SADRŢAJ Predavanje broj 1

Uvodno predavanje a) . Osnovni pojmovi, tehnologija i proizvodni procesi u rudarstvu. b) Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naĉina eksploatacije c) Zahtevi koje treba da ispune mašine u uslovima rada na površinskim

kopovima i rudnicima sa podzemnom eksploatacijom. d) Podela mašina i ureĊaja i rudarstvu, istorijski razvoj mašina u ureĊaja u

rudarstvu Predavanje broj 2

Pogonski sistemi a. Motori SUS b. Elektromotori c. Hidro i pneumatski motori

Predavanje broj 3

Prenosnici snage: a) mehaniĉki prenos snage, b) hidrodinamiĉki prenos snage, c) hidrostatiĉki prenos snage, d) elektriĉni prenos snage

Predavanje broj 4

Transportni ureĊaji na rudarskim mašinama a) UreĊaji za kretanje na pneumaticima, b) UreĊaji za kretanje na gusenicama, c) UreĊaji za kretanje po šinama, d) Koraĉajući ureĊaj za kretanje, e) Kombinovani ureĊaji za kretanje f) Stabilnost ureĊaja za kretanje g) Proraĉun ureĊaja za kretanje

3

0. Uvodno predavanje 0.1 Osnovni pojmovi, tehnologija i proizvodni procesi u rudarstvu Intencija svake zemlje je da do maksimalnih mogućnosti razvije i proširi sirovinsku bazu nalazi pre svega opravdanje u stalno rastućim zahtevima svih grana privrede, a naroĉito teške industrije za metalima, energetskim sirovinama i drugim materijalima koji ĉine osnov za rad i razvoj lake industrije. Danas je nemoguće zamisliti velike inţinjersko-tehniĉke zahvate bez obezbeĊenja ogromnih koliĉina energije raznih vidova, raznih konstrukcija i vrsta materijala koji se preteţno dobijaju iz sirovina ĉvrstih mineralnih leţišta. Prema taome, rudarska industrija ima veoma odgovoran zadatak obezbeĊenja privrede sirovinama u raznim oblicima. MeĊutim, tokom dugogodišnje eksploatacije veliki broj leţišta je otkopan tamo gde su vladali lakši radni uslovi ili su pak otkopani delovi sa bogatijim sadrţajem korisnog minerala: Ovaj razlog, kao i permanentno povećanje fiziĉkog obima proizvodnje suoĉili su rudarsku industriju sa problemom eksploatacije takozvanih siromašnih leţišta: Otkopavanje siromašnijih leţišta, povećanje dubine eksploatacije i pogoršanje rudarsko-tehnoloških uslova, komenzira se u savremenoj praksi proizvodnjem nove rudarske mehanizacije sa povećanim kapacitetima koja omogućava jeftiniju proizvodnju. Razvoj procesa eksploatacije leţišta potpomaţe i stalno prati uvoĊenje odgovarajuće mehanizacije, automatizacije i daljinskog upravljanja. Tehniĉki progres u površinskoj i podzemnoj eksploataciji utiĉe na sve veću redukciju radne snage, tako da su danas na površinskim kopovima i u podzemnoj eksploataciji sistemi sa minimalnim brojem radnika, koji uglavnom rade poslove nadgledanja i odrţavanja. Pri razmatranju problema eksploatacije leţišta treba respektovati ĉinjenicu da sa stanovišta eksploatacije postoje velike razlike izmeĊu leĊišta metala, nemetala i uglja, pre svega kod primenjenih metoda otkopavanja, primenjene mehanizacije i dr. Pre neposrednog pristupanja eksploataciji jednog leţišta u širem smislu, neophodno je izraditi odgovarajuću projektnu dokumentaciju, poĉev od geoloških elaborata, studija opravdnosti eksploatacije, do glavnih projekata. U idejnim projektima i studijama opravdanosti koje prethode konkretnim projektnim rešenjima neophodno je pre svega razjasniti naĉin eksploatacije jednog leţišta. Prema tehnološkom procesu eksploatacije razlikuju se dva naĉina eksploatacije:

podzemna eksloatacije leţišta, i

površinska eksploatacije leţišta Kod napred navedenih naĉina eksploatacije prisutni su svi klasiĉni elementi i odgovarajuća organizacija tehnološkog procesa dobijanja korisne supstance. MeĊutim, treba napomenuti da postoje i drugi vidovi eksploatacije leţišta sa bitnim ralikama u procesu dobijanja korisne supstance pri ĉemu nisu zastupljene sve faze eksploatacije. U ove procese pre svega spada proces luţenja primenjen za primernu eksploataciju nekih leţišta metala (urana), ili pak kao dopnska metoda za naknadno iskorišćenje preostalih rezervi (leţišta bakra) korisne supstance, kao i proces gasifikacije nekih leţišta uglja. Ovi procesi se mogu smatrati izuzetnim, ali u odreĊenim uslovima daju zadovoljavajuće ekonomske efekte.

0.2 Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naĉina eksploatacije

Podzemna eksloatacije ležišta

Pod pozemnom eksploatacijom leţišta podrazumeva se dobijanje mineralnih sirovina u podzemnom radu primenom odgovarajućih metoda otkopavanja. Da bi se moglo

4

pristupiti otkopavanju leţišta, u pratećim stenama i u samom leţištu izraĊuju se odgovarajuće jamske prostorije i objekti. Budući da se podzemna eksploatacija obavlja ispod zemljine površine, sa njom je povezana jamskim prostorijama (oknima, potkopima, niskopima i dr.) a samim tim nameće se potreba stalnog podgraĊivanja, ventilacije i osvetljenja podzemnih prostorija.

Slika 1. Prikaz rudnika sa površinskim i podzemnim objektima: 1- zgrada za izvoznu mašinu; 2- izvozni toranj; 3- izvozno okno; 4- izvozište; 5, 6 i 7- hodnici; 8- koš; 9- pumpna komora; 10-pumpe; 11- vodosabirnik; 12- otkopi; 13 i 14- levkovi za utovar; 15- minske bušotine; 16- vagoneti; 17- slepo okno; 18- ĉelo radilišta; 19- ventilaciono okno; 20- zgrada za ventilator;21- ventilacioni kanal; 22- lestvice; B1, B2 i B3- leţište pripremljeno za eksploataciju

Površinska eksloatacije ležišta Površinska eksploatacija leţišta se bitno razlikuje od podzemne, kako po tehnološkom procesu otkopavanja leţišta, tako i po primeni odgovarajuće mehanizacije. Površinska eksploatacija predstavlja skup svih radova sa površine terena za otkopavanje leţišta korisne mineralne sirovine. Objekat koji se pri tome formira naziva se površinski kop. U nekim specifiĉnim sluĉajevima površinske eksploatacije proces otkopavanja leţišta se obalja pod vodom. Površinska eksploatacija obuhvata dve osnovne grupe radova: radove na otkrivci (jalovini) i radove na korisnoj mineralnoj sirovini.

Slika 2 Prikaz površinskog kopa

5

Radovi na otkrivci se sastoje u odstranjivanju (otkopavanju, transportu i odlaganju) jalovinskih masa koje pokrivaju odnosno spreĉavaju slobodan pristup i bezbednu eksploataciju korisne sirovine. Radovi na korisnoj sirovini se sastoje u dobijanju (otkopavanju, transportu, pretovaru ili skladištenju) korisne mineralne sirovine. Ovde, meĊutim, treba istaći ĉinjenicu da su u odreĊenim sluĉajevima neki od litoloških ĉlanova otkrivke (glina, pesak, šljunak i dr.) mogu tretirati kao mineralna sirovina.

Slika 3 Površinski kop uglja i površinski kop bakra

Kod eksploatacije leţišta radovi na otkrivci i korisnoj sirovini se izvode sinhronizovano, pri ĉemu radovi na otkrici u izvesnoj meri, vremenski i prostorno, pretiĉu radove na korisnoj sirovini (slika 4).

Slika 4. Šematski prikaz površinske eksploatacije ležišta: a) horizontalnih i blago nagnutih; b) kosih; c) strmih; 1

– otkopani prostor; 2,3 – unutrašnja i spoljašnja odlagališta; 4,5 – radna i završna kosina površinskog kopa; 6 –

završna kontura površinskog kopa; 7 – berme; I, II, III ... – redosledi razvoja rudarskih radova

6

Osnovna obeleţja površinskog naĉina eksploatacije leţišta mineralnih sirovina se sastoje u sledećem:

eksploatacija mineralnih sirovina se moţe obavljati samo posle odstranjivanja (otkopavanja, transporta i odlaganja) otkrivke, ĉiji je obim obiĉno 3 do 5 puta, nekada i znatno veći od obima korisne sirovine;

veliko radno prostranstvo površinskog kopa pruţa mogućnost primene krupnih i visokoproduktivnih mašina na otkopavanju, transportu i odlaganju jalovine, odnosno na dobijanju korisne mineralne sirovine;

otkopavanje jalovine i korisne sirovine se uglavnom vrši bagerima, retko hidromehanizacijom ili otkopno-transportnim mašinama (dozerima, skreperima i dr.), pri ĉemu se bagerima mogu otkopavati pored mekih i ĉvrstih (polustenski i stenski) materijali sa prethodnim rastresanjem postupkom miniranja, a hidromehanizacijom samo meki i sipki materijali.

Površinska eksploatacija, u poreĊenju sa podzemnom, ima niz prednosti od kojih treba posebno istaći sledeće:

povoljnije uslove primene krupne i visokoproizvodne mehanizacije;

široke mogućnosti uvoĊenja automatizacije i distancionog upravljanja mehanizmima i proizvodnim procesima;

lakšu primenu savremenih metoda dijagnostikovanja i odrţavanja rudarske opreme;

manje gubitke korisne supstance u proizvodnom procesu (3 do 10% u poreĊenju sa 20 do 30% i više kod podzemne eksploatacije);

povoljnije uslove selektivnog otkopavanja korisne mineralne sirovine;

kraći rok izgradnje i manja hinvesticiona ulaganja (u poreĊenju sa podzemnim rudnikom istog kapaciteta izgradnja površinskog kopa je vremenski 2 do 3 puta kraća, a troškovi izgradnje 1,5 do 2,5 puta niţi);

bolju ekonomsku efektivnost, veću produktivnos rada, povoljnije uslove rada i veću bezbednost zaposlenih.

Površinska eksploatacija ima i svojih nedostataka od kojih treba istaći:

veliki uticaj klimatskih faktora (temperature, intenziteta vetra, vrste i koliĉine padavina, magle i dr.) na svojstva radne sredine, dejstvujuća opterećenja vitalnih elemenata konstrukcije mašina, uslove eksploatacije i odrţavanja, a samim tim i na ukupnu efektivnost rada površinskog kopa;

degradaciju velikih površina, ĉesto veoma plodne zemlje, zagaĊenje vazduha, reka i jezera, sniţenje nivoa podzemnih voda na širokom prostoru i dr.

Specijalnim merama zaštite odreĊena štetna dejstva površinske eksploatacije se mogu eliminisati ili osetno ublaţiti, mada ĉesto uz relativno velika finansijska ulaganja.

0.3 Zahtevi koje treba da ispune mašine u uslovima rada na površinskim kopovima i rudnicima sa podzemnom eksploatacijom. Zahvaljujući velikim preimućstvima, površinski naĉin eksploatacije beleţi neprekidan rast. Pri ovom naĉinu otkopavanja postiţe se visoka produktivnost rada, manja specifiĉna investiciona ulaganja i troškovi proizvodnje, stvaraju se veoma povoljni uslovi za racionalno, tj. maksimalno, korišćenje rezervi korisne supstance, poboljšavaju se uslovi rada zaposlenih i njihova sigurnost itd. Takve uslove i takav razvoj površinska eksploatacija ostvaruje prvenstveno zahvaljujući razvoju i izgradnji velikih - moćnih kompleksa na otkopavanju, preradi i upotrebi sirovina, koje karakteriše visoka koncentracija proizvodnje, racionalna mreţa i vrste transporta, masovna prerada i velika potrošnja.

7

Bitan elemenat za navedena preimućstva površinskog naĉina otkopavanja je visoka mehanizovanost skoro svih tehnoloških procesa u tehnološkom lancu, primena automatizacije procesa, daljinsko upravljanje, moderno odrţavanje i opsluţivanje mašina, nauĉna organizacija rada i dr. Zbog svega reĉenog, površinsko otkopavanje rudne supstance zahteva:

primenu visokoproduktivnih specijalizovanih mašina, koje mogu da obavljaju sve specifiĉne radove u ovoj vrsti delatnosti;

primenu univerzalnih mašina samo za radove, gde su u pitanju kompleksni zahvati, koji objedinjuju dva ili više proizvodna procesa;

primenu sredstava tzv. „pomoćne mehanizacrje" za sve pomoćne radove koji se ne mogu obavljati krupnim, tj. osnovnim, mašrnama, kao i za radove koji treba da omoguće što produktivniji rad osnovnim mašinama;

sistematsku obnovu mašinskog parka i njegovu modernizaciju. Dosadašnje iskustvo je pokazalo da tempo i ekonomika radova na površinskom otkopu, u osnovi, zavise od nivoa opšte mehanizovanosti otkopa, a posebno od nivoa mehanizacije radova na otkopavanju i transportu otkrivke. Ova vrsta radova spada u vrlo sloţene i teške, a od visine troškova za ove radove zavisi ukupna ekonomika eksploatacije, s obzirom da u troškovima za jedinicu proizvedene korisne supstance uĉestvuju sa daleko najvećim procentom. Radi toga, konstruisanje ili izbor odgovarajućih mašina, odnosno konstrukcije takvih mašina koje u svemu zadovoljavaju uslove radne sredine, predstavlja vrlo odgovoran i sloţen zadatak za struĉnjake. Ne manji zadatak od prethodnog je i odgovorno, dobro i efikasno odrţavanje mašina, tako da njihovo vremensko i kapacitetno korišćenje bude maksimalno, a pouzdanost i sigumost zavidna. Maksimalni ekonomski efekat postiţe se samo ako mašina zadovoljava niz uslova, od kojih su najvaţniji:

da poseduje jednostavnu prostu kinematiĉku šemu koja obezbeĊuje visoki kk.d. mašine;

celishodan raspored ureĊaja sa stanovišta montaţe, remonta i opsluţivanja;

tehnologiĉnost konstrukcije, koja se sastoji iz unificiranih delova proste izrade i jednostavne montaţe mašine;

uravnoteţenost i solidnost;

ĉvrstinu i solidnost;

pouzdanost, trajnost i sigumost u radu i dugpveĉnost;

visoku produktivnost i

udobnost opsluţivanja. Proces mehanizacije rudarskih radova se odvija po principu od prostog ka sloţenom – od mehanizacije pojedinaĉnih operacija do mehanizacije ukupnog tehnološkog procesa. Mehanizacija rudarskih radova na površinskim kopovima u razliĉitim prirodnim uslovima ostvaruje se razliĉitim mašinama i ureĊajima, pri ĉemu se uvek nastoji da se pojedinaĉne operacije u vremenu i prostoru poveţu u jedinstvennu tehnološku šemu. Iza operacije koja se izvodi jednom mašinom, sledi druga koja se u istom tempu izvodi sledećom mašinom, pri ĉemu druga mašina mora biti povezana sa prvom tako da se obezbedi neprekidost ukupnog procesa. Ovako postavljena organizacija tehnološkog procesa odgovara principima kompleksne mehanizacije proizvodnih procesa. Shodno ovome, pod kompleksnom mehanizacijom rudarskih radova se podrazumeva visoki stepen mehanizacije pri kojem je teški ruĉni rad istisnut ne samo iz osnovnih, već i iz pomoćnih procesa. Za postizanje najboljih tehno-ekonomskih pokazatelja površinske eksploatacije, pre svega visoke produktivnosti rada, mehanizacija mora biti kompleksna, a njena struktura tako

8

izabrana i postavljena da svi elementi (mašine i ureĊaji) te strukture u okviru proizvodnog procesa ispunjavaju sledeće zahteve:

struktura kompleksne mehanizacije treba da obuhvata samo mašine koje su kapacitetno usaglašene i prilagoĊene fiziĉko-mehaniĉkim osobinama materijala;

struktura kompleksne mehanizacije mora da odgovara rudarsko-geološkim, hidrogeološkim i topografskim uslovima leţišta i da poseduje odreĊenu gipkost tehnološkog procesa u sluĉaju promene ovih uslova;

struktura komplesne mehanizacije treba da odgovara obliku, veliĉini i kapacitetu površinskog kopa, roku izgradnje i veku eksploatacije, kao i kapacitetu i opremi preraĊivaĉa ili potrošaĉa korisne sirovine;

struktura komplesne mehanizacije treba da sadrţi što je moguće manji broj pojedinaĉnih mašina i ureĊaja koji su neophodni za izvoĊenje odreĊenog obima radova jer se na taj naĉin povećava njena pouzdanost, produktivnost i ekonomiĉnost;

struktura kompleksne mehanizacije treba po pravilu da obuhvata tipske i serijske mašine i ureĊaje kako bi njihova eventualna zamena bila lakša i brţa, unikatne mašine i ureĊaje treba koristiti samo u sluĉajevima kada je primena standardne opreme nemoguća ili neracionalna;

koeficijenti rezerve snage i tehniĉkog kapaciteta pojedinaĉnih mašina u poreĊenju sa proseĉnim pokazateljima njihovog rada, u saglasnosti sa karakterom rudarske proizvodnje, treba da budu ne manji od 1,2 do 1,3 (pri eksploataciji mekih materijala), i ne veći od 1,5 do 1,7 (pri eksploataciji ĉvrstih stenskih materijala);

strukturu kompleksne mehanizacije treba po mogućnosti opremiti mašinama kontinuiranog dejstva; nepoţeljno je u jednoj strukturi imati uzajamno povezane mašine kontinuiranog i diskontinuiranog dejstva;

najbolji ekonomski efekti se postiţu u uslovima punog iskorišćenja snage i kapaciteta mašina koje ulaze u strukturu; po mogućnosti treba davati prednost jednoj mašini većeg u odnosu na nekoliko mašina manjeg kapaciteta, mada pri nepotpunom iskorišćenju krupne i visokokapacitetne mašine ekonomski pokazatelji rada nekoliko mašina manjih masa i kapaciteta, koje uspešno izvršavaju zadati obim radova, mogu da budu znatno povoljniji;

strukture kompleksne mehanizacije sa najmanjim uĉešćem teških i nepotpuno mehanizovanih pomoćnih procesa i operacija su po pravilu efektivnije;

svaka struktura kompleksne mehanizacije treba u potpunosti da ispuni zahteve u pogledu sigurnosti izvoĊenja rudarskih radova, potpunog iskorišćenja rezervi korisne sirovine i obezbeĊenja potrebnog kvaliteta.

Osnovni principi na kojima bazira struktura kmpleksne mehanizacije su: neprekidnost proizvodnje, mogućnost objedinjavanja procesa, najkraće rastojanje transporta materijala i najmanji mogući obim pomoćnih radova. Na izbor strukture kompleksne mehanizacije veći ili manji uticaj mogu imati:

prirodni faktori (fiziĉko-mehaniĉke osobine materijala, oblik, veliĉina i uslovi zaleganja leţišta, klimatski uslovi regiona, reljef površine otkopnog polja, inţenjersko-geološki uslovi eksploatacije, vrsta i namena korisne sirovine);

tehniĉko-tehnološki faktori (zadati ili mogući kapacitet kopa, komercijalno-finansijski i trţišni uslovi nabavke opreme, mogući izvori snabdevanja energijom, vodom i dr.);

organizacioni faktori (raspoloţivost kvalifikovanom radnom snagom, reţim rada kopa, rok izgradnje i osvajanja projektovanog kapaciteta kopa, mogući rokovi izgradnje energo i vodo-snabdevanja, dopreme i transporta opreme i dr.);

ekonomski faktori (veliĉina investicionih ulaganja, trţišna vrednost korisne sirovine, veliĉina dobiti, produktivnost rada, uslovi amortizacije i dr.).

Svaki od pomenutih faktora u konkretnim uslovima moţe imati odluĉujući ili drugostepeni znaĉaj. Sigurno je, meĊutim, da je kod leţišta ograniĉenih veliĉina i relativno malih rezervi korisne sirovine neracionalno teţiti velikom kapacitetu kopa uz primenu krupne mehanizacije

9

i obrnuto, kod eksploatacije prostranih leţišta velikim kopovima neracionalna je primena opreme malih kapaciteta. Na savremenim površinskim kopovima obiĉno se teţi primeni jednotipnih sredstava mehanizacije, što znatno uprošćava organizaciju rudarskih radova, eksploataciju, remont i opsluţivanje opreme. Na radovima otkrivke se, po pravilu, primenjuje oprema većih radnih parametara i kapaciteta. Strukturu kompleksne mehanizacije u opštem sluĉaju ĉine niz mašina ili grupa mašina za izvoĊenja radova na: otkopavanju i utovaru, transportu otkopanog materijala, odlaganja, pretovaru ili skladištenju i primarnoj preradi. U zavisnosti od vrste materijala koji se otkopava i usvojene tehnologije rada, struktura kompleksne mehanizacije moţe da sadrţi sve ili samo deo pomenutih ĉlanova strukture.

0.4 Podela mašina i uređaja i rudarstvu Nomenklatura mašina, mehanizama i ureĊaja koji se primenjuju na površinskim otkopima je velika i raznovrsna. Masine za površinsko otkopavanje rudne supstance se klasifikuju po nameni, principu dejstva, konstrukciji radnog, pogonskog i transporrnog ureĊaja, po sistemu upravljanja, po kapacitetu, snazi, gabaritima itd. U udţbenicima se kao osnovna osobina za klasifikaciju mašina uzima tehnolosko obeleţje, jer ono u osnovi odreĊuje kinematiĉku šemu mašine i konstrukciju njenih delova i sklopova. Po ovakvoj klasifikaciji masine i ureĊaje za površinsku eksploataciju moţemo podeliti na sledeće klase:

mašine za otkopavanje i utovar jalovine i rudne supstance;

masine za odlaganje jalovine,

mašine i ureĊaji za transport jalovine i rudne supstance;

mašine zadubinskobušenje;

mašine za pomoćne radove (dozeri, rijaći, grejderi, dizalice i sl.);

mehanizovani alati. Mašine svake klase dele se na grupe, koje obuhvataju mašine za izvršavanje odeĊenih radova. Na primer, klasa mašina za otkopavanje jalovine sastoji se iz dve grupe masina: bagera i mašina za hidromehaniĉko otkopavanje. Svaka grupa mašina deli se na podgrupe, koje se izmeĊu sebe razlikuju po konstrukciji radnog organa ili šire. Tako, na primer, u grupi bagera razlikujemo bagere sajednim radnim elementom i bagere sa više radnih elemenata. Mašine svake podgrupe delimo darje na tipove prema njhovim konstruktivnim karakteristikama i specifiĉnostima. Tako u podgrupi bagera sa jednim radnim elementom razlikujemo bagere kašikare, dreglajne itd. Mašine svakog tipa delimo na modele, koji se meĊusobno razlikuju po tehniĉkim karakteristikama (kapacitet, radne dimenzije, mase, gabariti itd.). Na primer, meĊu bagerima kašikarima razlikujemo bagere sa kašikom male, srednje i velike zapremine. Znaĉajna je isto tako, kao i prethodno izneta, klasiftkacija masina za površinsku eksploataciju po reţimu rada. Po ovom osnovu razlikuju se: a) mašine sa periodiĉnim (cikliĉnim) dejstvom, kod kojih se radne operacije izvode jedna iza druge — naizmeniĉno po odreĊenom redu i ponavljaju se posle izvesnog vremena i b) mašine sa neprekidnim dejstvom, kod kojih se sve operacije izvode istovremeno.

10

Kao primer za mašine grupe a) mogu da posluţe bageri sa jednim radnim elementom, a za grupu b) traĉni transporteri fli bageri sa vise radnih elemenata. Klasifikacija mašina za površinsku eksploatacrju po pokretljivosti isto je znaĉajna radi toga što obuhvata ne samo podelu na stacionarne i pokretljive mašine, već i dalju specifiĉnost ove pokretljivosti po ureĊajima za kretanje (na gusenicama, pneumaticima, na koraĉajućem ureĊaju i sl.). Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji namenjene su za otkopavanje, utovar, transport, podgraĊivanje otkopanog prostora i njegovog zapunjavanja, kao i za izradu podzemnih prostorija. Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji obavljaju jednu ili više rudarskih operacija, pa mogu biti proste ili kombinovane. Osnovna podela mašina u podzemnoj eksploataciji vrši se prema njihovoj osnovnoj tehnološkoj nameni, a kako je prikazano na sledećoj slici.

Rudarske mašine u podzemnoj eksploataciji

Mašine za pripremu i

eksploataciju ležišta

Mašine za utovar i

transport

Mašine za podgrađivanje

i zapunjavanje

Otkopni čekić

Mašine za bušenje

Mašine za

otkopavanje

Mašine za izradu

prostorija

Mašine za hidr.

otkopavanje

Podsekačice

Kombajni

Kompleksi za

otkopavanje

Agregati

Podsekačice

Kombajni

Mašine za utovar

Mašine za transport

Utovarno-

transportne mašine

Mašine za

podgrađivanje

Mašine za

zapunjavanje

Slika 5 Osnovna podela rudarskih mašina u podzemnoj eksploataciji

Svaku od ovih grupa mašina moguće je dalje rasĉlaniti, u cilju dobijanja preciznije podele. Detaljnije podele rudarskih mašina će se obraditi u okvirima posebnih poglavlja. Treba napomenuti da se u praksi ĉesto susreću "kombinovane" rudarske mašine. Ove mašine su konstruisane tako da vrše funkciju dve ili više vrsta mašina, odnosno, obavljaju više od jedne radne operacije. Najĉešće "kombinacije" su proizvodno-utovarne i utovarno-transportne mašine. Mere zaštite koje se odnose na rudarske mašine predviĊene za rad u uslovima podzemne eksploatacije, pored osnovnih odredbi, posebno obraĊuju rad ovih mašina:

U uslovima eksplozivne atmosfere, odnosno kada je u jamskoj atmosferi prisutan metan ili ugljena prašina, što je veoma ĉest sluĉaj u rudnicima uglja sa podzemnom eksploatacijom. Rudarske mašine predviĊene za rad u ovakvim uslovima se projektuju i izraĊuju u tzv. "protiv eksplozivnoj konstrukciji", koja podrazumeva spreĉavanje kontakta eksplozivne atmosfere i mogućih izvora energije. Ove mere se

11

pored rudarskih mašina odnose i na ostalu opremu i ureĊaje instalirane u rudniku (npr. elektro instalacije).

sa pogonom na dizel gorivo. Ove mašine se uglavnom primenjuju u rudnicima metala i nemetala sa podzemnom eksploatacijom. Mere zaštite koje se odnose na rad ovih mašina propisuju dozvoljene emisije ĉvrstih ĉestica (ĉaĊi) i štetnih materija preko izduvnih gasova dizel motora, kao i maksimalnu temperaturu izduvnih gasova.

12

I Osnovni sistemi rudarskih mašina

Svaka mašina se konstruktivno sastoji iz pet osnovnih grupa elemenata:

radnog organa, tj. elemenata koji neposredno ostvaruju tehnolosku operaciju (na primer, kašflce bagera i sl.),

prenosnih mehanizama (transmisije) koji povezuju radni organ sa pogonskim motorom (vratila, zupĉasti i drugi prenosi i sl.),

pogonskog ureĊaja — motora, koji se javrjaju kao izvori energije za pokretanje elemenata mašine,

sistema upravljanja, kojim se obezbeĊuje ukljuĉivanje i iskljuĉivanje pojedinih mehanizama mašina i

ureĊaja za transport, odnosno kretanje masine (pneumatici, gusenice, koraĉajući ureĊaj i sl.), koji je kao sastavni deo ukljuĉen u opštu konstrukciju pokretnih mašina.

Radni organ i prenosni mehanizmi su specifiĉni za pojedine mašine ili grupu mašina, a odreĊuju se zavisno i od namene masine. Na slici 1 prikazani su osnovni agregati i sistemi rudarskih mašina na primeru buldozera i utovarivaĉa

Slika 1. Osnovni delovi rudarskh mašina (primer buldozera i utovarivaĉa) 1. pogonski agregat odnosno motor sa pomoćnim agregatima snage ; 2 transmisija, 3 ureĊaj za transport sa vešanjem i koĉnicama, 4 kabina i elementi oslanjanja mašine; 5 mehanizam upravljanja, 6 radni organ.

13

1. Pogonski sistemi Pod pogonom se podrazumeva ureĊaj koji saopštava kretanja mašini. U opštem sluĉaju, to je sveukupnost ureĊaja, koji se sastoje iz energetskog izvora, prenosa (transmisije) i ureĊaja upravljanja. Pri ovome, u pojam prenosa ili transmisije takoĊe ulaze ukupni ureĊaji za prenos mehaniĉke energije od motora na radni organ, ukljuĉujući meĊupogone. Savremene rudarske mašine predstavljaju obiĉno agregate mašina. Radi toga, one mogu da imaju nekoliko pogona istih ili razliĉitih tipova. U vezi sa ovim, razlikuju se osnovni pogon i pomoćni pogon. U prvi spada obiĉno pogon radnog ureĊaja, mehanizma za kretanje i okretanje (kod bagera sa jednim radnim elementom), a u druge - dopunskih oslonaca, stabilizatora kod pogona transportnog ureĊaja za kretanje na pneumaticima, mehanizma upravljanja, elementa transmisije i dr. Na slikama 2 i 3 prikazani su bageri sa jednim radnim elementom sa svojim osnovnim i pomoćnim pogonima.

Slika 2. Bager sa normalnom visinskom kašikom

14

Slika 3 Bager draglajn Mehanizmi i pribori upravljanja objedinjeni su u sistem upravljanja mašinom. Pogoni se razlikuju i po vrsti energije koju koriste. Pri ovome se uzima u obzir ne samo vrsta energije koja se pretvara primamim motorom, već i one vrste, koje se koriste u transmisiji za prenos mehaniĉke energije, proizvedene primarnim motorom. Po vrsti korišćene energije razlikuju se sledeći pogoni: toplotni, elektriĉni, hidrauliĉni, pneumatski i kombinovani (elektrohidrauliĉni i dr.). Po broju motora, pogoni mogu biti sa jednim ili više motora. Pri pogonu sa jednim motorom (grupni pogon), pogon svih kretanja mašine, koja su neophodna za njen radni proces, ostvaruje se pomoću jednog motora (na slici 4 prikazana je kinematska šema jednog jednomotornog bagera i jednog višemotornog bagera); pri pogonu sa vise motora (individualnom pogonu) svako kretanje (ili njihov zbir) se ostvaruje posebnim motorom. Radi toga, kod mašina sa jednomotornim pogonom svaki izvršni mehanizam poseduje samostalnu vezu sa motorom i mogućnost nezavisnog prikljuĉenja za motor, koji se nalazi u neprekidnom radu. Kod mašina sa višemotornim pogonom nezavisnost radnih kretanja se postiţe posebnim-individualnim pogonom (posebnim motorima) izvršnih mehanizama.

15

Slika 4. Kinematska šema jednomotornog i višemotornog bagera

Zavisno od uslova primene, odnosno namene, kod rudarskih mašina se koriste preteţno sledeće vrste pogona: jednomotorni sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem ili elektriĉnim motorom i sa mehamĉkom transmisijom; jednomotorni sa motorom sa unutrasrijim sagorevanjem i hidrauliĉnom transmisijom; višemotorni elektriĉni, koji se napaja elektriĉnom energijom iz generatora koga ponogi motor sa unutrašnjim sagorevanjem; višemotomi elektriĉni koji se napaja elektriĉnom energijom iz mreţe i višemotorni sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem koji je spojen sa pogonom posebnih izvršnih mehanizama hidrauliĉnim motorima.

16

Izvor energije i ureĊaj za njeno pretvaranje u pogonsku energiju se naziva još i ureĊaj snage. Po konstrukciji i vrsti korišćene ili pretvorene energije razlikuju se sledeći ureĊaji snage, koji se primenjuju kod rudarskih mašina: motori sa unutrašnjim sagorevanjem, elektriĉni motori naizmeniĉne ili istosmerne struje, hidrauliĉni motori i pumpe, a takoĊe i turbotransformatori, hidrauliĉne spojnice, cilindri snage, pneumatski ureĊaji snage itd.

Svaka vrsta pogona ima svoje dobre i loše osobine, te stoga svakom od njih odgovara svoja oblast primene.

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem - relativno su dosta rasprostranjeni u primeni kod manjih rudarskih mašina. Njihova glavna odlika je: nezavisnost od spoljnjeg izvora energije, a zatim mala masa po jedinici snage (kg/kW), srazmerno visok koeficijent korisnog dejstva (k.k.d), pouzdanost i jednostavnost u eksploataciji. Nasuprot reĉenom, oni su osetljivi na preopterećenja, njihova eksploatacija zavisi od temperaturnih uslova, trajnost (vek trajanja) im je mala, ne mogu se neposredno reversirati, zahtevaju snabdevanje gorivom. Na slici 5 prikazane su karakteristiĉne rudarske mšine koje koriste SUS motore.

Slika 5. Primeri rudarskih mašina koji koriste SUS motore Zbir svih ovih osobina odreĊuje im uspešnu primenu kod manjih mašina i kod mašina koji neprekidno ili ĉesto menjaju radno mesto ili se sele sa jednog na drugo gradilište i sl. Motori sa unutrašnjim sagorevanjem uspešno se primenjuju takoĊe kod kombinovanih pogona (dizel-elektriĉni ili dizel-hidrauliĉni). Elektriĉni pogon ne zahteva snabdevanje gorivom, dopušta neposredno reversiranje, ima visoki k.k.d., pouzdan je i jednostavan u eksploataciji, ĉak i pri niskim negativnim temperaturama, dugoveĉan je i univerzalan. Nasuprot reĉenom, zahteva spoljni izvor energije, te je radi toga nepodesan za mašine koje ĉesto menjaju lokacije i kada je radni proces mašine vezan za njeno sopstveno kretanje. Radi toga, oblast preimućstvene primene ovog pogona su bageri sa jednim i više radnih elemenata srednjeg i velikog kapaciteta, koji se koriste, po pravilu, bez ĉestih premeštanja, zatim pogon traĉnih transportera itd. Na slici 6 prikazan je pogon radnog roĉka rotornog bagera i pogon transportera sa trakom

17

Slika 6. Primeri rudarskih mašina koji koriste elektriĉni pogon Hidrauliĉni pogoni u poreĊenju sa drugim imaju znatno manju masu i manje gabaritne dimenzije agregata, te stoga poseduju malu inerciju; obrtna masa hidrauliĉnih motora obrtnog dejstva za nekoliko puta je manja od obrtne mase elektromotora iste snage. Oni omogućavaju da se ostvari bezstepenasta promena izlazne brzine, da se pretvara obrtno kretanje u translatomo i translatomo u obrtno; konstruktivno jednostavno obezbeĊuje zaštitu hidroagregata od preopterećenja. U nedostatke spada velika cena agregata, sloţenost eksploatacije, relativno mali vek trajanja. Hidropogoni se primenjuju, po pravilu, u sprezi sa primarnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem ili elektriĉnim motorima kod bagera sa jednim radnim elementom manje snage, bagera za kopanje kanala i kao pomoćni pogoni kod skoro svih mašina, a danas i kod bagera velike snage. Na lici 7 prikazan je hidropogon radnog toĉka rotornog bagera.

Slika 7. Primeri rudarskih mašina koji koriste hidropogon Pneumatski pogon odlikuje se postupnošću pri ukljuĉivanju brzina i promeni snage, jednostavnošcu regulisanja, pouzdanošću itd. Ovi sistemi rade pod manjim pritiskom nego hidrauliĉni, što im daje preimućstvo primene u sistemima upravljanja koĉnicama i spojnicama. Pri niskim negativnim temperaturama pouzdanost pneumatskih pogona se smanjuje.

18

1. 1 MOTORI SA UNUTRAŠNJIM SAGOREVANJEM

Pod toplotnim motorima podrazunevamo takve mašine koje transformišu tolotnu energiju, dobijenu sagorevanjem nekog goriva delimiĉno u mehaniĉku energiju. Svi toplotni motori, prema mestu gde se obavlja sagorevanje goriva delimo u dve osnovne grupe:

motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori)

motori sa spoljašnjim sagorevanjem (SSS motori)

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem su toplotni motori u kojim ase proces sagorevanja goriva i pretvaranje dela toplotne energije u mehaniĉku energiju okretanja vratila motora odvija neposredno unutar cilindra motora.. Toplota osloboĊena sagorevanjem goriva se predaje direktno radnom telu – produktima sagorevanja, ĉime se povećava njihov energetski potencijal. Njihovim širenjem unutar cilindara

OPIS FUNKCIONISANJA I PODELA MOTORA SUS

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem se, kao što je već navedeno, široko primenjuju u

mnogim oblastima ljudske aktivnosti, te je to i uslovilo razvijanje mnogobrojnih tipova

i konstrukcija. Vodeći raĉuna da se pod pojmom motora sa unutrašnjim

sagorevanjem podrazumevaju klipni motori SUS, razmotriće se principijelna šema

jednog takvog motora (sl.8).

Slika 8. Šema motora sa unutrašnjim sagorevanjem 1.Cilindarska glava, 2.Usisni ventil, 3.Izduvni ventil, 4.Klip,

5.Cilindar, 6.Klipnjaĉa, 7.Kolenasto vratilo, 8.Motorna kućica

Kod svih klipnih motora osnovna konstruktivna koncepcija i princip rada su u sustini isti. Osnovni elementi motora SUS su cilindar 5, u kome se kreće klip 4, vezan posredstvom klipnjaĉe 6 za kolenasto vratilo 7. Radni prostor formiran je od cilindra 5, koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom glavom 1, u kojoj se nalaze usisni 2 i izduvni ventil 3, a sa druge strane samim pomerljivim klipom. Klip, klipnjaĉa i

19

kolenasto vratilo ĉine glavni motorni mehanizam ĉiji je zadatak da pravolinijsko oscilatorno kretanje klipa, nastalo kao rezultat ekspanzije produkata sagorevanja, pretvori u obrtno kretanje kolenastog vratila. Na taj naĉin se mehaniĉki rad koji motor dalje predaje potrošaĉima preko kolenastog vratila u vidu obrtnog momenta. Kolenasto vratilo je smešteno u motornoj kućici 8.

Radni ciklus se ostvaruje u cilindru motora ponavljanjem niza uzastopnih, relativno laganih širenja odredjenih koliĉina radne materije izmedju krajnjih poloţaja klipa. Ti poloţaji, u kojima se vrši promena smera njegovog kretanja, nazivaju se mrtvim taĉkama. Krajnji poloţaj, pri kome je rastojanje od klipa do ose kolenastog vratila najveće, naziva se spoljna mrtva taĉka (SMT). Pri tom poloţaju klipa zapremina izmedju klipa i cilindarske glave je minimalna i naziva se kompresiona zapremina (VC) ili prostor sagorevanja. Krajnji unutrašnji poloţaj klipa, kada je on najbliţi osi kolenastog vratila, naziva se unutrašnja mrtva taĉka (UMT), a odgovarajuća zapremina iznad klipa je maksimalna i naziva se ukupna zapremina cilindra (Vmax). Pomeranja klipa iz jedne u drugu mrtvu taĉku naziva se njegovim hodom (S). Hod klipa (S) jednak je dvostrukom polupreĉniku puta ose kolena kolenastog vratila. Deo radnog procesa koji se obavi za jedan hod klipa naziva se takt motora. Zapremina Vh, koju opiše ĉelo klipa pri kretanju od jedne do druge mrtve taĉke naziva se radna zapremina cilindra. Na taj naĉin ukupna zapremina cilindra Vmax je jednaka sumi radne zapremine Vh i kompresione zapremine VC. Odnos ekstremnih zapremina,

definiše jedan vaţan parametar motora, stepen kompresije :

C

h

C

Ch

C V

V

V

VV

V

V

1max

Stepen kompresije (sabijanja) nam pokazuje u kolikom odnosu je izvršeno sabijanje sveţe radne materije, odnosno pri poznatoj radnoj zapremini definiše prostor sagorevanja. Pored već nabrojanih delova motor ima još ĉitav niz pomoćnih sistema koji omogućuju nesmetan rad motora SUS pri svim uslovima eksploatacije.

PODELA SUS MOTORA

Postoji ĉitav niz podela motora SUS u zavisnosti od svojstva, namene, konstrukcije ili karakteristiĉnih osobina, ali su dve osnovne: po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa i po principu paljenja. Podela po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa Svi motori SUS po naĉinu ostvarivanja radnog ciklusa mogu se podeliti u dve osnovne grupe: ĉetvorotaktne i dvotaktne. Ĉetvorotaktnim motorom se naziva motor u kome se radni ciklus ostvari u toku ĉetiri takta, odnosno hoda klipa, ĉemu odgovaraju dva obrta kolenastog vratila. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi za dva hoda klipa, ĉemu odgovara jedan obrt kolenastog vratila.

20

Podela po principu paljenja Po principu upaljenja smeše sve motore SUS delimo na oto i dizel motore. Kod oto motora paljenje se vrši stranom energijom, elektriĉnom varnicom, koja se stvara izmedju elektroda svećice i u potrebnom trenutku pali već pripremljenu smešu. Kod dizel motora upaljenje smeše se vrši na principu samoupaljenja, tj. bez stranog izvora energije. U visoko sabijeni vazduh ubrizgava se dizel gorivo koje se samo pali. Danas postoje neke konstrukcije motora koje predstavljaju prelaz izmedju oto i dizel motora, poludizel motori, kod kojih se sabijanje ne vrši do pritiska samoupaljenja, već nešto niţeg te se paljenje mora da izvrši stranom energijom. Podela motora po konstruktivnim i eksploatacionim karakteristikama U zavisnosti od konstrukcionih i eksploatacionih karakteristika postoji ĉitav niz podela od kojih ćemo navesti najvaţnije: Podela prema mestu obrazovanja smeše Prema mestu obrazovanja smeše imamo motore sa spoljnim obrazovanjem smeše (karburatorski i gasni oto motori) i motore sa unutrašnjim obrazovanjem smeše (dizel i poludizel motori). Podela prema naĉinu punjenja Prema naĉinu punjenja cilindra sveţom radnom materijom, svi motori se dele na motore sa prirodnim i sa veštaĉkim punjenjem. Kod motora sa prirodnim punjenjem, ono se ostvaruje na osnovu stvorene depresije u cilindru motora pri kretanju klipa od spoljne ka unutrašnjoj mrtvoj taĉki i tu spadaju svi neprihranjivani ĉetvorotaktni motori. Kod veštaĉki punjenih motora, radna materija se predhodno sabija, kako bi se omogućilo povećanje snage motora, i zatim šalje u cilindar. Tu spadaju svi dvotaktni motori i prehranjivani ĉetvorotaktni motori. Podela motora po konstrukciji

U zavisnosti od poloţaja osa cilindara svi motori mogu biti vertikalni, horizontalni, V-motori, bokser motori, W-motori, zvezdasti motori itd.

u zavisnosti od broja cilindara- jednocilindriĉni i višecilindriĉni motori.

u zavisnosti od konstrukcije motornog mehanizma na motore bez ukrsne glave i motore sa ukrsnom glavom.

Motori jednostrukog i dvostrukog dejstva Kod motora jednostrukog dejstva radni ciklus se obavlja samo sa spoljne strane klipa, dok se kod motora dvostrukog dejstva (uvek se izvode sa ukrsnom glavom) za obavljanje radnog ciklusa koriste obe strane klipa, te se na taj naĉin postiţu znatno veće snage. Podela prema nameni Svi motori po nameni se dele na stacionarne i transportne. Ukoliko su motori postavljeni na postojanom fundamentu, nazivaju se stacionarni, a ukoliko se nalaze ugradjeni u nekom pokretnom sredstvu nazivaju se transportni. Transportni motori se dalje dele na: brodske, ţelezniĉke, avionske i za motorna vozila. Podela prema smeru okretanja kolenastog vratila Dele se na nereversivne (jednog smera) i reversivne (koji menjaju smer okretanja) motore.

21

Podela po stepenu sabijanja Dele se na motore niskog i visokog stepena kompresije. U motore niskog stepena kompresije spadaju oto benzinski i gasni motori, dok u motore visokog stepena kompresije spadaju dizel motori. Podela prema vrsti korišćenog goriva

U zavisnosti od primenjenog goriva svi motori se dele na:

motori na pogon gasnim gorivom,

motori na pogon teĉnim gorivom,

dvogorivni motori na pogon sa gasnim ili teĉnim gorivom,i

višegorivni motori.

Podela prema naĉinu hladjenja

Prema naĉinu hladjenja termiĉki opterećenih površina motora svi motori se dele na:

motore sa vodenim hladjenjem i

motore sa vazdušnim hladjenjem. Pored ovih već navedenih, u specijalnoj literaturi vezanoj za motore sa unutrašnjim sagorevanjem postoje još neke podele u zavisnosti od nenavedenih konstruktivnih ili eksploatacionih osobina motora.

VRSTE GORIVA I OSNOVNE KARAKTERISTIKE TIH GORIVA ZA PRIMENU U MOTORIMA SUS

Sagorevanje goriva kod motora SUS vrši u cilindru motora, pa je zbog toga potrebno da to gorivo poseduje odredjena svojstva i da njegovi produkti sagorevanja ne sadrţe ĉvrste ĉestice. Zbog toga i pored mnogih eksperimentalnih pokušaja, nije uspešno rešena primena ugljene prašine kao goriva u motorima SUS, već se i danas koriste samo teĉna i gasovita goriva, ĉije sagorevanje protiĉe praktiĉno bez ostataka. Osnovni hemijski elementi teĉnih i gasovitih goriva su ugljenik i vodonik. Varijacijom broja i medjusobnog rasporeda atoma vodonika i ugljenika dobijaju se ugljovodonici razliĉitih osobina. Pri sagorevanju dolazi do vezivanja vodonika i ugljenika sa kiseonikom iz vazduha uz istovremeno oslobadjanje znatne koliĉine toplote. Goriva za motore SUS treba da zadovolje sledeće osnovne zahteve:

Da imaju visoku toplotnu moć, kako bismo sa zadanom koliĉinom goriva dobili što veći efekat,

Da su lako isparljiva, kako bi se omogućilo brzo i lako mešanje sa vazduhom u cilju stvaranja gorive smeše,

Da ne sadrţe sastojke koji omogućavaju koroziju pri skladištenju, odnosno da prilikom sagorevanja ne stvaraju štetne sastojke ni ĉvrste ostatke,

Da su postojana pri transportu i skladištenju, naroĉito pri niskim temperaturama,

Da imaju veliku brzinu sagorevanja, ali bez usputnih detonatnih pojava,

Da su postojana i otporna na detonaciju (kod oto motora), odnosno sklona ka samoupaljenju (kod dizel motora), i

Da se moţe vršiti pogodno snabdevanje potrošaĉa, pri svim temperaturama. Danas se kod motora SUS najviše koriste teĉna goriva, jer najbolje zadovoljavaju sve postavljene zahteve. Teĉna goriva sadrţe u 1 kg najveću koliĉinu hemijski vezane energije, lako se mešaju sa vazduhom i stvaraju homogenu gorivu smešu, imaju veliku brzinu sagorevanja, ne stvaraju štetne sastojke prilikom sagorevanja, i što je

22

posebno vaţno lako i jednostavno se transportuju i skladište. Osim toga je i njihova trajnost pri uskladištenju velika. U motorima SUS se danas praktiĉno koriste samo veštaĉka teĉna goriva dobijena preradom nafte u rafinerijama. U zavisnosti od ţeljenih koliĉina pojedinih frakcija, primenjuje se odredjeni postupak rafinacije nafte. U oto motorima se najviše koriste benzini, a u dizel motorima dizel goriva. Gasovita goriva su takodje pogodna za korišćenje u motorima SUS, jer se lako mešaju sa vazduhom, sagorevaju praktiĉno bez dima i ĉadji, obezbedjuju brzo i lako startovanje, ali su nepogodna za transport i skladištenje, pa samim tim i za sigurno snabdevanje potrošaĉa, te zbog toga nemaju veliku primenu. Prirodno gorivo je prirodni (zemni) gas, koje se najvećim delom sastoji od metana CH4. Bez neke posebne pripreme se moţe koristiti u motorima SUS. Od veštaĉkih gasovitih goriva interesantni su samo gasogeneratorski gas, svetleći gas i teĉni gasovi propan i butan. Već je naglašeno da se u oto motorima najviše koristi benzin. Benzin predstavlja najisparljiviji destilat nafte i karakteriše se postojanjem komponenata ĉija temperatura kljuĉanja ne prelazi 200°C. Donja toplotna moć benzina je oko 45000 kJ/ kg. Medjutim, na snagu motora veliki uticaj ima, ne toplotna moć benzina, već njegove smeše sa vazduhom koja iznosi oko 3800 kJ/m3. Vaţna osobina benzina je njegova isparljivost, ĉak i na niskim temperaturama. Ona utiĉe na brzinu i kvalitet pripreme smeše, a naroĉito na start motora. Pri normalnom sagorevanju benzina u cilindru motora, brzina prostiranja plamena pri sagorevanju smeše iznosi od 25 do 40 m/sec. Veća brzina sagorevanja doprinosi poboljšanju odvijanja radnog ciklusa, a samim tim i vrednosti njegovog stepena korisnosti. Medjutim, pri povećanju stepena sabijanja radne smeše brzina prostiranja fronta plamena moţe naglo porasti, tako da dodje do pojave detonacije. Detonacija je naglo, burno sagorevanje jednog dela smeše koji se nalazi ispred fronta plamena, pri ĉemu dolazi do povećanja brzine sagorevanja ĉak do 2000 m/sec. Detonacija dovodi do pogoršanja procesa sagorevanja, izaziva udare koji mogu da dovedu i do loma pojedinih elemenata motora. Otpornost goriva, prema pojavi detonacije se definiše oktanskim brojem. Za merenje otpornosti goriva prema detonaciji, odnosno za odredjivanje vrednosti oktanskog broja koriste se danas posebni jednocilindriĉni motori kod kojih je moguće u toku ispitivanja menjati stepen kompresije. Pri tome se kao etalon gorivo koristi smeša izooktana C8H18, koji je veoma otporan prema detonaciji (oktanski broj 100) i normalnog heptana C7H16 koji je potpuno neotporan prema detonaciji (oktanski broj 0). Pod oktanskim brojem goriva podrazumevamo sadrţaj izooktana u zapreminskim procentima one smeše, koja je po detonacionim svojstvima ista, kao i ispitivano gorivo. Što je viši oktanski broj, to je gorivo otpornije prema detonaciji, te je moguć veći stepen sabijanja. Za povećanje oktanskog broja benzinu se dodaju specijalne supstance tzv. antidetonatori (tetraetil olova, tetrametil olova itd.). Samim tim se omogućuje veći stepen sabijanja, a time i veća ekonomiĉnost i snaga motora. Postoji više metoda za odredjivanje oktanskog broja u zavisnosti od vrste i namene goriva. U našoj zemlji se koriste dve vrste benzina: premium (86-88 oktana) i super (97-99 oktana). Pored već navedenih, vaţne osobine benzina su temperatura samozapaljenja (temperatura do koje treba zagrejati gorivo u prisustvu vazduha, da bi se ono zapalilo samo od sebe i dalje sagorevalo), granice upaljivosti (donja-granica siromaštva smeše kada je toliko razredjena sa vazduhom da ne postoji mogućnost njenog upaljenja i gornja-granica bogatstva smeše, kada je ona toliko bogata da ne postoji

23

dovoljno kiseonika za njeno sagorevanje). Kod oto motora je takodje vaţna temperatura samopaljenja, kako se u procesu sabijanja ne bi stvorila mogućnost samoupaljenja goriva smese ili pojava detonacije ispred fronta plamena. Njena vrednost iznosi oko 500°C za benzin. Postojanost benzina kod niskih temperatura je veoma velika. Tek ispod -100°C nastupa promena agregatnog stanja. Medjutim, ukoliko se voda nalazi u benzinu, nastupa smanjenje postojanosti benzina na niskim temperaturama. Pored toga voda štetno deluje korozijom na materijale od kojih je sagradjen motor i njegovi agregati. Sumpor takodje veoma štetno deluje na materijal motora, te sadrţaj sumpora u benzinu ne bi smeo da predje 0,2 %. U dizel motorima se upotrebljavaju razliĉita dizel goriva u zavisnosti od vrste i namene motora. Toplotna moć dizel goriva se kreće od 42000 do 44000 kJ/kg. Zahtevi koji se postavljaju pred dizel goriva su dosta razliĉita u odnosu na benzin. Najvaţnije karakteristike dizel goriva su sklonost ka samoupaljenju, temperatura samoupaljenja, viskoznost, sposobnost stvaranja koksa, temperatura stinjavanja, sadrţaj sumpora i neĉistoća u gorivu. Kao pokazatelj sklonosti dizel goriva ka samoupaljenju koristi se cetanski broj. Odredjuje se u specijalnirn opitnim motorima uz pomoć etalon goriva. Kao etalon gorivo sluţi mešavina cetana C16H34 (cetanski broj usvojen 100), kao veoma sklon samoupaljenju i alfa-metilnaftalina C11,H10 sa vrlo malom sklonosti ka samozapaljenju (cetanski broj usvojen 0). Procenat cetana u onoj smeši sa alfa-metilnaftalinom, koja pokazuje isto zakašnjenje paljenja, odnosno duţinu perioda pritajenog sagorevanja (vremena koje protekne od momenta kada zapoĉne ubrizgavanje goriva do momenta kada nagli porast pritiska manifestuje burnije sagorevanje) , kao i ispitivano gorivo u opitnom motoru, predstavlja cetanski broj. Što je viši cetanski broj, to je lakša samopaljivost goriva, a samim tim, pri ostalim istim uslovima, mirniji je bešumniji rad. U našoj zemlji standardi definišu ĉetiri vrste dizel goriva za dizel motore: 1. Vrlo lako dizel gorivo D1, JUS B.H2.411. Za motore motornih vozila sa preko 800

o/min. 2. Lako dizel gorivo D2, JUS B.H2.412. Za industrijske dizel motore i teška vozila. 3. Srednje dizel gorivo D3, JUS B.H2.413. Primenjuje se za stabilne i brodske

motore. 4. Lako dizel gorivo (sa malim sadrţajem sumpora) D2S, JUS B.H2.416. Temperatura samoupaljenja treba da bude što niţa kako bi se obezbedilo sigurno samoupaljenje goriva, naroĉito kod hladnog motora pri niskim spoljnim temperaturama. Za dizel goriva ta temperatura se kreće oko 330°C. To je veoma vaţna osobina zbog kvaliteta ubrizgavanja goriva i njegovog raspršivanja, naroĉito pri niskim temperaturama. Kao karakteristika savršenosti sagorevanja i sklonosti dizel goriva na stvaranje dima i ĉadji u produktima sagorevanja sluţi tzv. koksni broj, koji pokazuje koliĉinu koksa (u teţinskim procentima) dobijenu pri zagrevanju goriva u specijalnim aparatima bez prisustva vazduha. Dizel goriva imaju tu vrednost od 0,1 do 0,3. Temperatura stinjavanja (data u tablici 2.1) predstavlja temperaturu kod koje dizel gorivo više ne teĉe, ĉak ni u sudu pod uglom od 45° u toku jednog minuta. Visoke vrednosti te temperature nisu povoljne, jer zgusnuta goriva veoma teško cirkulišu kroz elemente napajanja, oteţano je filtriranje i moţe doći ĉak do prestanka rada motora. Pojava sumpora u dizel gorivu, kao i prisustvo vode i mehaniĉkih primesa moţe da dovede

24

do pojave korozije, oštećenja i zaĉepljenja elemenata za ubrizgavanje goriva, te se o tome mora posebno voditi raĉuna. Pored navedenih i razmatranih goriva, u motorima SUS se mogu primeniti i neka druga goriva, ali to su već motori specijalne namene, te se u okviru ovog kursa neće razmatrati. OPIS RADA ĈETVOROTAKTNOG I DVOTAKTNOG MOTORA Već je naglašeno da postoje dve osnovne podele motora: podela prema naĉinu ostvarivanja ciklusa na ĉetvorotaktne i dvotaktne motore, i podela prema principu paljenja na oto i dizel motore. Samim tim sve motore moţemo da podelimo u ĉetiri osnovne grupe:

1. Ĉetvorotaktni oto motor, 2. Ĉetvorotaktni dizel motor, 3. Dvotaktni oto motor, 4. Dvotaktni dizel motor.

Analiza indikatorskih dijagrama stvarnih motora, jasno pokazuje da postoje velike razlike izmedju ĉetvorotaktnih i dvotaktnih motora, dok su razlike izmedju oto i dizel motora znatno manje. Najveće razlike u dijagramima oto i dizel motora postoje u maksimalnim pritiscima. Kod dizel ciklusa ti pritisci su znatno viši zbog samoupaljenja goriva i vrh dijagrama u blizini SMT je znatno obliji, jer proces sagorevanja teĉe i posle SMT. Na slici 9. a) i b), dati su indikatorski dijagrami ĉetvorotaktnog oto i dizel motora gde se navadene razlike lako mogu pratiti. Zbog toga je i moguće analizirati ĉetvorotaktne oto i dizel motore, kao i dvotaktne oto i dizel motore, na bazi istog dijagrama, vodeći raĉuna o specifiĉnostima rada oto i dizel motora

25

Slika 9. Indikatorski dijagram ĉetvorotaktnog motora a) oto motori b) dizel motori c) analiza rada

OPIS RADA ĈETVOROTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA Kod ĉetvorotaktnih motora ceo radni ciklus se obavi za ĉetiri takta (hoda) klipa, odnosno dva obrta kolenastog vratila. Prouĉićemo na slici 3.c tok linije pritiska u toku odvijanja radnog ciklusa:

I takt-usisavanje Linija usisavanja zapoĉinje od taĉke r, završne taĉke prethodnog radnog ciklusa kojoj odgovara pritisak izduvavanja. Kretanjem klipa od SMT ka UMT, u cilindru se stvara podpritisak koji omogudava da se usisava smeša goriva i vazduha (kod oto motora) ili ĉist vazduh (kod dizel motora). Pri tome je otvoren usisni, a zatvoren izduvni ventil, kako se izduvni gasovi iz predhodnog ciklusa ne bi vraćali u cilindar. Pritisak usisavanja je nešto niţi od atmosferskog, te je linija usisavanja r-a.

26

II takt-sabijanje Sabijanje nastaje pri obratnom kretanju klipa odUMT ka SMT. U tom periodu su oba ventila zatvorena, te kretanje klipa povećava pritisak gorive smeše (kod oto motora), odnosno sveţeg vazduha (kod dizel motora). Na dijagramu proces sabijanja je pretstavljen krivom a-c. U blizini SMT celokupna sveţa radna materija je sabijena u prostor sagorevanja V , te su odgovarajući pritisci i temperature veoma visoki. Kod motora veliĉina pritiska na kraju procesa sabijanja zavisi u osnovi od stepena sabijanja, odnosno od vrste motora. Kod dizel motora se sabija ĉist vazduh, pa se u njega ubrizgava gorivo koje mora da se zapali po principu samoupaljenja. Zbog toga i odgovarajući pritisci i temperature, a samim tim i stepeni sabijanja, moraju imati

visoke vrednosti. Uobiĉajene vrednosti stepena sabijanja su od 14 do 22, pritisaka od 25 do 40 bar, a temperature od 550°-650°C. Te vrednosti omogućavaju nesmetano samoupaljenje dizel goriva u trenutku njegovog ubrizgavanja. Kod oto motora zbog opasnosti samopaljenja gorive smeše i pojave detonacije smo ograniĉeni sa vrednošću stepena sabijanja, a samim tim i vrednostima pritisaka i temperatura na kraju procesa sabijanja. Uobiĉajene vrednosti stepena sabijanja kod oto motora se kreću od 6 do 9, pritisaka od 6 do 12 bar, temperatura od 300 do 400°C, odnosno znatno manje nego kod dizel motora. Nešto pre SMT, u taĉki p, dolazi do paljenja gorive smeše elektriĉnom varnicom (kod oto motora), odnosno do ubrizgavanja goriva u zaţareni i sabijeni vazduh (kod dizel motora). Proces sagorevanja se obavlja u neposrednoj blizni SMT, pri ĉemu pritisak naglo raste po liniji p-z, dostiţući u taĉki z maksimalnu vrednost (kod oto motora od 25 do 50 bar, a kod dizel motora od 50 do 90 bar). Sagorevanjem se oslobadja znatna koliĉina toplote koja se predaje produktima sagorevanja tako da njihova temperatura dostiţe i 2000°C. Proces sagorevanja u motoru u zavisnosti od osobina goriva i brzohodnosti motora traje od 0,01 do 0,001 sec. Zbog toga je i potrebno da se omogući što bolja priprema gorive smeše, njen što homogeniji i rasprašeniji sastav, kako bi se omogućilo da svaki molekul goriva dobije dovoljnu koliĉinu vazduha, odnosno kiseonika za potpuno sagorevanje.

III takt-širenje ili ekspanzija Već je naglašeno da se proces sagorevanja završio u taĉki z, nešto iza SMT, na poĉetku takta širenja. Energetski opterećeni produkti sagorevanja potiskuju klip ispred sebe, pri ĉemu dolazi do širenja produkata sagorevanja, povećanja njihove zapremine i pada pritiska. Potiskivanjem klipa ostvaruje se rad koji se putem motornog mehanizma predaje kolenastom vratilu i dalje potrošaĉima. Ovo je jedini radni takt koji omogućuje pokrivanje sopstvenih gubitaka motora tokom ostala tri takta i predaju mehaniĉke energije potrošaĉima. Proces se odvija po liniji z-b, U toku takta ekspanzije zatvorena su oba ventila.

IV takt-izduvavanje Nešto pre dolaska klipa u UMT otvara se izduvni ventil,te dolazi do pada pritiska produkata sagorevanja, kako bi se oni odstranili pod što manjim pritiskom. U toku takta izduvavanja klip se kreće od UMT ka SMT potiskujući ispred sebe energetski iskorišćene produkte sagorevanja u izduvni vod, a zatim u spoljnu atmosferu. Na dijagramu proces izduvavanja je predstavljen krivom b-r, sa pritiskom koji je nešto viši od atmosferskog (1,05 do 1,25 bar), te je za izduvavanje gasova potrebno utrošiti izvestan rad. Pri daljem kretanju klipa zapoĉinje novi radni ciklus. Rad ĉetvorotaktnog motora se sastoji u periodiĉnom ponavljanju radnih ciklusa koji se odvijaju na opisani naĉin.

27

OPIS RADA DVOTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA Iz analize radnog ciklusa ĉetvorotaktnog motora vidi se, da u njemu, pored taktova sabijanja i širenja, koji su neophodni kod svakog toplotnog motora u kome se ostvaruje kruţni proces, postoje i taktovi usisavanja i izduvavanja, u toku kojih toplotni motor radi pri niskim pritiscima u cilindru i igra ulogu pumpe. Na taj naĉin ĉetvorotaktni motor više od polovine vremena trajanja radnog ciklusa, tj. više od dva takta ili jednog obrta kolenastog vratila, koristi za izmenu radne materije. Ţelja da se bolje iskoristi neophodno vreme za obavljanje radnog ciklusa i da se eliminišu taktovi usisavanja i izduvavanja-pumpni taktovi, doprinela je razvoju dvotaktnih motora. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi za dva takta-takt sabijanja i takt širenja, odnosno za jedan obrt kolenastog vratila. Zbog toga je potrebno obezbediti da se izmena radne materije moţe da obavi za što kraće vreme, jer za nju nam stoji na raspoloţenju samo oko 20 do 30% vremena trajanja radnog ciklusa, odnosno završni deo takta širenja i poĉetni deo takta sabijanja. Da bi se taj proces mogao u tako kratkom vremenu izvršiti predvidja se predsabijanje radne materije i posebni naĉini ispiranja, o ĉemu će biti detaljnije diskutovano u kasnijim poglavljima. Na slici 10 data je šema dvotaktnog motora sa popreĉnim ispiranjem i predsabijanjem u motorskoj kućici sa odgovarajućim p-v radnim dijagramom.

Slika 10. Šema dvotaktnog motora sa indikatorskim dijagramom

I takt-sabijanje ili kompresija Pri svom kretanju od UMT ka SMT, od trenutka kada su zatvoreni i izduvni i ulazni kanal (taĉka a, u p-v dijagramu) klip svojom ĉeonom stranom vrši sabijanje radne materije (gorive smeše kod oto motora, a ĉistog vazduha kod dizel motora), pri ĉemu se u motorskoj kućici stvara potpritisak koji omogućuje otvaranje automatskog ventila i ulaz sveţe radne materije. Isto kao i kod ĉetvorotaktnog motora, tako se i kod dvotaktnih motora vodi raĉuna o maksimalnim vrednostima pritiska i temperature na

28

kraju procesa sabijanja, kako ne bi došlo do pojave detonacije (kod oto motora) odnosno kako bi se obezbedilo sigurno samoupaljenje goriva (kod dizel motora). Takt sabijanja ide po krivoj a-c. Nešto pre SMT, isto kao i kod ĉetvorotaktnih motora, u taĉki p dolazi do paljenja gorive smeše (kod oto motora), odnosno zapoĉinje proces brizganja (kod dizel motora). Proces sagorevanja ide po krivoj p-z pri ĉemu se u taĉki z postiţe maksimalni pritisak i temperatura.

II takt-širenje ili ekspanzija Klip se pod dejstvom energetski opterećenih produkata sagorevanja kreće od SMT ka UMT, pri ĉemu se dobija rad koji se putem motornog mehanizma prenosi potrošaĉima. Ovo je radni takt dvotaktnog motora, predstavljen linijom z-b". Dok se u cilindru vrši ekspanzija produkata sagorevanja, donjom stranom klipa se vrši sabijanje prethodno usisane sveţe radne materije u motorskoj kućici. Na taj naĉin se vrši predsabijanje sveţe radne materije, ĉime se omogućuje da se izvrši brza izmena radne materije. Izmena radne materije se, kao što je naglašeno, vrši u završnom delu takta širenja (linija b"-b'-b) i poĉetnom delu takta sabijanja (linija b-a'-a), tako da ĉisto sabijanje traje od a do p, a ĉisto širenje od z do b". Nailaskom klipa u poloţaj b", on zapoĉinje gornjom svojom ivicom da otvara izduvni kanal i produkti sagorevanja poĉinju da izlaze iz cilindra motora. Iako je pritisak u taĉki b" dosta visok (3 do 5 bar), usled malog protoĉnog preseka i velikog prigušivanja, pritisak ne pada naglo, sve dok se ne poveća protoĉni presek. U taĉki b' zapoĉinje otvaranje ulaznog kanala. Dok smo u periodu b"-b' imali period ĉistog isticanja, otvaranjem ulaznog kanala nastaje period ispiranja tokom koga su otvorena oba kanala (linija b'-b-a'). Ovo nameće potrebu da ulazeća sveţa radna materija bude tako usmerena da se onemogući njeno mešanje sa produktima sagorevanja ili isticanje kroz otvoreni izlazni kanal. Zato se na ĉelu klipa postavlja deflektor ili se ulazni otvori postavljaju sa odgovarajućim nagibom. Pri ovome je vaţno da se stvori takva struja sveţe radne materije koja bi kao neki "gasni klip" potiskivala ispred sebe produkte sagorevanja i samim tim doprinela što boljem ispiranju cilindra motora, a da se pri tome izgubi što manja koliĉina sveţe radne materije, jer od toga u prvom redu zavise snaga i ekonomiĉnost dvotaktnih motora. Pri dolasku klipa u taĉku a' zatvara se ulazni kanal, ali je još uvek otvoren izlazni kanal. Samim tim prestaje doticanje sveţe radne materije, ali sve do taĉke a postoji mogućnost isticanja pomešanih produkata sagorevanja i sveţe radne materije. Taj period se naziva periodom naknadnog isticanja i ima veliku vaţnost, jer omogućava hladjenje termiĉki jako opterećenih površina kod dvotaktnih motora, ali negativno utiĉe na ekonomiĉnost rada. Nakon taĉke a klip će zapoĉeti proces sabijanja narednog radnog ciklusa. Rad dvotaktnog motora se sastoji u periodiĉnom ponavljanju radnih ciklusa za ĉije obavljanje je, kao što se vidi, potrebno samo dva takta, odnosno jedan obrt kolenastog vratila. Rad motora po dvotaktnom ciklusu dovodi do znatnog povećanja njegove snage. Uzimajući u obzir povećanje broja radnih ciklusa, mogli bi se oĉekivati da će se snaga povećati za dva puta. Medjutim, zbog lošije izmene radne materije i zbog korišćenja jednog dela radnog takta za izmenu radne materije, litarska snaga je veća za 50 do 60% od litarske snage ĉetvorotaktnog motora, pri jednakim dimenzijama cilindra i jednakim brojevima obrta razmatranih motora.

29

Karakteristike rada motora Za ocenu rada motora primenjuju se odreĊeni tehno-ekonomski parametri. Oni odreĊuju mogućnosti motora u pogledu razvijanja snage, njegove efikasnosti i ekonomiĉnosti pri razliĉitim uslovima rada.Postoje tri osnovne grupe parametara:

– Indikatorski pokazatelji rada motora – Efektivni pokazatelji rada motora – Kompleksni pokazatelji rada motora

Indikatorski pokazatelji rada motora su: – Srednji indikatorski pritisak – Indikatorska snaga – Indikatorski stepen korisnosti – Specifiĉna indikatorska potrošnja goriva

Efektivni pokazatelji rada motora su:

– Srednji efektivni pritisak – Efektivna snaga – Efektivni stepen korisnosti – Specifiĉna efektivna potrošnja goriva –

Kompleksni pokazatelji rada motora su: – Litarska snaga – Klipna snaga – Specifiĉna snaga – Specifiĉna masa

Indikatorski pokazatelji rada motora Srednji indikatorski pritisak je fiktivni pritisak konstante vrednosti koji bi delujući na klip u toku jednog hoda, izvršio isti rad dobijen delovanjem promenljivih pritisaka u toku odvijanja jednog ciklusa Indikatorska snaga je snaga koju motor razvija u cilindrima motora kao rezultat odvijanja radnih ciklusa Specifična indikatorska potrošnja goriva predstavlja koliĉinu goriva u gramima utrošenu po jednom indikatorskom kWh. Karakteristika je ekonomiĉnosti odvijanja radnog procesa Indikatorski stepen iskorišćenja predstavlja odnos toplote ekvivalentne indikatorskoj snazi prema toploti dovedene gorivom

– Kod Otto motora 0.25-0.37 – Kod Diesel motora 0.38-0.50

Efektivni pokazatelji rada motora Efektivna snaga je snaga koja je raspoloţiva na spojnici motora Srednji efektivni pritisak je fiktivni pritisak konstantne vrednosti analogan srednjem indikatorskom pritisku koji bi delujući na klip u toku jednog hoda radnog ciklusa obavio efektivni rad ciklusa Specifična efektivna potrošnja goriva predstavlja koliĉinu goriva koju motor troši po jednim efektivnom kilovatĉasu

30

Efektivni stepen iskorišćenja predstavlja odnos toplote ekvivalentne efektivnoj snazi prema koliĉini toplote dovedene gorivom Indikatorska snaga koja se razvija u cilindrima motora delimiĉno se troši na razne gubitkre, pa je snaga na vratilu motora koja se predaje potrošaĉima manja od indikatorske za vrednost tih gubitaka. Kompleksni pokazatelji rada motora Litarska snaga predstavlja merilo iskorišćenja radnog prostora motora, odnosno odnos efektivne snage motora i ukupne zapremine motora. Pokazatelj je efektivnosti motora Klipna snaga motora je odnos efektivne snage jednog cilindra i površine klipa. Pokazatelj je forsiranosti motora Specifična snaga motora predsatvlja odnos efektivne snage i mase motora (vaţna je kod avionskih motora) Specifična masa motora predstavlja odnos mase motora i njegove efektivne snage Konstrukcija motora Glavni delovi motora, svrstavaju se u grupu nepokretnih i grupu pokretnih delova. U nepokretne delove motora spadaju: cilindarski blok, glava i karter. Cilindarski blok treba da je pogodan za montaţu, da dobro odvodi toplotu, da omogućava jednostavnu regulaciju i kontrolu mehanizma koji se nalaze na motoru. Cilindarska glava zatvara motor sa gornje strane. Njena konstrukcija zavisi od oblika komore sagorevanja, broja i rasporeda: ventila, svećica ili brizgaĉa i sistema hlaĊenja. Karter zatvara motor sa donje strane, sluţi kao rezevoar za ulje i štiti mmotor od prašine i neĉistoća. Pokretni delovi motora (motorni mehanizam) sastoje se od kolenastog vratila, klipa i klipnjaĉe. Ovi delovi pretvaraju tranlatorno kretanje klipa u rotaciono krivajnog mehanizma. Za normalan rad motora neophodni su sledeći ureĊaji (sistemi):

Sistem za razvod radne materije koji omogućuje odstranjivanje produkata sagorevanja i punjenje sveţom radnom materijom

Sistem za napajanje motora koj sluţi za pripremu gorive smeše i napajanje oto motora, odnosno za dopremu goriva i vazhuha za cilindre dizel motora

Sistem za hlaĊenje koji sluţi za odvoĊenje toplote od zidova cilindra, cilindarske glave i ostalih temiĉki opterećenih mesta motora,

Sistem za paljenje (kod oto motora) koji obezbeĊuje sigurno i blagovremeno paljanje smeše,

Sistem za podmazivanje koji obezbeĊuje sigurno podmazivanje svih pokretnih delova

Sistem startovanja motora

Pored navedenih postoje i drui sistemi (sistem za regulisanje snage i broja obrtaja, sistem za prehranjivanje motora, sistem prenosa snage i reversa itd).

31

Na slikama 11 - 14 prikazani su detalji pokretni i nepokretni delovi motora, kao i motori u celini.

1. cilindarska glava, 2.otvor za prolaz rasfladnog fluida, 3. komora sagorevanja, 4. goli zavrtanj, 5. cilindarski blok, 6) cilindar, 7) sedište ventila, 8) otvori u bloku za prolaz rashladnog fluida, 9) usisni i izduvni kanali, 10) ventilska kućica, 11) otvor za bregasto vratilo, 12) cilindarska košuljica, 13) karter, 14) prednji poklopac bloka, 15) donji deo kartera, 16) zaptivka, 17) kućište zamajca, 18) zaptivka glave motora.

Slika 11. Blok, glava cilindra i karter. a), b) cilindarski blok linijskog motora, c)

cilindarski blok V motora.

1. spojnica za obrtanje ventila, 2. remenica ventilatora, 3. pogonski zupĉanik zupĉastog razvoda, 4. vratilo, 5. aksijalni leţaj, 6. posteljica poloţaja klipnjaĉe, 7. klipnjaĉa, 8. navrtka sa rascepkom, 9. zavrtanj klipnjaĉe, 10. klizni leţaj male pesnice klipnjaĉe, 11. prstenasti osiguraĉ, 12. osovinica klipa, 13. klip, 14. mazajući klipni prsten, 15. i 16. kompresioni klipni prstenovi, 17. kolenasto vratilo, 18. zamajac, 19. zupĉasti venac za pokretanje motora, 20. posteljica oslonaĉkog leţaja, 21. polutka osnovnog leţaja, 22. polutka leţaja velike pesnice.

Slika 12. Detalji mehanizma motora.

32

Slika 13 Popreĉni presek dizel motora

Slika 14 Popreĉni presek motora

Blok motora (glava motora)

Ventilski sklop

Injektor

Cilindar

Klip

Klipnjaĉa

Radilica

Prednja strana motora – prednji razvod

Bregasto vratilo sa pratiocima bregova

Motorna koĉnica

Turbokompresor

Izduvna grana

33

Tendencije daljeg razvoja motora SUS Savremene tendencije u razvoju dizel motora za potrebe rudarstva idu u dva pravca: izgradnja što lakših motora sa vćom snagom i izgradnja motora sa povećanim stepenom zaštite ţivotne sredine (smanjena emisija štetnih gasova). Lakše konstrukcije motora postiţu se primenom specijalnih materijala za izgradnju elemenata motora. TakoĊe, konstruisani su novi oblici klipa i komore za sagorevanje uz teţnju za maksimalnim smanjenjem habajućih površina. Posebna paţnja posvećuje se ubrizgavanju goriva. Pritisak ubrizgavanja kreće se i do 2300 bari ĉime se postiţe bolja disperzija goriva i potpunije sagorevanje, a time se i smanjuje emisija štetnih gasova. Drugi vaţan faktor je regulacija koliĉine i temperature vazduha. To se postiţe ugradnjom turbokompresora i meĊuhladnjaka ĉime se omogućava usisavanje optimalne koliĉine vazduha u svim reţimima rada motora. Posebno mesto u nadzoru i regulaciji rada motora ima elektronika. U motore se ugraĊuju senzori koji permanentno prate stanje rada motora (temperatura, pritisak, usis goriva i vaduha, emisija gasova i dr) a pomoću elektronike vrše se korekcije parametara rada motora pri razliĉitim reţimima rada. Danas su najveći proizvoĊaĉi motora Cummins, Caterpillar, Detroit Disel i dr. Catelpillar je razvio motore za rudarsku opremu u serijama 3000, 3100, 3200, 3300, 3400 i 3500. U dozere Caterpillar ugraĊuje motore snage od 52 kW (70 HP) do 574 kW (770 HP), a u kamione od 194 kW (260 HP) do 1534 kW (2057 HP).

34

1. 2. ELEKTROMEHANIĈKO PRETVARANJE ENERGIJE

OSNOVNI PRINCIPI PRETVARANJA ENERGIJE

UreĊaji za elektromehaniĉko pretvaranje energije predstavljaju vezu izmeĊu jednog elektriĉnog i jednog mehaniĉkog sistema. Stvaranjem sprege ta dva sistema moguće je vršiti pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi.

Elektriĉni motori pretvaraju elektriĉnu energiju, dovedenu sa nekog izvora struje, u mehaniĉku energiju (sl.15). Kao primer pretvaranja elektriĉne energije u mehaniĉki rad moţe posluţiti upotreba elektiĉne mašine za pogon neke mašine radilice u rudniku (bušilice, izvozne mašine, bageri, pumpe i sliĉno).

Slika 15. Proces konverzije elektriĉne energije u mahaniĉku

Elektriĉnim generatorom pretvara se mehaniĉka energija u elektriĉnu (sl.16). Na primer, kada vodena turbina obrće elektriĉnu mašinu, tada se mehaniĉki rad vodene turbine, pomoću elektriĉne mašine, pretvara u elektriĉnu energiju. Grupa mašina iz navedenog primera (vodena turbina - elektriĉni generator) naziva se hidrogenerator. Na sliĉan naĉin, pomoću elektriĉnog generatora, pretvara se mehaniĉka energija parne trurbine u elektriĉnu. Parna turbina i elektriĉna mašina, u ovom sluĉaju, ĉine turbogenerator.

Slika 16. Proces konverzije mehaniĉke energije u elektriĉnu U većini sluĉajeva, u zavisnosti od naĉina pogona, ista mašina moţe da da se koristi kao motor ili generator.

Sprega izmeĊu elektriĉnog i mehaniĉkog sistema ostvaruje se pomoću magnetnih i elektriĉnih polja. Pretvaranje energije je reverzibilan proces i pored toga što se jedan deo energije pretvara u toplotu u obliku gubitaka. Elektromehaniĉko pretvaranje energije kod mašine jss zasniva se na sledećim pojavama:

1) Na provodnik, kroz koji protiĉe elektriĉna struja i koji se nalazi u magnetnom polju, deluje mehaniĉka sila. IzmeĊu elektriĉnih provodnika, kroz koje protiĉe elektriĉna struja, meĊusobno deluje mehaniĉka sila. Postoji i reverzibilna pojava, odnosno, u provodniku, koji se nalazi i kreće u rezultantnom magnetnom polju, indukuje se elektromotorna sila (ems);

2) Na feromagnetni materijal u magentnom polju deluje mehaniĉka sila, koja teţi da ga dovede u pravac delovanja magentnog polja, odnosno na mesto najgušćeg

35

magnetnog polja. U sluĉaju da je magnetno polje stvoreno delovanjem namotaja kroz koji protiĉe struja, proces je reverzibilan, odnosno kretanjem feromagnetnog materijala dolazi do promene fluksa kroz namotaj i u njemu se indukuje ems.

Postoji širok opseg snaga elektromotora, od dela vata, kod mikromotora u regulacionim mehanizmima, do motora snage reda 50 MW koji se upotrebljavaju za pogon pumpi i ventilatora. Za razliku od elektriĉnih generatora, snage veće od 1000 MW, koji se mogu videti u termoelektranama i drugim velikim industrijskim pogonima, ureĊaji koji svoj rad zasnivaju na dielektriĉnom, piezoelektriĉnom i magnetostrikcionom efektu ograniĉeni su na nivo snage od nekoliko vata.

ELEKTROMOTORNA SILA I OBRTNI MOMENAT

Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, u elektriĉnom provodniku koji se nalazi u magnetnom polju promenjivog fluksa, indukuje se elektromotorna sila (ems), ĉiji se opšti izraz moţe napisati u oblicima:

vdx

dΦ

dt

dx

dx

dΦ

dt

dΦe ,

gde je v - relativna brzina kretanja provodnika u magnetnom polju.

Ems u namotajima moţe se indukovati kao rezultat mehaniĉkog obrtanja namotaja u magnetnom polju, ili mehaniĉkim obrtanjem magnetnog polja pored nepokretnih namotaja. U oba sluĉaja fluks se menja periodiĉno, pa je takva i priroda indukovane ems.

Promena fluksa u namotaju, kod obrtnih elektriĉnih mašina, postiţe se relativnim kretanjem obrtnog dela mašine (rotora) u odnosu na nepokretni deo (stator). Jedan od ova dva dela proizvodi osnovno magnetno polje i naziva se induktor. Drugi deo, koji se naziva indukt, nosi provodnike u kojima se indukuje napon i nastaje struja, uz nastanak magnetnog polja indukta.

Osnovni deo svakog namotaja je navojak, koji se sastoji od dva provodnika. Veći broj navojaka ĉini sekciju, a više sekcija, koje su tako povezane da se ems ili struje koje u njima postoje sabiraju, ĉine namotaj indukta ili induktora.

Slika 17. Navojak bakarne ţice, koji se obrće u magnetnom polju stalnog magneta.

Neka se jedan navojak izolovane bakarne ţice obrće konstantnom ugaonom brzinom ω, izmeĊu magnetnih polova N i S (sl.17). Obrtanjem navojka, njegove horizontalne strane (a i b, na slici) seku linije magnetne indukcije i u njima se indukuje ems. Kako se poloţaj navojka, pri obrtanju, naizmeniĉno menja u odnosu na magnetne polove N

36

i S, to se i smer i veliĉina ove indukovane ems stalno naizmeniĉno menja.

Ako se sa m oznaĉi maksimalna vrednost magnetnog fluksa, a sa - ugao za koji

se navojak obrne u nekom vremenu t. Kako je = ω t, jer je poloţaj navojka u magnetnom polju odreĊen ugaonom brzinom njegovog obrtanja, za indukovanu ems, dobija se:

cosmΦΦ .

I indukovana elektromotorna sila menjaće se po sinusoidalnoj zavisnosti:

tEe sinm

Krajevi navojka spajaju se sa bakarnim prstenovima, koji su ĉvrsto naglavljeni na osovinu, ali su od nje izolovani. Pri obrtanju osovine, zajedno sa prstenovima i navojkom, prstenovi klize po dvema ugljenim ĉetkicama, preko kojih se vezuje prijemnik i zatvara strujno kolo. U ovako dobijenom zatvorenom kolu pojavljuje se naizmeniĉna elektriĉna struja, ĉija je vremenska zavisnost:

tIi sinm .

MAGNETNO POLJE I OBRTNI MOMENAT

Da bi se razumele osobine, koje su zajedniĉke za sve mašine za elektromehaniĉko pretvaranje energije, najbolje je posmatrati princip nastanka obrtnog momenta mašina. Pri analizi obrtnog momenta i principa delovanja magnetnog polja, nije vaţno na koji su naĉin su oni nastali, jednosmernom ili naizmeniĉnom strujom, odnosno o kojoj vrsti obrtne mašine je reĉ.

Magnetno polje najlakse je opisati na primeru dva magneta (sl.18), od kojih je jedan nepokretan a drugi ima mogućnost obrtanja. Kao rezultat meĊusobnog privlaĉenja raznoimenih polova i odbijanja istoimenih, dolazi do stvaranja momenta, koji teţi da poravna ose oba magneta.

Slika 18. Momenat u dvopolnoj obtrnoj mašini. Struje, koje postoje u namotajima mašine, stvaraju magnetni fluks u vazdušnom zazoru izmeĊu statora i rotora i kroz gvoţĊe statora i rotora zatvara se magnetno kolo. Na ovaj naĉin, na statoru i na rotoru mašine postoje magnetni polovi. Ose magnetnih polja su kod mašina za jednosmernu struju nepokretne u prostoru, a kod mašina za naizmeniĉnu struju obrću se konstantnom brzinom.

37

Slika 19. Ose magnetnih polja statora i rotora kod dvopolne mašine.

Kako bi došlo do formiranja obrtnog momenta i elektromehaniĉkog pretvaranja energije, obrtne mašine moraju imati jednak broj polova statora i rotora. U sluĉaju bilo koje kombinacije razliĉitog broja polova statora i rotora, rezultujući moment mašine jednak je nuli.

KONSTRUKCIJA NAMOTAJA Kod prvih konstrukcija elektriĉnih mašina (Gramova mašina za jednosmernu struju, Teslina mašina za naizmeniĉnu struju) namotaji indukta bili su namotavani oko prstenastog jezgra indukta (sl.20.a). Danas se provodnici indukta smeštaju u ţlebove, kao dvoslojni namotaji (sl.20.b), koji su meĊusobno odvojeni zubcima i paralelno postavljni prema osi obrtanja. Ove dve konstrukcije namotaja identiĉne su u pogledu indukovane ems i momenta. Osnovni razlog korišćenja indukta sa ţlebovima je ĉinjenica da u tom sluĉaju mehaniĉka sila ne deluje direktno na provodnike već na zupce.

Slika 20. Namoti indukta: a) namotani oko prstenastog jezgra, b) u ţlebovima.

Samo kod nekih vrsta manjih mašina, polovi induktora se izraĊuju kao permanentni magneti. Kod većih mašina, polovi induktora su po pravilu elektromagneti sa odgovarajućim pobudnim namotajima, ĉime se omogućuje dobijanje jakog magnetnog polja u zazoru. Mašina moţe imati proizvoljan broj pari polova p.

PREGLED ELEKTRIĈNIH MAŠINA

Pobudni namotaj moţe biti: sa neistaknutim polovima (rasporeĊen u ţlebove) ili sa istaknutim polovima (koncentrisan i potpuno obuhvata magnetni pol).

Struja pobude, u zavisnosti od vrste obrtne mešine, moţe biti: jednosmerna i naizmeniĉna (jednofazna ili višefazna).

Prema vrsti struje indukta i induktora, elektriĉne obrtne mašine dele se na sledeći naĉin:

38

Mašine jss Sinhrone mašine Asinhrone mašine

Pobudna struja

jednosmerna jednosmerna naizmeniĉna

(jednofazna ili trofazna)

Struja indukta

naizmeniĉna (u induktu)

naizmeniĉna (jednofazna ili trofazna)

naizmeniĉna (jednofazna ili trofazna)

Kod mašina jednosmerne struje magnetni fluks se proizvodi konstantnom jednosmernom strujom i one daju ili primaju struju preko kolektora (komutatora). Posebnu prednost imaju kao pogonske mašine vozila, ili u sluĉaju kada je potrebna jednostavna regulacija broja obrtaja. Ĉesto nalaze primenu i za punjenje akumulatora.

Princip funkcionisanja mašina naizmeniĉne struje zavisi od vrste struje. Sinhrone mašine rade sa konstantnim magnetnim fluksom i elektriĉna energija se prenosi u obliku monofazne ili trofazne struje. Monofazne mašine imaju samo jedan namotaj, dok trofazne mašine imaju tri razliĉita namotaja, po jedan za svaku fazu, koji su smešteni na rotoru. Mašine imaju klizne prstenove preko kojih se rotorskim namotajima dovodi struja magnetizacije. Sinhrone mašine nalaze primenu kao generatori, na primer turbogeneratori, u pumpnim stanicama ili u valjaonicama, gde je potreban veliki obrtni momenat.

Kod asinhronih mašina magnetno polje se stvara superpozicijom više naizmeniĉnih magnetnih polja. Obrtno magnetno polje nastaje kao rezultat fazno pomerenih namotaja. Namotaji su postavljeni po grupama, ĉije je napajanje pomereno u fazi i koje se magnetišu jedna za drugom. Veza sa mreţom napajanja ostvaruje se preko kliznih prstenova. Ovakvi asinhroni motori koriste se kao servo-motori i kada je potrebno postići kontinualnu regulaciju broja obrtaja. Jedna vrsta ovih mašina su kratkospojeni asinhroni motori.

1.2.1. MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Prednosti jednosmerne struje u odnosu na naizmeniĉnu, sastoje se u tome što se ona moţe primeniti, osim za osvetljenje, grejanje, motorni pogon i sliĉno, moţe upotrebiti i tamo gde naizmeniĉna struje ne moţe: za punjenje akumulatora, vršenje elektrolize i sliĉno. Mašine jednosmerne struje, ili dinamo mašine, dele se na dve grupe: generatori i motori jednosmerne struje.

Slika 21. Motor jednosmerne struje.

Prvu mašinu, odnosno prvi elektriĉni generator u kome se indukovala naizmeniĉna struja i usmeravala u jednosmernu, sagradio je belgijski radnik Gram 1870. godine. Pre pojave elektriĉnih mašina, korišćeni su hemijski izvori elektriĉne energije kao izvori jednosmerne struje. Razvoj u konstrukciji mašina za jednosmernu struju, doveo je do toga da su one postale najĉešće rešenje u elektriĉnim postrojenjima i pogonima.

39

Motori jednosmerne struje, veće cene, sloţenijeg i skupljeg odrţavanja, manje pouzdanosti i kraćeg veka trajanja, danas su u velikoj meri potisnuti od strane jeftinijih, jednostavnih i robustnih elektriĉnih motora za naizmeniĉnu struju, kojima se upravlja mikroprocesorima i koji se napajaju energetskom elektronikom.

Generatori jednosmerne struje danas su u većini primena potisnuti poluprovodniĉkim ispravljaĉima. MeĊutim, generator jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom, zbog svojih veoma dobrih karakteristika se ĉesto koristi kao koĉnica u laboratorijama za ispitivanje elektriĉnih mašina.

OSNOVNI DELOVI

Kao i kod ostalih obrtnih elektriĉnih mašina, osnovni delovi mašine jednosmerne struje su: nepokretni deo (stator) i obrtni deo (rotor). Stator, koji je ovde induktor, sastavljen je od jarma u obliku šupljeg valjka od masivnog gvoţĊa. Na unutrašnjoj periferiji statora priĉvršćena su 2p istaknuta pola (na sl.22 predstavljena je pojednostavljena slika sa samo jednim parom polova) koji su obiĉno sloţeni od limova odreĊene debljine. Na polovima statora smešten je koncentrisan pobudni namotaj (induktor), povezan izmeĊu polova na odreĊeni naĉin i izveden na dva prikljuĉna kraja.

Slika 22. Presek dvopolne mašine jednosmerne struje.

Rotor, indukt kod mašina jednosmerne struje, cilindriĉnog je oblika, sastavljen je od tankih feromagnetskih limova i ravnomerno je oţljebljen po svom obimu. Dinamo limovi, od kojih je izraĊen indukt, debljine su 0.3 do 0.5 mm, izolovani su lakom, hartijom ili slojem oksida, u cilju smanjenja vrtloţnih struja, koje nepotrebno zagrevaju indukt. Paket limova rotora ĉvrsto je spojen sa osovinom mašine. U cilju hlaĊenja indukta, u njemu se izraĊuju i kanali za hlaĊenje, u pravcu osovine, a na rotoru se ĉesto nalazi i ventilator, koji se obrće zajedno sa njim i pospešuje strujanje vazduha kroz kanale za hlaĊenje. Namotaj indukta ĉine izolovani bakarni provodnici, koji su, kod savremenih mašina jednosmerne struje, postavljeni u ţlebove rotora, u dva sloja, paralelno osi obrtanja. Bez obzira na svoju vrstu, namotaj indukta je uvek raspodeljenog tipa i sastavljen iz većeg broja na red vezanih sekcija (navojnih delova). Provodnici mogu biti kruţnog (ţiĉni) ili pravougaonog preseka (štapni).

Kako se rotor obrće izmeĊu magnetnih polova statora, izmeĊu ova dva dela postoji vazdušni prostor debljine reda nekoliko milimetara, koji se naziva meĊugvoţĊe (vazdušni procep, zazor).

Komutator (kolektor) je sastavljen od bakarnih segmenata (lamela), koji su izolovani meĊusobno i u odnosu na osovinu. Postavljen je sa jedne strane rotora i obrće se zajedno sa njim. Na površinu komutatora naleţe izvestan broj ĉetkica, koje su

40

mehaniĉki su uĉvršćene za stator, nepomiĉne su i spojene sa dva prikljuĉna kraja na statoru. Ĉetkice su smeštene na simetrali izmeĊu polova, u tzv. neutralnoj zoni. Segmenti komutatora su u elektriĉnoj vezi sa namotajem indukta, tako što je svaki segment spojen sa istim tolikim brojem taĉaka namotaja indukta.

PRINCIP RADA MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE Princip rada mašine jednosmerne struje moguće je objasniti na primeru generatora jednosmerne struje sa jednim parom polova. Proticanjem jednosmerne struje kroz provodnike namotaja statora, stvara se stalno magnetno polje pobude. Ova struja, zbog toga se naziva pobudnom strujom ili strujom ekscitacije. Ako se pomoću neke pogonske mašine rotor obrće konstantnom brzinom, provodnici indukta presecaju magnetno polje statora i, kada kroz njih protiĉe struja, ostvaruju elektrodinamiĉku vezu izmeĊu statora i rotora i time stvaraju uslove za rad mašine.

Slika 23. Princip rada generatora jss. U namotaju indukta indukuje se periodiĉna ems i njena uĉestanost je srazmerna brzini obrtanja rotora. Struja koja protiĉe kroz namotaj indukta, takoĊe je naizmeniĉnog karaktera i ona se pomoću komutatora usmerava u jednosmernu struju. Usmeravanje se postiţe tako što se indukovana struja promenjivog smera prekida u onim trenucima kada je jaĉina struje jednaka nuli, odnosno kada naizmeniĉna struja teţi da promeni smer i, odgovarajućom promenom veze, struja se primorava da teĉe u istom prvobitnom smeru.

Ovo prekidanje i promena smera struje indukta moţe se objasniti na primeru jednog navojka u magnetnom polju statora (sl.23), pri ĉemu se komutator sastoji iz dva, meĊusobno izolovana, bakarna poluprstena, na koje su vezani krajevi navojka. Komutator je uĉvršćen za osovinu generatora i obrće se kao i rotor, dok ĉetkice, za koje su vezani krajevi spoljnog kola, stoje mirno naleţući na lamele kolektora.

Ako se strana a navojka nalazi pod severnim polom N (kao na sl.23) i obrće se u naznaĉenom smeru, indukovana struja u njoj ima smer naznaĉen na slici. Ako se navojak obrne za ugao od 90° i ravan navojka postane normalna na osu magnetnih polova N i S, struja u strani a biće jednaka nuli, jer se navojak nalazi u neutralnoj ravni magneta. Pri daljem obrtanju navojka u istom smeru, u strani a navojka pojaviće se struja suprotnog smera od prvobitnog. Pošto se obrtanjem navojka, obrće i komutator, u istom smeru, za ugao obrtanja veći od 90° od poloţaja na slici, lamela 1 komutatora koja je bila u dodiru sa minus ĉetkicom, doći će pod plus ĉetkicu. Analogno vaţi i za stranu b navojka.

41

Na ovaj naĉin, iz plus ĉetkice će uvek izlaziti struja istog smera u spoljnje kolo, zbog ĉega ova ĉetkica predstavlja pozitivan pol generatora, a minus ĉetkica - negativan pol generatora. U spoljenjem kolu dobiće se jednosmerna pulsirajuća struja, ĉiji je vremenski dijagram prikazan na sl.24.b.

Slika 24. Dobijanje pulsirajuće struje u navojku indukta. Ovako dobijena pulsirajuća struja, koja potiĉe samo od jednog navojka, nije pogodna za upotrebu, zbog svoje nejednolikosti. MeĊutim, na rotoru generatora nalazi se veći broj navojaka, koji se meĊusobno pomereni jedni u odnosu na druge za neki mali ugao i obrtanjem obrtanjem rotora u magnetnom polju statora, indukovane struje u njima imaju fazno kašnjenje, srazmerno rastojanju provodnika po obimu indukta.

Slika 25. Dobijanje rezultujuće usmerene struje (b) kao rezultat tri fazno pomerene struje (a).

Rezultujuća jednosmerna usmerena struja, u sppljnjem delu kola, u sluĉaju većeg broja navojaka znatno je ravnijeg oblika (sl.25).

POBUĐIVANJE MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Prema naĉinu pobuĊivanja, odnosno spajanja namotaja induktora u odnosu na namotaj indukta, razliku se :

nezavisna,

otoĉna (paralelna),

redna (serijska) i

sloţena pobuda.

42

Kod nezavisne pobude (sl.26.a), namotaj induktora (pobude) spojen je na poseban spoljnji izvor napona (na primer na akumulatorsku bateriju) potpuno nezavisno od prilika u mašini. Pobudni namotaj je dimenzionisan prema tom spoljnjem naponu. Vrednost pobudne struje moţe se podešavati, nezavisno od mašine, ako u strujnom kolu pobude postoji promenljivi otpornik. Ovo je danas najĉešće rešenje, a jednosmerni pobudni napon se dobija iz naizmeniĉne trofazne mreţe, preko ispravljaĉa.

Otoĉna, ili paralelna pobuda (sl.26.b) je ona kod koje je pobudni namotaj spojen paralelno na namotaj indukta. Pobudna struja kreće se u granicama 1% struje indukta (kod manjih mašina) do 5% struje indukta (kod mašina većih snaga). Pošto je struja magnećenja mala, da bi se postigla dovoljna magnetopobudna sila, otoĉni namotaj ima veliki broj navojaka. Otpor paralelnog namota je velik.

Kod redne, ili serijske pobude (sl.26.c), pobudni namotaj je spojen na red sa namotajem indukta. Kako je struja indukta velika, broj navojaka namotaja redne pobude ne mora biti veliki da bi se postigla odgovarajuća magnetopobudna sila. Otpor rednog namotaja treba da je što manji, kako bi pad napona na njemu bio što manji.

Sloţena pobuda (sl.26.d) podrazumeva postojanje jednog glavnog, nezavisnog ili paralelnog namotaja, kao i jednog pomoćnog, rednog pobudnog namotaja. U kojo meri mašina ima karakteristike jedne ili druge pobude, zavisi od njihovog uĉešća u ukupnoj magnetopobudnoj sili. U zavisnosti od toga da li su glavni i pomoćni pobudni namotaj izvedeni tako da im se fluksevi potpomaţu ili suprotstavljaju, razlikuju se aditivna i diferencijalna sloţena pobuda.

Slika 26. Vrste mašina jednosmerne struje prema pobudi.

U upotrebi su sledeće oznake za krajeve pojedinih namotaja:

Namotaj Stara

oznaka Nova

oznaka

Indukt A, B A1, A2

Nezavisna pobuda I, K F1, F2

Redno vezan pobudni namotaj

E, F D1, D2

Otoĉno vezan pobudni namotaj

C, D E1, E2

Pomoćni polovi G, H B1, B2

Kompenzacija G, H C1, C2

43

1.2.2. MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE

REAKCIJA INDUKTA

Kod opterećene mašine jss kroz namotaj indukta protiĉe struja, stvarajući izvesno magnetno polje indukta, kojim se slabi i izvija magnetno polje induktora, koje potiĉe od struje u pobudnom namotaju mašine. Ova pojava naziva se magnetopobudna sila indukta, ili reakcija indukta.

Slika 27.Reakcija indukta: a) polje pobude, b) reakcija indukta, c) rezultujuće polje.

Rezultujući msgnetni fluks, koji se dobija superpozicijom flukseva induktora i indukta (sl.27), ima povećanu raspodelu pod jednim krajem polnog nastavka i smanjenu pod drugim krajem.

Izobliĉenje krive polja dovodi do sledećih nepovoljnih pojava:

zbog smanjenja rezultujućeg fluksa dolazi do gubitka na elektromotornoj sili,

kao rezultat pomeranja neutralne ose, do promene smera struje dolazi u nepovoljnom naponskom stanju navojnog dela, što nepovoljno utiĉe na komutaciju, zbog ĉega dolazi do pretarong varniĉenja,

povećanje magnetne indukcije dovodi do povećanja gubitaka u gvoţĊu i do povećanja napona meĊu susednim lamelama.

U cilju poboljšanja komutacije, odnosno otklanjanja teškoća koje nastaju usled reakcije indukta koriste se pomoćna sredstva, kao što su: pomeranje ĉetkica (danas skoro potpuno napuštena metoda), postavljanje pomoćnih magnetnih polova (za poništenje popreĉnog magnetnog polja i kompenzaciju štetnog dejstva varniĉenja) i kompenzacionih i kompaundnih namotaja (za poništenje uzduţnog magnetnog polja reakcije indutka, najbolje, ali najskuplje rešenje).

44

Slika 28. Raspored glavnih i pomoćnih magnetnih polova u mašini jss.

KARAKTERISTIKE MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE U reţimu motora, ems indukta drţi ravnoteţu naponu napajanja:

aaa IREU .

Pošto je smer indukovane ems suprotan smeru napona na krajevima motora, ova indukovana ems u motoru jednosmerne struje naziva se protiv (kontra) elektromotorna sila.

Redni motor jednosmerne struje naziva se tako, jer su mu namotaj indukta (rotora) i namotaj induktora (magnetnih polova) vezani na red. Ukupna struja Ia, koja protiĉe kroz namotaj rotora rednog motora, protiĉe takoĊe i kroz namotaj induktora (sl.28). Pošto kroz namotaj induktora rednog motora protiĉe velika jaĉina struje, to ovaj namotaj ima mali broj navojaka, većeg preseka, što je dovoljno za razvijanje potrebnog magnetnog polja. Na sl.29 namotaj induktora oznaĉen je sa rm, a sa Rw je obeleţen pokretaĉki otpornik, ĉiji otpor je moguće menjati.

Slika 29 . Šema rednog motora jednosmerne struje. Redni motor je motor sa jako promenjivom brzinom obrtanja. Sa sl.30.a) vidi se da zavisnost brzine obrtanja motora od struje opterećenja n = f (Ia) predstavlja hiperbolu. U praznom hodu brzina mu je ograniĉena jedino gubicima i nedozvoljeno je velika, zbog ĉega se ne sme puštati u rad neopterećen. Sa povećanjem opterećenja, brzina opada. Redni motori se odlikuju veoma promenjivom brzinom, kao i sposobnošću da delovanje momenta pri preopterećenjima ublaţe znatnim smanjenjem brzine.

45

Slika 30 . a) Zavisnost )( aIfn i b) mehaniĉka karakteristika rednog motora.

Mehaniĉka karakteristika motora pokazuje zavisnost promene momenta sa brzinom, odnosno M = f (n). Kao što se vidi sa dijagrama (sl.30.b) redni motor jednosmerne struje ima veliki pokretni momenat, što u velikoj meri odreĊuje njegovu primenu.

Prema tome, primena rednog motora naroĉito je pogodna za pogone u kojima je potreban veliki momenat pokretanja, a pri većim opterećenjima manja brzina motora. Upotrebljava se u elektriĉnoj vuĉi, za pogon dizalica, elektriĉnih lokomotiva, tramvaja, prenosnica i sliĉno. Na primer, kod dizalica, velika brzina odgovara malim teretima zbog povećanja produkcije, a mala brzina pri velikim teretima - zbog potrebne preciznosti rukovanja. U ţelezniĉkoj vuĉi pri prelasku i na usponima traţi se mala brzina, a na ravnoj trasi, kada momenat opadne, potrebna je veća brzina. TakoĊe, redni namotaj induktora napravljen je od ţice većeg preseka u odnosu na otoĉni motor i samim tim je izdrţljiviji u mehaniĉkom pogledu.

Otoĉni motor jednosmerne struje ima pobudni namotaj induktora vezan paralelno (otoĉno) sa namotajem rotora (sl.31). Pošto pobudna struja i, koja protiĉe kroz pobudni namotaj ne daje direktno nikakav rad, već samo povećava gubitke snage motora, to ona treba da je što manje veliĉine, svega oko 5% od ukupne jaĉine struje otoĉnog motora. Pobudni namotaj kod otoĉnih motora izraĊuje se sa velikim brojem navojaka, tanjeg preseka.

Slika 31 . Šema otoĉnog motora jednosmerne struje.

Broj obrtaja motora sa otoĉnom pobudom menja se od praznog hoda do punog opterećenja samo za nekoliko procenata i moţe se smatrati da otoĉni motor pri raznim opterećenjima ima stalan broj obrtaja. Otoĉni motor je po osobinama sliĉan asinhronom motoru. Njegova osnovna prednost u odnosu na asinhroni motor je što mu se brzina moţe jednostavno menjati, pomoću promene otpora pobudnog namotaja, u granicama 1:4, što znaĉi da se na ekonomiĉan naĉin moţe postići 4 puta veći broj obrtaja od nominalnog.

46

Slika 32 . a) Zavisnost )( aIfn i b) mehaniĉka karakteristika otoĉnog motora.

Mehaniĉka karakteristika otoĉnog motora predstavlja linearnu zavisnost sa velikim negativnim nagibom. Pokretni momenat otoĉnog motora manji je u odnosu na motor sa rednom pobudom.

Sloţeni motor jednosmerne struje, koji se takoĊe i naziva i kompaund motor, ima dva pobudna namotaja induktora, od kojih je jedan vezan otoĉno rm1, a drugi redno rm2, sa namotajem rotora (sl.33). Sa Rw oznaĉen je kombinovani pokretaĉki i pobudni otpornik.

Slika 33 . Šema sloţenog motora jednosmerne struje.

Od ova dva pobudna namotaja sloţenog motora, obiĉno otoĉni namotaj stvara jaĉi magnetni fluks, nego redni namotaj. Redni pobudni namotaj sloţenog motora moţe se vezati tako da pomaţe otoĉnom pobudnom namotaju i takav motor naziv se aditivni sloţeni motot. Ukoliko struja u rednom namotaju teĉe u suprotnom smeru od struje u otoĉnom pobudnom namotaju, motor se naziva diferencijalni sloţeni motor.

Karakteristike sloţenog motora jss obuhvataju celo podruĉje izmeĊu karakteristika rednih i otoĉnih motora jss. Diferencijalni sloţeni motor moţe se pogodno upotrebiti u onim pogonima u kojima se traţi motor, ĉiji se broj obrtaja povećava sa porastom opterećenja. Aditivni sloţeni motor upotrebljava se mnogo više i on ima sledeće karakteristike:

sa promenom opterećenja, broj obrtaja aditivnog motora više se menja nego kod otoĉnog, a manje nego kod rednog motora,

obrtni momenat pri pokretanju aditivnog motora veći je nego kod otoĉnog motora, a manji nego kod rednog motora,

aditivni sloţeni motor moţe se podesiti tako, da mu se sa porastom opterećenja smanjuje broj obrtaja, koliko je potrebno i korisno za pogon, što je od znaĉaja za mašine radilice sa velikim zamajnim masama.

47

Slika 34. Karkateristika )( aIfn motora jednosmerne struje.

Aditivni motor jss upotrebljava se u onim sluĉajevima kada se opterećenje naglo i jako menja, što je najĉešće sluĉaj u pogonima. Ovaj motor pogodno je koristiti kod pogona gde se zahteva da motor u poĉetku ima veliki obrtni momenat, a dalje da radi sa stalnim brojem obrtaja. Primena aditivnog sloţenog motora jednosmerne struje naroĉito je pogodna za mašine radilice sa velikim zamajcem, kao što su: prese, valjaoniĉke mašine, teške mašine alatljike, velike štancne, izvozne mašine u rudnicima i sliĉno.

Slika 35. Mehaniĉka karkateristika motora jednosmerne struje.

KARAKTERISTIĈNA RADNA STANJA MOTORA JSS

Osim rada pri nominalnom opterećenju, za sve motore jednosmerne struje karakteristiĉna su sledeća njihova radna stanja:

a) pokretanje motora,

b) regulisanje brzine,

c) promena smera obrtanja,

d) koĉenje.

Pokretanje motora jednosmerne struje predstavlja poseban problem, s obzirom da je polazna struja motora nedozvoljeno velika u većini sluĉajeva. Za pokretanje motora koriste se specijalni otpornici, prikljuĉeni na red sa namotajem indukta i koji se ukljuĉuju samo pri pokretanju motora, zbog ĉega se nazivaju pokretaĉki otpornici,

48

ili anlaseri (RW na šemama motora). Ĉim motor poĉne da se obrće, struja induktora se smanjuje, te se postepeno moţe smanjivati i otpor pokretaĉkog otpornika. Kada motor dostigne puni (nominalni) broj obrtaja, otpor pokretaĉkog otpornika se sasvim iskljuĉuje i motor dalje radi dalje njega.

Krajevi namotaja pokretaĉkog otpornika oznaĉavaju se sa R, L. Pokretaĉki otpornik R, L i pobudni otpornik RM ĉesto se ugraĊuju u jedan aparat, ĉiji krajevi nose oznake L, R, M. Ukoliko pokretaĉki otpornik sluţe i za regulisanje brzine, on se mora tako dimenzionisani da trajno izdrţi struju opterećenja motora. Ako sluţe samo za pokretanje, pokretaĉki otpornici su dimenzionisani za kratkotrajni rad i kao takvi su znatno jeftiniji.

Redni motori su pogodniji u odnosu na otoĉne kada se puštanje u rad vrši pri teškim uslovima, na primer kada je potrebno da motor razvije veće polazne momente pri istoj struji (kranovi, dizalice, elektriĉna vozila), kao i tamo gde je potrebno jako veliko preoterećenje motora.

Otoĉni motor se moţe puštati u rad neopterećen, jer i pri najmanjim opterećenjima njegov magnetni fluks ostaje stalan

Aditivni sloţeni motor sme se puštati u rad neopterećen, jer mu je broj obrtaja ograniĉen magnetnim fluksom, koji potiĉe od otoĉnog pobudnog namotaja, te nema opasnosti od dobijanja prekomerno velikog broja obrtaja.

Regulisanje brzine broja obrtaja motora jednosmerne struje moţe se ostvariti:

promenom struje pobude Ia (pomoću otpornika u kolu pobude, ovaj naĉin regulisanja je ekonomiĉan sve do odnosa broja obrtaja nmax : nmin = 4 : 1 i predstavlja glavnu osobinu otoĉnih i motora jednosmerne struje sa sloţenom pobudom),

promenom napona napajanja U (regulisanje brzine u širokom opsegu, danas se ostvaruje pogonom sa tiristorskim konvertorom, pri ĉemu sa automatskim elektronskim podešavanjem izlaznog napona) i

promenom otpora u kolu indukta Ra (ukljuĉenjem otpora u glavno kolo indukta, predstavlja sloţen naĉin regulacije zbog izrade ovih otpornika, a i gubici snage pri regulisanju na ovaj naĉin su veliki).

Smer obrtanja motora jednosmerne struje zavisi od smera magnetnog polja i smera struje u namotaju rotora. Ako se jedan od ova dva smera promeni, promeniće se i smer obrtanja motora. Ako se oba smera promene, neće se promeniti smer obrtanja motora.

Smer magnetnog polja zavisi od smera pobudne struje, koja protiĉe kroz pobudni namotaj induktora. Prema tome, smer obrtanja motora jednosmerne struje moţe se promeniti ili kada se promeni smer struje u namotaju rotora, ili kada se promeni smer pobudne struje, oko magnetnih polova.

Ako je potrebno ĉesto menjati smer obrtanja motora, tada se to uvek obavlja promenom smera struje u namotaju rotora, jer se time automatski menja i smer struje u namotaju oko pomoćnih magnetnih polova. U praksi, kao normalan smer obrtanja motora sa kaišnikom usvaja se smer obrtanja kaišnika udesno, ako se kaišnik posmatra sa spoljne strane u pravcu vratila motora.

Na sl.22 prikazane su šeme veza rednog motora sa pomoćnim polovima (NPP) za desni (a) i levi (b) hod. Razlika u šemama je u spajanju stega (klema) A, E i H na prikljuĉnoj ploĉici motora. Ako treba ĉešće menjati smer obrtanja motora, prevezivanje motora vrši se naroĉitim prebacivaĉem.

49

Slika 36. Veze rednog motora za desni i levi hod.

Koĉenje motora predstavlja poseban reţim rada u kojem motor radi u ulozi generatora, koji mehaniĉku energiju koĉenja pretvara u elektriĉnu. Ova elektriĉna energija moţe se utrošiti u nekom otporniku (otporno koĉenje) ili vratiti u mreţu na koju je motor prikljuĉen (rekuperativno koĉenje).

Zaustavljanje motora jednosmerne struje moţe se ostvariti na ĉetiri naĉina:

a) Iskljuĉivanjem napajanja - motor se zaustavlja kao rezultat delovanja sile trenja;

b) Generatorskim koĉenjem - povećanjem pobudne struje, poveća se ems Ea i kada ona postane veća od napona na krajevima namotaja rotora U, struja kroz namotaje menja smer i motor postaje generator, a momenat je koĉni;

c) Koĉenje kontravezom - vrši se promenom smera pobudne struje (i ovde obrtni momenat menja smer);

d) Elektrodinamiĉko koĉenje - ostvaruje se tako što se motor iskljuĉi sa mreţe, u kolo rotora dodaje se otpornik, a pobuda ne menja smer. Na ovaj naĉin, u kolu postoji samo ems, suprotnog smera od napona, kroz kolo teĉe struja u suprotnom smeru, momenat menje smer i postaje koĉni.

50

ASINHRONI MOTORI

Princip rada

Slika 37.

Ako se obrće permanentni magnet NS, obrtaće se i bakarna ploĉa, koja se nalazi ispod njegovih polova. Obrtanje ploĉe i magneta biće u istom smeru. Ovu pojavu otkrio je fiziĉar Arago i nazvao „rotacioni magnetiam". Ona se objašnjava na sledeći naĉin: Sa magnetom obrću se i njegove linije magnetne indukcije, koje seku bakarnu ploĉu i u njoj indukuju struje. Njihove putanje su kruţne, jer je ploĉa masivan provodnik. Na provodnik u kome teĉe struja deluje elektromagnetna sila, kada se on nalazi u magnetnom polju.

Kad bakarna ploĉa poĉne da se obrće, relativna brzina obrtanja magneta prema ploĉi je umanjena, a i brzina kojom linije magnetne indukcije seku ploĉu. Usled toga se smanjuju i indukovane struje. Ako bi se izjednaĉile brzine obrtanja ploĉe i magneta, linije magnetne indukcije ne bi sekle bakarnu ploĉu, pa se u njoj ne bi indukovale struje, nestala bi elektromagnetna sila, pa bi ploĉa poĉela da se zaustavlja. Ali sa zaustavljanjem, ploĉu bi linije magnetne indukcije sekle sa većom brzinom, te bi se opet indukovale struje.

Krajnji rezultat je da se brzina obrtanja ploĉe veoma pribliţava brzini obrtanja magneta, ali je uvek manja od nje. Ploĉa i magnet ne obrću se sinhrono (u taktu), već asinhrono.

Aragova sprava nije elektromotor, jer se magnet mora na neki naĉin obrtati. Nikola Tesla je uspeo da obrtno magnetno polje dobije bez obrtanja magneta, pomoću nepomiĉnih kalemova kroz koje su proticale naizmeniĉne struje, meĊusobno fazno pomerene. Ovaj veliki pronalazak nazvan je asinhroni ili indukcioni motor.

Slika 38. Teslin Elektro-motor (indukcioni motor)

51

Stvaranje obrtnog magntnog polja

Obrtno magnetno polje stvoreno dvofaznom strujom

Slika 39.

Za stvaranje obrtnog magnetnog polja potrebne su najmanje dve naizmeniĉne struje fazno pomerene jedna prema drugoj. Ako se posmatra stator asinhronog motora sa najjednostavnijim dvofaznim namotajem, svaki fazni namotaj ima samo jedan zavojak (odnosno po dva aktivna provodnika u ţljebovima statora). Sa U i X ozaĉeni su poĉetak i kraj prvog faznog namotaja, a sa V i Y isto za drugi fazni namotaj. U i V su poĉeci, a X i Y završeci faznih namotaja. Na dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za 90°.

Slika 40.

Magnetni polovi N i S obrtnog magnetnog polja obrću se zbog promena smerova struja u faznim namotajima UX i VY. Namotaj statora tako je rasporeĊen, da obrtno polje ima dva magnetna pola (severni N - mesto odakle izlaze linije magnetne indukcije i juţni S - gde linije indukcije ulaze). Takvo dvopolno obrtno magnetno polje dobija se, ako su provodnici faznog namotaja UX i namotaja VY na meĊusobnoj udaljenosti od 1/2 unutrašnjeg obima statora.

Polje naĉini jedan obrt za vreme jedne periode. Za vreme od 50 perioda u sekundi,

obrtno magnetno polje obrnuće se 50 puta u sekundi, ili 60 50 = 3000 puta u minutu.

52

Namotaj na statoru moţe biti i tako rasporeĊen, da obrtno polje ima ĉetiri magnetna pola. Takvo ĉetvoropolno obrtno magnetno polje dobija se, ako fazni namotaj UX ima 4 provodnika koji su udaljeni jedan od drugog za 1/4 unutrašnjeg obima statora. Isto vaţi i za provodnike faznog namotaja VY.

Slika 41.

Struje kroz ove fazne namotaje iste su kao i u prethodnom sluĉaju.

Ako se hoće da dobije šestopolno obrtno magnetno polje, provodnici svakog faznog namotaja treba da su udaljeni za 1/6 unutrašnjeg obima statora, a kod osmopolnog obrtnog polja za 1/8 i tako dalje. Ĉetvoropolno magnetno polje naĉini za vreme jedne periode 1/2 obrta, ili za frekvenciju od 50 per/sek obrnuće se 25 puta u sekundi, ili 60

25 = 1500 puta u minutu. Uopšte, broj obrta obrtnog magnetnog polja zavisi od frekvencije f (broj perioda u sekundi) i od broja pari p magnetnih polova. Ako se sa n1 obeleţi broj obrta obrtnog magnetnog polja u minutu tada je:

1

60 fn

p

Ovaj broj obrta naziva se sinhroni broj obrta obrtnog polja.

Obrtno magnetno polje stvoreno trofaznom strujom

Trofazne struje stvaraju, po intenzitetu, ravnomernije obrtno magnetno polje od dvofaznih struja. Stator ima tri fazna namotaja UX, VY i WZ. U ovom primeru svaki od njih ima po 4 provodnika, tako da se dobija ĉetvoropolno obrtno magnetno polje.

53

Slika 42.

Na dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za 120°.

Slika 43.

54

Osnovni delovi asinhronog motora

Asinhroni motor se sastoji iz dva glavna dela: statora i rotora. Stator je izraĊen u vidu šupljeg valjka, na ĉijem se unutrašnjem obimu nalaze ţljebovi u kojima je smešten namotaj statora. Kroz ove namotaje protiĉu višefazne struje, koje stvaraju obrtno polje.

Slika 44.

Rotor je kao puni valjak smešten u šupljinu statora. Na spoljnoj površini rotora nalaze se ţljebovi u koje se smešta namotaj rotora. Pod dejstvom obrtnog magnetnog polja u provodnicima namotaja rotora indukuje se struja, na njih deluju elektromagnetne sile, pa se rotor obrće u istom smeru kao i obrtno magnetno polje.

Slika 45.

55

TROFAZNI ASINHRONI MOTOR SA KRATKOSPOJENIM ROTOROM

Trofazni asinhroni motor sa kratko spojenim rotorom je najjednostavniji motor. Sastoji se iz nepokretnog dela (statora), koji je naĉinjen u vidu šupljeg valjka, sastavljenog od dinamo limova na ĉijoj se unutrašnjoj strani nalaze ţljebovi sa namotajima. Ovi limovi su meĊusobno izolovani, da bi se smanjili gubici usled vrtloţnih struja, odnosno gubici u gvoţĊu. Kroz namotaje protiĉu trofazne struje, koje stvaraju obrtno magnetno polje.

U šupljini statora nalazi se rotor, naĉinjen (u magnetnom pogledu) kao puni valjak, na ĉijoj se spoljnoj površini nalaze ţljebovi sa namotajem rotora. I telo rotora izraĊeno je od tankih gvozdenih limova (dinamo limovi), iz istog razloga kao i telo statora.

Pod uticajem struje iz mreţe, dovedene u namotaj statora, indukuje se struja u namotaju rotora (otuda i drugi naziv za ove motore – „Indukcioni motori―). Do indukovanja dolazi, jer linije obrtnog magnetnog polja presecaju provodnike na rotoru.

Pošto je kolo rotora je zatvoreno, u njegovim provodnicima javiće se struje. Kako se oni nalaze u magnetnom polju, na njih će delovati elektromagnetne sile, pa tako dolazi do obrtanja rotora u smeru obrtanja magnetnog polja.

Slika 46.

Rotor se ne moţe obrtati istom brzinom kao i obrtno polje. Kada bi rotor dostigao sinhronu brzinu, ne bi postojala relativna brzina izmeĊu njegovih provodnika i obrtnog magnetnog polja, ne bi bilo indukovanih struja, niti elektromagnetne sile, pa bi rotor poĉeo da usporava. Tada bi opet došlo do povećanja relativne brzine izmeĊu rotora i polja, indukovanja struje i pojave sile. Kao krajnji rezultat, rotor asinhronog motora obrće se sa nešto manjim brojem obrta n, nego što je broj obrta n1 obrtnog magnetnog polja.

Obrtno magnetno polje se obrće sa sinhronim brojem obrta n1, koji zavisi od frekvencije f struje i broja pari p magnetnih polova:

1

60 fn

p

Rotor motora se obrće sa asinhronim brojem obrta n, koji je nešto manji od sinhronog broja obrta. Razlika izmeĊu sinhronog i asinhronog broja obrta naziva se klizanje K asinhronog motora:

56

1K n n

Klizanje se najĉešće izraţava u procentima sinhronog broja obrta n1:

1

1

100n n

Kn

.

Primer: Trofazni dvopolni (p = 1) asinhroni motor prikljuĉen je na mreţu frekvencije f = 50 Hz.

Iz kataloga je naĊeno da je, pri odreĊenom opterećenju, njegov broj obrta n = 2 900 o/min. Klizanje ovog motora je:

1

1

3000 2900100 100 3,3%

3000

n nK

n.

U ţljebovima rotora smešteni su namotaji u vidu neizolovanih štapova od bakra ili aluminijuma. Ovi štapovi su na obe ĉeone strane rotora meĊusobno kratko spojeni bakarnim prstenovima. Takav namotaj rotora ima oblik kaveza, te se naziva „kavezni namotaj". Ova vrsta elektromotora je najjednostavnija, najtrajnija i najjeftinija. Pri radu ovih motora, samo su leţišta izloţena trošenju.

Namotaj kratkospojenog rotora Presek kratkospojenog rotora

Slika 47.

Promena jaĉine struje sa opterećenjem. Na provodnike rotora, kroz koje protiĉe indukovana struja I2 1 vuĉnom silom, odnosno obrtnim momentom M, ĉija veliĉina zavisi od jaĉine struje I2 i veliĉine obrtnog

1. Strogo uzevši, obrtni moment M zavisi od struje I2 i fluksa

rez koje se dobija vektorskim sabiranjem

1 i obrtnog magnetnog po 2 koje potiĉe od struje I2 u

rez pribliţno jednaka za razna opterećenja motora, tada pri povećanom opterećenju motora mora kroz namotaj rotora, da protiĉe veća jaĉina struje I2, da bi se postigao veći obrtni momenat M, koji odgovara tom opterećenju. Ta promena struje I2 u namotaju rotora, u zavisnosti od opterećenja motora dešava se automatski. Na primer, pri praznom hodu motor je rasterećen i njegov rotor ima najveći broj obrta n koji je skoro jednak sa sinhronim brojem obrta n1 obrtnog magnetnog polja. Zbog toga je, pri praznom hodu mala relativna brzina, sa kojom linije magnetne indukcije seku bakarne štapove namotaja rotora, te je mala indukovana elektromotorna sila i jaĉina struje I2 u namotaju rotora. Prema tome mali je i obrtni momenat M, koji baš odgovara praznom hodu. Sem toga, pri praznom hodu malo je i klizanje K = (n1 - n)

57

koje iznosi za male motore od 0,5% do 1%. MeĊutim, pri velikom opterećenju motora broj obrta se smanjuje, pa raste relativna brzina kojom linije magnetne indukcije seku bakarne štapove namotaja rotora. Usled toga raste elektromotorna sila i jaĉina struje I2 u narnotaju rotora, pa se razvija i veći obrtni moment M, što je i potrebno pri većem opterećenju. Klizanje pri punom opterećenju motora veće je i iznosi 3% do 8%.

Mehanička karakteristika

Mehaniĉka karakteristika je zavisnost obrtnog momenta od od broja obrta.

Slika 48. Tipiĉna mehaniĉka karakteristika asinhronog motora

Pokretanje kratkospojenih motora

Pri pokretanju kratkospojenih motora, njihov rotor se nalazi u mirnom stanju (n = 0), dok obrtno magnetno polje već puni sinhroni broj obrta n1. Pri pokretanju motora najveća je relativna brzina polja u odnosu na provodnike rotora, pa je i struja, indukovana u rotoru, veoma velika. Pri pojavi velike jaĉine struje I2 u namotaju rotora, pri pokretanju motora, mora se takoĊe pojaviti velika jaĉina struje I1 u namotaju statora, koju motor uzima iz mreţe (sliĉno kao što se dešava i u transformatoru). Usled velike jaĉine struje I1 koju pri pokretanju uzimaju kratkospojeni motori iz mreţe, pojavljuju se, naroĉito kod velikih motora, takozvani „udari" struje, koji izazivaju neugodne varijacije napona u mreţi. Ove smetnje naroĉito su neprijatne u mreţama u kojima se kratkospojeni motori ĉesto pokreću i zaustavljaju. Zbog toga, motori sa kratkospojenim rotorom smeju se pokretati samo na propisani naĉin.

Da bi se smanjila velika jaĉina struje, koju kratkospojeni motor uzima iz mreţe prilikom pokretanja, primenjuju se razna pomoćna sredstva — pomoćni aparati — koji se nazivaju pokretaĉi motora. Trofazni asinhroni motori male snage do 1,1 kW mogu se puštati u rad bez pomoćnih pokretaĉkih aparata. Razume se i oni će pri pokretanju povući iz mreţe veću jaĉinu struje Imax nego što im je nominalna jaĉina struje In. Odnos izmeĊu Imax i In je: Imax = do 6 puta In. Zbog toga osiguraĉi ovih motora moraju biti za nominalnu jaĉinu struje In, ali sa „usporenim dejstvom", što znaĉi da treba, da izdrţavaju kratkotrajnu, veliku jaĉinu struje Imax pri pokretanju motora, ne prekidajući strujno kolo.

58

Slika 49. Delovi trofaznog motora (AEG Typ dAM)

1. Unutarnji poklopac leţišta 2. Valjĉasti leţaj 3. Poklopac za ventilaciju 4. Ventilator 5. Spoljni poklopac leţišta 6. Zaštitnik leţišta 7. Stator sa rebrima za hladenje 8. Grivna za nošenje 9. Postolje motora

10. Kavezasti rotor sa vratilom 11. Namotaj statora 12. Zaštitnik leţišta 13. Spoljni deo za zašrafljivanje 14. Pojaĉano rebro za pomeranje

motora pri uĉvršćivanju postolja

15. Prikljuĉna ploĉa sa neprodornom zaštitom

16. Prikljuĉna kutija sa kablovskom glavom

17. Poklopac prikljuĉne kutije

Slika 50. Jednofazni kratkospojeni motor snage 250 W

59

TROFAZNI ASINHRONI MOTORI SA KLIZNIM PRSTENOVIMA

Kod ovih motora, namotaj rotora izveden je kao i namotaj statora, to jest, kao višefazni namotaj. Ako je na rotoru takav trofazni namotaj, njegova tri kraja vezana su za tri mesingana prstena, koji su uĉvršćeni na osovini motora. Veza namotaja rotora moţe biti u „zvezdu" ili „trougao". Prstenovi se obrću zajedno sa osovinom i rotorom. Ovi se motori nazivaju trofazni asinhroni motori sa kliznim prstenovima. Kod ove vrste motora postoji veza namotaja rotora sa okruţenjem. U kolo rotora mogu se ukljuĉiti promenljivi otpori. Pri pokretanju, moţe se ukljuĉiti potrebna veliĉina promenljivih otpora, da jaĉina struje ne bude veća od nominalne vrednosti. Pošto dodati otpori najĉešće sluţe samo za pokretanje motora, to se aparat sa ovim otpornicima naziva pokretaĉki otpornik ili anlaser. Pri pokretanju motora, u kola namotaja rotora ukljuĉene su maksimalne veliĉine otpora. Sa porastom broja obrta motora, oni se otpori postepeno smanjuju i na kraju sasvim iskljuĉuju. Tada je namotaj rotora kratko spojen preko kliznih prstenova.

Slika 51.

Regulacija brzine

Pre razvoja ureĊaja energetske elektronike, bilo je teško menjati frekvenciju struje motora, što je dosta ograniĉavalo upotrebu asinhronih motora. Sada ni relativno loša momentna karakteristika ni oteţana regulacija brzine nisu više problem.

Na brzinu obrtanja motora moţe se uticati:

Promenom broja pari polova p (polno preklopivi motori);

Promenom klizanja s:

o promenom statorskog napona,

o u kolu rotora dodavanjem rotorskih otpornika ili primena ureĊaja energetske elektronike,

Promenom frekvencije f napona napajanja motora (frekventna regulacija).

Od svih navedenih naĉina, najefikasnija je frekventna regulacija.

Da bi momenat motora bio konstantan, potrebno je istovremeno menjati i napon i frekvenciju. Ovo je posebno pogodno kada je dobar odnos momenta motora i opterećenja. Ako to nije sluĉaj, korisno je primeniti frekventnu regulaciju.

60

Slika 52. Dobar odnos momenta motora i opterećenja

Slika 53.Loš odnos momenta motora i opterećenja

Slika 54. Frekventnom regulacijom dobija se bolja momentna karakteristika u širokom spektru brzina

Zahvaljujući frekventnoj regulaciji asinhroni motor je danas našao veoma veliku primenu u regulisanim elektromotornim pogonima.

Za kontrolu broja obrtaja asinhrone mašine koriste se invertori. Invertor je ureĊaj koji konvertuje jednosmerni napon u naizmeniĉni, pogodan za rad motora. Osnovni elementi invertora su poluprovodniĉki prekidaĉi, koji mogu kontrolisati frekvenciju i amplitudu napona. Glavni deo su kontrolisani poluprovodnici smešteni u tri grane. Tiristorski invertori zamenjeni su tranzistorskim. Prednost tranzistora je da se oni mogu uĉiniti provodnim i neprovodnim u bilo kom trenutku, dok kod tiristora to nije moguće. Prekidaĉka frekvencija tranzistora kreće se u opsegu od 300 Hz do 15 kHz. Upravljanje poluprovodniĉkim prekidaĉima vrši se iz upravljaĉkog kola.

61

Slika 55. Principijelna šema invertora

Najviše korišćena tehnika za regulaciju frekvencije je impulsno-širinska modulacija PWM (Pulse Width Modulation). Pošto invertor pretvara jednosmerni napon u naizmeniĉni, pogodnim izborom perioda provoĊenja jednosmernog napona dobijaju se pravougaoni impulsi odreĊene širine i uĉestanosti. Ovom metodom je moguće regulisati i vrednost napona koji će se dovesti na motor, jer mašina zahteva konstantan obrtni moment, koji zavisi od odnosa kvadrata napona i frekvencije. Sinusoidni napon potreban za ispravan rad asinhrone mašine izdvaja se pomoću filtara..

Rad sa invertorima prati pojava visokih naponskih impulsa, pa se zbog toga preporuĉuje upoteba asinhronih motora posebno izraĊenih za tu svrhu, koji imaju bolju izolaciju namotaja.

62

1.3. PRENOSNICI SNAGE (transmisija) Prenosnici snage su ureĊaji koji su namenjeni da snagu, dobijenu od pogonskog motora prenesu na radni organ gonjene mašine. Oni moraju da ispune sledeće zadatke:

- da regulišu obrtni moment, broj obrtaja, smer obrtaja, itd. u zavisnosti od vrste spoljašnjeg opterećenja;

- da regulišu radne karakteristike (protok, napor) pumpi, kompresora, itd. - da izvrše sumiranje potrebne snage motora pri grupnom pogonu više razliĉitih

ureĊaja - da obezbede miran start i zaštitu od preopterećenja pogonskog motora

Kod grupnog i kod individualnog pogona prenosnici snage moraju da obezbede optimalnu distribuciju snage uz minimalne gubitke. Oni takoĊe moraju da budu:

- pouzdani u radu, - laki za upravljanje, transport, odrţavanje, opsluţivanje, itd.

Da bi se to postiglo najĉešće se izvode kao višecelinski agregati, prilagoĊeni potrebama pogona urĊaja za koji su namenjeni, specifiĉnostima transporta, eksploatacije i odrţavanja u teškim terenskim uslovima. Po naĉinu transformacije obrtnog momenta pogonskog sistema, sistemi prenosa mogu biti: (slika 56) - mehaniĉki - hidrauliĉni - elektriĉni

63

Slika 56. UporeĊenje naĉina transformacije

64

2. 1. Mehaniĉki prenos snage Mehaniĉki prenosnici su po svojoj konstrukciji najprostiji prenosnici. Postoje:

1. Mehaniĉki prenosnik snage (reduktor) sa konstantnim prenosnim odnosom, 2. Mehaniĉki prenosnik snage (reduktor) sa promenljivim prenosnim odnosom

(menjaĉ). Pod pojmom prenosnik snage (reduktor) podrazumeva se zupĉasti ili puţni prenosnik smešten u zasebnu kućicu. Zadatak: da prenese snagu od neke motorne (izvor obrtnog momenta) na konzumnu mašinu (radni organ), uz odgovarajuću promenu obrtnog momenta. Poseduju: - visok stepen korisnog dejstva - laka je promena broja i smera obrtaja - pouzdani su u radu, itd. Nedostaci su: - ograniĉen broj gonjenih mašina, koje se mogu prikljuĉiti na ove prenosnike

- nemogućnost kontinualne promene broja obrtaja, itd. Mehaniĉki prenosnici se odlikuju pouzdanim radom sa stepenom iskorišćenja 0,64-0,97 i niskim troškovima odrţavanja. Osnovni nedostatak ovih prenosnika je stepenasta promena broja obrtaja. Kako se kod mehaniĉkih prenosnika radno opterećenje, pri zadatom prenosnom odnosu, direktno prenosi na pogonski sistem svako preopterećivanje, zbog nepravilno odabranog prenosnog odnosa, dovodi do preopterećenja pogonskog sistema pa samim tim i do njegovog kraćeg radnog veka. Pravilan izbor opterećenja pogonskog sistema, saglasno opterećenju na radnom organu, zavisi od kvalifikacije posluţioca, a to ĉesto dovodi do grešaka. TakoĊe mehaniĉki prenosnici zahtevaju zastoj za promenu prenosnog odnosa što utiĉe i na vreme odvijanja pojedinih radnih operacija. Podela reduktora:

- Prema tipu: sa paralelnim vratilima, sa vratilima koje se seku i sa vratilima koja se ukrštaju (mimoilaze se); posebnu grupu ĉine planetni reduktori i tzv. motor-reduktori.

- Prema poloţaju ulaznog i izlaznog vratila: reduktori sa paralelnim vratilima dele se na reduktore sa vratilima u horizontalnoj ravni, u vertikalnoj ravni i u nekoj kosoj ravni; kod reduktora sa vratilima koje se seku, ulazno vratilo je uglavnom u horizontalnoj ravni, a izlazno moţe biti u horizontalnoj i vertikalnoj ravni; kod reduktora sa vratilima koja se ukrštaju ulazno vratilo puţnog zavrtnja moţe biti ispod, iznad ili sa strane puţnog zupĉanika – u prva dva sluĉaja vratilo puţnog zupĉanika leţi u horizontalnoj ravni, a u trećem u vertikalnoj ravni;

- Prema broju stepena prenosa: jednostepeni i višestepeni

65

Konstruktivni oblici reduktora:

- Reduktori sa paralelnim vratilima, - Reduktori sa vratilima koja se seku pod 90O, - Reduktori sa vratilima koja se ukrštaju, - Planetni reduktori.

Slika 57. Osnovni parametri reduktora:

- Prenosni odnos (odnos brojeva obrta ulaznog i izlaznog vratila), - MeĊuosno rastojanje (kod reduktora sa paralelnim vratilima je

rastojanje osa ulaznog i izlaznog vratila; kod reduktora sa vratilima koja se seku daje se samo meĊuosno rastojanje cilindriĉnih zupĉanika; kod puţnih reduktora to je najkraće rastojanje osa puţnog zavrtnja i puţnog zupĉanika),

- Snaga reduktora (nominalna snaga koja odgovara maksimalnom opterećenju, konstantnog intenziteta koje reduktor moţe trajno da prenosi),

- Izbor reduktora (vrši se na osnovu nominalne snage, karaktera rada motorne i konzumne mašine, i dnevnog trajanja rada pogona.

U formiranju jednog mehaniĉkog prenosnika uĉestvuje veliki broj mehaniĉkih sklopova: elastična spojnica, kardanske spojnice, pneumatičke spojnice, kaišni i lančasti prenosnici.

66

Slika 58. Primeri mehaniĉke transmisije

Slika 59. MEHANIĈKA TRANSMSIJA, primenjuje se kod dampera male nosivosti do 20 t. Obuhvata sledeće delove: kvaĉilo 1, koje prenosi torzioni moment u menjaĉ brzina 2, da bi ga za dalje prihvatio kardanski prenos 3 (kardansko vratilo i dva kardana), preneo do glavnog prenosa 4, smeštenog u kardanu zadnjih toĉkova i, preko diferencijala 5, na poluosovine pogonskih toĉkova 6

67

1. motor 2. tork konvertor 3. krst kardana 4. menjaĉ 5. kontrolni ventil 6. boĉno kvaĉilo 7. koĉnica 8. segmenti 9. lanac sa papuĉicom 10. razvod pogona pumpi (RPP)

Slika 60.

68

Slika 61.

Slika 62.

69

Slika 63.

Slika 64. Reduktor pogona transportera – konusno-cilindriĉni reduktor

Slika 65. Reduktor pogona transporta mašine – puţno-planetarni reduktor sa

momentnom polugom

70

Slika 66. Reduktor pogona radnog toĉka bagera – konusno-cilindriĉno-planetarni

reduktor sa momentnom polugom

Slika 67. Reduktor pogona okreta bagera – konusno-cilindriĉno-planetarni reduktor

2. Hidrauliĉni prenosnici Pod hidrauliĉnim pogonom podrazumevamo mehanizme koji sluţe za prenos mehaniĉke energije i transformaciju kretanja pomoću ulja, a sastoje se od hidroprenosnika, upravljaĉkog sistema i pomoćnih ureĊaja.

Slika 68. Principijelna šema hidro prenosa

71

Hidrauliĉni prenosnici su sloţene mašine sa elementima koje se mogu svrstati u tri grupe: - hidrauliĉne radne mašine - hidrauliĉne motorne mašine - komponente za napajanje i upravljanje Osnovne komponente hidroprenosnika su: - pumpa, - hidromotor ili turbina i - elementi veze. Pumpa sluţi da mehaniĉku energiju preobrazi u energiju ulja, a hidromotor pak da raspoloţivu hidroenergiju preobrazi u mehaniĉku energiju izvršnog organa. Kao radni fluid, u ovim mašinama, koriste se hidrauliĉna ulja. Ulja za hidrauliĉke sisteme nisu maziva ulja, u uzem smislu reĉi, već su to ulja koja se koriste kao nosioci energije (mada obavljaju i funkciju podmazivanja). Pored podmazivanja uĉestvuju i u rashlaĊivanju i štite od korozije. Od njih se zahteva da poseduju dobra: mehaniĉka, fiziĉka i hemijska svojstva.

Hidrauliĉni prenosnici se prema principu dejstva mogu podeliti na: - hidrostatiĉke - hidrodinamiĉke Osnovni zadatak ovih prenosnika je da, u radnom delu prenosnika, mehaniĉku snagu transformiše u hidrauliĉku energiju i da tako formiranu hidrauliĉku energiju ponovo transformiše u mehaniĉku snagu, u motornom delu prenosnika. Ovaj proces se moţe odvijati pri konstantnom ili pri prominljivom broju obrtaja. Prednosti ovih prenosnika su: - kompaktnost konstrukcije - mogućnost kontinualne regulacije broja obrtaja - pouzdan rad, itd. Nedostaci su: - skupa izrada - osetljivost na prljavštinu - sloţeno odrţavanje, itd. 2.1. Hidrodinamiĉki prenos snage Za razliku od hidrstatiĉkih, kod hidrdinamiĉkih prenosnika energija se prenosi korišćenjem kinetiĉke energije teĉnosti pri srazmerno ne tako viskim pritiscima. Kod hidrodinamiĉkih prenosnika radni i motorni elementi su elementi turbo mašine. Hidrodinamiĉki prenosnik sastoji se iz dva kola: pumpnog i turbinskog. Pumpno kolo je vezano sa pogonskim motorom i potiskuje ulje u turbinsko kolo, a koje je pak vezano sa izlaznim vratilom hidroprenosnika. U principu, hidrodinamiĉki prenosnici funkcionišu na sledeći naĉin: jedna od centrifugalnih pumpi, pogonjena obiĉno motorom SUS, pumpa usisanu teĉnost u aparat, gde se njen smer menja, a brzina povećava za raĉun sniţenja statiĉkog pritiska. Pri ovom raste kinetiĉka energija teĉnosti u kretanju pod uticajem smanjenja energije pritiska. Struja teĉnosti udara po lopaticama turbine, usled ĉega se na vratilu ove stvara obrtni moment.

72

Ovakav prenos nema ĉvrstu kinematiĉku vezu izmeĊu vratila pumpe i vratila turbine. Broj obrtaja turbine se menja automatski u zavisnosti od opterećenja na vratilu, a to znaĉi da se sa povećanjem otpora broj obrtaja turbine smanjuje, što povećava pritisak struje na lopatice i momenat torzije na turbini. Hidrodinamiĉki prenosnici se dele na dve grupe: - hidrodinamiĉki trasformatori obrtnog momenta - hidrodinamiĉke spojnice Kod hidrodinamiĉkog transformatora obrtnog momenta, pumpno kolo (2) predaje energiju turbinskom kolu (4) preko reaktivnog kola (3).

Slika 69.

a) Hidrodinamiĉki transformator: 2.pumpno kolo, 3.reaktivno kolo, 4.turbinsko kolo b) Hidrodinamiĉka spojnoca: 1.pumpno kolo, 2.turbinsko kolo, 3.rotirajiće kućište,

4.voĊeno vratilo, 5.vodeće vratilo Hidrauliĉka transmisija obuhvata: specijalni reduktor R, povezan sa motorom M, hidrotransformator HT, menjaĉ brzina MB, kardanski prenos KP i zadnji most ZM koji obrtni moment predaje pogonskim toĉkovima

Slika 70.

73

Pumpno

radno kolo

Turbinsko

radno kolo

Spoljni

omotaĉ

Slika 71. Sa stanovišta prenosa snage i momenta princip rada hidrodinamiĉke spojnice ’deli’ pogonsku grupu na primarnu stranu (motor pogoni centrifugalnu pumpu) i sekundarnu stranu (turbina pogoni mašinu). Centrifugalna pumpa ima parabolnu karakteristiku (sliĉnu ventilatoru) stoga motor uvek startuje kao da je opterećen parabolnom momentnom karakteristikom. IzmeĊu pumpe i turbine hidrodinamiĉki tok ulja prenosi energiju sa primarne strane (pumpa/pumpno kolo) na sekundarnu stranu (turbina/turbinsko kolo). Pogonjena mašina se ubrzava uz pomoć turbine prateći hidrodinamiĉku karakteristiku spojnice. Ovaj izlazni moment spojnice je jedan od kljuĉnih faktora sa pravilno startovanje traĉnih transportera.

74

Slika 72.

Specijalno razvijeni tip spojnice kao što je TVVS koji omogućava meki start transportera i ima povećan termiĉki kapacitet koristi se u pogonskim grupama dugaĉkih horizontalnih transportera. Spojnica sa promenljivim punjenjem tipa TPKL sa novom samodrţećom konstrukcijom mogu da startuju izuzetno dugaĉke transportere, obezbede vremenski dugaĉak start i ĉesto ponavljanje startovanja transportera. Ovakav profil obezbeĊuje konstantan/kontinuiran moment startovanja transportera i rezultuje pouzdanim ubrzavanjem bez dinamiĉkih vibracija u transporteru.

Slika 73.

Mirovanje Pokretanje Stacionarni rad

75

Slika 74. Ţuta kriva – spojnica bez pretkomore Tamno plava kriva – spojnica sa pretkomorom manje zapremine Svetlo plava kriva –spojnica sa pretkomorom veće zapremine Crvena kriva-spojnica sa dve pretkomore Prednosti hidrodinamickih spojnica

• lagano ubrzanje velikih masa, • omogućena primena elektromotora sa kratkospojenim rotorom, • motor se rasterećen startuje do visokih obrtaja, • nije potrebno predimenzionisati elektromotor, • ograniĉen polazni moment, • veoma dobro prigušenje torzionih udara i oscilacija, • zaštita pogonskog sistema od preopterećenja, • izravnavanje opterećenja kod višemotornog pogona.

Spojnicu je najbolje ugraditi u pogonsku grupu preko spoljnjeg radnog kola. Kada je motor povezan za spoljne delove spojnice obezbeĊuje se optimalno funkcionisanje spojnice i lako odrţavanje tj. lako proveravanje koliĉine radnog fluida korišćenjem staklenog ĉepa bez otvaranja spojnice (bez alata). U prošlosti se spojnica vrlo ĉesto montirala na vratilo reduktora a elastiĉna spojnica izmeĊu hidrodinamiĉne spojnice i motora. Revitalizacija pogonske grupe zahteva fleksibilnu konstrukciju elastiĉne spojnice koja se sastoji od standardnih komponent.

76

Slika 75. Hidrauliĉka transmisija obuhvata: specijalni reduktor R, povezan sa motorom M, hidrotransformator HT, menjaĉ brzina MB, kardanski prenos KP i zadnji most ZM koji obrtni moment predaje pogonskim toĉkovima

Slika 76.

2.2. Hidrostatiĉki prenos snage Hidrostatiĉki prenosnici (prenosnici zapreminskog dejstva) sastoje se od pumpe i motora. Pumpa energiju, koju dobija od pogonskog motora, transformiše u hidrauliĉku energiju. Hidromotor, hidrauliĉku energiju transformiše u mehaniĉku (obrtni momenat) energiju, koja se preko izlaznog vratila prenosi na radni organ gonjene mašine. Hidrostatiĉki prenosnici se izraĊuju za snage do 2200 kW, sa brojem obrtaja do 3500 o/min. Mogu biti regulisani ili neregulisani. Kada se izraĊuju kao regulisani prenosnici, taĉnost regulacije je oko 5%, mogu biti: - prenosnici sa regulacijom koliĉine teĉnosti koja dolazi u hidromotor, radna zapremina hidromotora je konstantna - prenosnici sa regulacijom radne zapremine hidromotora. Hidrostatiĉki prenosnici se koriste na svim onim mestima gde je potrebno realizovati veliki obrtni moment uz male gabarite pogonskog ureĊaja kao i na svim onim mestima gde se javlja potreba za promenom broja obrtaja u opsegu do 40:1, kod pumpe, odnosno 4:1, kod motora.

77

Slika 77.

Pumpa (jedna ili nekoliko njih), koja dobija pogon od motora, potiskuje pod pritiskom teĉnost kroz cevovode u hidrauliĉni motor. Zahvaljujući praktiĉnoj nestišljivosti teĉnosti pri ovome se uspostavlja ĉvrsta kinematiĉka veza izmeĊu hidrauliĉnog motora i pumpe. Hidrostatiĉki prenosnici prema karakteru kretanja dele se na hidroprenosnike sa: obrtnim kretanjem, translatornim kretanjem i oscilatorno obrtnim odnosno oscilatorno translatornim kretanjem. U prvom sluĉaju kretanje izvodi hidromotor, a u drugom i trećem hidrocilindar. Zavisno od naĉina povezivanja osnovnih agregata razlikuju se hidrostatiĉki prenosnici otvorenog i zatvorenog tipa.

Slika 78. Principijelna šema hidrostatiĉke transmisije:

a)otvorenog tipa, b)zatvorenog tipa

78

Kod hidrauliĉnih transmisija otvorenog tipa (sl.a) pri obrtanju vratila pumpe teĉnost iz rezervoara 10 kroz filter 4 se usisava u pumpu 1 i potiskuje kroz razvodnik 3 u hidrauliĉni motor 2. IzraĊena teĉnost kroz cevovod 8 se vraća nazad u rezervoar. Za vreme rada nastaju neizbeţni gubici teĉnosti kroz zazore izmeĊu tarnih površina radnih elemenata pumpe i hidrauliĉnih motora. Za odvod ove teĉnosti u rezervoar predviĊeni su drenaţni cevovodi 9.

Slika 79. UporeĊenje hidrodinamiĉkog i hidrostatiĉkog sistema

3. Elektriĉni prenos snage Elektriĉni prenos spada u grupu progresivnih sistema i danas je sve više rasprostranjen i to izraĊen po šemi: dizel-motor tegljaĉa – generator - elektromotori. Dizel-elektriĉni pogon ima preimućstva, koja omogućuju da se instalisana snaga motora racionalno koristi praktiĉno u svim reţimima rada. Nedostatak ove vrste prenosa snage je dosta visoka cena agregata i relativno velika njihova masa. Specifiĉna masa iznosi 20-27 kg/kW, što je za skoro 5 puta više od analognog pokazatelja za mehaniĉki sistem prenosa snage. Nedostatak je takoĊe i relativno nizak (ne veći od 0,75) ukupni koeficijent korisnog dejstva. Primena elektriĉnih agregata omogućuje unifikaciju prenosnika, koja se moţe ugraditi na razliĉite mašine iste snage. U najvećoj meri ovakvoj nameni odgovara dizel–elektriĉni sistem sa elektomotornim toĉkovima. Kućište elektromotora svakog motornog toĉka predstavlja noseći elemenat pomoću koga je motorni toĉak sjedinjen sa ramom tegljaĉa. U konstrukcijama motor-toĉak, po pravilu, se primenjuju elektriĉni motori jednosmerne struje, koji omogućavaju da se realizuje veliki obrtni momenat pri regulisanju brzine u širokom dijapazonu.

79

Slika 80. Presek motornog toĉka

Regulisanje brzine kretanja se postiţe: - izmenom polja elektromotora posredstvom uvoĊenja dopunskih otpora u namotaje pobude, pri ĉemu slabljenje polja izaziva povećanje brzine obrtanja elektriĉnog motora - ostvarivanjem razliĉitih šema meĊusobnih spajanja elektriĉnih motora motornih toĉkova (rednog, otoĉnog i sloţenog) - promenom napona generatora (i frekvencoje generatora u sistemima naizmeniĉne struje) promenom brzine obrtanja motora ELEKTRO-MEHANIĈKA TRANSMISIJA sastoji se od dizel motora s unutrašnjim sagorevanjem M, koji pokreće elektrogenerator G, vuĉnih elektromotora EM, aparature za upravljanje AU.

Slika 81.

• U zavisnosti od mesta postavljanja motora moguće su dve šeme: – vuĉni elektromotori postavljeni u toĉkovima vozila, u takozvanom

motorizovanom toĉku, pa svaki toĉak pokreće se samostalno i – vuĉni elektromotor smešten u karteru zadnjeg mosta od kojeg se

torzioni moment do pogonskih toĉkova prenosi višestepenim zupĉastim prenosom,grupno pokretanje, te se kod dampera reĊe primenjuje.

Elektropogon moţe pokretati jednosmerna ili naizmeniĉna struja, kao i njihova

80

kombinacija. Vrsta struje u velikom stepenu odreĊuje kakakteristike elektroopreme i vozila. Glavni element elektro-mehaniĉke transmisije je motorizovani toĉak, koji obuhvata: elektromotor, smešten u rukavcu toĉka, i planetarni reduktor - preko koga se prenosi torzioni moment od elekromotora na toĉak. Radi bolje dostupnosti unutrašnjim sklopovima motorizovanog toĉka, sa ciljem jednostavnijeg i brţeg pregleda i remonta kao i brţeg hlaĊenja - nastoji se izneti van rukavca što više delova elektro-mehaniĉke transmisije.

Slika 82.

• Elektro transmisija jednosmeme struje je najjednostavnija jer su motori sa

generatorom direktno povezani, pa se regulisanje elektropogona ostvaruje promenom pobudne struje generatora i elektromotora. Pošto snaga pobuĊivanja iznosi svega 1 do 2,5% od nominalne snage elektriĉne mašine - gubici struje u ureĊajima za pobuĊivanje su beznaĉajni.

• Elektropogon jednosmerne struje ima veliku primenu zbog visokog stepena sigurnosti i proste regulacije vuĉne sile i brzine promenom intenziteta pobuĊivanja generatora i elektromotora. MeĊutim, relativno velike dimenzije elektro mašina i njihova masa podstiĉu nova istraţivanja za otklanjanje ovih nedostataka kao i radi zatnene sa pogodnijim pogonom

Obrtni momenat, koji razvija pogonski motor tegljaĉa, transformiše se i prenosi-predaje pogonskim toĉkovima odnosno pogonskom mehanizmu gusenica putem niza agregata koji se nazivaju transmisija.. Prisustvo transmisije kod tegljaĉa i uopšte kod mašina neophodno je radi pretvaranja-transfomacije brzine i obrtnog momenta motora u većem opsegu, kao i radi neophodnih promena u reţimu rada mašine. Mogućnost samoga motora da transformiše brzinu i obrtni momenat je mala i ocenjuje se koeficijentima prilagodjavanja. MeĊutim, specifiĉnost rada samohodnih mašina za otkopavanje i transport otkopanog materijala zahteva transformaciju brzina i obrtnog momenta u veoma širokom dijapazonu. Kod savremenih mašina ovaj dijapazon neophodnog regulisanja iznosi 60-80, što pokazuje postojano regulisanje brzina - pri odgovarajućoj vuĉnoj sili - od 0,5 do 40 km/h.

81

Slika 83. Strukturne šeme elektro transmisija: a) jednosmerna, b) jednosmerno-naizmeniĉna i c) naizmeniĉna struja: D - dizei motor, G -generator, PI - poluprovodniĉki ispravljaĉ, EM - elektromotor, TTF -

tiristorski transformator frekvencije struje, R - reduktor, T - loĉak Takav opseg regulisanja se ne moţe da obezbedi pri neprekidnom prenosnom odnosu, te radi toga u zadatak transmisije spada i promena prenosnih odnosa od pogonskog motora ka pogonskim toĉkovima. Kod većine savremenih transmisija takva promena prenosnog odnosa se ostvaruje stepenasto. Teškoće komponovanja se povećavaju usled neophodnog razmeštaja razliĉitih radnih ureĊaja, te radi toga svaki od agregata transmisije treba da poseduje minimalnu masu i gabarite, ĉime se olakšava komponovanjie transmisije. Pored toga, na sastav transmisije odraţava se i konstrukcija veza izmeĊu pojedinih agregata transmisije. Transmisije, kod kojih su agregati meĊusobno povezani gipkim-elastiĉnim vezama (hidro-transmisije i elektriĉne transmisije), pruţaju veću mogućnost za komponovanje u poreĊenju sa mehaniĉkim i hidromehaniĉkim prenosima, gde se veza izmeĊu agregata ostvaruje kardanskim vratilima, reduktorima i t.sl. Mašine za kopanje i transport otkopanog materijala na površinskim otkopima rade u teškim klimatskim i terenskim uslovima, te su stoga i zahtevi u pogledu pouzdanosti, sigurnosti, kvaliteta, izdrţljivosti itd. mnogo oštriji nego kod drugih sliĉnih mašina. Pouzdanost transmisije zavisi od pouzdanosti agregata koji ĉine transmisiju pre svega u pogledu na neravnomernost opterećenja koja se javljaju. Dinamiĉka opterećenja su proporcionalna kvadratu brzine obrtanja elemenata transmisije, te se stoga sa povećanjem brzohodnosti transmisije njena pouzdanost smanjuje. Snaga motora kod mašina za kopanje i transport otkopanog materijala se istovremeno troši kod većeg broja potrošaĉa. Naime, ove mašine poseduju nekoliko pogonskih osovina, zatim mehanizme za upravljanje radnim organom itd. Radi toga, transmisije ovakvih mašina treba da obezbede uzimanje snage za pogon razliĉitih mehanizama. Po naĉinu transformacije obrtnog momenta motora, transmisije mogu biti mehaniĉke, hidrodinamiĉke i hidrostatiĉke. Po karakteru promena prenosnog broja transmisije mogu biti stepenaste ili bezstepenaste. Najviše su rasprostranje ne mehaniĉke transmisije, koje se sastoje iz glavne spojnice ili kvaĉila, menjaĉa stepena prenosa, prenosnih vratila i glavnog prenosnika, diferencijala i poluosovina.

82

• Elektro-mehaniĉka transmisija ima veliku primenu kod vozila nosivosti iznad

60 t. Ona omogućava tri moguće izvedbe vozila:

– dizel elektriĉna, kod kojih dizel motor pokreće generator,

– dizel trolna vozila, vozila na kombinovani pogon koja bi po stalnim

putevima koristila struju iz kontaktne mreţe i

– elektriĉna vozila koja bi pokretali elektromotori napajani samo iz

kontaktne mreţe.

Slika 84.

83

3. Transportni ureĊaji na rudarskim mašinama

Na rudarskim mašinama primenjuju se sledeći tipovi transportnih ureĊaja:

UreĊaji za kretanje na pneumaticima,

UreĊaji za kretanje na gusenicama,

UreĊaji za kretanje po šinama,

Koraĉajući ureĊaj za kretanje,

Kombinovani ureĊaji za kretanje.

Koja će vrsta transportnog ureĊaja biti primenjena zavisi od velikog broja uticajnih

faktora (namena mašine, radna sredina, prohodnost, potrebna brzina i dr). U

narednoj tabeli prikazane su osnovne prednosti i nedostaci transportnih ureĊaja na

primeru bagera.

Vrsta

transportnog sredstva

Prednosti Nedostaci Najĉešća oblast

primene

Guseniĉari

Dovoljan brzina kretanja; univerzalno-st; dovoljna manevarska sposobnost i visoka prohodnost; mogućnost savla-davanja velikih uspona (do 23%); odliĉna stabilnost.

Velika masa (od 40-60% ukljuĉujući i donji ram od ukupne mašine); znatnije kolebanje srednjih specifiĉnih pritisaka na tlo (za 6-12 puta za dvoguseniĉare i 3-4 za višeguseniĉne mašine); nuţnost velike vuĉne sile, koja dostiţe 30-40% sile teţine bagera; sloţenost ureĊaja i brzo habanje elemenata; sloţeno okretanje mašine.

Kod svih bagera, koji ne zahtevaju veća i ĉešća preme-štanja – transport sa većim brzinama

Koraĉajući

Relativno mala masa (10-20% od ukupne mase mašine); visoka mane-varska sposobnost; mogućnost ostva-rivanja niskih specifiĉnih pritisaka na tlo; jednostavna konstrukcija; visoka stabilnost mašine u radu.

Mala brzina i cikliĉnost premeštanja; neophodno podizanje bagera pri koraĉanju; srazmerno velika potrebna vuĉna sila, koja dostiţe 25-30% od sile teţine bagera.

Kod bagera dregla-jna i odlagaĉa koji rade na slabo nose-ćim terenima

Transportni ureĊaji na pneumaticima

Velika brzina kretanja (i do 50 km/h); relativno ne tako velika teţina; visoke manevarske sposobnosti; mali otpor pri kretanju; jednostavnost konstrukcije.

Brzo habanje guma; visoka cena guma, koja dostiţe i do 20-40% od ukupne cene mašine; relativno visok specifiĉni pritisak na tlo.

Mašine za kopanje i transport otkopanog materijala, mali bageri kao pomoćne mašine na površin-skim kopovima

3.1 . UreĊaji za kretanje na pneumaticima Mehanizam za kretanje transportnog ureĊaja na pneumaticima sluţi za pretvaranje obrtnog momenta na pogonskim toĉkovima u vuĉnu silu i predstavlja kombinaciju elemenata koji imaju direktno ili indirektno uĉešće u meĊusobnom delovanju transportnog ureĊaja sa putem. Transportni ureĊaji na pneumaticima ĉine toĉkovi, osovine, noseći ram i vešanje. Pneumatici se oslanjaju na tlo, nose odnosno pridrţavaju most i osovine na kojima se preko vešanja oslanja noseći ram transportnog ureĊaja sa agregatima pogona, upravljanja i radnog ureĊaja. Transportni ureĊaj na pneumaticima treba da obezbedi sigurnu atheziju toĉkova sa putem, ostvarivanje što je moguće manjih otpora pri kotrljanju toĉkova za vreme kretanja, ublaţenje udara od neravnina na putu i neophodnu ravnomernost u kretanju.

84

Slika 85. Kod modernih tegljaĉa najĉešće su svi toĉkovi pogonski, mada se pri kretanju po dobrom terenu neki toĉkovi iskljuĉuju od transmisije odnosno prevode u gonjene. Toĉkovi prenose opterećenje od mase tegljaĉa na put i sastoje se iz spoljnjeg – elastiĉnog i unutrašnjeg ĉvrstog dela. Elastiĉni deo toĉka-pneumatik ili guma vrši svoj rad u uslovima neposrednog i uzajamnog dejstva sa putem Od konstrukcije pneumatika zavisi prohodnost, dinamika vuĉe, stabilnost i ekonomiĉnost transportnih ureĊaja na pneumatici. Pneumatik po pravilu ĉini spoljna i unutrašnja guma. Spoljna guma ima karkas (jezgro), koji se sastoji od nekoliko slojeva ispletene korde (uţeta) debljine od 1-1,5 mm ĉije niti imaju preĉnik od 0,6-0,8 mm. Broj slojeva korde kod guma transportnog ureĊaja se kreće izmeĊu 8-28, zavisno od kvaliteta pneumatika koji se zahteva. Kao materijali za niti korde upotrebljavaju se pamuĉne tkanine, viskoza, sintetiĉki poliamidni materijali (najlon, perlon, kapron, terilen itd.). U poslednje vreme se za kordu upotrebljava ĉeliĉno uţe - ĉeliĉna korda. Jezgro iz korde je zaštićeno protektorom iz gume. Protektor se sastoji iz reljefnog dela, šare i zaštitnog dela brejkera. Zaštitni deo (brejker) je debljine 3-7 mm i sastoji se iz razreĊene korde obloţene slojem gume.

1

Slika 86. 1) karkas; 2) korda; 3) brejker; 4) zidovi gume; 5) protektor; 6) unutrašnji zaštitnik;

85

Postoje dve osnovne vrste guma: - dijagonalne gume sa ukrštenim slojevima - radijalne gume sa uporedno sloţenim slojevima

Osnovne karakteristike guma :

- dijagonalne gume - slaba lepljivost za gornji sloj puta, bolja otpornost na preopterećenja

- radijalne gume - osetljive na preopterećenja, manji otpor kotrljanja Izbor guma zavisi od: 1. vrste mašina i vrste voznog sistema - veliĉine vertikalnih opterećenja, sluĉajevi pogonskih ili nepogonskih osovina; 2. konstrukcije mašina - toĉkovi po jedan (dupli) sistem za pomeranje (razni tragovi prolaza pojedinih toĉkova), uslovi skretanja (sa diferencijalom ili bez), zahtevi u oblasti prolaznosti, uslovi poljoprivrednih mašina, graĊevinskih, vojnih vozila, pravolinijska voţnja (otpornost na boĉne sile), zahtevi koji se odnose na osiguranje od naglog gubitka pritiska u gumama (automobil, traktor, avion u aspektu poletanja i prizemljenja); 3. uslova rada - voţnja na mekim i tvrdim podlogama, brzina voţnje, godišnje doba, zahtevi u oblasti samoĉišćenja spoljne strane gume; 4. vrste rada - transportno sredstvo, brzina voţnje; 5. vrste podloga - u oblasti mekih podloga: pesak, zemljište razliĉite vlaţnosti, podvodni tereni, podloge pokrivene slojem rastinja (npr. strnjike). U oblasti tvrdih podologa: putne površine, podloge sa stenama (kamenolomi) 6. vrste vešanja - sa krutim ili amortizacionim sistemom. U proizvodnji pneumatika savremene konstrukcije koriste se gumene mešavine sa velikom otpornošću na brisanje, zamaranje i starenje. Izdrţljivost pneumatika definiše pokazatelj PR (ply rating) koji odreĊuje broj uloţaka, opterećenje i pritisak vazduha. Kod vuĉnih mašina za zemljane radove parametar pneumatika PR kreće se u granicama od 6-28. Uticaj pritiska vazduha u gumi (p0) protektora i podloge predstavljen je na donjoj slici. Razmak isturenih grba donje strane (protektora) naznaĉen na slici proizilazi iz uslova rada gume. Tu se pojavljuju suprotni aspekti pri voţnji na krutoj i deformisanoj podlozi. Kod deformisane podloge rastojanje isturenih grba treba da bude relativno veliko. Tada svaka grba u zoni dodira deluje kao mikrozid.

NOSEĆI RAM Noseći ram tegljaĉa sa pneumaticima ĉine obiĉno dve poduţne grede pravougaonog ili koritastog preseka. Grede su ĉvrsto meĊusobno spojene popreĉnim gredama, ĉiji je oblik i razmeštaj uĉinjen tako da se na njih mogu razmestiti i uĉvrstiti pojedini agregati tegljaĉa. Na krajevima rama se priĉvršćuju odbojnici odnosno branici, koji primaju na sebe udare pri sudaru sa preprekama i time štite od oštećenja pojedine delove karoserije.

86

Ram tegljaĉa,obzirom daje izloţen mnogim naprezanjima (teţinskim, torzionim, udarnim) zbog rada tegljaĉa po pravilu u teškim radnim uslovima, treba da ispuni mnoge zahteve, kao što su: - da omogući udoban i po mogućnosti što niţi razmeštaj agregata; - da je dovoljno ĉvrst, da bi pomicanje agregata u odnosu jedan na drugi bilo što je moguće manje odnosno neznatno i u isto vreme da je na pojedinim mestima elastiĉan tj. da ne izaziva naprezanja; - da je jednostavan i lak itd. Za pojedine vrste tegljaĉa,zavisno od konstrukcije i namene, ram moţe biti izveden iz dva ili tri dela, koji je meĊusobno šamirno spojeni.

Slika 87. PRIMER. NOSEĆI RAM DAMPERA. Sluţi kao osnova i nosi na sebi sve delove dampera. Sastoji se od dva poduţna ĉeliĉna nosaĉa, razliĉitih popreĉnih profila i visine u zavisnosti od veliĉine oplerećenja, meĊusobno povezanih zavarivanjem sa 2, 4 ili 6 popreĉnih nosaĉa - koji mu daju ĉvrstinu i sluţe za uĉvršćivanje cilindara, ureĊaja za vesanje, mehanizma za izdizanje sanduka i tegljenje. Noseći ram izloţen je vrlo promenljivim i velikim udarima pri utovaru sa ekskavatorima, pa se njegovoj konstrukciji, izradi i otpornosti na savijanje i torziju - posvećuje posebna paţnja. VEŠANJE Vešanje tegljaĉa sa pneumaticima se izvodi elastiĉno tj. ram tegljaĉa se postavlja na mostove i osovine elastiĉno, a u svrhu da se obezbedi što mirniji rad svih agregata tegljaĉa pri njegovom kretanju. Elementi vešanja ili oslonci obezbedjuju mogućnost relativnog pomeranja toĉkova u odnosu na ram tegljaĉa. Kada toĉkovi dobiju udare od neravnina na putu elastiĉni

87

deo vešanja, postavljen izmeĊu mostova i rama, apsorbuje energiju udara odnosno veći deo energije pretvara u rad deformacije elastiĉnog dela vešanja. Pored toga elastiĉno vešanje obezbeĊuje prenos vuĉnih i torzionih sila i takoĊe prigušivanje nastalih oscilacija ili njihovo dovodjenje u ţeljene razmere. Vešanje deli ukupnu masu tegljaĉa na dva dela: ogibljeni deo koji se oslanja na elastiĉnu osnovu (vešanje) i neogibljeni, koji se oslanja na tlo odnosno put. Što je manji odnos neogibljene mase prema ogibljenoj, time je veća ravnomemost odnosno mirnoća kretanja vozila. Vešanje moţe biti kruto i elastiĉno. Kruto vešanje ima samo usmeravajuće ureĊaje, a ulogu elastiĉnih elemenata vrše sami pneumatici. Ovaj naĉin vešanja, zbog mnogih nedostataka, nije u široj upotrebi. Elastiĉna vešanja se klasificiraju po dva osonovna obeleţja: kinematiĉkim šemama i po tipu elastiĉnih elemenata. Konstruktivne šeme vešanja

Slika 88. a) balansirajuća; b) zavisna; c) nezavisna bez polug; d) nezavisna sa

jednom polugom; e) nezavisna sa dve poluge; f) nezavisna sa poduţnim polugama Po tipu elastiĉnih elemenata vešanja mogu biti:

1. sa lisnastim oprugama, 2. sa spiralnim oprugama, 3. torziona, 4. sa gumenim elastiĉnim elementom, 5. sa pneumatskim, hidrauliĉnim ili hidro-pneumatskim gibnjevima.

88

Danas su najrasprostranjeniji hidrauliĉni amortizeri, kod kojih se koristi otpor (unutrašnje trenje) viskozne teĉnosti, koja prolazi kroz kalibrirani otvor ograniĉenog preseka, zazor ili prigušeni ventil. Kao radna teĉnost se koristi mineralno ulje. Hidrauliĉni amortizeri se klasificiraju po naĉinu dejstva i po konstrukciji. Po naĉinu dejstva hidrauliĉni amortizeri mogu biti jednostrani i dvostrani. PRIMER. UREDAJI ZA VEŠANJE DAMPERA.

• Obuhvataju sistem amortizacionih ureĊaja koji povezuju poluosovine sa nosećim ramom. Oni ublaţavaju dejstva velikih statiĉkih opterećenja na osovine, naroĉito pri utovaru, i dinamiĉkih udara na delove dampera postavljene na ramu. Pomoću pneumo-hidrauliĉkog vešanja prednja i zadnja osovina su elastiĉno obešene o ram. Ovaj naĉin vešanja ima veoma dobru amortizacionu karakteristiku pri razliĉitim stepenima opterećenja dampera. Pneumatski cilindar nalazi se u zajedniĉkom sklopu sa hidrauliĉkim cilindrom, koji se naziva pneumo-hidrauliĉki cilindar, u kojem ulogu amortizatora ima komprimirani vazduh, a ulogu radnog elementa ulje.

• Prednja osovina veša se sa dva cilindra, a zadnja sa dva ili ĉetiri u zavisnosti od nosivosti dampera. Prednji i zadnji cilindri imaju razliĉite duţine.

• Osovine dampera izloţene su velikim i promenljivim opterećenjima. Pri utovaru priraštaj opterećenja na prednje ureĊaje za vešanje povećava se 1.3, a na zadnje, ĉak 3 puta. Dinamiĉko dejstvo od puta uvećava opterećenje 2.5 - 3 puta. Radi ublaţavanja udara, obezbeĊenja ravnomemosti hoda prigušivanjem oscilacija i stabilnosti pri kretanju, u razliĉitim reţimima, ureĊaji za vešanje treba da imaju promenljivu krutost -manju pri praznom sanduku i veću pri kretanju punog sanduka.

PREDNJI MOST vozila prihvata odreĊeni deo opterećenja i preko elastiĉnog vešanja prenosi ga na prednje toĉkove. Toĉkovi se postavljaju pod izvesnim uglom prema vertikali zbog konveksnog popreĉnog profila puta. Imaju i konvergenciju, tj. manje rastojanje izmeĊu prednjih delova u odnosu na zadnje, jer teţe da se kotrljaju po divergentnim lukovima u stranu od kamiona - zbog dejstva momenata sila tangencijalne reakcije koji nastoje da zaokrenu vozilo

Slika 89.

89

ZADNJI MOST prima najveći deo opterećenja. On predstavlja šuplju gredu u kojoj su smešteni glavni prenos, diferencijal i pogon za pogonske toĉkove

Slika 90. Zadnji most dampera na PK ’’Veliki Krivelj’’ – Bor 3.2 . UreĊaji za kretanje na gusenicama, Guseniĉni transportni ureĊaj se odlikuje relativno malim specifiĉnim pritiskom na oslonu površinu. Primenjuju se za uslove kretanja po bespuću, mekoj podlozi i nasutim putevima. Brzine kretanja mašina na guseniĉnom transportnom ureĊaju se kreću od 10 do 15 km/h, za manje mašine i do 6-10 m/min za veće mašine.

Slika 91.

90

Specifiĉni pritisak na tlo mašina sa guseniĉnim transportnim ureĊajem znatno je niţi nego kod mašina na pneumaticima, jer je oslona površina gusenica na tlo znatno veća i ako je po pravilu masa guseniĉnih mašina iste snage daleko veća nego kod mašina na pneumaticima iste snage. Mašine na guseniĉnom transportnom ureĊaju imaju sledeće prednosti (uglavnom kod manjih mašina):

- bolju i veću prohodnost i bolje manevarske sposobnosti na slabo nosivom tlu, - lako se kreću pod opterećenjem,

- imaju mali specifiĉni pritisak na tlo ĉija vrednost iznosi 6 9 N/cm2, a zuzetno moţe biti i manja 5 N/cm2,

- mogu da se kreću i u sluĉaju kada su im gusenice utonule u tlo i do 40% od - svoje visine, - mogu da savlaĊuju relativno velike uspone i padove ĉak i do 40 %, - imaju veću stabilnost u odnosu na mašine sa pneumaticima.

Mašine na gusenicama odlikuju se boljom i većom prohodnošću po lošim podlogama i to zbog veće athezione teţine. Naime, veća sila athezije pruţa mogućnost da se realizuje znatno veća vuĉna sila, koju moţe da ostvari mašina na osnovu ugraĊenog agregata snage. Širina i duţina gusenica je razliĉita, a odreĊuje se u zavisnosti od instalisane snage, vrste i namene mašine i nosivosti tla na kojem mašina treba da radi. U slabo nosivom ili blatnjavom tlu, koriste se mašine sa širokim gusenicama, dok se za rad mašina po ĉvrstoj podlozi po pravilu koriste uţe gusenice. Pored niza prednosti guseniĉni transportni ureĊaji imaju i odreĊene nedostatke:

- sloţenu konstrukciju, veliku masu u odnosu na ukupnu masu mašine i visoku nabavnu vrednost,

- srazmemo malu brzinu kretanja, - visoke troškove odrţavanja zbog velikog habanja i ĉestih zamena delova,

relativno nizak ukupni koeficijent korisnog dejstva zbog povećanog trenja prilikom kretanja,

- veliki odnos mase guseniĉnog ureĊaja prema masi cele mašine (kreće se u

odnosu 0.4 0.45), za sluĉaj ukazane potrebe za promenu lokacije rada na veća rastojanja mašina se prevozi drugim pogodnim transportnim sredstvom, ili se prethodno, zavisno od svojih gabaritnih dimenzija, mašina demontira i u sklopovima prevozi,

- pri kretanju po savremenim putevima svojim gusenicama ove mašine nanose oštećenja, te se vršiti protekcija guseniĉnih ĉlanaka specifiĉnim zaštitinim elemetima od tvrde gume, drveta i sl. kako bi se saĉuvao kolovoz od velikih oštećenja.

Transportni ureĊaji na gusenicama primenjuju se uglavnom u teškim terenskim uslovima (glinasta podloga sa znatnom vlaţnošću). Mehanizam za kretanje transportnog ureĊaja na gusenicama sluţi za nošenje rama, pretvaranje obrtnog kretanja kolenastog vratila motora i delova transmisije u translatorno kretanje transportnog ureĊaja i pretvaranje obrtnog momenta koji se dovodi pogonskim toĉkovima u vuĉnu silu, neophodnu za translatomo kretanje transportnog ureĊaja vuĉu radnog ureĊaja.

91

Guseniĉni sistem ĉini sklop: gusenica, pogonski i vodeći toĉkovi, noseća i potpoma rolna i mehanizam za regulisanje zatezanja gusenice. Razlikujemo guseniĉni ravni, kosi i trouglasti sistem. Kod vuĉnih (traktorskih) mašina najĉešće se primenjuje guseniĉni ravni sistem. Gusenica se stavlja u pogon obrtanjem zupĉastog toĉka sa zubima prilagodjenim preĉniku ĉaura karika ili isturenih bregova gusenice.

Slika 92. Guseniĉni sistem:

a) ravni b) kosi c) trouglasti 1) guseniĉni lanac, 2) pogonski toĉak, 3) vodeći toĉak, 4) noseći toĉak, 5)

potporni toĉak, 6) sklop za zatezanje gusenice

92

Vodeći toĉak pomerljive osovine omogućava regulaciju zatezanja gusenice. Sklop donjih rolni ĉini sistem za prenošenje opterećenja na podlogu preko aktivnog lanca gusenice. Gornje rolne (potporne) ograniĉavaju opuštenost gornjeg lanca gusenice. Kosi guseniĉni sistem primenjuje se uglavnom na vuĉnim poljoprivrednim traktorima i brzohodnim guseniĉnim vozilima. U malobrojnim konstrukcijama vuĉnih mašina primenjen je trouglasti guseniĉni sistem, u kojem je pogonski toĉak znatno podignut od radne podloge.

Slika 93. Guseniĉni ureĊaji sa jedinstvenim uzdignutim pogonskim toĉkom i ovešenim donjim strojem, koriste sigurno i pouzdano svoji snagu i pod najteţim uslovima rada. UreĊaj sa uzdignutim pogonskim toĉkom ima veću duţinu lanca sa papuĉama na tlu što omogućava savršenu ravnoteţu i dobro leţanje mašine i tako pretvaraju veći procenat snage motora u korisnu, produktivnu vuĉnu silu. Ovakve savremene konstrukcije transportnih ureĊaja na gusenicama imaju do tri puta duţi vek trajanja od uobiĉajenih konstrukcija. Taĉno nazupĉavanje gusenice sa pogonskim toĉkom i njeno kotrljanje po vodećem toĉku (posebno pri skretanju) zahteva poĉetno zatezanje gusenice. Zatezanje gusenice vrši zatezni mehanizam u obliku zavrtnja ili hidrauliĉnog cilindra sa nezavisnim snabdevanjem. U eksploataciji zatezanje je odreĊeno veliĉinom opuštenog dela gusenice. Brzom trošenju podloţne su ugiavnom osovinice i ĉaure. Uslove rada gusenice pogoršava neprecizno postavljanje pogonskih i vodećih toĉkova. To se odnosi pre svega na vodeći toĉak koji je pomerljivo smešten u cilju regulisanja zatezanja gusenice.

93

Slika 94. Netaĉno postavljanje vodećeg toĉka gusenice Pogonski toĉkovi vrše pokretanje odnosno premotavanje guseniĉne trake. Velika vrednost vuĉne sile tegljaĉa realizuje se na pogonskim toĉkovima, a teški uslovi rada zahtevaju da konstrukcija pogonskih toĉkova obezbedi pravilan zahvat sa guseniĉnom trakom pri minimalnim gubicima na trenje, dobro ĉišćenje od blata, snega i eventualno upalih krupnijih predmeta, dostupnost radi pregleda i odrţavanja. Po tipu zahvata pogonskih toĉkova sa guseniĉnom trakom razlikuju se pogonski toĉkovi sa ĉepnim (a) i sa grebenastim ozupĉenjem (b).

Slika 95. Guseniĉna traka sluţi za oslanjanje na tlo i stvaranje metalnog puta, po kojem se na oslonim valjcima kreće ram ili kostur tegljaĉa. Ona se sastoji iz pojedinaĉnih elemenata - karika, koje su meĊjusobno zglobno-šarnirno spojene. Karike odnosno elementi guseniĉne trake treba da obezbede spoj sa tlom, predaju sile zatezanja gusenica i da omoguĉe zahvat sa pogonskim toĉkom. U vezi sa ovim razlikuju se gusenice kod kojih sve funkcije vrše isti elementi - karike. Drugu vrstu ĉine gusenice, koje obrazuju zglobno povezan lanac sa priĉvršĉeni papuĉama, kod

94

kojih lanac prima zatezanje i obezbedjuje zahvat sa pogonskim toĉkom, a papuĉe ĉine oslanjajući deo, koji obezbeĊuje spoj sa tlom. RAM Ram ili kostur tegljaĉa sa gusenicama predstavlja osnovu na koju se uĉvršćuju agregati, podsklopovi i mehanizmi. Uslovi rada tegljaĉa zahtevaju da kostur bude dovoljno ĉvrst i otporan, a da istovremeno poseduje najmanju moguću masu. Po konstrukciji kosturi tegljaĉa sa gusenicama mogu biti:

- ramovske, - poluramovske i - bezramovske.

Ramovski kosturi obiĉno se sastoje iz nosaĉa iz profilisanog ĉelika, na koje se uĉvršćuju motor, menjaĉka kutija i drugi podsklopovi i delovi. Poluramovski kostur se sastoji iz dva dela. Jedan od njih ĉine medjusobno spojena odlivena kućišta nekoliko agregata, a drugi ima oblik rama. Oba dela su meĊjusobno spojena zavornjima. Kod bezramovskih konstrukcija noseći kostur tegljaĉa sa gusenicama ĉine kućišta mehanizama, koja su izvedena u obliku zajedniĉkog odlivka ili kućišta osnovnih agregata tegljaĉa medjusobno povezana zavornjima. VEŠANJE

Slika 96.a) kruto b) i c) polukruto d) balansno Vešanje tegljaĉa sa gusenicama moţe biti izvedeno kao kruto (ĉvrsto), polukruto i elastiĉno. Kruto vešanje se danas ne primenjuje. Polukruto se još uvek primenjuje kod tegljaĉa male i srednje snage. Prikazana je šema jednog polukrutog vešanja. Osovine oslonih valjaka 5 su postavljene na ramu gusenice 4 koji je zadnjim delom zglobnom vezom priĉvršćen u taĉki 2 za ram tegljaĉa, a prednjim delom vezana za ram tegljaĉa prekoelastiĉnog elementa 1, koji je izveden obiĉno u obliku lisnatog gibnja. Ose kotrljanja 2 gusenica u odnosu na ram mogu se poklapati sa osom pogonskog toĉka 3 ili biti postavljane ispred ose pogonskog toĉka. Elastiĉno vešanje primenjeno kod tegljaĉa guseniĉara moţe biti: 1. nezavisno ili individualno, kod kojeg je osa oslonog valjka pomoću sistema poluga i elastiĉnih elemenata spojena za ram tegljaĉa; 2. balansno, kod kojeg su ose dva ili više oslonih valjaka spojene pomoću poluga u kolica; svaka kolica su zglobno vezana za ram tegljaĉa u taĉki 1 oslonca balansnog vešanja.

95

3. kombinovano, korišćenjem elemenata dva prethodno pomenuta naĉina vešanja. Kod tegljaĉa guseniĉara na koje se montiraju radni ureĊaji za kopanje i transport materijala, najĉešće se koristi elastiĉno balansno i individualno vešanje. Vrsta guseniĉnih voznih mehanizama uglavnom zavisi od opterećenja koja treba preneti na tlo i od dozvoljenig srednjeg specifiĉnog pritiska na tlo dotiĉnog površinskog kopa. Na osnovu toga proizilazi potreban broj pojedinaĉnih gusenica.

Slika 97. Vrsta guseniĉnih voznih mehanizama kod velikih rudarskih mašina 1. Guseniĉni vozni mehanizmi sa dve guseniĉne trake; 2. Guseniĉni vozni mehanizmi

sa tri guseniĉne trake; 3. Guseniĉni vozni mehanizmi sa ĉetiri guseniĉne trake; 4. Guseniĉni vozni mehanizmi sa šest guseniĉnih traka; 5. Guseniĉni vozni

mehanizmi sa dvanaest guseniĉnih traka

96

Razlika dve vrste izvoĊenja gusenica kod rotornih bagera i odlagaĉa:

1. Trkaĉ

2. Klackalica za trkaĉe 3. Glavna klackalica 4. Nosaĉ gusenice 5. Uleţištenje nosaĉa

gusenica 6. Pogonski toĉak 7. Povratni toĉak 8. Guseniĉni lanac 9. Gornji noseĉi toĉak

Jednodelni nosaĉ gusenica Kod ovog izvoĊenja su pogonski toĉak, povratni toĉak i gornji noseći toĉkovi smešteni u tzv. nosaĉ gusenica, nezavisno od trkaĉa i njihovih klackalica.U ovom jednodelnom nosaĉu su oslonjene i klackalice za trkaĉe.

Nosaĉ gusenica iz više delova Ovde su pogonski toĉak, povratni toĉak i pojedini gornji noseĉi toĉkovi lanca, smešteni u gornje klackalice trkaĉa, ĉime izduţenje lanca u x-smeru, koje je uslovljeno pomeranjem klackalica trkaĉa prilikom prelaţenja preko neravnina na tlu, moţe delimiĉno da se kompezuje u gornjem delu guseniĉnog lanca. Dve gornje klackalice su meĊusobno povezane nosaĉem u kome se nalazi i leţište nosaĉa gusenice.

Slika 98. 3.3 . UreĊaji za kretanje po šinama, Kod šinskih kretnih mehanizama, teţina mašine, preko koloseka, se prenosi na tlo. Kretanje mašine se obavlja toĉkovima po šinama, gde se kretanje kao i stajanje mašine obezbeĊuje samo trenjem izmeĊu toĉka i šine. Pošto je kretanje vezano samo za kruti poloţaj šina, mogućnosti za kretanje mašine u pogledu krivinske voţnje su vrlo ograniĉene. Koeficijent trenja izmeĊu toĉkova i šina je ĉesto vrlo mali, kada su šine mokre ili prljave. Zbog toga je kretanje kao i stajanje mašine samo na pogonskim toĉkovima, ĉesto problematiĉno, pa se mora obezbediti dodatnim ureĊajima npr. šinskim klještima.

97

Slika 99. Kruta vezanost mašine opremljene šinskim kretnim mehanizmom, za poloţaj koloseka, prestavlja bitno ograniĉenje mogućnosti kretanja mašine, pa teško da moţe da se ostvari rad rotornog bagera u punom bloku, koji je najpovoljniji za bagera. Isto tako je teško odrţavanje besprekornog poloţaja koloseka kada su uslovi tla i klimatski uslovi nepovoljni. Iz tih razloga se na površimskim kopovima više ne uvode šinski vozni mehanizmi za rotorne bagere, iako je kod ove vrste mehanizama habanje vrlo malo. Za mašine kao sto su bageri vedriĉari koji rade na dugaĉkoj pravoj etaţi, su i sada kao i ranije, šinski kretni mehanizmi ona vrsta mehanizama koji imaju prednost.

Slika 100.

98

Slika 101. Shematski prikaz transportnog ureĊaja sa osloncima u tri taĉke Donji deo mašine (bagera) obuhvata oslonce i transportni ureĊaj. Po pravilu, oslanjanje na transportni ureĊaj vrši se u tri taĉke – na jednoj strani su dva ĉvrsto vezana oslonca, dok je na drugoj strani pokretni oslonac, koji se obiĉno oslanja na zglob u obliku kugle. Broj toĉkova kod mašina (vedriĉara) na šinama odreĊuje se prema radnoj teţini, konstrukciji mašine (bagera), dozvoljenom osovinskom pritisku, vrsti šina i dozvoljenom opterećenju tla. Da bi se ostvarilo TRANSLATORNO KRETANJE, potrebna je sila na toĉkovima (teţina mašine), da bi se obezbedila potrebna veliĉina SILE TRENJA izmeĊu toĉkova i šina – dolazi do ATHEZIJE izmeĊu njih (ona spreĉava klizanje toĉkova po šinama). Šinski ureĊaj ima sledeće prednosti:

- manji utrošak energije, zbog kretanja mašine po šinama koji stvaraju male otpore,

- šinski kolosek se mogu lako nastaviti, rekonstruisati i pomerati, - velika trajnost i mali troškovi odrţavanja zbog robusne konstrukcije, - mali uticaj klimatskih prilika na odvijanje procesa transoprta, - mogućnost automatizacije procesa.

Šinski ureĊaj ima sledeće mane:

- mogućnost savladavanja samo manjih uspona do 40 ‰, a izuzetno do 60 ‰, - minimalni radijusi krivine od oko 150 m.

99

Slika 102. 3.4 . Koraĉajući ureĊaj za kretanje, UreĊaj za koraĉanje se sastoji iz oslonih papuĉa mehanizma koji ih stavlja u kretanje i pogona. Koraĉajući ureĊaji se razlikuju po konstrukciji mehanizma koraĉanja i mogu biti: 1. krivajni (krivajno-zglobni sa trouglastim ramom., krivajno-klizni, krivajno-ekscentriĉni, krivajno-poluţni sa alkom, udvojen krivajni, itd.) 2. hidrauliĉni. Operacije punog ciklusa premeštanja mašine: 1. pruţanje (okretanje) papuĉa u pravcu transporta mašine (bagera), 2. spuštanje papuĉa na tlo, 3. podizanje mašine (bagera), 4. premeštanje mašine (bagera), 5. spuštanje mašine (bagera), 6. podizanje papuĉa u poĉetni poloţaj. Za vreme rada mašina (bager) se oslanja na kruţnu oslonu ploĉu, dok su papuĉe podignute. Kod transporta mašina (bager) se naizmeniĉno oslanja na kruţnu oslonu ploĉu i papuĉe.

100

Slika 103. Najĉešće je primenjena kod bagera dreglajna, a dosta manje kod rotornih bagera.

Koraĉajući ureĊaj ima sledeće prednosti: - omogućuje iz jednog mesta kretanje u bilo kom pravcu bez uništavanja

planuma na kome bager stoji, kao što je kod guseniĉnog transportnog ureĊaja,

- omogućuje niske specifiĉne pritiske na tlo izmeĊu 4.3 do 10 N/cm2 kod oslanjanja na ploĉu, a izmeĊu 9.8 i 17.6 N/cm2 kod koraĉanja i oslanjanja na papuĉe (traje kratko vreme),

- ukoliko se za vreme koraĉanja desi da papuĉe ipak tonu, tada se pogonom lako

oslobode, što nije uvek sluĉaj kod gusenica, - nagib pri transportu je veći nego kod transportnog ureĊaja sa gusenicama,

odnosno mogu se savlaĊivati nagibi i do 1:10.

Koraĉajući ureĊaj ima sledeće nedostatke: - brzina transporta je mala i iznosi od 1 do 8 m/min, što kod ĉešćeg menjanja

radnog poloţaja izaziva velike vremenske gubitke, - bager se kod svakog koraka mora podići, što zahteva veliki utrošak energije, - kod naglog podizanja i spuštanja bagera javljaju se dinamiĉke sile usled

vibracija, koje su vrlo nepovoljne kod dugaĉke strele bagera, - duţina koraka se moţe regulisati samo kod ureĊaja sa hidruliĉnim cilindrima,

koji zbog visokog pritiska ulja zahtevaju besprekorno zaptivanje, - koraĉajući ureĊaj omogućuje samo nizak poloţaj koturaĉe uţeta za

povlaĉenje. Normalna duţina koraka kod koraĉajućih ureĊaja iznosi od 1.7 do 2.0 m.

101

Slika 104. a) Kinematska shema; b) Trajektorija kretanja papuĉa

Slika 105. Hidrauliĉni koraĉajući mehanizam

102

3.5 . Kombinovani ureĊaji za kretanje