STUDIUL SI PROIECTAREA SISTEMULUI HIDRAULIC AL PLATFORMEI RIDICATOARE MOBILE JLG-1930ES

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA AUTOVEHICULUL ŞI MEDIUL

- PROIECT-

Disciplina: SISTEME HIDRAULICE PENTRU APLICAŢII MOBILE Tema:

STUDIUL

ŞI

PROIECTAREA

SISTEMULUI

HIDRAULIC

AL

PLATFORMEI RIDICĂTOARE MOBILE JLG-1930ES

Îndrumător: Prof.dr.ing. LEAHU CRISTIAN

Student: MÎRZEA VASILE Grupa 1562

-1-

-2-

Cuprins: I.

DESCRIEREA APLICAŢIEI MOBILE ..........................................................................5 1. Model ....................................................................................................................5 2. Destinaţie..............................................................................................................5 3. Descriere constructivă ..........................................................................................5 4. Caracteristici tehnice ............................................................................................7

II.

PREZENTAREA SISTEMULUI HIDRAULIC. .............................................................. 9 1. Rolul sistemului hidraulic ...................................................................................... 9 2. Schema hidraulică şi descrierea componentelor hidraulice .................................. 9 3. Funcţionarea sistemului hidraulic........................................................................ 13 4. Caracteristici tehnice ale componentelor hidraulice existente............................. 14

III.

CALCULAREA UNOR PARAMETRI SPECIFICI SISTEMULUI HIDRAULIC ALES.. 15 1. Presiunea care acţionează asupra coloanei de ulei de sub piston la ridicarea platformei ............................................................................................................15 2. Debitul pompei....................................................................................................15 3. Volumul pompei la n=3750rpm ........................................................................... 16

IV.

SOLUŢII DE MODIFICARE....................................................................................... 16

V.

CONCLUZII...............................................................................................................17

VI.

BIBLIOGRAFIE .........................................................................................................18

-3-

-4-

I.

DESCRIEREA APLICAŢIEI MOBILE 1. Model Platformă ridicătoare mobilă electrică tip foarfecă, model JLG-1930ES, produs de firma

JLG Industries, Inc. în perioada 2003-2013.

2. Destinaţie Destinaţia platformei este de a ridica persoane şi materiale şi asigurarea lucrului la înălţime. Maşina poate fi utilizată pentru a ajunge la zonele de lucru situate deasupra maşinilor sau echipamentelor situate la nivelul solului. Este o platformă de asfalt autopropulsată cu propulsie electrică şi direcţie hidraulică.

3. Descriere constructivă

Fig. I-3-1 – Compunerea generală a platformei

-5-

Ridicarea platformei este asigurată de un cilindru hidraulic prin intermediul unui mecanism de ridicare "foarfece" Dispozitivul de ridicare cu foarfecă JLG are o staţie de comandă a operatorului principal, pe platformă. Din această staţie de comandă, operatorul poate conduce şi direcţiona maşina în ambele direcţii, înainte şi înapoi, ridică şi coboară platforma şi, dacă este echipată, operează extensia platformei electrice. Maşina are o staţie de comandă la sol care va înlocui staţia de comandă a platformei. Controalele de la sol funcţionează ridicarea în sus şi în jos. Controalele la sol trebuie să fie utilizate numai în caz de urgenţă pentru a coborî platforma la sol, în cazul în care operatorul din platformă nu ar putea să facă acest lucru.

Maşina este echipată cu o punte extensibilă mecanic, oferind operatorului un acces mai bun la lucrări. Pe modelul 1930ES această extensie adaugă 0.9 m în faţa platformei.

Fig. I-3-2 – Dispunerea elementelor de propulsie, ridicare şi direcţie

În figura I-3-2 sunt reprezentate, în vedere de sus, elementele de propulsie, direcţie, ridicare şi de control: 1. Consola de control a platformei; 2. Cilindrul de direcţie; 3, 14. – Butucul roţii, tija de legătură cu cilindrul direcţie, motorul de antrenare al roţii 4. Roată cu anvelopă; 5. Sistem de protecţie împotriva gropilor; 6. Compartiment baterii; 7. Switch de proximitate; -6-

8. Dispozitiv coborâre manuală; 9. Semnal luminos; 10. Dispozitiv de control al denivelărilor; 11. Comutator unghiular rotativ; 12. Pompă hidraulică, motor, sistem de valve de control; 13. Cilindru de ridicare

4. Caracteristici tehnice

a) Dimensiuni: -

înălţimea platformei coborâtă (A) = 0,86 m;

-

înălţimea platformei de ridicare (B) = 1,10 m

-

înălţimea totală cu platforma coborâtă (C) = 1,96 m;

-

dimensiunile platformei de ridicare (D) = 0,76 x 1,87 m;

-

extensia platformei de ridicare (E) = 0,9 m;

-

lăţimea (F) = 0,76 m;

-

lungimea (G) = 1,87 m;

-

ampatamentul (H) = 1,6 m;

-

lungimea extensiei platformei (E) = 0,9 m;

-

garda la sol (I) = 8,8 cm.

b) Capacitatea platformei: -

capacitatea: 230 kg

-

capacitatea cu extensie: 120 kg

c) Specificaţii de operare: -

timp de ridicare/coborâre: 20/30 sec;

-

înălţimea maximă a platformei: 5,72 m; -7-

-

masa maşinii (neîncărcată): 1217 kg;

-

masa platformei:250kg;

-

presiunea maximă asupra solului: 8,73 kg/cm2;

-

încărcarea maximă pe roată: 699 kg;

-

viteza de deplasare:

-

cu platforma coborâtă: 4,8 kmh;

-

cu platforma ridicată: 0,8 kmh;

-

înclinarea maximă a rampei care poate fi urcată cu platforma coborâtă: 25%;

-

forţa maximă de împingere laterală: 400N;

-

înclinarea maximă laterală a căii de rulare: 5o;

-

dimensiunea anvelopelor: 323x100 mm;

-

frânele: automatice cu fricţiune, pe roţile in faţă;

-

presiunea hidraulică maximă: 1800PSI (12.410 kN/m2, 124Bari);

d) Specificaţiile motoarelor: -

motorul pentru propulsie: 24V Electric, 0,65 Cp@3750 rpm;

-

motorul pentru acţionarea pompei hidraulice: 24V Electric, 3 kW;

e) Sursa de alimentare: f)

baterie din 4 acumulatori/6V/220Ah/27kg.

Capacităţi -

rezervorul de ulei hidraulic: 7,6 l;

-

capacitatea totală a sistemului hidraulic (inclusiv rezervorul): 8,3 l

g) Specificaţii ulei SPECIFICATION

MOBIL DTE 11M

ISO Viscosity Grade

#15

MOBIL EAL ENVIRONSYN 32 #32

Gravity API

31.9

—

Pour Point, Max

-40°F (-40°C)

-59°F (-51°C)

Flash Point, Min.

330°F (166°C)

514°F (268°C)

VISCOSITY SPECIFICATIONS at 40°C

15 cSt

33.1 cSt

at 100°C at 100°F

4.1 cSt 80 SUS

6.36 cSt

at 210°F

43 SUS

—

cp at -30°F

3.2

—

Viscosity Index

140

147

-8-

—

h) Specificaţii cilindru

II.

Tipul cilindrului

Caracteristica

cilindru ridicare

Alezaj

cilindru ridicare

Lungime cursă

cilindru direcţie

Diametru

cilindru direcţie

Lungime cursă

Dimensiunea 2.8 in (7.1 cm) 43.2 in (108 cm) 1.8 in (4.5 cm) 6.3 in (16 cm)

PREZENTAREA SISTEMULUI HIDRAULIC. 1. Rolul sistemului hidraulic Rolul sistemului hidraulic de pe această maşină este de a transmite energia hidraulică de presiune provenită de la pompa hidraulică acţionată de un motor electric la motoarele hidrostatice liniare (cilindrii hidraulici) în scopul transformării ei în energie mecanică pentru ridicarea platformei şi pentru controlul direcţiei platformei pe timpul deplasării acesteia.

2. Schema hidraulică şi descrierea componentelor hidraulice a) Cilindrii hidraulici Sistemele de ridicare şi de direcţie includ cilindri cu dublă acţiune (16, 17). Un cilindru cu dublă acţiune este cel care necesită curgerea uleiului pentru a acţiona tija cilindrului în ambele direcţii. Reglarea uleiului (prin acţionarea supapei de reglare corespunzătoare pe partea pistonului a cilindrului) forţează pistonul să se deplaseze spre capătul tijei cilindrului, extinzând tija cilindrului (pistonul ataşat la tija). Când debitul de ulei este oprit, mişcarea tijei se va opri. Prin direcţionarea uleiului către partea tijei cilindrului, pistonul va fi forţat în direcţia opusă şi tija cilindrului se va retrage.

Cilindrul de ridicare (17) este un cilindru cu o singură acţionare, care preia presiunea hidraulică şi se retrage prin gravitaţie. O supapă de reţinere este utilizată în circuitul de ridicare pentru a preveni retragerea tijei cilindrului în cazul în care se va produce o rupere hidraulică sau o scurgere între cilindru şi supapa de control aferentă. b) Distribuitorul Distribuitorul

de comandă utilizat pentru comanda direcţiei (9) este un distribuitor

electromagnetice cu patru căi, cu trei poziţii, Când un circuit este activat şi solenoidul supapei de comandă este alimentat, sertarul distribuitorului este deplasat şi orificiul de lucru corespunzător se deschide pentru a permite fluxul de ulei către componenta din circuitul selectat, cu deschiderea portului de lucru opus deschiderii rezervorului.

-9-

Odată ce circuitul este dezactivat (comanda se întoarce la neutru), solenoidul nu mai acţionează asupra sertarului şi acesta revine la neutru (centrul), iar fluxul de ulei este direcţionat prin corpul supapei şi revine la rezervor.

Fig. II-2-1 – Schema hidraulică

- 10 -

c) Supapa de siguranţă Supapa de siguranţă (7) este instalată la ieşirea din pompa hidraulică pentru a proteja sistemele şi componentele asociate împotriva presiunii excesive. Presiunea excesivă poate fi dezvoltată atunci când un cilindru atinge limita de deplasare, iar curgerea fluidului sub presiune este continuată de către sistemul de control. Supapa de siguranţă oferă o cale alternativă pentru curgerea continuă a pompei, prevenind astfel ruperea cilindrului, a conductei hidraulice sau a fitingului. Defectarea completă a pompei hidraulice este de asemenea evitată prin amortizarea presiunii circuitului. Supapa de siguranţă este instalată în circuitul dintre orificiul de evacuare al pompei (conducta de presiune) şi cilindrul circuitului, în general ca parte integrantă a sistemului de distribuire al sistemului. Limitele de presiune sunt setate uşor mai ridicate decât cerinţele de sarcină, cu ajutorul supapei de deviere a excesului de presiune livrat de către pompă înapoi în rezervor atunci când presiunea de funcţionare a componentei este atins. d) Supapele de trecere de siguranţă Supapele de trecere de siguranţă (14) sunt utilizate în circuite în care cilindrul necesită o presiune de funcţionare mai mică decât cea furnizată sistemului de către pompă. Când circuitul este activat şi presiunea necesară la dispozitivul de acţionare este dezvoltată, supapele de siguranţă, montate încrucişat, deviază excesul de presiune de la pompă în rezervor. Siguranţa individuală, integrală, este asigurată pentru fiecare parte a circuitului. e) Supapa proporţională Este o supapă (8) al cărei debit este proporţional cu mărimea tensiunii furnizată solenoidului supapei. Tensiunea este obţinută de controlerul maşinii şi determinată de poziţia joystick-ului. f)

Supapa de coborâre manuală

Supapa de coborâre manuală (12) este amplasată pe partea superioară a supapei de menţinere de pe cilindrul de ridicare. Supapa de menţinere este o supapă solenoidală închisă în mod normal şi menţine platforma în poziţie ridicată. Când este activată, supapa se deschide pentru a permite coborârea. Supapa de menţinere este conectată la supapa de coborâre manuală, care este conectată la un cablu care, atunci când este tras, deschide manual portul de ridicare al supapei şi permite coborârea platformei în cazul pierderii puterii hidraulice. g) Alte elemente ale instalaţiei hidraulice: -

filtre cu sau fără supapă de refulare(4, 5, 9, 15);

-

debitmetru (13)

- 11 -

Din punct de vedere constructiv poziţionarea elementelor principale ale instalaţiei hidraulice este următoarea:

Fig. II-2-2 – Dispunerea cilindrului de direcţie

Fig. II-2-3 – Compunerea ansamblului cilindru de ridicare-pompă hidraulică, rezervor ulei

- 12 -

Fig. II-2-4 – Ansamblul motor antrenare-pompă hidraulică, rezervor ulei

Fig. II-2-5 – Vedere asupra pompei dinspre axul de antrenare 3. Funcţionarea sistemului hidraulic a) controlul direcţiei de deplasare: Lichidul hidraulic din rezervor (1) este absorbit în instalaţie de către pompa (2) angrenată de motorul electric (3) prin filtrul (4) pentru înlăturarea impurităţilor mai mari de 250 μm. Acesta intra in distribuitorul 4/3 cu 3 poziţie cu comanda electrica (10) prin intermediul unui filtru (9) care înlătură impurităţile mai mari de 300μm. În cazul în care pompa oferă un surplus de debit, acesta este evacuat prin supapa de siguranţa (7) către circuitul de retur. Supapa de siguranţă are un prag de 1900 PSI (131 Bari) Din distribuitor (10) lichidul ajunge în cilindrul cu dubla acţionare (16), în funcţie de poziţia distribuitorului, pe conducta A sau B prin intermediul unor filtre de 300μm. Excesul - 13 -

de presiune este deviat către retur prin intermediul supapelor de trecere de siguranţă (14).

Supapele de trecere de siguranţă au un prag de 1500 PSI (103 Bari) Circuitul de retur se întoarce în rezervorul de ulei prin intermediul unui filtru de 20μm (5) prevăzut şi cu o supapă de by-pass pentru evitarea acumulării de presiune periculoasă în cazul înfundării filtrului. b) ridicarea/coborârea platformei: Lichidul hidraulic din rezervor (1) este absorbit in instalaţie de către pompa (2) angrenată de motorul electric (3) prin filtrul (4) pentru înlăturarea impurităţilor mai mari de 250 μm. Acesta intra în supapa proporţională (8). În cazul in care pompa oferă un surplus de debit (presiunea mai mare de 1900PSI/131bari), acesta este evacuat prin supapa de siguranţa (7) către circuitul de retur. În supapa proporţională (8) debitul este reglat proporţional cu tensiunea aplicată de la controlerul maşinii. Mărimea tensiunii este determinată de poziţia joystick-ului. Lichidul hidraulic cu debit variabil provenit de la supapa proporţională ajunge prin supapa de sens (11), cu rol de menţinere a presiunii, la intrarea F a cilindrului de ridicare (17) asigurând ridicarea platformei în funcţie de dorinţa operatorului.

Pentru coborârea platformei prin intermediu supapei de coborâre manuală (12) lichidul hidraulic sub presiune (presiunea se formează datorit greutăţii care acţionează asupra pistonului cilindrului (17)) ajunge din portul F al cilindrului la portul S al acestuia. Controlul presiunii pe acest circuit se face prin intermediul debitmetrului (13). Surplusul de presiune este eliminat prin intermediul portului S1 al cilindrului către circuitul de retur. În scopul evitării formării de vacuum sau acumulării de presiune în rezervorul de lichid hidraulic din cauza fluctuaţiei nivelului acestuia pe timpul funcţionării, rezervorul este prevăzut cu două supape de siguranţă (6) de 3 PSI, respectiv 10 PSI. 4. Caracteristici tehnice ale componentelor hidraulice existente a) motorul pentru propulsie: motor cu excitaţie paralelă -

Ua = 24V

-

P = 0,65 Cp@3750 rpm;

b) motorul pentru acţionarea pompei hidraulice: motor cu magneţi permanenţi -

Ua = 24V;

-

P = 3 kW;

c) pompa hidraulică: pompă cu roţi dinţate -

p= 137 bari

d) Cilindru ridicare -

Alezaj: 7.1 cm - 14 -

-

Lungime cursă: 108 cm

-

Timp ridicare: 20 sec

-

Timp coborâre: 30 sec

e) Cilindru direcţie

III.

-

Diametru: 4.5 cm

-

Lungime cursă: 16 cm

CALCULAREA UNOR PARAMETRI SPECIFICI SISTEMULUI HIDRAULIC ALES Calculăm parametrii cilindrului de ridicare 1. Presiunea care acţionează asupra coloanei de ulei de sub piston la ridicarea platformei p=

m⋅a D2 π⋅ 4

unde: - p - presiunea [N/m2] - m - masa sarcinei pistonului (masa încărcăturii + masa platformei) [kg] - a - acceleraţia gravitaţională [m/s2] - D - alezajul cilindrului [m] în cazul de faţă avem - m = 230+250 = 480 [kg] - a = 9,8 ≅ 10 [m/s2] - D = 0,071 [m] deci: p=

480 ⋅ 10 = 1212983,47 ⎡⎣N / m2 ⎤⎦ = 12,13 [bari] 2 0.071 3.14 ⋅ 4

2. Debitul pompei QP = QC unde: - Qp - debitul pompei [cm3/sec] - Qc - debitul cilindrului [cm3/sec] ştiind că :

Qc = v p ⋅ A p unde : - vp - viteza pistonului [cm/sec] - 15 -

- Ap - aria suprafeţei pistonului [cm] rezultă că: 108 3,14 ⋅ 7,12 Qp = Qc = ⋅ = 213,68 ⎡⎣cm3 / s ⎤⎦ 20 4 3. Volumul pompei la n=3750rpm

Vp = IV.

Qp n

=

213,68 ⋅ 60 = 3,41⎡⎣cm3 ⎤⎦ 3750

SOLUŢII DE MODIFICARE

Înlocuirea pompei hidraulice cu modelul PFG1 produs de Rexroth Bosch Group.

- 16 -

Având în vedere că pompa originală asigură un volum de 3,41 cm3/rot la turaţia maximă a motorului electric, se alege o pompă care să asigure 5 la turaţia de 3600 rmp

Caracteristicile noii pompe hidraulice: - volumul pompei: 5 cm3 la turaţia maximă de 3600 rpm; - presiunea maximă: 2610 PSI/180 Bari; V.

CONCLUZII

Utilizarea unui motor mai performant care asigură un volum şi o presiune mai mari la o turaţie mai scăzută va avea drept efect reducerea consumului de energie electrică şi creşterea fiabilităţii motorului electric

- 17 -

VI.

BIBLIOGRAFIE

1. Service

&

Maintenance

Manual,

Models

1930ES/2030ES/2630ES/

2646ES/3246ES, Corporate Office JLG Industries, Inc., JLG Drive McConnellsburg PA. 17233- 9533, USA, November 27, 2013; 2. Operation and Safety Manual, Models 1930ES/2030ES/2630ES/ 2646ES/3246ES, Corporate Office JLG Industries, Inc., JLG Drive McConnellsburg PA. 17233- 9533, USA, Mai 1, 2013; 3. http://www.jlg.com 4. http://www.gcironparts.com/printimage.asp?page=http://gcironparts.com/JLGIMAG ES/31216810101.gif&name=27849 5. Hydraulics product catalog with preferred & spotlight delivery programs section, Rexroth Bosch Group

- 18 -