1.6. PARAMETRII CONDIŢIILOR DE EXPLOATARE1.6.1. PARAMETRII CONDIŢIILOR DE FUNCŢIONARE AI STRUCTURII DE REZISTENŢĂ A MAŞINILOR DE RIDICAT ŞI AI MAŞINILOR ÎN ANSAMBLU

Deoarece maşinile de ridicat în ansamblu cât şi mecanismele lor au o funcţionare ciclică, în regim intermitent, pentru definirea condiţiilor de funcţionare sunt necesare precizări referitoare la frecvenţa şi durata utilizării lor. Astfel se creează bazele unei clasificări care vizează condiţiile de utilizare, fiind independentă de tipul maşinii de ridicat sau de modul ei de acţionare. Clasificarea realizată pentru întreaga maşină de ridicat furnizează elemente pentru caracterizarea globală a condiţiilor de utilizare, fiind utilă în relaţiile dintre furnizor şi beneficiar; clasificarea referitoare la elementele maşinii (mecanisme sau elementele construcţiei metalice) furnizează date utile activităţii de proiectare, prin determinarea duratei de serviciu care poate fi asigurată de maşina respectivă.Parametrii condiţiilor de exploatare ale elementelor construcţiei metalice şi mecanismelor maşinii de ridicat diferă, şi trebuie precizate separat.

Clasa de utilizare

Clasa de utilizare a instalaţiilor de ridicat sau a elementelor structurale ale acestora este caracterizată de frecvenţa de încărcare (utlizare); frecvenţa solicitărilor este caracterizată prin numărul total de cicluri de solicitare, pe întreaga durată normată de serviciu.

Prin standardul SR ISO 4301-1:1994 sunt stabilite nouă clase de utilizare a căror corespondenţă cu frecvenţa de utilizare este indicată în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2. Gruparea maşinilor de ridicat şi a structurilor de rezistenţă în clase de utilizare.

Clasa de utilizare

Frecvenţa de utilizare Nr.max. cicluri de încărcare

U0

Utilizare ocazională

1,6 x 104

U1 3,2 x 104

U2 6,3 x 104

U3 1,25 x 105

U4Utilizare frecventă în regim uşor

2,5 x 105

U5Utilizare frecventă în regim intermitent

5 x 105

U6Utilizare intermitentă în regim intensiv

1 x 106

U7

Utilizare intensivă

2 x 106

U8 4 x 106

U9 peste 4 x 106

Grupa de clasificare

Grupa de clasificare a unui element de construcţie metalică sau a construcţiei în ansamblu, respectiv a maşinii de ridicat, este un parametru global care sintetizează prin compunere condiţiile de funcţionare referitoare la frecvenţa de utilizare şi la nivelul de solicitare.Corespunzător posibilitaţilor de combinare ale celor 10 clase de utilizare (tabelul 1.2) cu cele 4 stări de încărcare (tabelul

1.1) se definesc, conform SR ISO 4301-1 :1994, opt grupe de clasuificare, notate A1, A2, … A8, prezentate în tabelul 1.3.

Tabelul 1.3. Încadrarea instalaţiilor de ridicat în grupe de clasificare.Starea de încărcare

Clasă de utilizareU0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9

Q1 - uşoară A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Q2 - medie A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Q3 - grea A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Q4 - foarte grea

A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

1.6.2. PARAMETRII CONDIŢIILOR DE FUNCŢIONARE PENTRU MECANISMEClasa de utilizare

Clasa de utilizare a unui mecanism este determinată de timpul de funcţionare mediu zilnic

Tabelul 1.4. Gruparea mecanismelor în clase de utilizare (SR ISO 4301-1:1994)

Clasa de utilizare

Durata totala efectiva de funcţionare T(ore)

Frecvenţa de utlizare

T0 200Utilizare ocazională

T1 400

T2 800

T3 1600

T4 3200Utilizare frecventă în regim uşor

T5 6300Utilizare frecventă în regim intermitent

T6 12500Utilizare neregulată în regim intensivT7 25000 Utilizare intensivă

T8 50000

T9 100000

În standardul SR ISO 4301-1:1994 se indică patru stări de solicitare pentru mecanisme, L1, L2, L3, L4 în funcţie de valorile coeficientului de încărcare (tab.1.5).

Pentru caracterizarea stării de solicitare se defineşte coeficientul de încărcare al unui mecanism km :

unde: Pi = valoarea curentă a încărcării mecanismului ; P =încărcarea maximă a mecanismului ;ti – durata medie de funcţionare a mecanismului la nivelul de încărcare Pi;t – durata totală de funcţionare a mecanismului;

Tabelul 1.5. Starea de încărcare pentru mecanisme

Stare de încărcare

Coeficientul de încărcare

Caracteristica condiţiilor de încărcare (solicitare)

L1

(uşoară)km ≤ 0,125

Solicitări maxime ocazionale, solicitări curente inferioare celor maxime

L2

(medie)0,125<km≤ 0,25

Solicitări uşoare, medii, şi maxime de durată aproximativ egală

L3

(grea)0,25 < km ≤ 0,5

Solicitări apropiate sau egale cu cele maxime

L4

(foarte grea)

0,5 < km ≤ 1 Solicitări maxime

Clasificarea mecanismelor în grupe

Cele 10 clase de utilizare ale mecanismelor, combinate cu cele 4 stări de solicitare conduc la 8 grupe de funcţionare pentru mecanisme (tab. 1.6).

Tabelul 1.6. Grupele de clasificare ale mecanismelor.

Stareade

încărcare

Clasa de utilizare

T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

Grupa de funcţionare

L1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

L2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

L3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

L4 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

2.1. MACARALE CU BRAŢ

Macaralele cu braţ sunt caracterizate de prezenţa unui braţ de regulă rotitor în jurul unei axe verticale, astfel încât câmpul de acţiune al dispozitivului de suspendare a sarcinii este un volum de forma cilindrică.

Mişcările posibile sunt: ridicarea-coborârea sarcinii, rotirea braţului , deplasarea dispozitivului de prindere în lungul

braţului (în cazul braţului orizontal), deplasarea macaralei.

Bascularea braţului şi deplasarea întregii macarale pot fi concepute fie ca mişcări care să se poata efectua cu sarcină, fie ca mişcări care nu se pot efectua decât în gol; prima este o mişcare de lucru, a doua este o mişcare de schimbare a poziţiei.

Din punct de vedere cinematic, macaralele sunt alcătuite din patru mecanisme principale :

mecanismul de ridicare a sarcinii; mecanismul de rotire a sarcinii; mecanismul de variaţie a razei de acţiune a

macaralei (de deplasare a căruciorului) ; mecanismul de deplasare a macaralei.

Principalele părţi componente ale unei macarale turn cu braţ orizontal şi cele patru mecanisme principale sunt prezentate în schema de principiu din figura 2.9.a, pentru cazul general al unei macarale turn cu braţ orizontal.

1- cale de rulare2- platforma de bază cu contragreutăţi, roţi de rulare şi mecanism de deplasare a macaralei3- coloană (turn)4- mecanism de rotire şi turn rotitor (+ cabina)5- contrabraţ cu contragreutăţi6- mecanism de ridicare a sarcinii7- mecanism de deplasare a căruciorului

8- braţul macaralei9- tiranţi10- cărucior11- mufla cu cârlig12- cablu de sarcină.

Fig.2.9.a. Schema de principiu macaralei turn cu braţ orizontal.

Macaralele turn cu braţ orizontal de ultimă generaţie nu sunt prevăzute cu tiranţi; pentru a preveni încovoierea braţului, acesta se realizează cu secţiune variabilă, ca în figura 2.9.b., sau cu secţiune variabilă şi săgeată, ca în ca în figura 2.9.c.

Fig.2.9.b. Macara turn cu braţ orizontal, fără tiranţi cu secţiune variabilă a braţului

Fig.2.9.c. Macara turn cu braţ orizontal, cu secţiune variabilă a braţului şi săgeată.

Fig.2.10. Schema de principiu a macaralei turn cu braţ basculant.

2.2. AUTOMACARALE

Automacaralele sunt macarale montate pe şasiu auto şi pot fi clasificate după modul de realizare al braţului macaralei:

automacarale cu braţ în construcţie zăbrelită – lungimea braţului se modifică prin adăugarea de tronsoane de grinzi cu zăbrele prin îmbinare cu bolţuri, până la realizarea înălţimii de lucru.

automacarale cu braţ tip cheson (Fig.2.11) – lungimea braţului se realizează prin telescopare; înălţimea macaralei poate depăşi 120 m, iar momentul nominal poate ajunge la 3500 kNm.

Pe platforma rotioare (4) a macaralei sunt montate mecanismul de ridicare a sarcinii, mecanismul de rotire, mecanismul de înclinare a braţului şi mecanismul de telescopare a braţului. Platforma rotitoare este prevăzută cu contragreutate. Pentru menţinerea stabilităţii în funcţionare, automacaraua are în componenţă un sistem de calare (6) format din patru cale acţionate hidraulic; în timpul funcţionării automacaraua se suspendă pe sistemul de calare prin care se reglează poziţia orizontală a platformei rotitoare.

Fig.2.11. Automacara cu braţ telescopic.1 – şasiu auto ; 2 – braţ telescopic ; 3 – cabina de comandă

macara; 4 – platformă rotitoare; 5 - mufla cu cârlig; 6 – sistem de calare.

2.3. MACARALE RULANTE. PODURI RULANTE

Podurile rulante sunt maşini de ridicat alcătuite dintr-o grindă rulantă care se poate deplasa în lungul unei căi de rulare şi un cărucior mobil în lungul grinzii, utilizate pentru ridicarea pe verticală şi deplasarea pe orizontală a sarcinii. Se folosesc în depozite, ateliere, fabrici.

Mişcările posibile sunt: ridicarea-coborârea sarcinii, translaţia căruciorului de sarcină, translaţia întregii macarale.

Toate aceste mişcări sunt mişcări de lucru.

Mecanisme principale:- mecanismul de ridicare a sarcinii;- mecanismul de deplasare a căruciorului (pe orizontală);- mecanismul de deplasare pe calea de rulare.

Clasificare:

a) După construcţia grinzilor : din profil I, U, sau profil cheson, pt o bună rezistenţă la încovoiere ; cu grinzi cu zabrele, din profile imbinate prin nituri

sau şuruburi ; cu grinzi din tablă sudată .

b) După numărul de grinzi : cu o grindă principală (în construcţie monogrindă, ca

în fig.2.3) ; cu 2 grinzi principale (cazul general) ; cu 2 grinzi principale şi cu 2 grinzi secundare .

c) După aşezarea pe şinele căii de rulare :

normal aşezate (calea sub grinzile de capăt) ; suspendate (calea deasupra grinzilor de capăt) .

d) După mecanismul de ridicat : cu mecanisme montate pe cărucior ; cu electropalane.

e) După locul de comandă : din cabina aflată pe pod ; de la sol; telecomandate.

f) După numărul cârligelor şi al mecanismelor de ridicat : cu un cârlig )Fig.2.3.a); cu două (Fig.2.3.b) sau mai multe cârlige.

g) După organul de prindere a sarcinii : cu cârlig ; cu ochi ; cu traversă; cu graifăr; cu electromagnet.

h) După destinaţie : poduri rulante de uz general ; poduri rulante tehnologice.

Schema de principiu a podului rulant monogrindă.

1-grinda principală2-grinzi de capăt cu mecanismele de deplasare a podului rulant3-mecanism de ridicare a sarcinii4-mufla cu cârlig5-mecanism de translaţie a sarcinii de-a lungul grinzii6-căi de rulare

2.4. MECANISMELE PRINCIPALE ALE INSTALAŢIILOR DE RIDICAT2.4.1. MECANISMUL DE RIDICARE A SARCINII

Mecanismul de ridicare a sarcinii este aşezat pe contrabraţ, pe un şasiu metalic sau direct pe structura portantă a macaralei.

M – motorC – cuplajF-frână electromagnetică cu saboţi normal închisăR – reductorT– tobă înfăşurare cabluCS – cablu de sarcinăL - lagăr

Fig.2.18. Mecanismul de ridicare a sarcinii.

Motorul electric se alege din seria motoarelor asincrone de curent alternativ trifazat pentru macarale,

Frâna este de tipul semiautomată, normal închisă, cu saboţi articulaţi.

Reductorul de turaţie este în mod obişnuit un reductor orizontal, cu angrenaje cilindrice Cuplarea motorului cu reductorul se face cu ajutorul unui cuplaj elastic cu bolţuri.

2.4.2. MECANISMUL DE DEPLASARE A CĂRUCIORULUI MACARALEI

Fig.2.19. Schema cinematică a mecanismului de deplasare a căruciorului .

2.4.3. MECANISMUL DE DEPLASARE A CĂRUCIORULUI PODULUI RULANT

1 – motor2 –cuplaj şi frână cu saboţi normal închisă3 - reductor4 - pinion5 – roată cărucior6-roti dinţate solidare cu roţi cărucior7 - lagăr

La ieşirea din reductor se află cate un pinion de fiecare parte care angrenează cu câte o roată dinţată solidară cu roata căruciorului de sarcină.

2.4.4. MECANISMUL DE DEPLASARE LA MAŞINI DE RIDICAT

Mecanismul de deplasare are aceeaşi schemă cinematică în cazul macaralelor şi podurilor rulante;

1 - motor2 – cuplaj cu frână normal închisă3 - reductor4 - pinion5 – coroană dinţată solidară cu roata motoare6 – roata motoare7 - lagăr8 – cale de rulare

În cazul podurilor rulante cu deschideri mici (de până la 6 m), grupul de acţionare este plasat central, ca în figura 2.23;

Fig.2.23. Mecanismul de deplasare la podurile rulante cu deschideri mici.

1 – motor; 2 – cuplaj cu frână normal închisă; 3 – reductor; 4 – pinion;5 – coroană dinţată solidară cu roata motoare; 6 – roata motoare; 7 – lagăr;

8 – cale de rulare2.4.5. MECANISMUL DE ÎNCLINARE A BRAŢULUI

Din punct de vedere constructiv, mecanismele de înclinare (de basculare) a braţelor macaralelor pot fi :

cu palan cu cablu şi troliu ; cu cilindri hidraulici ; cu sisteme speciale.

Mecanismele cu palan cu cablu se utilizează la macarale turn, macarale pe şenile, macarale pe pneuri şi la automacarale cu braţ zăbrelit .Mecanismele cu cilindri hidraulici se utilizează la macarale pe pneuri şi la automacarale cu braţ telescopic.Mecanismele cu sisteme speciale se utilizează la macarale portuare şi plutitoare.

2.4.5.1. MECANISMUL DE ÎNCLINARE A BRAŢULUI CU PALAN CU CABLU

- cel mai simplu sistem, pentru braţe de lungime mică (sub 20 m) ale automacaralelor, macaralelor pe pneuri sau pe şenile este prezentat schematic în figura 2.24.

Braţul 1 este articulat pe platforma rotitoare a macaralei şi este susţinut la partea superioară de cablul 2 la care se ataşează grupul mobil de role ale palanului de basculare 3; grupul fix de role ale palanului este montat pe un suport metalic, iar ramura activă 4 a palanului se înfăşoară pe tamburul troliului de basculare 5.

Fig.2.24. Schema mecanismului de înclinare a braţului cu palan cu cablu.

1 – braţul macaralei ; 2 – cablu ; 3 – palanul de basculare ; 4 – ramura activă a palanului ; 5 – tobă de cablu.

2.4.5.2. MECANISMUL DE ÎNCLINARE A BRAŢULUI CU CILINDRI HIDRAULICI

Sistemele cu cilindri hidraulici sunt utilizate pentru înclinarea braţelor telescopice, de construcţie tip cheson. În funcţie de mărimea sarcinii şi a braţului, înclinarea se realizează cu unul sau doi cilindri hidraulici.

Fig.2.25. Mecanismul de înclinare a braţului cu cilindru hidraulic.

Braţul telescopic este articulat în 1 ; cilindrul hidraulic este de asemenea articulat în două puncte (2 şi 3), pentru a permite înclinarea braţului.

2.4.6. MECANISME DE ROTIRE

1 - motor cu frână axială încorporată2 - frână axială încorporată3 - reductor4 - rulment de presiune axial 5 - coroană dinţată cu dantură interioară6 - pinion7 - turn rotitor8 -turn fix

Fig.2.26. Schema cinematică de principiu a mecanismului de rotire.

Coroana dinţată cu dantură interioară 5 este fixă şi solidară cu partea fixă a turnului macaralei. Pinionul 6, reductorul 3 şi motorul 1 sunt aşezate pe coloana rotitoare. Motorul electric are frână axială încorporată 2. Rulmentul de presiune axial 4 are inelul inferior fix, prevăzut cu coroana dinţată cu dantură interioară şi inelul superior mobil, solidar cu turnul rotitor 7 al macaralei.Mişcarea de rotaţie se transmite de la motor prin reductorul 3 la pinionul care aleargă peste coroana dinţată fixă, rotind tronsonul mobil al macaralei. Braţul şi contrabraţul macaralei sunt solidare cu turnul rotitor. Diametrul rulmentului variază între 1,5 m şi 1,9 m.

Fig.2.27. Detaliu al mecanismului de rotire.