MAŠINE U HORTIKTURI (IV godina – vežbe)

Predmetni nastavnik: dr Anđelko Bajkin, redovni profesorPredmentni asistent: dr Ondrej Ponjičan, docent

1. Merne jedinice

Zakonska merna jedinica je merna jedinica čija je upotreba uređena ili dopuštena državnim propisom (zakonom). Merna jedinica je pojedinačna veličina, usvojena i definisana dogovorom, sa kojom se porede veličine iste vrste da bi se kvantitativno izrazile u odnosu na tu veličinu.

U našoj zemlji upotrebljavaju se merne jedinice ("Službeni list SRJ", br. 80/94):1) Međunarodnog sistema jedinica (u daljem tekstu: jedinice SI),2) merne jedinice van jedinica SI koje su predviđene ovim zakonom (u daljem tekstu: dopuštene merne jedinice van jedinica SI) i3) decimalni prefiksi mernih jedinica.

1.1. Jedinice međunarodnog sistema mernih jedinica (jedinice SI)

1.1.1. Osnovne jedinice SIOvaj sistem definiše sedam osnovnih mernih jedinica (tab. 1.1).

Tab. 1.1. Osnovne jedinice SIFizička veličina Jedinica

Naziv OznakaDužina metar mMasa kilogram kgVreme sekunda sJačina električne struje amper ATermodinamička temperatura kelvin KJačina svetlosti kandela cdKoličina materije mol mol

Sve osnovne jedinice SI definisane su fizičkim procesima osim jedinice za masu (kg), koja je definisana međunarodnim etalonom.Pored osnovnih mernih jedinica postoje i dopunske merne jedinice SI. Dopunske jedinice (tab. 1.2) su izvedene i bezdimenzione.

Tab. 1.2. Dopunske jedinice SIFizička veličina Naziv Oznaka Izraženo u osnovnim SIUgao u ravni radijan rad m/m = 1Prostorni ugao steridijan sr m2/m2 = 1

I ako se te jedinice izražavaju brojem jedan, u mnogim praktičnim slučajevima je pogodno da se upotrebljavaju njihovi posebni nazivi i oznake.

1

Sl. 1.1. Definicija ugla 1 rad

Jedinica ugla u ravni je radijan. Radijan je ugao u ravni između dva poluprečnika kruga koji na njegovom obimu presecaju luk dužine jednake poluprečniku (1 rad = 1 m/m = 1), (ceo krug ima 2π radijana).Jedinica prostornog ugla je steradijan. Steradijan je prostorni ugao s temenom u središtu lopte, koji na površini lopte zahvata površinu jednaku površini kvadrata određenog poluprečnikom te lopte (1 sr = 1 m2/m2 = 1).

1.1.2. Izvedene jedinice SIOd navedenih osnovnih jedinica SI, izvode se izvedene jedinice SI za ostale fizičke veličine. Izvedene jedinice (tab. 1.3), izvode se primenom matematičkih operacija množenja, delenja i stepenovanja. Naziv i oznake izvedenih mernih jedinica obrazuju se od naziva i oznaka osnovnih jedinica SI (kvadratni metar, m2), ili imaju posebne nazive (Njutn, N = kg m/s2).Broj izvedenih jedinica nije ograničen i zato se ovde navode samo neke od najčešće upotrebljavanih u pejzažnoj arhitekturi.

Tab. 1.3. Izvedene jedinice SIJedinica

Naziv Oznaka Preko drugih SI Preko osnovnih SIPovršina kvadratni metar m2

Zapremina kubni metar m3

Brzina metar u sekundi m·s-1

Ubrzanje metra u sekundi na kvadrat

m·s-2

Ugaona brzina radijan u sekundi rad·s-1

Ugaono ubrzanje radijan u sekundi na kvadrat

rad·s-2

Gustina (zapreminska masa)

kilogram po kubnom metru

kg·m-3

Zapreminski protok kubni metar u sekundi

m3·s-1

Maseni protok kilogram u sekundi

kg·s-1

Frekvencija, učestalost

herc Hz s-1

Sila njutn N m·kg·s-2

Pritisak, naprezanje paskal Pa N/m2 kg·s-2 ·m-1

Energija, rad, količina toplote

džul J N·mW·s

m2·kg·s-2

Snaga, fluks zračenja vat W J/s m2·kg·s-3

Električna otpornost om Ω V/A m2·kg·s-3·A-2

Električni potencijal, napon

volt V W/A m2·kg·s-3·A-1

Celzijusova temperatura*

stepen Celzijusa °C K

Svetlosni fluks lumen lm cd·sr cdOsvetljenost luks lx lm/m2 m-2·cd

* osim termodinamičke temperature (oznaka T) izražene u kelvinima, upotreblajva se i Celzijusova temperatura (oznaka t) definisana jednačinom t = T – T0, gde je T0 = 273,15 K po definiciji.

2

1.1.3. Ostale merne jedinice van sistema SITab. 1.4. Ostale merne jedinice van sistema SI (dozvoljene i zabranjene)Fizička veličina Jedinica van SI Vrednost izražena u jedinicama SI

Naziv OznakaPovršina ar a 1 a = 100 m2

hektar ha 1 ha = 10.000 m2

Zapremina litar l, L 1 l = 1 L = 10-3 m3

Ugao u ravni stepen (ugaoni) ° 1 ° = (π/180) radminuta (ugaona) ´ 1 ´ = (π/10.800) radsekunda (ugaona) ´´ 1 ´´ = (π/648.000) rad

Brzina kilometar na čas km/h 1 km/h = 1/3,6 m/sMasa tona t 1 t = 103 kgVreme minuta min 1 min = 60 s

sat ili čas h 1 h = 3.600 sdan d 1 d = 86 400 s

Pritisak normalna atmosfera atm 1 atm = 1,01325·105 Patehnička atmosfera at 1 at = 0,980 665·105 Pa bar bar 1 bar = 105 Pamilimetar živinog stuba

mm Hg 1 mm Hg = 9,806 65·103 Pa

milimetar vodenog stuba

mm H2O 1 mm H2O = 101.325/760 Pa

Energija kalorija cal 1 cal = 4,186 8 JSnaga konjska snaga KS 1 KS = 735,499 W

volt-amper VA 1 VA = 1 Wvar var 1 var = 1 W

Druge nezankonske merne jedinice:- palac, inč (1 in(") = 25,4 ·10-3 m,- stopa (1 ft = 0,304 m),- hvat (fm = 1,8288 m),- kvadratni hvat (Bečki) (1 □ = 3,597 m2),- katastarsko jutro (1 jutro = 5.754,64 m2), (1 jutro = 1.600 □) i- lanac (1 lanac = 7.193,3 m2), (1 lanac = 2.000 □).

1.1.4. Decimalni prefiksi mernih jedinicaDecimalne merne jedinice su decimalni umnošci i decimalni delovi mernih jedinica, a obrazuju se stavljanjem prefiksa, usvojenih na međunarodnom nivou, ispred mernih jedinica (tab. 1.5).

Tab. 1.5. Decimalni prefiksi mernih jedinicaNaziv Oznaka Brojna vrednostgiga G 1.000.000.000 = 109

mega M 1.000.000 = 106

kilo k 1.000 = 103

hekto h 100 = 102

deka da 10 = 101

deci d 0,1 = 10-1

centi c 0,01 = 10-2

mili m 0,001 = 10-3

mikro μ 0,000 001 = 10-6

nano n 0,000 000 000 = 10-9

3

2. Mašinski elementiSvaka mašina, odnosno mašinski uređaj, aparat ili oruđe sastoji se od više mašinskih delova (elemenata). Mašinski deo je takav deo koji se više ne može rastaviti na sitnije delove bez njegovog razaranja. Mašinski elementi koji se najčešće koriste su: vijci, klinovi, opruge, vratila, osovine, zupčanici, lančanici, kaišnici, ležajevi, spojnice i dr.Sklop dva ili više mašinskih delova čini mašinski podsklop (vijak i navrtka; zupčanik, vratilo i klin). Sklop dva ili više mašinska podsklopa čine mašinski sklop (ležaj, spojnica, reduktor). Više sklopova čini mašinsku grupu, a povezivanjem više mašinskih grupa dobija se mašina. Svi mašinski elementi s obzirom na učestalost upotrebe mogu se podeliti na dve grupe:

- opšti mašinski elementi i- posebni mašinski elementi (klipovi, ventili ekscentri).

U nastavku su navedene vrste opštih mašinskih elemenata.

2.1. Elementi za vezuMašinski elementi se vezuju čvrstom, rastavljivom ili elastičnom vezom. Za tu namenu se koriste zakivci, varovi, klinovi, zavrtnji, opruge i sl.Zakovani spojevi (zakivci) se koriste za ostarivanje nerazdvojine veze između mašinskih elemenata. Zakovica se sastoji od glave (2), stabla (1) i završne glave (3), (koja se formira nakon spajanja delova). Zakovice se izrađuju od čelika, aluminijuma, bakra, mesinga i sl.

Sl. 2.1. Zakivci

Za ostvarivanje čvrste veze koriste se varovi (sl. 2.2), koji sve više potiskuju zakivke. Zavarivanje može biti topljenjem (gasno, elektrolučno, zavarivanje u zaštićenoj atmosferi, livačko i sl) i pritiskom (ultrazvučno, gasno, elektrootporno i sl).

Sl. 2.2. Varovi Sl. 2.3. KlinSl. 2.4. Vijak sa navrtkom: 1-telo vijka; 2-navojni deo;

3-glava; 4-navrtka

Navojni spojevi (sl. 2.4) služe za prenos opterećenja i ostvarivanje veze dva dela. Najčešće se koriste navojni spojevi za ostvarivanje čvrste razdvojive veze. Navojni spojevi izrađuju se sa zavrtnjima (vijcima) i navrtkama ili samo sa zavrtnjima dok drugi deo ima ulogu navrtke.

Opruge (sl. 2.5) služe za elastičnu vezu mašinskih elemenata. One ublažavaju udare, akumulišu energiju, služe za merenje sile, za ostvarenje stabilne pritisne sile i sl.

4

a) b) c)Sl. 2.5. Opruge:

a-lisnata opruga; b-torziona opruga (štap); c-spiralna opruga (zavojna)

2.2. Elementi za prenos snage Za prenos snage se koriste frikcioni točkovi, kaišni prenosnici (sl. 2.6), lančani prenosnici (sl. 2.7) i zupčani prenosnici (sl. 2.8).Za prenos snage na većem rastojanju između dva vratila koriste se kaišni prenosnici. Na remenice (kaišnike) postavlja se kaiš (remen). Proklizavanje između remenice i kaiša zavisi od zategnutosti kaiša, obvojnog obuhvatnog ugla (1, sl. 2.6), brzine i sl. Remenice se okreću u istim smerovima, a ukoliko je potrebno promeniti smer obrtanja kaiš se ukršta. Za povećanje zategnutosti kaiša koriste se zatezači. Kaiševi mogu da budu pljosnasti i klinasti.

Sl. 2.6. Kaišni prenosnici:1 i 2-remenice; I-pogonski deo kaiša; II-gonjeni deo kaiša

Sl. 2.7. Lančani prenosnici:1 i 2 lančanici, 3-zatezač

Prelaz između kaišnih prenosnika i lančanih prenosnika predstavlja zupčasti kaišni prenosnik. Lančaste prenosnike (sl. 2.7) čine dva spregnuta lančanika, postavljena na vratila, koja su spojena pomoću lanca. Za zatezanje lanca koriste se zatezači. Prenose snagu bez klizanja.

Zupčani prenosnik se sastoji od dva spregnuta zupčanika, koja se okreću u suprotnim smerovima. Zupčanici su postavljeni na vratilima koja su postavljena na malom rastojanju. Kada su ose vratila paralelne, zupčanici su cilindrični, (sl. 2.8,a,b,c), kada se ose vratila seku koriste se konusni zupčanici (sl. 2.8,d). Za vratila koja se mimoilaze koriste se hiperboloidni zupčanici (vijčani zupčanici, sl. 2.8,e) a za vratila koja se mimoilaze pod pravim uglom često se koriste pužni prenosnici (sl. 2.8,f). Zupčanici mogu imati ozubljenje i sa unutrašnje strane venca (sl. 2.8,g).Zupčanici služe za prenos velike snage.

Sl. 2.8. Zupčani prenosnici

5

Sl. 2.9. Zupčani prenosnici sa paralelnim osama:a-ravni; b-spoljašnji; c-unutrašnji; d-cilindrični sa pravim zubima; e-sa kosim zubima;

f-sa strelastim zubima

Sl. 2.10. Zupčani prenosnici kad se vratila seku:a-konusni zupčanika sa pravim zubima;

b-sa kosim zubima; c-spiroidni

Sl. 2.11. Zupčani prenosnici kad se vratila mimoilazea-pužni, b-hipoidni, c-vijčani

2.3. Elementi obrtnog kretanjaVratila na sebi nose mašinske delove, koji su naglavljeni na vratilo ili su izrađeni iz jednog dela sa vratilom. Vratila prenose obrtni moment i opterećena su na savijanje i uvijanje. Mogu biti kruta i elastična.

Sl. 2.12. Kruto vratilo Sl. 2.13. Elastično vratilo

Kruta vratila mogu biti prava sa ujednačenim ili promenljivim poprečnim presekom. Takođe mogu biti izrađena i kao kolenasta sa većim brojen rukavaca i kolena.Kardansko vratilo je zglavkasto vratilo, koje se sastoji od dva kardanska zgloba koja su međusobno povezana sa teleskopskim vratilom.Osovine predstavljaju nosače mašinskih delova koji se obrću ili osciluju. Osovine prenose samo silu, a opterećene su samo na savijanje, a ne i na obrtni moment (sl. 2.15).

Sl. 2.14. Kardansko vratilo Sl. 2.15. Osovina:1-rukavci; 2-glavčine osovine; 3-glavčina

točka; 4-venac točka

6

2.4. Elementi za spajanje i oslanjanje obrtnih elemenataLežajevi i ležišta su oslonci rukavaca osovina i vratila. Tu se ostvaruje veza između nepokretnih i pokretnih delova konstrukcije. Razlikujemo klizna ležišta i kotrljajne ležajeve.

Sl. 2.16. Klizna ležištaSl. 2.17. Kotrljajni ležaj

1-unutrašnji prsten; 2-spoljašnji prsten; 3-kotrljajno telo; 4-držač kotrljajnih tela (kavez)

Prednosti kotrljajnih ležajeva: manji koeficijent trenja kotrljanja, manje zagrevanje, manje prostora za ugradnju, ne zahtevaju poseban nadzor. Kotrljajuća tela mogu biti: sferična, valjkasta, bačvasta, konična, igličasta i sl.

2.5. Prenosni odnos

Prenosni odnos (i) se definiše preko broja obrtaja. Za jedan par prenosnika, kao i za ceo sistem spregnutih prenosnika (mašina), prenosni odnos (i) se definiše kao odnos između broja obrtaja između pogonskog (ulaznog) i gonjenog (izlaznog) prenosnika.

(-)

Posmatramo dva spregnuta prenosnika između kojih nema klizanja (par zupčanika, sl. 2.18). Za dva spregnuta zupčanika njihove obimne brzine moraju biti iste.

Sl. 2.18. Dva spregnuta zupčanika

i – prenosni odnos preko broja obrtaja ili ugaone brzine

(važi i za celu mašinu)

i – prenosni odnos preko geometrijskih parametara važi samo za jedan par spregnutih zupčanika:

Za više parova spregnutih zupčanika ukupan prenosni odnos iuk iznosi:

7

gde je: - ugaona brzina (s-1),R – poluprečnik (m),D – prečnik (m),n – broj obrtaja (min-1),Z – broj zubaca zupčanika ili lančanika (-),indeks 1 – pogonski elemenat iindeks 2 – gonjeni elemenat i1,2,3, ... – prenosni odnos pojedinačnih spregnutih parova.

2.1. Koliki je broj obrtaja gonjenog zupčanika (n2 = ?), ako je broj obrtaja pogonskog zupčanika n1 = 180 min-1? Broj zubaca pogonskog zupčanika je z1 = 30 a gonjenog z2 = 66 zubaca.

min-1

2.2. Remenica (1) prečnika, D1 = 3.500 mm obrće se sa, n1 = 120 min-1 i pogoni remenicu (2) koja se obrće sa n2 = 300 min-1. Odrediti prenosni odnos i = ?, prečnik D2 = ? i ugaonu brzinu 2 = ?, remenice 2.

Sl. 2.19. Kaišni prenosnik

, prenosni odnos i = 0,4.

mm

s-1

2.3. Pogonski zupčanik (1) obrće se sa n1 = 1.000 min-1. Brojevi zubaca zupčanika su Z1 = 30, Z2 = 60, Z3 = 20 i Z4 = 40 zubaca. Odrediti učestalost obrtanja četvrtog zupčanika.

Sl. 2.20. Sprega zupčanika

n4 = 750 min-1

8

2.4. Pogonski zupčanik (1) obrće se sa, n1 = 1.000 min-1. Brojevi zubaca zupčanika su Z1 = 30, Z2 = 60, Z3 = 20 i Z4 = 40 zubaca. Odrediti učestalost obrtanja četvrtog zupčanika, n4 = ?

Sl. 2.21. Sprega zupčanika

i = 4

n4 = 250 min-1

2.5. Vratilo O1 ima broj obrtaja n1 = 1.200 min-1. Dati su podaci: D1 = 12 cm, D2 = 20 cm, Z3 = 18, Z4 = 36, Z5 = 20, Z6 = 40; Z7 = 50, Z8 = 18 i Z9 = 42. Odrediti broj obrtanja lančanika 9.

min-1

9

3. Osnovi elektrotehnike

Ako se sa e označi elementarna (najmanja) količina naelektrisanja koja odgovara jednom protonu odnosno elektronu (+e za proton, -e za elektron), količina naelektrisanja koja se označava sa Q, biće:

Q = n·e, (C),

gde je n broj naelektrisanih elementarnih čestica, n = 6,24181·1018 protona za jedan Kulon (C).

Jačina ili intenzitet električne struje (I) definiše se kao količina naelektrisanja u jedinici vremena koja je preneta kroz provodnik:

, .

3.1. Električno kolo jednosmerne strujeElektrična struja je usmereno kretanje naelektrisanih čestica. Električna struja kod koje se ne menja intenzitet i smer u toku vremena naziva se jednosmernom strujom.

Sl. 3.1. Jednosmerna električna struja Sl. 3.2. Električno kolo jednosmerne struje

Osnovni elementi kola su:- izvor električne energije (generator, akumulator, baterija), - potrošač električne energije i - provodnici.

Pored osnovnih, u kolu mogu da budu uključeni i pomoćni elementi kola u koje spadaju osigurač, prekidač i razni instrumenti.U električnom pogledu svi materijali se dele u tri grupe: provodnici, poluprovodnici i izolatori.

U generatorima se generiše elektromotorna sila (ε). Na krajevima generatora se stvara određena potencijalna razlika koja se izražava u voltima (V).

Snaga generatora jednaka je proizvodu elektromotorne sile (ε) i jačini struje koja protekne kroz generator (I).

, .

Električna energija (E) prema Džulovom zakonu: , .

U praktičnim primenama za električnu energiju se koristi i jedinica kilovatčas (kWh). Kilovatčas je jednak energiji koju prijemnik snage 1 kW transformiše u toplotu (ili neki drugi oblik energije) u toku jednog časa (1 h). Znači, 1 kWh = 1000·3600 Ws = 3,6·106 J.

10

3.2. Električno kolo naizmenične strujeElektrična struja kojoj se u toku vremena menja jačina ili smer naziva se naizmeničnom srujom. Recipročna vrednost periode (T) se naziva učestalost ili frekvencija (f). Učestalost (f) predstavlja broj perioda u jedinici vremena.

,

Naizmenična struja (sl. 7.3) se javlja u električnim kolima (sl. 3.4) u kojima deluje promenljiva elektromotorna sila.

Sl. 3.3. Naizmenična jednofazna struja Sl. 3.4. Električno kolo naizmenične struje

Učestalost naizmenične struje mora da bude strogo definisana veličina. U električnoj mreži koja se koristi u Europi koristi se frekvencija od 50 Hz, a u SAD 60 Hz. Napon u električnoj mreži (sl. 7.6) iznosi 220 (230) V. Dozvoljeno je malo odstupanje od zadatog napona. U SAD se koristi napon od 110 V.

Sl. 3.5. Naizmenična trofazna struja Sl. 3.6. Naponi u trofaznom električnom sistemuFaze kod trofazne naizmenične struje (sl. 3.5) su međusobno pomerene za 120°. Napon između faza iznosi: V.

Trofazni električni kabel ima ukupno 5 provodnika. Provodnici označeni sa R, S i T predstavljaju faze (sl. 3.6), četvrti provodnik je "nula = 0" a peti provodnik predstavlja uzemljenje.Kabel za jednosfaznu naizmeničnu struju ima 3 provodnika. Prvi provodnik se bira jedna od tri faze (R, S ili T), drugi provodnik "nula = 0" i treći provodnik predstavlja uzemljenje, za električne uređaje za koje je potrebno koristiti uzemljenje. Naizmenična jednosmerna struja može da se prenosi i pomoću kabla sa dva provodnika (faza i nula) ako nije potrebno uzemljenje.

3.3. Izvori elektromotorne sile (jednosmerne struje)U izvore elektromotorne sile spadaju: baterije, aku-baterije, akumulatori i generatori.

11

3.3.1. BaterijeBaterija spada u primarni izvor jednosmerne elektromotorne sile jer se ne može puniti (proces nije reverzibilan). Baterije su elektrohemijski uređaji u kojima je uskladištena hemijska energija (u vidu potencialne energije) i koja može da se pretvori u električnu kada se krajevi baterije spoje provodnikom. Baterija može da se sastoji od jednog galvanskog članka (1,5 V) ili više galvanskih članaka spojenih na red (viši napon).

Sl. 3.7. Klasična baterija (ne može da se puni)

Sl. 3.8. Aku-baterije (može da se puni)

3.9. Akumulatori (može da se puni)

Upozorenje: baterije ne smeju da se pune jer dolazi do njihovog zagrevanja i može doći i do eksplozije. Posle upotrebe baterije treba sakupiti i reciklirati.Dugoročno posmatrano najmanje isplativo rešenje je kupovina običnih baterija koje ne mogu da se pune.

3.3.2. Akumulatorske baterija (aku-baterije) Akumulatorske baterije i ako su po obliku često identične običnim baterijama imaju mogućnost da se pune. Postoji nekoliko vrsta akumulatorskih baterija:

- Ni-Cd (Nicel-cadmijum) aku-baterije,- Ni-MH (Nicel-Metal Hydride) aku-baterije,- Li-Ion (Lithium-ion) aku-baterije i- Lithium-Polymer aku-baterije.

Najnovija konstrukcija punjivih baterija koja zadnjih godina sve više ulazi u upotrebu za napajanje ručno prenosivih alata je Li-Ion aku-baterija. Li-Ion aku-baterije imaju napon 3,6 V i ne ispoljavaju memorijski efekat.

3.3.3. AkumulatoriAkomulator je vrsta elektrohemijskog uređaja koja može da se puni i prazni. Punjenje je proces pretvaranja električne enerije u hemijsku pri čemu se izvodi povećanje potencijalne energije akumulatora. Akomulator se sastoji od ćelija koje imaju po dve elektrode (anodu (–) i katodu (+)) i uronjene su u elektrolit. Na starim akumulatorima prilikom punjenja akomulatora dolazi do dekompozicije (hidrolize) vode na njene sastavne elemente (vodonik i kiseonik), koji se oslobađaju kao gas, tako da su vozači morali jednom nedeljno da proveravaju nivo elektrolita unutar akomultora. Nove konstrukcije akomulatora pod normalnim uslovima ne zahtevaju dopunjavanje vode u toku njihovog korišćenja, jer se umesto antimona koristi kalcijum.

12

3.4. Električne mašine

3.4.1. Osnovi elektromagnetizmaElektromagnetsko polje je posledica delovanja električnog i magnetnog polja, koja se uvek javljaju istovremeno i može se govoriti o jedinstvenom elektromagnetnom polju. Kada se kroz provodnik propusti električna struja oko njega će se pojaviti magnetno polje (sl. 7.13). Kada se električna struja kreće kroz provodnik koji je namotan na feromagnetnom jezgru dobija se elektromagnet (sl. 7.14).Kada mehanički pomeramo provodnik u magnetnom polju u njemu se indukuje elektromotorna sila. Kada kroz provodnik koji se nalazi u magnetnom polju prolazi električnu struju doćiće do njegovog pomeranja (sl. 7.15). Proces elektromehaničkog pretvaranja energije je reverzibilan.

Sl. 7.13. Magnetno polje oko provodnika

Sl. 7.14. Elektromagnet (provodnik i feromagnetno jezgro)

Sl.7.13. Provodnik u magnetnom polju

Električne mašine su naprave pomoću kojih se električna energija pretvara u mehaničku ili mehanička energija u električnu. U prvom slučaju električna mašina radi kao motor, a u drugom kao generator.

7.4.2. Konstrukcija električnih mašinaElektrične mašine se konstruktivno izvode iz dva dela:

- statora (nepokretni deo) i - rotora (pokretni deo).

Na statoru i na rotoru nalaze se namotaji od bakarne žice, međusobno izolovani, koji su namotani na feromagnetnim limovima debljine oko 0,5 mm, međusobno izolovani.

Sl. 7.15. Stator i rotor električne mašine

7.4.3. Vrste električnih mašinaPodela električnih mašina prema njihovoj ulozi:

- generatore (koriste mehanički rad a proizvode električnu energiju),- motore (koriste električnu energiju a proizvode mehanički rad).

13

U principu, u svakom od namotaja može da teče i jednosmerna i naizmenična struja. Električne mašine se dele na sledeće tri osnovne grupe :

a) Mašine za jednosmernu struju – jednosmerna struja u oba namotaja, b) Sinhrone mašine – jednosmerna struja u induktoru (pobudnom namotaju) i naizmenična

struja u induktu, koriste se kao generatori električne energijec) Asinhrone mašine – naizmenična struja u oba namotaja.

Mašine za jednosmernu struju često se koriste kao motori u vozilima ili kod ručnog alata. Mogu biti i generatori.

Asinhroni motor može raditi i sa samo jednom fazom, s tim da se mora dodatno definisati početni smer obrtanja. Ovakvi motori se široko koriste u kućnim aparatima i alatima. Snaga motora do 2 kW.

Asinhroni trofazni motor (kavezni) predstavlja konstrukciono najsavršeniju mašinu i najviše se koristi.

Najviše korišćeni tipovi elektromotora:- trofazni asinhroni (kavezni) elektromotor (sl. 7.16a)- jednofazni elektromotori (sl. 7.16b) za snage do 2 kW i- elektromotori na jednosmernu struju (sl. 7.16c).

a) b) c)Sl. 7.16. Vreste elektromotora

a) AC trofazni elektromotor; b) AC jednofazni elektromotor ; c) DC elektromotor

Uključivanje elektromotora u rad:- elektromotori snaga do 3 kW mogu se uključiti direktno,- motori snaga preko 3 kW treba da se uključuju preko prekidača trougao-zvezda.

Prilikom uključivanja elektromotor povuče 5-8 puta veći intenzitet struje od nazivnog (naznačenog na pločici).

Prednosti elektromotora u odnosu na SUS motor:- jednostavno i brzo pokretanje, - mogućnost jednostavne automatizacije niza procesa,- tih rad,- ne zagađuju vazduh,- za smeštaj je potreban mali prostor i- jednostavno rukovanje i održavanje.

14

4. Mehanika fluidaMehanika fluida je deo fizike i bavi se proučavanjem mirovanja i kretanja fluida. Fluidi su tečnosti i gasovi.

Pritisak (p) se definiše kao sila (F) po jedinici površine (A).

, .

U slučaju kretanja fluida, pored pritiska, gustine i spoljnih sila pojavljuje se brzina kretanja čestica fluida (protok). Protok je količina fluida koja protekne kroz posmatranu površinu preseka u jednici vremena. Protok se definiše na dva načina: kao maseni i zapreminski:

Maseni protok ( ):

, .

Zapreminski protok ( ):

, .

gde je: v (m/s) srednja brzina kretanja fluida.

Kada se opšti zakon klasične fizike o održanju mase (materije) primeni na strujanje fluida dobije se jednačina kontinuiteta. Zbog jednake vrednosti gustine (ρ) jednačina kontinuiteta ima oblik:

Q1 = Q2 = Q3 = A1 v1 = A2 v2 = A3 v3

Sl. 3.3. Strujna cev raziličite površine poprečnog preseka(1, 2 i 3 – različiti poprečni preseci cevi)

15

5. Hidraulični prenos energije (hidraulična transmisija)

Kod hidrauličkog prenosa energije, prenos (transmisija) energije se obavlja preko tečnosti (razne vrste hidrauličnih ulja). Karakteristike hidrauličnog prenosa energije:

- ne postoji kruta kinematska veza između pogonskog motora i radnog mehanizma (alata),- jednostavno i lako prenošenje energije na veća rastojanja i na više potrošača istovremeno,- amortizovanje udarnih opterećenja,- jednostavnost komandovanja i rukovanja,- kompaktnost konstrukcije hidrauličnog prenosa i- veća sigurnoast i duži vek trajanja mašine.

Hidraulični prenos može biti:- hidrostatički i- hidrodinamički.

5.1. Hidrostatički prenos energijeIzmeđu pogonskog motora i radnih alata postavljaju se elementi konstrukcije hidrauličnih sistema: hidraulične pumpe, provodnici, razvodnici, ventili sigurnosti, hidromotori, hidrocilindri. Energija se prenosi preko pritiska tečnosti (potencijalna energija tečnosti) uz male protoke tečnosti. Hidrostatički prenos prema konstrukciji može biti otvoren ili zatvoren.

5.1. Hidrostatički prenos – otvoreni sistem

Hidrostatički otvoreni prenos (sl. 5.1) radi na sledećem principu. Mehanički rad od pogonskog motora (2) se pomoću hidraulične pumpe (3) pretvara u hidrauličnu energiju fluida (ulja). Ulje se usisava iz rezervoara (1) i preko hidrauličnih cevi i razvodnika (5) potiskuje se u hidrocilindar (6). U ovom slučaju postavljen je trostepeni razvodnik:

1. stepen, ulje se potiskuje u hidrocilindar iznad klipa, 2. stepen, ulje se vraća u rezervoar i 3. stepen, ulje se potiskuje ispod klipa.

U slučaju da dođe do preopterećenja u sistemu, i pritisak dostigne prethodno zadatu, kritičnu vrednost, otvara se ventil sigurnosti (4) i ulje se direktno iz potisnog voda vraća u razervoar. Hidrostatički zatvoreni sistem se sastoji iz sledećih elemenata. Pumpa (1) i motor (8) su direktno spojeni vodovima. Između njih postavljni su ventili sigurnosti (7) dva komada paralelno, čime je obezbeđena zaštita od preopterećenja u oba smera. Ovom zatvorenom sistemu se po potrebi dodaje ili uzima ulje preko dva ventila za održavanje pritiska (6) a koje se obezbeđuje od otvorenog hidrostatičkog sistema (2, 3, 4, 5 i 6).

16

5.2. Elementi hidrostatičkih sistemaOsnovni elementi hidrauličnih sistema su: hidraulične pumpe, hidraulični motori, razvodni ventili, hidrocilindri i dopunska oprema hidrauličnih sistema.

5.2.1. Hidraulične pumpeHidraulične pumpe su mašine koje pretvaraju mehaničku energiju pogonskog motora u hidrauličnu energiju fluida. Imaju usisni i potisni vod i dobijaju mehanički pogon. Prema načinu rada mogu biti:

- hidrostatičke (zapreminske ili klipne) koje se najviše koriste kod hidrauličnih sistema. Do usisavanja i potiskivanja tečnosti dolazi usled promene zapremine radnih komora. Po konstrukciji mogu da budu:

o klipne,o klipno-radijalne,o klipno-aksijalne,o krilne,o zupčaste,o vijčane io ekscentar klipne pumpe.

- hidrodinamičke najčešće se koriste samo za transport fluida i mogu biti:o turbomašine ili lopatičaste io strujne (injektor).

5.1.1. Klipne pumpeKlipna pumpa (sl. 5.1) se sastoji od cilindra sa ususnim i potisnim vodom na kojima su postavljeni usisni i potisni ventili. U unutrašnjisti cilindra pravolinijski povratno se kreće klip pri čemu se periodično menja radna zapremina ΔV. Povećanjem radne zapremine dolazi do ulaska fluida kroz usisni ventil (za to vreme je potisni ventil zatvoren). Promenom smera kretnja klipa fluid se istiskuje kroz potisni ventil. Jednocilindrična klipna pumpe daje neravnomeran protok fluida, koji se ujednačava korišćenjem pumpi sa više cilindara i postavljanjem hidrauličnog akumulatora na potisnom vodu pumpe.

Sl. 5.2. Klipna pumpa Sl. 5.3. Neravnomernost protoka fluida kroz jednocilindričnu klipnu pumpu

5.3. Hidraulični motori (hidromotori)Hidraulični motori su mašine u kojima se dovedena hidraulična energija transformiše u mehaničku energiju preko izlaznih elemenata (vratilo). Kretanje radnog elementa u hidrauličnom motoru se ostvaruje pod dejstvom sile pritiska. Hidraulični motori mogu da budu klipno-radijalne, klipno-aksijalne, krilne ili zupčaste konstrukcije. Najviše se koriste klipno-aksijalni hidromotori (sl. 5.4).

17

Sl. 5.4. Hidraulična transmisija sa klipno-aksijalnom pumpom i klipno-aksijalnom motorom:1-pogonsko vratilo pumpe; 2-zakošena ploča; 3-veza ploče i bloka cilindra; 4-blok cilindra;

5-klipovi; 6-razvodna ploča sa kanalima pumpe; 7-potisni vod; 8- razvodna ploča sa kanalima motora; 9- blok cilindra motora; 10- zakošena ploča; 11-veza ploče i bloka cilindra; 12-pogonjeno

vratilo na motoru; 13-odvodni kanal i 14-povratni vod

Hidromotori se ugrađuju kao pognski elementi točkova vozila velikih masa (damperi, teški guseničari), dizalice, okretni doboši, pogon različitih radnih alata,...

5.4. Hidraulični cilindri (hidrocilindri)Hidrocilindri (sl. 5.5) takođe služe kao radni elementi u hidrauličnom prenosu energije. Najviše se koriste klipni jednosmernog i dvosmernog dejstva.Kod hidrocilindara jednosmernog dejstva tečnost se dovodi sa jedne strane klipa i dolazi do pomeranja radnog mehanizma u jednom smeru. Povratno kretanje se obavlja pod uticajem sopstvene težine radnog mehanizma mašine nakon rasterećenja od pritiska u cilindru.Kod hidrocilindara dvostrukog dejstva, tečnost se može dovesti sa jedne ili sa druge strane klipa, tako da je omogućeno pokretanje radnog mehanizma u oba pravca.

1) 2)Sl. 5.5. Hidrocilindri

1-klipni jednosmernog dejstva; 2-klipni dvosnernog dejstva

5.5. Razvodni ventiliU hidrauličnom prenosu energije važan deo opreme su razvodni ventili (sl. 5.1, pozicija 5) koji služe za usmeravanje hidraulične tečnosti iz pumpe u odgovarajući deo hidrocilindra ili hidromotora, ili za usmeravanje tečnosti u glavni rezervoar kod otvorenog sistema ili ponovo prema pumpi za zatvoreni sistem.

18

5.6. Dopunska oprema hidrauličnih instalacijaKod hidrauličkog prenosa koriste se sledeća dopunska oprema:

- ventili sigurnosti,- regulatori protoka,- hidraulični akumulatori,- filteri,- uređaji za hlađenje,- rezervoari i- cevovodi i priključni elementi.

Ventili sigurnosti služe za obezbeđenje od prekomernog pritiska u hidrauličnom sistemu. Svaki hidraulični sistem mora da ima sigurnosni ventil (sl. 5.6), koji služi za zaštitu od prekomernog pritiska. Princip rada sigurnosnog ventila sa oprugom je u ograničavanju pritiska koji je definisan sa pritiskom koji daje sabijena opruga (5). Pritisak opruge se podešava pritezanjem navrtke (3). Kada pritisak u sistemu premaši pritisak koji je podešen oprugom, podiže se ventil (kuglica, konus, klizni cilindar) i oslobađa se otvor za izlazak tečnosti (6) u uljni rezervoar ili prema usisnom vodu pumpe.

Sl. 5.6. Sigurnosni ventil1-sedište ventila; 2-glava; 3-zatezajuća navrtka; 4-ventil (kuglica); 5-opruga; 6-izlazni kanal

19

6. Hidrodinamički prenos energijeHidrodinamički prenos energije ostvaruje se posredstvom sile inercije pokrenute tečnosti, odnosno korišćenjem njene kinetičke energije. Hidrodinamički prenos se izvodi direktno od pumpnog na turbinsko kolo. Glavne prednosti korišćenja hidrodinamičkog prenosa:

- manje dinamičko opterećenje motora, jer se prigušuju promene spoljašnjeg opterećenja i- mogućnost pokretanja i ubrzanja pogonskog vratila pod opterećenjem (radno vratilo stoji, a

motor vrlo lako dostiže nominalni broj obrtaja).

6.1. Hidrodinamička spojnica i hidrotransformatorHidrodinamička spojnica (turbospojnica, sl. 6.1) sastoji se od dva odvojena kola sa posebnim lopaticama u zajedničkom kućištu. Veza između radnih kola postiže se preko hidrauličnog ulja, koje ispunjava prostor kućišta. Pumpno kolo (1) nalazi se na vratilu pogonskog motora (4) a turbinsko kolo (2) na vratilu (5) prema transmisiji. Spoljne kućište (3) je spojeno sa kućištem pumpnog kola (1). Pumpno i turbinsko kolo nisu spojeni mehanički, i između njih u aksijalnom pravcu postoji zazor 3-12 mm. Unutrašnjost kućišta je ispunjena sa uljem (90%). Obrtanjem kućišta okreću se i lopatice pumpnog kola koje prenose mehanički rad na hidraulično ulje (hidraulična energija). Hidraulično ulje se pomera prema periferiji, počinje da se kreće i prenosi hidrauličnu energiju na turbinsko kolo (mehanički rad). Pumpno kolo ima 4-8% veći broj lopatica od turbinskog kola, što izaziva neprekidnu strujnu cirkulaciju tečnosti izmeđi pumpnog i turbinskog kola. Hidrodinamička spojnica se najčešće postavlja direktno na zamajac mortora.

Sl. 6.1. Hidrodinamička spojnica:1-pumpno kolo; 2-turbinsko kolo; 3-kućište;

4-pogonsko vratilo; 5-radno vratilo; 6-lopatice

Sl. 6.2. Hidrotransformator:1-pogonsko vratilo; 2- pumpno kolo;

3-turbinsko kolo; 4- usmeravajući aparat.

Osnovne karakteristike hidrodinamičke spojnice:- proklizavanje u normalnom režimu rada s = 2-3%,- koeficijent korisnog dejstva η = 0,95-0,98.

Navedene prednosti hidrodinamičkih spojnica posebno dolaze do izražaja prilikom puštanja u rad sistema sa velikim otporom inercije. Danas se ove spojnice najčešće primenjuju kod meliorativnih, poljoprivrednih i građevinskih mašina.

Hidrotransformatori (sl. 4.4) imaju pridodat usmeravajući aparat (4) koji povećava brzinu tečnosti i usmerava tečnost usled čega se menja obrtni moment turbine. Rad hidrotransformatora karakteriše nizak stepen korisnog dejstva η 0,85.

20

7. Pneumatski prenos energijePneumatski prenos energije najčešće je u upotrebi kod ručnog alata i kod mehanizovanog automatskog upravljanja radnim mehanizmima. Razlog manje upotrebe pneumatskog prenosa energije na mašiama je njegova težina i gabaritne dimenzije. Zbog malog pritiska (6-8 bar) u odnosu na hidraulični (pritisci i 100 bar), cevi, cilindri i ostala oprema, pri istim uslovima rada za pneumatski prenos dimenziono mora biti veća u odnosu na hidraulični prenos. Pomoću kompresorskih agregata dobija se komprimovani vazduh (fluid) pritiska 6-8 bar. Imaju nizak koeficijent korisnog dejstva i protok 3-10 m3/min.

7.1. KompresoriKompresori mogu biti stacionarni i pokretni. Pogonski motor može biti SUS-motor ili elektromotor. Primer pokretnog kompresorskog postrojenja prikazan je na sl. 7.1.

Sl. 7.1. Kompresorsko postrojenjesa klipnom pumpom: 1-elektromotor; 2-kaišni prenosnik; 3-rukavac; 4-klipnjača; 5-klip; 6-cilindar; 7-rezervoar sa

komprimovanim vazduhom; 8-usisni vod i ventil; 9-potisni vod i ventil; 10-automatski regulator pritiska; 11-manometar za kontrolu nadpritiska; 12-slavina; 13-pneumatska spojnica

7.2. VentilatoriVentilatori su turbomašine koje služe za povećanje strujne energije gasova. Zbog relativno malih promena pritiska u samoj mašini, čak i u slučaju gasova može se smatrati da se gustina malo menja te se sve analize za ove mašine izvode na modelu nestišljivih fluida (ρ ≈ const). Prema pravcu strujanja fluida u samoj mašini dele se u tri grupe (sl. 7.2):

1. Radijalne ili centrifugalne,2. Aksijalne ili osne i3. Radiaksijalne ili dijagonalne.

Sl. 7.2. Vrste hidrauličnih mašina:a-radijalna; b-aksijalna i c-radiaksijalna

1-kućište ili stator; 2-radno kolo ili rotor i 3-vratilo rotora

21

Radijalne mašine karakteriše kretanje fluida od ose obrtanja ka periferiji radnog kola (sl.7.2.a). U odnosu na ostale turbomašine u ovim mašinama predaje se veća količina energije jedinici mase fluida, veća je brzina vazdušne struje, ali se postižu manji protoci.Aksijalne mašine karakteriše prolaz fluida kroz radno kolo u pravcu koji je paralelan sa osom obrtanja (sl.7.2.b). Ove mašine u odnosu na ostale turbomašine postižu veće protoke, ali je brzina fluida manja i manja je predata količina energije jedinici mase fluida manja.Radiaksijalne hidraulične mašine su po konstrukciji kombinacija radijalnih i aksijalnih mašina. Kod ovih mašina fluid se kreće i u pravcu ose obrtanja i radijalno u odnosu na taj pravac (sl.7.2.c).

Ispitna pitanja za kolokvijum iz predmeta MAŠINE U HORTIKULTURI (II deo)

1. Mašinski elementi2. Prenosni odnos3. Električno kolo jednosmerne i naizmenične električne struje4. Izvori jednosmerne struje5. Osnovi elektromagnetizma6. Konstrukcija i vrste električnih mašina7. Hidraulična transmisija8. Hidrostatički prenos energije9. Hidrodinamički prenos energije10. Pneumatski prenos energije

11. Elektro-motorna kopačica12. Jednoosovinski traktori13. Mašine za formiranje bankova gredica i mini gredica14. Vrste i karakteristike objekata stalnog zaštićeog prostora15. Specifičnosti konstrukcije stalnog zaštićenog prostora16. Vrste i specifičnosti pokrivnih materijala zaštićenog prostora17. Materijali za senčenje u zaštićenom prostoru18. Regulacija vodnog režima zemljišta i prihranjivanje19. Vrste i karakteristike plastičnih filmova i folija za nastiranje zemljišta20. Mašine za formiranje niskih tunela21. Karakteristike agrotekstila22. Podela sejalica prema razmaku u redu i prema konstrukciji setvenog aparata23. Konstrukcija uskorednih sejalica i princip rada mehaničko-pneumatskog setvenog mehanizma24. Mehanička sejalice sa beskrajnom trakom25. Mehanička sejalica sa kašikama na vertiklanom disku26. Princip rada setvenog mehanizma pneumatske sejalice sitnog semena27. Mehanizovana proizvodnja rasada golih žila28. Mehanizovana proizvodnja rasada u kontejnerima29. Poluautomatska sadilica rasada sa elastičnim diskovima30. Poluautomatska sadilica rasada sa hvatačima na lancu31. Poluautomatska sadilica rasada sa hvatačima na disku32. Sadilice rasada proizvedenog u kontejnerima33. Sadilice rasada za sadnju rasada kroz plastični malč34. Poluautomatska sadilica krtola sa ručnim ulaganjem krtola u sprovodnu cev35. Poluautomatska sadilica krtola sa horizontalnim rotorom36. Automatske sadilice nenaklijalih krtola37. Vrste reznaih aparata na kosilicama i trimeri

Literatura za spremanje ispita:

1. Bajkin, A, Ponjičan, O, Orlović, S, Somer, D: Mašine u hortikulturi. Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, 2005.

2. Bajkin, A, Ponjičan, O: Mašine u hortikulturi (skripta, 22 strane), 2013.

22