Produse si sisteme mecatronice

ARGUMENT   

Capitol:MECATRONICA –TEHNOLOGIA VIITORULUI

Termenul “mecatronică” (MECAnică + elecTRONICĂ) a fost conceput în 1969 de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric şi protejat până în 1982 ca marcă a acestei firme. Se referea iniţial la completarea structurilor mecanice din construcţia aparatelor cu componente electronice. În prezent termenul defineşte o ştiinţă inginerească interdisciplinară, care, bazându-se pe îmbinarea armonioasă a elementelor din construcţia de maşini, electrotehnică şi informatică, îşi propune să îmbunătăţească performanţele şi funcţionalitatea sistemelor tehnice. Studiul mecatronicii şi proiectarea şi realizarea sistemelor mecatronice trebuie clădite pe cei trei piloni principali: mecanica, electronica, tehnica de calcul, fiecare cu subsistemele şi subdomeniile lui principale, iar intersecţia acestora conduce la sisteme şi produse cu caracteristici remarcabile, superioare unei simple reuniuni a componentelor de diferite tipuri. Acest lucru impune înzestrarea specialistului în mecatronică cu cunoştinţe temeinice din domeniul mecanicii, electronicii şi tehnicii de calcul, dar şi al sistemelor mecatronice, de cele mai diferite tipuri, şi al principiilor şi etapelor de proiectare şi realizare a acestora.

Capitol:SISTEME SI PRODUSE MECATRONICE

Conceptul de sistem mecatronicUn sistem mecatronic este un sistem tehnic care integrează, într-o configuraţie flexibilă, componente mecanice, electronice şi de comandă cu sisteme numerice de calcul, pentru generarea unui control inteligent al mişcărilor, în vederea obţinerii unei multitudini de funcţii. Diagrama bloc a unui sistem mecatronic este prezentată în figura.

Clasificarea sistemelor mecatronice se bazează pe sistemele mecanice, care constituie suportul pentru configurarea unei structuri mecatronice:§ Componente mecanice (incluzând componente mecanice de bază – lagăre,ghidaje, cuplaje, angrenaje etc. şi componente pentru generarea forţelor şimişcărilor – lanţuri cinematice, lanţuri de acţionare, componente hidraulice/pneumatice, componente electromecanice etc.);§ Maşini (incluzând maşini generatoare de energie – electromotoare, motoare cu combustie internă, turbine etc.) şi maşini consumatoare de energie – maşiniunelte, utilaje tehnologice, maşini agricole);§ Vehicule (automobile, trenuri, vapoare, avioane, navete spaţiale);

§ Produse ale mecanicii fine (incluzând componente mecanice de precizie – lagăre, ghidaje, lanţuri cinematice şi de acţionare, comutatoare, relee, senzori, actuatori şi dispozitive de mecanică fină – înregistratoare, imprimante, dispozitive de comunicaţie, aparatură electrocasnică, aparatură optică, aparatură medicală);§ Produse ale micro-mecanicii (incluzând componente micro-mecanice - lagăre,ghidaje, lanţuri cinematice şi de acţionare şi sisteme micro-mecanice – senzori,actuatori, motoare, pompe).Prin adăugarea şi integrarea componentelor electronice şi de comandă cu sisteme de calcul la/în aceste structuri mecanice se obţin sisteme mecatronice corespunzătoare, care pot fi clasificate în:§ Componente mecatronice;§ Maşini mecatronice;§ Vehicule mecatronice;§ Mecatronică de precizie;§ Micro-mecatronică.O altă clasificare, împarte sistemele mecatronice în:§ Sisteme mecatronice convenţionale;§ Sisteme micro-mecatronice;§ Sisteme nano-mecatronice.O a treia clasificare prezentată în acest paragraf [RZE03], analizează sistemele mecatronice din punct de vedere al caracteristicilor lor comportamentale, şi le împarte în:§ Sisteme mecatronice automate;§ Sisteme mecatronice inteligente;§ Reţele mecatronice inteligente.Sistemele mecatronice automate sunt capabile să manevreze materiale şi energie, comunicând cu mediul înconjurător şi au capacitatea de auto-reglare, care le permite să reacţioneze la schimbări previzibile ale mediului într-un mod programat anterior.Marea majoritate a sistemelor mecatronice aparţin acestei categorii.Sistemele mecatronice inteligente sunt capabile să realizeze un scop impus în condiţii de incertitudine. Spre deosebire de sistemele automate, care sunt programate pentru a se comporta într-un mod dorit şi sunt, în consecinţă, previzibile, sistemele inteligente pot atinge un scop specificat într-un mod imprevizibil. Ele sunt înzestrate cu un înalt nivel de flexibilitate, fiind capabile să răspundă la schimbări frecvente ale mediului, fără a fi necesară o reprogramare a lor. Această diferenţă calitativă în comportament este determinată de separarea bazei de cunoştinţe de motorul de rezolvare a problemei (inference engine), concept de bază în inteligenţa artificială.

Exemple de astfel de sisteme sunt maşinile-unelte inteligente, roboţii inteligenţi, vehicule cu ghidare autonomă, avioane fără pilot, rachete auto-ghidate, compresoare inteligente cu geometrie variabilă.Atât sistemele mecatronice automate, cât şi cele inteligente, pot fi incluse într-una din grupele celor două clasificări precedente, în funcţie de specificul lor.

I. ÎN INDUSTRIE

· Lagăre magnetice;· Elemente constructive ale maşinilor, cu electronică integrată;· Sisteme de injecţie electronice ;· Sisteme automate pentru comanda vehiculelor;· Maşini unelte cu comandă numerică;· Roboţi industriali;· Roboţi mobili şi păşitori, de diferite tipuri şi configuraţii;· Vehicule cu ghidare automată;· Avioane militare autonome;· Rachete autoghidate;· Sisteme pentru condiţionarea aerului;· Imprimante laser şi plottere;· Sisteme pentru citirea/scrierea informaţiei etc.

II. ÎN AGRICULTURĂ, MEDICINĂ, BIOMECANICĂ

În agricultură· Roboţi agricoli;· Roboţi pentru industria alimentară;· Maşini agricole autonome;· Sisteme pentru irigaţii comandate prin calculator;

În medicină şi biomecanică· Roboţi medicali;· Organe artificiale;· Dispozitive chirurgicale;· Aparate pentru investigaţii medicale complexe etc.

III. PENTRU UZ GENERALCamere foto şi video;· Aparatură video;· Antene TV cu poziţionare automată;· Automate comerciale şi bancare;· O gamă largă de aparatură electro-casnică “inteligentă“:- maşini de spălat;- maşini de cusut;- roboţi pentru servicii etcCamere foto şi video;· Aparatură video;· Antene TV cu poziţionare automată;· Automate comerciale şi bancare;· O gamă largă de aparatură electro-casnică “inteligentă“:

- maşini de spălat;- maşini de cusut;- roboţi pentru servicii etc

Capitol :ACTIONARI HIDRAULICE SI PNEUMATICE

ACTIONARI PNEUMATICEDistribuitoare

Pentru a schimba directia curentului de aer spre si de la cilindru,se foloseste o valva de control dimensional (distribuitor).Partea deplasabila intr-o valva directionala va conecta si deconecta pasajele interioare ale corpului valvei.Aceasta actiune rezulta controlul directiei de curgere a aerului.O valva tipica de control al directiei consta in corpul valvei cu patru pasaje interioare de curgere si un sertaras alunecator.

Ridicand sertarasul, se conecteaza alternativ un port al unui cilindru pentru a furniza presiune sau pentru a elimina.Cu sertarasul in pozitia A conectata la furnizorul de presiune si B la portul de eliminare, cilindrul se va extinde.Apoi, cu sertarasul in cealalta pozitie extrema, furnizorul de presiune e conectat la portul B si portul A e conectat la refulare, acum cilindrul se retrage.

O metoda de clasificare a distribuitoarelor este in functie de caile de curgere pentru diferite conditii de operare.Factori importanti de luat in considerare sunt numarul porturilor individuale, numarul cailor de curgere pentru care e proiectat distribuitorul si conexiunile interne ale cailor cu partea mobile(sertaras).

Distribuitor cu doua caiUn distribuitor cu doua cai consta in doua porturi conectate unul cu celalalt cu pasaje, care sunt conectate si deconectate.In una din pozitiile extreme ale sertarasului, portul A este deschis spre portul B.calea de curgere prin distribuitor e deschisa.In cealalta extrema, diametrul larg al sertarasului inchide calea dintre A si B; calea de curgere e blocata.Un astfel de distribuitor da o functie pornit-oprit.

Distribuitor cu trei cai Un distribuitor cu trei cai consta in trei porturi conectate prin pasaje in interiorul distribuitorului: portulA, portulP si portulEX.Daca portul A este conectat la un actuator, portul P la o sursa de presiune si portul Ex e deschis pentru refulare, distribuitorul va controla curgerea aerului spre si refularea de la portulA.Functia acestui distribuitor este de a presuriza si refula portul unui actuator.cand sertarasul este in una din pozitiile extreme, pasajul de presiune e conectat cu pasajul actuatorului.Cand se afla in cealalata

pozitie extrema, sertarasul conecteaza pasajul actuatorului cu pasajul de refulare.

ACTIONARE HIDRAULICA

Prin sistem de actionare hidraulica se intelege un ansamblu format din elemente care realizeaza transformarea energiei mecanice in energie hidraulica, energie ce este transmisa la locul de utilizare, unde aceasta se transforma din nou in energie mecanica. Transformarea energiei mecanie in energie hidraulica se realizeaza prin intermediul unei pompe, in timp ce transformarea energiei hidraulice in energie mecanica se realizeaza prin intermediul unui motor hidraulic. Transmiterea energiei hidraulice de la pompa la motor se realizeaza prin intermediul unui lichid de lucru ( de cele mai multe ori se foloseste ulei special mineral) Clasificarea sistemelor hidraulice de actionare se poate realiza dupa:

Modul in care se realizeaza circulatia lichidului in sistem; Energia hidraulica preponderenta a lichidului de lucru; Tipul pompei hidraulice; Tipul motorului hidraulic; Tipul miscarii elementului de executie (liniara, de rotatie); Modul de actionare al elementelor de comanda (manual, mecanic,

electric, hidraulic).

Dupa modul in care se realizeaza circulatia uleiului, sistemele hidraulice pot fi:

Deschise Inchise

La sistemele hidraulice deschise, pompa aspira lichidul de lucru din rezervor, iar lichidul refulat de catre motorul hidraulic se intoarce de asemenea in rezervor. La sistemele hidraulice inchise, pompa aspira uleiul refulat de catre motor, pe care il trimite din nou in motor. In functie de energia fluidului de lucru, sistemele hidraulice de actionare pot fi:

Hidrostatice, la care energia fluidului de lucru e spre preponderent de presiune;

Hidrodinamice, la care energia preponderenta a fluidului de lucru este cinetica.

Capitol : SISTEME DE TRANSMITERE A MISCARII

CUPLAJE

Cuplajele sunt organe de masini ce asigura legatura permanenta sau intermitenta necesara transmiterii miscarii de rotatie de la un arbore la altul sau de la un organ de masina la altul montat pe acelasi arbore, fara a se modifica valoarea si sensul momentului de torsiune.Cerintele tehnologice ale cuplajelor

• sa aiba capacitatea de transmitere totala a momentului de rasucire a arborelui;

• sa nu genereze solicitari suplimentare;• sa compenseze eventualele devieri unghiulare, radiale sau axiale ale

unui arbore fata de celalalt;• sa atenueze socurile si oscilatiile daunatoare ce apar in timpul

exploatarii;• sa asigure cerinta de interschimbabilitate;• sa fie fiabile si mentenabile;• sa aiba greutate si dimensiuni constructive cat mai reduse;• sa asigure deplina securitate a muncii.

Rolul functional al cuplajelor :• asigura legatura intre doi arbori care-si pot transmite reciproc

miscarea si puterea• transmitere de miscare, respectiv, de moment de torsiune;• comanda a miscarii;• limitare de sarcina; • protectie impotriva vibratiilor si socurilor;• compensarea erorilor de executie si de montaj: montarea paralela sau

concurenta permite deplasari insemnate ale arborilor si mobilitatea acestor in timpul functionarii;

• limitarea maximala sau minimala de turatie;• transmiterea miscarii intr-un singur sens.

Tipuri constructive :- Permanente - Intermediente

Principalele conditii pe care trebuie sa le indeplineasca cuplajeje sunt :. capacitatea de transimtere totala a momentului de resucire al arborelui2. dimensiuni constructive cat mai reduse

3. capacitatea de atenuare a socurilor provenite din variatia regimului de functionare a masinilor4. posibilitatea prevenirii, preluarii si transmiterii supraeforturilor daunatoare sau a depasirii turatiei5. asigurarea interschimbabilitatii necesre inlocuirii elementelor uzateCUPLAJE PERMANENTE

sunt cele la care intreruperea miscarii intre cei doi arbori nu poate fi facuta decat prin oprirea masinilor si demontarea cuplajelor. Ele pot fi :

I. FIXE1.cu manson dintr-o bucata- cu manson dintat pentru abateri axiale - cu manson cilindric

2. cu flanse- cu flanse separate- cu flanse dintr-o bucata cu arboriiII. MOBILE – cand sunt necesare deplasari axiale, radiale si unghiulare1. cu elemente intermediare rigide-cuplajul axial – compenseaza variatia lungimii arborilor produsa de variatia de temperatura- cuplajul radial - Oldham(cu disc intermediar (pentru compresarea deplasarilor axiale, radiale) – preia abateri axiale si radiale(la masini-unelte, pompe de ungere etc.) sau transmite sarcini mari si foarte mari la diferite mecanisme(1,3-semicuplaje, 2-disc intermediar)

2. cu elemente intermediare elastice, caracterizate printr-o capacitate

deosebita de a amortiza socurile si oscilatiile de torsiune

  Introducerea progresului tehnic in industrie face ca sa se produca din ce in ce mai rapid, mai eficient in conditiile ridicarii calitatii in toate domeniile. Necesitatea obiectiva de a produce cat mai rapid, cu o productivitate cat mai ridicata, a condus la o evolutie vertiginoasa a conceptiei actuale de realizare structurala a masinilor-unelte, care depinde in cea mai mare masura de specificul tehnologic al diferitelor repere ce trebuie prelucrate si de volumul productiei acestora.Tot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tehnicitate, este produs mecatronic.

Mecatronica este rezultatul evolutiei firesti in dezvoltarea tehnologica. Tehnologia electronica a stimulat aceasta evolutie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanica. In urmatoarea etapa, prin integrarea microprocesoarelor in structurile electromecanice, acestea devin inteligente si astfel s-a ajuns la mecatronica.

Tehnologia mecatronica aduce in centrul atentiei problema informatiei care, este componenta datatoare de ton in raport cu materialul si energia. Aceasta pozitie a informatiei este motivata de catre japonezi prin urmatoarele argumente .

• informatia asigura satisfacerea nevoilor spirituale ale omului;• numai informatia creste valoarea nou adaugata a tuturor lucrurilor; • informatia inseamna cultura.

Capitol :TRADUCTOARE FOLOSITE PENTRU MASURAREA MARIMILOR GEOMETRICE

Procesul de masurare presupune un fenomen de preluare a informatiei de la masurand sub forma unei energii, transmiterea acesteia la o unitate de prelucrare ce stabileste valoarea marimii masurate prin comparatie cu un etalon sau cu o scara si care o aplica unui bloc de iesire care poate avea si rol de indicator. Marimile pot fi active, daca sunt purtatoare de energie ( de exemplu : forta, curentul electric ). Preluarea informatiei de la masurand se face de catre traductor,un dispozitiv care,pe baza unei legi fizice,realizeaza transformarea unei marimi fizice in alta sau aceeasi marime fizica,diferita de prima calitativ sau cantitativ.Traductorul care transforma marimea de masurat provenita de la masurand intr-o alta marime,adecvata unei prelucrari ulterioare,se numeste traductor de intrare sau senzor,iar traductorul care transforma semnanul prelucrat,purtator de informatie de masurare,intr-un semnal ce poate fi folosit la locul de utilizare,se numeste traductor de iesire. Intre traductorul de intare si cel de iesire pot exista traductoare intermediare si de asemenea,blocuri de prelucrare si/sau modificare a semnelor Din punctul de vedere al marimii de iesire,traductoarele se clasifica in :

-traductoare parametrice sau modulatoare,daca marimea de iesire este un parametru de circuit electrice ; -traductoare generatoare sau energetice,daca marimea de iesire este :tensiune,curent sau sarcina electrica. Masurarea marimilor geometrice se poate face prin metode absolute (rigla,sublerul) sau metode relative (incrementale),prin care se stabileste o abatere fata de o valoare de referinta (de exemplu : masurarea cu comparatorul).Masurarea marimilor geometrice permite si determinarea altor marimi,prin folosirea unor traductoare intermediare ce transforma marimea masurata intr-o deplasare mica (presiuni,forte,niveluri,temperaturi). Masurarea marimilor geometrice se poate face prin :

1) metode mecanice (rigla,subler,raportor,cale.)2) metode optice (microscop,interferometru.)3) metode pneumatice sau hidraulice.4) metode electrice.

Pentru masurarea marimilor geometrice este necesar sa se stabileasca sistemul de referinta atat al masurandului,cat si al traductorului,ce se materializeaza prin pozitionarea unor elemente sub forma de puncte,inii sau suprafete ce definesc sau delimiteaza marimea masurata

sau masura.Din cauza erorilor de model,pozitionarea poate fi mai mult sau mai putin precisa ;pentru reducerea erorilor de pozitionare sunt necesare muchii,suprafete sau repere de foarte buna calitate,pozitionarea efectuanduse prin stabilirea coincidentei ori simetriei unor elemeente constructive ce definesc masurandul ori masura,cu elemenetele specifice ale mijlocului de pozitionare.Operatia de pozitionare a masurandului sau traductorului cu ajutorul elementelor specifice mijlocului de pozitionare se numeste captare.

REGULI PRIVIND PROTECTIA, IGIENA SI SECURITATEA MUNCII

Sănătatea şi securitatea în muncă

Sănătatea şi securitatea în muncă nu este un concept nou în reglementările referitoare la legislaţia muncii în România, fiind prezent şi în Legea protecţiei muncii nr.90/1996 republicată şi în Normele generale de protecţia muncii aprobate prin Ordinul M.M.P.S. nr.578/20.11.1998 şi Ministerului Sănătăţii DB/5840/26.11.1998 .

Sănătatea şi securitatea în muncă sunt părţi componente ale procesului de muncă, iar managementul acestora este parte componentă a sistemului general de management.

In scopul aplicarii si respectarii in cadrul laboratoarelor a regulilor privind protectia, igiena si securitatea in munca corespunzatoare conditiilor in care se desfasoara activitatea, se asigura instruirea tuturor elevilor, care consta in:

- instructajul introductiv general care se face de catre profesor - instructajul la locul de munca se face dupa instructajul introductiv

general, de catre conducatorul direct si are ca scop prezentarea riscurilor si masurilor de prevenire specifice

- instructajul periodic se face de catre profesor. In vederea asigurarii conditiilor de protectie a muncii si pentru

prevenire a accidentelor de munca, asigura cadrul necesar privind accidentelor de munca, asigura cadrul necesar privind :

-adoptarea la elaborarea tehnologiilor de fabricatie a solutiilor conforme cu normele de protectie a muncii, prin a caror aplicare sa fie eliminate riscurile;

- stabilirea pentru participanti la procesul de munca, a atributiilor si raspunderilor ce le revin in domemul protectiei muncii

- asigurarea si controlarea cunoasterii si aplicarii, de catre toti participantii la procesul de munca si lucrari de laborator, a masunlor tehmce, samtare si organizatorice din domeniul protectiei muncii;

- asigurarea functionarii permanente si corecte a sistemelor si dispozitivelor de protectie, a aparaturii de masura si control, precum si a instalatiilor de captare, retinere si neutralizare a substantelor nocive degajate in desfasurarea proceselor tehnologice Prevenirea accidentelor de munca si a bolilor profesionale se face prin introducerea pe piata si doar prin utilizarea acelor echipamente individuale de protective care mentin sanatatea si care asigura securitatea utilizatorulor, fara a afecta sanatatea sau securitatea altor personae, animale domestic sau

bunuri, atunci cand sunt intretinute adecvat si tulizate confirm scopului prevazut.

Utilizarea EIP este permisa daca:=este conform reglementarilor tehnice aplicabile=este corespunzator riscurilor pe care le previne, fara a induce el insure un risc suplimentar=raspunde conditiilor existende de locul de munca=tine seama de cerintele ergonomice si de sanataet ale angajatului=este adaptat conformatiei purtatorului

In cazul dereglarii sau degradarii normale a acetuia, respective al pierderii calitatii de protectie, se acorda obligatoriu un nou echipament. Degradarea sau pierderea lui, inainte de termenul de utilizare prevazut, din vina purtatului, atrage raspunderea acestuia prin prejudiciul cauzat, potrivit legii (art 13. Legea nr.90/1996, republicata)

1.1. Reguli generale de protective a muncii si PSI pentru elevi, in activitatile din laborator

1. Hainele folosite in timpul lucrarilor partice sa fie simple, sa nu contine material volante care sa poata incurca efectuarea lucrarii. In timpul lucrarilor practice effectuate manula, este de dorit sa nu se poate inel proeminent. Parul lung trebuie sa fie legat. Purtarea halatului alb in timpul lucrarilor practice este obligatorie.

2. In laborator nu se admite decat comportament civilizat, atentia fiind indreptate asupra lucrari effectuate. Nu se luicraeza decat cu apare a corar functionare este bine cunoscuta. De asemenea este interiza folosirea altor instalatii decat cele destinate lucrarilor din ziua respective. In toate cazurile cand prevederile lucrarilor practice o cer sau atunci cand apar orice fel de complicatii in timpul lucrarii, trebuie consultat profesorul.

3. Trebuie pastrata ordinea la punctul de lucru. Dupa fiecare etapa a exprimentului trebuie sa se faca ordine. In timpul folosirii intrumentelor ascutite, a obiectelor de sticla etc., este necesara o atentie deosebita.

4. in timpul lucrarilor practice se folosesc rareori substante corozive. In cazul in care acestea ajung pe piele sau mucoase trebuie imediat inlaturate cu o carpa moale si apoi spalate cu apa din abundenta.

5. Robinetele de gaz vor fi manipulate doar de catre professor.

6. Sa nu se blocheze usirle de iesire si nici caizle de acces dintre mesele de laboratorm, deoarece, in cazul unui incendiu, s-ar ingreuna evacuarea. In laborator trebuie adus numai echipamentul necesar. Nu trebuie depozitate genti pe mese, pentru ca ingreuneaza munca si pot fi distruse.7. Conform regulilor de protective a muncii, este obligatory anuntarea imediata a profesorului de orice accident produs in timpul lucrarii de laborator.8. In cazul unui incendiu, trebuiie anuntat imediat profesorul.9. Primul ajutor poate fi acodat de catre asistent, respectiv de medical cabinetului scolar.