Studiu privind mașinile gospodărești pentru despicat lemn · PDF filePompele hidraulice cu...

Studiu privind mașinile gospodărești pentru despicat lemn

1

Studiu privind mașinile gospodărești pentru despicat

lemn

Ing. Vasile Barbu

2015


2

Cuprins Introducere .............................................................................................................................................................. 3

Mașina de despicat lemn cu volante și cremalieră ................................................................................................. 8

Mașina cu șurub conic pentru despicat lemne ...................................................................................................... 16

Mașina hidraulică pentru despicat lemn ............................................................................................................... 34

Pompele hidraulice cu roți dințate .................................................................................................................... 37

Cilindrii hidraulici ............................................................................................................................................... 39

Filtre ................................................................................................................................................................... 44

Aparatura hidraulică de distribuție și reglare .................................................................................................... 46

Penele pentru despicat .......................................................................................................................................... 50

Transmisiile mașinilor pentru despicat lemn ........................................................................................................ 52

Arborii .................................................................................................................................................................... 55

Ambreiajul (cuplajul) centrifugal ........................................................................................................................... 56

Transmisiile cu curele trapezoidale ....................................................................................................................... 57

Bibliografie ............................................................................................................................................................. 63


3

Introducere Traiul la țară are provocările lui. Una dintre ele este iarna. Pentru cei mai mulți locuitori ai satelor, iarna este înfricoșătoare. Nici nu se face bine primăvară, că bietul om se gândește și se pregătește de ceea ce abia a scăpat. Adică tot de iarnă. Își face bilanțul, socotește câte lemne a ars, cum a fost iarna și se pregătește de ce poate să fie mai rău. Altă iarnă, mai grea decât oricare alta. Așa este gospodarul. Prevăzător. Pune răul înainte și se apucă să-și curețe adăpostul deja golit de lemne, să-l repare și să arvunească lemnele pentru iarna viitoare. Primăvara, mama săracului, vine greu și pleacă repede, iar vara parcă nici n-a fost pe la el. Iarna scoate la iveală omul. Lemnăria plină, îi ține omului curajul să înfrunte iarna. Institutul Național de Statistică publică în anul 2011 un studiu privitor la consumurile energetice în gospodării pentru anul 2009. Studiul se referă la un număr total de 3 482 923 gospodării care sunt încălzite cu lemn din care 2 833 311 gospodării se află în mediul rural și se încălzesc cu lemn. Consumul mediu de lemn de foc pentru o casă de 200 mp este de 1, 5 mc/lună. Ținând seama de faptul că încălzirea caselor începe cu 15 octombrie și se termină cu 15 aprilie, deci timp de 6 luni, consumul mediu total de lemn de foc ar fi de 9 mc.


4

La această cantitate de lemn este necesară mecanizarea activității de aprovizionare cu lemn a gospodăriei, de debitare a buștenilor la dimensiuni mai mici și de despicare(spargere) a lor în vederea depozitării cu scopul arderii pentru încălzirea spațiilor de locuit. Dacă transportul și debitarea se pot realiza cu mijloace ca cele din imaginile de mai jos, despicarea(spargerea ) butucilor de lemn se realizează în România cu ajutorul toporului.

Transport manual


5

Transport și tăiat lemn cu mijloace mecanice

Pentru o cantitate mică de lemn, spargerea manuală poate fi socotită ca o dezmorțire a oaselor și un antrenament bun pentru mușchi. Este valabil pentru persoanele tinere sau pentru cei care vin la cabană sau la țară la sfârșit de săptămână. Pentru gospodarul român, cantitatea de muncă necesară încălzirii este mai mare și trebuie executată într-un timp foarte scurt. El are și alte treburi de făcut, care trebuie să se termine înainte de venirea iernii și nu poate zăbovi prea mult la spartul și depozitarea lemnelor. În SUA și în țările europene civilizate soluția spargerii lemnelor de foc cu mijloace mecanice a venit încă de prin anul 1978 când s-a brevetat un model de mașină cu cremalieră acționată cu motor termic sau electric. Apoi, tot în SUA, în anul 1990 s-a brevetat un alt model de mașină de spart lemn. Cea cu șurub conic. Odată cu dezvoltarea tehnologiei acționărilor hidrostatice, s-au creat și mașini de spart lemn pentru foc acționate de forța hidraulică.


6

După ieșirea la pensie am revenit la țară, la casa părintească încălzită cu lemne. Câteva ierni am spart lemnele cu toporul, dar tot timpul mi-am propus să achiziționez sau să construiesc o mașină specializată pentru despicat lemn de foc. Anul acesta, după o documentare sumară pe internet, am luat legătura cu un comerciant din Obor și am achiziționat elementele importante ale unei mașini cu șurub conic pentru despicat lemn de foc. Pentru a construi mașina am avut la dispoziție motosăpătoarea mea de la al cărei motor să antrenez axul cu șurub conic. Ceva îmi spunea că voi avea probleme. Și am avut! În lagăre, rulmenți prea strânși și fără vaselină pentru ungere, fulia de pe ax(roata de curea condusă) realizată la o cotă mai mică decât cea convenită cu strungarul, șurubul conic era bont și cu filet fără început. Una peste alta, la probe mașina nu a mers. Omul meu căuta să-mi explice ba că turația motorului meu este prea mare, ba că este prea mică, numai șurubul lui era bun. El nu știa în ce parametri trebuie să lucreze mașina. Mă refer la turația arborelui, dar mai ales la geometria șurubului conic. I-am recomandat să se documenteze ceva mai bine astfel ca pentru următorul client să nu mai aibă probleme. Curios, dar mai ales interesat, am cheltuit multe ore de zi sau noapte pentru a face un studiu cât mai detaliat al mașinilor pentru despicat lemn. “Studiul” făcut pe tema mașinilor de despicat lemn sper să ajute și gospodarii care au abilități practice în realizarea de mașini și utilaje gospodărești, dar mai au nevoie de ceva cunoștințe tehnice. Celor care se bucură de beneficiile internetului le recomand accesarea sit-urilor menționate la Bibliografie. Fotografiile și filmele de pe youtube le vor fi de mare ajutor. Doar dacă vor încerca vor putea să afle că pot sau nu să construiască unul din variantele descrise în continuare. Cât despre utilitatea mașinilor de despicat lemn, nu am cuvinte. Mecanizarea activităților gospodărești, inclusiv spargerea lemnelor pentru foc, duce la dezvoltarea gospodăriei românești. Gospodăria țărănească poate fi privită ca pe o fabrică unde se produc bunuri alimentare. De aceea este necesară mecanizarea în gospodărie. Pentru a-i crește acesteia eficiența și competitivitatea. Consumurile reduse de timp, de efort fizic, de energie electrică, duc la economii în bugetul familiei. Economia este cea mai eficientă formă de câștig. Un proverb evreiesc spune așa: Nu este important cât câștigi ci cât cheltuiești. Astfel am aflat că în lume se fabrică trei variante de mașini pentru despicat lemn. Din cele trei variante, două sunt mașini mecanice iar cea de-a treia este mașină hidraulică. Despicarea constă în pătrunderea unei pene în lemn pe direcția fibrelor. Pana pătrunde în lemn și produce o strivire a acestuia și o comprimare a fibrelor pe direcție transversală. Odată cu creșterea suprafețelor de contact dintre pană și lemn, se produce o deformație elastică a fibrelor urmată de ruperea legăturilor dintre acestea, părțile rezultate prin despicare separându-se. Forța necesară despicării este dată de formula :

F=k∙p∙L∙d, unde : k – un coeficient care ține seama de unghiul penei și starea de ascuțire, de specia lemnului, de umiditatea lemnului și de dimensiunile suportului pe care se așează lemnul de despicat; p – rezistența specifică la despicare;

Rezistența la compresiune paralelă cu fibrele are valori cuprinse între 30 – 90 N/mm², în funcție de esența lemnului.


7

La rășinoase, valorile sunt cuprinse între 40 N/mm² și 50 N/mm². L, d – lungimea și diametrul lemnului care se despică; Unghiul de ascuțire al penei de despicat este cuprins între valorile 45⁰ - 50⁰. Pentru descrierea lor voi începe cu modelul de mașină care a fost prima inventată.


8

Mașina de despicat lemn cu volante și cremalieră A fost inventată în anul 1978 în SUA și are Brevetul de invenție de mai jos.

Mașina are o construcție simplă și un mod de funcționare de asemenea.

Construcția mașinii Așa cum se poate vedea din imaginea de mai sus este compusă din : - A – Motor electric sau termic de mică putere - B - Volant dublu cu două canale de curea pe una dintre volante - C – Ax – pinion - D – Cremalieră - E – Pârghie cu camă - F – Cursa (spațiul parcurs de cremalieră) - G - Piesa despicătoare - H –Arcuri de readucere pe verticală și pe orizontală pentru cremalieră - J - Maneta de comandă a pârghiei cu camă Modul de funcționare Motorul A antrenează volantele B montate pe un ax – pinion care la rândul său este montat în două casete cu rulmenți C. Axul pinion angrenează cu cremaliera D la acționarea manetei J. Aceasta apasă pârghia E pe care este montată o rolă aflată în contact cu cremaliera D.


9

La apăsare se comprimă un arc din cele două arcuri H. Astfel se acționează cremaliera care se deplasează pe spațiul F către suportul tăietor G. La această mișcare se realizează și întinderea arcului H aflat sub șasiul mașinii. La ridicarea manetei J, cremaliera iese din angrenaj cu axul-pinion sub acțiunea arcului vertical H aflat sub cremalieră, iar arcul orizontal H o trage spre înapoi parcurgând în sens invers distanța F. Ciclul se reia la acționarea manetei J.

Semnificațiile denumirilor : 1. Gasoline engine or elec.motor (interchangeable) - motor pe benzină sau electric (interschimbabil) 2. V belt to power –curele de transmisie 3. Roată de curea și volantă 4. Hardened alloy rack &pinion drive gears – ansamblu ax-pinion– lagăr cu rulmenți și cremalieră. 5. Cam lock assembly –ansamblu camă de apăsare 6. Rack, lifting &return springs – arcuri de ridicare și readucere a cremalierei 7. Alloy heat treated steel blade – lamă de oțel aliat tratat Durata întregului ciclu este între 3 și 10 secunde. Greutatea volantelor asigură la turație o energie cinetică mare cremalierei antrenate de axul pinion. Această energie este transformată într-o forță care face ca butucul să fie împins în suportul tăietor G, despicându-l (vezi imaginea de mai jos).


10

Mașina de despicat cu cremalieră

Ax pinion

Pinion gear –ax pinion Rack – cremalieră Flywheel – roată de curea (fulie) Inventatorul spune că secretul mașinii se află în roata de curea cu volant și în axul pinion. Iată mai jos imaginea întregii mașini asamblată și împărțită în piese componente (imagine explodată):


11

Întreaga mașină este o construcție simplă și eficientă. Caracteristici tehnice : Modelul de mașină cu motor electric : - Brand –Wematik - Model – Turbo Cleaver eco - Motor – electric 220 v / 1500 w - Înălțime de despicare pană – 130 mm - Diametrul trunchiului – max 300 mm


12

- Lungimea maximă a trunchiului – 400 mm - Durata ciclului de despicare – 3 secunde - Forța de despicare – 8 tone - Dimensiuni ( LxlxH) mm – 1090 x 320 x 570 - Greutatea mașinii – 62 kg Modelul cu motor termic - Brand – Wematik - Model – Turbospalter - Motor = Briggs & Stratton seria Vanguard - Ambreiaj centrifugal - Capacitatea cilindrică – 205 cc - Putere – 6, 5 cp - Combustibil – benzină - Capacitatea rezervorului – 3, 5 litri - Înălțimea penei de despicare -175 mm - Diametru butuc – 710 mm - Lungimea butucului – 500 mm - Ciclul de lucru – 3 secunde - Forța de despicate – 34 tone - Greutatea volantelor – 25 kg - Turația pinionului – 420 rot/min - Dimensiunile mașinii Lx l x h(mm) – 2280 x 800 x 1100 - Greutatea mașinii – 250 kg Productivitatea declarată de WEMATIC este de 2m³ /20-25 minute. Trebuie totuși verificat.


13

i1 n1n2

:= i1 6.2222= i1 = raport transmitere intre fulia 1 si ax 2 volant

DF2 DF1 i1⋅:= DF2 87.1111cm= DV2 = diametru de divizare fulie volant ax 2

J m r2⋅ J = momentul de inertie al maselor in rotatie pentru un cilindru plin

m = masa cilindrului

r = raza maxima a cilindrului

J = momentul de inertie al maselor in rotatie pentru un cilindru plinJ

γg

L⋅ π⋅D4

16⋅

γ 77 103⋅N

m3⋅:= γ 0.0077 daN

cm3= greutatea specifica a otelului

g 9.8066msec-2= g 980.665 cm

sec2= g = acceleratia gravitationala

Calculul masina de despicat

daN 10 newton⋅:= l liter:= KN 1000 newton⋅:= N newton:= MPa N

mm2:=

Tf 1000 daN⋅:=

Motor Briggs & Stratton Intek 6.5 HP cu ax orizontal

P 6.5:= P =puterea maxima [CP]

Mm 10.35 N⋅ m⋅:= Mm 103.5daN cm⋅= Mm = momentul maxim motor

n1 2800 1min⋅:= n1 = turatia nominala de moment maxim la motor [RPM]

DF1 14 cm⋅:= DF1 = diametrul de divizare fulie motor

n2 450 1min⋅:= n2 = turatia la arborele 2 Volant [RPM]


14

Kγ π⋅16 g⋅

:= K 1541.7002kgm-3= K 0.0015 kg

cm3= K = constanta momentului de inertie al

maselor in rotatie

Roata dintata cremaliera

mod 0.5 cm⋅:= mod = modulul

z 9:= z = nr de dinti

Dd mod z⋅:= Dd 4.5cm= Dd = diametrul de divizare roata dintata

J_ax_volant 2 J1⋅ J2+ J3+:= J_ax_volant 1775.5674daN cm⋅ sec2⋅=

J_ax_volant = momentul de inertie total al maselor in rotatie al cilindrului de pe axul volant 2

td 2.5 sec⋅:= td = timpul de demartaj motort

n1 2800 1min

= n1 46.6667sec-1= n1 = turaqtia la arborele 1

n2 450 1min

= n2 7.5sec-1= n2 = turatia la arborele 2

ω2 πn230⋅:= ω2 0.7854sec-1= viteza unghiulara la arborele 2 [rad / sec]

εd2ω2td

:= εd2 0.3142sec-2= acceleratia unghiulara de demaraj la arboreler 2 [rad / sec^2]

i 1 3..:= 3 tipuri de cilindrii pe arborele Volant 1 = Volant (2 buc.)2 = Ax volant3 = Roata dintataDi

DF25 cm⋅Dd

:=

Di = diametrele ciliondrilor de pe axul 2 volantD

87.11115

4.5

cm=

Li

10508

:=

Li = lungimile cilindrilor de pe axul 2 volantL L cm⋅:= L

10508

cm=

Ji K Li⋅ Di( )4⋅:= J88.77570.00480.0005

kgm2= J88.77570.00480.0005

N m⋅ sec2⋅= J887.7571

0.04820.0051

daN cm⋅ sec2⋅=

Ji = momenele de inertie al maselor in rotatie pentru cilindrii axului 2 Volant

K = constanta momentului de inertie al maselor in rotatie

Di = diametrele ciliondrilor de pe axul 2 volant

Li = lungimilr cilindrilor de pe axul 2 volant


15

η 0.9:= randamentul transmisiei

Md2 J_ax_volant εd2⋅:= Md2 55.7811N m⋅= Md2 557.811daN cm⋅= Md2 = momentul de demaraj necesar la arborele 2

Mef2 Mm i1⋅ η⋅:= Mef2 57.96N m⋅= Mef2 579.6daN cm⋅= Mef2 = momentul efectiv motor la arborele 2

Mef2 579.6daN cm⋅= > Md2 557.811daN cm⋅= deci motorul a fost judicios ales, are putere sademareze si sa porneasca axul volant

Fat= forta de arunare totala cremalieraFat 1.4973Tf=Fat 1497.3131daN=Fat Mtot2Dd2

Fi+:=

Momentul total de azvarlire la arborele 2Mtot2 3368.6548daN cm⋅=Mtot2 Ma2 Mef2+:=

Ma2 = momentul de azvarlire la arborele 2 datorat maselor inertiale in rotatie la arborele 2

Ma2 2789.0548daN cm⋅=Ma2 278.9055N m⋅=Ma2 J_ax_volant εa2⋅:=

acceleratia unghiulara de azvarlire la arboreler 2 [rad / sec^2]εa2 1.5708sec-2=εa2ω2ta

:=

Fi = forta inertie cremalieraFi 0.1332daN=Fi Mc ac⋅:=

Mc = masa cremaliereiMc 37.6887kg=Mc Lc Hc⋅ Bc⋅γg⋅:=

cotele cremaliereiBc 8 cm⋅:=Hc 6 cm⋅:=Lc 100 cm⋅:=

ac = accelaratia cremalieraac 0.0353msec-2=ac Vcta

:=

Vc = viteza cremalieraVc 0.0177msec-1=Vc Dd2

ω2⋅:=

timpul de aruncare cremalierata 0.5 sec⋅:=

Forța rezultată din calculul de mai sus este amplificată instantaneu, în momentul aplicării forței rezistente la despicare, chiar și de 10 ori, de către energia cinetică acumulată în volantele aflate în mișcare. Acest fenomen de amplificare instantanee a forței de împingere a fost stabilit experimental. Cu cât masa volantelor și raza lor sunt mai mari, cu atât vor fi mai mari și inerțiile lor care vor crește momentul de împingere la arbore, respectiv forța de împingere. Astfel se explică valoarea mare a forței de despicare a mașinii inerțiale.


16

Mașina cu șurub conic pentru despicat lemne A fost inventată tot SUA în anul 1990. Se poate vedea mai jos imaginea patentului de invenție.

Descrierea mașinii Mașina cu șurub conic pentru despicat butuci de lemn este compusă din :

1 – mașina 2 – șurubul conic


17

3 – 18 - pană ascuțită 4 – dispozitiv de împingere a butucului 5 – masa mașinii 6 – cadrul mașinii 8 – caseta cu rulmenți 9 – 15 – transmisia mașinii 17 – motor 19 – butuc de lemn 21 – suportul lagărului

Principiul de funcționare Motorul antrenează axul șurubului conic cu o turație determinată. Butul este împins în fața șurubului conic care pătrunde în lemn prin filetare. Butucul de lemn așezat cu baza pe masa mașinii, se deplasează progresiv în șurubul conic despicându-se de asemenea progresiv. Despicarea se realizează prin efectul șurubului conic dar și prin efectul penei 3 fixată pe masa mașinii. Butucul se așează numai în poziție verticală (în cap) astfel încât șurubul conic să se înfigă la 1/3 de bază și 2/3 de vârf. Astfel butucul nu va putea fi antrenat în rotație. Pentru siguranța muncii, butucul este împins spre șurub ul conic cu ajutorul unui dispozitiv special (o pârghie).

Elementele principale ale mașinii :

Ansamblu con D = 80 mm, casetă rulmenți - montaj cu fulie de aluminiu D =300 mm


18

Ansamblu con D =80 mm, casetă rulmenți – montaj cu fulie de oțel D = 310 mm

Ansamblu con D = 110 mm cu casetă de rulmenți și ax canelat pentru priza de putere a unui tractor


19

Poziționarea greșită a butucului în fața șurubului conic poate duce la deteriorarea arborelui (vezi imaginile de mai sus)


20

Poziționarea corectă a butucului (Imaginile de mai sus): Așezarea corectă a butucului de lemn constă în faptul ca vârful șurubului conic să fie la 1/3 de baza de așezare a butucului, adică la 10 cm pentru o înălțime de 30 cm a butucului de lemn. De asemenea o pană plasată sub conul de despicare împiedică deteriorarea axului conului. Această pană este un accesoriu foarte important!

Pană fixată sub con

Firmei SCREW LOG SPLITTER, producătoare de conuri pentru despicat i se pun frecvent următoarele întrebări: 1. Cât de mare trebuie să fie puterea necesară despicării ? Răspuns: - Depinde de tipul de lemn, dacă se sparg butuci sau lemn la metru, ori dacă șurubul conic se montează direct pe axul motorului ori prin intermediul unei transmisii.


21

2. În ce interval de turații trebuie să folosim conul de despicare ? Răspuns: - La 250 -500 rot/min, în funcție de ce fel de lemn se despică și de modul de antrenare folosit. 3. De ce filetul cu două începuturi este mai bun decât filetul cu un singur început? Răspuns : - Filetul cu un singur început, de obicei, forează mai greu în lemn decât filetul cu două începuturi, prin urmare, pentru a porni despicarea, vârful conului este ascuțit prea mult la filetul cu un început și astfel se sparge vârful mult mai ușor. De asemenea spargerea mai ușoară a lemnelor noduroase se realizează cu mai ușor cu conul cu filet cu două începuturi. 4. Care este avantajul filetului cu pas variabil ? Răspuns: - Cu cât suprafața la vârful conului este mai mică cu atât este mai ușor decât la conul cu pas normal. Prin urmare, este necesară mai puțină forță pentru despicare. 5. Este nevoie de un filet adânc ? Răspuns : - Nu, pentru că lemnul se despică înainte de a se crea filet în el. Conul cu filet adânc intră greu în lemn. 6. Care este dimensiunea ideală a arborelui pe care este montat conul ? Răspuns : - Din punct de vedere al rezistenței arborelui un diametrul minim de 35 mm este adecvat. 7. Este necesar tratamentul termic pentru întreaga suprafață a conului ? Răspuns : - Nu, pentru că doar vârful găurește lemnul și începe despicarea lui, doar această zonă a conului este expusă mai mult la uzură, așa că este suficient să se trateze numai vârful detașabil sau partea din față a conului. Conul este călit superficial prin inducție magnetică ceea ce îl face mult mai rezistent la uzură(vezi imaginea ).

8. Este recomandat să se monteze conul direct pe arborele motorului electric?


22

Răspuns : - Nu, pentru că se vor distruge rulmenții motorului electric! Turația va fi prea mare, astfel că va fi periculos iar despicarea nu va fi satisfăcătoare. 9. Ce dimensiune va avea canalul pentru curea al fuliei ? - Trebuie luată în considerare alegerea fuliei motorului. Se recomandă montarea unei fulii cu canale duble astfel încât curelele să nu patineze la o rezistență mai mare la despicare. Lățimi de curea propuse sunt de 13 și 17 mm. Exemplu pentru calculul turației: Pentru turația motorului de 1440 rot/min, o fulie de 100 mm diametru montată pe motor și o fulie de 300 mm diametru montată pe axul conului, înseamnă că se va obține o turație de: 1440/3 = 480 rot/min 10. Ce dimensiune a conului de despicare ar trebui să aleg ? Răspuns: - Depinde de mărimea lemnului. Vă recomandăm, conul de 60 mm pentru butuc de până la 30- 40 cm, conul de 80 mm pentru lemn subțire la metru. Conul de 110 mm este pentru lemn la metru mai gros. 11. Ce putere a motorului să aleg? - Pentru conul de 60 mm se recomandă puterea de 2 kw, pentru conul de 80 mm se recomandă puterea de 3 kw, pentru conul de 110 mm se recomandă puterea de 4-5 kw. 12. Mașina de despicat poate fi alimentată de la curent monofazat (220 V) - Da, vă recomandăm cel mai mic con de 60 mm pentru motor electric monofazat. Este recomandat să se monteze o fulie mare care va funcționa ca un volant. Cu motor electric monofazat se vor despica butuci și nu lemn la metru. 13. Ce fel de filet să aleg ? - Alegerea filetului depinde de sensul de rotație. Atunci când vârful conului se va înfige în lemn și se va roti spre dreapta în sensul acelor de ceasornic, vom avea nevoie de un filet pe stânga. În cazul în care se va roti în sens invers acelor de ceasornic, vom avea nevoie de filet pe dreapta. 14. Merită să se utilizeze conul cu un cultivator ? - Nu, pentru că turația este prea mică și astfel despicarea nu va fi ideală. Construcția sa mecanică nu îndeplinește cerințele de siguranță. În ceea ce privește punctul 14, eu am rezerve. Iată de ce ?


23

Mașina de despicat atașată la motorul unei motosăpătoare cu moto de 4 CP

Imagine din timpul testelor Chiar dacă sunt dubii, merită încercată această posibilitate. Celelalte recomandări sunt demne de urmat. Concluzia care se poate desprinde din materialul de mai sus este că totul este important, dar mai importantă este GEOMETRIA CONULUI. Ce conuri sunt recomandate ? Conul cu filet cu două începuturi este fabricat în 4 dimensiuni diferite :


24

Conuri cu diametre de 60-80-110-200 mm

Conul D = 110mm

Poate fi folosit atât pentru lemn la metru cât și la despicat butuci Pasul filetului variabil -8mm


25

Material CrMo4 Diametrul racord - 40mm Adâncimea alezajului – 70 mm Conul D = 80 mm

Conul D= 60 mm

Detalii ale filetelor


26

Model de vârf realizat prin prelucrare cu disc(piatră) abraziv

Alte profile ale filetului


27

Con de construcție rusească

Universitatea tehnică din Zvolen, Slovacia, prin inginerii Marian Minarik și Julia Hricova, au realizat studii și teste în urma cărora au editat un material denumit Log Splitter Design and Construction în care rezultatele au fost făcute publice. Au testat trei modele de conuri pentru despicare (vezi imaginea de mai jos) folosind un aparat de testare numit Testometric M 500 -100 CT cu forța maximă de operare de 100 kN(vezi imaginea de mai jos).

Conurile au avut următoarele unghiuri:40⁰, 60⁰, 80⁰.


28

Viteza de lucru a fost de 10 mm /min.

S-a folosit un o bucată de lemn ca cea din imaginea de mai sus pentru a fi spartă, poziționându-se vârfurile conurilor la 50 mm de capăt(1/3 din lungimea materialului). Mașina a fost racordată la un soft care a pus rezultatele pe un grafic ca cel de mai jos:

0 S-au măsurat forța de apăsare pentru spargere, în N, pusă în grafic pe ordonată, și traiectoria conului în mm, pusă în grafic pe abscisă. Forțele determinate de pătrunderea conului sunt date în imaginea de mai jos:


29

În urma măsurătorilor s-a tras concluzia că valorile convenabile s-au obținut cu conul cu unghi de 60⁰(curba de jos) cu care s-a obținut cea mai mică forță de apăsare pentru spargere. Consumul de putere a fost de numai 11% din puterea de 1500 W a motorului mașinii de testare, adică 165 W.

1-eșantionul de lemn;2- conul;3- motorul electric; 4- cadru

Rezultatele au recomandat realizarea unui con ca cel din desenul de mai jos:


30

Șurub cu dublu con


31

Mașina de prelucrat conul

Oțelul necesar pentru realizarea conului trebuie să fie un oțel de calitate și călibil: OLC 50;16MnCr5;41MoC11. Modele de mașini cu con de despicat lemn


32

Mașini de despicat lemn cu motor termic

Mașină de despicat lemn cu motor electric


33

Mașină de despicat lemn cu motor termic și transmisie cu lanț

Mașină pentru antrenare de la priza tractorului

Exemplele ar putea continua.


34

Mașina hidraulică pentru despicat lemn Tipurile de mașini hidraulice pentru despicat lemn sunt de construcții foarte diverse. Din punct de vedere constructiv și funcțional nu creează probleme în proiectarea și realizarea lor. Principiul de funcționare este foarte simplu. Inconvenientul acestor mașini este prețul ridicat al componentelor hidraulice și al materialelor masive care trebuie folosite la realizarea șasiului mașinilor. Principiul de funcționare constă în folosirea presiunii hidraulice creată de o pompă antrenată de la arborele unui motor termic sau electric cu o anumită turație. Pompa aspiră ulei dintr-o baie și o trimite prin intermediul unui distribuitor într-un cilindru cu piston. Acesta, sub acțiunea presiunii uleiului își deplasează liniar pistonul cu tijă spre o piesă fixă și ascuțită aflată la capătul cursei. În spațiul dintre începutul cursei și sfârșitul acesteia se așează un butuc de lemn. La împingerea lui în piesa fixă, ascuțită se realizează despicarea. Vezi imaginile de mai jos și explicarea lor:

- Engine –motor - Pump – pompa hidraulică - Suction hose-conductă de aspirație - Breather cap – gura de aerisire - Log catcher – suportul butucului de lemn - Log cradle - cadru de așezare pentru butuc - Wedge – pană - Stripper plate(2) – placă – două bucăți - Detent valve – robinet de comandă (distribuitor hidraulic) - Hydraulic cylinder – cilindru hidraulic


35

- Suportul cilindrului hidraulic

- Tank –rezervor pentru ulei - Supapa de aerisire - Strainer – filtru interior - Engine – motor - Mounting brachet- carcasă de cuplare - Hidraulic pump –pompa hidraulică - Pressure gauge- manometru de presiune - Relief valve-supapă de retur - Valve assembly-robinet de comandă cu 4 căi și 3 poziții, asamblat - Filter –filtru de ulei - Hidraulic cylinder double acting – cilindru hidraulic cu dublă acțiune


36

Cuplarea pompei hidraulice la motor

Pompă cuplată la motor

În țările europene avansate din punct de vedere tehnologic componentele hidraulice pentru acest tip de mașini se oferă la set tehnologic conform imaginii de mai jos:


37

Set tehnologic pentru mașină de despicat lemn este compus din pompă hidraulică, casetă cuplare și cuplaj elastic pentru cuplare cu motorul, robinet de comandă cu pârghie, cilindru hidraulic. Separat se achiziționează reperele hidraulici cum sunt furtunurile și filtrul.

Filtrul hidraulic

Motorul se va alege numai după ce se face calculul puterii necesare în funcție de caracteristicile hidraulice și mecanice ale pompei și cilindrului hidraulic. Informații generale despre componentele hidraulice ale mașinilor hidraulice pentru despicat lemn

Pompele hidraulice cu roți dințate Informații generale Pompele cu roți dințate, prin simplitatea construcției lor și siguranței în exploatare, reprezintă cea mai folosită soluție pentru producerea energiei hidraulice. Construcția pompei Pompele cu roți dințate se compun în principal dintr-o pereche de roți dințate (1) și (2) care se rotesc într-o carcasă (3), susținute de patru bucșe lagăr(4). În capacul (5)pot fi înglobate organe de reglare ca supape sau regulatoare de debit. Flanșa (6) poate avea o astfel de construcție încât să conțină un lagăr radial – axial Pentru antrenarea pompei prin roți dințate sau prin curele. Asamblarea se face prin intermediul șuruburilor (7). Etanșarea pompei se realizează cu inele de etanșare (8) și manșeta de rotație (9).


38

Secțiune printr-o pompă hidraulică cu roți dințate

Montajul și antrenarea pompei Pentru determinarea sensului de antrenare a pompei, aceasta se privește dinspre arborele de antrenare și este marcat pe eticheta pompei printr-o săgeată. La pompele de construcție normală, nici un efort radial sau axial nu trebuie să se exercite asupra arborelui de antrenare. Este de preferat ca antrenarea să se facă prin cuplaje cu cruce care să compenseze excentricitățile și abaterile de la paralelismul dintre arbori. La antrenarea prin manșoane canelate, manșonul trebuie să-și păstreze mobilitatea axială. Distanța dintre capetele arborilor va fi de 2-3 mm și se va asigura ungerea cuplajului. Pentru antrenarea prin roți dințate sau prin curele este obligatorie folosirea lagărelor suplimentare, exterioare, atașate sau înglobate în flanșa pompei. Mediul hidraulic Se vor folosi uleiuri minerale de înaltă presiune aditivate conform STAS 9691-90 Conductele de legătură Conductele trebuie să fie cât mai scurte, fără strangulări sau coturi, mai ales la aspirație. Filtrarea uleiului Trebuie asigurată curățirea inițială a circuitului și limitarea gradului de impurificare a uleiului printr-un sistem filtrare eficace și bine întreținut, în caz contrar durata de viață a pompei se va reduce semnificativ. Pe conducta de aspirație este necesar un filtru cu plasă de sârmă cu dimensiunea ochiurilor de 0, 1 mm. Pe conducta de retur la rezervor este necesar un filtru de max. 25 microni. Pentru calcului caracteristicilor unei pompe cu roți dințate se definesc următoarele mărimi:

Vg(cm³/rot) – volumul geometric al pompei n (rot/min) – turația arborelui de antrenare


39

Q(l/min) – debitul p(bar)- presiunea de lucru M(Nm) – cuplul de antrenare N(kw)- puterea mecanică la arborele pompei ɳᵥ(%) –randament volumetric ɳm(%) – randament mecanic ɳt(%) – randament total

Intre acești parametrii există următoarele relații: Q=Vg∙n/10⁵∙ɳᵥ ; Vg=10⁵∙Q/n.ɳv; n = 10⁵∙Q / Vgɳᵥ; N=Q∙p /6ɳt =10‾³Vg∙n∙p / 6ɳm ; M=1, 59 Vg∙p / ɳm ; Valorile medii ale randamentelor : ɳv = 93% ɳm=90% ɳt=83, 7%

Cilindrii hidraulici Cilindrii hidraulici sunt motoare hidraulice liniare prin intermediul cărora energia hidrostatică a fluidului este transformată în energie mecanică. Ei recepționează energia hidrostatică produsă de o pompă volumică (presiune x debit) o transformă în energie mecanică de translație (forță x viteză) pe care o transmit mecanismelor acționate. Construcție Cilindrii hidraulici cu dublu efect se compun în principal din :

1.corp piston 2.piston 3.tijă 4.capac interior 5.capac superior 6.;7.orificii intrare –ieșire 8.prindere cilindru 9.prindere tijă


40

Montaj și racordarea la instalația hidraulică Montarea cilindrului pe utilaj trebuie să se facă respectând strict dimensiunile de gabarit și cotele de legătură în varianta de prindere adoptată, indicată pentyru fiecare cilindru în parte. Un montaj corect asigură obținerea unui randament optim și evitarea accidentelor. Orice modificări sau adaptări ale sistemului de prindere sunt interzise și nu se pot face decât cu acordul producătorului. Racordarea la instalația hidraulică se recomandă a se face cu tuburi flexibile (furtunuri)având diametrul nominal mai mare decât orificiul de intrare –ieșire al cilindrului. Calitatea tuburilor flexibile trebuie aleasă în funcție de presiunea maximă de lucru. Mediul hidraulic Se recomandă folosirea uleiurilor hidraulice cu aditivi, conform STAS 9691-90. Filtrarea Trebuie asigurată curățirea inițială a circuitului și limitarea gradului de impurificare printr-un sistem de filtrare eficace și bine întreținut. Pe conducta de retur la rezervor este necesar un filtru de max. 25 microni. Curbe caracteristice Pentru determinarea parametrilor de funcționare ai unui cilindru hidraulic se definesc următoarele mărimi:

F ( daN) – forța de ridicare v (m/s) – viteza de deplasare a pistonului Q (l/min) – debitul pompei hidraulice p(bar) – presiunea de lucru N(kw) – puterea necesară pentru dezvoltarea forței F A(cm²) – suprafața de lucru pe care acționează presiunea p ɳm (%)– randamentul mecanic al cilindrului ɳm =0, 85….0, 92


41

Între aceste mărimi există următoarele relații: 𝐹𝐹 = 𝑝𝑝 ∙ 𝐴𝐴

A = πD²−d²4

D – diametrul pistonului ; d - diametrul tijei pistonului

𝑣𝑣 =𝑄𝑄

6𝐴𝐴

𝑁𝑁 =𝑝𝑝𝑄𝑄

612ɳ𝑚𝑚

Timpul necesar pentru parcurgerea cursei “ s”

𝑡𝑡 =𝑠𝑠𝑣𝑣

sau 𝑡𝑡 = 𝜋𝜋(𝐷𝐷2−𝑑𝑑2)4

∙ 𝑠𝑠𝑄𝑄ɳᵥ

1kN=100 daN=100 kg=0,1 tone Cu ajutorul formulelor de mai sus și graficele care urmează, se poate face alegerea caracteristicilor tehnice pentru cilindrul de interes. Pentru mărirea rezistenței la flambaj se recomandă folosirea unei piese de ghidaj ca cea din imaginea de mai jos:


42


43

Modelul se poate alege din catalogul UM PLOPENI SA-ROMANIA, catalog din care au fost redate formulele și graficele prezentate. Prezentarea unor modele de cilindrii


44

Modelul AG

Caracteristici tehnice Tipul constructiv – cu dublă acțiune Presiunea de lucru – 175 bar(2538psi) Presiunea de verificare la recepție pentru livrare – 200 bar(2900, 7 psi) Presiunea de deplasare a pistonului fără sarcină – max. 7 bar Cotele funcționale, de legătură și de gabarit se vor alege din tabelele din catalogul UM PLOPENI SA ROMANIA.

Modelul LM

Caracteristici tehnice – aceleași cu cele de la modelul de mai sus Cotele funcționale, de legătură și de gabarit se află în catalogul UM PLOPENI SA- ROMANIA.

Filtre Filtrele nu trebuie să lipsească din circuitul hidraulic al mașinii de despicat lemn.


45

Uleiul hidraulic poate fi contaminat cu agenți mecanici, proveniți din mediul ambiant sau din interiorul componentelor sistemului, fie de agenți chimici, proveniți din degradarea uleiului prin reacții chimice cauzate de apă, aer, căldură sau presiune și care produc acizi și mâl. Degradarea uleiului limitează durata de viață a instalației hidraulice, conform datelor din tabelul de mai jos: Condiții de exploatare Durata de viață a uleiurilor hidraulice (ore)

De slabă calitate De bună calitate De înaltă calitate Foarte bune 2 000 - 3 000 10 000- 16 000 Peste 20 000 Bune 1 500 - 2 500 8 000 –10 000 12 000 – 16 000 Satisfăcătoare 1 000 – 2 000 2 000 – 4 000 8 000 – 12 000 Foarte grele incompatibile 500 - 2 000 2 000 – 4 000

Secțiuni prin diferite filtre

Parametrii caracteristici a) Parametrii principali

φ (μm)- finețea de filtrare :dimensiunea maximă a particulelor de contaminant care sânt lăsate să treacă prin filtru, în procent mai mare de 90 – 95 % din totalul particulelor de dimensiune ≤ φ; Q (cm³/sec) – debitul nominal, la căderea de presiune nominală prin filtru și la îmbâcsire nulă; P max. (bar) – presiunea maximă la care rezistă filtrul ; Dn (mm)– deschiderea nominală a racordurilor de intrare – ieșire ; Sf (cm²)– suprafața de filtrare a elementului filtrant; Gf(%) – gradul de filtrare a elementului filtrant;

Determinarea tipodimensiunii necesare Alegerea fineței de filtrare necesare și a soluției de instalare trebuie să fie făcută în funcție de structura concretă a componentelor din instalație.


46

Pentru sisteme industriale, de medie și înaltă presiune, mașini de construcții, mașini de transport și similare, finețea de filtrare recomandată este de 20-40 microni. Pentru alegerea filtrului este necesară consultarea unui catalog specializat, recomandabil al unei firme producătoare de filtre.

Aparatura hidraulică de distribuție și reglare Înainte de a ajunge în cilindrul hidraulic, uleiul aflat sub presiunea creată de pompă trece prin distribuitorul hidraulic(vezi schema hidraulică de la pagina 31). Aici , la comandă este trimis pe un sens sau altul către cilindru. Distribuitorul este un aparat care repartizează debitul de lichid pe circuite în conformitate cu ciclul de lucru al motorului hidraulic liniar (cilindru). Distribuitorul este de tip sertar cu 4 căi, cu comandă manuală cu 3 poziții. Pentru un cilindru se montează un singur distribuitor. Dacă se utilizează încă un cilindru hidraulic pentru acționarea unui mecanism de ridicare a butuc, se mai montează un distribuitor, formându-se astfel o baterie. De regulă distribuitorul hidraulic are încorporată o supapă de suprapresiune care are rolul de a proteja circuitul hidraulic la valori mai mari ale presiunii decât cele nominale. Parametrii caracteristici

p ( bar) – presiunea nominală de lucru Dn –(mm) – deschiderea nominală, mărime convențională care definește secțiunea nominală de curgere prin aparat. Q max(cm³/sec) – debitul maxim ce poate traversa aparatul.

Acești parametrii se găsesc înscriși, de regulă, pe eticheta aparatului. Calculul puterii motorului Pentru determinarea puterii motorului necesar antrenării pompei hidraulice se poate folosi formula de mai jos : Puterea maximă a motorului (CP)=presiunea (bar) x debitul pompei hidraulice (l/min) /440ɳ ɳ = 0, 7 –randamentul pompei hidraulice pentru pompa de ulei hidraulic Atunci când trebuie să alegem puterea unui motor, este bine să ținem seama de zicala românească :Mai bine să rămână decât să nu se ajungă. Alegerea motorului termic de acționare a mașinii de despicat Modelul de motor care se va folosi la echiparea oricărui model de mașină de despicat lemn se alege după analizarea următorilor factori: - Dimensiunile mașinii și ale motorului; - Greutatea motorului; - Caracteristicile de bază ale motorului:puterea determinată prin calcul, cuplul și turația acestuia; - Varianta constructivă a motorului; - Condițiile de mediu în care va lucra mașina; - Prețul de achiziție și influența asupra costului de producere a mașinii; - Felul de utilizare a mașinii : casnic sau profesional;


47

Se va evita alegerea unui motor supradimensionat ca putere deoarece, deși dispune de rezervă de putere ce asigură durata de viață îndelungată, acesta poate să creeze vibrații în timpul funcționării, alte deranjamente mecanice și în mod cert costuri mai mari de exploatare din cauza consumului mărit de combustibil; Un motor subdimensionat ca putere nu va asigura puterea necesară funcționării în parametrii proiectați, chiar dacă va avea avantajul dimensiunii, greutății și costurilor de exploatare reduse. De asemenea durata de viață a motorului se va reduce. Pentru un utilizator casnic se poate recomanda un motor cu durată de viață de 10 ani cu 25-50 ore de funcționare pe an, deci cu un total de 500 de ore de funcționare. Un consumator casnic de lemne, nu va folosi despicătorul pe o durată mai mare de 50 de ore /an pentru a despica 9 mc de lemn, cât este consumul pentru gospodăria sa pentru un an. Utilizatorul profesionist se va orienta către un motor profesional care nu are restricții asupra numărului de ore de utilizare într-un an. Este necesară informarea atentă la achiziționarea motorului. Cereți să vi se explice din ce gamă face parte motorul dorit :hobby sau profesional. Recomandări privitoare la instalarea motorului pe mașină Din motive de siguranță în exploatare atât pentru motor cât și pentru mașină, se recomandă efectuarea de verificări privind starea motorului cum sunt : - Funcționarea componentelor motorului :robinet de benzină, clapetă de accelerație, clapeta de șoc, buton de pornire – oprire, starter manual sau electric; - Starea fizică generală a motorului :urme de deteriorare exterioară, urme de scurgeri de lichide (benzină, ulei), nivelele uleiului, benzinei sau a lichidului de răcire (după caz); La montarea motorului pe mașină se vor avea în vedere : 1- Cuplarea corectă a motorului cu echipamentul care urmează a fi acționat, prin păstrarea coaxialității arborelui motorului cu arborele de mecanismului antrenat(pompă hidraulică); 2- Aspectul întreținerii motorului :accesul lejer la elementele componente ale motorului care au nevoie de intervenții periodice :filtru de aer, bujie, filtru de ulei, carburator, rezervor de carburant, bușoane, etc,. 3- Asigurarea unui spațiu corespunzător între motor și celelalte componente ale mașinii; 4- Existența și poziționarea elementelor de protecție față de componentele rotative ale mașinii și față de componentele fierbinți ale motorului (toba de eșapament); 5- Poziția sistemului de eșapare a gazelor, astfel ca operatorul să nu inhaleze gazele în timpul manevrării comenzilor mașinii; 6- Poziționarea motorului astfel ca să se asigure accesul aerului în sistemul de răcire al motorului ; Motorul se va monta în poziție orizontală pe un cadru rigid al mașinii și nu va fi expus la loviri atât la transport cât și în timpul lucrului. Alte elemente cum sunt : baterie, cablaje electrice, siguranțe, filtre, etc, vor fi bine protejate la lovituri sau acroșaje la transport sau în lucru. Nu se va lucra cu scurgeri de carburant sau lubrifiant. După montare se va face o testare de funcționare a echipamentului. Cu această ocazie se vor observa felul mersului motorului în gol și în sarcină, zgomote anormale, trepidații sau șocuri.


48

Vor fi monitorizate și mecanismele de antrenare a echipamentelor de lucru : transmisii cu curele, angrenaje, cuplaje, etc. La funcționarea în sarcină se va da mare atenție la modul de funcționare a regulatorului de sarcină la sarcini variabile. După teste se vor reface strângerile șuruburilor de montaj al componentelor aflate pe mașină. La nevoie se vor reface reglajele necesare :aliniere curele, coaxialitate, orizontalitate, etc. Imagini ale unor mașini de despicat lemn cu acționare hidraulică

Mașină de despicat orizontal Mașină de despicat vertical

Mașină hidraulică de despicat cu cuțit mobil cu dublu efect

Forța de împingere – 16 tone Pompa hidraulică – 10,2 l/min la presiune înaltă

42 l/min la presiune joasă Ciclul de lucru – 4-6 secunde Motor Honda GC 160 Diametrul butucului de lemn – 45-50 cm Avantajul despicării cu dublu efect –productivitatea dublă față de varianta despicării la o singură cursă.


49

Forța de despicare -25 tone Motor Honda GX 340-11 CP Pompa hidraulică – 56, 7 l/min Ciclul de lucru – 10 sec

Forța de despicare – 15 tone Puterea motorului – 6, 5 CP Modelul motorului – Subaru


50

Penele pentru despicat Penele pentru despicat sunt dispozitive cu muchii ascuțite montate la capătul cursei pistonului sau cremalierei care taie butucul de lemn de-a lungul fibrei realizând astfel despicarea. Există și variante de pană montată la capătul tijei pistonului. Această pană mobilă realizează despicarea butucului la ambele curse ale pistonului. Cilindrul hidraulic este montat sub nivelul mesei pe care se pune butucul de lemn. La ambele capete ale cursei se află plăci – tampon care sprijină butucul de lemn.

Despicător cu pană mobilă

Tipuri de pene multiple

Avantajul penei mobile – elimină cursa moartă crescând productivitatea. Avantajul penelor multiple – crește productivitatea.


51

Dezavantajul penelor multiple – solicită putere mare. La mașinile de despicat cu șurub conic, pana se montează sub șurub (ca în imaginea de mai jos). Rolurile ei sunt de a ajuta la despicarea lemnului, de a anula răsucirea lui și de a împiedica deteriorarea conului dacă accidental bucată de lemn pătrunde sub con.

Se montează la 1/3 de vârful conului


52

Transmisiile mașinilor pentru despicat lemn Generalități După cum am putut vedea pe internet, mașinile de despicat lemn sunt realizate cu mai multe tipuri de transmisie: - Transmisii prin curele trapezoidale - Transmisii prin cuplaj elastic - Transmisii prin cuplaje centrifugale (ambreiaje centrifugale) - Transmisii cu lanț - Transmisii cu angrenaje deschise - Transmisii cu reductoare și mecanisme bielă – manivelă Mașinile de despicat fabricate sunt echipate cu transmisii prin cuplaje elastice, la despicătoarele hidraulice, și cu transmisii prin curele trapezoidale la despicătoarele cu șurub conic sau la despicătoarele cu volante și cremalieră. Despicătoarele echipate cu transmisii cu lanț sau cu transmisii prin roți dințate (reductoare), sunt executate de către persoane fizice cu mijloace proprii aflate la îndemână. Acestea sunt numite construcții artizanale. Oricare din transmisiile enumerate mai sus consumă o parte din puterea motorului care le antrenează. Raportul dintre valoarea puterii care iese din transmisie și valoarea puterii care intră în acea transmisie, se numește randament. Valorile randamentelor unor transmisii : - Transmisia cu curele trapezoidale : ɳ=0, 95; - Transmisia prin cuplaj flexibil: ɳ=0, 98; - Transmisia prin cuplaj centrifugal: ɳ=1, 0; - Transmisia prin lanț: ɳ=0, 95-0, 98 - Transmisia prin roți dințate (angrenaj deschis): ɳ=0, 96 - Randamentul unui reductor cu roți cilindrice, în funcție de numărul de trepte: ɳ=0, 95 la reductorul cu 2 trepte ;ɳ=0, 90 la reductorul cu 3 trepte; - Randamentul reductorului melcat ;ɳ=0, 38 – 0, 80; - Randamentul reductoarelor planetare:ɳ=0, 98-pentru reductor cu o treaptă ɳ=0, 96-pentru reductor două trepte ɳ=0, 94-pentru reductor cu trei trepte Prin urmare, la alegerea puterii motorului necesar acționării unei mașini de despicat lemn, se va ține seama de valorile randamentelor transmisiilor. Dacă mașina este constituită cu mai multe feluri de transmisii, se va calcula randamentul total al transmisiei înmulțind valorile transmisiilor care formează grupul de transmisii(vezi imaginea de mai jos). După efectuarea calculelor pentru alegerea motorului, se va majora valoarea obținută cu 15%.Aceasta este rezerva de putere care protejează motorul la lucrul în sarcină maximă timp îndelungat. Exploatarea unui motor la sarcină maximă pe durată mare, va scurta considerabil durata de viață a motorului.


53

În imaginea de mai jos se poate vedea un lanț cinematic alcătuit din mai multe transmisii mecanice acționate de un motor electric: transmisie cu curele trapezoidale, transmisie cu roți dințate (angrenaj deschis), un reductor cu roți dințate din care iese un arbore pe care s-a montat șurubul conic. Cel ce a optat pentru această soluție tehnică a urmărit să obțină la arborele șurubului conic o turație mică și un cuplu mărit. Dacă are un șurub cu diametru mare cu care să despice lemn gros, atunci are nevoie de o putere mărită. Pentru conul de 80 mm este nevoie de o putere de 3 kw. Pentru un con de 110 mm este necesară o putere de 4-5 kw. Poate să aleagă o putere fără să țină seama de randamentele transmisiilor implicate? Randamentul total al transmisiei mașinii este: ɳtotal = ɳtr.curea * ɳangrenaj * ɳreductor După înmulțirea valorilor se va obține un randament total de 0, 87. Deci transmisiile acestei mașini consumă 13% din puterea motorului. Este preferabil să se folosească un șurub cu diametrul de 80 mm și nu unul de 110 mm pentru un motor de 4-5 kw. Pentru șurubul cu diametrul de 80 mm va rămâne cu o rezervă de putere care nu va solicita motorul la sarcină maximă continuă, deci nu se va supraîncălzi.

Un randament bun al unei mașini de despicat lemn este asigurat și de un randament bun al transmisiei. Atunci când transmisia în totalitatea ei consumă putere multă, obligă alegerea unui motor mare ceea ce conduce la costuri mai mari de exploatare. Se pot observa la mașinile de despicat lemn proiectate și realizate de firme specializate, soluții de transmisii care să asigure parametrii necesari fără patinări și fără solicitări de puteri mari ale motoarelor.


54

Construcțiile artizanale, uneori hilare în ceea ce privește soluțiile constructive, nu țin seama de acest aspect, și întrebuințează motoare supradimensionate. Acești constructori realizează mașinile pentru uzul personal cu componente pe care le au la îndemână. Ei urmăresc doar scopul final, despicarea lemnului, fără să ia în calcul costurile. Cele mai multe realizări artizanale se găsesc în țările din zona rusă. În țările cu tehnologii avansate, se caută soluții tehnice care să asigure eficiență maximă cu costuri minime atât la fabricație cât și în exploatare. Exemplu : Un motor electric de 1, 5 KW este mai ieftin decât un motor de 2, 2 KW, iar consumul este cu 22% mai redus, pentru aceleași performanțe ale mașinii. Același raționament se folosește și pentru alegerea motoarele termice. Calitatea dispozitivelor de despicat, șuruburi conice și pene de despicat, crește randamentul mașinii. Se constată un interes major pentru geometria șurubului conic, astfel ca acesta să fie realizat pentru un consum redus de putere. Vârful conului constituie un element cheie. Pătrunderea în lemn a conului și începutul despicării, asigură un timp optim de despicare cu consum redus de putere. De asemenea, calitatea penelor (gradul de tăiere a muchiilor, configurarea geometrică a penelor multiple, pot reduce semnificativ nevoia de putere pentru despicarea lemnului. Pentru a se realiza transmisii eficiente sunt necesare cunoștințe tehnice minime care să ajute la proiectarea și construirea transmisiei. Transmisiile sunt formate din arbori, cuplaje, lagăre, roți pentru curele sau roți dințate pentru transmisii cu lanț, roți dințate pentru angrenaje deschise și reductoare.


55

Arborii Generalități Extras din Îndrumător pentru ateliere mecanice, autor G. S. Georgescu - Editura tehnică – București – 1978. Arborii transmit mișcarea de la arborele motor la arborele mașinii de lucru. În general, arborii mașinilor din care fac parte sunt solicitați la răsucire și încovoiere. Solicitarea dominantă este solicitarea la răsucire. Arborii de transmisie se execută, de obicei, din oțel carbon obișnuit OL 37, OL42, OL 50 (STAS 500-68) și, uneori, din oțel aliat. Pentru arborii cu diametre până la 140 mm, se folosește material laminat; pentru arborii cu diametre de 140-200 mm, se folosește material laminat sau forjat; pentru arborii mai mari de 200 mm, se folosește numai material forjat. Pentru ușurința montajului și a transportului, lungimea arborilor este în mod obișnuit de : - 5 m, pentru arborii de transmisie cu diametrul până la 45 mm; - 6 m, pentru arborii de transmisie cu diametrul până la 55 mm; - 7 m, pentru arborii de transmisie cu diametrul peste 55 mm; Săgeata maxim admisă este de 0, 3 mm pentru 1 m lungime. Diametrele arborilor de transmisie variază astfel: - din 5 în 5 mm pentru arborii cu diametre de la 25 la 60 mm; - din 10 în 10 mm pentru arborii cu diametre de la 60 la 140 mm; - din 15 în 15 mm pentru arbori cu diametre de la 140 la 500 mm; Formule de calcul pentru diametrul arborilor Pentru arborii din oțel carbon:

𝑑𝑑 = 12�𝑃𝑃/𝑛𝑛3 ; Pentru arborii din oțel aliat:

𝑑𝑑 = 9, 6�𝑃𝑃/𝑛𝑛3 Unde :d- diametrul arborelui – în cm P- puterea de transmis – în CP n – turația arborelui - în rot. /min


56

Ambreiajul (cuplajul) centrifugal Ambreiajul centrifugal se montează pe mașinile pentru despicat lemn în construcție pinion cu volante și cremalieră, acționate cu motoare termice.

Motivele pentru care se folosește acest fel de cuplare sunt : - cuplarea lină a motorului după ce se realizează încălzirea acestuia; - scoaterea ușoară din repaus a volantelor ; - la oprire se poate evita antrenarea inerțială a arborelui motorului, fapt ce evită fenomenul de înecare a motorului; Ambreiajul centrifugal are un randament foarte bun, fiind practic, la cuplarea definitivă, ca și o cuplare rigidă, fără alunecări sau patinări. Cuplarea ambreiajului se realizează sub acțiunea forței centrifuge care împinge saboții spre exterior, învingând forța arcurilor care îi rețineau în poziția de repaus. Pe măsură ce turația se reduce, forța centrifugală scade în valoare, iar arcurile aflate în tensiune vor readuce treptat saboții în poziția inițială. Aceste ambreiaje se produc în funcție de cuplul și turația pe care trebuie să le transmită și pot să realizeze legătura între motor și mașina condusă printr-o transmisie cu curele trapezoidale.


57

Transmisiile cu curele trapezoidale Transmisiile prin curele trapezoidale au următoarele componente : - roata conducătoare și roata condusă; - curele trapezoidale; - dispozitivul de întindere al curelelor - arborii și lagărele; Roțile de curea sau fuliile se montează pe arborele motorului respectiv pe arborele mașinii ce trebuie să primească mișcarea de la motor. Roata de curea de pe arborele motorului se numește roată conducătoare, iar roata de curea de pe arborele mașinii se numește roată condusă. Cureaua trapezoidală se înfășoară peste roți prin canalele acestora. Canalele au secțiunea trapezoidală ca și cureaua. Efectul de împănare care se produce la trecerea curelei prin canale, determină transmiterea mișcării de la o roată la alta. Viteza maximă a curelei trapezoidale nu poate să depășească valoarea de 20 m/s.

Randamentul transmisiilor prin curele trapezoidale variază între 0, 88 și 0, 96 în funcție de mărimea unghiului de înfășurare Ϫ al curelei pe roata conducătoare (vezi figura de mai sus). Dp1- diametrul primitiv al roții conducătoare; Dp2- diametrul primitiv al roții conduse; n1 – turația roții conducătoare; n 2 –turația roții conduse; A – distanța dintre axe; Ϫ- unghiul de înfășurare al curelei pe roata conducătoare; Domeniul temperaturii ambiante, în care transmisiile prin curele trapezoidale pot lucra în bune condițiuni, este între – 30 ⁰C și + 60⁰C. Avantajele transmisiilor prin curele trapezoidale: - funcționează bine în orice poziție; - realizează rapoarte mari de transmitere(în mod obișnuit 7:1și mai rar 10:1); - distanță mică între axe; - alunecări neglijabile;


58

- la suprasarcini apare patinarea; Dezavantajele transmisiilor prin curele trapezoidale: - gabarit mare; - raportul de transmitere nu este riguros constant; - durabilitate relativ mică a curelei; - pretensionarea(întinderea curelei) încarcă arborii și lagărele; - necesită sistem de întindere a curelei; Pentru calculul transmisiilor cu curele trapezoidale se ține seama de următoarele date : - puterea de transmis dată în CP sau KW; - numărul de rotații ale arborelui conducător (rot/min); - numărul de rotații ale arborelui condus(rot/min); - condiții obligatorii de montaj : distanța dintre axe, poziția transmisiei; - temperatura ambiantă; Calculul și proiectarea transmisiilor prin curele trapezoidale sunt date în STAS 1163-71. a. Determinarea raportului de transmitere Raportul de transmitere “ i “, este raportul dintre turația dintre roata conducătoare și turația roții conduse, sau raportul dintre diametrul roții conduse și diametrul roții conducătoare.

𝑖𝑖 = 𝑛𝑛₁ 𝑛𝑛₂

= 𝐷𝐷𝐷𝐷₂𝐷𝐷𝐷𝐷₁

Forma canalelor pentru roților (fuliilor) pentru transmisia cu curele trapezoidale - n1 - turația roții conducătoare ( rot/min); - n2 – turația roții conduse(rot/min); - Dp1 – diametrul primitiv al roții conducătoare ( mm); - Dp2 – diametrul primitiv al roții conduse( mm); - b. Viteza periferică a curelei Viteza periferică a curelei este dată de formula:

V = π∙Dp₁∙n₁ / 60 x 1000 (m/s) Dp₁ - se introduce în mm

c. Distanța minimă și maximă admisibilă între axe A min =0, 55(Dp₁+Dp₂) + h (mm)


59

h – are valori în funcție de tipul și secțiunea curelei conform STAS 1164 – 71 (vezi tabelul de mai jos) A max =2(Dp₁+Dp₂) (mm)

Tipul curelei Dimensiunile

aproximative ale secțiunii (a x h)

𝒍𝒍p h b max

α

Y 6 x 4 5, 3 4±0, 2 1, 3 40⁰±1

Z 10 x 6 8, 5 6±0, 2 2 A 13 x 8 11 8±0, 3 2, 3 B 17 x 11 14 11±0, 5 3, 5 C 22 x 14 19 14±0, 5 4, 8 D 32 x 19 27 19±0, 6 6, 4 E 38 x 25 32 25±0, 7 8, 3

d. Stabilirea diametrului minim al fuliei Diametrul primitiv al roții mici este reglementat prin același STAS și depinde de puterea transmisă și turația arborelui pe care se montează roata mică. Pentru motoarele cu puteri sub 5 CP, diametrul roții mici va de minim 80 mm și se vor folosi curele de tip A. e. Determinarea lungimii primitive a curelei Formula cu care se determină :

Lp =2Ap+W+C/Ap , unde : W=π/2(Dp1+Dp2) C=0, 25(Dp2- Dp1)² Ap – distanța preliminară dintre axe Ap=mDp2, unde valorile lui m sunt :

Raport de transmitere

1 2 3 4 5 6 și mai mult


60

Coeficientul m

1, 5 1, 2 1 0, 95 0, 90 0, 85

Se mai folosește și relația : Lcurelei =2A+π/2(Dp1+dp2)+(Dp1-dp2)²/ 4A f. Numărul de curele necesare transmiterii puterii Se poate determina cu ajutorul formulei:

𝑧𝑧 =𝑃𝑃

𝑃𝑃₀𝐾𝐾₁𝐾𝐾₂

P₀- puterea pe care o poate transmite o curea. Valorile ei ca și ai celorlalți indici, K₁și K₂, sunt date în STAS 1163- 70. g. Forța exercitată de tensiunea curelei Se calculează pornind de la momentul de torsiune :

𝑀𝑀 = 71620𝑃𝑃𝑛𝑛₁

(kgfcm),

în care P este puterea de transmis dată în CP, iar n₁ este turația arborelui conducător. Cunoscând diametrul roții conducătoare de curea Dp₁, se va putea calcula forța exercitată de tensiunea curelei :

𝐹𝐹 =2𝑀𝑀𝐷𝐷𝑝𝑝₁

(𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘)

Dp₁ se va trece în cm. Întinderea prea puternică sau prea slabă a curelei poate duce la deteriorarea curelei, scăzându-i astfel durabilitatea dar și la scăderea randamentului transmisiei. O forță de întindere prea mare, aduce frecări puternice în transmisie, iar o forță prea slabă de întindere aduce patinări. O reglare corectă a acestei forțe se poate verifica prin apăsarea cu degetul a ramurii superioare a curelei cu o forță de 0, 8-12 kg(în funcție de tipul curelei).

Tipul curelei

Diametrul fuliei mici (mm)

Reglare pt. curea rodată(minim)

Reglarea curelei noi

Forţa aplicată pt. săgeata calculată (kg)

Sarcina axială (kg)

Forţa aplicată pt. săgeata calculată

Sarcina axială (kg) A

67 – 80 81 – 90 91 – 105 106 -

0.8 0.9 1.1 1.2

23 26 31 35

1.2 1.4 1.7 1.8

34 39 46 53

B

118 – 135 136 – 160 161 -

1.4 1.8 1.9

45 54 58

2.1 2.7 2.9

68 81 86

C

180 – 205 206 – 255

2.8 3.3 3.9

84 102 119

4.2 5.0 5.9

126 153 178

D

300 – 330 331 – 390

5.7 6.8 7.4

171 208 226

8.6 10.2 11.1

256 312 340

E

450 – 550 551 -

10.4 12.4

316 378

15.6 18.6

347 568


61

Săgeata obținută nu trebuie să fie mai mare decât valoarea obținută cu formula : S=0, 016 x A, unde S- săgeata (mm) A – distanța dintre axele arborilor(mm) Sau altfel spus, săgeata rezultată h. Distanța efectivă dintre axele transmisiei Se poate determina cu ajutorul relației :

𝐴𝐴 = 0, 25[(𝐿𝐿𝑝𝑝 −𝑊𝑊) + �(𝐿𝐿𝑝𝑝 −𝑊𝑊)2− 8𝐶𝐶 ] (mm)

Transmisia trebuie în așa fel proiectată încât să poată fi reglată între limitele - 1, 5 și +3% din Lp Aplicațiile transmisiilor cu curele sunt foarte diverse. Valoarea puterii transmise se multiplică în funcție de felul aplicației și de durata de funcționare . Producătorii de motoare, pentru motoarele termice cu un singur cilindru, regimurile de lucru s-au împărțit în mai multe categorii: - Regim de lucru ușor ; - Regim de lucru mediu ; - Regim de lucru dificil; - Regim de lucru foarte dificil; Duratele de funcționare au fost stabilite astfel: - Sub 10 ore / zi ; - Între 10 și 16 ore / zi; - Peste 16 ore / zi; Coeficienții de corecție ai puterii au valori cuprinse între 1, 1 și 1, 5, astfel: Regim de lucru ușor, cu timp de lucru sub 10 ore /zi – 1, 1; Regim mediu de lucru, cu timp de lucru sub 10 ore /zi – 1, 2; Regim dificil de lucru, cu timp de lucru sub 10 ore /zi – 1, 4; Regim foarte dificil de lucru, cu timp de lucru sub 10 ore /zi – 1, 5; Mașinile pentru despicat lemn s-ar putea încadra la un regim de lucru dificil, cu durată de lucru de sub 10 ore /zi. Coeficient de corecție a puterii = 1, 4. Deci dimensionarea unei transmisii cu curele trapezoidale va ține seama de regimul de lucru. Transmisia cu curele trapezoidale se va dimensiona pentru o putere mărită cu 40% față de puterea nominală. Adică, pentru acționarea cu un motor de 6, 5 CP, transmisia se va dimensiona pentru o putere mai mare cu 40%, adică pentru 9 CP. Deoarece mașina de despicat lemn cu volante și cremalieră nu se poate realiza în condițiile unei gospodării obișnuite românești fără ca să se apeleze la ateliere de prelucrări mecanice bine dotate cu mașini de așchiat și de tratamente termice, nu voi prezenta principii de proiectare pentru transmisii cu roți dințate sau cu lanț.


62

Pentru mașina de despicat lemn cu volante și cremalieră ar fi bine ca un întreprinzător curajos să gândească un plan de afaceri și să acționeze. Asta pentru că m-am săturat de atâția afaceriști care știu să facă doar comerț. Avem nevoie de producție industrială în România. Este destul cât importăm din China, Japonia, S.U.A., U.E. și mai știu și eu de pe unde. România este o piață bună, doar pentru alții! Industria constructoare de mașini s-a transformat în spații comerciale pentru capitaliștii de aiurea, iar românul, un client sărac ce trebuie să se îndatoreze dacă vrea să-și cumpere ce-i trebuie. Acesta-i sclavagism modern!


63

Bibliografie 1. Cataloagele UM Plopeni : Pompe și motoare hidraulice cu angrenaje 2. Catalogul UM Plopeni :Cilindrii hidraulici 3. Cataloagele SC Neptun Câmpina: Reductoare și motoreductoare planetare 4. Cataloagele SC Neptun Câmpina :Motoreductoare 5. Cataloagele SC Neptun Câmpina :Reductoare/Motoreductoare melcate 6. Sisteme hidraulice de acționare și reglare automate ;Virgil Marin ;Rudolf Moscovici;Dumitru Teneslav - Editura tehnică- București -1981 7. Îndrumătorul tehnicianului proiectant de mașini și utilaje: Ing. Ioan Bucșa; ing. Nicolae Cristofor – Editura tehnică – București – 1967 8. Îndrumător pentru ateliere mecanice: G.S.Georgescu –Editura tehnică - 1978 9. http//www.Screwlogsplitter.com 10. http//www.Woodsplitter plans.com 11.Articolul :Log splitter design and construction:Universitatea tehnică Zvolen Slovacia- autori – Marian Minarik ; Julia Hricova 12. http//www.D R rapid fire splitter.com 13.http//www.P.F.Enginering Log Splitter. com 14.http//www.Wematik.de 15.http//www.Logsplitteplans. net 16.http//www.Dirtyhandtools.com 17.http//wwwbailayhdraulics.com

Studiu privind mașinile gospodărești pentru despicat lemn · PDF filePompele hidraulice cu...

Documents

Transcript of Studiu privind mașinile gospodărești pentru despicat lemn · PDF filePompele hidraulice cu...