AUTOMATIZAREA PROCESULUI DE TESTARE DINAMICĂ A SISTEMELOR DE AMORTIZOARE SPECIFICE

CONSTRUCŢIEI ECHIPAMENTELOR TEHNICE

 

Nr. contract: 15 N/27.02.2009; PN 09-15 01 03

 

ETAPE DE EXECUŢIE:

 

Nr.

crt

Denumire etapa

Termen de predare

1

Studiu tehnologic privind metodele de încercare a amortizoarelor şi consumul comparativ de energie

01.11.2009

2

Proiectarea şi execuţia platformei compacte (stand)

10.12.2009

3

Testări amortizoare pe stand

15.02.2010

 

ETAPA 1

 

REZULTATE PRECONIZATE PENTRU ATINGEREA OBIECTIVULUI ETAPEI:

 

Studiu tehnologic privind metodele de încercare a amortizoarelor şi consumul comparativ de energie

 

REZULTATE OBŢINUTE:

 

Studiul tehnologic privind metodele de încercare a amortizoarelor şi consumul comparativ de energie cuprinde:

§   acţionări hidraulice;

§   rolul şi caracteristicile amortizoarelor, clasificarea principalelor tipuri constructive de amortizoare;

§   modele de standuri de încercare a caracteristicilor amortizoarelor.

Noua legislaţie europeană privind siguranţa autovehiculelor va impune producătorilor standarde mai exigente. Consiliul Uniunii Europene şi Parlamentul European au finalizat, un pachet legislativ referitor la nivelul de siguranţa al autovehiculelor. Noul Regulament General de Siguranţa a pornit de la o propunere a Comisiei Europene (CE) din 2008. Günter Verheugen, comisarul european pentru industrii, spune ca exista trei efecte importante:

·         simplificarea legislaţiei,

·         îmbunătăţirea siguranţei rutiere,

·         eficientizarea consumului de combustibil.

Acest regulament va înlocui multitudinea de directive legate de siguranţa maşinilor, va asigura un grad de armonizare mai mare la nivel internaţional şi va simplifica lucrurile pentru industria auto, potrivit lui Ian Knowles, oficial în Directoratul General pentru Industrie al CE.

          Astfel în contextul celor menţionate mai sus, rolul amortizoarelor în toată geometria unui autovehicul este foarte importantă. Este demonstrat faptul ca utilizare unor amortizoare care nu respectă normele în vigoare au condus adesea la producerea unor accidente cu urmări tragice. Deşi în prezent, încercarea şi determinarea parametrilor unui amortizor se efectuează pe instalaţii de tip „Hidropuls” cu un consum mare de energie electrică şi alte materiale, amortizorul este un element de mare importanţă pentru securitatea şi performanţele unui echipament tehnic. În plus, deoarece el este conceput de către proiectantul originar al vehiculului drept o parte integrantă a sistemului de suspensie, orice modificare a sa are efecte neaşteptate asupra caracteristicilor generale ale maşinii.

   Funcţia principală a amortizorului constă în a controla raportul între masele statice ale echipamentelor tehnice (şasiul, caroserie, motor, pasageri, încărcătură, etc.) şi cele în mişcare (roţi, anvelope, frâne, etc.) în timpul rulării sale. În mers, aceste mase produc, prin neregularităţile terenului sau schimbările de direcţie, şocuri mecanice continue, care se transmit sistemului de rulare, pasagerilor, direcţiei, etc. Rolul amortizorului este tocmai de a absorbi această energie mecanică, datorată lansărilor pe verticală a echipamentelui tehnic, şi a o disipa în jur, sub formă de energie termică, realizând astfel stabilizarea traiectoriei vehiculului.

 

Acţionări hidraulice

            Sistemele hidraulice de acţionare şi automatizare cunosc în ultimul timp o dezvoltare deosebită, ele întâlnindu-se la maşini-unelte, autovehicule şi tractoare, nave, aviaţie, în minerit. Utilizarea pe scară largă a acţionărilor hidraulice se datoreză avantajelor indiscutabile ale acestora şi anume:

·          posibilitatea de amplasare a motoarelor în orice poziţie faţă de maşina de lucru;

·          eforturi mici pentru acţionarea elementelor de comandă;

·          posibilitatea reglării continue şi în limite largi a vitezelor de lucru, forţelor, cuplurilor sau poziţiei elementelor acţionare;

·          caracteristica motoarelor hidraulice prezintă o scădere a vitezei odată cu creştere momentului rezistent, ceea ce asigură o poziţionare precisă a elementului comandat;

·          prin mărirea presiunii de lucru se poate mări cuplul dezvoltat de către motoarele hidraulice, singurele limitări fiind dictate de evitarea depăşirii eforturilor maxime admisibile pentru materialele utilizate; în prezent, presiuni de lucru de ordinul a 400 daN/cm2 se utilizează în mod curent;

·          există posibilitatea amplificării în limte largi a forţei, vitezei etc.;

·          schimbarea sensului de deplasare a elementului acţionat se realizează uşor;

·          în timpul funcţionării sistemului, nivelul şocurilor şi a vibraţiilor este redus;

·          datorită proprietăţilor de ungere ale fluidului de lucru, sistemele hidrulice au durabilitatea mare; se apreciază că aproximativ 80% din defecte se datorează modificărilor proprietăţilor fluidului de lucru;

·          posibilitatea tipizării elementelor componente, având drept consecinţă reducerea corespunzătoare a preţului acestora.

Dintre dezavantajele pe care le implică utilizarea acţionărilor hidraulice se pot menţiona:

·          viteza de circulaţie a lichidului de lucru prin conducte este limitată de pierderile hidraulice;

·          odată cu modificarea temperaturii, lichidului de lucru îşi modifică proprietăţile, ceea ce afectează în sens negativ parametrii în lucru ai instalaţiei la temperaturi reduse;

·          motoarele şi generatoarele hidraulice funcţionează cu un randament scăzut;

·          asigurarea unor viteze mici şi foarte mici ale elementelor de execuţie se realizează cu dificultate;

·          la presiuni mari de lucru, compresibilitatea lichidului de lucru conduce la modificarea legii de deplasare a elementului de execuţie;

·          pierderile hidraulice pe conducte limitează lungimea acestora;

·          în cazul apariţiei unor neetanşiertăţi în sistem se formează ceaţă de lichid care este inflamabilă, ceea ce crează pericolul de incediu;

·          contaminarea lichidului de lucru cu impurităţi conduce la scoaterea rapidă din funcţiune a sistemului;

·          întreţinerea, depanarea şi repararea sistemelor hidraulice necesită personal calificat.

 

 Definirea şi clasificarea sistemelor de acţionare hidraulică

            Prin sistem de acţionare hidraulică se înţelege un ansamblu format din elemente care realizează transformarea energiei mecanice în energie hidraulică, energie ce este transmisă la locul de utilizare, unde aceasta se transformă din nou în energie mecanică.

            Transformarea energiei mecanice în energie hidraulică se realizează prin intermediul unei pompe, în timp ce transformarea energiei hidraulice în energie mecanică se realizează prin intermediul unui motor hidraulic. Transmiterea energiei hidraulice de la pompă la motor se realizează prin intermediul unui lichid de lucru (de cele mai multe ori se foloseşte uleiul mineral special).

            Clasificarea sistemelor hidraulice de acţionare se poate realiza după:

-          modul în care se realizează circulaţia lichidului în sistem;

-          energia hidraulică preponderentă a lichidului de lucru;

-          tipul pompei hidraulice;

-          tipul motorului hidraulic;

-          tipul mişcării elementului de execuţie (liniară, de rotaţie);

-          modul de acţionare al elementelor de comandă (manual, mecanic, electric, hidraulic).

După modul în care se realizează circulaţia uleiului, sistemele hidraulice pot fi:

§  deschise (fig. 1a)

§  închise (fig. 1b).

            La sistemele hidraulice deschise (fig.1), pompa (2) aspiră lichidul de lucru din rezervorul (3), iar lichidul refulat de către motorul hidraulic (5) se întoarce de asemenea în rezervorul (3).

            La sistemele hidraulice închise, pompa (2) aspiră uleiul refulat de către motorul (5), pe care îl trimite din nou în motor.

            În funcţie de energia preponderentă a fluidului de lucru, sistemele hidraulice de acţionare pot fi:

·          hidrostatice, la care energia fluidului de lucru este predonderent de presiune;

·          hidrodinamice, la care energia preponderentă a fluidului de lucru este cinetică.

Fig. 1 – Tipuri de sisteme hidraulice (a – deschise; b – închise)

1 – motor de antrenare; 2 – pompă hidraulică; 3 – rezervor; 4 – aparatură de distribuţie, reglare şi control;

 5 – motor hidraulic;6 – organ de execuţie.

            Dacă considerăm un sistem hidraulic având schema de principiu din fig. 2, acesta este format din pompă, motor şi echipamentul de comandă şi reglare (EC).

4

Fig. 2 – Schema de principiu a unui sistem hidraulic

 

 

            Sub acţiune forţei F1, pistonul pompei se deplasează pe distanţa dS1. De la pompă, prin conducte şi echipamentul de comandă şi reglare (EC), lichidul ajunge la pistonul motorului hidraulic, care învinge forţa rezistentă F2 şi se deplasează pe distanţa dS2.

            Elementul de lichid de masă dm, cuprins în volumul dV = A1∙dS1= dS1, are energia potenţială:

dEp1 = h1.

                Sistemul hidraulic primeşte de la piston energia hidrostatică:

dEh1 = F1 x dS1 = p1 x A1 x dS1 = p1 x Dv,

precum şi energia cinetică:

dEc1=,

unde v1 este viteza de deplasare a pistonului, iar p1 este presiunea din pompă.

            Energia totală a elementului de volum dV este:

dE1 = dEp1 + dEh1 + dEc1.

            Acelaşi element de volum dV aflat ţa pistonului motorului hidraulic, va avea energia totală:

dE2 = dEp2 + dEh2 + dEc2.

            Considerând că nu există pierderi de energie în sistem, putem scrie:

dE1= dE2 = dE, sau:

dE = h1 x g x x dV + p1 x dV +

sau

unde: termenul h x p x g reprezintă presiunea de poziţie, p1 este presiunea statică, iar (ρ x v2)/2 reprezintă presiunea dinamică.

            Cum la sistemele hidraulice elementele componente se găsesc la aproximativ aceeaşi înălţime, putând considera că h1 = h2 şi deci obţinem:

            Din această relaţie rezultă modul de clasificare al sistemelor hidraulice în funcţie de energia preponderentă în sitem:

·          sisteme hidrostatice, la care energia hidraulică preponderentă este cea datorată presiunii statice. În acest caz în sistem se folosesc pompe şi motoare hidraulice volumetrice alternative( care funcţionează pe baza variaţiei volumului ocupat de către lichidul de lucru).

·          sisteme hidrodinamice, la care energia preponderentă este cea cinetică, datorită presiunii dinamice. În acest caz se folosesc pompe centrifuge şi turbine hidraulice

 

Amortizoare

 

Rolul şi caracteristicile amortizoarelor

Amortizoarele folosite în suspensia automobilelor au rolul de a disipa rapid energia oscilaţiilor verticale ale caroseriei şi ale roţilor automobilului prin transformarea ei în energie calorică cedată mediului ambiant. Ele sunt montate în paralel cu elementele elastice principale ale suspensiei şi reprezintă un element de bază în asigurarea confortului şi siguranţei circulaţiei.

            La automobilele moderne, cele mai utilizate amortizoare sunt amortizoarele hidraulice telescopice. Principiul de lucru al acestor amortizoare constă din următoarele: la deplasarea relativă a masei suspendate faţă de masa nesuspendată, lichidul vâscos din corpul amortizorului este obligat să treacă prin orificii de secţiune mică. Datorită frecării lichide care apare la trecerea acestuia prin orificiile calibrate, energia oscilaţiilor se transformă în energie calorică.

            Dependenţa dintre forţa de rezistenţă a amortizorului F, (forţa opusă de lichid la trecerea prin orificiile calibrate) şi viteza relativă dintre masa suspendată şi nesuspendată (viteza pistonului amortizorului Vp) defineşte caracteristica de amortizare. Forţa de rezistenţă a amortizorului telescopic este dată de relaţia:                                                 F = CV-1,

în care: C este coeficientul de rezistenţă al amortizorului; i – exponentul vitezei.

            În funcţie de exponentul vitezei i, caracteristica de amortizare poate fi liniară (i=1), regresivă (i<1) şi progresivă (i>1).

            Avantajul amortizoarelor cu caracteristică regresivă constă în valoarea mai redusă a forţelor de rezistenţă la viteze mari de oscilaţie şi deci transmiterea unor forţe mici la cadru sau caroserie. Cele cu caracteristică progresivă prezintă avantajul că forţele de rezistenţă sunt mici la viteze reduse de oscilaţie (deplasarea cu viteze reduse sau deplasarea pe căi cu denivelări line) şi cresc rapid cu creşterea vitezei de oscilaţie. Caracteristica optimă este o caracteristică pătratică (i=2), care asigură un confort corespunzător. De asemenea, oscilaţia punţii se amortizează mai rapid după o lege pătratică şi se obţine o siguranţă mai mare în circulaţie.

            În funcţie de raportul dintre coeficienţii de rezistenţă ai amortizorului la cursa de comprimare Cc (cursa de apropiere a maselor) şi cursa de destindere Cd ( cursa de depărtare a maselor), amortizoare telescopice pot fi: cu dublu efect şi caracteristică simetrică, Cc=Cd; cu dublu efect şi caracteristică asimetrică, Cc≠Cd; cu simplu efect; Cc=0; Cd≠0;

            Marea majoritate a amortizoarelor actuale sunt cu dublu efect şi caracteristică de amortizare asimetrică cu Cd=(2¸5) Cc. Folosirea unui astfel de caracteristici este motivată prin tendinţa de a micşora efectul şocurilor la trecerea roţii peste denivelări proeminente, printr-o amortizare mai mică la cursa de comprimare.

            Dacă Cc este mare, la trecerea roţii peste ridicăturile căii de rulare, viteza masei nesuspendate creşte şi prin amortizor se va transmite o forţă mare, iar la trecerea roţii peste denivelări sub formă de adâncituri, forţele transmise sunt mai mici. Dacă, însă, Cd este prea mare, la deplasarea pe un drum cu adâncituri se poate pierde contactul roţii cu calea de rulare, roata va trece peste o parte din adâncitură fără să o atingă.

            La deplasarea pe căi de rulare cu suprafeţe neregulate, se recomandă diferenţe mari între coeficienţii Cc şi Cd. În cazul circulaţiei pe drumuri cu neregularităţi lungi, dar line, este recomandată o diferenţă mică între cei doi coeficienţi Cc şi Cd. În cazul circulaţiei pe drumuri cu neregularităţi lungi, dar line, este recomandată o diferenţă mică între cei doi coeficienţi.

            Coeficientul mediu de rezistenţă al amortizorului C este definit de relaţia:

C = 1/2(Cc+Cd).

            Coeficientul C se alege astfel ca amortizarea oscilaţiilor asigure confortul pasagerilor şi protejarea mărfurilor în condiţiile circulaţiei automobilului pe drumuri cu suprafeţe neregulate.

            În cazul amortizoarelor cu caracteristică progresivă, pentru reducerea forţelor ce se transmit prin amortizor, se prevăd supape de descărcare ( de comprimare, respectiv de destindere). Când vitezele relative dintre cele două mase ating o valoare, numită viteza critică (Vcr), supapele de descărcare se deschid şi secţiunile de trecere pentru lichid se măresc. În acest fel, forţa de amortizare va creşte mai lent. Se recomandă ca amortizorul să funcţioneze cu supapele de descărcare închise până la viteze corespunzătoare oscilaţiilor de frecvenţă joasă, cu amplitudini egale cu cursa suspensiei până la cuplarea limitatoarelor. Această viteză este:                   [m/s].

unde: hr este cursa roţii până la cuplarea limitatoarelor, determinată din caracteristica elastică a suspensiei; ω0  pulsaţia proprie a suspensiei.

 

 Construcţia amortizoarelor telescopice

 

Din punct de vedere constructiv, amortizoarele hidraulice telescopice pot fi monotubulare sau bitubulare. La rândul lor, cele bitubulare pot fi cu scurgerea lichidului în ambele sensuri (cu circulaţie parţială a lichidului) şi în sens unic (cu circulaţie totală a lichidului). Amortizoarele monotubulare pot fi cu cameră de compensare şi hidropneumatice.

            După modul de lucru, amortizoarele pot fi reglabile şi nereglabile. Amortizoarele reglabile (monotubulare sau bitubulare) pot fi cu reglare mecanică, cu reglare semiautomată şi cu autoreglare.

            Oricare ar fi tipul amortizorului, pentru ca el să corespundă scopului, este necesar ca acesta să îndeplinească următoarele condiţii: să asigure o amortizare corespunzătoare oscilaţiilor caroseriei şi roţilor automobilului; să aibă o durată mare de funcţionare; greutatea şi dimensiunile de gabarit să fie cât mai mici, iar construcţia simplă; să se monteze uşor în suspensia automobilului, să asigure stabilitate caracteristicii de amortizare în diferite condiţii de exploatare.

 

 Amortizoare telescopice nereglabile

 

            Amortizoare bitubulare (fig. 3) sunt formate din: pistonul 2 cu orificii de trecere şi supapa de destindere; ansamblul 1 al orifiviilor de trecere şi supapei de comprimare prin care se face legătura între compartimentul A de sub piston şi compartimentul C de compresie; sistemul de ghidare şi etanşare 3.

4 

Fig. 3 - Construcţia amortizorului hidraulic telescopic bitubular nereglabil

 

La partea suspendată a automobilului este montat capătul superior 4 al amortizorului, prin intermediul unei bucşe elastice din cauciuc 5. Solidare cu capătul superior 4 sunt tija 6 a pistonului 2 şi tubul de protecţie 7 al tijei. La partea nesuspendată este montat capătul inferior 10, prin elementul elastic 11. Tubul rezervor 9 face legătura între capătul inferior 10, şi sistemul de ghidare şi etanşare 3, constituind în acest fel capul amortizorului. Cilindrul de lucru 8, în care culisează pistonul 2, este montat prin presare în corpul sistemului de ghidare şi etanşare 3, şi se sprijină pe capătul inferior 10. Volumul interior al cilindrului de lucru 8, împărţit de piston în două compartimente A şi B, este umplut cu lichid vâscos. Datorită deplasărilor relative dintre masa suspendată şi nesuspendată, la deplasarea pistonului 2 în cilindrul de lucru 8, lichidul se deplasează dintr-un compartiment în altul prin orificiile din piston. Întrucât, la apropierea maselor, tija pistonului intră complet în compartimentul B, o parte din lichid, egală cu volumul tijei, trebuie evacuată prin ansamblul 1 în rezervorul de compensare C, umplut parţial cu lichid, care are rolul de a asigura aşa-numitul proces de recuperare, adică schimbul de lichid dintre cilindrul de lucru şi rezervorul de compensare la introducerea şi scoaterea constructivă a tijei 6.

            În figura 4 este reprezentată construcţia unui amortizor bitubular cu direcţie unică de scurgere a lichidului ( de tip Armstrong). Pentru asigurarea circulaţiei totale, supapa de destindere, formată din rondela 3, arcul elicoidal 2 şi piuliţa de reglare 1, este montată în tubul deversor antispumă 4, făcând comunicarea între compartimentele A şi C, iar supapa de comprimare 9 este montată în corpul pistonului, făcând comunicarea între compartimentele A şi B.

4 002

Fig. 4 - Construcţia amortizorului hidraulic telescopic bitubular cu circulaţia lichidului în sens unic

 

Amortizoare telescopice monotubulare nereglabile

            Amortizoare telescopice monotubulare în comparaţie cu cele bitubulare au, la diametre exterioare egale, un diametru al pistonului mai mare cu până la 50% sunt mai uşoare cu 25¸30% şi au o răcire mai bună. În schimb, amortizoarele monotubulare sunt mai sensibile la şocurile produse de neregularităţile drumului.

            În figura 5 este reprezentată construcţia amortizorului monotubular hidropneumatic de tip de Carbon. În camera de compensare 1 se introduce azot sub presiunea de circa 2,5 N/mm2. Perna de aer este separată de lichid prin intermediul unui piston flotant 2. Compensarea necesară a volumului, datorită micşorării lui la cursa de comprimare, se obţine prin comprimarea pernei elastice de gaz şi deplasarea pistonului flotant în sus. La cursa de destindere, volumul care se eliberează este ocupat de gazul din compartimentul 1, care se destinde şi deplasează în jos pistonul flotant. La acest amortizor, orificiile de trecere şi supapele de descărcare sunt montate în pistonul 3.

4 003

Fig. 5 - Construcţia amortizorului monotubular hidropneumatic

 

 Amortizoare telescopice reglabile: pentru un anumit profil de drum, o anumită viteză de deplasare şi o anumită stare de încărcare a automobilului, există un singur reglaj optim al caracteristicii de amortizare. Schimbarea parametrilor de mai sus în timpul exploatării automobilului ar necesita şi o schimbare a reglajului în vederea menţinerii condiţiilor de confort şi stabilitate. De aici a apărut necesitatea utilizării unor amortizoare cu caracteristică reglabilă. Posibilitatea reglării caracteristici de amortizare permite folosirea aceleaşi tipodimensiuni de amortizor la automobile diferite, precum şi refacerea reglajului iniţial după parcurgerea unui anumit număr de kilometri.

 

Amortizoare magnetoreologice

Dintre dispozitivele magnetoreologice, amortizoarele magnetoreologice au fost cele mai studiate şi dezvoltate, din punct de vedere al răspândirii aplicaţiilor comerciale. Acestea includ aplicaţii în domeniul auto, Corporaţia Delphi producând amortizoare magnetoreologice pentru anumite modele de Cadillac 2003. Alte aplicaţii pentru amortizoarele magnetoreologice includ: construirea sistemelor de control, utilizarea la atenuarea cutremurelor şi la amortizoarele de recul şi pentru conducerea dinamicii impactului pentru arme. De aceea, discuţiile se focalizează pe descrierea tipurilor obişnuite de amortizoare magnetoreologice şi fundamentul matematic care stă la baza acestora.

 Tipuri de amortizoare magnetoreologice: magnetoreologice: amortizoare monotub, cu tub dublu şi cu două capete. Dintre cele 3 tipuri, cel monotub este cel mai obişnuit din moment ce poate fi instalat în orice orientare şi este compact ca mărime. Un amortizor magnetoreologic monotub, prezentat în figura 6, are numai un rezervor pentru fluid magnetoreologic şi un acumulator pentru a acomoda schimbarea de volum care rezultă din mişcarea tijei pistonului. Pistonul acumulator asigură o barieră între fluidul magnetoreologic şi un gaz comprimat (de obicei azot), ce este utilizat pentru acomodarea schimbărilor de volum ce se petrec atunci când tija pistonului intră în corpul pistonului.

 

      

Fig. 6 – Vedere prin secţiune a amortizorului magnetoreologic monotub    Fig. 7- Amortizor magnetoreologic cu tub dublu

 

 

            Amortizorul magnetoreologic cu tub dublu este cel care are 2 rezervoare de fluid, unul în interiorul celuilalt, aşa cum este prezentat în figura 7. În această configuraţie, amortizorul are o cameră interioară şi una exterioară care sunt separate una de cealaltă de o supapă de aspiraţie. Camera interioară ghidează ansamblul tijă-piston, la fel ca şi la amortizorul monotub. Volumul cuprins de camera interioară este denumit rezervor interior. De asemenea, volumul definit ca spaţiul dintre camera interioară şi cea exterioară este definit drept rezervor exterior. Rezervorul interior este umplut cu fluid magnetoreologic astfel încât nu există pungi de aer.

            În figura 8 se reprezintă sectiunea printr-un amortizor magnetoreologic cu 2 capete. Din moment ce nu apare nici o schimbare în volum în timp ce tija pistonului se mişcă relativ faţă de corpul amortizorului, amortizorul cu 2 capete nu necesită un element acumulator. Amortizoarele magnetoreologice cu 2 capete au fost utilizate pentru aplicaţii la reculul armelor, la mecanismul bicicletei şi pentru controlarea mişcării de balans cauzate de rafale de vânt şi cutremure.

Fig. 8 – Amortizor magnetoreologic cu 2 capete

 

 Modele de standuri de încercare a caracteristicilor amortizoarelor

 

            Pentru calculul şi studiul oscilaţiilor automobilului este necesară caracteristica amortizorului care reprezintă dependenţa forţei de rezistenţă F, de viteza V a deplasării pistonului (pârghiei) amortizorului. Caracteristica amortizorului se trasează pe baza ridicării mai multor diagrame de lucru obţinute la mersul constant al pistonului şi la oscilaţii cu frecvenţe variabile.

          În ţară încercarea amortizoarelor pentru autovehicule şi utilizări speciale sunt realizate la INMA – Bucureşti cu ajutorul grupului HIDROPULS (fig. 9). În funcţie de solicitarea beneficiarului, încercarea poate să cuprindă verificarea funcţionării propriu-zise a amortizorului, încercări la şoc ale supapelor, încercări ale prinderilor şi tampoanelor. Aceste încercări presupun determinarea caracteristicii de amortizare (caracteristica F-V sau F-S), verificarea rezistenţei supapelor la suprapresiune instantanee, a limitei anticavitaţie respectiv încercarea statică şi dinamică a prinderilor. În funcţie de situaţie, prinderea amortizoarelor pe stand se face cu ajutorul unor dispozitive specifice. Obţinerea caracteristicii de amortizare se face prin prelucrarea fişierelor de date înregistrate pe parcursul unuia sau mai multor cicluri (fişiere de forţă şi deplasare în funcţie de timp).

HPIM5765     HPIM2507a

Fig 9 - Stand pentru încercării amortizoare INMA- Bucureşti

 

Amortizoarele cu fluide magnetoreologice (MR) sunt încercate în ţară la Institutul de Mecanica Solidelor (IMS) al Academiei Romane. În vederea obţinerii răspunsului amortizorului la diferite excitaţii, sunt efectuate măsurări pe stand hidraulic. Un prim set de măsurători a constat în determinarea răspunsul amortizorului la solicitări ciclice de diferite amplitudini (10¸20 mm), frecvenţe (1¸2,5 Hz) şi diferite valori constante ale curentului de alimentare între 0 şi 2A. Standul pe care se execută încercarea caracteristicilor amortizoarelor este reprezentat în figura 10.

IM000148

Fig. 10 - Vedere generala a standului

 

ETAPA 2

 

REZULTATE PRECONIZATE PENTRU ATINGEREA OBIECTIVULUI ETAPEI:

 

PROIECTAREA ŞI EXECUŢIA PLATFORMEI COMPACTE (STAND)”

 

REZULTATE OBŢINUTE:

 

  1. Proiectarea Platformei Compacte
  2. Execuţia Platformei Compacte (Stand)

 

1. PROIECTARE PLATFORMĂ COMPACTĂ (STAND) DE INCERCAT AMORTIZOARE - PCIA

 

            Platforma compacta este un echipament care îmbină mai multe sisteme pentru realizarea operaţiilor de rodaj şi ridicare a caracteristicilor elastice ale amortizoarelor cât şi încercările distructive la care pot fi supuse acestea.

Standul este format din:

Fig. 11 Schemă generală platformă compactă pentru testarea amortizoarelor (stand)

1 - batiu; 2 - coloană ghidaj; 3 - montant superior; 4 - şaibă de capăt; 5 - şurub M24x85; 6 - şaibă Gr.N24; 7- cilindru hidraulic; 8 - şurub M16x50; 9 - şaibă Gr.N16; 10 - şurub conducator; 11 - motor el. BN 100LA; 12 - grup acţionare; 13 - grup hidraulic; 14 - doza tensometrică 50KW; 15 - amortizor probă; 16 - tablou comandă

 

SISTEM MECANIC

Sistemul mecanic este alcătuit din principalele componente, conform figurii :

1.    batiu, cu rol de susţinere a platformei;

2.    coloană ghidaj, cu rol de susţinere a montantului superior;

3.    montant superior, cu rol de susţinere a cilindrului hidraulic;

4.    şurub conducător, cu rol în poziţionarea amortizorului;

5.    grup acţionare, cu rol de transmisie a mişcării de rotaţie de la motorul electric la şurubul conducător.

 

SISTEM HIDRAULIC

 

            Sistemul hidraulic are rolul de genera forţele de încercare la care vor fi supuse amortizoarele prin intermediul unui cilindru hidraulic interschimbabil în funcţie de tipul aplicaţiei. Sistemul este de tipul sistem hidraulic deschis şi generează o presiune de lucru de 150 bar.

            Sistemul hidraulic este alcătuit din următoarele componente, conform figurii 12:

1.    motor asincron 132 M; 2-pompa cu roţi HP3-32.4.4; 3-supapă de cuplare SPP 10-06ED.2.024/00; 4-robinet manometru RM1; 5-manometru 160.100; 6-supapă de sens SUT 10-1; 7-acumulator 675.91.01.000; 8-drosel DRZT 10; 9-filtru presiune FPH 040.320.15; 10-distribuitor XDC.3C.01.N6.F002; 11-cilindru diferenţial ACD-70/35-400; 12-filtru retur FU 71; 13-rezervor ulei;14-15,16,17,18,20,22,23,24. niplu 16-teu dublu 17-teu simplu

Fig.12. Schemă sistem hydraulic

 

            Motorul asincron acţionează pompa cu roţi care la ieşire va debita uleiul hidraulic tip HP 46 provenit din rezervor. Presiunea este menţinută constantă prin intermediul unui subsistem compus din supape, filtre şi un drosel. Distribuitorul hidraulic este comandat prin intermediul sistemului de comandă şi control. Din distribuitor uleiul ajunge în cilindrul hidraulic cu dublă acţiune, care la randul lui transformă energia hidraulică în energie mecanică. Tot excesul de ulei ajunge pe returul sistemului în rezervorul de ulei.

În figura 13  se prezintă schema de ansamblu a rezervorului grupului hidraulic.

 

Fig. 13. Rezervor grup hidraulic

1 – rezervor de ulei; 2 – motor electric MP-132; 3 – şurub; 4 – şaibă Gr. N12; 5 – piuliţă M12; 6 – capac acţionare; 7 – garnitură şi capac; 8 – şurub M10x30; 9 - şaibă Gr. N10; 10 - distanţier; 11 – placă pompă; 12 – piuliţă M16; 13 – şaibă Gr. N16; 14 – roată conducătoare; 15 – pană paralelă; 16 – roată condusă; 17 - pompă; 18 – şurub M8x50; 19 – şaibă Gr.N8; 20 – piuliţă M8; 21 – racord refulare pompă; 22 – şurub M8x25; 23 – capac refulare; 24 – instalaţie hidraulică; 25 – lanţ 10 A-2

 

SISTEM DE COMANDA SI CONTROL

 

Sistemul de comandă şi control îndeplineşte următoarele funcţii:

Sistemul de comandă şi control se imparte in:

1.    Sistemul de control si comanda al grupului hidraulic şi al sistemului de poziţionare amortizor

2.    Sistemul de control si de masurare a parametrilor amortizorului supus incercarii.

1.    Sistemul de control si comanda al grupului hidraulic este alcătuit din următoarele componente:

·         motor electric cu flansa 7,5 Kw ; 1450 rot/min;

·         convertizor frecventa FR-A740-00250EC;

·         contactor trifazat UBOBINA=24 Vca + protectie termica;

·         motor electric al sistemului de pozitionare al amortizorului de incercat + contactoarele K2, K3 (prezentate in figura 3) a caror bobina este alimentata la 24 Vca + protectie termica;

·         butoane de comanda normal deschise b1,b3,b4;

·         butoane de comanda normal inchise b2;

·         limitatoare de cursa pentru pozitia sus-jos L1,L2;

·         lampa semnalizare prezenta tensiune h1;

·         lampa semnalizare imbacsire ulei hidraulic, respectiv depasirea temperaturii de lucru de 65 °C – h2.

schema2b

Fig.14  Schemă electrică sistem de control si comanda al grupului hidraulic şi al sistemului de poziţionare amortizor

 

M1 - Motor electric cu flanşă; Cf - Convertizor frecventa; K1, K2, K3 - Contactor trifazat; M2 - Motor electric al sistemului de pozitionare al amortizorului de incercat; b1, b2, b3 ,b4 - Butoane de comanda normal deschise; L1,L2 - Limitatoare de cursa pentru pozitia sus-jos; h1 - Lampa semnalizare prezenta tensiune; h2 - Lampa semnalizare imbacsire ulei hidraulic, respectiv depasirea temperaturii de lucru de 65 °C; F1, F2 – siguranţe fuzibile automate; Q1, Q2 – protecţie termică;

BA  - buton avarie

 

            Prin intermediul butonului de comandă b1 se comandă contactorul K1 care va alimenta convertizorul de frecvenţă. Acesta la rîndul lui va comanda motorul electric cu flanşă M1, realizând o turaţie variabilă a acestuia. Motorul electric cu flanşă acţionează pompa grupului hidraulic, care va genera o anumită presiune şi debit în funcţie de turaţia acestuia.

Butoanele b3 ,b4 sunt folosite pentru comanda directă a motorului M2, în ambele sensuri de rotaţie. Acesta la rândul său va acţiona asupra grupului de acţionare care va învârti şurubul conducător cu rol în poziţionarea amortizoarelor.

 

2.    Sistemul de control si de masurare a parametrilor amortizorului supus incercarii este alcatuit din urmatoarele componente:

·         sursa in comutatie  DR 100- 24, 220 Vac/24 Vcc; 5 A.

·         amplificator tensometric AE101;

·         amplificator tensometric SENZOTEK model G;

·         doza tensometrica 50 kN (HBM);

·         traductor de deplasare model T.I.C 35100 (±100mm);

·         regulator de temperatura model TMJ 0,4 cu ajutorul caruia se realizeaza controlul temperaturii uleiului din din grupul hidraulic;

·         sistem achiziţie date;

·         generator de semnale;

·         modul electronic de comandă distribuitor hidraulic.

 

schema 3

Fig.15. Schemă electrică de principiu a sistemului de comandă şi măsurare a caracteristicilor amortizoarelor

 

            Sursa în comutaţie este folosită pentru alimentarea modulului electronic de comandă şi a amplificatorului AE101 la tensiunea de alimentare de 24 Vcc. Traductorul de deplasare are rolul de a măsura cursa amortizorului şi de a transmite mai departe informaţia prin intermediul amplificatorului tensometric AE 101 către sistemul de achiziţie de date. Doza tensometrică are rolul de a măsura încărcarea amortizorului şi de a transmite această informaţie prin intermediul amplificatorului SENSOTEC –G către sistemul de achiziţie de date. Amplificatorul SENSOTEC –G are şi modul de afişare în timp real a forţelor măsurate. Prin intermediul generatorului de funcţii se setează forma semnalului de referinţă pentru modulul electronic de comandă al distribuitorului (triunghiulara, sinusoidală, pătrată) cât şi viteza de lucru, prin stabilirea frecvenţei semnalului. Modulul electronic de comandă al distribuitorului primeşte acest semnal de referinţă şi acţionează asupra distribuitorului hidraulic astfel încât cilindrul hidraulic efectueze cursa la viteza şi în forma dorită.

 

2. REALIZARE MODEL EXPERIMENTAL

Fig.16. Platforma compactă de testare a amortizoarelor (stand) - PCIA

1 – sistem mecanic; 2 – sistem hidraulic; 3 – sistem de comandă şi control

 

 

Descriere constructivă

Platforma compactă de testare a amortizoarelor (stand) este alcătuită din următoarele sisteme:sistemul mechanic,sistemul hidraulic si sistemul de comandă şi control

 

Fig.17 Sistemul mecanic

1 – batiu; 2 – coloană ghidaj; 3 – montant superior; 4 – şurub conducător

 

 

Fig.18. Sistem hidraulic

1 – rezervor ulei; 2 – motor pompă; 3 – furtun hidraulic

 

 

Fig.19. Sistem de comandă şi control

1 – panou control; 2 – sistem achiziţie date cu osciloscop;

3 – generator de semnal; 4 – laptop prelucrare date.

 

Descriere funcţională

Platforma compacta de incercare a amortizoarelor – PCIA are rolul de a realiza rodajul şi de a ridica caracteristicile elastice ale acestora, prin parcurgerea următoarelor etape:

1.    Prin intermediul sistemului de control si comanda al grupului hidraulic şi al sistemului de poziţionare amortizor se execută următoarele operaţii:

3.    Prin intermediul sistemului mecanic se realizează montajul amortizorului pe stand.

4.    Prin intermediul sistemului de control si de masurare a parametrilor amortizorului supus incercarii se pot executa următoarele operaţii:

Caracteristici dimensionale şi constructive

            Dimensiuni de gabarit:

                                    Lungime: 2596;

                                    Lăţime: 1830 mm;

                                    Înălţime:         2870 mm;

            Tensiune de alimentare: 380 Vca

            Forţă maximă: 50 kN;

            Cursă maximă: 350 mm;

            Presiune de lucru: 150 bar;

 

 

ETAPA 3

REZULTATE PRECONIZATE PENTRU ATINGEREA OBIECTIVULUI ETAPEI:

 

TESTĂRI AMORTIZOARE PE STAND

 

 

REZULTATE OBŢINUTE:

-       metodologie de încercare a amortizoarelor pe stand;

-       buletine de încercare a mai multor tipuri de amortizoare testate pe platforma compactă PCIA.

 

Metodologie de încercare a amortizoarelor pe stand

 

Documente de referinţă

§   STAS 9381-88 "Amortizoare hidraulice telescopice. Condiţii tehnice generale de calitate";

§   STAS 9052-88 "Amortizoare hidraulice telescopice - Dimensiuni";

§   standarde de firmă.

 

Verificarea calităţii amortizoarelor

            Pentru verificarea calităţii, amortizoarele se supun la:

  1. verificări de tip;
  2. verificări de lot.

1.    Verificările de tip se execută în conformitate cu prevederile tehnologiei de control al calităţii pentru toate condiţiile tehnice stabilite în conformitate cu STAS 9381-88. Verificările de tip se fac:

            Acest tip de verificare se face pe câte patru amortizoare de aceeaşi mărime, variantă constructivă, dimensiuni, executate din acelaşi materiale şi prin acelaşi proces tehnologic, cu excepţia încercării la tracţiune care se face pe o singură bucată. Dacă un amortizor nu corespunde unei singure condiţii, verificarea se repetă pentru un număr dublu de amortizoare.

2.    Verificările de lot se execută în conformitate cu prevederile  tehnologiei de control al calităţii, prin procedeele stabilite de SR ISO 3951:1998 pentru caracteristicile de calitate măsurabile. Verificările se fac pe loturi de amortizoare de aceeaşi mărime, variantă constructivă, cu aceleaşi dimensiuni, executate din acelaşi materiale şi prin acelaşi proces tehnologic .

            Verificările de tip şi de lot la care sunt supuse amortizoarele, conform tabelului 1 sunt următoarele:

Tabel 1

Denumirea verificării

Verificări

de tip

de lot

Verificarea calităţii materialelor

X

X

Verificarea aspectului exterior

X

X

Verificarea dimensiunilor de gabarit

X

X

Verificarea execuţiei şi montajul

X

X

Verificarea rugozităţii

X

X

Verificarea durităţii

X

X

Verificarea acoperirilor de protecţie

X

X

Verificarea cursei maxime

X

X

Verificarea lungimii şi cursei nominale

X

X

Verificarea masei nete

X

X

Verificarea funcţionării

X

X

Verificarea pierderilor de lichid

X

X

Verificarea rezistenţei sudurii protectorului pe capacul superior al amortizorului

X

-

Încercarea la tracţiune

X

X

Încercarea ghidajului

X

-

Încercarea supapelor la şoc

X

-

Încercarea tampoanelor şi prinderilor

X

-

Determinarea diagramei de reglaj F - s

X

X

Verificarea stabilităţii termice şi funcţionării la temperaturi limită

X

-

Încercarea de anduranţă

X

-

Determinarea nivelului de zgomot

X

-

Încercarea tampoanelor la elongaţii

X

X

 

 

Testarea propriu-zisă a amortizoarelor cu platforma compactă pentru încercat amortizoare

 

            Pe platforma compactă pentru încercat amortizoare – PCIA se pot efectua următoarele testări:

 

Testarea cursei maxime

Verificarea cursei maxime a amortizorului se face măsurând lungimea maximă şi lungimea minimă a aceluiaşi amortizor şi efectuând diferenţa.

 

Testarea lungimilor şi cursei nominale

Verificarea lungimilor şi cursei nominale la amortizoarele prevăzute cu limitatoare proprii de cursă, se face prin măsurări pe un amortizor fără sarcină şi sub sarcină, conform prevederilor din documentaţia tehnică de produs.

Testarea funcţionării

Verificarea se face pe stand la temperatura de 23±5°C.

Se efectuează 8¸10 cicluri complete (destindere şi comprimare) la viteza de încercare a amortizorului prevăzută în documentaţia tehnică de produs.

Amortizorul trebuie să dezvolte forţele prevăzute în documentaţia tehnică de produs. După încercare, cu datele obţinute se trasează diagrama F-s, care se compară cu diagrama F-s iniţială.

Testarea la tracţiune

Amortizorul asamblat se fixează în dispozitive de prindere şi se încarcă la forţele de tracţiune prevăzute în documentaţia tehnică de produs.

Testarea ghidajului

Încercarea se efectuează la amortizoarele asamblate, pe platformă cu frecvenţa de 1,6±0,1 Hz (conform STAS 9381-88), la o cursă de ±25 mm plasată astfel încât să asigure o gardă de minim 5 mm între limitatorul elastic şi ghidajul tijei la sfârşitul cursei de destindere a amortizorului. În dreptul ghidajului, perpendicular pe axa amortizorului, se aplică o forţă constantă de 150 N. Se efectuează 106 cicluri la o temperatură de 90±10°C.

 Determinarea diagramei de reglaj F-s

Diagrama F-s se determină pe platforma de încercări amortizoare. Ea se trasează pentru următoarele condiţii de încercare:

·          cursa de încercare (s), a cărei valoare trebuie înscrisă în fişa iniţială;

·          viteza amortizorului.

            Determinarea trebuie făcută la o temperatură a mediului ambiant de 23±5°C. Valorile forţelor efective de amortizare Fd şi Fc faţă de valorile nominale trebuie să se încadreze în abaterile prevăzute la tabelul 2 (STAS 9381-88).

Tabelul 2

Abateri limită la forţele nominale de amortizare

Vehiculul

Viteza pistonului,v

[m/s]

Abateri limită la forţele nominale de amortizare [%]

la destindere

la comprimare

Autoturisme

Până la 0,131 inclusiv

±15

±15 dar nu mai puţin de ±50 N

Restul vehiculelor

±25

±25

Autoturisme

Peste 0,131 până la 0,5 inclusiv

±12,5

±15

Restul vehiculelor

±20

±20

Autoturisme

Peste 0,5

±12,5

±13

Restul vehiculelor

±13

±13

 

Testarea stabilităţii termice şi funcţionării la temperatură limită

Testarea stabilităţii termice

            Verificarea se face pe platforma de încercări utilizând suplimentar o instalaţie care permite determinarea temperaturii amortizorului supus încercării, fără răcire. Verificarea se face pe amortizorul fără protector aşezat poziţie verticală cu pistonul în poziţia de mijloc a cursei.

            Stabilitatea termică a amortizorului se determină astfel:

a)    Se înregistrează iniţial diagrama F-s la cursa de încercare s = 25 mm şi frecvenţa de încercare, n = 1,66 Hz pentru temperatura amortizorului egală cu temperatura mediului ambiant +23±5°C şi apoi pentru fiecare 5°C de creştere a temperaturii până în momentul când aceasta se stabilizează.

b)    Se construieşte diagrama de încălzire T-t şi diagrama scăderii forţei de amortizare F-T. Temperatura amortizorului încercării se măsoară pe suprafaţa exterioară a cilindrului rezervor, la nivelul dispozitivului de etanşare (în partea superioară).

            Amortizorul se consideră corespunzător dacă:

-          temperatura maximă se stabilizează până la +90°C;

-          la temperatura maximă, scăderea forţei de amortizare nu depăşeşte 30% atât la destinderea cât şi la comprimarea amortizorului;

-          în timpul înregistrării ( din 5 în 5°C) alura curbelor diagramelor F-s rămâne asemenea cu alura curbei diagramei F-s iniţială;

-          alura curbei diagramei F-s înregistrată după răcirea amortizorului la temperatura mediului ambiant este asemenea cu alura curbei iniţiale, iar forţele de amortizare nu scad cu mai mult de 5% la destindere şi cu 7,5% la comprimare.

 

Testarea funcţionării la temperaturi limită (şoc termic)

La această verificare se urmăreşte comportarea amortizorului la temperaturi extreme. Verificarea la temperatura maximă se face menţinând amortizorul în funcţionare timp de o oră la o temperatură de +110°C, la o frecvenţa de încercare, n = 1,66 Hz şi cursa pistonului s = 25 mm. După terminarea încercării amortizorul nu trebuie să prezinte scurgeri de ulei.

            Verificarea la temperatura minimă se face menţinând amortizorul în funcţionare timp de 12 h la temperatura de -40°C, la o viteză de 0,262 m/s, la 1,66 Hz şi cursa pistonului s = 25 mm. După terminarea încercării amortizorul nu trebuie să prezinte scurgeri de ulei.

 

Încercări de anduranţă

            Încercări pe stand

            Înainte de încercare se verifică: dimensiunile efective ale pieselor care se uzează; cantitatea de ulei din amortizor; masa amortizorului; caracteristica de amortizare F-v.

Regimul de încercare al amortizorului trebuie să fie conform standardului de firmă:

a.    temperatura de încercare +60¸+80°C, pentru menţinerea acestei temperaturi se vor amenaja cămăşi exterioare de răcire cu apă;poziţia amortizorului verticală;

b.    durata încercării 3 x 106 cicluri.

            Caracteristica de amortizare se verifică, după fiecare 106 cicluri, comparându-se cu caracteristica de amortizare iniţială.

            Piesele deteriorate sau care prezintă uzuri caracteristice importante se fotografiază, în vederea stabilirii cauzelor care au determinat uzura.

 

 

TESTAREA AMORTIZOARELOR

 

Testarea amortizoarelor pe platforma compactă de încercat amortizoare – PCIA, s-a realizat pentru patru tipuri diferite de amortizoare din comerţ, utilizate pentru echiparea unei game diverse de autovehicule şi camioane:

·          amortizoare bitubulare destinate autovehiculelor rutiere - tip 1 (Logan);

·          amortizoare bitubulare destinate autovehiculelor rutiere - tip 2 (break);

·          amortizoare destinate autocamioanelor cu mase mai mari de 5t - tip 3;

·          amortizoare hidropneumatice cu utilizări speciale - tip 4.

            Pentru aceste amortizoare s-au ridicat caracteristicile de reglaj (F-s) şi s-au efectuat încercările de tracţiune. Datele experimentale obţinute au fost prelucrate şi introduse în buletine de încercări. Astfel pentru fiecare tip de amortizor au fost efectuate mai multe repetiţii (minim 10), urmărindu-se reproductibilitatea parametrilor monitorizaţi, pentru a se verifica stabilitatea şi fiabilitatea platformei de încercat amortizoare – PCIA.

 

Testarea amortizoarelor bitubulare destinate autovehiculelor rutiere - tip 1

            În figura 20 este prezentată prinderea unui amortizor destinat autovehiculelor rutiere, cu masa max. 2t, pe platforma de încercat amortizoare.

 

DSC04032

 

Fig. 20 - Prinderea amortizorului bitubular destinat autovehiculelor rutiere - tip 1,

în vederea testării (detaliu)

 

Datele experimentale obţinute au fost prelucrate şi introduse în buletine de încercări,un exemplu de buletin fiind prezentat in continuare.


BULETIN DE ÎNCERCARE

nr. 1 / 10.02.2010

AMORTIZOR BITUBULAR DESTINAT AUTOVEHICULELOR RUTIERE - tip 1

 

·          Produs:   Amortizor auto - tip 1, produs de firma MONROE ORIGINAL

·          Dimensiuni:                    - în stare destinsă:               700 mm;

- în stare comprimată:          450 mm

·          Încercare:                       testarea cursei maxime, a funcţionării şi determinarea caracteristicii elastice F-s;

·          Regulament/procedură/instrucţiune:         STAS 9381-88; SR ISO 3951:98;

·          Obiect de încercat primit la data:                 11.01.2010;

·          Perioada de încercare:                                   15.01.2010¸10.02.2010;

·          Descrierea rezumativă a modului de încercare:

            Încercarea cuprinde două faze:

-       faza A – testarea funcţionării amortizorului în vederea pregătirii acestuia pentru încercarea propriuzisă şi verificarea preliminară a funcţionalităţii;

-       faza B – încercarea propriu-zisă, respectiv de ridicare a caracteristicii elastice  F-s a amortizorului.

            Prinderea amortizorului pe standul de încercare s-a făcut cu ajutorul unui dispozitiv specific de prindere care simulează condiţiile de montare pe vehicul.

·          Locul de desfăşurare a încercărilor: DITRMA – INMA Bucureşti

·          Aparate de măsură folosite:

-       dinamometru tractiune – compresiune din componenta lantului de masurare a fortei din cadrul PCIA, serie 923794

-       trusa cale plan paralele, seria 652802, incertitudinea de masurare U=0,5μm+5*10-6L;

-       placă achiziţie date DAP 3200 e / 214 – S.U.A.;

-       termometru digital cu traductor de suprafata, tip 871 A, serie T-50362, incertitudinea de masurare 1,5şC;

-       şubler 0÷1000 mm seria 013-02-87, incertitudinea de masurare 0,2 mm;

            Parametrii de încercare:

A.   Testarea cursei maxime şi a funcţionării amortizorului

            Cursa maximă: 250 mm

            Testarea funcţionării amortizorului s-a făcut conform STAS 9381-88 şi a constat din:

-       numărul de cicluri de rodaj: 8 – 10 cicluri complete;

-       cursa tijei amortizorului: 200 mm

-       viteza de deplasare a tijei:0,1 m/s

-       semnalul electric de comandă a deplasării (furnizat de către generatorul de funcţii al platformei) - cu amplitudinea de ± 10 V, triunghiular;

B.   Ridicarea caracteristicii elastice F-s

          Ridicarea caracteristicii elastice F-s a amortizorului a fost făcută în următoarele condiţii:

-       Cursa (deplasarea) efectivă a tijei pistonului pe parcursul încercării cu semnal de referinta sinusoidal:

·          163,08 mm – la frecvenţa de încercare de 0,3 Hz;

·          171,92 mm – la frecvenţa de încercare de 0,4 Hz;

·          182,9 mm – la frecvenţa de încercare de 0,5 Hz;

·          141,55 mm – la frecvenţa de încercare de 1 Hz;

·          94,09 mm – la frecvenţa de încercare de 1.5 Hz;

-       Cursa (deplasarea) efectivă a tijei pistonului pe parcursul încercării cu semnal de referinţă triunghiular:

·          156,98 mm – la frecvenţa de încercare de 0,3 Hz;

·          158,83 mm – la frecvenţa de încercare de 0,4 Hz;

·          162,1 mm – la frecvenţa de încercare de 0,5 Hz;

·          135,05 mm – la frecvenţa de încercare de 1 Hz;

·          87,15 mm – la frecvenţa de încercare de 1.5 Hz;

-       semnalul electric de comandă cu amplitudinea de ± 10 V, sinusoidal / triunghiular;

-       frecvenţa semnalului:

·          0.3 Hz , 0.4 Hz, 0.5 Hz, 1 Hz, 1.5 Hz;

-       temperatura corpului amortizorului : 23 ±5 o C

       Semnalul electric de comandă a deplasării a fost furnizat de către generatorul de funcţii al dulapului electric de comandă a cilindrului hidraulic.

·            Rezultatele încercării:

          Pe parcursul încercării nu au apărut zgomote anormale, tendinţe de înţepenire a tijei, scurgeri de ulei. Valorile forţelor în punctele caracteristice ale diagramei (FmaxD - destindere, FmaxC -comprimare), Anexa 1.

 

Semnal de referinţă

Forţa de încercare

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

Frecvenţa de încercare 1 Hz

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

Sinusoidal

FmaxD     (daN)

57

70

72

92

82

FmaxC     (daN)

116

131

150

160

150

Triunghiular

FmaxD     (daN)

28

56

57

57

53

FmaxC     (daN)

72

77

93

130

126

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUZII

 

·    Standul (platforma) de incercat amortizoare - PCIA, poate reproduce diferite semnale de referinţă pentru acţionarea amortizoarelor, sub diferite forme, cu diferite frecvenţe şi amplitudini, putându-se astfel simula întreaga gamă de vibraţii şi sarcini la care amortizoarele sunt supuse prin utilizarea lor zilnică, dar şi solicitările la care trebuie supuse pentru testare, stipulate în standarde şi alte reglementari.

·    Pentru primele două tipuri de amortizoare (auto) şi pentru cel de-al treilea (autocamion) s-au efectuat încercările de verificare a funcţionării, de măsurare a cursei maxime, respectiv de ridicare a caracteristicii elastice de reglaj F-s a amortizorului, la frecvenţe diferite de încercare, forma semnalului de referinţă fiind diferită: sinusoidal respectiv triunghiular.

·    Pentru amortizoarele hidropneumatice s-a efectuat rodajul şi s-a ridicat caracteristica elastică F-s a acestora, la frecvenţele de încercare stipulate în specificaţia de dezvoltare a amortizoarelor, cu un semnal de referinţă de formă triunghiulară, a cărui amplitudine a fost reglată astfel încât cursa pistonului amortizorului să fie maximă.

·    Testările efectuate au avut drept scop verificarea capacităţii platformei compacte pentru încercat amortizoare (PCIA), de a efectua asupra amortizoarelor probele stipulate în documentaţia de execuţie a amortizoarelor şi în standardele în vigoare. Rezultatele obţinute au fost consemnate în buletine de încercare şi au confirmat capacitatea PCIA de testare în regim simulat şi accelerat a oricărui tip de amortizor, limitarea fiind dată de dimensiunea acestora şi forţele dezvoltate.

·    Pe platforma compactă pentru încercat amortizoare (PCIA) se poate efectua de asemenea încercarea simultană la anduranţă a mai multor amortizoare, funcţie de tipul şi dimensiunile acestora.

 

 

Demonstrare a reducerii consumului de energie (comparativ). Posibilităţi de recuperare a energiei. Diseminare pe scară largă

 

 

          Strategia energetică are implicaţii majore asupra securităţii naţionale. Un rol esenţial în acest domeniu revine asigurării securităţii energetice prin: asigurarea unei balanţe echilibrate între cerere şi producţia naţională de energie, optimizarea structurii consumului de resurse energetice primare si creşterea eficienţei energetice.

          În conformitate cu Noua Politică Energetică a Uniunii Europene (UE) elaborată în anul 2007, energia este un element esenţial al dezvoltării la nivelul uniunii. Dar, în aceeaşi masură este o provocare în faţa tarilor UE in ceea ce priveste impactul sectorului energetic asupra schimbărilor climatice, a creşterii dependenţei de importul de resurse energetice precum şi a creşterii preţului energiei. Pentru depăşirea acestor provocări, Comisia Europeană (CE) consideră absolut necesară ca UE să promoveze o politică energetică comună, bazată pe securitate energetică, dezvoltare durabilă şi competitivitate. În ceea ce priveşte dezvoltarea durabilă, trebuie remarcat faptul că, în anul 2007, sectorul energetic este, la nivelul UE, unul din principalii producători de gaze cu efect de sera. În cazul neluării unor măsuri drastice la nivelul UE, în ritmul actual şi la tehnologiile existente în anul 2007, emisiile de gaze cu efect de sera vor creşte la nivelul UE cu circa 5% şi la nivel global cu circa 55% până în anul 2030. Energia nucleară reprezintă în acest moment în Europa una dintre cele mai mari resurse de energie fără emisii de CO2. Centralele nucleare asigură în anul 2007 o treime din producţia de electricitate din Uniunea Europeana, având astfel o contribuţie reală la dezvoltarea durabilă.

          În ceea ce priveşte competivitatea, piaţa internă de energie asigură stabilirea unor preţuri adecvate şi competitive la energie, stimulează economisirea de energie şi atrage investiţii în sector. UE este tot mai expusă la instabilitatea şi creşterea preţurilor de pe pieţele internaţionale de energie, precum şi la consecinţele faptului că rezervele de hidrocarburi ajung treptat să fie monopolizate de un număr restrâns de deţinători. Efectele posibile sunt semnificative: de exemplu, în cazul în care preţul petrolului ar creşte până la 100 USD/baril în 2030, importul de energie în UE-27 ar costa circa 170 de mld. EUR, ceea ce înseamnă o valoare de 350 EUR pentru fiecare cetăţean UE.

Comisia Europeană propune în setul de documente care reprezinta Noua Politica Energetica a UE urmatoarele obiective:

Unul dintre elementele prioritare a strategiei energetice îl constituie îmbunătăţirea eficienţei energetice. Creşterea eficienţei energetice are o contribuţie majoră la realizarea siguranţei alimentării, durabilităţii şi competitivităţii. Reducerea cererii de energie prin creşterea eficienţei energetice reprezintă o politică de câştig, care pe langă economisirea resurselor energetice primare conduce şi la reducerea emisiilor cu efect de seră. Indicatorul sintetic reprezentativ privind eficienţa de utilizare a energiei la nivel naţional este intensitatea energetică, respectiv consumul de energie pentru a produce o unitate de Produs Intern Brut.

În 2003 a fost elaborată Strategia Naţională de Eficienţă Energetică care a pus în evidenţă, printre altele, potenţialul economic de creştere a eficienţei energetice în diferite sectoare. Urmare acestei strategii, s-a stabilit ca obiectiv strategic îmbunătăţirea eficienţei energetice în România pe întregul lanţ resurse naturale, producţie, transport, distribuţie şi utilizare finală, prin folosirea optimă a mecanismelor specifice economiei de piaţă, estimându-se o reducere cu 3 % pe an a intensităţii energetice pe ansamblul economiei naţionale, până în anul 2020, faţă de anul 2001.

Diminuarea efectelor negative ale procesului de producere a energiei asupra climei necesită acţiuni concrete şi susţinute. În acest context, Romania trebuie să acţioneze susţinut şi coerent în vederea alinierii la acţiunile europene ce promovează obiectivele Lisabona. În vederea limitării creşterii previzionate a temperaturii globale, respectiv a emisiilor de gaze cu efect de sera, Romania trebuie să acţioneze prompt, în special în domeniul eficienţei energetice şi al surselor regenerabile de energie. Acţiunile vizând promovarea eficienţei energetice şi a surselor regenerabile de energie vor contribui atât la reducerea impactului negativ asupra mediului, cât şi la creşterea securităţii în alimentare, diminuând gradul de dependenţă a României de importurile de energie. [9]

Directiva nr. 2006/32/CE privind eficienţa energetică la utilizatorii finali, care este obligatorie pentru România din 2008, prevede că statele membre UE se angajează să realizeze reducerea consumului de energie finală cu cel putin 9% intr-o perioadă de noua ani (2008-2016) comparativ cu media consumului din ultimii cinci ani pentru care există date disponibile (2001-2005). În acest sens, se vor adopta următoarele măsuri din domeniul eficienţei energetice:

a)    utilizarea instrumentelor financiare pentru economii de energie, inclusiv contractele de performanţă energetică care prevăd furnizarea de economii de energie măsurabile şi predeterminate;

b)    achiziţionarea de echipamente şi vehicule pe baza listelor ce conţin specificaţiile privind eficienţa energetică a unor categorii diverse de echipamente şi vehicule, analiza costului minim, durata ciclului de viaţă, sau metode comparabile, pentru a asigura rentabilitatea;

c)    utilizarea auditurilor energetice şi punerea în aplicare a recomandărilor rezultate în materie de rentabilitate.

Prin proiectul “Automatizarea procesului de testare dinamică a sistemelor de amortizare specific construcţiei echipamentelor tehnice” s-a urmărit reducerea consumului de energie electrică, pentru efectuarea testelor în conformitate cu legislaţia naţională şi UE în vigoare, prin realizarea unei platforme compacte şi complet automatizată de testat viabilitatea sistemelor de amortizare.

 

Testare dinamică a sistemelor de amortizare specific construcţiei echipamentelor tehnice în cadrul INMA Bucureşti

 

Instalaţia HIDROPULS

            Instalaţia a fost montată în incinta special amenajată din cadrul INMA în anul 1989. Iniţial instalaţia a fost prevăzută cu un calculator de tip ROBOTRON, generaţia 2, programele de calcul fiind înregistrate pe casete. Pe parcursul utilizării instalaţiei s-a constatat insuficienţa capacităţii de comandă a acestui tip de calculator şi de asemenea imposibilitatea adaptării unui sistem de achiziţie de date, care să permită urmărirea şi modificarea automată a parametrilor instalaţiei în funcţie de evoluţia structurii încercate, ceea ce a dus la adaptarea în anul 1995 a unui calculator de tip IBM PC AT prevăzut cu sistem de achiziţie a datelor şi programe de aplicaţie specifice.

            Instalatia este dotata cu echipament de comanda si control de ultima generatie, al unor producatori de marca din domeniu, (Hottinger Baldwin Messtechnik, Microstar Laboratories, National Instruments) cu ajutorul caruia activitatea de cercetare dobandeste functia de inalta calitate datorita preciziei, fiabilitatii si ergonomiei acestuia. Instalaţia Hidropuls constituie un complex de echipamente, aparate, subsisteme de acţionare electrică şi hidraulică, instalaţii şi construcţii auxiliare, destinate asigurării condiţiilor tehnice pentru încercări statice (rezistenţă la solicitări statice, deformări) şi dinamice (solicitări alternative sau pulsatorii pentru probe de anduranţă, vibraţii).

            Instalaţia Hidropuls are următoarea componenţă:

1)    patru agregate de pompare (fig.1), ce asigură debitul şi presiunea de ulei din instalaţia hidraulică de alimentare a cilindrilor ce realizează solicitările structurilor încercate;

 

HPIM5416  HPIM5417

Fig. 1 - Agregatele de pompare cu sistemul de monitorizare specific

 

2)    doisprezece cilindri hidraulici, prezentaţi în figura 2, care constituie elementele de execuţie pentru aplicarea solicitărilor mecanice; cilindrii utilizaţi în cadrul INMA au capacităţi de aplicare a forţelor de 10, 25, 100 şi 250 KN, deplasarea (cursa) realizată fiind de maxim 200 mm (sau ± 100 mm faţă de poziţia de zero mecanic) pentru toţi cilindrii.

HPIM5443 HPIM5446

Fig. 2 - Cilindrii hidraulici, dispuşi pentru acţionarea pe verticală şi orizontală

 

3)    douăsprezece dulapuri de comandă, fiecare asigurând funcţiile de control pentru acţionarea a câte unui cilindru hidraulic; fiecare dulap de comandă conţine:

-       sistemul de comandă electronică pentru reglarea automată în cele două moduri de lucru privind aplicarea solicitărilor:

-       acţionarea cu controlul forţei, deplasarea rezultând din deformaţiile plastice sau elastice ale structurii solicitate,

-       acţionarea cu controlul deplasării, forţa rezultând din reacţiunea structurii încercate la o deformaţie impusă;

-       aparate electronice de măsurare a parametrilor funcţionali: forţă, deplasare, presiune ulei;

-       instalaţia electrică şi electronică de acţionare a cilindrilor hidraulici.

 

HPIM5424

Fig. 3 - Dulapurile de comandă

 

Platforma compactă de încercat amortizoare PCIA

În cadrul proiectului “Automatizarea procesului de testare dinamică a sistemelor de amortizare specific construcţiei echipamentelor tehnice” s-a realizat modelul experimental al platformei compacte de testare a amortizoarelor - PCIA (fig. 4).

 

3

 

2

 

1

 
OP 010

Fig. 4 - Platforma compactă de testare a amortizoarelor (stand)

1 – sistem mecanic; 2 – sistem hidraulic; 3 – sistem de comandă şi control

 

Determinarea consumului energetic pe cele două instalaţii prin testarea amortizoarelor

Testarea amortizoarelor pe platforma compactă de încercat amortizoare – PCIA şi pe instalaţia HIDROPULS, s-a realizat pentru patru tipuri diferite de amortizoare din comerţ, utilizate pentru echiparea unei game diverse de autovehicule şi camioane:

·          amortizoare bitubulare destinate autovehiculelor rutiere tip autoturism;

·          amortizoare destinate autocamioanelor cu mase mai mari de 5t;

Pentru aceste amortizoare s-au ridicat caracteristicile de reglaj (F-s) şi s-au efectuat încercările de tracţiune. Deasemenea s-a determinat consumul energetic şi pentru încercarea simultană a mai multor amortizoare dintre tipurile enumerate mai sus.

            Consumul specific de energie electrică pentru fiecare tip de amortizor pe cele două instalaţii de testat amortizoare s-a realizat cu analizatorul de energie trifazată tip C.A. 8332 şi C.A. 8334 (fig.9). Aceste instrumente de măsură nu numai că permit obţinerea unor imagini curente asupra caracteristicilor principale ale unei reţele dar şi la monitorizarea variaţiilor într-o anumită perioadă. Sistemul de măsurare multi-task manipulează simultan toate funcţiile de măsurare pentru diferite amplitudini, detecţie, înregistrare continuă şi afişarea lor fară nici o constrângere. Măsurătorile care se pot efectua sunt următoarele:

 

pig 112

Fig. 9 - Analizatorul de energie trifazată

 

            Calcul de putere electrică necesar pentru efectuarea fiecarei testării pe cele două tipuri de instalaţii s-a efectuat în regim sinusoidal . Astfel tinând cont că avem de a face cu un sistem trifazat, echilibrat şi ca tensiune şi curent, puterea activă sau reală consumată este egală cu următoarea formulă:

P =  

unde:

φdefazajul între tensiunea de fază şi curentul de fază;

I – intensitatea curentului;

Ul – tensiunea de linie sau intre faze.

 

Testarea amortizoarelor bitubulare destinate autovehiculelor rutiere tip autoturism

            În figura 10 este prezentată prinderea respectiv testarea unui amortizor destinat autovehiculelor rutiere, cu masa max. 2t, atât pe platforma de încercat amortizoare PCIA, cât şi pe instalaţia HIDROPULS.

DSC04032                   pig 066

Fig. 10 - Testarea amortizorului bitubular destinat autovehiculelor rutiere tip autoturism

pe platforma pentru încercat amortizoare – PCIA(stânga) şi pe instalaţia HIDROPULS (dreapta)

 

Descrierea rezumativă a modului de încercare:

            Încercarea cuprinde două faze:

-       faza A – testarea funcţionării amortizorului în vederea pregătirii acestuia pentru încercarea propriuzisă şi verificarea preliminară a funcţionalităţii;

-       faza B – încercarea propriu-zisă, respectiv de ridicare a caracteristicii elastice F-s a amortizorului.

            Prinderea amortizorului pe standul de încercare s-a făcut cu ajutorul unui dispozitiv specific de prindere care simulează condiţiile de montare pe vehicul.

·          Locul de desfăşurare a încercărilor: DITRMA – INMA Bucureşti

·          Aparate de măsură folosite:

-       dinamometru tractiune – compresiune din componenta lantului de masurare a fortei din cadrul PCIA, serie 923794

-       trusa cale plan paralele, seria 652802, incertitudinea de masurare, U=0,5μm+5*10-6L;

-       placă achiziţie date DAP 3200 e / 214 – S.U.A.;

-       termometru digital cu traductor de suprafata, tip 871 A, serie T-50362, incertitudinea de masurare 1,5 şC;

-       şubler 0÷1000 mm seria 013-02-87, incertitudinea de masurare 0,2 mm;

            Parametri de încercare:

C.   Testarea cursei maxime şi a funcţionării amortizorului

Cursa maximă: 250 mm

Testarea funcţionării amortizorului s-a făcut conform STAS 9381-88 şi a constat din :

-       numărul de cicluri de rodaj: 8 – 10 cicluri complete;

-       cursa tijei amortizorului: 200 mm

-       viteza de deplasare a tijei:0,1 m/s

-       semnalul electric de comandă a deplasării (furnizat de către generatorul de funcţii al platformei) - cu amplitudinea de ± 10 V, triunghiular;

 

D.   Testarea cursei maxime şi a funcţionării amortizorului

Cursa maximă: 250 mm

Testarea funcţionării amortizorului s-a făcut conform STAS 9381-88 şi a constat din :

-       numărul de cicluri de rodaj: 8 – 10 cicluri complete;

-       cursa tijei amortizorului: 200 mm

-       viteza de deplasare a tijei:0,1 m/s

-       semnalul electric de comandă a deplasării (furnizat de către generatorul de funcţii al platformei) - cu amplitudinea de ± 10 V, triunghiular;

 

E.    Ridicarea caracteristicii elastice F-s

          Ridicarea caracteristicii elastice F-s a amortizorului a fost făcută în următoarele rezultate obţinute prin testarii comparative pe cele doua instalaţii de încercare:

C1) Instalaţia HIDROPULS

Semnal de referinţă

Forţa de încercare

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

Frecvenţa de încercare

1 Hz

Frecvenţa de încercare

1,5 Hz

Sinusoidal

FmaxD     (daN)

57,02

70,03

72,03

92,06

82,02

FmaxC     (daN)

116,02

131,04

150,07

160,06

150,02

Triunghiular

FmaxD     (daN)

28,08

56,04

57,07

57,07

53,05

FmaxC     (daN)

72,07

77,03

93,05

130,07

126,05

 

C2) Platforma compacta de testat amortizoare PCIA

Semnal de referinţă

Forţa de încercare

Frecvenţa de încercare

0.3 Hz

Frecvenţa de încercare

0.4 Hz

Frecvenţa de încercare

0.5 Hz

Frecvenţa de încercare

1 Hz

Frecvenţa de încercare

1,5 Hz

Sinusoidal

FmaxD     (daN)

57

70

72

92

82

FmaxC     (daN)

116

131

150

160

150

Triunghiular

FmaxD     (daN)

28

56

57

57

53

FmaxC     (daN)

72

77

93

130

126

 

Determinarea consumului specific de energie electrică (fig. 11) pentru amortizorul bitubular destinat autovehiculelor rutiere tip autoturism a fost efectuată cu analizatorul de energie trifazată pentru instalaţia HIDROPULS, iar în cazul PCIA energia a fost determinată direct de pe afişajul convertizorului de frecvenţă cu care este echipat panoul de comandă. Valorile înregistrate pentru consumul de energie pentru cele doua tipuri de instalaţii sunt prezentate în tabelul 1.

 

pig 025      pig 024

Fig.11 -  Determinarea consumului specific de energie

Tabel 1

Amortizor bitubular

Consum de energie electrică

Instalaţia HIDROPULS

[kWh]

Consum de energie electrică PCIA

[kWh]

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

50,45

9,30

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

50,75

9,45

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

52,50

9,65

Frecvenţa de încercare 1 Hz

53,80

10,05

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

54,65

10,35

 

            Cu ajutorul datelor din tabelul 1 s-a realizat graficul consumului comparativ de energie între cele două tipuri de instalaţii: platforma compactă de încercat amortizoare PCIA rezultatul (produsul) final al proiectului de cercetare de faţă şi respectiv instalaţia HIDROPULS, pentru un tip de amortizor bitubular de vehicule rutiere achiziţionat din comerţ.

 

 

Testarea amortizoarelor destinate autocamioanelor cu mase mai mari de 5t

            În figura 12 este prezentată testarea respectiv prinderea unui amortizor destinat autocamioanelor cu masa mai mare de 5t, pe platforma de încercat amortizoare – PCIA (partea stângă) cât şi pe instalaţia HIDROPULS (partea dreaptă).

Picture%20008      pig 083

Fig. 12 - Testarea amortizorului destinat autocamioanelor cu masă mai mare de 5t - tip 3 pe platforma pentru încercat amortizoare - PCIA (stânga) şi

 pe instalaţia HIDROPULS (dreapta)

 

Rezultatele încercării:

 

          Pe parcursul încercării nu au apărut zgomote anormale, tendinţe de înţepenire a tijei, scurgeri de ulei. Valorile forţelor în punctele caracteristice ale diagramei (FmaxD - destindere, FmaxC -comprimare) sunt prezentate în tabelul 2 pentru PCIA şi tabelul 3 pentru instalaţia HIDROPULS:

Tabel 2

Semnal de referinta

Forţa de încercare

Frecvenţa de încercare

0.3 Hz

Frecvenţa de încercare

0.4 Hz

Frecvenţa de încercare

0.5 Hz

Frecvenţa de încercare

1 Hz

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

Sinusoidal

FmaxD     (daN)

32

49

34

67

52

FmaxC     (daN)

91

126

179

243

239

Triunghiular

FmaxD     (daN)

24

45

63

50

59

FmaxC     (daN)

77

111

184

263

253

 

 

 

Tabel 3

Semnal de referinta

Forţa de incercare

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

Frecvenţa de încercare 1 Hz

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

Sinusoidal

FmaxD     (daN)

32

49

34

67

52,03

FmaxC     (daN)

91,03

126

179

243,04

239,03

Triunghiular

FmaxD     (daN)

24,05

45,01

63

50,05

59,04

FmaxC     (daN)

77

111.02

184

263

253,04

 

Determinarea consumului comparativ specific de energie electrică pentru amortizore destinate autocamioanelor cu masa mai mare de 5t este prezentată în tabelul 4:

Tabel 4

Amortizor destinat autocamioanelor cu masa mai mare de 5 t

Consum energetic

Instalaţia HIDROPULS

[kWh]

Consum energetic PCIA [kWh]

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

50,45

9,00

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

52,70

9,35

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

52,75

10,05

Frecvenţa de încercare 1 Hz

53,00

10,55

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

53,15

10,90

 

            Graficul consumului energetic comparativ realizat pe cele două tipuri de instalaţii PCIA, respectiv HIDROPULS, pentru amortizoare de autocamioane cu o masă mai mare de 5 t este urmatorul :

 

 

Testarea amortizoarelor multiple

            Pe cele două tipuri de instalaţii cu ajutorul unor dispozitive specifice se pot testa simultan, la anduranţă 2¸4 amortizoare, numărul acestora fiind limitat în funcţie de cursa şi forţa care trebuie aplicată acestora (fig. 13). Acest lucru permite reducerea costurilor de testare cu 50¸75%, timpul necesar încercării fiind acelaşi.

DSC04001  pig 102

Fig. 13 - Testarea simultană a două amortizoare auto, pe platforma pentru încercat amortizoare -PCIA (stânga) şi pe instalaţia HIDROPULS (dreapta)

 

 

Determinarea consumului comparativ specific de energie electrică pentru testarea de amortizore bitubulare multiple este prezentată în tabelul 8:

 

 

 

Tabel 8

Incercarea de amortizoare multiple

Consum de energie electrică

Instalaţia HIDROPULS

[kWh]

Consum de energie

 PCIA

[kWh]

Frecvenţa de încercare 0.3 Hz

50,85

9,15

Frecvenţa de încercare 0.4 Hz

52,30

9,55

Frecvenţa de încercare 0.5 Hz

53,45

9,90

Frecvenţa de încercare 1 Hz

53,90

10,25

Frecvenţa de încercare 1,5 Hz

54,55

10,70

 

Graficul consumului energetic comparativ realizat pe cele două tipuri de instalaţii PCIA, respectiv HIDROPULS, pentru amortizoare bitubulare multiple este următorul :

 

 

Posibilităţi de recuperare a energiei

În această perioada se pune tot mai acut problema economisirii energiei se impune descoperirea de surse noi de energie, înlocuirea într-un procent cât mai mare a energiei de tip fosil cu energii mai puţin poluante, a utilizării cât mai eficiente a acesteia şi nu în ultimul rând recuperarea, stocarea şi în final reutilizarea acesteia în sistemul de acţionare.

Recuperare energiei hidrostatice şi hidrodinamice se poate realiza prin următoarele posibilităţi:

-          înlocuirea pompelor de debit mare cu pompe de debit relativ mic, la acţionările hidrostatice la care faza tehnologică din ciclu durează relativ mult, timp în care se poate recupera diferenţa de debit dintre debitul total al pompei şi cel necesitat de faza tehnologică; debitul recuperat restituindu-se automat în timpul fazelor rapide, ceea ce permite, evident, dimensionarea pompei pentru un debit total mai mic;

-          amortizarea pulsaţiilor debitului refulat de o pompă;

-          prelucrarea loviturilor de berbec care apar în sistem;

-          compensarea pierderilor în circuitele hidraulice închise.

            Revenind la obiectivul etapei în derulare, în cazul platformei compacte de încercat amortizoare PCIA energia hidrostatică şi hidrodinamică poate fi recuperată în fazele de lucru în gol sau când faza tehnologică din ciclu durează relativ mult, timp în care se poate recupera diferenţa de debit dintre debitul total al pompei şi cel necesitat de faza tehnologică, debitul recuperat se restituie automat în timpul fazelor rapide, sau în faza de lucru în sarcină.

În acest sens s-au identificat câteva soluţii tehnice de recuperare-reutilizare a energiei hidrostatice şi hidrodinamice care se pot aplica la diferite tipuri de sisteme cu acţionare hidraulică.

Totodată energia hidrostatică din sistem poate fi recuperată şi reutilizată în circuite de reglare, acţionare sau de menţinere a presiunilor de lucru utilizând acumulatoarele hidraulice.

 

Sisteme de reglare a presiunii din sistemele hidraulice

Reglarea presiunii cu acumulator hidraulic şi supapă de trecere dublu comandată -se poate realiza cu dispozitive de reglare, în componenţa cărora intră şi acumulatoare hidraulice (fig. 14 şi 15).

În figura 14a) este arătată schema unui dispozitiv hidraulic care menţine în instalaţie (circuitul I), cu ajutorul acumulatorului hidraulic Ah, presiunea p între două limite: pmin la care se închide supapa de trecere St şi pmax la care se deschide supapa de siguranţă Ss.

fig6_3

Fig. 14 - Schema circuitului de reglare a presiunii cu acumulator hidraulic (a) şi supapă de trecere dublu comandată (b şi c)

 

În momentul când supapa de trecere St se închide, uleiul refulat de pompa P este obligat să treacă prin supapa uni sens Su, în instalaţie (I) şi în acumulatorul Ah, până când în acesta presiune creşte până la o valoare prestabilită pd = (0,8 – 0,9) pmax, la care se deschide supapa de trecere St. Prin deschiderea supapei St pompa P încetează de a mai refula ulei în instalaţie, fiind pusă în legătură cu rezervorul, iar supapa Su se închide. În această situaţie, când supapa Su este închisă, dacă în instalaţie presiunea creşte ca urmare a creşterii sarcinii de acţionat, uleiul în acumulator (încărcarea acumulatorului) se face până când în sistem se atinge presiunea pmax, când se deschide supapa de siguranţă Ss, surplusul de ulei trecând la rezervor.

Pentru ca supapa de trecere St să nu rămână în permanenţă într-o poziţie critică, cu o secţiune de trecere prin care pompa să refuleze tot debitul spre rezervor sub sarcină la presiunea pd, ceea ce ar duce la încălzirea uleiului, este necesar ca această supapă să fie dublu comandată hidraulic (fig. 14a). Prima comandă  aduce supapa în situaţia critică (foarte puţin deschisă), iar a două comandă, dată cu o mică întârziere, cauzată de rezistenţa hidraulică Rh, deschide complet supapa de trecere, mărindu-se astfel secţiunea de trecere a uleiului spre rezervor. Ca urmare, pompa este scoasă de sub sarcină, în instalaţie rămânând presiunea din acumulator, întrucât supapa Su se închide.

În figura 14b este arătată schema funcţională a dispozitivului de menţinere a presiunii, format din corpul 1, în interiorul căruia este montată supapa de trecere St, supapa de siguranţă Ss şi rezistenţa hidraulică Rh, constituită din jocul dintre pistonaşul 2 şi alezajul din interiorul corpului supapei de trecere.

În poziţia din figură, pompa P refulează ulei în instalaţie (circuitul I) prin supapa Su, încărcând  totodată şi acumulatorul Ah. Prin canalul a, degajarea b şi orificiul c uleiul intră în interiorul supapei de trecere (camera A). La creşterea presiunii, supapa de trecere este împinsă spre dreapta, comprimându-se arcul 3, pistonaşul 2 rămânând pe locul sprijinit de capacul 4. Între corpul 1, pistonaşul 2 şi capacul 4 se creează astfel un spaţiu inelar E (fig. 14c). În acest spaţiu, în primul moment se creează un vid.

Supapa de trecere St în prima fază se deplasează spre dreapta până ajunge în poziţia critică (foarte puţin deschisă), când tot uleiul  debitat de pompă trece la rezervor, prin degajarea e şi camera B, la o diferenţă de presiune p = pd – pB, presiunea pB fiind cea din cavitatea B care este pusă în legătură cu rezervorul. Pompa P este scoasă de sub presiune (este descărcată) în cea de a doua fază de funcţionare a supapei St, după un timp foarte scurt, respectiv după timpul necesar ca prin spaţiul dintre pistonaşul 2 şi corpul supapei St (rezistenţa hidraulică Rh – fig. 14a) să treacă o cantitate de ulei care să umple spaţiul E (fig. 14c) în care presiunea creşte până când pE = pA. Ca urmare, sub acţiunea şi a presiunii pE ce lucrează pe suprafaţa din stânga a corpului supapei St, aceasta se va deplasa mai mult spre dreapta, mărind deci secţiunea de trecere a uleiului de la pompă spre rezervor. Astfel, supapa St, cu o mică întârziere, iese din poziţia critică, deschizându-se complet.

În această poziţie a supapei de trecere, pompa refulează tot debitul de ulei prin rezervor la presiune mică, în sistem fiind menţinută presiune la valoarea pmin <p <pmax, prin intermediul acumulatorului Ah.

În timpul funcţionării sistemului, datorită creşterii rezistenţelor întâmpinate de elementele de execuţie (cilindrii hidraulici), este posibil ca volumul din faţa pistoanelor să se micşoreze şi ca urmare, uleiul să fie refulat în acumulatorul Ah, care se încarcă, presiunea în sistem crescând până la o valoare maximă pmax, limitată de supapa de siguranţă Ss.

Când presiunea din sistem scade sub valoarea pd, supapa de trecere St se închide cu o mică întârziere, egală cu timpul în care se evacuează uleiul din spaţiul E prin rezistenţa hidraulică Rh (prin jocul dintre pistonaşul 2 şi alezajul său), timp în care presiunea din sistem scade valoarea pmin.

Reglarea valorilor presiunii pmin şi pmax se poate face prin pre strângerea simultană a arcului 3 a supapei de trecere şi a arcului 5 a supapei de siguranţă, prin acţionarea şurubului 6.

Diferenţa de presiune  depinde de mărimea stabilită pentru rezistenţa hidraulică Rh. Cu cât Rh este mai mare, cu atât  este mai mare, cu respectarea condiţiei ca pd = (0,8 – 0,9)pmax. [4]

 

Reglarea presiunii cu acumulator hidraulic şi supapă de trecere comandată prin distribuitor

Pentru o mai mare siguranţă de funcţionare, supapa de trecere poate fi comandată prin intermediul unui distribuitor D (fig. 15a), format dintr-un corp 1 (fig. 15b) prevăzut cu sertarul 2. În corpul 1 este montată supapa de trecere St şi un piston 3 pentru comanda deschiderii supapei de trecere.

Sertarul 2 al distribuitorului este prevăzut cu un arc 4, care îl menţine într-o poziţie dată (apăsat spre stânga). În această poziţie a sertarului cavitatea A din faţa pistonului 3 este în legătură prin canalul b, cu rezervorul (orificiul d). Ca urmare, supapa St este închisă, orificiul c fiind în legătură cu pompa.

Când presiunea în sistem creşte la valoarea pd 0,9 pmax, sertarul 2 este deplasat spre dreapta, comprimând arcul 4. Ca urmare, se face legătura între orificiul a şi canalul b (poziţia 1 a sertarului, (fig. 15a) prin care uleiul sub presiune pătrunde în cavitatea A, deplasează pistonul 3 spre dreaptă şi supapa St se deschide, făcându-se astfel legătura între orificiile c şi d, prin canalul e. Pompa P se descarcă la rezervor, iar supapa Su se închide, în instalaţie fiind menţinută presiunea pmin < p < pd, datorită acumulatorului Ah.

 

fig6_4

Fig. 15 - Schema circuitului de reglare a presiunii cu acumulator hidraulic (a) şi supapă de trecere comandată prin distribuitor (b)

 

La scăderea presiunii în sistem până la valoarea pmin, sub acţiunea arcului 4 sertarul 2 este deplasat spre stânga, trecând prin poziţia 0 în poziţia 2. Se face legătura între canalul b şi orificiul d de legătură cu rezervorul. Ca urmare, supapa St se închide sub acţiunea arcului său, iar pompa începe să refuleze ulei în sistem prin supapa Su.

Diferenţa dintre presiunea pd şi pmin este determinată de faptul că distribuitorul D este cu centru închis şi că la trecerea sertarului din poziţia 1 în poziţia 2 se menţine un timp ulei în cavitatea A, corespunzătoare valorii suprapunerilor între gulerelor sertarului şi gulerele alezajului.

Dacă în instalaţia hidraulică, datorită variaţiei forţelor ce acţionează asupra pistoanelor cilindrilor hidraulici, presiunea creşte la valoarea pmax, se deschide supapa de siguranţă Ss.

 

Reglarea presiunii cu acumulator hidraulic şi releu de presiune

În cazul sistemelor hidraulice cu distribuitoare cu comandă electromagnetică, reglarea presiunii se poate face prin intermediul unui releu de presiune Rp (fig. 16).

Pompa P refulează ulei în instalaţie prin supapa Su. Când robinetul R1 este deschis, uleiul refulat de pompă începe să încarce şi acumulatorul hidraulic Ah. Când presiunea în instalaţie ajunge la valoarea pd, releul de presiune Rp comută şi stabileşte circuitul electric de comandă al distribuitorului D, trecându-l în poziţia 1, realizându-se astfel legătura între spatele supapei de trecere St şi rezervor (în poziţia 0 această legătură este întreruptă).

Datorită faptului că pe faţa supapei acţionează presiunea uleiului, iar spatele acesteia este în legătură cu rezervorul, iar supapa Su se închide, separând conducta de refulare a pompei de circuitul sub presiune.

fig6_5

Fig. 16 - Schema circuitului de reglare a presiunii cu acumulator hidraulic şi releu de presiune

 

Când presiunea în sistem scade sub valoarea presiunii pd, releul Rp dă comandă inversă, distribuitorul D revine în poziţia 0, închizându-se astfel legătura dintre spatele supapei de trecere St şi rezervor. Prin rezistenţa hidraulică Rh intră, cu o mică întârziere, ulei în spatele supapei St, care se închide, timp în care în sistem presiunea scade la valoarea pmin. Limitarea presiunii maxime în sistem se face prin intermediul supapei de siguranţă Ss, care intră în funcţiune la presiunea pmax, presiunea în sistem între pmin şi pmax fiind menţinută de acumulatorul hidraulic Ah.

Dacă robinetul R1 este închis, sistemul funcţionează fără menţinerea presiunii între anumite limite. Robinetul R2 este folosit pentru golirea acumulatorului hidraulic şi scoaterea sistemului de sub presiune.Releul de presiune este format dintr-un corp 1 (fig.23b) prevăzut cu pistonul receptor 2. sub acţiunea presiunii din sistem, pistonul 2, prin intermediul împingătorului 3, acţionează asupra contactului mobil 4, care comută circuitul de comandă al electromagnetului em al sertarului (fig.23c) la scăderea presiunii din circuit, sub acţiunea arcului 5, pistonul 2 este readus în poziţia iniţială. Contactul mobil 4 revine în poziţie iniţială (NI- normal închis), sub acţiunea arcului 6. după întreruperea circuitului electric, sertarul distribuitorului este readus în poziţia 0 (fig. 23a) sub acţiunea arcului său

 

Diseminarea rezultatelor proiectului pe scară largă

 

            Pe parcursul desfăşurării proiectului, rezultatele parţiale şi finale au fost diseminate prin prezentarea şi publicarea în cadrul unor conferinţe, simpozioane şi jurnale/buletine de informare:

 

1.    Voicea I., Matache M., Mihai M., Vlăduţ V., Biriş S. - Dynamic testing of shock absorbing systems using a specialized stand, ХІ INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE "MODERN PROBLEMS OF AGRICULTURAL MECHANICS", HAУКOBИЙ BICHИК, section - MACHINES AND MEANS OF MECHANIZATION, 144 Чacтиa 4, Kiev - Goloseyevo, October, 17-19th, pag. 257¸264, 2010;

2.    Voicea I., Mihai M., Vlăduţ V., Matache M. - The utility of a damper mobile test platform according to the vehicle safety procedures - Analele universităţii din Craiova - Agricultură, Montanologie, Cadastru, Editura Universitaria Craiova, ISSN 1841-8317, 20-21 noiembrie 2009;

3.    Matache M., Mihai M., Vlăduţ V., Voicea I. - Process automation of shock absorbing systems dynamic testing, specific to technical equipment construction, INMATEH - Agricultural Engineering, vol. 30, no. 1 / 2010, pag. 89-100, Print ISSN: 2068 – 2239, Electronic ISSN: 2068 – 4215, Bucureşti – România;

4.    Voicea I., Matache M., Mihai M., Vlăduţ V - Platforma compactă de încercare a amortizoarelor (PCIA) pentru mijloacele de transport în agricultură, revista Mecanizarea agriculturii, 2010, Bucureşti - România.

5.    Voicea I., Matache M. Vlăduţ V. Mihai M. - Reducerea comparativa a consumului de energie prin folosirea unei platforme compactă de încercare a amortizoarelor (PCIA), International Jornal of Engineering Faculty Engineering Hunedoara, ANNALS – ISSN:1584-2665, - in curs de publicare.

6.    Voicea I., Matache M., Vlăduţ V., Mihai M. – The reducing consumption of electricity at the testing of dampere using a compact platform (PCIA)TRACTORS AND POWER MACHINES, Novi Sad, Serbia,  December 3th 2011  - in curs de publicare.

 

CERERE DE BREVET:

 

Voicea I., Vlăduţ V., Mihai M., Ciupercă R. – SISTEM DE RECUPERARE A ENERGIEI HIDROSTATICE LA STANDURILE DE TESTARE A AMORTIZOARELOR, Cerere de brevet nr. A-00657 / 13.07.2011.

 

 

Concluzii

 

            În această etapă a proiectului "Demonstrare a reducerii consumului de energie (comparativ). Posibilităţi de recuperare a energiei. Diseminare pe scară largă", pe platforma compactă de încercat amortizoare PCIA realizată în cadrul proiectului de INMA Bucureşti s-a determinat consumul de energie electrică necesar pentru testarea unor tipuri de amortizoare din comerţ. De asemenea a fost măsurat şi consumul electric necesar pentru efectuarea testării aceloraşi amortizoare pe instalaţia HIDROPULS, care era utilizată îaninte pentru încercarea amortizoarelor.

          Amortizoarele ce au fost testate pentru determinarea verificarea funcţionării, măsurarea cursei maxime, respectiv de ridicarea caracteristicii elastice de reglaj F-s, la frecvenţe diferite de încercare, forma semnalului de referinţă fiind diferită: sinusoidală respectiv triunghiulară au fost achiziţionate din comerţ şi sunt de urmatoarele tipuri:

·          amortizoare bitubulare destinate autovehiculelor rutiere de tip autoturisme;

·          amortizoare destinate autocamioanelor cu mase mai mari de 5t;

          În urma încercărilor efectuate s-a constatat că platforma - PCIA, poate reproduce diferite semnale de referinţă pentru acţionarea amortizoarelor, sub diferite forme, cu diferite frecvenţe şi amplitudini, putându-se astfel simula întreaga gamă de vibraţii şi sarcini la care amortizoarele sunt supuse prin utilizarea lor zilnică, dar şi solicitările la care trebuie supuse pentru testare, stipulate în standarde şi alte reglementari. De asemenea pe platforma compactă pentru încercat amortizoare - PCIA se poate efectua testarea simultană la anduranţă a mai multor amortizoare, funcţie de tipul şi dimensiunile acestora.

          În ceea ce priveşte determinarea consumului energetic de electricitate necesar pentru punerea în funcţiune a sistemelor hidraulice specifice fiecărei instalaţii, acesta a fost determinat cu ajutorul analizorului de energie trifazată. În urma măsurătorilor efectuate s-a constatat o scădere semnificativă a consumului de energie electrică necesar pentru testarea oricărui tip de amortizor prin utilizarea platformei compacte de încercat amortizoare PCIA.

          Din graficele prezentate în capitolul V al lucrării se poate observa că prin utilizarea platformei compacte de încercat amortizoare PCIA rezultă o scădere de circa 5 ori a consumului de energie electrică utilizată, astfel:

·          pentru încercarea unui tip de amortizor bitubular rutier de tip autoturisme, consumul mediu de energie electrică a fost 9,76 kWh faţă de 52,43 kWh pentru instalaţia HIDROPULS;

·          pentru încercarea amortizoarelor destinate autocamioanelor cu mase mai mari de 5t, consumul mediu de energie electrică a fost 9,97 kWh, faţă de 52,29 kWh pentru instalaţia HIDROPULS.

          Testările efectuate au avut drept scop verificarea capacităţii platformei compacte pentru încercat amortizoare - PCIA, de a efectua încercări în conformitate cu standardele în vigoare, realizându-se o reducere semnificativă a consumului de energie electrică pe încercare amortizor (de circa 5 ori). Rezultatele obţinute au fost consemnate şi au confirmat capacitatea PCIA de testare în regim simulat şi accelerat a oricărui tip de amortizor.