţi sporite de aer care va permite mărirea cantităţii de combustibil injectate asigurând astfel arderea completă a acestuia şi creşterea puterii motorului fără modificarea capacităţii cilindrice a acestuia. După presiunea de admisie sistemele de supraalimentare se clasifică în : -supraalimentarea de joasă presiune (1,2 – 1,5 barri) care asigură o creştere a puterii motorului cu 25 – 50 %; -supraalimentarea de presiune medie (1,5 – 2,0 barri) care asigură o creştere a puterii motorului cu 50 – 80 %;
37
-supraalimentarea de înaltă presiune (2,0 – 4,0 barri) care asigură o creştere a puterii motorului cu 80 – 120 %. După modul de acţionare sistemele de supraalimentare se împart în : -supraalimentarea cu compresor, la care acţionarea se face printr-o transmisie mecanică de la arborele cotit al motorului; -supraalimentarea cu turbosuflantă la care acţionarea se face de către forţa gazelor de eşapament. În prezent cel mai utilizat este sistemul de supraalimentare cu turbosuflantă. Părţile componente ale sistemului de supraalimentare cu turbosuflantă (figura 4.6.) sunt următoarele : turbina, suflantă, ax turbosuflantă, colector admisie şi colector evacuare. Funcţionare. Gazele arse sunt conduse prin colectorul de evacuare la turbină pe care o pun în mişcare datorită presiunii acestora iar apoi sunt dirijate către toba de eşapament. Mişcarea turbinei este transmisă cu ajutorul axului la suflantă. Aceasta va absorbi aerul proaspăt prin filtrul de aer şi prin centrifugare îi măreşte presiunea. Aerul comprimat este dirijat prin colectorul de admisie către cilindrul motorului. Turaţia axului turbosuflantei este foarte mare (40.000 – 100.000 rot./min.).
Fig. 4.6. Schema sistemului de supraalimentare cu turbosuflantă 1.suflantă; 2. axul turbosuflantei; 3. turbina; 4. filtru aer; 5.colector admisie; 6. colector evacuare.
Avantajele sistemului de supraalimentare sunt următoarele : -creşterea puterii motorului fără mărirea capacităţii cilindrice a acestuia, mai ales la motoarele de capacitate mare (peste 3,0 l); -reducerea emisiilor poluante datorită arderii mai bune a combustibilului; -reducerea consumului de combustibil cu 5 – 10 %; -creşterea gradului de securitate în conducerea autovehiculului şi a capacităţii de lucru a agregatului pentru că motorul răspunde rapid la comenzi. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt pǎrtile componente ale mecanismului de distribuţie a gazelor al motoarului cu ardere internǎ ? Rǎspuns: Pǎrtile componente ale mecanismului de distribuţie a gazelor al motoarului cu ardere internǎ sunt : arorele cu came, tacheţi, tijele impingǎtoare, culbutori, axul culbutorilor, supapele, arcurile pentru supape, elemente de fixare a arcurilor pe supape (discuri, siguranţe), ghidajele pentru supape şi mecanismul de antrenare a arborelui cu came de către arborele motor.
38
2. Care sunt pǎrţile sistemului de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt avantajele supralimentǎri motoarelor cu ardere internǎ ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1.Mecanismul de distribuţie a gazelor are rolul de a: a) introduce amestecul carburant în cilindri motorului; b) deschide şi închide orificile de intrare sau ieşire a gazelor din cilindrii motorului la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor şi in ordinea de funcţionare; c) distibui motorina la cilindrii motorului. Rezolvare: b 2. Injectoarele motorului Diesel asigurǎ: a) eliminarea aerului din sistemul de alimentare; b) marirea presiunii motorinei; c) pulverizarea motorinei în interiorul camerei de ardere. Rezolvare: 3. Turbosuflanta este antrenatǎ de: a) presiunea gazelor de evacuare; b) presiunea gazelor de admisie; c) o curea trapezoidalǎ. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 4. Mecanismul de distribuţie a gazelor şi sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare 4.1. Mecanismul de distribuţie a gazelor a) Mecanismul de distribuţie a gazelor permite umplerea periodică a cilindrilor cu gaze proaspete şi evacuarea periodică a gazelor arse din cilindrii motorului în atmosferă, la momente de timp bine stabilite de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. b) Părţile componente ale mecanismului de distribuţie cu comandă superioară sunt următoarele : arbore cu came, tacheţi, tije împingătoare, culbutori, axul culbutorilor, supape de admisie, supape de evacuare, arcurile supapelor, elemente de fixare a arcurilor pe supape (discuri, siguranţe), ghidajele pentru supape şi mecanismul de antrenare a arborelui cu came de către arborele motor. 4.2. Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare 4.2.1. Părţile componente şi funcţionarea a) Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin comprimare păstrează în apropierea motorului o cantitate de motorină necesară funcţionării acestuia pe durata unui schimb de lucru, curăţă componentele amestecului carburant (motorina şi aerul ) şi introduce combustibilul sub formă de picături foarte fine în cilindrii motorului în funcţie de sarcina
39
acestuia, la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. b) Partea de alimentare cu motorină este formată din : rezervor de motorină, robinet de trecere, pompă de alimentare, filtre de motorină (grosier şi fin), pompă de injecţie, regulator de turaţie, injectoare, sistem de pornire pe timp rece, conducte de joasă presiune, conducte de înaltă presiune, conducte de retur a surplusului de motorină de la pompa de injecţie şi de la injectoare. 4.2.2. Principiul de funcţionare al pompelor de injecţie a) Pompa de injecţie cu elemenţi în linie este prevăzută cu câte un element de pompare pentru fiecare injector. Părţile componente principale sunt următoarele : corpul pompei, arborele cu came, elemenţii de pompare şi tija cu cremalieră. Un element de pompare este format din : tachet cu rolă, pistonaş, cilindru, arc de revenire, supapă de refulare şi sector dinţat. b) Pompa de injecţie cu rotor de pompare şi distribuţie este prevăzută cu un singur element care pompează şi distribuie motorina la toate injectoarele. Părţile componente principale sunt următoarele : corp, supapă de regularizare şi uniformizare a debitului, pompă de transfer, cap hidraulic, supapă de dozare, rotor de distribuţie şi pompare, inel cu came interioare şi dispozitiv de reglare a avansului la injecţie. 4.3. Supralimentarea motoarelor termice cu ardere internǎ a) Sistemul de supraalimentare realizează introducerea forţată în cilindrii motorului a unei cantităţi sporite de aer care va permite mărirea cantităţii de combustibil injectate asigurând astfel arderea completă a acestuia şi creşterea puterii motorului fără modificarea capacităţii cilindrice a acestuia. b) Părţile componente ale sistemului de supraalimentare cu turbosuflantă sunt următoarele : turbina, suflantă, ax turbosuflantă, colector admisie şi colector evacuare.
40
Tema nr.5
SISTEMELE SPECIFICE MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCANTEIE Unitǎţi de învǎţare:
Sistemul de alimentare cu carburetor al motoarelor cu aprindere prin scânteie Sistemul de alimentare cu injecţie cu benzinǎ al motoarelor cu aprindere prin scânteie Sistemul de aprindere al motoarelor cu aprindere prin scânteie
Obiective: - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii sistemului de alimentare cu carburetor al motoarelor cu aprindere prin scânteie; - cunoaşterea părţile componente şi a funcţionarii sistemului de alimentare cu injecţie cu benzinǎ al motoarelor cu aprindere prin scânteie ; - cunoaşterea părţile componente şi a funcţionarii sistemului de aprindere al motoarelor cu aprindere prin scânteie. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1.
2. 3. 4.
5. 6.
Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara 1997. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti 1980. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 5.1. Sistemul de alimentare cu carburetor al motoarelor cu aprindere prin scânteie
Acest sistem îndeplineşte următoarele roluri : păstrează în apropierea motorului o cantitate de benzină necesară funcţionării acestuia, curăţă aerul şi benzina de impurităţi, formează şi dozează amestecul carburant în funcţie de sarcina motorului şi de regimul de exploatare al motorului, conduce amestecul carburant către cilindrii motorului. Părţile componente ale acestui sistem sunt următoarele : rezervor de benzină, filtru de benzină, pompa de alimentare, carburatorul , conducte de benzină şi filtru de aer. Carburatorul este format din două părţi principale : camera de nivel constant şi camera de amestec. În camera de nivel constant se află plutitorul, cuiul obturator şi jiclorul principal. Camera de amestec este prevăzută cu clapetă de aer, difuzor şi clapetă de amestec. 41
Schema sistemului de alimentare cu carburator este prezentată în figura 5.1.
Fig. 5.1. Schema sistemului de alimentare cu carburator 1. rezervor de benzină; 2. filtru de benzină; 3. pompă de alimentare; 4. carburator; 4a. camera de nivel constant; 4b. camera de amestec; 5. filtrul de aer; 6. conducte de combustibil; A. cui obturator; B. plutitor; C. jiclor principal; D. difuzor; E. orificiude pulverizare; F. clapetă de amestec; G. clapetă de aer.
Funcţionare. Pompa de alimentare absoarbe benzina din rezervor şi o trimite la camera de nivel constant a carburatorului. Plutitorul şi cuiul obturator asigură menţinerea unui nivel constant al benzinei în această camera. Acest nivel trebuie să fie cu 1,0 – 2,0 mm sub orificiul de pulverizare al benzinei din camera de amestec. Datorită depresiunii create de pistoanele motorului în cursa de admisie, aerul este aspirat din atmosferă prin filtrul de aer şi pătrunde în camera de amestec pe lângă clapeta de aer care reglează debitul acestuia. Datorită îngustării secţiunii de trecere din zona difuzorului, viteza curentului de aer va creşte foarte mult (peste 130 m/s) şi depresiunea acestuia se amplifică. Depresiunea creată determină absorbţia benzinei din camera de amestec prin jiclorul principal, care va regla debitul de benzină, iar viteza mare a curentului de aer realizează pulverizarea benzinei în particule foarte fine şi formarea amestecului carburant (aer + benzină). Cantitatea de amestec carburant este reglată de clapeta de amestec. Acest carburator asigură formarea unui amestec carburant economic care conţine o parte benzină şi 15 părţi aer, care permite obţinerea a două treimi din puterea motorului. În exploatarea unui motor apar regimuri care necesită formarea unor amestecuri mai bogate în benzină. Aceste regimuri de exploatare sunt : regimul de pornire pe timp rece, regimul de mers în gol, regimul de acceleraţie şi regimul sarcinilor maxime de lungă durată. Pentru realizarea acestor regimuri, carburatorul se prevede cu dispozitive auxiliare. .
5.2. Sistemul de alimentare cu injecţie cu benzinǎ al motoarelor cu aprindere prin scânteie Injecţia pe benzină a apărut din necesitatea asigurării unei dozări calitative a amestecului carburant, care să asigure un raport optim dintre aer şi benzină pentru orice regim de exploatare a motorului în scopul reduceri poluarii mediului şi al consumului de combustibil. Pe plan mondial se utilizează următoarele sisteme de alimentare cu injecţie pe benzină: -injecţia Mono-Jetronic este un sistem de injecţie continuă monopunct (cu un singur injector);
42
-injecţia K-Jetronic este un sistem de injecţie continuă multipunct (cu câte un injector pentru fiecare cilindru); -injecţia L-Jetronic este un sistem de injecţie discontinuă multipunct iar sistemul de aprindere este de tip cu baterie şi transformator, comandat mecanic; -injecţia M-Jetronic este un sistem de injecţie discontinuă multipunct iar comanda lui este realizată de un bloc electronic care comandă şi sistemul de aprindere electronică a amestecului carburant. Injecţia de benzină tip L-Jetronic (figura 5.2), cea mai răspândită pe plan mondial, este alcătuită din următoarele părţi principale : A) partea de alimentare cu benzinǎ: rezervor de benzină, pompă de benzină acţionată electric, filtru de benzină, regulator de presiune, distribuitor, injector; B) patea de alimentare cu aer: filtru de aer, regulator de debit de aer, sistem de pornire pe timp rece, C) partea de comandǎ: bloc electronic de comandă, traductor de turaţie a arborelui cotit, traductor de temperatură al lichidului de răcire, traductor de temperatură a aerului aspirat, traductor de sarcină, analizator al compoziţiei gazelor arse.
Fig. 5.2. Schema sistemului de alimentare cu injecţie pe benzină tip L-Jetronic. 1. rezervor de benzină; 2. pompă de alimentare; 3. filtru de benzină; 4. regulator de presiune; 5. injector; 6. filtru de aer; 7. regulator de debit; 8. sistem de pornire pe timp rece; 9. clapetă de acceleraţie;10. bloc electronic de comandă; 11. traductor de turaţie; 12. Traductor de temperatură a apei; 13. traductor de sarcină; 14. traductor de temperatură a aerului.
Funcţionare. Benzina şi aerul ajung pe două circuite separate iar formarea amestecului carburant se face în galeria de admisie sau în chiulasă în apropierea supapei de admisie. Blocul electronic de comandă primeşte informaţii privind regimul de funcţionare al motorului şi în câteva fracţiuni de secundă ia decizii şi comandă sistemul de alimentare. Principalele informaţii furnizate de traductoarele sistemului sunt următoarele : a.- sarcina motorului; b.- temperatura lichidului de răcire; c.- debitul de aer; d.- turaţia motorului; e.- temperatura aerului admis în cilindru;
43
f.- compoziţia gazelor arse. Principalele comenzi ale blocului electronic de comandă sunt următoarele : I.- cantitatea de benzină injectată care se reglează prin modificarea timpului de injecţie, injectoarele fiind de tip electromagnetic; II.- punerea sau scoaterea în /din funcţiune a sistemului de pornire pe timp rece, care modifică cantitatea de aer din amestecul carburant; III.- reglarea presiunii benzinei în funcţie de sarcina motorului. Avantajele sistemului de alimentare cu injecţie pe benzină sunt următoarele : reducerea emisiilor poluante, creşterea puterii motorului cu 5 – 10 %, reducerea consumului de combustibil cu 7 – 11 %, creşterea gradului de securitate în conducerea autovehiculului întru-cât motorul răspunde prompt la comenzi, reducerea înălţimii motorului ceea ce permite obţinerea de forme aerodinamice ale autovehiculului, asigurarea unei porniri uşoare pe timp rece, etc. Dezavantajele sistemului de alimentare cu injecţie pe benzină sunt următoarele : preţ de cost ridicat la cumpărare datorat complexităţii constructive a sistemului, întreţinerea tehnică necesită personal calificat şi aparatură tehnică de calitate care determină creşterea costurilor de întreţinere, cheltuieli de reparaţie a sistemului mult mai mari întru-cât orice defecţiune se remediază prin înlocuirea subansamblului defect. 5. 3. Sistemul de aprindere al motoarelor cu aprindere prin scânteie Acest sistem asigură aprinderea amestecului carburant la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. Principalele tipuri de sisteme de aprindere sunt următoarele : - sistemul de aprindere cu magnetou; - sistemul de aprindere cu baterie şi transformator; - sistemul de aprindere electronică. Părţile componente ale sistemului de aprindere cu baterie şi transformator, prezentat în figura 5.3, sunt următoarele : bateria de acumulatoare, contactul cu cheie, bobina de inducţie, coloana ruptor – distribuitor, bujiile, condensator, conductori de joasă tensiune şi conductori de înaltă tensiune.
Fig. 5.3. Schema sistemului de aprindere cu baterie şi transformator.
1. bateria de acumulatoare; 2. contactul cu cheie; 3. bobina de inducţie; 3.a. înfăşurare primară; 3.b. miez magnetic; 3.c. înfăşurare secundară; 4.condensator; 5. ruptor - distribuitor; 5.a. inel cu came exterioare;5.b. ciocănel; 5.c. nicovală; 5.d. rotor; 5.e. capac distribuitor; 6. bujii; 7. conductori electrici de înaltă tensiune; 8. conductori electrici de joasă tensiune. 44
Funcţionare. La închiderea contactului cu cheie şi când ciocănelul este în contact cu nicovala, curentul electric din bateria de acumulatori parcurge înfăşurarea primară a bobinei de inducţie şi produce în jurul miezului magnetic un câmp electromagnetic. În faza următoare datorită mişcării de rotaţie inelul cu came depărtează ciocănelul de nicovală şi întrerupe circuitul primar de joasă tensiune. Ca urmare fluxul electromagnetic din bobină scade brusc şi induce în înfăşurarea secundară un curent de înaltă tensiune (15.000 – 25.000 V). Acesta este dirijat prin conductorul central la capacul distribuitor, apoi la rotor care îl distribuie prin intermediul unui conductor lateral de înaltă tensiune la una din bujii. Datorită distanţei dintre electrozii bujiei se produce un arc electric de scurtă durată (scânteie) care va aprinde amestecul carburant. Acest ciclu se repetă pentru fiecare bujie în parte întru-cât curentul de înaltă tensiune este un curent secvenţial. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt pǎrtile componente ale sistemului de alimentare cu carburator al motoarului cu aprindere prin scânteie ? Rǎspuns: Părţile componente ale acestui sistem sunt următoarele : rezervor de benzină, filtru de benzină, pompa de alimentare, carburatorul , conducte de benzină şi filtru de aer. 2. Care sunt pǎrţile sistemului de alimentare cu injecţie pe benzinǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care este rolul bobinei de inducţie ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Partea de alimentare cu combustibil a injecţiei cu benzinǎ este formatǎ din: a) rezervor, filtru,pompǎ de alimentare, pompǎ de injecţie,injecroare; b) rezervor, filtru, pompǎ de alimentare, regulator-distribuitor,injectoare; c) rezervor, filtru,pompǎ de alimentare, bloc electonic de comandǎ, pompǎ de injecţie,injecroare Rezolvare: b 2. Partea de distribtor a coloanei ruptor-distribuitor face parte din: a) circuitul de înaltǎ tensiune; b) circuitul de joasǎ tensiune; c) ambele circuite. Rezolvare: 3. Carburatorul are rolul de a: a) forma amestecul carburant în funcţie de sarcina motorului; b) doza cantitatea de benzinǎ în funcţie de sarcina motorului; c) forma amestecul carburant în funcţie de regimul de exploatare al motorului. Rezolvare:
45
REZUMATUL TEMEI 5. Sistemele specifice motoarelor cu aprindere prin scânteie 5.1. Sistemul de alimentare cu carburetor al motoarelor cu aprindere prin scânteie a) Acest sistem îndeplineşte următoarele roluri : păstrează în apropierea motorului o cantitate de benzină necesară funcţionării acestuia, curăţă aerul şi benzina de impurităţi, formează şi dozează amestecul carburant în funcţie de sarcina motorului şi de regimul de exploatare al motorului, conduce amestecul carburant către cilindrii motorului. b) Părţile componente ale acestui sistem sunt următoarele : rezervor de benzină, filtru de benzină, pompa de alimentare, carburatorul , conducte de benzină şi filtru de aer. 5.2. Sistemul de alimentare cu injecţie cu benzinǎ al motoarelor cu aprindere prin scânteie a) Injecţia pe benzină a apărut din necesitatea asigurării unei dozări calitative a amestecului carburant, care să asigure un raport optim dintre aer şi benzină pentru orice regim de exploatare a motorului în scopul reduceri poluarii mediului şi al consumului de combustibil b) Avantajele sistemului de alimentare cu injecţie pe benzină sunt următoarele : reducerea emisiilor poluante, creşterea puterii motorului cu 5 – 10 %, reducerea consumului de combustibil cu 7 – 11 %, creşterea gradului de securitate în conducerea autovehiculului întrucât motorul răspunde prompt la comenzi, reducerea înălţimii motorului ceea ce permite obţinerea de forme aerodinamice ale autovehiculului, asigurarea unei porniri uşoare pe timp rece, etc. 5. 3. Sistemul de aprindere al motoarelor cu aprindere prin scânteie a) Acest sistem asigură aprinderea amestecului carburant la momente de timp precis determinate de diagrama ciclului motor şi în ordinea de funcţionare a motorului. b) Părţile componente ale sistemului de aprindere cu baterie şi transformator, prezentat în figura 5.3, sunt următoarele : bateria de acumulatoare, contactul cu cheie, bobina de inducţie, coloana ruptor – distribuitor, bujiile, condensator, conductori de joasă tensiune şi conductori de înaltă tensiune.
46
Tema nr. 6
SISTEMUL DE UNGERE, SISTEMUL DE RǍCIRE ŞI BILANŢUL TERMIC AL MOTOARELOR CU ARDERE INTERNǍ Unitǎţi de învǎţare:
Sistemul de ungere al motoarelor cu ardere internǎ; Sistemul de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ; Bilanţul termic al motoarelor cu ardere internǎ.
Obiective: - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii sistemului de ungere al motoarelor cu ardere internǎ; - cunoaşterea părţile componente şi a funcţionarii sistemului de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ; - cunoaşterea elementelor ce compun bilanţului termic al motoarelor cu ardere internǎ şi a modalitǎţilor de creştere a randamentului motorului Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1.
2. 3. 4.
5. 6.
Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara 1997. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti 1980. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 6. 1. Sistemul de ungere al motoarelor cu ardere internǎ
Sistemul de ungere are rolul de a asigura o peliculă de ulei între piesele motorului aflate în contact şi în mişcare relativă, cu următoarele scopuri : reducerea lucrului mecanic pierdut prin frecare, micşorarea uzurii pieselor unse, îndepărtarea produselor frecării de la locurile de ungere, răcirea pieselor unse şi protecţia anticorozivă a acestora. Principalele procedee de ungere sunt următoarele : - ungerea prin amestec; - ungerea prin stropire (barbotaj); - ungerea prin presiune; - ungerea mixtă. 47
6.1.1. Ungerea prin amestec Acest procedeu este utilizat pentru ungerea motorului cu aprindere prin scânteie în 2 timpi. Ungerea prin amestec este cel mai simplu procedeu de ungere şi constă în adăugarea unei cantităţi de ulei în benzină (2-3 %). Uleiul urmează acelaşi circuit cu benzina şi datorită principiului de funcţionare al acestor motoare ajunge la locurile de ungere. Principalul avantaj al acestui procedeu de ungere este simplitatea constructivă, practic sistemul de ungere nu are părţi componente. Dezavantajele ungerii prin amestec sunt următoarele : - poluare ridicată a mediului înconjurător, deoarece uleiul arde odată cu benzina; - consum mai mare de ulei comparativ cu celelalte procedee de ungere; - apariţia unor defecţiuni (defectarea bujiilor, coxarea segmenţilor, depunerea de calamină pe chiulasă şi pistoane) determinate de depunerile de zgură şi cenuşă, rezultate în urma arderii uleiului. 6.1.2. Ungerea prin stropire Acest procedeu se utilizează la motoarele cu ardere internă în 4 timpi, staţionare şi cu turaţii mici. Sistemul cuprinde o baie de ulei şi nişte cuve (linguriţe) montate pe capul mare al bielei sau pe braţele manivelă ale arborelui cotit. Ungerea este asigurată prin stropirea cu picături foarte fine de către uleiul preluat din baie de linguriţe datorită mişcării de rotaţie a arborelui motor. Principalul avantaj al ungerii prin stropire este simplitatea constructivă, dar ungerea pieselor este necontrolată mai ales la motoarele montate pe utilaje mobile datorită modificării poziţiei motorului în timpul lucrului. 6.1.3. Ungerea prin presiune Acest procedeu de ungere este utilizat la motoarele termice cu ardere internă de turaţie mare, care îşi schimbă poziţia în timpul exploatării. Sistemul este format din : baie de ulei, pompe de ulei (minim 2), filtre de ulei, radiator de ulei, conducte şi canale pentru circulaţia uleiului. Avantajele ungerii prin presiune sunt asigurarea constantă a peliculei de ulei între piesele unse şi controlul presiunii şi temperaturii uleiului. Principalul dezavantaj este reprezentat prin preţul de cost mare determinat de complexitatea constructivă şi precizia de execuţie ridicată. De asemenea acest sistem de ungere impune folosirea unui ulei de calitate superioară (care să nu formeze depuneri pe canale) cu un preţ de cost mare. 6.1.4. Ungerea mixtă Este cel mai răspândit procedeu de ungere pentru că îmbină avantajele şi dezavantajele procedeului de ungere prin stropire cu cele ale procedeului de ungere prin presiune. Astfel, piesele cu jocuri mari de montaj se ung prin stropire iar cele cu jocuri foarte mici de montaj se ung prin presiune.
48
Părţile componente ale sistemului de ungere mixtă, prezentat în figura 6.1, sunt următoarele : baia de ulei, pompa de ulei, filtrul de ulei, radiatorul de ulei, canale şi conducte pentru conducerea uleiului.
Fig. 6.1. Schema sistemului de ungere mixtă 1. baia de ulei; 2. pompa de ulei; 3. filtrul de ulei; 4. radiatorul de ulei; 5. rampa principală de ungere; 6. canale verticale pentru ulei; 7. rampa culbutorilor (axul culbutorilor).
Funcţionare. Pompa absoarbe prin intermediul sorbului uleiul din baie şi îl trimite cu presiune (2,0 – 4,5 barri) la filtru, care reţine impurităţile din lubrifiant. În funcţie de temperatura uleiului acesta este dirijat fie la radiator (când temperatura este mare) sau direct la rampa principală (când temperatura este scăzută). În continuare prin canale, uleiul este trimis la lagărele paliere şi manetoane ale arborelui motor, pe care le unge prin presiune. De la lagărele paliere, uleiul este dirijat prin canale la lagărele paliere ale arborelui cu came şi la culbutori realizând ungerea prin presiune a acestora. Uleiul care iese prin orificiile culbutorilor se scurge pe supape, tijele împingătoare, tacheţi şi came, pe care le unge prin stropire şi apoi ajunge în baia de ulei. Interiorul cilindrilor şi al pistoanelor se unge prin stropire de către uleiul care iese pe lângă lagărele manetoane şi este aruncat pe interiorul acestor piese datorită mişcării de rotaţie a arborelui cotit. La cursele descendente ale pistoanelor, segmenţii de ungere vor curăţa interiorul cilindrilor de pelicula de ulei care se va scurge în baie. La motoarele prevăzute cu roţi sau lanţ de distribuţie, ungerea acestor piese se face prin presiune. 6.1.5. Consumul de ulei al motoarelor termice cu ardere internă În timpul exploatării unui motor termic, poate apărea fenomenul nedorit al consumului de ulei care determină poluarea mediului înconjurător şi creşterea costurilor de întreţinere. Cauzele care determină consumul de ulei sunt următoarele : - vaporizarea şi arderea uleiului în camera de ardere, determinate de neetanşeitatea dintre piston şi cilindru şi dintre supape şi ghiduri; - vaporizarea uleiului din baia de ulei determinată de scăpările de gaze în carterul motorului;
49
- neetanşeitatea sistemului de ungere determinată de uzura garniturilor. Factorii care determină consumul de ulei sunt următorii : -creşterea turaţiei motorului determină scăderea capacităţii de curăţire a pereţilor cilindrilor de către segmenţii de ungere; -utilizarea de uleiuri de calitate inferioară care au punctul de inflamabilitate scăzut; -starea tehnică a motorului apreciată prin uzura cilindrilor, pistoanelor şi segmenţilor. 6.2. Sistemul de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ Acest sistem asigură răcirea pieselor motorului solicitate termic (cilindrii şi chiulasa) şi menţine un regim termic optim de funcţionare. Sistemele de răcire se clasifică astfel : a. sistem de răcire directă (cu aer); b. sistem de răcire indirectă (cu lichid) : - prin vaporizare; - prin termosifon; - cu circulaţie forţată şi termostat. 6.2.1. Sistemul de răcire directă La acest sistem schimbul de căldură dintre motor şi mediul înconjurător se face direct prin intermediul aerului folosit ca agent de răcire. Sistemul de răcire directă este utilizat în construcţia motoarelor termice cu capacitate cilindrică mică sau mijlocie, montate de regulă pe utilaje mobile. Părţile componente ale sistemului de răcire directă (figura 6.2.) sunt următoarele : turbina de aer (ventilator), apărători (capotaje) pentru dirijarea aerului, aripioare de răcire pe cilindrii şi pe chiulasa motorului. Turbina de aer este montată pe partea anterioară a arborelui cotit şi antrenată direct de acesta. Avantajele sistemului de răcire directă sunt următoarele : - simplitate constructivă; - dimensiuni mai reduse ale motorului; - cheltuieli minime de întreţinere; - siguranţă în exploatare, îndeosebi pe timp rece.
Fig. 6.2. Schema sistemului de răcire directă 1.turbină de aer; 2. apărători din tablă; 3. aripioare de răcire.
Dezavantajele sistemului de răcire indirectă sunt următoarele : 50
-
motorul atinge foarte greu temperatura optimă de funcţionare pe timp rece; consum de combustibil ridicat în timpul funcţionării pe durată scurtă; funcţionare zgomotoasă a motorului; necesitatea radiatorului de ulei; pornire nesigură pe timp rece.
6.2.2. Sistemul de răcire indirectă prin vaporizare Este cel mai vechi sistem de răcire indirectă utilizat în construcţia motoarelor termice staţionare şi de putere mică sau mijlocie. Sistemul de răcire prin vaporizare (figura 6.3.) are următoarele părţi componente: cămaşă de răcire cilindrii, cămaşă de răcire chiulasă şi rezervor de apă. Lichidul de răcire circulă datorită trecerii acestuia în formă de vapori în urma contactului cu piesele fierbinţi ale motorului. Din această cauză acest sistem de răcire necesită completarea periodică cu mari cantităţi de apă.
Fig. 6.3. Schema sistemului de răcire indirectă prin vaporizare 1. cămaşă de răcire cilindrii; 2. cămaşă de răcire chiulasă; 3. rezervor de apă.
6.2.3. Sistemul de răcire prin termosifon Este utilizat la motoare termice de putere mică şi mijlocie montate pe utilaje mobile. Acest sistem, prezentat în figura 6.4, este alcătuit din: radiator de apă, ventilator, racorduri de legătură, spaţii de circulaţie a apei în blocul cilindrilor şi în chiulasă.
Fig. 6.4. Schema sistemului de răcire indirectă cu circulaţie prin termosifon 1. cămaşă de răcire a chiulasei; 2. cămaşă de răcire a cilindrilor; 3. radiator de apă; 4. ventilator.
51
Apa circulă prin sistem datorită diferenţei de densitate dintre apa caldă şi apa rece. Radiatorul de apă realizează schimbul de căldură dintre lichidul de răcire şi mediul înconjurător iar ventilatorul produce un curent de aer necesar intensificării schimbului de căldură. 6.2.4. Sistemul de răcire indirectă cu circulaţie forţată şi cu termostat În prezent este cel mai utilizat sistem de răcire pentru că asigură o răcire eficientă a pieselor fierbinţi ale motorului indiferent de anotimp, precum şi un regim termic constant. Părţile componente principale ale sistemului de răcire indirectă cu circulaţie forţată şi cu termostat, prezentat în figura 6.5, sunt următoarele : radiatorul de apă, ventilatorul, pompa de apă, termostatul, cămaşa de răcire a cilindrilor, cămaşa de răcire a chiulasei, racorduri de legătură şi termometru. Pompa de apă, realizează circulaţia forţată a lichidului de răcire prin sistem iar termostatul asigură menţinerea constantă a temperaturii acestuia.
Fig. 6.5. Schema sistemului de răcire indirectă cu circulaţie forţată şi cu termostat. 1. cămaşă de răcire a chiulasei; 2. cămaşă de răcire a cilindrilor; 3. radiator de apă; 4. ventilator; 5. pompă de apă; 6. termostat .
Funcţionare. Pompa de apă absoarbe lichidul de răcire din bazinul inferior al radiatorului şi îl introduce în cămăşile de răcire a cilindrilor şi în cămaşa de răcire a chiulasei. După ce răceşte cilindrii şi chiulasa, lichidul ajunge la termostat care în funcţie de temperatura acestuia realizează două circuite de funcţionare. Când temperatura lichidului de răcire este scăzută (sub 75-85 o C), termostatul este închis şi dirijează lichidul către pompa de apă, care îl recirculă în blocul cilindrilor şi în chiulasă (circuitul scurt). Când motorul se încălzeşte termostatul se deschide şi dirijează lichidul către radiator unde se produce schimbul de căldură cu mediul înconjurător. Principalele avantaje ale sistemului de răcire indirectă sunt : - asigură o răcire eficientă a punctelor calde ale motorului; - asigură încălzirea rapidă a motorului indiferent de temperatura mediului înconjurător; - asigură stabilitatea termică a motorului la variaţii rapide ale sarcinii şi turaţiei acestuia; - zgomot mai scăzut al motorului întru-cât cămăşile de răcire ale cilindrilor şi chiulasei acţionează ca un strat izolant fonic; - pornire sigură pe timp rece. 52
Principalele dezavantaje ale acestui sistem sunt următoarele : - complexitate constructivă care determină un preţ de cost mai ridicat al motorului; - în construcţia acestui sistem de răcire sunt utilizate materiale deficitare (cupru, aluminiu, staniu); - lungime şi masă mai mare a motorului; - cheltuieli de întreţinere şi reparaţii mai mari comparativ cu sistemul de răcire directă; - funcţionare nesigură în regiunile lipsite de apă; - în exploatare pot apărea defecţiuni tehnice determinate de neetanşeităţile dintre diversele părţi componente ale sistemului. 6.3. Bilanţul termic al motoarelor cu ardere internǎ Este o ecuaţie care arată cum este folosită cantitatea de căldură rezultată prin arderea combustibilului în interiorul cilindrilor motorului. Qt = Qe + Qr + Qrad + Qai + Qm + Qev , (%) (6.1) în care : Qt = cantitatea de căldură totală obţinută prin arderea combustibilului în interiorul cilindrilor motorului; Qe = cantitatea efectivă de căldură transformată în lucru mecanic (20-40 %); Qr = cantitatea de căldură pierdută prin sistemul de răcire (20-35 %); Qrad =cantitatea de căldură pierdută prin radiaţie de către piesele motorului (10-20 %); Qai = cantitatea de căldură pierdută prin arderea incompletă a combustibilului (0-15 %); Qm =cantitatea de căldură pierdută prin frecările interioare şi prin acţionarea mecanismelor auxiliare (10-25 %); Qev =cantitatea de căldură pierdută în gazele de evacuare (10-20 %). În timpul exploatării unui motor utilizatorul poate reduce pierderile de căldură datorate arderilor incomplete, pierderile datorate frecărilor interioare, pierderele prin rǎcire si prin radiaţie. Pierderile datorate arderilor incomplete pot fi reduse prin reglarea corectă a părţilor componente ale sistemului de alimentare, folosirea motoarelor cu supraalimentare şi a sistemului de alimentare cu injecţie pe benzină. Pierderile de căldură prin frecările interioare pot fi diminuate prin folosirea de uleiuri superioare calitativ şi prin întreţinerea corespunzătoare a sistemului de ungere. De asemenea o parte din căldura evacuată în gazele de ardere poate fi recuperată prin folosirea turbosuflantei. Pentru reducerea pierderilor prin rǎcirea motorului se recomandǎ folosirea motoarelor cu termostat, montarea de huse la radiator pe timp rece şi evitarea funcţionǎrii motorului pe intervale scurte de timp. Randamentul efectiv (e), reprezintă raportul dintre cantitatea de căldură transformată în lucru mecanic (Qe) şi cantitatea totală de căldură (Qt) obţinută prin arderea combustibilului : e = Qe / Qt (6.2) Randamentul efectiv al unui motor apreciază sintetic gradul de perfecţiune al acestuia. Pentru diferitele tipuri de motoare termice cu ardere internă, randamentul efectiv are următoarele valori :
53
- e = 0,20 - 0,30 pentru motoarele cu aprindere prin scânteie; - e = 0,30 – 0,40 pentru motoarele cu aprindere prin comprimare. Valorea mai mare a randamentului efectiv pentru motoare termice cu ardere internǎ cu aprindere prin comprimare explicǎ consumul de combustibil mai redus al acestui tip de motor comparativ cu motorul cu aprindere prin scânteie. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Ce procedee de ungere se folosesc la motoarele cu ardere internǎ? Rǎspuns: Procedeele de ungere folosite la motoarele cu ardere internǎ sunt urmǎtoarele: ungere prin amestec, ungerea prin stropire, ungerea prin presiune şi ungerea mixtǎ. 2. Care sunt pǎrţile sistemului de rǎcire cu circulaţie forţatǎ şi termostat? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt elementele bilanţului termic al unui motor cu ardere internǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Un dezavantaj important al ungeri prin amestec este: a) costul ridicat al sistemului de ungere; b) costul ridicat al uleiului folosit; c) poluarea ridicatǎ a mediukui înconjurǎtor Rezolvare: c 2. In sistemul de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ termostatul regleazǎ: a) temperatura apei în circuitul de rǎcire; b) presiunea apei în circuitul de rǎcire; c) temperatura şi presiunea apei în circuitul de racire. Rezolvare: 3. In cadrul bilantului termic al motorului cu ardere internǎ cantitatea de cǎldurǎ transformatǎ efectiv în lucru mecanic este de: a) 10 – 20%; b) 20 – 40 %; c) 40 – 50 %. Rezolvare: 4. Circuitul lung al apei în sistemul de racire este: a) pompǎ de apǎ, cǎmǎşile de rǎcire a cilindrilor şi chiulasei, termostat, poma de apǎ; b) radiator, pompǎ de apǎ, cǎmǎşile de rǎcire a cilindrilor şi chiulasei, termostat, radiator; c) pompǎ de apǎ, termostat, cǎmǎşile de rǎcire a cilindrilor şi chiulasei, poma de apǎ; Rezolvare:
54
REZUMATUL TEMEI 6. Sistemul de ungere, sistemul de rǎcire şi bilantul termic al motoarelor cu ardere internǎ 6.1. Sistemul de ungere al motoarelor cu ardere internǎ 6.1.1. Ungerea prin amestec 6.1.2. Ungerea prin stropire 6.1.3. Ungerea prin presiune 6.1.4. Ungerea mixtă 6.1.5. Consumul de ulei al motoarelor termice cu ardere internă 6.2. Sistemul de rǎcire al motoarelor cu ardere internǎ 6.2.1. Sistemul de răcire directă 6.2.2. Sistemul de răcire indirectă prin vaporizare 6.2.3. Sistemul de răcire prin termosifon 6.2.4. Sistemul de răcire indirectă cu circulaţie forţată şi cu termostat 6.3. Bilanţul termic al motoarelor cu ardere internǎ
55
Tema nr. 7
TRACTOARE AGRICOLE Unitǎţi de învǎţare:
Consideraţii generale privind tractoarele; Tipuri de transmisii folosite în construcţia tractoarelor.
Obiective: - cunoaşterea principalelor tipuri de tractoare si caracteristicile acestora - cutoaşterea tipurilor de transisii folosite în construcţia tractoarelor şi maşinilor agricole; - formarea de competenţe şi abilitǎţi privind analiza criticǎ a construcţiei tractoarelor. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 3. Pǎunescu, I., Manole,C. - Tractoare şi automobile; Universitatea Politehnica, Bucureşti 1993. 4. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 5. Tecuşan N., Ionescu E., - Tractoare şi automobile, EDP, Bucureşti, 1983. 6. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 7.1. Consideraţi generale 7.1.1. Introducere Tractorul agricol reprezintă principala sursă energetică, cu importanţă deosebită în mecanizarea proceselor de producţie din agricultură. Tractoarele, maşinile şi instalaţiile agricole, încadrate în tehnologii optime de mecanizare pentru fiecare sector productiv din agricultură, contribue la industrializarea agriculturii, creşterea productivităţii muncii şi reducerea considerabilă a cheltuielilor. Tractorul este format din următoarele subansamble principale : motorul (sursa de energie), transmisia (legătura cinematică dintre motor şi organele pentru deplasare), sistemul de rulare (prin care tractorul se sprijină pe teren şi se autodeplasează), mecanismul de direcţie (permite orientarea tractorului pe direcţia dorită), sistemul de frânare (permite reducerea vitezei de deplasare, oprirea şi imobilizarea tractorului), instalaţia electrică (producerea şi stocarea energiei electrice, pornirea motorului termic şi alimentarea consumatorilor de pe tractor), dispozitivele de tracţiune, cuplare, acţionare (permit cuplarea şi acţionarea maşinilor agricole) şi corpul, cabina cu postul de comandă al tractorului. Mijloacele tehnice utilizate în procesul de mecanizarea agriculturii trebuie să răspundă anumitor cerinţe, corespunzător tendinţelor pe plan mondial : 56
-creşterea puterii tractoarelor şi a lăţimilor de lucru ale maşinilor agricole pentru a putea realiza mai multe operaţiuni tehnologice la o singură trecere şi prin aceasta protejarea structurii solului ; -realizarea unui consum raţional de energie ; -extinderea surselor de energie regenerabile; -creşterea gradului de confort pentru posturile de comandă ale tractoarelor agricole (limitarea zgomotului, vibraţiilor, temperaturii, etc.) ; -construcţia modulată a utilajelor agricole pentru o mai bună adaptare la diverse condiţii de lucru ; -regimuri de lucru diverse şi reglabile adecvate fiecărui proces de producţie ; -accesibilitate crescută pentru o diagnosticare rapidă. 7.1.2. Clasificarea tractoarelor Tractorul este o maşină de forţă utilizată în agricultură pentru tractarea şi acţionarea maşinilor agricole, în vederea executării diferitelor lucrări agricole, precum şi pentru tractarea remorcilor la lucrările de transport. În agricultură este utilizată o gamă diversă de tractoare care se clasifică după mai multe criterii şi anume : >după destinaţie tractoarele se clasifică în : A. tractoare agricole (pentru lucrările agricole) - tractoare de uz general care se utilizează la executarea principalelor lucrări agricole (arat, discuit, pregǎtit terenul, etc.). Se caracterizeazǎ prin puteri şi forte de tracţiune mari, ecartament fix, pneuri late, gamǎ largǎ de viteze ; - tractoare universale , numai pe roţi, utilizate la o gamă largă de lucrări agricole, inclusiv semǎnat, întertinerea culturilor,transport şi recoltat. Se caracterizeaza prin mijlocie sau mare, ecartament reglabil, garda mare la sol, pneuri de lǎţime mijlocie, numǎr mare de trepte de vitezǎ, instalaţie de frânare şi elentricǎ conform normelor de circulaţie ; - tractoare specializate , pe roţi sau pe şenile, utilizate pentru executarea unor lucrări speciale (tractoare viticole, pomicole, legumicole, încălecătoare, pentru pante, specializate pentru alte culturi) Tractoarele viticole pe roţi sau pe senile se caracterizeza prin putere micǎ sau mijlocie; dimensiuni de gabarit reduse, gardǎ micǎ la sol, numǎr redus de trepte de vitezǎ, ecartament mic reglabil în limite mici. Tractoarele pomicole sunt asemǎnǎtoare cu tractoarele viticole, dar au ecatamentul mai mare şi pneuri sau şenile late. Tractoarele legumicole se caracterizeazǎ prin gardǎ mare la sol, ecartament mare reglabil în limite largi, peuri înguste, gamǎ larga de viteze, inclusiv viteze lente. - şasiuri autopropulsate sunt tractoare la care zona dintre cele două punţi este liberă, oferind posibilităţi de montare a unor maşini agricole sau echipamente purtate sau semipurtate ; B. tractoare industriale (pentru lucrări industriale) - tractoare de uz general pentru lucrări grele de terasamente, nivelare, defrişare, etc. ; - tractoare speciale pentru executarea lucrărilor speciale (stivuit, încărcat,etc) . C. tractoare rutiere utilizate pentru lucrările de transport a produselor agricole. >după sistemul de rulare tractoarele se clasifică în : - tractoare pe roţi :
57
-cu o punte, denumite motocultoare (tractoare de putere mică şi foarte mică şi gabarit redus) ; -cu două punţi, (cu trei roţi 3 x 2, din care cele două din spate sunt motoare ; cu patru roţi 4 x 2, cele din spate fiind motoare ; cu patru roţi 4 x 4, toate roţile fiind motoare). - tractoare pe şenile ; - tractoare cu semişenile. >după tipul motorului tractoarele pot fi : - echipate cu motoare termice ; - echipate cu motoare electrice. >după puterea motorului tractoarele se împart în : - tractoare de foarte mică putere (2 – 7 KW) ; - tractoare de mică putere (7 – 20 KW) ; - tractoare de putere mijlocie (20 – 50 KW) ; - tractoare de putere mare (50 – 100 KW) ; - tractoare de putere foarte mare (> 100 KW). 7.2. Tipuri de transmisii folosite la tractoare Transmisia reprezintă totalitatea subansamblelor prin intermediul cărora se realizează transmiterea puterii de la motor la organele pentru deplasare. Ea are rolul de a adapta parametrii puterii efective a motorului la condiţiile reale ale organelor pentru deplasare. După modul de transmitere a puterii transmisiile se clasifică în : a. transmisii mecanice; b. transmisii hidraulice : -hidrostatice; -hidrodinamice; c. electrice; d. combinate : -hidromecanice; -electromecanice. După modul de variaţie a vitezei, transmisiile pot fi : a. transmisii în trepte; b. transmisii fără trepte ( continui ). După sistemul de deplasare transmisiile se clasifică în : a. transmisii pentru tractoare pe roţi; b. transmisii pentru tractoare pe şenile. 7.2.1. Transmisia mecanicǎ în trepte Aceste transmisii sunt cele mai răspândite având ca avantaje principale simplitatea constructivă şi siguranţa în exploatare. Transmisia mecanică pentru tractoarele pe roţi, prezentată în figura 7.1 cuprinde următoarele subansamble principale : ambreiajul principal, reductorul planetar, cutia de viteze, transmisia centrală, diferenţialul, transmisiile finale şi roţile motoare.
58
Fig. 7.1. Schema transmisiei mecanice pentru tractoarele pe roţi AP - ambreiajul principal; RP - reductorul planetar; CV - cutia de viteze; TC - transmisia centrală; D - diferenţial; TF - transmisia finală; RM - roţile motrice.
Ambreiajul principal realizează o legătură intermitentă între motorul termic şi celelalte părţi componente ale transmisiei. Reductorul planetar are rolul de a dubla sau tripla numărul treptelor de viteză şi este un subansamblu specific tractoarelor agricole. Cutia de viteze are rolul principal de a modifica vitezele de deplasare ale tractorului în funcţie de condiţiile concrete de lucru. Transmisia centrală realizează schimbarea planului mişcării cu 90 0 şi demultiplicarea turaţiei. Diferenţialul are rolul de a transmite turaţii diferite la roţile motoare atunci când tractorul se deplasează în viraje sau pe teren denivelat. Transmisiile finale realizează ultima demultiplicare a turaţiei şi ele sunt specifice tractoarelor care necesită forţe mari de tracţiune. Transmisia mecanică a tractoarelor pe şenile, prezentată în figura 7.2, este alcătuită din următoarele subansamble principale : ambreiaj principal, reductor planetar, cutie de viteze, transmisie centrală, ambreiaje laterale şi transmisii finale.
Fig. 7.2. Schema transmisiei mecanice la tractoarele pe şenile AP - ambreiaj principal; CV - cutie de viteze; RP - reductor planetar; TC - transmisie centrală; AL - ambreiaje laterale; TF - transmisii finale; SM - steluţa motoare.
Ambreiajele laterale îndeplinesc rolul diferenţialului din transmisia tractoarelor pe roţi şi totodată permit conducerea utilajelor pe şenile prin transmiterea de viteze diferite la cele două şenile. Din aceste considerente ele se numesc şi ambreiaje de direcţie.
59
7.2.2. Transmisia hidraulicǎ Aceste transmisii cunosc în prezent o largă răspândire în construcţia tractoarelor. Transmisiile hidraulice realizează transmiterea mişcării de la motorul termic cu ardere internă la organele pentru deplasare cu ajutorul unui flux de lichid, de regulă ulei hidraulic. Ele fac parte din categoria transmisiilor fără trepte. Transmisia hidraulică a tractoarelor pe roţi (figura 7.3) cuprinde următoarele părţi componente principale : rezervor de ulei hidraulic, filtre hidraulice, pompă hidraulică, motor hidraulic, conducte, transmisie centrală şi diferenţial .
Fig. 7.3. Schema transmisiei hidraulice pentru tractoarele pe roţi MT - motor termic; PH - pompă hidraulică; MH - motor hidraulic; CH - conducte hidraulice; TC - transmisie centrală; D - diferenţial; RM - roţi motoare.
Pompa hidraulică transformă energia mecanică primită de la motorul termic în energie cinetică şi potenţială a lichidului de lucru (energie hidraulică). Motorul hidraulic transformă energia hidraulică a lichidului în lucru mecanic care se transmite la organele pentru deplasare. Conductele hidraulice au rolul de a conduce lichidul hidraulic cu înaltă presiune între părţile componente hidraulice ale transmisiei. În figura 7.4. se prezintă schema transmisiei hidraulice pentru tractoarele pe şenile, unde părţile mecanice au fost înlocuite de părţi hidraulice, astfel această transmisie cuprinde două pompe hidraulice şi două motoare hidraulice. Prin modificarea debitului şi presiunii lichidului între pompa hidraulică şi motorul hidraulic se pot obţine turaţii diferite ale steluţelor motoare.
Fig. 7.4. Schema transmisiei hidraulice a tractoarelor pe şenile MT - motor termic; PH - pompă hidraulică; MH - motor hidraulic; CH - conducte hidraulice; SM - steluţa motoare a şenilei.
60
Transmisiile hidraulice prezintă următoarele avantaje : - asigură obţinerea unui mare număr de rapoarte de transmisie (50-60), ceea ce permite adaptarea perfectă a tractorului la condiţiile concrete de lucru; - pompa hidraulică şi motoarele hidraulice pot fi montate în orice loc pe tractor pentru că legătura dintre acestea se face prin conducte, astfel tractorul devine mai compact; - simplifică comenzile tractorului, acesta poate fi condus mult mai uşor în timpul lucrului; - permit antrenarea în paralel cu energie hidraulică a organelor de lucru ale tractorului; - asigură posibilităţi largi de automatizare a procesului de lucru al tractorului. Dezavantajele principale ale transmisiilor hidraulice sunt următoarele : - preţ de cost mai mare datorat materialelor utilizate, preciziei şi calităţii prelucrărilor, deoarece se lucrează cu presiuni foarte mari; - randament total al transmisiei mai scăzut, pentru că energia mecanică este transformată într-o formă intermediară de energie şi întotdeauna la transformarea energiei dintr-o formă în alta randamentul scade; - randamentul transmisiei scade odată cu creşterea temperaturii uleiului hidraulic pentru că scade vâscozitatea acestuia; - pe timp rece este necesară încălzirea uleiului hidraulic; - în majoritatea cazurilor, greutatea specifică a tractorului este mai mare decât în cazul transmisiei mecanice. 7.2.3. Transmisia electricǎ Aceste transmisii se folosesc de regulă pentru tractoare de putere mare cu dublă tracţiune sau pe şenile prevăzute cu acţionări multiple ale echipamentului de lucru. Transmisia electrică a unui tractor pe roţi 4 x 4 (figura 7.5) este formată din : ambreiaj principal, generator electric, 4 motoare electrice, transmisii finale şi conductori electrici.
Fig. 7.5. Schema transmisiei electrice a unui tractor pe roţi 4 x 4 MT - motor termic; AP - ambreiaj principal; GE - generator electric; ME - motor electric; TF - transmisii finale; CE - conductori electrici; RM - roţi motoare.
Generatorul electric transformă energia mecanică primită de la motorul termic în energie electrică. Motorul electric transformă energia electrică primită de la generatorul electric prin intermediul conductoarelor electrice în lucru mecanic ce se transmite organelor pentru deplasare. În figura 7.6 se prezintă schema transmisiei electrice pentru un tractor pe şenile, unde se constată că reducerea numărului motoarelor electrice a determinat utilizarea unor părţi de transmisie mecanică (transmisia centrală şi ambreiajele laterale). Transmisiile electrice prezintă în general aceleaşi avantaje cu transmisiile hidraulice şi anume : 61
- viteza de lucru variază continuu de la zero la valoarea maximă atât înainte cât şi înapoi; - uşurarea comenzilor pentru conducerea tractorului şi mai ales pentru acţionarea echipamentului de lucru; - permit acţionarea în paralel a echipamentelor de lucru; - generatorul şi motoarele electrice pot fi amplasate în orice loc pe tractor, legătura între ele se face cu ajutorul conductorilor electrici iar tractorul devine mai compact; - asigură cele mai bune posibilităţi de automatizare a procesului de lucru al tractorului.
Fig. 7.6. Schema transmisiei electrice a unui tractor pe şenile MT - motor termic; AP - ambreiaj principal; GE - generator electric; ME - motor electric; TC - transmisie centrală; AL - ambreiajelaterale; TF - transmisii finale; SM - steluţe motoare.
Principalele dezavantaje ale transmisiilor electrice sunt următoarele : - preţ de cost mai mare îndeosebi datorită materialelor deficitare utilizate în construcţia transmisiilor electrice; - randament total mai scăzut pentru că energia mecanică este transformată într-o formă intermediară de energie; - greutate specifică mai mare, comparativ cu transmisia mecanică (cu 2-9 daN / KW) cât şi cu transmisia hidraulică (cu 1-4 daN / KW); - în exploatare necesită forţă de muncă temeinic calificată şi disciplinată, pentru că nerespectarea normelor de protecţia muncii poate conduce la accidente prin electrocutare. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt principalele tipuri de transmisii utilizate la tractoare? Rǎspuns: Principalele tipuri de transmisii utilizate la tractoare sunt urmǎtoarele: transmisia mecanicǎ, transmisia hidraulicǎ, transmisia electricǎ şi transmisia combinatǎ. 2. Care sunt pǎrţile componente ale transmisiei mecanice? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt pǎrţile componente ale transmisiei hidraulice? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................
62
Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Transmisia mecanicǎ a unui tractor pe roţi este formatǎ din: a) ambreiajul principal, reductorul planetar, cutia de viteze, transmisia centrală, diferenţialul, transmisiile finale; b) ambreiajul principal, diferentialul, reductorul planetar, cutia de viteze, transmisia centrală, transmisiile finale;. c) ambreiajul principal, reductorul planetar, cutia de viteze, transmisia centrală, ambreiaje laterale, transmisiile finale. Rezolvare: a 2. Unul din avantajele transmisiei hidraulice este: a) preţ de cost scǎzut; b) randament total al transmisiei ridicat; c) simplificarea comenzilor tractorului. Rezolvare: 3. Transmisia hidraulicǎ a unui tractor pe roţi este formatǎ din:: a) pompǎ hidraulica, motor hidraulic, transmisie centrala , diferential; b) pompǎ hidraulica, motor hidraulic, cutie de vitezǎ, transmisie centrala , diferential; c) 2 pompe hidraulice, 2 motoare hidraulice, 2 ambreiaje laterale. Rezolvare:
REZUMATUL TEMEI 7. TRACTOARE AGRICOLE 7.1. Consideraţi generale 7.1.1. Introducere 7.1.2. Clasificarea tractoarelor 7.2. Tipuri de transmisii folosite la tractoare 7.2.1. Transmisia mecanicǎ în trepte a) Transmisia mecanică pentru tractoarele pe roţi cuprinde următoarele subansamble principale : ambreiajul principal, reductorul planetar, cutia de viteze, transmisia centrală, diferenţialul, transmisiile finale. b) Transmisia mecanică a tractoarelor pe şenile este alcătuită din următoarele subansamble principale: ambreiaj principal, reductor planetar, cutie de viteze, transmisie centrală, ambreiaje laterale şi transmisii finale. 7.2.2. Transmisia hidraulicǎ a) Transmisia hidraulică a tractoarelor pe roţi cuprinde următoarele părţi componente principale : rezervor de ulei hidraulic, filtre hidraulice, pompă hidraulică, motor hidraulic, conducte, transmisie centrală şi diferenţial . b) Transmisia hidraulică a tractoarelor pe şenile cuprinde următoarele părţi componente principale: rezervor de ulei hidraulic, filtre hidraulice, douǎ pompe hidraulice, douǎ motore hidraulice şi conducte hidraulice. 7.2.3. Transmisia electricǎ a) Transmisia electrică a unui tractor pe roţi 4 x 4 este formată din: ambreiaj principal, generator electric, 4 motoare electrice, transmisii finale şi conductori electrici. b)Transmisia electrcǎ a tractoarelor pe şenile este alcătuită din următoarele subansamble principale: ambreiaj principal, generator electrc, conductori electrici, motor electric, transmisie centrală, ambreiaje laterale şi transmisii finale
63
Tema nr. 8
TRANSMISIA MECANICǍ A TRACTOARELOR Unitǎţi de învǎţare:
Ambreiajul principal; Cutia de viteze; Puntea din spate a tractoarelor pe roţi şi a tractoarelor pe senile:
Obiective: - cunoaşterea principalelor tipuri de ambreiaje şi funcţionarea acestora; - cutoaşterea tipurilor de cutii de viteze mecanice şi funcţionarea acestora; - cunoaşterea construcţiei şi funcţionǎri punţilor spate ale tractoarelor agricole. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 3. Pǎunescu, I., Manole,C. - Tractoare şi automobile; Universitatea Politehnica, Bucureşti 1993. 4. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 5. Tecuşan N., Ionescu E., - Tractoare şi automobile, EDP, Bucureşti, 1983. 6. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 8.1. Ambreiajul principal Ambreiajul principal este un cuplaj de legătură intermitent care asigură transmiterea mişcării de la motorul termic cu ardere internă la celelalte părţi componente ale transmisiei. El îndeplineşte următoarele roluri : - decuplează transmisia de motor pentru opriri temporare sau pentru schimbarea treptelor de viteză, acţionarea prizei de putere şi blocarea diferenţialului; - asigură demararea progresivă a tractorului prin creşterea treptată a solicitărilor din organele componente ale transmisiei; - limitează valoarea maximă a momentului de torsiune la organele transmisiei şi la motor prin patinarea elementelor sale; - acţionează unele echipamente de lucru (priză de putere, pompă hidraulică, etc). După modul de transmitere a momentului motor ambreiajele se clasifică în : a. ambreiaje mecanice cu fricţiune – momentul motor se transmite prin fenomenul mecanic de frecare; b. ambreiaje hidraulice – momentul motor se transmite prin intermediul unui lichid;
64
c. ambreiaje electromagnetice – momentul motor se transmite prin interacţiunea dintre două câmpuri electromagnetice; d. ambreiaje combinate - hidromecanice; - electromecanice. După tipul mecanismului de presare : a. permanent (normal) cuplate – la care apăsarea suprafeţelor de frecare se realizează de unul sau mai multe arcuri; b. facultativ cuplate – la care apăsarea suprafeţelor de frecare se realizează cu ajutorul unui sistem de pârghii; c. semicentrifugale – la care apăsarea suprafeţelor de frecare se realizează prin acţiunea unor contragreutăţi montate pe arborele cotit al motorului şi care se deplasează odată cu rotirea acestuia. După forma suprafeţelor de frecare, ambreiajele cu fricţiune se clasifică în : a. cu discuri (cu unul, două sau mai multe discuri); b. conice (cu con direct sau invers); c. cu saboţi. 8.1.1. Ambreiajul cu fricţiune, normal cuplat, monodisc Acest tip de ambreiaj se întâlneşte în construcţia tractoarelor pe roţi. În poziţie normală el este cuplat iar la apăsarea mecanismului de comandă se decuplează. Părţile componente ale unui ambreiaj cu fricţiune, normal cuplat (figura 8.1) sunt următoarele : a. partea conducătoare : - discul de presiune; - carcasa ambreiajului; - arcurile de apăsare. b. partea condusă : - discul de fricţiune; - arborele ambreiajului; c. mecanismul de comandă : - pedala de ambreiaj; - arc de revenire a pedalei; - tijă de legătură; - pârghie de comandă; - ax cu furcă; - rulment de presiune; - pârghii pentru debreiere (decuplare); - bolţuri de tragere.
65
Fig. 8.1. Schema ambreiajului cu fricţiune, normal cuplat, monodisc. 1. volanta; 2. disc de presiune; 3. carcasa ambreiajului; 4. disc de fricţiune; 5. arbore ambreiaj; 6. pedală de comandă; 7. arc de revenire; 8. tijă de legătură; 9. pârghie de comandă; 10. rulment de presiune; 11. pârghii pentru debreiere; 12. bolţuri de tragere; 13. arcuri de apăsare.
Funcţionare. În poziţie normală ambreiajul este cuplat într-ucât arcurile de apăsare exercită o forţă de apăsare asupra discului de presiune. Astfel apar două forţe de frecare între volantă – discul de fricţiune şi între discul de presiune – discul de fricţiune, iar mişcarea se transmite de la partea conducătoare la partea condusă a ambreiajului. La apăsarea pedalei de comandă prin sistemul de pârghii, rulmentul de presiune acţionează asupra pârghiilor pentru debreiere care vor depărta discul de presiune de discul de fricţiune, învingând forţa elastică a arcurilor. Ca urmare forţele de frecare dintre partea conducătoare şi partea condusă dispar şi se întrerupe transmiterea mişcării la arborele ambreiajului. 8.1.2. Ambreiajul cu fricţiune, facultativ cuplat, monodisc Acest tip de ambreiaj este utilizat de regulă la tractoarele pe şenile. În poziţie normală ambreiajul este decuplat iar la acţionarea manetei de comandă, ambreiajul se cuplează. Părţile principale ale unui ambreiaj cu fricţiune, facultativ cuplat (figura 8.2) sunt următoarele : a. partea conducătoare : - discul de fricţiune; b. partea condusă : - disc de presiune anterior; - disc de presiune posterior; - arcuri de distanţare; - arborele ambreiajului. c. mecanismul de comandă : - manetă de comandă; - tijă de legătură; - pârghie de comandă; - ax cu furcă; - rulment de presiune; - bucşe conică; - pârghii pentru cuplare (ambreiere).
66
Fig. 8.2. Schema ambreiajului cu fricţiune, facultativ cuplat, monodisc 1. volantă; 2. disc de fricţiune; 3. disc de presiune posterior; 4. disc de presiune anterior; 5. arbore ambreiaj; 6. manetă de comandă; 7. tijă de legătură; 8. pârghie de comandă; 9. rulment de presiune;10. bucşe conică; 11. pârghii pentru ambreiere; 12. arcuri pentru distanţare.
Funcţionare. Datorită arcurilor pentru distanţare, discurile de presiune sunt menţinute depărtate faţă de discul de fricţiune, astfel ambreiajul este decuplat. La acţionarea manetei de comandă prin intermediul sistemului de pârghii, bucşa conică apasă asupra pârghiilor pentru cuplare. Acestea deplasează discul de presiune posterior către cel anterior, strângând între ele discul de fricţiune. Ca urmare a forţelor de frecare ce apar între discuri, mişcarea se transmite de la partea conducătoare la partea condusă. 8.2. Cutia de viteze Cutia de viteze îndeplineşte următoarele roluri ; - modifică momentul motor la organele pentru deplasare şi respectiv viteza de deplasare a tractorului; - permite mersul înapoi a tractorului; - asigură staţionarea îndelungată a tractorului cu motorul în funcţiune. Cutiile de viteze trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe : - să realizeze un număr suficient de viteze, cu rapoarte de transmisie raţional alese în funcţie de destinaţia tractorului; - să asigure tractorului o capacitate de lucru ridicată la lucrările executate şi o economicitate în funcţionare. După felul modificării raportului de transmisie cutiile de viteze pot fi : - cutii de viteze în trepte; - cutii de viteze fără trepte; - cutii de viteze mixte. După felul acţionării cutiile de viteze se clasifică în : - cutii de viteze manuale; - cutii de viteze semiautomate; - cutii de viteze automate. Cutiile de viteze în trepte, în funcţie de schema cinematică pot fi : - cu doi arbori; - cu trei arbori; - compuse; - planetare; - speciale. 67
După poziţia arborilor cutiile de viteze pot fi : - cu arbori longitudinali; - cu arbori transversali. 8.2.1. Cutia de viteze în trepte, cu doi arbori longitudinali Această cutie de viteze se întâlneşte la tractoarele de putere mică şi mijlocie, cu număr relativ mic de trepte de viteze. Părţile componente principale ale unei astfel de cutii, prezentată în figura 8.3, sunt următoarele : carcasa ( carter), arborele principal (primar), arborele secundar, roţi dinţate fixe pe arbore, roţi deplasabile, roată dinţată intermediară pentru mersul înapoi şi mecanismul de comandă.
Fig. 8.3. Schema cutiei de viteze în trepte, cu doi arbori longitudinali 1. arbore principal; 2. arbore secundar; 3. roţi dinţate deplasabile; 4. roţi dinţate fixe pe arbore; 5. roată intermediară pentru mersul înapoi; 6. carcasă; 7. lagăre cu rulmenţi.
Funcţionare. Arborele principal primeşte mişcarea de la ambreiajul principal sau de la reductorul planetar. Pentru transmiterea mişcării este necesar ca o roată deplasabilă de pe acest arbore să angreneze cu perechea corespunzătoare de pe arborele secundar. Cutia de viteze prezentata în figura 28, este cuplată în treapta a treia şi poate realiza trei trepte de viteze înainte şi o treaptă pentru mersul înapoi. 8.2.2. Cutia de viteze în trepte, cu trei arbori longitudinali Acest tip de cutie este utilizat pentru tractoare de putere mijlocie şi mare cu număr mediu de trepte de viteze. Spre deosebire de cutia de viteze cu doi arbori longitudinali, această cutie prezintă suplimentar un arbore intermediar amplasat între arborele principal şi arborele secundar. Schema cinematică a cutiei de viteze cu trei arbori longitudinali este prezentată în figura 8.4.
68
Fig. 8.4. Schema cutiei de viteze în trepte, cu trei arbori longitudinali 1. arbore principal; 2. arbore intermediar; 3. arbore secundar; 4. roţi dinţate deplasabile; 5. roţi dinţate fixe; 6. roată dinţată intermediară; 7. angrenaj cilindric permanent; 8. carcasă; 9. lagăre cu rulmenţi.
Funcţionare. Arborele principal primeşte mişcarea de la ambreiajul principal sau de la reductorul planetar şi o transmite la arborele intermediar printr-un angrenaj cilindric permanent. Pentru transmiterea mişcării la arborele secundar este necesar ca o roată deplasabilă de pe acest arbore să se angreneze cu perechea corespunzătoare de pe arborele intermediar. În figura prezentată este selectată treapta de viteză pentru mersul înapoi, într-ucât roata deplasabilă angrenează cu roata dinţată intermediară. Această cutie de viteze poate realiza cinci trepte pentru mersul înainte şi o treaptă pentru mersul înapoi. 8.2.3. Cutia de viteze în trepte, cu trei arbori transversali Acest tip de cutii de viteze este utilizat la tractoarele care în procesul de lucru execută deplasarări înainte şi înapoi, în mod repetat (buldozere, tractoare compactoare, etc), pentru a asigura o capacitate de lucru ridicată. Părţile componente ale acestei cutii de viteze (figura 8.5) sunt următoarele : arbore principal, angrenaj dublu-conic, arbore intermediar, manşon inversor, roţi dinţate culisante, arbore secundar, roţi dinţate fixe, carcasă şi mecanism de comandă.
Fig. 8.5. Schema cutiei de viteze în trepte, cu trei arbori transversali 1. arbore principal; 2. arbore intermediar; 3. arbore secundar; 4. angrenaj dublu-conic; 5. manşon inversor; 6. roţi culisante; 7. roţi fixe; 8. carcasă; 9. lagăre cu rulmenţi.
Funcţionare. Cutia de viteze primeşte mişcarea de la ambreiajul principal sau reductorul planetar prin intermediul arborelui principal, care va pune în mişcare două roţi 69
dinţate conice montate liber pe arborele intermediar. Pentru a pune în mişcare acest arbore este necesar ca manşonul inversor să angreneze cu una din aceste roţi şi va determina sensul de deplasare a tractorului (cele două roţi conice au sensuri de rotaţie diferite). Când o roată dinţată culisantă de pe arborele intermediar angrenează cu perechea corespunzătoare de pe arborele secundar, mişcarea se transmite de la un arbore la altul. În figură este prezentată cutia de viteze în poziţia neutru pentru că manşonul inversor nu angrenează cu niciuna din roţile conice. 8.3. Puntea din spate a tractoarelor Puntea din spate reprezintă un grup de subansamble cu ajutorul căruia se transmite mişcarea de la cutia de viteze sau reductorul planetar la organele pentru deplasare. Construcţia punţii din spate diferă în funcţie de sistemul de rulare (pe roţi sau pe şenile). 8.3.1. Puntea din spate a tractoarelor pe roţi Principalele subansamble ale punţii din spate la tractoarele pe roţi (figura 8.6) sunt următoarele : transmisia centrală, diferenţialul şi transmisiile finale. Transmisia centrală reprezintă un angrenaj conic permanent care realizează demultiplicarea turaţiei primite de la cutia de viteze sau reductorul planetar şi schimbarea planului mişcării cu 90 0. Ea este formată din pinionul de atac (conducător) şi coroana diferenţialului (condusă). Diferenţialul este subansamblul punţii din spate amplasat între transmisia centrală şi transmisiile finale. Rolul acestuia este de a transmite turaţii diferite la transmisiile finale când tractorul se deplasează în viraje sau pe drumuri cu denivelări. El este alcătuit din : sateliţi conici, roţi planetare şi carcasă. La deplasarea tractorului în linie dreaptă şi pe un teren fără denivelări, roţile motoare se rotesc cu aceeaşi turaţie iar sateliţii au numai mişcare de revoluţie odată cu carcasa diferenţialului, îndeplinind rolul de pene între roţile planetare. La deplasarea tractorului în viraje, roţile motoare se rotesc cu turaţii diferite iar sateliţii au atât mişcare de revoluţie odată cu carcasa diferenţialului cât şi mişcare de rotaţie în jurul axelor proprii, participând la raportul de transmitere a mişcării. Funcţionarea diferenţialului în viraje se bazează pe principiul minimei rezistenţe care implică efecte negative în cazul deplasării roţilor motoare pe suprafeţe cu aderenţe diferite. Roata cu aderenţă scăzută va primii o turaţie mai mare iar roata cu aderenţă mai mare va primi o turaţie mai mică. În anumite situaţii roata cu aderenţă mai scăzută patinează, un fenomen nedorit dar care se întâlneşte frecvent la utilajele pentru îmbunătăţiri funciare, datorită condiţiilor de lucru. Pentru înlăturarea acestui fenomen, diferenţialul se prevede cu un dispozitiv de blocare comandat de conducătorul tractorului cu ajutorul unei pedale. La tractoarele moderne dispozitivul de blocare a diferenţialului intră în funcţiune automat, iar diferenţialul se numeşte autoblocabil. Dispozitivul de blocare anulează funcţia de diferenţiere a mişcării între cele două roţi iar acţionarea acestuia trebuie să se facă numai la deplasarea în linie dreaptă.
70
Fig. 8.6. Schema punţii din spate a tractoarelor pe roţi
1. transmisia centrală; 1a. pinion de atac; 1b. coroană diferenţial; 2. diferenţial; 2a. sateliţi; 2b. carcasă diferenţial; 2c. roţi planetare;3. transmisia finală; 3a. roată dinţată conducătoare; 3b. roată dinţată condusă; 4. manşon pentru blocarea diferenţialului; 5. roţi motoare; 6. frâne.
Transmisiile finale au rolul de a contribui la mărirea raportului de transmitere a mişcării la roţile motoare. Ele reprezintă ultima treaptă din transmisie pentru demultiplicarea turaţiei primită de la motorul tractorului. Transmisiile finale constau din două perechi de roţi dinţate cilindrice, de regulă cu antrenare exterioară. 8.3.2. Puntea din spate a tractoarelor pe şenile Puntea din spate a tractoarelor pe şenile (figura 8.7) este formată din următoarele subansamble principale : transmisia centrală (grup conic), ambreiajele laterale şi transmisiile finale.
Fig. 8.7. Schema punţii din spate a tractoarelor pe şenile 1. transmisia centrală; 1a. pinion de atac; 1b. roată dinţată condusă; 2. ambreiaj lateral; 2a. discuri de presiune; 2b. discuri de fricţiune; 2c. tambur condus; 3. transmisie finală; 3a. roată dinţată conducătoare; 3b. roată dinţată condusă; 4. steluţa motoare; 5. frâne.
71
Deosebirea dintre cele două tipuri de punţi este înlocuirea diferenţialului cu două ambreiaje laterale. Celelalte părţi componente au acelaşi rol şi o construcţie asemănătoare. Ambreiajele laterale au rolul de a transmite turaţii diferite la cele două şenile în scopul executării virajelor, din această cauză ele se mai numesc şi ambreiaje de direcţie. Ambreiajele laterale sunt de tip cu fricţiune, normal cuplate, multidisc. Partea conducătoare este formată din mai multe discuri de presiune confecţionate din oţel montate pe un tambur interior. Partea condusă este alcătuită din mai multe discuri de fricţiune executate din ferodou şi un tambur exterior. Mecanismul de comandă este alcătuit din : manetă, camă de comandă, furcă cu rolă, rulment de presiune, pârghii pentru decuplare şi unul sau mai multe arcuri de apăsare. Pentru deplasarea tractorului în linie dreaptă ambele ambreiaje sunt cuplate şi transmit turaţii egale la cele două şenile. Pentru executarea unui viraj se decuplează parţial sau total ambreiajul lateral din interiorul virajului, în funcţie de raza de viraj. Dacă se doreşte efectuarea unui viraj cu rază foarte mică sau întoarcerea tractorului, simultan cu decuplarea ambreiajului lateral din interiorul virajului se acţionează şi frâna din aceeaşi parte.
TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt piesele care formeazǎ partea conducǎtoare a unui ambreiaj cu fricţiune mono disc, normal cuplat? Rǎspuns: Partea conducǎtoare a unui ambreiaj cu fricţiune, monodisc normal, cuplat sunt: discul de presiune, carcasa ambreiajului şi arcurile pentru apǎsare. 2. Care este rolul cutiei de vitezǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt pǎrţile componente ale punţi spate a tractoarelor pe roţi ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Diferenţialul tractoarelor pe roţi are rolul de a:: a) transmite turaţii diferite la roţile motoare la mersul în linie draptǎ; b) transmite turaţii egale la roţile motoare la mersul în viraje ; c) transmite turaţii diferite la roţile motoare la mersul în viraje. Rezolvare: c 2. Transmisia finalǎ este formatǎ din: a) douǎ roţi dinţate conice; b) douǎ perechi de roti dinţate cilindrice; c) patru sateliţi şi douǎ roţi planetare. Rezolvare: 3. Scimbarea sensului de deplasare se realizeazǎ de: a) ambreiajul principal; b) cutia de viteze; c) diferenţial. Rezolvare:
72
REZUMATUL TEMEI 8. Transmisia mecanicǎ a tractoarelor 8.1. Ambreiajul principal Ambreiajul principal îndeplineşte următoarele roluri : decuplează transmisia de motor pentru opriri temporare sau pentru schimbarea treptelor de viteză, acţionarea prizei de putere şi blocarea diferenţialului, asigură demararea progresivă a tractorului prin creşterea treptată a solicitărilor din organele componente ale transmisiei,limitează valoarea maximă a momentului de torsiune la organele transmisiei şi la motor prin patinarea elementelor sale, acţionează unele echipamente de lucru (priză de putere, pompă hidraulică, etc). 8.1.1. Ambreiajul cu fricţiune, normal cuplat, monodisc 8.1.2. Ambreiajul cu fricţiune, facultativ cuplat, monodisc 8.2. Cutia de viteze Cutia de viteze îndeplineşte următoarele roluri: modifică momentul motor la organele pentru deplasare şi respectiv viteza de deplasare a tractorului, permite mersul înapoi a tractorului şi asigură staţionarea îndelungată a tractorului cu motorul în funcţiune. 8.2.1. Cutia de viteze în trepte, cu doi arbori longitudinali 8.2.2. Cutia de viteze în trepte, cu trei arbori longitudinali 8.2.3. Cutia de viteze în trepte, cu trei arbori transversali 8.3. Puntea din spate a tractoarelor Puntea din spate reprezintă un grup de subansamble cu ajutorul căruia se transmite mişcarea de la cutia de viteze sau reductorul planetar la organele pentru deplasare. Ea asigurǎ demultiplicarea turatiei, schimbarea direcţiei de transmiterea mişcǎrii cu 90º şi transmiterea de turaţi diferite la organele pentru deplasare la mersul în viraje 8.3.1. Puntea din spate a tractoarelor pe roţi 8.3.2. Puntea din spate a tractoarelor pe şenile
73
Tema nr. 9
SISTEMUL DE RULARE, SISTEMUL DE FRANARE ŞI MECANISMUL DE DIRECţIE Unitǎţi de învǎţare:
sistemul de rulare al tractoarelor agricole; sistemul de frânare al tractoarelor agricole; mecanismul de direcţie al tractoarelor agricole.
Obiective: - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii sistemului de rulare; - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii sistemului de fânare; - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii mecanismului de direcţie. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 3. Pǎunescu, I., Manole,C. - Tractoare şi automobile; Universitatea Politehnica, Bucureşti 1993. 4. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 5. Tecuşan N., Ionescu E., - Tractoare şi automobile, EDP, Bucureşti, 1983. 6. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 9.1. Sistemul de rulare al tractoarelor Sistemul de rulare asigură susţinerea şi deplasarea tractorului pe teren. Principalele tipuri de sisteme de rulare utilizate în construcţia tractoarelor sunt următoarele : - sistem de rulare pe roţi; - sistem de rulare pe şenile; - sistem de rulare cu semişenile. 9.1.1. Sistemul de rulare la tractoarele pe roţi Sistemul de rulare este un subansamblu prin intermediul căruia tractorul se sprijină pe teren şi se autodeplasează. Sistemul de rulare pe roţi este cel mai răspândit sistem (peste 90 %) utilizat în construcţia tractoarelor. În prezent sunt realizate sisteme de rulare cu o punte motoare şi două punţi motoare, cu două şi respectiv patru roţi motoare. Principalele avantaje ale sistemului de rulare pe roţi sunt : - simplitatea constructivă care determină un preţ de cost mai redus al tractorului şi cheltuieli de întreţinere mai mici; 74
- posibilitatea deplasării cu viteze mari (40 Km/h) şi fără a deteriora drumul; - posibilitatea reglării ecartamentului; Comparativ cu sistemul de rulare pe şenile, principalele dezavantaje ale sistemului de rulare pe roţi sunt : - aderenţă mai mică între organul de rulare şi sol; - compactare mai mare a terenului agricol datorită suprafeţei mici de contact între pneu şi sol; - stabilitate transversală mai scăzută în cazul deplasării pe terenurile în pantă. Aceste dezavantaje pot fi atenuate prin diferite măsuri tehnice. Sistemul de rulare la tractoarele pe roţi este compus din următoarele elemente : osia din faţă; semiosiile din spate; roţile cu pneuri. Osiile din faţă se clasifică în : - osii simple – cu cale largă; - cu cale îngustă; - cu cale unică; - osii motoare (realizate ca osii cu cale largă). Osia simplă cu cale largă (figura 9.1) este o osie telescopică formată dintr-o axă centrală tubulară şi două semiosii laterale puse în legătură cu pivoţii fuzetelor, pe acestea din urmă montându-se roţile. Ecartamentul roţilor din faţă se poate regla prin modificarea poziţiei semiosiilor faţă de axa tubulară. Osia motoare se foloseşte la tractoarele cu patru roţi motoare şi este formată din osia propriu-zisă şi transmisia la puntea motoare din faţă. Acest tip de osie are de regulă ecartamentul fix.
Fig. 9.1. Schema osiei simple cu cale largă. 1.axa centrală tubulară; 2. semiosie laterală; 3. pivot; 4. fuzetă; 5. roată.
Pentru asigurarea unei bune stabilităţi a tractorului, roţile de direcţie se fixează pe puntea din faţă în poziţii bine determinate, formând patru unghiuri : - unghiul de înclinare transversală – β – este unghiul format de axa pivotului fuzetei cu verticala (în plan transversal) şi are valori de 2 – 8 0 . Acest unghi permite
75
luarea virajului cu uşurinţă şi măreşte stabilitatea tractorului la deplasarea în linie dreaptă; - unghiul de înclinare longitudinală – γ – este unghiul format de axa pivotului fuzetei cu verticala în plan longitudinal) şi are valori de până la 10 0 . Acest unghi îmbunătăţeşte stabilitatea tractorului la deplasarea în linie dreaptă; - unghiul de stabilitate – α – este unghiul format de planul roţii cu verticala (înclinare fuzetă). Acest unghi uşurează manevrarea tractorului; - unghiul de convergenţă (de fugă) al roţilor. Roţile sunt mai apropiate cu 1 – 12 mm la partea din faţă în raport cu partea din spate. Semiosiile din spate. Aceste subansamble sunt realizate, în general, în două variante : semiosii cu arbori liberi (nu includ transmisiile finale) care permit variaţia ecartamentului prin culisarea roţii pe arborele liber; semiosii fără arbori liberi (includ transmisiile finale) la care ecartamentul se poate regla prin modificarea poziţiei discului şi a jenţii roţii. Roţile. Cele mai utilizate roţi sunt cele cu pneuri care sunt formate din butuc, disc, jantă şi pneu. Discul roţii face legătura între semiosie şi jantă, putând avea formă concav – convexă sau plată. Janta este montată pe disc şi are rolul de a susţine pneul. Pneul este partea de rulare, de contact al roţii cu solul şi este format din anvelopă, cameră de aer şi valvă. Pneurile folosite la tractoare sunt grupate în : - pneuri de tracţiune utilizate la roţile motoare; - pneuri de direcţie utilizate la roţile de direcţie. La roţile motoare ecartamentul (distanţa dintre roţile de pe aceeaşi punte) se poate regla astfel : - prin schimbarea roţilor între ele; - prin modificarea poziţiei jenţii faţă de discul roţii; - prin deplasarea roţilor pe semiosii. Creşterea aderenţei tractoarelor pe roţi se realizează prin următoarele metode : - adăugarea de greutăţi suplimentare pe discul sau pe arborele roţilor motoare; - umplerea pneurilor cu apă; - folosirea roţilor cu zăbrele (metalice); - utilizarea pintenilor suplimentari rabatabili; - folosirea pneurilor cu balon mărit de joasă presiune; - folosirea roţilor duble sau triple pentru punţile motoare. O parte din aceste metode (pneuri cu balon mărit de joasă presiune şi utilizarea roţilor duble) contribuie şi la reducerea compactării terenurilor agricole. 9.1.2. Sistemul de rulare la tractoarele pe şenile Acest sistem de rulare este folosit destul de mult în construcţia tractoarelor datorită următoarelor avantaje : - stabilitate ridicată a tractorului la deplasarea pe terenurile în pantă datorită suprafeţei mari de sprijin; - forţe de tracţiune ridicate datorită aderenţei bune a organelor de deplasare cu terenul; - tasare redusă a terenului datorită presiunii pe sol scăzute exercitată de şenile (0,4 – 0,5 daN/cm2); - patinare redusă a organelor de deplasare determinată atât de aderenţa foarte bună a şenilelor cât şi de suprafaţa mare de sprijin a acestora pe teren. Principalele dezavantaje ale sistemului de rulare pe şenile sunt următoarele : - viteză de lucru redusă ( 9 – 15 Km/h );
76
preţ de cost mai ridicat comparativ cu sistemul de rulare pe roţi, determinat în principal de complexitatea constructivă a şenilelor; - greutate mai mare a tractoarelor; - cheltuieli sporite de întreţinere şi reparaţie a şenilelor; - deteriorarea drumurilor betonate, asfaltate sau pietruite. Şenila formează o bandă închisă cu care tractorul se sprijină pe sol şi cu ajutorul căreia se asigură deplasarea acestuia. Principalele tipuri de şenile sunt : şenila rigidă; şenila semielastică; şenila elastică. Şenilele rigide sunt montate fix pe cadrul tractorului şi nu au posibilitatea de a copia denivelările terenului. Acest lucru determină reducerea aderenţei cu solul, în cazul deplasării pe teren accidentat, dar ele sunt mult mai robuste şi mai fiabile în exploatare. Şenilele semielastice (figura 9.2) asigură copierea în plan vertical a denivelărilor terenului, dar în limite restrânse, întru-cât legătura dintre şenile şi cadrul tractorului se face prin intermediul unui arc. Părţile principale ale unei şenile semielastice sunt : căruciorul şenilei, steluţa motoare, roata de întindere, rolele de sprijin, mecanismul de întindere, rolele de susţinere, lanţul şenilei şi plăcile de aderenţă. Sistemul de rulare cu şenile semielastice reprezintă tipul cel mai răspândit datorită unei aderenţe şi stabilităţi bune a tractorului care se obţine cu preţuri de cost medii. Sistemul de rulare cu şenile elastice , deşi prezintă avantajele menţionate anterior, este mai puţin răspândit datorită preţului de cost ridicat. -
Fig. 9.2. Schema şenilei semielastice. 1. steluţa motoare; 2. roata de întindere; 3. role de sprijin; 4. arc; 5. cărucior; 6. lanţul şenilei; 7. dispozitiv de întindere.
Şenilele elastice, prezentat în figura 9.3, asigură cea mai bună copiere a microreliefului solului şi amortizarea şocurilor şi vibraţiilor din timpul lucrului, ceea ce permite creşterea vitezei de deplasare. Părţile componente ale şenilelor elastice sunt aceleaşi cu ale şenilelor semielastice, dar fiecare rolă de sprijin este prevăzută cu un cărucior montat articulat şi elastic pe cadrul tractorului, din aceasta cauza acest tip de şenilǎ se mai numeşte si şenila omidǎ Sistemul de rulare cu şenile elastice , deşi prezintă avantajele menţionate anterior, este mai puţin răspândit datorită preţului de cost ridicat.
77
Fig. 9.3. Schema şenilei elastice
1. steluţa motoare; 2. roata de întindere; 3. role de sprijin; 4. lanţul şenilei; 5. arcuri; 6. role de susţinere; 7. cărucioare articulate;
Pentru reducerea zgomotului din timpul deplasǎriişi pentru a permite deplasarea tractorului pe drumuri betonane, asfaltate sau pietruite dar si pentru a creşte viteza de deplasare, cercetarile efectuate în ultima perioadaau permis înlocuirea lanţului senilei şi a plǎcilor de aderenţǎ metalice cu o bandǎ de cauciuc. Şenila din cauciuc prezintǎ o aderenţǎ cu solul putin mai scǎzuta decât şenila metalicǎ dar mult mai mare decat roţile şi pǎstreazǎ celǎlalte avantaje ale sistemului de rulare pe şenile. 9.2. Sistemul de frânare al tractoarelor Sistemul de frânare asigură reducerea vitezei de deplasare, oprirea şi imobilizarea tractorului pe durata staţionării, inclusiv pe timpul opririi în pantă. De asemenea acest sistem contribuie la întoarcerea cu rază mică de viraj a tractorului, prin frânarea independentă a uneia dintre roţi sau şenile. Sistemul de frânare trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe : cuplu de frânare trebuie să fie mai mic decât cuplul de aderenţă, astfel încât în timpul frânării roata să ruleze pe sol şi nu să alunece, pentru a evita fenomenul de derapaj şi uzura anvelopelor; frânarea să se facă progresiv şi fără şocuri; frânarea să fie uniformă pe toate roţile tractorului; să excludă total apariţia fenomenului de autofrânare. După forma suprafeţelor de frecare, frânele se clasifică în : frâne cu bandă; frâne cu saboţi; frâne cu discuri. După modul de acţionare sistemele de frânare pot fi : cu acţionare mecanică; cu acţionare hidraulică; cu acţionare pneumatică.
78
Sistemele de frânare cu acţionare mecanică se întâlnesc la tractoarele cu viteză mică de deplasare şi care se deplasează pe terenuri accidentate. Ele se caracterizează prin fiabilitate ridicată. Sistemele de frânare cu acţionare hidraulică şi cu acţionare pneumatică se întâlnesc la tractoarele cu viteze superioare de deplasare şi care lucrează pe terenuri mai puţin accidentate. Ele se caracterizează prin timpul mic de frânare. 9.2.1. Frâna cu bandǎ Frâna cu bandă este utilizată la tractoarele de putere mică pe roţi şi la tractoarele pe şenile, datorită suprafeţei de frânare relativ mici. Ea prezintă avantajul unei simplităţi constructive. Părţile principale ale frânei cu bandă (figura 9.4) sunt : - partea mobilă alcătuită din tamburul de frânare; - partea fixă alcătuită din banda de frânare; - dispozitivul de comandă alcătuit din una sau două pedale de frânare, arcuri de readucere a pedalelor, tijă de legătură şi pârghii de comandă. Banda de frânare este formată dintr-o centură de oţel elastic prevăzută la interior cu garnituri de ferodou. La apăsarea pedalei, prin sistemul de tije şi pârghii, banda de frânare se strânge pe tamburul de frânare şi determină apariţia unei forţe de frecare care produce frânarea tractorului.
Fig. 9.4. Schema frânei cu bandă 1. tambur de frânare; 2. bandă de frânare; 3. pedală de frână; 4. arc de readucere; 5. tijă de legătură; 6. pârghie de comandă.
9.2.2. Frâna cu saboţi Acest tip de frână este utilizat la frânarea remorcilor şi a tractoarelor pe roţi cu viteze medii de deplasare. Părţile componente principale (figura 9.5) ale frânei cu saboţi sunt următoarele: - partea mobilă alcătuită din tamburul de frânare; - partea fixă alcătuită din doi saboţi de frânare şi unul sau două arcuri de revenire a saboţilor; - dispozitivul de comandă poate fi mecanic, hidraulic sau pneumatic. Saboţii confecţionaţi din oţel sunt prevăzuţi la exterior cu garnituri de ferodou. Dacă acţionarea este hidraulică sau pneumatică, depărtarea saboţilor se face cu ajutorul unui cilindru hidraulic sau pneumatic.
79
La acţionarea pedalei de comandă, saboţii se depărtează şi apasă pe suprafaţa interioară a tamburului de frânare, determinând apariţia unei forţe de frecare care frânează tractorul.
Fig. 9.5. Schema frânei cu saboţi
1. tambur de frânare; 2. saboţi; 3. arc de revenire; 4. camă dublă; 5. pârghie de acţionare.
9.2.3. Frâna cu discuri Este cel mai răspândit tip de frână utilizat în construcţia tractoarelor de putere mijlocie şi mare. Ea este o frână compactă şi foarte eficientă datorită suprafeţei mari de frecare. Părţile componente principale (figura 9.6) sunt următoarele : - partea mobilă alcătuită din două discuri de fricţiune prevăzute pe ambele feţe cu garnituri din ferodou; - partea fixă alcătuită din două discuri de presiune din oţel prevăzute cu bile amplasate în alveole şi arcuri de readucere; - dispozitivul de comandă care are o componenţă identică cu al frânelor prezentate anterior.
Fig. 9.6. Schema frânei cu discuri 1. discuri de fricţiune; 2. discuri de presiune; 3. arcuri de readucere a discurilor; 4. bile de rulment; 5. carcasa frânei; 6. dispozitiv de comandă.
80
La acţionarea pedalei de frână prin intermediul dispozitivului de comandă, discurile de presiune se rotesc unul faţă de altul, bilele urcă pe planul înclinat al alveolelor şi determină deplasarea laterală a discurilor de presiune. Ca urmare acestea apasă pe discurile de fricţiune şi determină apariţia a patru forţe de frecare între părţile fixe şi părţile mobile ale frânei. 9.3. Mecanismul de direcţie al tractoarelor Mecanismul de direcţie asigură modificarea direcţiei de mers a tractorului în funcţie de necesităţi. Mecanismul de direcţie trebuie să asigure îndeplinirea următoarelor cerinţe : - forţele de acţionare ale volanului să fie cât mai mici posibile pentru a nu obosi conducătorul, astfel, în mişcare, forţa de acţionare a volanului să fie de maxim 6 daN, iar la staţionar de maxim 12 daN; - să împiedice transmiterea şocurilor de la roţile de direcţie la volan; - să asigure stabilitatea tractorului la deplasarea în linie dreaptă, ceea ce implică o cursă liberă a volanului între 10-15 0 ; - să asigure redresarea direcţiei tractorului, adică să existe tendinţa ca la deplasarea în viraj roţile de direcţie să revină în poziţia corespunzătoare mersului în linie dreaptă. După modul de acţionare a roţilor de viraj, mecanismele de direcţie se clasifică în: a. mecanisme de direcţie cu acţiune directă (mecanică), la care conducătorul intervine direct asupra roţilor de direcţie, forţa de acţionare a volanului fiind amplificată de caseta de direcţie; b. mecanisme de direcţie cu servoacţiune, la care rotirea roţilor de direcţie se face de un servomotor hidraulic iar conducătorul doar comandă execuţia virajului. 9.3.1. Modalitǎţi de execuţie a virajului În funcţie de destinaţia tractorului şi de modul de repartizare a sarcinii pe roţile acestuia se întâlnesc patru modalităţi de executare a virajului : prin rotirea roţilor din faţă; prin rotirea roţilor din spate; prin rotirea atât a roţilor din faţă cât şi a roţilor din spate; cu cadru articulat. Aceste modalităţi sunt prezentate în figura 39. Ampatamentul reprezintă distanţa dintre centrul roţilor măsurată în planul longitudinal. Ecartamentul reprezintă distanţa dintre roţi măsurată în plan transversal, faţă de axa de simetrie a tractorului. Metoda de realizare a virajului prin rotirea roţilor din faţă este cea mai utilizată. Ea se foloseşte la tractoare la care sarcina este repartizată 1/3 pe puntea din faţă şi 2/3 pe puntea din spate. Raza minimă de viraj se calculează cu relaţia : Rmin =
A tg max
în care : A – ampatamentul; αmax – unghiul maxim de viraj;
81
(9.1)
Fig. 9.6. Metode de realizare a virajului la tractoare a. cu roţi de direcţie în faţă; b. cu roţi de direcţie în spate; c. cu patru roţi de direcţie; d. cu cadru articulat; A. ampatamentul; E. ecartamentul; Rmin. raza minimă de viraj; O. centru de viraj; α. unghiul de viraj.
Se constată că raza minimă de viraj se obţine pentru valori mici ale ampatamentului şi unghiuri mari de viraj. Metoda de realizare a virajului prin rotirea roţilor din spate se utilizează pentru tractoare la care sarcina este repartizată 2/3 pe puntea din faţă şi 1/3 pe puntea din spate ( încărcătoare frontale, motostivuitoare, combine de recoltat, etc). Raza de viraj este aceeaşi ca în cazul precedent. Modalitatea de execuţie a virajului cu toate roţile se foloseşte la tractoare cu dublă tracţiune care lucrează în spaţii înguste sau pe terenuri în pantă . Raza minimă de viraj se calculează cu relaţia : Rmin =
A
(9.2)
2tg max
Din relaţia anterioară rezultă că tractoarele la care toate roţile sunt de direcţie au o manevrabilitate mult mai bună comparativ cu cele cu două roţi de direcţie. La acelaşi unghi de rotire a roţilor, raza de viraj este de două ori mai mică. Modalitatea de execuţie a virajului cu cadru articulat se foloseşte la tractoare cu dublă tracţiune, de mare putere şi care în procesul de lucru execută frecvente manevre de schimbare a direcţiei de mers. Raza minimă de viraj se calculează cu relaţia următoare : Rmin =
A 2tg max / 2
82
(9.3)
Din această relaţie rezultă că tractoarele cu cadru articulat sunt cele mai manevrabile şi realizează cele mai mici raze de viraj. 9.3.2. Mecanismul de direcţie cu servoacţiune Acest tip de mecanism se utilizează la tractoarele cu sarcină mare pe roţile de direcţie şi are rolul de a uşura efortul depus de conducătorul tractorului. În funcţie de tipul servomecanismului utilizat, ele pot fi hidro-mecanice sau hidraulice. Mecanismul de direcţie hidraulic, prezentat în figura 9.7, se compune dintr-o parte de comandă şi o parte de execuţie a virajelor.
Fig. 9.7. Schema mecanismului de direcţie hidraulic 1. volan; 2. ax volan; 3. distribuitor hidraulic; 4. cilindru hidraulic; 5. fuzetă; 6. levier fuzetă; 7. bară de conexiune; 8. pivot; 9. roţi de direcţie; 10. rezervor de ulei hidraulic; 11. filtru hidraulic; 12. pompă hidraulică; 13. conducte hidraulice.
Partea de comandă a virajelor se compune din : volan, ax volan, coloană volan şi distribuitor hidraulic cu sertar rotativ. Partea de execuţie a virajelor se compune din : rezervor de ulei, filtru hidraulic, pompă hidraulică, cilindru hidraulic cu dublu efect, leviere de fuzetă, pivoţi, fuzete şi roţi de direcţie. Pompa hidraulică antrenată permanent de motorul tractorului, trimite uleiul cu înaltă presiune la distribuitorul hidraulic. Dacă conducătorul tractorului comandă executarea virajului spre dreapta, distribuitorul hidraulic va dirija uleiul cu presiune, primit de la pompă, către camera din dreapta a cilindrului hidraulic. Acesta va transforma energia hidraulică în energie mecanică şi cu ajutorul levierelor de fuzetă şi a barei de conexiune va roti roţile de direcţie către dreapta în jurul pivoţilor. Uleiul din camera stânga a cilindrului se întoarce la distribuitor care îl va dirija în rezervorul de ulei. Pentru executarea virajului la stânga, distribuitorul hidraulic va schimba sensurile de deplasare ale uleiului prin conductele hidraulice. La deplasarea în linie dreaptă sau după ce se va realiza raza de viraj dorită, distribuitorul hidraulic va dirija uleiul hidraulic cu presiune primit de la pompă în rezervorul de ulei iar cele două camere ale cilindrului hidraulic nu comunică una cu cealaltă. Pistonul cilindrului hidraulic rămâne fix indiferent de acţiunea forţelor exterioare şi astfel se menţine neschimbată poziţia roţilor de direcţie.
83
TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt avantajele sistemului de rulare pe şenile? Rǎspuns: Acest sistem de rulare prezintǎ următoarelor avantaje: stabilitate ridicată a tractorului la deplasarea pe terenurile în pantă datorită suprafeţei mari de sprijin, forţe de tracţiune ridicate datorită aderenţei bune a organelor de deplasare cu terenul, tasare redusă a terenului datorită presiunii pe sol scăzute exercitată de şenile, patinare redusă a organelor de deplasare determinată atât de aderenţa foarte bună a şenilelor cât şi de suprafaţa mare de sprijin a acestora pe teren. 2. Care sunt pǎrţile componente ale frânei cu discuri? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt pǎrţile componente ale mecanismului de direcţie cu acţionare hidraulicǎ ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Partea fixǎ a frânei cu discuri este formatǎ din: a) douǎ discuri de fricţiune; b) douǎ discuri de presiune şi carcasa frânei; c) douǎ discuri de fricţiune şi carcasa frânei. Rezolvare: b 2. Distribuitorul hidraulic al mecanismului de direcţie hidraulic este de tip:: a) cu sertar rotativ; b) cu sertar axial; c) cu sertar oxcilant. Rezolvare: 3. Un avantaj al sistemului de rulare pe roţi este: a) tasare redusǎ a solului; b) aderenţa bunǎ cu terenul; c) posibilitatea reglǎri ecartamentului. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 9. Sistemul de rulare, sistemul de frânare şi mecanismul de direcţie 9.1. Sistemul de rulare al tractoarelor 9.1.1. Sistemul de rulare la tractoarele pe roţi 9.1.2. Sistemul de rulare la tractoarele pe şenile 9.2. Sistemul de frânare al tractoarelor 9.2.1. Frâna cu bandǎ 9.2.2. Frâna cu saboţi 9.2.3. Frâna cu discuri 9.3. Mecanismul de direcţie al tractoarelor 9.3.1. Modalitǎţi de execuţie a virajului 9.3.2. Mecanismul de direcţie cu servoacţiune
84
Tema nr. 10
INSTALAŢIA ELECTRICǍ ŞI ECHIPAMENTUL DE LUCRU AL TRACTOARELOR AGRICOLE Unitǎţi de învǎţare:
instalaţia electricǎ a tractoarelor; dipozitive de acţionare, cuplare şi tracţiune.
Obiective: - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii instalaţiei electrice; - cunoaşterea dispozitivelor de tracţiune şi utilizarea acestora; - cunoaşterea pǎrţilor componente ale ridicǎtorului hidraulic; - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii instalatiei hidraulice; - cunoaşterea pǎrţilor componente şi a funcţionǎrii prizei de putere. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 3. Pǎunescu, I., Manole,C. - Tractoare şi automobile; Universitatea Politehnica, Bucureşti 1993. 4. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 5. Tecuşan N., Ionescu E., - Tractoare şi automobile, EDP, Bucureşti, 1983. 6. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 10.1. Instalaţia electricǎ a tractoarelor Instalaţia electrică a tractoarelor are rolul de a produce şi stoca energia electrică (curent continuu) necesară pentru pornirea motorului termic şi pentru alimentarea consumatorilor instalaţi pe tractor. Instalaţia electrică a tractoarelor cuprinde următoarele echipamente şi grupe de consumatori : echipamentul de producere, stocare şi reglare a curentului electric (generatorul de curent, bateria de acumulatori, releul regulator de tensiune şi releul de semnalizare a încărcării bateriei); echipamentul de pornire a motorului termic (electromotorul de pornire, contactul electromagnetic şi contactul cu cheie); grupa consumatorilor pentru iluminat (faruri, proiectoare); grupa consumatorilor pentru semnalizare (lămpi de semnalizare poziţie, schimbare direcţie de mers, frânare, dispozitiv de semnalizare acustică);
85
aparate şi dispozitive de comandă şi protecţie, accesorii (cheie de contact, buton pornire, întrerupător frână, întrerupător semnalizare schimbare direcţie de mers, butonul claxonului, întrerupătoarele farurilor şi proiectoarelor, prize electrice, siguranţe fuzibile, electromotorul ştergătorului de parbriz, ventilator de încălzire). Generatorul de curent (alternatorul) este utilizat pentru producerea curentului electric necesar pentru încărcarea bateriei şi alimentarea consumatorilor instalaţi pe tractor în timpul funcţionării motorului termic. Alternatorul produce curent electric alternativ trifazat, pe care îl transformă în curent continuu prin intermediul unei punţi redresoare. Părţile componente ale alternatorului sunt reprezentate prin stator, rotor şi redresor. Statorul (indusul) are un bobinaj trifazat, legat în stea, capetele înfăşurărilor fiind legate la puntea redresoare formată din diode de siliciu (3 diode pozitive şi 3 negative). Rotorul (inductorul) este format dintr-un arbore de antrenare prevăzut în partea centrală cu un cuplaj în care se dispune înfăşurarea rotorică. La capătul posterior, arborele este prevăzut cu două inele colectoare aflate în contact cu două perii (cărbuni) de alimentare, prin care se face alimentarea cu curent continuu din baterie a înfăşurării de excitaţie. Funcţionare. Rotorul generatorului este antrenat în mişcare de rotaţie de către motorul termic şi alimentat cu curent continuu din baterie. Astfel, în rotor se creează un câmp magnetic rotitor care generează în înfăşurările statorice un curent alternativ trifazat care este redresat în curent continuu de către redresor. Bateria de acumulatori are rolul de a asigura alimentarea cu energie electrică a consumatorilor de pe tractor atunci când motorul termic nu funcţionează, sau funcţionează cu turaţie redusă. Bateria de acumulatori este prevăzută cu plăci de plumb şi formată din şase elemenţi identici, legaţi în serie. Fiecare element este constituit din două tipuri de plăci (pozitive şi negative). Plăcile sunt sub forma unor grătare de plumb, pe care se presează pasta activă. Elemenţii sunt scufundaţi într-o soluţie de acid sulfuric şi apă distilată, denumită electrolit. Nivelul electrolitului, în bacul bateriei trebuie să depăşească cu 10 – 15 mm, marginea superioară a plăcilor. Densitatea electrolitului apreciază starea de încărcare a bateriei, astfel : - la o densitate de 1,28 g / cm3, bateria este încărcată 100 % ; - la densitatea de 1,24 g / cm3, bateria este încărcată 75 % ; - la densitatea de 1,20 g / cm3, bateria este încărcată 50 %. Bateria poate fi menţinută la un nivel constant de încărcare prin intermediul generatorului de curent şi a releului regulator de tensiune. Bateriile descărcate sub 75 % se încarcă la redresor pentru egalizarea densităţii, dacă în prealabil bateria a fost completată cu apă distilată. Capacitatea bateriei şi curentul de pornire sunt cele două caracteristici principale ale bateriei. Capacitatea (amperi – oră, Ah) reprezintă produsul dintre curentul de descărcare şi durata de descărcare, până ce tensiunea scade de la 12,5 V la 10,5 V, la o temperatură de 25 0 C. Curentul de pornire (A) reprezintă valoarea pe care o poate debita bateria la pornirea motorului termic, într-un interval scurt de timp. Releul regulator de tensiune are rolul de a regla tensiunea la bornele generatorului, prin variaţia curentului de alimentare al înfăşurării de excitaţie a rotorului. Sunt utilizate două tipuri de relee de tensiune : - releu de tensiune electromagnetic; - releu de tensiune electronic. Releul de semnalizare a încărcării bateriei are rolul de a semnaliza la bordul tractorului, prin intermediul unei lămpi, încărcarea bateriei de către generatorul de curent. Electromotorul de pornire are rolul de a realiza pornirea motorului termic.
86
Cele mai utilizate tipuri de electromotoare sunt următoarele : - cu rotor deplasabil; - cu pinion deplasabil prin comandă electromagnetică; - cu pinion deplasabil prin inerţie. Electromotoarele se aleg în funcţie de următorii factori : - tipul de motor termic (MAS sau MAC); - capacitatea cilindrică a motorului termic; - condiţiile climatice în care se exploatează tractorul; - de capacitatea bateriei. Electromotoarele trebuie să asigure o turaţie minimă necesară pentru a porni motorul termic. Această turaţie este mai mică la MAS decât la MAC, iar la acelaşi tip de motor turaţia necesară pornirii creşte odată cu scăderea temperaturii. Pentru pornirea motorului termic este necesar ca pinionul de pe rotorul electromotorului, aflat în mişcare de rotaţie, să se angreneze cu coroana dinţată a volantei. Un motor electric de pornire cu cuplare electromagnetică este format din stator, rotor, colector cu perii şi comanda electromagnetică (releu sau bobină de anclanşare). Statorul (inductorul) este prevăzut cu patru piese polare peste care se aplică înfăşurările inductoare principale (în număr de două ) şi cele auxiliare (două). Rotorul (indusul) este alcătuit dintr-un arbore care în partea centrală are un miez confecţionat din tole de oţel electrotehnic. În degajările dintre tole sunt introduse înfăşurările rotorice, ale căror capete sunt legate la colector. Pe rotor este dispus, de asemenea pinionul de antrenare. Funcţionarea demarorului se realizează în două trepte : - la apăsarea contactului de pornire se alimentează cu curent de la baterie, releul de anclanşare care închide contactul superior iar prin aceasta sunt alimentate cu curent înfăşurările auxiliare ale statorului şi înfăşurările rotorice, care produc un câmp magnetic rotitor ce imprimă rotorului prima treaptă de turaţie. Are loc de asemenea angrenarea pinionului cu coroana dinţată a volantei, prin deplasarea rotorului; - când se stabileşte contactul inferior sunt alimentate cu curent şi înfăşurările inductoare principale. Astfel, creşte intensitatea câmpului magnetic rotitor, iar rotorul funcţionează în treapta a doua de turaţie. După pornirea motorului termic, prin eliberarea butonului de pornire, electromotorul nu mai este alimentat cu curent din baterie şi se opreşte. Grupa consumatorilor pentru iluminat este formată din : - 2 – 4 faruri cu lumină de drum şi de întâlnire (de culoare albă sau galbenă ), utilizate pentru efectuarea lucrărilor pe timp de noapte, montate în partea din faţă a tractorului; - 1 – 2 faruri (proiectoare) utilizate pentru iluminatul în partea din spate a tractorului pentru deplasarea cu spatele sau iluminarea zonei unde este amplasată maşina agricolă (pentru efectuarea unor reglaje, remedieri tehnice, pe timp de noapte); - 1 lampă portativă, pentru iluminarea subansamblelor tractorului pe timp de noapte, în cazul unor remedieri tehnice. Un far este format dintr-un corp metalic cu suportul de prindere, reflectorul, geamul de dispersie şi proiecţie (dispersorul), dulia şi corpul de iluminat (becul). Grupa consumatorilor pentru semnalizare este constituită din : - 2 lămpi de semnalizare poziţie, cu lumină albă, care să indice prezenţa şi lăţimea tractorului văzut din faţă; - 2 lămpi de semnalizare poziţie, cu lumină roşie, care să indice prezenţa şi lăţimea tractorului văzut din spate;
87
2 lămpi de frânare cu lumină roşie care se aprind atunci când dispozitivul de comandă al frânei de serviciu este pus în funcţiune; - 2 – 4 lămpi cu lumină galben – intermitentă, pentru semnalizarea schimbării direcţiei de mers (la partea din faţă); - 2 – 4 lămpi cu lumină galben – intermitentă, pentru semnalizarea schimbării direcţiei de mers (la partea din spate); - 1 – 2 lămpi cu lumină albă, pentru iluminarea plăcuţei cu numărul de înmatriculare (la partea din spate); - avertizor de avarii, care să permită funcţionarea simultană a lămpilor de semnalizare a schimbării direcţiei de mers. Siguranţele fuzibile au rolul protejării consumatorilor instalaţi pe tractor, în momentul în care prin firul calibrat circulă curenţi care depăşesc valoarea pentru care siguranţa a fost aleasă. În această situaţie, firul se topeşte şi astfel se întrerupe circuitul de alimentare al consumatorului electric. -
10.2. Dipozitive de acţionare, cuplare şi tracţiune Aceste dispozitive formează echipamentul de lucru al tractorului şi permit acestuia să efectueze mecanizarea unui proces de lucru, prin cuplarea, tractarea şi acţionarea maşinilor agricole. 10.2.1. Dispozitive de tracţiune Dispozitivele de tracţiune sunt montate în partea din spate a tractorului. Ele sunt reprezentate prin bare de tracţiune şi cuple de remorcare. Barele de tracţiune sunt utilizate pentru cuplarea maşinilor tractate (care se prind la tractor într-un singur punct) fiind realizate sub două forme : - bară transversală montată în articulaţiile sferice ale tiranţilor longitudinali. Ea este prevăzută cu orificii şi furcă de cuplare; - bară longitudinală (pendulară) care se prinde cu un capăt sub şasiu iar cu celălalt pe un suport propriu cu orificii. Pe capătul posterior este montată furca de cuplare. Cuplele de tracţiune (remorcare) sunt utilizate pentru cuplarea şi tractarea remorcilor. Ele se montează la partea din spate a tractorului prin intermediul unor elemente elastice (de amortizare a şocurilor) sau rigide. După modul de cuplare, acestea se clasifică în : - cuple manuale; - cuple semiautomate (cuplare automată şi decuplare manuală); - cuple automate. După tipul remorcii, se împart în : - cuple pentru remorci biaxe; - cuple pentru remorci monoax. 10.2.2. Ridicǎtorul hidraulic al tractorului Ridicǎtorul hidraulic cunoscut si sub denumirea de mecanism de suspendare (fgura 10.1) este utilizat pentru cuplarea la tractor a maşinilor agricole purtate. Constructiv, este format din arbore transversal cu braţe de ridicare, tiranţi verticali reglabili, tiranţi laterali sau longitudinali, lanţuri de rigidizare (stabilizatoare) şi tirantul central. Mecanismul de
88
suspendare este acţionat prin intermediul unui cilindru de forţă comandat de instalaţia hidraulică a tractorului. Cilindrul hidraulic, cu dublu efect, acţionează asupra arborelui transversal prin intermediul unui braţ al acestuia. Mişcarea se transmite la tiranţii longitudinali prin intermediul celor verticali şi astfel maşina agricolă cuplată la tractor poate fi ridicată, coborâtă sau menţinută într-o anumită poziţie faţă de sol. Lanţurile de rigidizare au rolul de a anula jocul în plan transversal al mecanismului de suspendare.
Fig. 10.1. Schema ridicătorului hidraulic 1. arbore transversal; 2. tiranţi verticali; 3. tiranţi laterali; 4. lanţuri de rigidizare; 5. tirant central; 6. cilindru hidraulic; a-b-c. triunghiul de cuplare.
Prin modificarea lungimi tirantului central se regleazǎ paralismul cadrului maşini cuplate la tractor cu sprafaţa terenului în plan longitudinal iar prin modificarea lungimi tiranţilor verticali se regleazǎ paralismul cradrului maşini cuplate la tractor în plan trasversal. 10.2.3. Instalaţia hidraulică Instalaţia hidraulică are rolul de a acţiona prin intermediul energiei hidraulice, diversele motoare hidraulice montate pe tractor, maşină agricolă sau remorcă. Prin intermediul acestor motoare, energia hidraulică este transformată în energie mecanică. Din punct de vedere constructiv, instalaţiile hidraulice se împart în : - instalaţie hidraulică cu elemente separate; - instalaţie hidraulică de tip semibloc; - instalaţie hidraulică de tip monobloc. După modul de funcţionare, se împart în : - instalaţii hidraulice fără reglaje automate; - instalaţii hidraulice cu reglaje automate. Instalaţia hidraulică de tip monobloc are toate elementele grupate într-un bloc comun. Această instalaţie prezintă avantajul automatizării proceselor de lucru, fiind prevăzută cu reglaj automat de forţă şi poziţie. De asemenea lipsa conductelor de legătură duce la
89
creşterea fiabilităţii instalaţiei.. Aceasta instalatie hidraulicǎ face parte din grupa instalaţilor hidraulice cu reglaje automate. Instalaţia hidraulică de tip semibloc are o parte din elemente montate într-un bloc comun iar celelalte elemente dispuse separat pe tractor. Aceasta instalatie hidraulicǎ face parte din grupa instalaţilor hidraulice cu reglaje automate. Instalaţia hidraulică cu elemente separate (figura 10.2) este caracterizată prin simplitate constructivă, preţ de cost mai scăzut, folosirea în exploatare şi întreţinere a unui personal cu calificare redusă. Aceasta instalatie hidraulicǎ face parte din grupa instalaţilor hidraulice fǎrǎ reglaje automate. Instalaţia hidraulică cu elemente separate prezintă următoarele părţi componente : rezervor de ulei, filtru de ulei, pompă hidraulică, distribuitor hidraulic cu sertare axiale şi cilindru hidraulic cu dublu efect.
Fig. 10.2. Schema instalaţiei hidraulice cu elemente separate 1.rezervor de ulei; 2. filtru de ulei; 3. pompă hidraulică; 4. distribuitor hidraulic; 5. cilindru hidraulic.
Corespunzător poziţiei manetei de acţionare a sertăraşului de la distribuitorul hidraulic, sunt realizate cele patru regimuri de funcţionare : - ridicare – uleiul cu presiune trimis de pompă este dirijat de către distribuitorul hidraulic spre camera inferioară a cilindrului de forţă iar uleiul din camera superioară este dirijat de distribuitor spre rezervor; - coborâre – se schimbă sensul de circulaţie al uleiului prin conductele de legătură dintre distribuitor şi cilindru hidraulic, faţă de poziţia anterioară; - neutru – uleiul cu presiune trimis de pompă la distribuitor, este dirijat de către acesta, retur în rezervorul de ulei, iar circuitele spre cele două camere ale cilindrului hidraulic sunt închise. Astfel, pistonul rămâne blocat în cilindrul hidraulic; - flotant – uleiul cu presiune debitat de către pompă este dirijat prin distribuitor, înapoi la rezervor, iar cele două circuite spre camerele cilindrului hidraulic sunt deschise. Astfel pistonul se poate mişca liber în cilindru (în ambele sensuri), iar maşina cuplată la tractor poate copia microdenivelările terenului, cu ajutorul roţilor sau patinelor de sprijin. Instalaţia hidraulică cu reglaje automate prezintă în plus, unele dispozitive care asigură reglarea automată a forţei de tracţiune şi a poziţiei.
90
Reglajul de poziţie permite menţinerea automată a poziţiei maşinii la o înălţime faţă de sol sau adâncime de lucru reglată iniţial prin maneta de comandă. Reglajul de forţă asigură menţinerea constantă a forţei de tracţiune prin modificarea adâncimii de lucru. În această situaţie, motorul tractorului poate lucra cu o rezervă mai mică de putere şi deci un coeficient de utilizare a puterii motorului mărit. 10.2.3. Instalaţia hidraulică Priza de putere a tractorului este utilizată pentru acţionarea în deplasare, a organelor de lucru ale maşinilor agricole cuplate la tractor. Pentru a asigura o funcţionare normală a maşinilor acţionate, este necesar ca arborele final al prizei de putere să se rotească cu o anumită turaţie şi într-un anumit sens, stabilite prin norme şi standarde. Din acest punct de vedere, prizele de putere se clasifică în : - prize de putere, cu turaţie constantă (prize asincrone sau independente), indiferent de viteza de deplasare a tractorului (turaţia acestor prize este standardizată şi poate fi de 540 sau 1000 rot / min); - prize de putere cu turaţie variabilă (prize sincrone), la care turaţia arborelui final este sincronizată cu viteza de deplasare a tractorului; - prize de putere mixte, care pot funcţiona atât la turaţii constante cât şi variabile. Transmisia la arborele final al prizei de putere poate fi realizată dependent, semiindependent sau independent de transmisia la organele pentru deplasare. În figura 10.3 este prezentată schema unei prize de putere mixte, compusă din : angrenaj cilindric pentru antrenarea prizei de putere independente, arbore principal, roată dinţată culisantă de selecţie pentru regimurile sincron şi asincron, arbore intermediar, reductor planetar pentru cuplarea şi decuplarea prizei de putere şi arborele final al prizei de putere.
Fig. 10.3. Schema prizei de putere mixte 1. angrenaj cilindric; 2. arbore principal; 3. roată culisantă; 4. arbore intermediar; 5. reductor planetar; 6. arbore final.
Pentru regimul asincron mişcarea este preluatǎ de la ambreiajul principal prin intermediul angrenajului cilindric care transmite mişcarea de rotaţie la arborele principal al prizei de putere. Prin deplasarea roţi culisante catre înante se transmite mişcarea de rotaţie la arborele secundar, reductorul de turaţie şi apoi la arborele final. Pentru regimul sincron roata culisantǎ se deplaseazǎ cǎtre spate şi angreneaza cu o roatǎ dinţata montatǎ pe arborele secundar al cutiei de viteza şi astfel se transmite miscarea la arborele secundar al prizei de putere, reductorul de turaţie şi arborele final.
91
TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt poziţile de lucru ale disribuitorului instalaţiei hidraulice cu elemente separate? Rǎspuns: Poziţile de lucru ale disribuitorului instalaţiei hidraulice cu elemente separate sunt urmǎtoarele: ridicat, coborât, neutru şi flotant 2. Care sunt pǎrţile componente ale ridicǎtorului hidraulic? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Ce rol are alternatorul? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Pentru pozitia “ridicat" distibuitorul hidraulic dirijează uleiul astfel: a) uleiul cu presiune către camera inferioară a cilindrului hidraulic iar uleiul din camera superioară către rezervor; b) uleiul cu presiune către rezervor şi inchide comunicarea intre camerele cilindrului hidraulic; c) uleiul cu presiune către camera superioară a cilindrului hidrauIic iar uleiul din camera inferioară către rezervor. Rezolvare: a 2. Priza de putere sincronă primeşte mişcarea de la: a) arborele secundar al cutiei de viteză; b) partea conducătoare a ambreiajului; c) partea condusă a ambreiajului. Rezolvare: 3. Ridicătorul hidraulic permite cuplarea la tractor a: a) maşinilor tractate; b) maşinilor purtate; c) remorcilor.. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 10. Instalaţia electricǎ şi echipamentul de lucru al tractoarelor agricole 10.1. Instalaţia electricǎ a tractoarelor 10.2. Dipozitive de acţionare, cuplare şi tracţiune 10.2.1. Dispozitive de tracţiune 10.2.2. Ridicǎtorul hidraulic al tractorului 10.2.3. Instalaţia hidraulică 10.2.3. Instalaţia hidraulică
92
Tema nr. 11
EXPLOATAREA TRACTOARELOR AGRICOLE Unitǎţi de învǎţare:
bilanţul de putere al tractorului; caracteristica de tracţiune a tractorului; caracteristica de regulator; întreţinerea tehnicǎ a tractoarelor agricole.
Obiective: - cunoaşterea elementelor bilanţului de putere, baza optimizǎrii exploatǎri tractoarelor; - cunoasterea caracteristici de tracţiune şi a modului de utilizare în exploatare; - cunoaşterea caracteristici de regulator şi utilizǎrii acesteia pentru stabilirea regimului de exploatare optim. - cunoaşterea operaţilor din cadrul ciclului de întreţinere tehnicǎ a tractoarelor agricole. Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Sin Gh., Borugă I., Schitea M., Stoianov R, Sin C. - Indrumător pentru cultura plantelor de câmp, Editura Agris, Bucureşti, 2001. 3. Şandru A., Popescu S.,Cristea I., Neculǎiasa V.,- Exploatarea utilajelor agricole, EDP., Bucureşti, 1983 4. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 11.1. Bilanţul de putere al tractorului Reprezintă o ecuaţie care arată cum este consumată puterea efectivă a motorului termic care echipează tractorul. Pe = Pt + Pf + Ptr + Pδ + Pp ± Pα ± Pj ± Pa, (KW)
(15)
în care : Pe = puterea efectivă a motorului termic; Pt = puterea de tracţiune a tractorului; Pf = puterea consumată pentru învingerea rezistenţei la rulare; Ptr = puterea consumată în transmisia tractorului; Pδ = puterea consumată datorită patinării organelor de rulare; Pp = puterea consumată pentru acţionarea prizei de putere; Pα = puterea consumată pentru învingerea pantei; Pj = puterea consumată pentru învingerea forţelor de inerţie; Pa = puterea consumată pentru învingerea rezistenţei aerului.
93
Puterea de tracţiune a tractorului, Pt - reprezintă puterea rămasă disponibilă pentru tractarea maşinilor agricole. Ea se exprimă cu relaţia : Pt =
Rvl , (KW) 360
(16)
în care : R = forţa de rezistenţă opusă de maşinile agricole cu care lucrează tractorul ( daN ); vl = viteza de lucru ( Km / h ). Randamentul la tracţiune al tractorului, ηt – se calculează cu relaţia : ηt =
Pt Pe Pp
(17)
Acest randament are valori diferite în funcţie de tipul sistemului de rulare şi de natura terenului pe care se deplasează tractorul : - 0,50 – 0,80 la tractoarele pe roţi 4 x 2; - 0,60 – 0,80 la tractoarele pe roţi 4 x 4; - 0,66 – 0,78 la tractoarele pe şenile. Puterea consumată pentru învingerea rezistenţei la rulare, Pf - se calculează cu relaţia : Pf =
fvl G cos , (KW) 360
(18)
în care : f = coeficientul rezistenţei la rulare. Acest coeficient depinde de natura terenului pe care se deplasează tractorul şi de tipul organelor pentru deplasare (roţi, şenile ); - f = 0,02 – 0,06 la tractoarele pe roţi; - f = 0,04 – 0,12 la tractoarele pe şenile. vl = viteza de lucru (Km / h ); G = greutatea tractorului (daN); α = panta terenului. Puterea consumată în transmisia tractorului, Ptr - reprezintă puterea necesară pentru învingerea forţelor de frecare de la subansamblele mobile ale transmisiei. Se calculează cu relaţia : Ptr = ( 1 – ηtr ) Pe, (KW)
(19)
în care : ηtr = randamentul transmisiei (are o valoare de aproximativ 0,9). Puterea consumată datorită patinării organelor de rulare, Pδ – se exprimă prin relaţia : Pδ = δ ηtr Pe, (KW)
(20)
în care : δ = coeficientul de patinare a roţilor motoare şi se calculează cu relaţia : δ=
ns n g ng
100, (%)
94
(21)
în care : ns = numărul de rotaţii al roţilor motoare la deplasarea în sarcină; ng = numărul de rotaţii al roţilor motoare la deplasarea în gol. δ depinde de tipul organelor de deplasare şi de natura terenului pe care se deplasează tractorul, având valori de 0,15 – 0,25 la tractoarele pe roţi şi 0,07 – 0,12 la tractoarele pe şenile ( valori mai mici pentru deplasare pe teren tasat şi mai mari pentru deplasare pe teren afânat ). Puterea consumată pentru acţionarea prizei de putere, Pp - se calculează cu relaţia : Pp =
M pnp 955,4 p
, (KW)
(22)
în care : Mp = momentul motor la arborele final al prizei de putere ( daN / m ); np = turaţia prizei de putere ( 540 rot. / min. ); ηp = randamentul mecanic al prizei de putere. Puterea consumată pentru învingerea pantei, Pα – se calculează cu relaţia : Pα =
Gvl sin , (KW) 360
(23)
în care : G = greutatea tractorului (daN); vl = viteza de lucru (Km / h); α = panta terenului. În relaţia bilanţului, acest termen apare cu “ + “ când tractorul urcă panta şi cu “ – “ când tractorul coboară panta. Puterea consumată pentru învingerea forţelor de inerţie, Pj – se calculează cu relaţia : Pj =
rot Gvl dv 300 g dt
, (KW)
(24)
în care : δrot = coeficientul maselor cu mişcare de rotaţie; g = acceleraţia gravitaţională; dv/dt = acceleraţia. În relaţia bilanţului termenul apare cu “ + “ pentru acceleraţie şi cu “ – “ pentru deceleraţie. Pentru tractoarele pe roţi cu viteza până la 30 Km / h şi pentru tractoarele pe şenile cu viteze până la 15 Km / h, Pj are valori foarte scăzute şi ca atare nu sunt luate în calcul. Puterea consumată pentru învingerea rezistenţei aerului, P a – se calculează cu relaţia : Pa =
k a A f v0 4670
3
, (KW)
(25)
în care : ka = coeficientul care ţine seama de forma aerodinamică a tractorului; Af = aria suprafeţei frontale care se opune deplasării prin curentul de aer; v0 3 = viteza relativă de deplasare a tractorului faţă de viteza curentului de aer.
95
Pa = 0 pentru viteze mai mici de 30 Km / h la tractoarele pe roţi şi mai mici de 15 Km / h la tractoarele pe şenile. În relaţia bilanţului termenul apare cu “ + “ când tractorul se deplasează în sens opus direcţiei vântului şi apare cu “ – “ când tractorul se deplasează în aceeaşi direcţie cu vântul. 11.2. Caracteristica de tracţiune a tractorului Caracteristica de tracţiune (figura 11.1) este o diagramă care prezintă principalii parametrii de tracţiune ai tractorului, în timpul deplasării şi în diferite condiţii de lucru : beton, mirişte, ogor, pe sol uşor, mijlociu şi greu. Parametrii de tracţiune reprezentaţi în diagramă sunt următorii : puterea de tracţiune, Pt; viteza de lucru, vl ; v consumul orar de combustibil, C h = 3,6 3 , (Kg / h) (26) 10 t în care v este volumul de combustibil consumat (dm3), t este timpul în care se consumă cantitatea v de combustibil şi γ este densitatea combustibilului (Kg / dm3); - consumul specific de combustibil , ct; - patinarea roţilor motoare. Aceşti parametri sunt exprimaţi în funcţie de forţa de tracţiune a tractorului, F t, calculată cu relaţia : R=
Pt 360 , (daN) vl
96
(27)
Fig. 11.1. Caracteristica de tracţiune a tractorului Mod de utilizare a diagramei : - se calculează forţa de tracţiune a tractorului, necesară efectuării unei lucrări agricole (R) şi se noteazǎ pe axa fortei de tracţiune (puntul A). - se traseazǎ din acest punct o dreapta perpenticulara pe axa forţei de tracţiune care va intersecta curbele puteri de tractiune, patinǎri roţilor motoare, vitezei de lucru, consumului specifiv de cobustibil si consumului orar de combustibil. - dacǎ sunt intersectate mai multe curbe ale puteri de tractiune , se alege treapta de vitezǎ superioarǎ pentru care puterea de tracţiune se aflǎ în intervalul (0,85 – 0,95 %) din puterea maximǎ de tractiune (pe grafic treapta II); - din grafic se citesc valorile parametrilor de tracţiune ( B, C, D, E). 11.3. Caracteristica de regulator Este o reprezentare grafică a modului de variaţie a parametrilor unui motor Diesel în funcţie de turaţia acestuia. Parametrii reprezentaţi în caracteristica de regulator sunt următorii : - puterea efectivă; - momentul motor efectiv; - consumul orar de combustibil; - consumul specific de combustibil. În timpul exploatării unui motor se disting următoarele regimuri de turaţii : - turaţia minimă, n min, la care se asigură învingerea rezistenţelor interioare ale motorului şi antrenarea sistemelor auxiliare ale acestuia; 97
turaţia cuplului motor maxim, n M; turaţia nominală, n n, la care puterea motorului este maximă iar consumul specific de combustibil este minim; - turaţia maximă, n g, care se obţine la mersul în gol al motorului (sarcină zero); - domeniul de suprasarcină cuprins între n min şi n n (ramura de suprasarcină); - domeniul de regulator cuprins între n n şi n g (ramura de regulator). Pentru a asigura o funcţionare economică a motorului, cu intervenţia regulatorului de turaţie, se recomandă funcţionarea motorului în zona ramurei de regulator. În acest sens se defineşte zona de exploatare a motorului care corespunde unei încărcări de 0,8 – 0,95 din puterea nominală a motorului. Caracteristica de regulator serveşte la stabilirea regimului de turaţie corespunzător unei încărcări de putere (moment) a motorului cunoscute. Pentru aceasta se fixează valoarea cunoscută a puterii (punctul A) şi se duce o paralelă din acest punct la axa turaţiilor. Din punctul de intersecţie cu curba de variaţie a puterii (ramura de regulator) se trasează o perpendiculară şi se stabileşte turaţia de funcţionare a motorului (punctul B), consumul orar de combustibil (punctul C), consumul specific de combustibil (punctul D) şi momentul motor (punctul E). Caracteristica de regulator a unui motor Diesel permite calcularea coeficientului de elasticitate şi a coeficientului de adaptabilitate ai motorului. Aceşti coeficienţi apreciază calităţile dinamice ale motoarelor de utilaje şi permit compararea diferitelor tipuri de motoare. Caracteristica de regulator a unui motor Diesel la sarcină totală este prezentată în figura 11.2. -
Fig. 11.2. Caracteristica de regulator a motorului Diesel.
98
Coeficientul de elasticitate se calculează cu relaţia : ke=
nn , (28) nM
Coeficientul de adaptabilitate se calculează cu relaţia : ka=
Me
max
Me
n
, (29)
Acest coeficient arată posibilitatea învingerii suprasarcinilor temporare, fără schimbarea treptei de viteză a utilajului. La motoarele Diesel cu aspiraţie normală k a = 1,05 – 1,20 iar la motoarele Diesel cu supraalimentare ka = 1,30 – 1,45. 11.4. Întreţinerea tehnică a tractoarelor agricole Întreţinerile şi reviziile tehnice reprezintă un ansamblu de operaţii obligatorii care se efectuează zilnic şi periodic pe toata durata de exploatare a tractoarelor, maşinilor şi utilajelor agricole, în vederea prevenirii defecţiunilor, a uzurilor premature şi asigurării funcţionării acestora cu indici de exploatare optimi. Întreţinerile tehnice se execută la intervale diferite şi necesită pentru fiecare marcă de utilaj o imobilizare diferită, corespunzătoare complexităţii acestuia. În funcţie de complexitatea operaţiilor şi perioadele la care se execută, întreţinerile tehnice se clasifică în: - întreţinerea tehnică zilnică Itz; - întreţinerea tehnică periodică Ip1; - întreţinerea tehnică periodică Ip2; - revizia tehnică Rt. Întreţinerea tehnică zilnică reprezintă un ansamblu de operaţii obligatorii de curăţire, verificare şi alimentare care asigură buna funcţionare a utilajelor pe durata unui schimb de lucru. Întreţinerea periodică Ip1 se caracterizează prin curăţirea filtrelor, completarea uleiului în cartere şi verificarea funcţionării corecte a instalaţiei electrice. Se execută numai la tractoare şi motoare de pe maşinile agricole autopropulsate. Întreţinerea periodică Ip2 se caracterizează prin schimbarea uleiului în carterul motorului, înlocuirea filtrului de ulei şi a elemenţilor filtranţi de motorină, reglarea mecanismelor motorului şi utilajului. Revizia tehnică este o întreţinere tehnică complexă, care cuprinde totalitatea operaţiilor privind schimbarea lubrifianţilor din carterele transmisiilor, verificarea şi reglarea sistemelor şi mecanismelor, înlocuirea unor piese deformate sau cu grad înaintat de uzură. Se execută constatarea stării tehnice fără demontarea acestora, stabilindu-se termenul până la care pot lucra fără reparaţii. Ea reprezintă verificarea generală anuală a stării tehnice. 11.4.1. Întreţinerea tehnică zilnică Se execută înaintea, în timpul şi după terminarea schimbului de lucru. Pentru tractoare şi maşini autopropulsate, întreţinerea tehnică zilnică, cuprinde următoarele operaţii: - se porneşte motorul şi se urmăreşte funcţionarea sa normală; - se verifică, cu atenţie etanşeităţile şi se strâng îmbinările slăbite;
99
se urmăresc indicaţiile aparaturii de bord şi funcţionarea corespunzătoare a instalaţiei electrice; - se controlează si completează nivelul uleiului din carterul motorului, al pompei de injecţie, al regulatorului de turaţie si compresorului de aer; - se controlează şi în caz de nevoie se completează cu apă distilată nivelul electrolitului din bateria de acumulatoare (nivelul trebuie sa fie cu 10 – 15 mm deasupra plăcilor); - se controlează vizual dacă pneurile sunt corespunzător umflate; - se controlează întinderea curelei de ventilator care la apăsarea cu o forţă de 57daN trebuie să facă o săgeată de 15-20 mm ; - se verifică şi se completează nivelul apei în sistemul de răcire şi al combustibilului în rezervor ; - se porneşte tractorul şi se fac câteva manevre, frânări, ridicări şi coborâri ale ridicătorului hidraulic; - se gresează axul de oscilaţie al punţii din faţă şi articulaţiile ridicătorului hidraulic. -
Pentru maşinile tractate sau purtate , întreţinerea tehnică zilnică cuprinde următoarele operaţii: - se curăţă maşina de pământ şi resturi vegetale; - se curăţă gresoarele cu o cârpă umectată cu motorină şi se unge maşina la toate punctele de ungere cu unsoare consistentă ; - se controlează montarea corectă a subansamblelor, strângerea şi asigurarea şuruburilor şi a piuliţelor , înlocuindu-se cele deteriorate ; - se controlează starea tehnică a organelor active (brăzdare, discuri, cuţite, etc.), înlocuindu-se cele uzate sau deteriorate; - se verifică funcţionarea corectă şi uşoară a mecanismelor de reglaj; - se controlează etanşeitatea instalaţiei hidraulice, neadmiţându-se scurgeri de ulei la cilindri , racorduri si furtunuri ; dacă maşina este prevăzută cu reductoare, se verifică nivelul uleiului în carcasele acestora şi se completează la nivelul indicat, cu ulei de transmisie ; - se verifică presiunea aerului în pneurile roţilor şi rotirea uşoară a roţilor, jocul axial şi radial trebuie să fie mai mic de 2 mm ; se controlează întinderea lanţurilor de transmisie şi a curelelor de transmisie, săgeata maximă fiind de 5-10 mm în funcţie de tipul maşinii; la maşinile prevăzute cu transmisii mecanice (roţi dinţate, lanţuri sau curele) se verifică funcţionarea acestora, care trebuie să fie uniformă, fără blocări sau înţepeniri; - la maşinile prevăzute cu sisteme pentru circulaţia aerului sau a lichidelor se verifică etanşeitatea acestora şi se curăţă filtrele. 11.4.2. Întreţinerea tehnică periodică Ip1 Se execută după 125 ore de funcţionare şi impune un timp de imobilizare de 2 ore. În cadrul acestei întreţineri se execută operaţiile de întreţinere zilnică şi în plus următoarele operaţii: - se înlocuiesc elementele filtrante de hârtie; - se evacuează sedimentele din sistemul de alimentare şi se curăţă paharul decantor de la filtrul grosier de motorină; - se elimină apa de condensare şi uleiul din filtrul de aer al instalaţiei pneumatice de frânare;
100
- se reglează cursa liberă a pedalei de ambreiaj care trebuie sa fie de 25 mm; - se controlează densitatea electrolitului din bateria de acumulatoare (1,28 g / cm³); - se măsoară presiunea din pneuri şi dacă este necesar se corectează în funcţie de lucrarea executată; - se demontează şi se curăţă filtrul de aer iar la filtrele de aer umede se înlocuieşte uleiul; - se gresează utilajul conform indicaţiilor din notiţa tehnică. 11.4.3. Întreţinerea tehnică periodică Ip2 Se execută după 250 ore de funcţionare şi cuprinde operaţiile prevăzute la întreţinerea periodică Ip1 şi în plus următoarele operaţii: - se înlocuieşte uleiul din carterul motorului, pompei de injecţie, regulatorului de turaţie şi compresorului de aer; - se schimbă filtrul de ulei al motorului; - se controlează şi se completează uleiul din carterul transmisiei; - se schimbă elementele filtrante de la sistemul de alimentare; - se demontează demarorul şi alternatorul de pe utilaj şi se face o revizie a acestora controlându-se colectorul, periile, arcurile, după care se efectuează ungerea rulmenţilor şi a bucşelor; - se controlează şi se reglează jocul dintre culbutori şi supape; - se demontează, se curăţă şi se reglează injectoarele; - se verifică şi se reglează priza de putere; - se verifică şi se reglează frânele, astfel încât cursa liberă a pedalelor de frână să fie de 25 – 30 mm; - se controlează şi se reglează jocul axial al rulmenţilor de la roţile din faţă, jocul axial trebuie sa fie de 0,1 – 0,2 mm; - se înlocuieşte elementul filtrant de la filtrul de aer al sistemului de alimentare, dacă tractorul este prevăzut cu astfel de filtru. La utilajele din import intervalul de execuţie a întreţinerilor tehnice periodice este mai mare iar operaţiile sunt mai puţine datorită calităţii lubrifianţilor folosiţi şi a materialelor utilizate în construcţia acestora. 11.4.4. Revizia tehnică Se execută după 900 – 1000 ore de funcţionare în funcţie de marca utilajului şi se efectuează în ateliere dotate cu aparatură corespunzătoare de către personal calificat. În cadrul reviziei tehnice a utilajelor se execută operaţiile prevăzute la întreţinerile tehnice periodice şi în plus următoarele operaţii: - se spală utilajul cu jet de apă caldă; - se constată starea tehnica exterioara a subansamblelor utilajului iar piesele uzate sau lipsă se înlocuiesc; - elementele lipsă se înlocuiesc; - se înlocuieşte uleiul din carterele transmisiei; - se demontează pompa de injecţie de pe motor, se verifică pe bancul de încercat şi reglat pompe de injecţie, se înlocuiesc piesele defecte şi se reglează; - se controlează şi se reglează convergenţa roţilor de direcţie aleutilajului; - se demontează, se verifică şi se reglează servomotorul mecanismului de direcţie pe bancul pentru verificat şi reglat servomotoare;
101
-
-
-
se demontează baia de ulei a motorului, se demontează două capace paliere şi două capace de bielă împreună cu cuzineţii, se constată starea lor şi a fusurilor arborelui cotit şi se montează la loc; se controlează starea angrenajelor transmisiei centrale, se fac remedierile şi reglajele necesare; se verifică eficienţa frânelor prin măsurarea spaţiului de frânare care nu trebuie să depăşească 10 m iar dacă este necesar se înlocuiesc piesele uzate şi se refac reglajele; se verifică starea tehnică a motorului fără demontare prin măsurarea timpului de scădere a presiunii în fiecare cilindru şi cantitatea de gaze scăpate în carter, stabilindu-se în funcţie de valorile acestor parametri timpul de funcţionare al utilajului până la prima reparaţie.
TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt elementele bilanţului de putere? Rǎspuns: Elementele bilanţului de putere sunt: puterea de tracţiune, puterea consumată pentru învingerea rezistenţei la rulare, puterea consumată în transmisia tractorului, puterea consumată datorită patinării organelor de rulare,puterea consumată pentru acţionarea prizei de putere, puterea consumată pentru învingerea pantei, puterea consumată pentru învingerea forţelor de inerţie şi puterea consumată pentru învingerea rezistenţei aerului. 2. Care este regimul de încǎrcare optim al unui motor Diesel? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt operaţile de întreţinere tehnicǎ? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Consumul specific minim de combustibil se obţine la : a) puterea efectivǎ minimǎ; b) momentul motor maxim; c) 85 – 95 % din puterea nominalǎ. Rezolvare: c 2. Puterea de tracţiune a unui tractor se calculeazǎ cu relaţia: Rvl a) Pt = ; 360 b) Pt = ( 1 – ηtr ) Pe,; c) Pt = δ ηtr Pe. Rezolvare: 3. Filtru de ulei se schimbǎ în cadrul: a) întreţineri tehnice zilnice; b) întreţineri tehnice periodice Ip1; c) întreţineri tehnice periodice Ip2. 102
Rezolvare: REZUMATUL TEMEI 11. Exploatarea tractoarelor agricole 11.1. Bilanţul de putere al tractorului 11.2. Caracteristica de tracţiune a tractorului 11.3. Caracteristica de regulator 11.4. Întreţinerea tehnică a tractoarelor agricole 11.4.1. Întreţinerea tehnică zilnică 11.4.2. Întreţinerea tehnică periodică Ip1 11.4.3. Întreţinerea tehnică periodică Ip2 11.4.4. Revizia tehnică
103
Tema nr. 12
IMACTUL UTILIZĂRII TRACTOARELOR ASUPRA MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR ŞI CRITERII DE ALEGERE A AGREGATELOR AGRIGOLE Unitǎţi de învǎţare:
poluarea chimicǎ a mediului inconjurǎtor produsǎ de agregatele agricole; poluarea sonorǎ a mediului inconjurǎtor produsǎ de agregatele agricole; compactarea terenurilor agricole produsǎ de agregatele agricole; criterii de alegere a tractoarelor agricole; criteri de apreciere a agregatelor agricole;
Obiective: - cunoaşterea cauzelor ce determinǎ poluarea chimicǎ a mediului înconjurǎtor şi a mijloacelor de reducere a acesteia; - cunoaşterea cauzelor ce determinǎ poluarea sonorǎ a mediului înconjurǎtor şi a mijloacelor de reducere a acesteia; - cunoaşterea efectelor compactǎrii terenurilor agricole şi mijloacelor tehnice şi organizatorice pentru reducerea compactǎrii; - cunoaşterea criterilor de alegere şi de apreciere a tractoarelor agricole pentru a putea optimiza dotarea cu mijloace tehnice a societǎtilor agricole.
Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 3. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti 1980. 4. Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara 1997. 12.1. Poluarea chimicǎ Poluarea chimică a mediului înconjurător poate fi produsă de substanţe primare şi de substanţe secundare. Substanţele primare sunt emanate direct în mediul înconjurător. Acestea pot fi : gazoase, lichide şi solide. Principalele substanţe primare gazoase sunt : monoxidul de carbon (CO), dioxidul de carbon (CO2), oxizii de azot (NOx), hidrocarburi (HC) şi oxizii de sulf (SOx). Substanţele primare lichide sunt reprezentate de combustibilii, uleiurile şi lichid de rǎcire pierdute prin neetanşeitatea subansamblelor agregatelor agricole. Substanţele primare solide sunt funinginea, plumbul şi compuşii acestuia.
104
Monoxidul de carbon (CO) sustrage hemoglobina din sânge şi impiedicǎ alimentatea ţesuturilor cu oxigen. Prezenţa în atmosferǎ peste anumite valori determinǎ dureri de cap, obosealǎ, vomǎ, ameţeli,comǎ şi chiar moartea. Monoxidul de carbon participǎ la formarea smogului umed. Apare datoritǎ arderilor incomplete determinate de lipsei oxigenului din camera de ardere cand amestecul carburant este bogat în combustibil. Dioxidul carbon (CO2) reduce stratul de ozon ce protejeazǎ planeta, cauzeazǎ producerea efectului de serǎ asupra planetei şi astfel apar modificârile climatice. Apare prin combinarea monoxidului de carbon din gazele de eşapament cu oxigenul din atmosferǎ pe traseul de evacuare a gazelor îndeosebi când aceste nu este etanş. Oxizii de azot (NOx) fixeazǎ hemoglobina din sânge, iritǎ ochii şi cǎile respiratori, are o acţiune cancerigenǎ asupra organismelor vii si determinǎ formarea substanţelor secundare (smogul fotochimic). Se formeazǎ datorinǎ temperaturii ridicate şî concentraţiei mari de oxigen, determinate de stratificarea amestecului carburant îndeosebi în zona bujiei sau injectorului. Hidrocarburi (HC) prezintǎ miros neplǎcut, sunt iritante pentru cǎile respiratori iar unele dintre ele sunt cancerigene. Hidrocarburile sunt periculoase pentru cǎ participǎ la formarea substanţelor secundare. Acestea sunt rezultatul arderii incomplete sau intreruperi propagǎri flacǎrei de ardere. Pricipalele cauze sunt amestecurile sǎrace în combustibil şi temperatura scǎzutǎ a pereţilor cilindrilor în perioada de încǎlzire a motorului. Oxizii de sulf (SOx) sunt specifici motoarelor cu aprindere prin comprimare şi apar datorita prezenţei sulfului în unele zǎcǎminte de petrol şi care prin rafinare nu a fost înlǎturat. Ca efecte nocive se remarcǎ mirosul neplǎcut specific, iritarea ochilor si cailor respiratori. Funinginea (fumul) conţine în pricipal particole de carbon şi hidrogen iar ca efecte negative se pot menţiona mirosul neplǎcut, reducerea vizibilitǎţii, iritarea ochilor şi a cailor respiratorii. Dupa origine fumul poate fi alb, albastru şi negru. Fumul alb apare la pornirea motorului şi în perioada de încǎlzire a acestuia. Funul alb conţine particole lichide de combustibil nears cu dimensiunea de 1μm. Fumul albastru apare la regimul de mers în gol şi la sarcinǎ mare la motoroarele uzate. Acesta conţine particole de cobustibil nears cu dimensiunea de 0,5 μm şi de ulei. Fumul negru apare la regimuri de sarcinǎ maximǎ şi de acceleraţie. Acesta conţine particole solide de hidrocarburi nearse cu diametru de 1μm şi se formeazǎ cand amestecul este prea bogat în combustibil. Plumbul şi compuşii acestuia sunt particole solide cu dimensiunea mai micǎ de 1μm care apar în gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin scânteie ce folosesc benzinǎ tratatǎ cu tetraetil de plumb. Este recucoscut efectul toxic al plumbului asupra cǎilor respiratori. Substanţele secundare se formează în atmosferă prin combinarea substanţelor primare între ele sau cu aerul atmosferic în anumite condiţii de temperatură şi umiditate. Principalele substanţe secundare sunt smogul fotochimic şi smogul umed. Smogul fotochimic apare prin combinarea substanţelor primare când temperatura aerului este mai mare de 20 0 C, umiditatea aerului este redusă şi radiaţia luminoasă este maximă. Se întâlneşte în California, Tokio şi Iran. El este determinat mai ales de oxizii de azot şi de hidrocarburile nearse. Smogul fotochimic este iritant pentru căile respiratorii şi reduce vizibilitatea. Smogul umed se formează într-o atmosferă umedă când temperatura este mai mică de 4 0 C iar radiaţia luminoasă este scăzută. Substanţele primare participante sunt monoxidul de carbon, oxizii de sulf şi funinginea. Se întâlneşte în Anglia şi are aceleaşi efecte negative cu smogul fotochimic. Cauzele emisiilor poluante sunt următoarele : - arderea combustibilului în interiorul cilindrilor motorului termic cu ardere internă;
105
etanşeitatea imperfectă a părţilor componente ale agregatelor agricole; operaţii de întreţinere şi reparaţii efectuate la agregatele agricole, pe terenul agricol şi care determină scurgeri de combustibil,lichid de rǎcire şi ulei. Principalele mijloace de reducere a emisiilor poluante sunt următoarele : - folosirea benzinei fără plumb şi a motorinei fără sulf; - folosirea biocombustibililor (bioetanol şi biodiesel); - controlul calităţii amestecului carburant care presupune folosirea amestecurilor economice; - perfecţionarea sistemului de alimentare al motoarelor prin utilizarea sistemului de injecţie pe benzină şi a sistemului de supraalimentare; - folosirea reactorilor pentru tratarea gazelor arse (catalizatorul); - evitarea funcţionǎrii motorului în regimurile de mers în gol, acceleraţie-deceleraţie şi sarcinǎ maximǎ; - evitarea utilizǎri motoarelor termice cu ardere internǎ uzate care prezintǎ neetaşeitǎţi ale grupului piston-segmenţi-cilindru sau ale sistemelor de alimentare, ungere si rǎcire; - efectuarea operaţiilor de întreţinere tehnică şi de reparaţii ale agregatelor agricole numai în spaţii amenajate, prevăzute cu mijloace tehnice pentru colectarea combustibililor şi lubrifianţilor. -
12.2. Poluarea sonorǎ Poluarea sonoră este produsă de zgomotul motoarelor termice cu ardere internă care echipează tractoarele şi maşinile agricole autopropulsate. Principalele surse de zgomot ale motorului sunt următoarele : vibraţia coloanei de gaze. - gazele de evacuare; - fluidul proaspăt (gazele de admisie); - aerul de răcire. vibraţia suprafeţei exterioare a motorului. - creşterea mare de presiune din perioadele arderii amestecului carburant; - şocurile date de mecanismul motor. vibraţia sistemelor auxiliare. - şocuri ale mecanismului de distribuţie a gazelor; - şocuri în sistemul de injecţie; - vibraţia paletelor ventilatorului de răcire. Nivelul de zgomot poate fi măsurat cu ajutorul unui aparat de măsură numit fonometru iar unitatea de măsură pentru zgomot este decibelul (db). Normele de zgomot pentru diferite categorii de autovehicule sunt următoarele : - autovehicule cu masa totală < 3500 Kg – MAS < 78 db; MAC < 82 db; - autovehicule cu masa totală > 3500 Kg – nivelul de zgomot < 87 db. Soluţiile tehnice pentru reducerea zgomotului sunt următoarele : - ecranarea motorului în jurul surselor de zgomot, care poate reduce zgomotul cu 3 – 5 db; - capsularea motorului prin închiderea acestuia într-o carcasă de tablă căptuşită cu un material absorbant de zgomot, care reduce cu 10 – 20 db; - montarea de amortizoare de zgomot (tobe de eşapament) care pot fi; de rezistenţǎ, de rezonanţǎ şi de absorţie.
106
12.3. Compactarea terenurilor agricole Creşterea gradului de mecanizare are şi efecte negative asupra terenurilor agricole. Dintre acestea cel mai important este tasarea solului. Compactarea solului se apreciazǎ prin rezistenţa la penetrare şi densitatea aparentǎ. Principalele efecte negative ale tasării solului sunt următoarele : - scăderea producţiei agricole; - creşterea rezistenţei la arat; - creşterea consumului de combustibil pentru efectuarea lucrărilor solului; - scăderea capacităţii de lucru a agregatelor agricole. Măsurile de reducere a compactării terenurilor sunt următoarele : - scăderea greutăţii tractoarelor şi maşinilor agricole; - creşterea suprafeţei de contact dintre organele de deplasare şi sol. Astfel, se recomandă folosirea tractoarelor pe şenile, tractoarelor cu roţi duble pe terenurile afânate, folosirea pneurilor cu lăţime mare (balonaj mărit); - reducerea numărului de treceri pe terenul agricol, care implică utilizarea agregatelor complexe pentru efectuarea lucrărilor şi aplicarea sistemului de lucrări minime ale solului; - efectuarea lucrărilor când umiditatea solului este optimă. La o umiditate mare solul se compactează, calitatea lucrării este necorespunzătoare şi creşte numărul de treceri pe teren iar la o umiditate redusǎ rezultǎ bulgǎri mari de sol care determinǎ deasemenea un numar mare de treceri pe teren pentru pregatirea terenului în vederea semanatului; - folosirea de presiuni reduse în anvelope, pentru mărirea suprafeţei de contact cu solul la efectuarea lucrărilor pe teren afânat; - exploatarea tractoarelor la viteze mari de lucru, situaţie în care compactarea scade odată cu creşterea vitezei de lucru; - folosirea de agregate cu lăţime mare de lucru pentru reducerea numărului de treceri pe teren. 12.4. Criterii de alegere a tractoarelor agricole Odată cu trecerea la economia de piaţă, producătorii agricoli au la dispoziţie o gamă diversă de tractoare şi maşini agricole, atât produse în ţară cât şi din import. Cunoasterea unor criteri de alegere obiective urmăreşte stabilirea variantei optime de agregat agricol care să asigure efecte economice maxime în funcţie de condiţiile concrete ale fiecărei exploataţii agricole. Principalele criterii de alegere a agregatelor agricole sunt urmǎtoarele: a) Specificul exploataţiei agricole: cultura mare, pomicolǎ, viticolǎ, legumicolǎ, zootehnicǎ, agro-zootehnicǎ,etc. Acest criteriu determinǎ tipul tractorului; b) Condiţiile concrete de lucru: relieful terenului, tipul solului, dimensiunea parcelelor, gradul de dispersare a parcelelor,şi structura culturilor. Acest criteriu determinǎ tipul tractorului,sistemul de deplasare a tractorului (roţi 4x2, roti 4x4 sau şenile) şi puterea tractorului; c) Suprafaţa exploataţiei şi posibilitatea efectuǎri de lucrǎri la terţi determinǎ puterea tractorului şi numǎrul de tractoare; d) Indicii de apreciere tehnico-economicǎ; e) Criterii ergonomice: comenzi accesibile şi uşor de acţionat, nivel redus de zgomot şi vibraţi în cabinǎ, vizibilitate maximǎ asupra direcţiei de deplasare şi a maşinilor atât pe timp de zi cât şi pe timp de noapte, uşurinţa efectuǎri reglajelor, condiţii de confort în cabinǎ ( aer condiţionat, scaun cu amortizor şi reglabil pe orizontalǎ şi
107
verticalǎ, minifrigider, volan reglabil,etc). Aceste criteri contribuie la reducerea gradului de obosealǎ, previn apariţia bolilor profesionale şi contribuie la creşterea capacitǎţi de lucru. f) Asigurarea cu piese de schimb, costul întreţinerilor tehnice şi al reparaţilor.Determinǎ costul cheltuielilor directe cu mecanizarea şi efectuarea lucrǎrilor agricole în perioada optimǎ cu cheltuieli minime; g) Nivelul de calificare al forţei de muncǎ în domeniul mecanizǎri agriculturi. 12.5. Indici de apreciere tehnico-economicǎ ai agregatelor agricole Dintre criterile de alegere un rol important revine indicilor de apreciere tehnicoeconomicǎ pentru cǎ permit alegerea obiectivǎ a variantei optime de agregat agricol. Principalii indici de apreciere a agregatelor agricole sunt următorii: capacitatea orară de lucru, rezistenţa la înaintare, puterea de acţionare, energia specifică consumată, consumul specific de combustibil, numărul necesar de agregate, coeficientul de disponibilitate tehnică, consumul specific de forţă de muncă şi investiţia specifică. a) Capacitatea orară de lucru pentru agregate agricole mobile, Wh, se determină cu relaţia : Wh = 0,1 Bl vl kr, [ha/h] (1) în care : Bl = lăţimea de lucru a maşinii agricole, m; vl = viteza de lucru a agregatului, km/h; kr = coeficientul real de folosire a timpului de lucru. Acest coeficient se calculează cu relaţia : kr =
Tl , Ts
(2)
în care : Tl = timpul efectiv de lucru (timpul în care organele active ale maşinii execută procesul de lucru), h; Ts = timpul schimbului de lucru, h. Coeficientul real de folosire a timpului de lucru depinde de specificul lucrării agricole mecanizate, astfel : -kr = 0,3 – 0,5 pentru agregatele de fertilizat; -kr = 0,5 – 0,7 pentru agregatele de semănat, prăşit, stropit şi recoltat; -kr = 0,7 – 0,9 pentru agregatele de lucrat solul. Capacitatea orară de lucru a unui agregat staţionar se calculează cu relaţia : Wh = 103
V kr, [t/h] (3) t
în care : V = volumul de material prelucrat, m3; γ = greutatea specifică a materialului, kg/m3; t = timpul de lucru, h. Capacitatea de lucru pe schimb se calculează cu relaţia : Wsch = Wh Ts , [ha/sch] (4) 108
b) Rezistenţa la înaintare opusă de maşina agricolă, R, se calculează cu una din relaţiile : -pentru pluguri R = ka a b n , [daN] (5) -pentru celelalte maşini R = kb Bl , [daN] (6) în care : ka = rezistenţa specifică a solului la arat, daN/cm2 ; a = adâncimea de lucru, cm; b = lăţimea de lucru a unei trupiţe, cm; n = numărul de trupiţe; kb = rezistenţa specifică a solului la o anumită lucrare, daN/m; Bl = lăţimea de lucru a maşinii, m. Rezistenţa specifică a solului la arat depinde de tipul solului şi de umiditatea acestuia. Valorile acesteia sunt : ka < 0,25 daN/cm2 pentru soluri foarte uşoare; ka = 0,25 – 0,35 daN/cm2 pentru soluri uşoare; ka = 0,35 – 0,60 daN/cm2 pentru soluri mijlocii; ka = 0,60 – 0,80 daN/cm2 pentru soluri grele; ka = 0,80 – 1,50 daN/cm2 pentru soluri foarte grele. Rezistenţa specifică a solului la o anumită lucrare are următoarele valori : kb = 50 – 150 daN/m pentru grape cu colţi; kb = 150 – 450 daN/m pentru grape cu discuri; kb = 150 – 300 daN/m pentru semănători; kb = 300 – 500 daN/m pentru maşini de bilonat. Pentru a aprecia alegerea corectă a tractorului şi a treptei de viteză de lucru, se calculează coeficientul de folosire a forţei de tracţiune a tractorului cu următoarea relaţie : CFt =
R 0,80 (7) Ftd
în care : Ftd = forţa de tracţiune disponibilă a tractorului în treapta de viteză aleasă. c) Puterea necesară tractării şi acţionării maşinilor agricole, Ptma , se determină cu relaţia : Ptma =
Rvl , [kW] (8) 360
Pentru aprecierea încărcării tractorului, deci folosirea economică a tractorului se determină coeficientul de folosire a puterii de tracţiune a tractorului cu relaţia următoare : CPt =
Ptma 0,80 (9) Ptd
în care : Ptd = puterea de tracţiune a tractorului, disponibilă în treapta de viteză aleasă, kW. 109
d) Energia specifică consumată pentru efectuarea unei lucrări agricole, Est, se calculează cu relaţia : Ptma , [kWh/ha; kWh/t] (10) Wh
Est =
Dacă se compară două agregate agricole pentru executarea aceiaşi lucrări se va alege agregatul care are valoarea energiei specifice mai mică. Pentru aceasta, puterea de tracţiune trebuie să fie cât mai mică iar capacitatea orară de lucru cât mai mare. e) Consumul specific de combustibil, θ, se calculează cu relaţia : θ=
Ch , [kg/ha sau kg/t] (11) Wh [l/ha sau l/t]
în care : Ch = consumul mediu orar de combustibil, kg/h, l/h. Acest consum de combustibil se determină cu relaţia : Ch =
Cl t l C g t g C s t s Ts
, [kg/h sau l/h] (12)
în care : Cl = consumul orar de combustibil în lucru, kg/h; Cg = consumul orar de combustibil la deplasarea în gol, kg/h; Cs = consumul orar de combustibil la staţionar, kg/h; tl, tg, ts = timpul cât agregatul funcţionează în lucru, în gol şi la staţionar, h. Ts = timpul schimbului de lucru, h. Se calculează cu relaţia : Ts = tl + tg + ts , [h] (13) Acest timp, conform codului muncii este de 8 h. Consumul specific de combustibil trebuie să fie cât mai scăzut pentru a reduce cheltuielile efectuate cu mecanizarea unei lucrări. De regulă agregatele formate cu tractoare de putere mică, cu un consum orar de combustibil scăzut dar şi capacitatea orară de lucru a acestora este mică, ceea ce determină un consum specific de combustibil mare. Agregatele agricole formate cu tractoare de putere mare au consumul orar de combustibil mai ridicat dar şi capacitatea de lucru a acestora este mult mai mare, ceea ce determină un consum specific de combustibil mai mic. Astfel agregatele agricole formate cu tractoare de putere mare, sunt mai economice, dar trebuie reţinut că economia de combustibil nu este foarte mare (1 – 4 l/ha), deci costul ridicat al acestora nu poate fi amortizat numai din economia de combustibil. f) Numărul necesar de agregate pentru efectuarea unei lucrări agricole, Nagr , se calculează cu relaţia : Nagr = 1,1
S , ns zW hTs
110
(14)
în care : S = suprafaţa care trebuie lucrată, ha; ns = numărul de schimburi de lucru pe zi; z = numărul de zile în care trebuie efectuată lucrarea agricolă. În agricultură se lucrează de regulă într-un schimb de lucru prelungit (ns = 1,25 – 1,5) asta însemnând 10 - 12 h/zi, iar dacă este un agregat de putere mare ns = 2 – 3 pentru a recupera investiţia într-o perioadă cât mai mică de timp. Cu toată rezerva de 10 % luată în calcul (1.1), numărul de agregate se rotunjeşte întotdeauna în plus pentru că pot exista multe zile în care nu se poate lucra din cauza timpului nefavorabil. g) Coeficientul de disponibilitate tehnică, D, apreciază fiabilitatea unui agregat agricol şi se calculează cu relaţia : D=
t 0,98 (15) t tr
în care : t = timpul mediu de bună funcţionare, h; tr = timpul mediu de reparare a unei defecţiuni, h. Timpul mediu de bună funcţionare se determină cu relaţia : t=
ds , [h] (16) nc
în care : ds = durata totală de serviciu a agregatului, h; nc = numărul total de căderi (defecţiuni) pe durata de serviciu. Coeficientul de disponibilitate tehnică depinde atât de fabricantul agregatului (calitatea materialelor, calitatea şi precizia de prelucrare) dar şi de cel care exploatează agregatul (calitatea combustibilului şi a lubrifiantului, respectarea ciclului de întreţineri şi reparaţii, gradul de încărcare a motorului, etc.) h) Consumul specific de forţă de muncă mecanizată, Cfm, se calculează cu relaţia : Cfm =
nm , [ore om/ha; ore om/t] (17) Wh
în care : nm = numărul de muncitori care deservesc agregatul. Acest indice trebuie să fie cât mai mic, posibil atunci când capacitatea orară de lucru este cât mai mare. i) Investiţia specifică, Is, se calculează cu relaţia : Is =
Pagr S
, [lei/ha; lei/t] (18)
în care : Pagr = preţul de cost al agregatului agricol (tractor + maşină agricolă), lei. Pentru agregatele agricole formate cu tractoare de mare putere, provenite din import, investiţia specifică are o valoare ridicată chiar dacă suprafaţa lucrată este mare. Pentru aceasta
111
se impune un management performant care să asigure producţii mari pentru a suporta aceste costuri.
-
-
-
-
În concluzie se poate afirma următoarele : capacitatea orară de lucru este cel mai important indice de apreciere a agregatelor agricole, care influenţează majoritatea celorlalţi indici; o valoare mare a capacităţii orare de lucru asigură un consum specific redus de combustibil şi de forţă de muncă pentru efectuarea unei lucrări, o energie specifică consumată redusă şi un număr mic de agregate pentru executarea volumului de lucrări agricole; agregatele formate cu tractoare de putere mare sunt caracterizate de capacităţi orare de lucru ridicate, datorită vitezelor sporite şi lăţimilor mari de lucru ale maşinilor agricole din agregat, dar au un preţ de cost foarte mare ( de 8 – 10 ori mai mare); capacitatea orară de lucru este influenţată direct de coeficientul de disponibilitate tehnică; pentru o exploataţie agricolă cu suprafaţe mari, amplasată într-o zonă în care preţul forţei de muncă este mare, în urma calculării indicilor de apreciere a tehnologiei de mecanizare se vor alege variantele de agregate agricole formate cu tractoare de mare putere care au capacitate mare de lucru, consum redus de combustibil şi de forţă de muncă; pentru o exploataţie agricolă cu suprafaţă restrânsă, amplasată într-o zonă cu forţă de muncă ieftină şi mai puţin calificată se recomandă folosirea variantelor de agregate agricole formate cu tractoare de putere mică sau mijlocie, produse în ţară , pentru care investiţia specifică este mică chiar dacă consumul de combustibil este puţin mai ridicat. TEST DE AUTOEVALUARE
1. Care sunt efectele negative asupra mediului înconjurǎtor cauzate de tractoare? Rǎspuns: Efectele negative asupra mediului înconjurǎtor cauzate de tractoare sunt: poluarea chimicǎ, poluarea sonorǎ şi compactarea terenurilor. 2. Care sunt cauzele poluǎri chimice produse de tractoare? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt principalele criterii de alegere a unui tractor agricol? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Emisiile primare ale unui motor cu aprindere prin comprimare sunt: a) CO, CO2; PbO, HC, SOx; b) CO, CO2; CH4, HC, SOx; c) CO, CO2; NOx, HC, SOx. Rezolvare: c 2. Pentru reducerea compactǎrii solului se recomandǎ: a) utilizarea anvelopelor cu presiune redusǎ; b) utilizarea anvelopelor cu presiune ridicatǎ; c) montarea greutǎţilor suplimentare pe roţile motoare. Rezolvare:
112
3. Cea mai mare sursǎ de poluare sonorǎ a unui motor este: a) vibraţia paletelor ventilatorului sistemului de rǎcire; b) şocurile mecanismului de distribuţie a gazelor; c) vibraţia coloanei gazelor de evacuare. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI
12.Impactul utilizǎri tractoarelor asupra mediului înconjurǎtor şi criterii de alegere a agregatelor agricole 12.1. Poluarea chimicǎ Principalele substanţe primare gazoase sunt : monoxidul de carbon (CO), dioxidul de carbon (CO2), oxizii de azot (NOx), hidrocarburi (HC) şi oxizii de sulf (SOx). Substanţele primare lichide sunt reprezentate de combustibilii, uleiurile şi lichid de rǎcire pierdute prin neetanşeitatea subansamblelor agregatelor agricole. Substanţele primare solide sunt funinginea, plumbul şi compuşii acestuia. 12.2. Poluarea sonorǎ Principalele surse de zgomot ale motorului sunt următoarele : vibraţia coloanei de gaze, vibraţia suprafeţei exterioare a motorului şi vibraţia sistemelor auxiliare. 12.3. Compactarea terenurilor agricole Principalele efecte negative ale tasării solului sunt următoarele: scăderea producţiei agricole, creşterea rezistenţei la arat, creşterea consumului de combustibil pentru efectuarea lucrărilor solului şi scăderea capacităţii de lucru a agregatelor agricole. 12.4. Criterii de alegere a tractoarelor agricole Principalele criterii de alegere a agregatelor agricole sunt urmǎtoarele: specificul exploataţiei agricole, condiţiile concrete de lucru, suprafaţa exploataţiei, indici de apreciere tehnico-economicǎ, criterii ergonomice, asigurarea cu piese de schimb si nivelul de calificare al forţei de muncǎ. 12.5. Indici de apreciere tehnico-economicǎ ai agregatelor agricole Principalii indici de apreciere a agregatelor agricole sunt următorii: capacitatea orară de lucru, rezistenţa la înaintare, puterea de acţionare, energia specifică consumată, consumul specific de combustibil, numărul necesar de agregate, coeficientul de disponibilitate tehnică, consumul specific de forţă de muncă şi investiţia specifică.
113
Tema nr. 13
UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE ÎN AGRICULTURĂ Unitǎţi de învǎţare: noţiuni generale privind energia electricǎ şi utilizarea acesteia în agriculturǎ; transformatoare electrice; generatoare electrice; motoare electrice; Obiective: - cunoaşterea utilizǎrilor energiei electrice în agriculturǎ; - cunoaşterea construcţiei şi funcţionǎrii transformatoarelor electrice ; - cunoaşterea construcţiei şi funcţionǎrii generatoarelor electrice; - cunoaşterea construcţiei şi funcţionǎrii motoarelor electrice . Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Goia V., Iliescu C., Mitroi A., Vîlcu V. – Maşini şi instalaţii zootehnice, EDP., Bucureşti, 1982. 3. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 4. Toma D., Bianu I., - Folosirea economicǎ a energiei in mecanizarea agriculturii, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984. 5. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978. 13.1. Noţiuni generale Energia electrică este o formă intermediară de energie care poate fi transformată în alte forme de energie : mecanică, termică, luminoasă, etc. Energia electrică este folosită pentru mecanizarea proceselor de producţie din agricultură : - prepararea hranei animalelor; - alimentarea cu apă; - evacuarea dejecţiilor de la animale; - la instalaţiile de muls; - la instalaţiile de iluminat, încălzit; - la instalaţiile de condiţionare şi prelucrare a produselor agricole; - pentru acţionarea maşinilor unelte din atelierele mecanice. Energia electrică este obţinută în centralele electrice cu ajutorul unor maşini electrice denumite generatoare. Energia mecanică necesară pentru acţionarea generatoarelor provine din transformarea altor forme de energie (calorică, hidraulică, nucleară). Energia electrică poate fi asigurată din sistemul energetic naţional sau din surse proprii (grupuri electrogene, microhidrocentrale, turbine eoliene).
114
Reţeaua de producere, transport şi distribuţie cuprinde următoarele elemente : - generatoare sincrone de curent alternativ trifazat; - transformatoare ridicătoare de tensiune; - liniile electrice de înaltă tensiune (110, 220, 400 KV); - transformatoare zonale coborâtoare de tensiune; - liniile electrice de tensiune medie (10, 15, 20 KV); - transformatoare coborâtoare de tensiune, de alimentare; - reţeaua de distribuţie la consumatori (220, 380 V). În figura 45 este prezentată schema producerii, transportului şi distribuţiei energiei electrice. În timpul transportului energiei electrice se înregistrează pierderi datorate efectului termic la trecerea curentului prin conductor. Căldura produsă la trecerea curentului electric printr-un conductor se exprimă prin relaţia : Q = I2 R T, (J) (30) în care : I = intensitatea curentului electric (A); R = rezistenţa electrică a conductorului (Ω); T = timpul (s). Pentru ca pierderile de energie electrică să fie cât mai mici trebuie ca intensitatea curentului să fie cât mai mică. Astfel, la aceeaşi putere pentru ca intensitatea curentului să fie mică trebuie ca valoarea tensiunii să fie mare. Puterea curentului electric reprezintă produsul dintre intensitate şi tensiune şi este dată de relaţia : P = I U, (KVA)
(31)
în care : U = tensiunea curentului electric.
Fig. 13.1. Schema producerii, transportului şi distribuţiei energiei electrice. 1. generator; 2. transformator ridicător de tensiune; 3. transformator zonal, coborâtor de tensiune; 4. transformator de alimentare,coborâtor de tensiune; 5. consumator electric (motor electric trifazat);6.consumator electric monofazat.
Pentru pierderi minime de energie este nevoie ca transportul să se facă la tensiuni mari. 13.2. Transformatoare electrice Transformatoarele electrice (figura 13.2) de curent alternativ sunt aparate statice care modifică valorile mărimilor electrice (tensiunea şi intensitatea) dintr-un circuit electric şi care funcţionează pe principiul inducţiei electromagnetice. Ele pot fi monofazice sau trifazice.
115
Fig. 13.2. Schema unui transformator electric 1. miez magnetic; 2. înfăşurare primară; 3. înfăşurare secundară; ns1. numărul de spire al înfăşurării primare; ns2. numărul de spire al înfăşurării secundare.
Raportul de transformare este dat de relaţia :
U1 I 2 ns1 U 2 I1 ns 2 Transformatoarele electrice pot fi : - ridicătoare de tensiune (ns1 < ns2); - coborâtoare de tensiune (ns1 > ns2). K=
(32)
13.3. Generatoare electrice sincrone de curent alternativ trifazat Generatoarele de curent electric sunt maşini rotative care transformă energia mecanică în energie electrică. Generatorul electric este format dintr-un inductor şi un indus. El funcţionează pe baza principiului inducţiei electromagnetice, potrivit căruia într-un conductor electric supus acţiunii unui câmp magnetic variabil, se induce o tensiune electromotoare. Variaţia câmpului magnetic poate fi provocată fie prin mişcarea inductorului fie a indusului. În practică sunt utilizate : - generatoare electrice cu rotor indus; - generatoare electrice cu stator indus. Tensiunea electromotoare indusă se calculează cu relaţia : E = B l v, (V)
(33)
în care : B = inducţia electromagnetică; l = lungimea conductorului electric; v = viteza periferică a conductorului electric. Frecvenţa curentului electric ( f ) se calculează cu relaţia : F=
np , (Hz) 60
(34)
în care : n = turaţia rotorului 60x50 60 f n= = = 1500 rot/min; (35) 2 p p = numărul de perechi de poli a unei înfăşurări induse;
116
Frecvenţa curentului electric alternativ indus este proporţională cu turaţia rotorului şi cu numărul de perechi de poli ai unei înfăşurări induse. Frecvenţa curentului electric alternativ are o valoare standardizată (f = 50 Hz) şi de aici rezultă că turaţia generatorului trebuie să fie menţinută constantă. Pentru producerea inducţiei magnetice, în practică se utilizează inductorul electromagnetic, prevăzut cu miez magnetic şi înfăşurare de excitaţie, alimentată cu curent continuu. După modul de alimentare pot fi : - generatoare electrice cu excitaţie independentă (separată); - generatoare cu autoexcitaţie (alimentate cu curent de la bornele indusului, după ce curentul alternativ a fost redresat în curent continuu). Generatorul sincron de curent alternativ trifazat, cu rotor indus, cu autoexcitaţie este format dintr-un stator (inductor) şi rotor (indus). Statorul este prevăzut cu o carcasă care are la interior mai multe piese polare peste care se aplică bobinajele, legate între ele, formând înfăşurarea de excitaţie. Această înfăşurare este alimentată cu curent continuu obţinut prin redresarea unei părţi din curentul alternativ. Rotorul este alcătuit dintr-un arbore, miez din tole de oţel electrotehnic şi cele trei înfăşurări rotorice induse. Pe rotor sunt amplasate patru inele colectoare, cu perii. Fiecare înfăşurare este legată cu un capăt la un inel colector. Celelalte capete ale înfăşurărilor, rămase libere sunt legate între ele şi prinse la cel de-al patrulea inel colector. Pentru funcţionarea generatorului este nevoie de acţionare prin intermediul unui motor. Generatorul sincron de curent alternativ trifazat, cu stator indus şi excitaţie separată. Rotorul (inductorul) generatorului este format dintr-un arbore de antrenare pe care sunt amplasate mai multe perechi de poli. Bobinele polilor electromagnetici sunt legate între ele formând înfăşurarea de excitaţie, alimentată cu curent continuu produs de un generator de curent continuu (echipament anex), denumit şi excitatrice. Statorul (indusul) este prevăzut cu o carcasă care are la interior un miez din tole de oţel în a cărui degajări sunt amplasate cele trei înfăşurări induse.
Fig. 13.3. Schema generatorului sincron trifazat cu stator indus 1. rotor; 2. stator; 3. inele colectoare; 4. înfăşurări statorice (faze); 5. înfăşurări rotorice; A,B,C. începuturi de faze statorice;x,y,z. sfârşituri de faze statorice.
Conform pricipiului electromagnetismului câmpul magnetic variabil va induce un curent alternativ trifazat în înfǎşurarile statorice 117
13.4. Motoare electrice Motoarele electrice sunt maşini electrice care transformă energia electrică în energie mecanică. Motoarele electrice se clasifică astfel : motoare electrice de curent alternativ trifazat. - motoare electrice sincrone; - motoare electrice asincrone : -trifazate (cu rotor în scurtcircuit şi cu rotor bobinat); -monofazate (cu rotor în scurtcircuit şi cu colector); motoare electrice de curent continuu. - cu excitaţie în derivaţie; - cu excitaţie în serie; - cu excitaţie mixtă. Cele mai utilizate motoare sunt cele de curent alternativ trifazat, asincrone, datorită simplităţii constructive şi fiabilităţii ridicate. Motoarele electrice, asincrone, trifazate sunt formate dintr-un stator şi un rotor. Statorul acestor motoare produce câmpul magnetic învârtitor. Este format dintr-o carcasă prevăzută la interior cu un miez din tole de oţel în a cărui degajări sunt dispuse cele trei înfăşurări inductoare. Capetele înfăşurărilor sunt scoase la cutia de borne. Rotorul bobinat este format dintr-un arbore care prezintă în partea centrală un miez de oţel şi înfăşurările rotorice. Trei capete ale înfăşurărilor sunt scurtcircuitate iar celelalte legate la inelele cu perii colectoare. Schema motorului electric trifazat cu rotor bobinat este prezentata în figura 13.4.
Fig.13.4. Schema motorului asincron trifazat cu colector cu inele (cu rotor bobinat) 1 –înfăşurarea statorului; 2 –înfăşurarea rotorului; 3 –inele colectoare; 4 –perii colectoare; S,R,T –faze; A,B,C, x,y,z –borne statorice.
Rotorul în scurtcircuit este alcătuit dintr-un arbore, miezul de oţel şi înfăşurările rotorice scurtcircuitate (bare de cupru sau aluminiu) la ambele capete prin două inele de contact. Funcţionare. Statorul este alimentat de la reţea cu curent alternativ trifazat care va produce în înfăşurările statorice un câmp magnetic învârtitor care se va roti cu turaţia : ns = 60
f , (rot / min) p
(36)
Acest câmp magnetic va induce în înfăşurările rotorice un curent electric care va produce un câmp magnetic. Interacţiunea dintre cele două câmpuri magnetice va determina apariţia unei forţe electromotoare ce pune în mişcare rotorul. Acesta tinde să se rotească cu
118
aceeaşi turaţie cu al câmpului magnetic învârtitor, dar rămâne în urmă. Acest fenomen se numeşte alunecare iar motorul electric se numeşte asincron, pentru că turaţia rotorului este mai mică decât turaţia câmpului magnetic învârtitor (alunecarea are valori de 2 – 8 %). Legarea la reţeaua electrică a motoarelor electrice asincrone, trifazate, se face în funcţie de tensiunea de linie a reţelei electrice şi de tensiunea pe care o suportă înfăşurările statorice. Motoarele electrice se pot lega la reţeaua electrică, în stea şi în triunghi. În figura 47 este prezentată schema legării motoarelor trifazate în stea iar în figura 48 schema legării în triunghi.
Fig. 13.4. Schema legării în stea la reţeaua electrică Ul = tensiunea de linie; Uf = tensiunea de fază.; R, S, T – fazele reţelei; A, B, C şi x, y, z – capetele înfăşurărilor statorice
La legarea în stea Uf = Ul / 3 iar la legarea în triunghi Uf = Ul. Motorul electric este prevăzut cu o plăcuţă indicatoare unde se precizează modul de conectare la reţea şi tensiunea pe care o poate suporta o înfăşurare statorică ( ex :Y / Δ ►220 / 380 V ).
Fig. 13.5. Schema legării în triunghi la reţeaua electrică R, S, T – fazele reţelei; A, B, C şi x, y, z – capetele înfăşurărilor statorice.
Cele mai utilizate metode de pornire a motoarelor electrice asincrone, trifazate sunt: pornirea în stea – triunghi; pornirea cu reostat.
119
Pornirea stea – triunghi este cel mai des utilizată şi are drept scop reducerea curentului de pornire prin micşorarea tensiunii de alimentare pe faza statorului. Pornirea cu reostat se aplică numai la motoarele cu rotorul bobinat, situaţie în care rezistenţa reostatului este legată în serie cu înfăşurarea rotorului. Astfel se diminuează curentul de pornire în condiţiile unui cuplu ridicat. TEST DE AUTOEVALUARE 1. Care sunt utizizarile energiei electrice în agriculturǎ? Rǎspuns: Energia electrică este utilizatǎ pentru mecanizarea proceselor de producţie din agricultură : prepararea hranei animalelor, alimentarea cu apă, evacuarea dejecţiilor de la animale, la instalaţiile de muls,la instalaţiile de iluminat, încălzit, la instalaţiile de condiţionare şi prelucrare a produselor agricole, pentru acţionarea maşinilor unelte din atelierele mecanice. 2. Care sunt pǎrţile principale ale unui generator electric? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt pǎrţile principale ale unui motor electric? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Rotorul motorului asincron trifazat cu rotor în scurt circuit este format din: a) arbore, miez magnetic, înfǎsurare rotoricǎ, colector cu lamele; b) arbore, miez magnetic, înfǎsurare rotoricǎ, colector cu inele; c) arbore, miez magnetic, bare de cupru sau aluminiu, 2 inele de contact;. Rezolvare: c 2. Legarea în stea a unui motor electric trifazat se face: a) începutul unei înfǎşurǎri cu sfârsitul altei înfǎşurǎri; b) începuturile celor trei înfǎşurǎri la fazele reţelei iar sfârşiturile într-un punct comun; c) începutul cu sfârsitul aceleaşi înfaşurǎri iar apoi la fazele reţelei. Rezolvare: 3. Rotorul generatorului electric cu excitatie separatǎ este: a) inductor; b) indus; c) ambele variante. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI
13. Utilizarea energiei electrice în agriculturǎ 13.1. Noţiuni generale Energia electrică este o formă intermediară de energie care poate fi transformată în alte forme de energie : mecanică, termică, luminoasă, etc.
120
13.2. Transformatoare electrice Transformatoarele electrice de curent alternativ sunt aparate statice care modifică valorile mărimilor electrice (tensiunea şi intensitatea) dintr-un circuit electric şi care funcţionează pe principiul inducţiei electromagnetice. 13.3. Generatoare electrice sincrone de curent alternativ trifazat Generatoarele de curent electric sunt maşini rotative care transformă energia mecanică în energie electrică. 13.4. Motoare electrice Motoarele electrice sunt maşini electrice care transformă energia electrică în energie mecanică.
121
Tema nr. 14
UTILIZAREA ENERGIILOR REGENERABILE IN AGRICULTURǍ Unitǎţi de învǎţare: utilizarea energiei solare; utilizarea biomasei ca sursǎ de emergie; utilizarea biogazului; utilizarea energiei eoliene; Obiective: - cunoaşterea modului de utilizare a energiei solare în agriculturǎ; - cunoaşterea modalitaţilor de valorificare a biomasei; - cunoaşterea modului de producere şi valorificare a biogazului; - cunoaşterea utilizǎrilor energiei eoliene şi a mijloacelor tehnice necesare; - conştientizarea importanţei valorificǎrii surselor de energie regenerabile Timpul alocat temei: 2 ore Bibliografie recomandatǎ 1. Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti 2005. 2. Drǎgan, V, Burghiu V., Burghiu N., Gheorgiu l., - Energii regenerabile şi utilizarea acestora, Ed. Aqua Montaj, bucuresşti, 2009 3. Fara, V. şi colab - Stocarea termicǎ a energiei solare –aplicaţiei în agriculturǎ, Ed. Ceres, Bucureşti 1991. 4. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 5. Goia V., Iliescu C., Mitroi A., Vîlcu V. – Maşini şi instalaţii zootehnice, EDP., Bucureşti, 1982. 6. Toma D., Bianu I., - Folosirea economicǎ a energiei in mecanizarea agriculturii, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984. 14.1. Utilizarea energiei solare Energia solarǎ este o sursǎ de energie inepuizabilǎ care asigurǎ împreunǎ cu apa şi atmosfera viaţa pe planeta noastrǎ. Energia solarǎ este esenţa activitǎţilor din agriculturǎ pentru cǎ fǎrǎ ea nu se poate desfǎşura procesul de fotosintezǎ al plantelor. Prima utilizare atestatǎ a energiei solare a fost în anul 212 î.e.n. de catre Arhimede care pentru a apǎra portul Siracuzaa incendiat vasele romane cu ajutorul unor oglinzi concentratoare de radiaţi solare. Avantajele utilizǎri energiei solare sunt urmaǎtoarele: - soseşte direct la consumator fǎrǎ sǎ fie necesare reţele de distribuţie; - aparţine tuturor locuitorilor planetei şi este gratuitǎ; - este uşor de supravegheat şi nu prezintǎ riscuri de accidente sau calamitǎţi;
122
dupǎ efectuarea investiţiei iniţiale se poate obţine energie gratuit sau cu cheltuieli minime de exploatare; - prin folosirea energiei solore nu se produce fum, gaze toxice, zgomot sau ape reziduale; - puterea ce se poate obţine se poate calcula pe baza mǎsurǎtorilor meteorologice pentru anumite zone şi intervale de timp. Utilizarea energiei solare în agriculturǎ prezintǎ şi urmǎtoarele dezavantaje: - nu este disponibilǎ în orice zi şi la orice orǎ, cea ce impune necesitatea existenţei unor mijloace de stocare sau a unor resurse complementare (energie electricǎ sau compustibili convenţionali); - instalaţiile de captare şi stocare a energiei solare cu randament ridicat au preţuri mari deci necesitǎ o investiţie iniţialǎ mare; - necesitǎ suprafeţe mari pentru montarea colectoarelor solare. Caile principale pentru captarea şi utilizarea energiei solare sunt urmǎtoarele: - sǎ lase razele solare sa cadǎ pe o suprafaţǎ absorbantǎ care trasformǎ energia solarǎ în energie termicǎ ce poate fi utilizatǎ la încǎlzirea aerului şi apei; - sǎ permitǎ razelor solare sǎ cadǎ pe o baterie de celule fotovoltaice care transformǎ energia solarǎ în energie electricǎ. Transformarea energiei solare în energie termicǎ se poate face cu ajutorul colectoarelor solare de urmǎtoarele tipuri: - plane; - concentratoare (cu focar). Captatoarele de tip plan sunt formate din urmǎtoarele: cutie de protecţie izolatǎ termic, suprafaţǎ absorbantǎ, serpentinǎ cu diametrul de 5 – 15 mm. Şi vitraliu (geam). Colectoarele plane au ca principiu de funcţionare efectul absorbant al corpului negru dublat de efectul de serǎ. -
Fig.14.1. Schemă instalaţie de încălzire a apei cu colector solar: 1. colector plan; 2. serpentină; 3. pompă de apă.
In figura 14.1 se prezintǎ schema unei instalaţii de încalzirea apei cu stocarea acesteia într-un rezervor. Colectoarele cu focar sunt formate dintr-o oglindǎ şi un tub special pentru circulaţia agentului termic. Acesta este alcatuit dintr-un înveliş transparent vidat la interior şi un tub metalic pentru agentul termic. Colectoarele cu focar funcţioneazǎ pe baza principiului ce concentrare şi focalizare a energiei solare cu ajutorul oglinzilor sau lentilelor.
123
Celulele fotovoltaice sunt realizate din dioxid de siliciu cu douǎ straturi de semiconductori „p” şi „n”. Schema unei celule fotovoltaice este prezentata în figura 14.2.
Fig.14.2. Schema unei celule fotovoltaice Tensiunea realizatǎ de o celulǎ votovoltaicǎ este de 0.2 – 0.7 V. Iar o suprafaţǎ de 1 m2 de celule fotovoltaice produce în medie o putere de 100 W. Principalele utilizǎri ale energiei solare în agriculturǎ sunt urmatoarele: - uscarea produselor agricole: seminţe, fructe, legume, tutun, furaje, plante medicinale şi flori. - încǎlzirea apei menajere necesarǎ indeosebi în fermele de zootehnice de taurine; - încǎlzirea serelor şi solarilor; - încǎlzirea locuinţelor, sediilor administrative şi a adǎposturilor de animale; - producerea de energie electricǎ pentru fermele izolate fǎrǎ reţea de distribuţie a energiei electrice (indeosebi tabere de varǎ pentru animale); - producerea de energie electricǎ pentru acţionarea instalaţilor de ventilaţie ale uscǎtoarelor de produse agricole sau ale adǎposturilor de animale. 14.2. Utilizarea biomasei ca sursǎ de emergie Biomasa reprezintǎ totalitatea producţiei vegetale obţinutǎ în agriculturǎ şi silviculturǎ. Datoritǎ fotosintezei plantele verzi acumuleazǎ carbonul şi ceazǎ stocuri de materie organicǎ. Astfel biomasa reprezintǎ o anumitǎ cantitate de energie solarǎ concentratǎ şi stocatǎ care poate fi transformatǎ în energie bioalimentarǎ (producţia principalǎ) sau în alte forme de energie (producţia secundarǎ şi rezidurile). Principalele utilizǎri ale biomasei sunt urmǎtoarele: a). Combustibili vegetali solizi care se folosesc pentru în încǎlzirea locuinţelor, sediilor administrative, adǎposturilor de animale, serelor şi solarelor sau pentru uscarea produselor agricole.Principalele surse de biomasa folositǎ în acest scop sunt: - lemnul: de foc, crengi, scoarţǎ şi reziduri (rumeguş şi talaj); - producţia agricolǎ secundarǎ: paie, coceni, ciocǎlǎi, tulpini de floarea soarelui, vrej de soia şi alte resturi vegetale. - culturi agricole şi silvice; arundo donax (trestie gigant), mischantus spp. (iarba elefantului), salix viminalis (salcie energetică), Populus spp. (plopul), eucaliptul, etc . b). Combustibili vegetali lichizi care se folosesc pentru acţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ (vezi subcapitolul 2.1.4) şi se pot obţine din: - culturi energetice: rapiţǎ, sorg zaharat, topinambur, plop, salcie, etc.
124
- reziduri din industria alimentarǎ: sfeclǎ de zahǎr, trestie de zahǎr, cartofi, legume şi fructe alterate, etc. Avantajele utilizǎri biomasei în scopuri energetice sunt urmǎtoarele: - producţia de biomasǎ nu se limitatǎ din punct de vedere teritorial, ea se poate obţine oriunde se cultivǎ pǎmântul; - utilizarea şi vânzarea producţiei secundare şi a rezidurilor aduce venituri suplimentare; - nu necesitǎ teren suplimentar cu excepţia culturilor energetice; - reduce poluarea mediului înconjurǎtor; - rezolvǎ încǎlzirea locuinţelor în zonele rurale lipsite de pǎdure cu costuri minime. Dezavantajele folosiri biomasei ca sursǎ de energie sunt urmǎtoarele: - producţia secundarǎ şi rezidurile au un caracter sezonier: - aprovizionarea cu produse agricole secundare poate varia de la un an la altul în funcţie de rotaţia culturilor şi condiţiile climatice: - rǎspândirea largǎ în teritoriu implicǎ cheltuieli de strângere şi transport destul de mari, deaceia volorificarea trebuie sǎ se facǎ cât mai aproape de locul de producţie; - costuri ridicate de producţie a biocombustibililor; - putere caloricǎ scǎzuǎ a combustibililor vegetali solizi, de aproximativ de trei ori mai micǎ; - randamentul scǎzut în instalaţiile de ardere datoritǎ faptului ca biomasa conţine substanţe volatile. Pentru mǎrirea randamentului se recomandǎ folosirea instalaţilor de ardere cu douǎ camere, în camera secundarǎ are loc arderea substantelor volatile. O altǎ metodǎ este transformarea biomasei în brichete sau peleţi lcât mai aproape de locul de producţie care creşte randamentul instalaţilor de ardere şi permite automatizarea alimentǎri acestora dar creşte foarte mult preţul de cost al combustibilului. 14.3. Utilizarea biogazului Biogazul este un gaz care conţine în principal 55% metan şi 45% bioxid de carbon obţinut prin fermentarea substanţelor organice sub acţiunea bacterilor anaerobe, care pot fi mezofile (30 – 320 C) sau termofile (50 – 600 C). Substanţele organice folosite pentru obţinerea de biogaz sunt dejecţile de animale (taurine, porcine sau pǎsǎri) sau rezidurile vegetale (frunze, tulpini, legume şi fructe alterate). Pentru obţinerea biogazului sunt necesare urmǎtoarele condiţii: - temperatura de fermentare în funcţie de tipul bacterilor folosite: - diluţia materiei organice, adicǎ adǎugarea de apǎ şi omogenizarea amestecului; - durata procesului de fermentare între 7 – 21 zile. Puterea caloricǎ a biogazului este de 20 – 24 MJ/m3 iar prin purificare poate ajunge la 36 MJ/m3. In tabelul nr.14.1. se prezintǎ cantitatea de biogaz pentru diferite substraturi si conţinutul de gaz metan al biogazului obtinut.Valorile mai mari se obţin prin utilizarea dejecţiile de pǎsǎri dar care sunt mai reduse cantitativ comparativ cu dejecţiile de taurine. Dintre substraturile vegetale cea mai mare cantitate de biogaz se obţine din frunzele de sfeclǎ de zahǎr. O instalaţie de obţinerea biogazului este formatǎ din urmoarele pǎrţi: fermentator prevǎzut cu ţevi de încǎlzire, rezervor de stocare, conducte, robinete şi instalaţie de purificare (facultativ). Pentru a asigura o ritmicitate în aprovizionarea cu biogaz este necesarǎ folosirea de douǎ fermentatoare montate în paralel. Cantitatea de biogaz folositǎ pentru încǎlzirea materiei organice supuse fermentǎri variazǎ de la 0 – 100% în funcţie de tipul bacterilor şi temperatura mediului înconjurǎtor.
125
Tabelul 14.1 Potențialul specific producţiei de biogaz şi conţinutul de metan pentru mai multe substraturi
Materia organică Paie de grâu Paie de orz Lucernă Iarbă Siloz de porumb Frunze de copac Frunze de sfeclă Dejecţii de păsări Dejecţii de bovine Dejecţii de cabaline Dejecţii de ovine Dejecţii de porcine
Conţinut Biogaz rezultat substanţă uscată l/kg S.U. S.U.% 86,5 367 84 380 22,5 445 16 557 34 108 12,5 260 13,5 501 27,5 520 14 260 - 280 27,5 200 - 300 25 320 13,5 480
Conţinut de metan % 78,5 77 77,7 84,0 52 58,0 84,8 68,0 50 - 60 66 65,0 60,0
Principalele avantaje ale utilizari biogazului sunt: - tratarea (neutralizarea) dejecţilor de animale cu cheltuieli minime; - obţinerea de combustibil cu cheltuieli minime folost de regulǎ pentru prepararea apei menajere şi a hranei. Dezavantajele utilizari biogazului sunt urmǎtoarele: - cantitate micǎ de biogaz obţinutǎ şi variabilǎ în timp; - putere caloricǎ relativ scǎzutǎ a biogazului, astfel 1 m3 de biogaz este echivalent cu 0,6 l de motorinǎ sau cu 0.82 Kg. de carbune; - cheltuieli de investiţie relativ mari pentru instalaţile cu randament ridicat prevǎzute cu echipamente de purificare a biogazului şi douǎ fermentatoare. 14.4 Utilizarea energiei eoliene Energia eolianǎ (energia vântului) constituie una din cele mai vechi forme de energie folosite de om în producţia materialǎ. In ţara noastrǎ înainte de apariţia energiilor fosile au fost folosite morile de vânt pentru mǎcinat cereale şi pentru pompat apa. Principalele avantaje ale energiei eoliene sunt urmatoarele: - este gratuitǎ, inepuizabilǎşi nepoluantǎ; - vântul bate în perioadele în care consumul de energie este mai mare (iarna pentru încǎlzit, primǎvara şi toamna când rezervele de apǎ din sol sunt reduse pentru acţiocarea instalaţilor de pomparea apei). Principalele dezavantaje ale energiei eoliene sunt urmǎtoarele:
126
vânturile au un caracter aleator ca intensitate, direcţie şi duratǎ iar pentru folosirea energiei eoliene sunt necesare instalati de stocare a energiei sau surse complementare; - viteza minimǎ a vântului trebuie sǎ fie de 3 m/s pentru a putea acţiona o turbinǎ eolianǎ; - costul ridicat al instalaţilor eoliene datoritǎ înǎţimi acestora iar amortizarea nu poate fi calculatǎ datoritǎ caracterului aleator. Potenţialul energiei eoliene din ţara noastrǎ este relativ redus. Zonele cu potenţial energetic eolian sunt Litorarul Mǎri Negre, Podişul Central al Moldovei şi zonele montane. Pentru transformarea energiei eoliene în energie mecanicǎ se folosesc turbinele eoliene. Acestea se clasificǎ dupǎ numǎrul de pale în: - turbine multipal, care pornesc la viteze mici ale vântului, dar puterea obţinutǎ nu crste odatǎ cu viteza vântului, folosite mai ales în ferme pentru alimentǎri cu apǎ; - turbine cu 2 – 3 pale, care pornesc la viteze mari ale vântului, iar puterea obţinutǎ creste odatǎ cu viteza vântului, folosite mai ales pentru producerea de energie electricǎ. Dupǎ poziţia axului turbinei se clasificǎ în: - turbine cu ax orizontal; - turbine cu ax vertical (turbine Savonius). In figura 14.3. se prezintǎ shema unei turbine eoliene cu ax orizontal. -
Fig.14.3. Schema turbinei eoliene cu ax orizontal:
1. rotor cu pale; 2. nacelă; 3. cutie de viteze; 4. frână cu disc; 5. generator electric; 6. stabilizator; 7. turn (stâlp) de susţinere.
Cele mai importante utilizǎri ale energiei eoliene în agriculturǎ sunt urmǎtoarele: - folosrea energiei eoliene pentru alimentǎri cu apǎ în zonele rurale; - transformarea energiei eoliene în energie electricǎ, mai ales pe platourile montane unde nu existǎ reţea de distribuţie; - folosirea energiei eoliene pentru producerea frigului, mai ales în industria piscicolǎ din elta unǎri; 127
-
acţionarea pompelor de apǎ pentru irigarea culturilor în zona de câmpie cu vânt puternic. TEST DE AUTOEVALUARE
1. Care sunt avantajele utilizǎri energiei solare în agriculturǎ? Rǎspuns: Avantajele utilizǎri energiei solare sunt urmaǎtoarele: soseşte direct la consumator fǎrǎ sǎ fie necesare reţele de distribuţie, aparţine tuturor locuitorilor planetei şi este gratuitǎ, este uşor de supravegheat şi nu prezintǎ riscuri de accidente sau calamitǎţi, dupǎ efectuarea investiţiei iniţiale se poate obţine energie gratuit sau cu cheltuieli minime de exploatare, prin folosirea energiei solore nu se produce fum, gaze toxice, zgomot sau ape reziduale iar puterea ce se poate obţine se poate calcula pe baza mǎsurǎtorilor meteorologice pentru anumite zone şi intervale de timp. 2. Care sunt condiţiile de producere a biogazului? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Care sunt avantajele şi dezantajele energiei eoliene? Rǎspuns:........................................................................................................................................ ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Exerciţii: Exemplu rezolvat: 1. Energia solarǎ poate fi transformatǎ în energie electricǎ cu ajutorul: a) colectorului solar plan; b) panoului cu celule fotovoltaice; c) generatorului electric;. Rezolvare: b 2. Viteza minimǎ a vântului pentru acţionarea unei turbine eoline este de : a) 3 m/s; b) 5 m/s; c) 5 km/h. Rezolvare: 3. Biogazul se obţine prin: a) distilare; b) fermentare aneorobǎ; c) presare la cald. Rezolvare: REZUMATUL TEMEI
14. Utilizarea energii lor regenerabile în agriculturǎ 14.1. Utilizarea energiei solare Caile principale pentru captarea şi utilizarea energiei solare sunt urmǎtoarele: - sǎ lase razele solare sa cadǎ pe o suprafaţǎ absorbantǎ care trasformǎ energia solarǎ în energie termicǎ ce poate fi utilizatǎ la încǎlzirea aerului şi apei; - sǎ permitǎ razelor solare sǎ cadǎ pe o baterie de celule fotovoltaice care transformǎ energia solarǎ în energie electricǎ. 14.2. Utilizarea biomasei ca sursǎ de emergie
128
Principalele utilizǎri ale biomasei sunt urmǎtoarele: a). Combustibili vegetali solizi care se folosesc pentru în încǎlzirea locuinţelor, sediilor administrative, adǎposturilor de animale, serelor şi solarelor sau pentru uscarea produselor agricole; b). Combustibili vegetali lichizi care se folosesc pentru acţionarea motoarelor termice cu ardere internǎ. 14.3. Utilizarea biogazului Biogazul este un gaz care conţine în principal 55% metan şi 45% bioxid de carbon obţinut prin fermentarea substanţelor organice sub acţiunea bacterilor anaerobe, care pot fi mezofile (30 – 320 C) sau termofile (50 – 600 C). Substanţele organice folosite pentru obţinerea de biogaz sunt dejecţile de animale (taurine, porcine sau pǎsǎri) sau rezidurile vegetale (frunze, tulpini, legume şi fructe alterate). 14.4 Utilizarea energiei eoliene Pentru transformarea energiei eoliene în energie mecanicǎ se folosesc turbinele eoliene, care pot fi turbine multipal, care pornesc la viteze mici ale vântului, dar puterea obţinutǎ nu crste odatǎ cu viteza vântului, folosite mai ales în ferme pentru alimentǎri cu apǎ sau turbine cu 2 – 3 pale, care pornesc la viteze mari ale vântului, iar puterea obţinutǎ creste odatǎ cu viteza vântului, folosite mai ales pentru producerea de energie electricǎ.
129
BIBLIOGRAFIE SELECTIVǍ Borugă, I., Farcaş, N., Blându, E. S, - Mecanizarea agriculturii, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti, 2005. 2. Borugă, I., Farcaş, N., - Maşini şi utilaje pentru îmbunǎtǎţiri funciare, Ed. Cartea Universitară, Bucuresti ,2005. 3. Borugă I., Campeanu S., Zvorasteanu D., Danciu A. – Potentialul de biomasa agricola al Romaniei, Lucrari Stiintifice, Nr. 24, Vol. II, pg. 219 – 223, INMA, Bucureşti, 2008, 4. Borugă Iulian - Exploatarea şi întretinerea bateriilor de acumulatoare, Editura AGRIS - Redacţia revistelor agricole, Seria “Mecanizarea Agriculturii”, nr. 8/2001, Bucureşti,2001. 5. Borugă I., Farcaş N., Simion Cr. - Efectele negative ale utilizarii tractoarelor asupra mediului înconjurător, Lucrări stiintifice,VOL.III, Universitatea Bioterra, Bucureşti, 2003. 6. Borugă I., Farcaş N., Dobre P. - Alegerea uleiurilor pentru utilaje agricole şi mijloace de transport, Revista Agricultorul Român nr. 4/2005, 7. Drǎgan, V, Burghiu V., Burghiu N., Gheorgiu l., - Energii regenerabile şi utilizarea acestora, Ed. Aqua Montaj, bucuresşti, 2009 8. 6. Fara, V. şi colab - Stocarea termicǎ a energiei solare –aplicaţiei în agriculturǎ, Ed. Ceres, Bucureşti 1991. 9. Farcaş N., Borugă I., – Tractoare şi maşini agricole, Ed. Arta Grafică Libris, Bucureşti ,2003 10. Farcaş N., Borugă I., Frunză Fl. - Anvelope utilizate pentru tractoare, maşini şi remorci agricole, Editura AGRIS - Redacţia revistelor agricole, Seria “Mecanizarea Agriculturii”, nr. 3/2001, Bucureşti, 2001. 11. Goia V., Iliescu C., Mitroi A., Vîlcu V. – Maşini şi instalaţii zootehnice, EDP., Bucureşti, 1982. 12. Grunwald, Berthold - Teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere, E. D. P.- Bucureşti ,1980. 13. Iacomi Cr., Borugă I. - Biocombustibili pentru mecanizarea agriculturii, Lucrări ştiinţifice USAMV , Agronomie, Vol. XLVI, Bucureşti, 2004. 14. Negrea, D. V. - Motoare cu ardere internǎ –Procese. Econimicitate. Poluare, Ed. Sedona, Timişoara ,1997. 15. Pǎunescu, I., Manole,C. - Tractoare şi automobile; Universitatea Politehnica, Bucureşti 1993. 16. Sin Gh., Borugă I., Schitea M., Stoianov R, Sin C. - Indrumător pentru cultura plantelor de câmp, Editura Agris, Bucureşti, 2001. 17. Şandru A., Popescu S.,Cristea I., Neculǎiasa V.,- Exploatarea utilajelor agricole, EDP., Bucureşti, 1983 1.
18. Tǎmǎşanu D., Popescu T., Serban T., Borugǎ I., Iacomi C., - Motoare şi tractoare, Indrumǎtor pentru lucrǎri practice, AMD.-USAMV, Bucureşti,1999 19. Tecuşan N., Ionescu E., - Tractoare şi automobile, EDP, Bucureşti, 1983. 20. Teşu I., Baghinschi V. – Energia şi agricultura, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984 21. Toma D., Bianu I., - Folosirea economicǎ a energiei in mecanizarea agriculturii, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984. 22. Toma D., Neagu T., Florescu I., Lepşi S. – Tractoare agricole, E.D.P., Bucureşti, 1978.
130
131
