CONCEPEREA SI DIMENSIONAREA ELEMENTULUI SENSIBIL AL TRADUCTORULUI DE UMPLERE

CONCEPEREA SI DIMENSIONAREA ELEMENTULUI SENSIBIL AL TRADUCTORULUI DE UMPLERE

1. INTRODUCERE.

La agregatele de macinare dependenta putere-incarcare nu are caracter biunivoc. Comanda debitului de alimentare pentru morile autogene numai in functie de puterea absorbita nu satisface cerintele unei conduceri si reglari performante. In general aceste utilaje au dependenta puterii absorbite de gradul de incarcare de tip extremal, la aceeasi putere absorbita, fiind posibile doua grade de incarcare, deci un punct de functionare intr-o zona de instabilitate statica. Pentru reglarea functionarii acestor utilaje este necesara o informatie suplimentara, adica determinarea directa a gradului de umplere, deci a incarcarii pe lagar.

Daca gradul de umplere al agregatului autogen se modifica, atunci si sarcina din lagare se modifica, si implicit presiunea din buzunarele lagarelor. Rezulta deci ca modificarea presiunii in lagare este o masura a modificarii cantitatii de material din agregat. Aceasta presiune este culeasa prin intermediul unei sonde plasata in buzunarul cu excentricitatea minima (in pozitia de echilibru in functionare al axului). Aceasta presiune este convertita intr-o deplasare liniara prin intermediul unui piston mentinut in pozitie de echilibru cu ajutorul unui arc.

Traductorul propriu-zis se compune din :

- detectorul de semnal (elementul sensibil) - care converteste presiunea intr-o deplasare liniara;

- adaptorul de semnal (adaptorul) - converteste deplasarea liniara intr-un semnal electric.

2. Particularitatile constructive si functionale

ale lagarului hidrostatic

La lagarele hidrostatice, portanta se creeaza prin introducerea lubrifiantului cu presiune exterioara mare, ceea ce face posibila mentinerea peliculei portante chiar si la opriri si porniri, evitandu-se astfel uzura.

In lipsa contactului metalic, coeficientul de frecare la porniri si opriri este apropiat de zero, de asemenea in cazul vitezelor de alunecare mici, frecarea se reduce la frecarea dintre straturile de fluid. De aceea, lagarele hidrostatice se folosesc pentru arbori greu incarcati la viteze mici, de exemplu la mori cu bile si autogene, pentru rotirea telescoapelor astronomice mari, pentru masini de incarcat. La standuri experimentale, coeficientul de frecare statica a fost redus, cu ajutorul unor lagare hidrostatice, pana la 10^-6.

Alte avantaje ale lagarelor hidrostatice sunt: pozitionarea precisa a fusului in cuzinet, o mare rigiditate, stabilitate, racire buna, posibilitate de reglaj, etc.

Ca dezavantaje, se considera: au o geometrie mai complicata, tehnologia mai pretentioasa, instalatii de ungere mai complicata, consumul de energie al pompelor de alimentare.

Forma constructiva de baza a unui lagar radial hidrostatic este prezentata in fig.1.

Uleiul care alimenteaza buzunarele este introdus prin restrictori (tuburi capilare, duze) si paraseste lagarul prin interstitiul dintre fus si cuzinet (in lipsa canalelor longitudinale).

In zona in care interstitiul s-a micsorat, cantitatea de lubrifiant ce scapa lateral se micsoreaza; cum debitul de alimentare a buzunarelor din aceasta zona ramane in primul moment constant, restrictoarele reprezentand rezistente, creste presiunea pe partea unde interstitiul s-a micsorat, ceea ce duce la o crestere a capacitatii de sustentatie a filmului de lubrifiant.

Cresterea presiunii in buzunarele de pe partea cu interstitiul micsorat (opusa sarcinii), provoaca micsorarea diferentei dintre presiunea la intrarea si iesirea din restrictor, ceea ce la randul sau duce la micsorarea debitului de lubrifiant introdus in buzunarele respective. In acest fel se stabileste un echilibru intre cantitatea de lubrifiant introdusa si cea care paraseste lagarele pe la capete, la presiunea corespunzatoare mai ridicata.

Fig. 1.

Din cele aratate mai sus, rezulta ca restrictoarele au un dublu rol: de a alimenta buzunarele din cuzinet si de a stabili pozitia fusului.

Marimea si distributia presiunilor in filmul de lubrifiant al lagarelor ce functioneaza in regim hidrostatic este influentata in mare masura de geometria filmului, de dimensiunile restrictoarelor si de presiunea de alimentare.

3. Calculul lagarului hidrostatic

Se considera lagarul din fig. 2, avand cuzinetul de diametru interior D si lungimea l, prevazut cu un numar de z buzunare cu dimensiunile l_d si b_d. Pe circumferinta, pragurile care stavilesc scurgerea spre exterior au lungimea l_p.

Fig. 2.

La baza calculului lagarelor hidrostatice sta bilantul de debite. Pentru simplificare se folosesc anumiti parametrii caracteristici, adimensionali, astfel alesi incat, mentinand o structura simpla a lor, legata de elementele uzuale de proiectare, sa poata fi evidentiata prin calcul influenta ce revine fiecaruia asupra portantei lagarului.

Parametrii caracteristici adimensionali utilizati in

calculul lagarelor hidrostatice:

In notatiile utilizate unitatile de masura sunt in S.I.: D-diametrul cuzinetului; d-diametrul fusului; l- lungimea cuzinetului; l_d, b_d- dimensiunile buzunarelor; b_p- lungimea pragurilor [m]; l_p- lungimea axiala a pragurilor care stavilesc scurgerea spre exterior; d_c, l_c- diametrul si lungimea restrictoarelor; p_a- presiunea de alimentare; p_di- presiunea in buzunarul i; w- viteza unghiulara a arborelui; h- vascozitatea lubrifiantului. S-a ales lubrefiantul CS 140-72, L145 (STAS 861/81) care are vascozitatea dinamica h ^o_C = 126^. 10^-3 Ns/m² .

3.1. Determinarea presiunii in degajari si a

debitelor

Acest lucru implica rezolvarea unei ecuatii algebrice liniare. Pentru lagarul cu patru degajari sistemul de ecuatii este (B.11):

(1)

Rezolvand se obtin determinantii urmatori:

(2)

; (3) ; (4)

In care:

Debitul total de ulei introdus in lagar este egal cu cel care paraseste lagarul pe la capete:

. (5)

Cu relatiile de mai sus se determina presiunea specifica din fiecare buzunar.

Capacitatea portanta sub forma adimensionala:

(6)

Pentru o anumita pozitie a fusului in cuzinet determinata prin valorile cuprinse in , se obtine forta portanta:

; (7)

Pozitia fortei P fata de linia 0 - 0 este data de unghiul g avand marimea:

(8)

Puterea necesara pentru pomparea uleiului este:

sau, tinand seama de expresiile de mai sus rezulta :

(9)

3.2. Calculul parametrilor geometrici ai cuzinetului

Alegand jocul relativ Y = 0,26 % (turatii joase si presiuni ridicate), rezulta diametrul interior, in baza relatiei :

; (10)

ca fiind:  D = 2800 mm ( mm, mm).

Parametrul global al lagarului k este:

(11)

Parametrul de lungime k_l:

(12)

Parametrul circumferential k_b:

(13)

Jocul radial DR:

mm;

Dimensiunile restrictorului capilar sunt:

d_c = 1,5 mm, l_c = 8,5 mm.

Parametrul de alimentare:

(14)

Parametrul de portanta alimentata:

(15)

Portanta specifica adimensionala:

(16)

Excentricitatea cu fusul in rotatie:

(17)

S-a ales: d = 0,5 din graficele d =f(k_w), conform(B.11).

Excentricitatea relativa:

(18)

Cu c l = 0,323 rezulta in baza graficelor:

In baza relatiei (9) rezulta puterea necesara antrenarii uleiului:

Dimensionarea cilindrului hidraulic

Avand in vedere ca traductorul de presiune functioneaza la 3, 5 si 10 bari, dimensionarea pistonului si a cilindrului se va face pentru presiunea de 10 bari.

Dimensionarea acestora se va face in baza calculului de dimensionare a motoarelor hidraulice liniare, prin stabilirea urmatoarelor caracteristici:

presiunea de lucru;

forta dezvoltata;

diametrul interior;

lungimea cursei pistonului.

Pentru determinarea dimensiunilor geometrice este necesara determinarea fortei maxime ce apare in cilindru. Se adopta diametrul interior D_i = 40 mm. Pentru o miscare uniforma, din conditiile de echilibru a fortelor care actioneaza asupra pistonului, avand in vedere ca S = 12,57 cm² se obtine:

Forta ce actioneaza asupra pistonului va fi:

daN; (22)

Calculul de rezistenta al corpului cilindrului si a capacului prin care se face alimentarea se bazeaza pe relatiile din care se calculeaza rezistenta acestora:

(23)

unde: s - efortul unitar pe directia axiala [daN/cm²];

s - eforturile unitare pe directia radiala [daN/cm²];

c - grosimea peretelui, se adopta c = 4 mm.

Pentru calcul se considera:

s_a = 400 - 600 daN/cm² - otel;

s_a = 150 - 250 daN/cm² - alama, fonta.

daN/cm²;

daN/cm²

1. Dimensionarea cilindrului si a pistonului

Cilindrul propriu-zis se confectioneaza din teava de OLT 55.

Suprafata interioara se prelucreaza prin rectificare. Capacele se executa din otel rezistent la presiuni ridicate, iar fixarea acestora la capetele cilindrului se face prin insurubare.

Forma constructiva a pistonului s-a ales in functie de presiunea din cilindru si lungimea cilindrului.

Cilindrul si pistonul se rectifica si se rodeaza impreuna.

Etansarea s-a asigurat prin jocul mic dintre piston si cilindru, si de catre canalul circular, care are rolul unui colector de ulei si in acelasi timp contribuie la mentinerea unei pozitii concentrice intre piston si cilindru prin echilibrarea presiunilor radiale, ceea ce reduce substantial scaparile de lichid.

Sonda de presiune, plasata dupa directia varfului parabolei de distributie a presiunii in lagar, culege presiunea "p . Forta portanta pe lagar este :

(24)

Calculele s-au efectuat pentru agregatele de macinare din industrie (8500x3800, 6000x1800) si pentru cel experimental (1200x400), rezultand urmatoarele date :

Alegand un diametru interior al cilindrului de 40 mm si tinand seama de trei nivele de presiuni (3, 5, 10 bari) s-au determinat principalele caracteristici ale arcurilor folosite la echlibrarea fortei ce actioneaza asupra pistonului.

2. Calculul arcurilor

Deoarece proiectarea a avut in vedere folosirea traductorului in trei trepte de presiune, rezulta ca la trecerea de la o treapta de presiune la alta, forta ce actioneaza asupra pistonului variaza in mod corespunzator (22).

Pentru ca acest lucru sa nu modifice sensibilitatea traductorului se proiecteaza trei tipuri de arcuri elicoidale cilindrice de compresiune, corespunzator fortelor care actioneaza asupra pistonului, aceste arcuri fiind interschimbabile.

Cu ajutorul arcurilor elicoidale cilindrice de compresiune se realizeaza forta de reactie cu ajutorul careia este echilibrata forta ce actioneaza asupra pistonului, forta creata de presiunea culeasa din lagar. Distributia presiunii lubrefiantului din buzunarele lagarului prezinta un maxim dupa directia excentricitatii axului in pozitie de functionare. Sonda de presiune este plasata in varful parabolei de distributie a presiunilor si culege o presiune proportionala cu incarcatura de minereu din moara.

Arcurile se executa din sarma de otel carbon de calitate marca R.M. pentru treapta de presiune de 3 bari, si marca R.R., pentru treptele de presiune de 5 si respectiv 10 bari. Caracteristicile acestor arcuri pentru cele trei trepte de presiune sunt prezentate in tabelul 2.

In fig. 3 se prezinta principalele caracteristici ale arcului elicoidal dimensionat conform relatiilor din tabelul urmator, arc ce se foloseste pentru echilibrarea fortei ce actioneaza asupra pistonului in treapta de presiune p = 10 bari.

Fig. 3.

Tabel 2.