UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

TEMAStudiul și proiectarea sistemului hidraulic al unui buldoexcavator

Buldoexcavatorul este soluţia eficientă pentru activităţi de încărcare/descărcare sau săpare

pentru activitati de constructii. Puternic şi uşor de manevrat, buldoexcavatorul combină puterea,

siguranţa şi uşurinţa de manevrare. Buldoexcavatorul poate fi utilizat pentru a săpa şi de a

încărca atât în spaţii deschise, cat si in spatii inchise.

1Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Fig.1 si 2 prezentare generala

CARACTERISTICI TEHNICE

Dimensiuni:

« Lungime totală maşinii: 6.375 mm 

« Ampatament: 2223 mm 

« Distanţa faţă de centrul de rotire: 1355 mm 

« Gardă la sol: 400 mm 

« Înălţimea la cabina 2930 mm 

« Înălţimea maximă: 3880 mm 

« Lăţimea totală cu cupă: 2400 mm

Fig.3 Caracteristici tehnice

Motor:

« Producător: Perkins

« Model: 1104D-44TA

« Tip motor: diesel 4 timpi, supraalimentat

« Puterea motorului: 74,76 kW / 100 CP

« Turaţia nominală: 2200 rpm

« Cuplu maxim: 385 Nm2

Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

« Capacitate cilindrică: 4,4 L

« Alezaj şi cursă: 105x127 mm

« Nr. Cilindri: 4

Sistemul electric:« Baterie: 12/120 V/Ah

« Demaror: 4,8 kW

Greutăţi:« Capacitate cilindrică: 4,4 L

Direcţie: « 3 poziţii cu control electric

« Tip: 4 roţi viratoare

« Cercul de virare: 4x4x4 

« Diametru de virare (fără frâne): 11,24 m 

Fig.4 3CX-standard

Sistemul hydraulic:« Pompa: simpla cu roţi dinţate de tip PEMCO P3100

« Debit maxim: 166 l/ min

« Presiune minima: 250 bar

« Filtru de ulei: filtru hidraulic în retur cu zonă integrată filtru fin3

Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

« Radiator de ulei hidraulic: radiatorul de ulei hidraulic şi de transmisie

Comenzi hidraulice:« Control braţ excavare prin joystick

« Control braţ încărcător prin joystick

Incarcator:« Capacitate cupă: 1,1 m³ 

« Forţa de rupere la ridicare: 56,1 kN 

« Forţa de rupere cupă: max. 81,6 kN 

« Lăţime cupă: 2400mm 

« Capacitate de ridicare la înălţime maximă: 3.440 kg

Excavator:« Forţa de rupere cupă: 59,1 kN 

« Forţa rupere braţ: retras 31,8 kN; extins 22,4 kN 

PROIECTAREA SISTEMULUI HUDRAULIC

Pompa hidraulica este un ansamblu de componente, unite intr-o

carcasa numita corp.

Pompa hidraulica transformă energia mecanica in energie

hidraulica, în scopul transportarii fluidului care primește energia

utila.

Pompele hidraulice intalnite la utilajele de constructii sunt de regula de doua feluri:

cu pistoane

cu pinioane

Energia mecanica necesara functionarii pompelor hidraulice este preluata de la motor fie direct

prin axe canelate, cuplaje fixe sau cuplaje elastice, fie prin intermediul unor subansamble.

Pompele hidraulice absorb lichidul hidraulic din rezervorul special destinat, ii maresc debitul si il

introduce in instaltia hidraulica a utilajului cu presiune.

Presiunea astfel formata este folosita pentru doua scopuri principale:

deplasarea utilajului,

actionarea cilindrilor hidraulici

Buldoexcavatorul este dotat cu doua pompe simple cu roti dintate de acelasi tip.

Debitul de ulei obtinut de la pompa este utilizat pentru actionarea cilindrilor hidraulici.

4Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Fig.5 Arhitectura instalatiei hidraulice a unui buldoexcavator 3CX

5Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Descriere partilor componente ale circuitului hydraulic:C capac rezervor 6A filtru by-pass

JJ conexiuni (dupa caz) 6B valve aspiratie

P1 pompa sectiunea principala 7 valve de prioritate

P2 pompa sectiunea secundara 10 comutator picamer

P2A punct de masura presiune 11 supapa secventa

M conexiuni (dupa caz) 12 regulator circuit

MM cuplare rapida 13 supapa anticavitatie

3 bloc supape pentru incarcator 14 supapa retinere

3A punct de masura presiune (MRV) 15 cursa lina

3B supapa siguranta 16 cursa lina acumulator

3C comanda picamer 26 racitor ulei

3D comanda incarcator 30 mers rapid-optional

3E comanda cupa 31 comanda dreapta

3F comanda laterala picamer (ARV) 32 comanda stanga

3G comanda vibrare picamer 33 urcare stanga

3J supapa de retinere 34 urcare dreapta

3L valva de descarcare 35

cilindru calare

dreapta

3M supapa principala 36 cilindru calare stanga

3N supapa descarcare 37 mers rapid-optional

3Q control viteza circuit hidraulic 38

control putere AWS

deplasare

4 bloc comanda excavare 39

4A comanda cursa lenta 40

4B comanda cursa brat 41

4C stabilizator 42

4D stabilizator 43 supapa soc

4E comanda cilindru cupa 44 SCRV

4F comana cupa 45 cupa excavat

4G comanda laterala masina 46 brat picamer

4H oprire ARV 51,52,

53,54,

cilindri ,cilindri,

cilindri,

6Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

56,57

4J oprire ARV

4K brat lateral tija berbec (ARV)

4L retragere brat lateral (ARV)

4M brat cupa lateral (ARV)

4N retagere cupa lateral (ARV)

4P inchidere cupa (ARV)

4Q Retragere cupa (ARV)

5 Bloc supape auxiliare (pentru cilindri calare)

5A sertar supate (ARV)

5B auxiliare ARV)

5C auxiliare ARV)

6 filtru rezervor

Fig.6 dispunere pompe in circuitul hydraulic

CALCULUL POMPEI HIDRAULICEMărimi şi unităţi folosite pentru calcul

Cuplu de torsiune T NmPresiune diferenţială ∆p barTuraţie n min-1Volum de dislocare geometr. pe rotaţie Vg cm3

Randament total ηtValoare de referinţă cca. 0,85

Putere P kWRandament mecanic hidraulic ηmh

Valoare de referinţă cca. 0,85

Volum de dislocare Vg cm3Debit volumic qv L/minRandament volumetric ηv

Valoare de referinţă cca. 0,9

Diametru pompă cu roţi dinţate D cmLungime pompă cu roţi dinţate L cmLăţime roată dinţată pompă cu roţi dinţate W cm

7Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

debit volumic in l/min = qv

Vg = 35.05 cmcn= 1000 min^-1ηv= 0.9

qv calculat 31.554 l/min

P= 22.4118 kWΔp= 30 barηt= 0.85

qv calculat

381.001 l/min

volum de dislocare geometric Vg=cmc/U

Vg = 2*π*Dd*h*L

Dd= diametrul de divizare 4.2 cm

qv= 6.813 l/minh= inaltimea dintelui 0.9 cm

n= 1000 min^-1L= lungimea dintelui 1.5 cmm

ηv= 0.9Dz = m*z

Vg calculat 7.57

cmc vol. de dislocare

T= 22.76 NmΔp= 30ηv= 0.9

Vg calculat 40.518 cmc

turatie in min^-1

qv= 6.813 l/min

Vg= 7.57cmc vol. de dislocare

ηv= 0.9n= 1000 min^-1

P= 22.41 kWT= 22.76 Nm

n= 9402.45 min^-1

8Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

moment de torsiune T= Nm

Vg= 40.518 cmc

Δp= 30

ηmh= 0.85T calculat 22.76 Nm

P= 22.41 kW

n=9402.44

9 min^-1T calculat 22.75 Nm

presiunea diferentiala Δp= bar

T= 22.76 Nmηmv= 0.85Vg= 40.518 cmc

Δp calculat 30 bar

P= 22.41 kWqv= 381.001 l/minηt= 0.85

Δp calculat 29.998 bar

puterea P= kW P = (Q*p)/600

T= 22.76 Nmn= 9402.45 min^-1

P calculat 22.41 kW

qv= 381.001 NmΔp= 30ηt 0.85

P calcula

22.328 kW

9Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

t

Calcularea debitului de pompare a pompei cu roţi dinţate

D = diametru roata dintata în cm D 3 cm L = latimea orificiului în carcasa pompei în cm L 7.5 cm W = latimea rotii dintate în cm W 1.5 cm

Fig.7 Pompa cu roti dintate

Dd 4.2 cmdiametrul de divizare

h 0.9 cm inaltimea dinteluiL 1.5 cm lungimea dinteluiz 8 dintim 0.522 modululL= 7.5 cmD= 3 cmW= 1.5 cm

Q calculat

31.809 cmc

10Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Fig.8 Model pompa adoptata - simplul circuit

Din catalogul de pompe :

Se adopta modelul standardizat de pompa PERCO 197 -simplul circuit

presiune de lucru la 1000rpm=4000PSI p=275.78

9 bar

debit = Q =111.58

1 l/minvolumul geometric Vg = 151.4 lturatia = n = 1000 min^-1capacitate cilindrica = 0.99-3.94 inc.^3 adica

Pompa trebuie sa asigure in regimul cel mai nefavorabil o presiune nominala sistemului

hidraulic cu respectarea conditiei: pn≥1.2*(pLd+Δp+pr)Unde,

pn = presiunea nominala a servovalvei;pLd = presiunea maxima in regim dinamic necesara invingerii sarcinii;Δp = caderea/pierderea de presiune pe servovalva si care nu este mai mare de 70 bar;

pr = presiunea pe returul servovalvei este aproximativ egal cu 5 bar.

11Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Fig 9 Circuit inalta presiune de comanda cupa si picamer

HPCO _ circuit inalta presiune pentru excavator (bloc valve 4)M _ conexiune hidraulicaMM _ cuplaje rapideT _ circuit intoarcere ulei in rezervor

11 supapa de sens69 cilindru cupa72 supap de lucru

73cilindru de putere brat

74 supapa de retinere76 ventil inchidere77 ciocan picamer

Fig. 8 Cilindru hidraulic

12Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

Calculul preliminar al diametrului interior al cilindrului hidraulicDiametrul preliminar se cal culeaza cu relatia:

Unde : Fp– forta din piston necesara impingerii [ daN ]

P – presiunea normala de lucru in sarcina [daN/cm2]

ηm- randamentul mecanic al cilindrului ( 0.85-0.95 )Presiunea P se adopta pe diverse criterii, considerand diametrul acoperitor deoarece s-a  tinut cont de faptul ca Fp are valoarea maxima din intregul ciclu. Se calculeaza diametrele interioare ale cilindrilor :

Diametrul cilindrului pentru brat :

rezulta 6,14cm

Din catalogul de cilindrii hidraulici alegem cilindrul CHD12 / 853 avand urmatoarele caracteristici (figura 9.) :Diametrul alezajului D = 115 mmDiametrul tijei d = 70 mmPresiunea maxima de lucru P = 280 bar Cursa c = 1226 mm

Fig. 10 Cilindru STAS

Se adopta presiunea din sistemul hidraulic P = 250 bar

Valoarea fortei de actionare a manerului

rezulta F=93200Nm

13Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

540 mm330 mm950 mm250 mm

Efortul din tija cilindrului de actionare a bratului

rezulta F=74700Nm

unde:= 2040 mm

= 1425 mm

= 520 mm

= 500 mmGreutatea pamantului

Gp = 8750 Nmρ= greutatea specifica a pamantului

coeficient de afanare

coeficient de umplere

greutatea cupei cu pamant

14Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

greutatea cupei

greutatea pamantului

Fig. 11 Cupa inchisa

Efortul din tija cilindrului de antrenare a cupei

rezulta Pc”= 22200Nm

Unde : 

H1= 317 mm

r//st = 650 mm

r//c+p = 240 mm

r//c = 200 mm

15Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

rezulta R’c = 2500Nm

rezulta Cmax = 0,21 m

Fig.12 Cupa deschisa

Diametrul cilindrului pentru maner

rezulta D’ = 6,81 cm

Cilindrii hidraulici au fost alesi din cataloagele producatorilor astfel incat la presiunea p diametrul

cilindrului D>D'.

Se alege un cilindru care sa fie accesibil comercial.

Astfel s-a stabilit diametrul interior definitiv al cilindrului D.

Dupa alegerea cilindrului se determina din catalog parametrii :

diametrul tijei,

lungimea cilindrilor la cursa reala,

aria maxima a cilindrilor,

lungimea maxima a coloanei de referinta,

coeficientul de adaptare a ultimei lungimi la timpul necesar de fixare,

16Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

randamentul mecanic al cilindrilor.

Stabilirea presiunii utile in cilindrii:

rezulta 71 bar

rezulta 88 bar

rezulta 28 bar

In loc de concluzie:Buldoexcavatorul 3CX ECO este unul dintre cele mai eficiente utilaje concepute si produse

pana in prezent. Tehnologiile Ecodig, Ecoroad si Ecoload ajuta la reducerea consumului de

combustibil cu un procent de pana la 16%. Adaugand la acest avantaj major un confort sporit al

operatorului in cabina, un surplus considerabil de fiabilitate si durabilitate, precum si un design

exterior mult imbunatatit, buldoexcavatorul JCB 3CX reinventeaza conceptul de eficienta in

exploatare.

17Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRASOVFacultatea de Ingirerie Mecanica

Specializarea Master – Automobilul si Mediul

BIBLIOGRAFIE1. www.est.org.uk/myhome 32

2. www.british-hydro.org 33

3. www.environment-agency.gov.uk 34

4. www.eren.doe.gov/RE/hydropower 35

5. www.energy.ca.gov/electricity/hydro 36

6. www.dams.org 37

7. www.ussdams.org

8. Florea, J., Panaitescu, V. Mecanica fluidelor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,

1979. 11.

9. Ionescu, D., Isbăşoiu, E. Mecanica fluidelor şi maşini hidraulice, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1980.

18Sisteme Hidraulice pentru Aplicatii Mobile