Captoare pentru masurarea fortelor

Forma elementului elastic al unui captor pentru masurarea fortelor are o importanta deosebita. Pentru protectia corecta a acestuia se recomanda:

elementele elastice sa aiba zone cat mai raspandite in care deformatiile sa fie mari si unifome;

traductoarele rezistive pentru masurarea deformatiilor specifice ale elementului elastic se vor amplasa la distante suficient de mari de punctul de aplicare al fortei;

forta se va aplica pe cat posibil punctiform;

traductoarele rezistive se vor amplasa si conecta astfel incat semnalul de iesire al captorului sa fie proportional cu media deformatiei specifice masurate in diferite puncte ale elementului elastic.

Pentru traductoarele rezistive dimensiunile se exprima functie de o constanta k ale carei valori se determina functie de valoarea fortei nominale.

Traductoarele rezistive se vor amplasa in zona mediana de lungime L a elementului elastic, raportul dintre deformatia specifica masurata pe suprafata interioara si masurata pe suprafata exterioara fiind

Fig. 42

Pentru o valoare de 1^o/_oo a deformatiei specifice medii constanta k ce defineste dimensiunile elementului elastic se determina functie de forta nominala P cu ajutorul curbelor reprezentate in figura 43.

Fig. 43

In aceste conditii liniaritatea captorului va fi mai buna de 0,5%.

Pentru exemplificare consideram o bara curba, in forma de semicerc, de raza R cu modulul de elasticitate EI = ct. si incastrata la ambele capete.

Fig. 44

Bara este solicitata de o forta verticala la P = 1000 daN, aplicata in planul de simetrie. Sa se ridice nedeterminarea si sa se traseze diagramele cotate N, T si M_i.

Bara fiind simetrica si incarcata simetric:

x_A = x_B

M_A = M_B fiind dublu static nederminata

Pentru inlaturarea nedeterminarii se foloseste teorema lui Castigliano:

Integralele de mai sus se vor efectua numai pe jumatate de bara deoarece aceasta este simetric constituita si solicitata.

M_1-2 = M_A + 0,5PR( 1 - cos ) - x_ARsin

Se obtine:

Se obtine sistemul de ecuatii:

M_A + 2x_AR = 0,57PR

-M_A + 0,78x_AR = 0,25PR

Dupa rezolvare se obtine:

x_A = 0,46P

M_A = 0,11PR

Pe baza acestor valori se traseaza diagramele cotate de eforturi.

Fig. 45

Eforturile din sectiunea barei sunt:

N_A = N_B = - 0,5P

N₁ = - 0,46P

Fortele taietoare:

T_A = - 0,46P

T_B = 0,46P

T₁^s = 0,5P

T₁^d = - 0,5P

Fig. 46

Momentele incovoietoare:

M_A = M_B = 0,15PR

M₁ = 0,11PR + 0,5PR - 0,46PR = 0,15PR

Pentru ca T_A-1 = 0,5sin - 0,46cos se anuleaza pentru = 43⁰, rezulta ca:

Fig. 47

M_max = 0,5Pr( 1 - cos43⁰ ) - 0,46PRsin43⁰ + 0,15PR

M_max = -0,03PR

Pentru masurarea fortelor de contact dintre rotile caruciorului si sinele caii de rulare pe care se deplasaeza, se utilizeaza montaje cu traductoare rezistive.

Fig. 48

Se lipesc pe suprafata laterala a inimii sinei, la nivelul axei neutre, pe directia la 45⁰ fata de axa sinei, patru traductoare fiind pe o fata a inimii, iar alte patru pe cealalta fata.

Conectarea celor opt traductoare se face astfel:

Fig. 49

Deformarea specifica masurata la puntea tensiometrica este:

, unde:

- coeficient de contractie transversala al materialului sinei

E - modul de elasticitate

b - grosimea inimii sinei pe directia axei neutre

S - momentul static fata de axa z al partii din sectiune situate deasupra acestei axe

I_z - momentul de inertie axial al sectiunii sinei

Conform relatiei de mai sus, semnalul de iesire al captorului nu depinde de distanta l dintre reazeme, nici de existenta unor componente longitudinale sau transversale ale fortei care solicita sina si nici de pozitia fortei P ce se masoara.

Singura conditie care se impune este ca forta P sa se afle intre cele doua sectiuni in care s-au montat traductoarele.

In vederea efectuarii unor masuratori corecte cu ajutorul unui captor este necesar ca aceasta sa fie insotit de o curba de etalonare, determinata la fabricarea acestuia. Deseori este necesar ca ulterior sa se verifice sau sa se corecteze aceasta curba mai ales dupa utilizare indelungata sau in urma unor incidente survenite la transportare, depozitare, masurare.

6.9.6. Tehnica pregatirii masurarii

Pregatirea suprafetei in vederea aplicarii traductorului

Pentru o mai buna aderenta a adezivului, suprafata piesei trebuie sa fie curata, fara nici o urma de murdarie, ulei, praf si neutra din punct de vedere chimic.

Deci, inainte de aplicarea traductorului sunt necesare o serie de operatii de curatare mecanica si chimica, care trebuie efectuate in mod obligatoriu.

a)      Pregatirea mecanica are ca scop indepartarea statului de vopsea, oxizi, de pe suprafata metalului in locurile unde se pot aplica traductoarele.

O suprafata de foarte buna calitate se obtine prin sablare. In mod obisnuit se executa polizarea cu ajutorul polizorului electric sau pneumatic.

Suprafata obtinuta dupa polizare trebuie sa fie plana, lucioasa, fara denivelari locale si fara urme de oxizi.

In cazul in care dupa indepartarea vopselei se constata ca suprafata prezinta urme adanci de coroziune, pori, etc se vor alege alte pozitii ale traductorului.

In final polizarea trebuie efectuata cu o piatra cu granulatie foarte fina pentru a obtine o suprafata cat mai neteda. Dupa aceea, oricare ar fi gradul de finisare al suprafetei, aceasta se aspreste prin frecare cu o panza pe directia perpendiculara. Dupa terminarea pregatirii mecanice a suprafetei se marcheaza directia si pozitia traductorului prin zgariere cu un varf ascutit de otel dur.

Dupa lipirea traductorului se face o verificare a pozitiei acestuia fata de urmele trasate, iar eventualele decalaje fata de urme vor fi pe releveu. Tot dupa pregatirea mecanica se face si o masurare a dimensiunilor reale ale elementelor deoarece pot exista abateri care sa modifice suprafata reala a sectiunii.

b)      Pregatirea chimica

Dupa prelucrarea mecanica a suprafetei urmeaza operatia de curatare chimica care are ca scop indepartarea oricarei urme de murdarie, praf, grasime astfel incat in momentul aplicarii traductorului, suprafetele sa fie perfect curate si neutre din punct de vedere chimic.

Curatarea incepe prin frecarea suprafetei cu carpe curate, uscate pentru indepartarea prafului rezultat din frecarea cu panza emeri. Este foarte importanta curatarea, deoarece daca s-ar sterge direct cu tolnol, acest praf s-ar transforma intr-o pasta care adera pe suprafata metalului murdarind-o si care se indeparteaza destul de greu.

Suprafata se considera curata si se poate trece la curatarea cu tolnol numai cand ultima carpa folosita ramane curata dupa frecarea energica a suprafetei.

Curatarea cu tolnol se considera terminata in momentul in care pe tamponul curat nu apare nici o urma de murdarie dupa frecare.

Dupa curatarea cu tolnol suprafata se curata in continuare cu tampoane imbibate cu acetona in acelasi fel si cu aceleasi precautii ca si la curatarea cu tolnol.

Suprafata curatata cu acetona trebuie sa fie ceva mai mica decat suprafata curatata anterior cu tolnol, deoarece zona de margine nefiind la fel de bine curatata ca si zona centrala, urmele de murdarie ce se gasesc in zona de marginire s-ar intinde pe intreaga suprafata.

Se atrage atentia asupra importantei incalzirii si uscarii preliminare a locului pe care se aplica traductorul, precum si asupra uscarii traductorului pe hartie, inainte de lipire deoarece aceasta operatie influentaeza substantial marimea rezistentei de izolare dintre traductor si elementul pe care este lipit.

Aplicarea traductorului constituie faza cea mai delicata a operatiei de pregatire a unei incercari tensometrice, deoarece implica rapiditate si precizie de lucru.

Traductoarele uscate in prealabil cu un curent de aer cald sau cu raze infrarosii trebuie aplicate pe piesa imediat dupa curatare chimica si inainte ca acesta sa se raceasca la temperatura mediului ambiant. In felul acesta se evita depunerea de praf pe piesa curatata precum si condensarea vaporilor de apa din atmosfera care ar compromite calitatea lipirii.

Practic, operatia de lipire a traductoarelor cu adezivi rapizi Eastman 910 si Z70 decurge astfel:

In timp ce un operator curata chimic suprafata pe care se va aplica primul traductor, un alt operator pregateste traductorul pentru lipire. Aceasta pregatire consta in uscarea traductorului cu un curent de aer cald furnizat de un uscator sau cu ajutorul unei radiatii de 8 raze infrarosii si in aplicarea unei bucati de banda adeziva pe partea exterioara.

Aceasta banda se lipeste la capatul opus capatului la care ies firele de cinexiune si depaseste cu cca. 5mm marginea traductorului. Traductoarele vor fi apucate de firele de conexiune cu o penseta.

Dupa terminarea curatarii chimice a locului unde va fi lipit traductorul in timp ce acesta trebuie sa fie uscat, cel de al treilea operator procedeaza la neutralizarea suprafetei. Se aplica neutralizatorul cu ajutorul unui betisor cu vata la capat sau cu un mic tampon de vata manipulat cu o penseta. Se sterge apoi excesul de neutralizant si se freaca bine cu o bucata de carpa curata pana ramane perfect curata si uscata. Se aseaza apoi traductorul in pozitia exacta in care trebuie sa fie lipit si se preseaza cu degetul capatul de banda adeziva ce depaseste capatul traductorului, fixandu-l astfel pe piesa. Mentinandu-l in aceasta pozitie, tinandu-l cu o mana de firele de conexiune se aplica acceleratorul pe fata posterioara cu ajutorul pensulei din dopul flaconului, lasandu-se apoi sa se usuce in aceasta pozitie.

Uscarea acceleratorului se face in cca 1 min.

Dupa uscare se intind cu ajutorul unei lamele o picatura de adeziv pe suprafata metalica si se aplica imediat traductorul presandu-l prin intermediul unei folii de polietilena. Presarea se face penru a indeparta aerul si excesul de adeziv de sub traductor, iar presiunea exercitata trebuie sa fie din ce in ce mai mare incepand de la capatul fixat cu banda adeziva. Traductorul se mentine presat circa 1 minut dupacare se indeparteaza cu grija folia de polietilena si se ridica firele de conexiune prinse in stratul de adeziv in exces iesit de sub traductor intimpul presarii. Se indeparteaza excesul de adeziv din jurul traductorului si se face imediat protejarea lui impotriva umiditatii.

Dupa indepartarea excesului de adeziv se aplica cu pensula in jurul traductorului un strat subtire de Haftgrund care se lasa circa 10 15 minute. Se ridica apoi capetele firelor de conexiune in pozitie verticala si se aplica chitul de cauciuc intr-un strat de circa 0,5 1 cm grosime, presandu-se cu degetul atat pe margine cat si pe traductor.

Dupa lipirea capetelor cablului de conexiune de firele traductorului se aplica peste regiunea in care firele sunt dezizolate inca un strat de chit de cauciuc, dupa care atat protectia cat si regiunea din jurul traductorului se vopsesc cu o vopsea alba pe baza de clorcauciuc.

Aceasta vopsire are pe de o parte rolul de a proteja de rugina metalul curat ramas liber si pe de alta parte de a se putea constata cu usurinta daca traductorul este intact sau daca nu cumva a fost lovit sau calcat.

CALCULUL TEHNICO-ECONOMIC

Costurile aferente incarcarii cu sudura constituie unul din factorii de decizie care concura la stabilirea tehnologiilor de sudare ale pieselor incarcate.

Costurile incarcarii cu sudura se compun in principal din urmatoarele elemente de calculatie: costul materialelor de adaos, costul manoperei, costul energiei electrice si costurile indirecte ale unitatii productive, evidentiate prin cheltuielile de regie.

Functiile obiectiv pentru optimizarea tehnologiilor de sudare:

costul sudurii z₁

timpul efectiv de sudare z₂

consumul de energie la sudarea z₃

Functiile z₁, z₂ si z₃ se optimizeaza prin minimalizare. Expresiile matematice ale functiilor obiective propuse se vor constitui astfel ca ele sa cuprinda diametrul d_e al electrozilor. Cerinta este motivata de faptul ca parametrii tehnologici I_s, U_a si v_s sunt corelati cu acelasi d_e.

Toate functiile obiective se vor elabora pentru 1 m de cusatura.

Timpul efectiv de sudare

Avand in vedere relatia:

kv_s = f_n(d_e) si faptul ca v_s se exprima in mod obisnuit in cm/min, avem:

kv_s = 1,1d_e² + 2,5 d_e + 56,1 +

d_e = 4 mm

kv_s = 1,1 = 138 cm/min

= 0,7244 min/m

Energia consumata la sudare se calculeaza cu relatia:

I_s = 21 d_e² + 24 d_e + 270

U_a = 2,215 I_s + 16,5

= 270 wh/m

Costul materialelor de adaos

Materialele de adaos folosite la incarcare se diferentiaza in functie de procedeele de sudare si de tipul acestora pe marci de fabricatie si preturi de cost. Se ia in consideratie volumul sudurii.

Y = 7,85 g/cm²    greutatea specifica a materialului de adaos

A = r - A_s sectiunea reala a cusaturii

r coeficient de ingrosare ce tine seama de ingrosare a cusaturii

Materialele consumate G_p la incarcarea unei piese se pot determina relatia:

In cazul sudarii sub strat de flux:

a = 1

b = 0,01 pentru sarma,

iar pentru flux:

a = 1,1

b = 0

Cantitatea de sarma electrod consumata se calculeaza cu relatia:

p = 9% pierderile de material prin stropire si arderi.

Calculul sectiunii teoretice

t = 14 mm

b = 2 mm

c = 16 mm

p = 6 mm

a

h = 4,2 mm

Costul manoperei

N_T - norma de timp

T_b - timp de baza

T_a - timp auxiliar

T_pi - timp de pregatire - incheiere

T_d - timp de deservire

T₀ - timp de odihna

Calculul regiei se evidentiaza prin cheltuielile indirecte efectuate de unitatile productive. In acestea sunt incluse: apa, caldura, lumina, intretinerea echipamentelor, materiale perisabile, etc.

Regia se calculeaza estimativ:

NORME DE PROTECTIA MUNCII

Echipamentele de sudura trebuie controlate periodic in ceea ce priveste buna functionare si legarea corespunzatoare la pamant. Protectia impotriva radiatiilor arcului se realizeaza astfel: protectia ochilor si fetei prin folosirea mastii de sudura; o atentie deosebita se va acorda alegerii sticlei de protectie a ochilor indiferent de intensitatea curentului cu care se sudeaza, la alegerea numarului sticlei de protectie, sudorul va avea in vedere ca trebuie sa existe o senzatie de confort in timpul lucrului. In raza de activitate a arcului electric nu este permisa prezenta materialelor volatile, inflamabile. Pentru protectia celorlalti sudori locul de munca va fi inconjurat cu paravane de protectie.

Buteliile de gaze se monteaza fara socuri iar cand nu se folosesc trebuie sa aiba capacul insurubat. In spatii umede sudorul va purta cizme de cauciuc.

Izolatia continua a cablurilor si conexiunile electrice corect realizate si izolate.

Respectarea fluxului tehnologic.

Manevrarea corecta a pieselor, accesoriilor si utilajelor, fara improvizatii.

Protectia impotriva gazelor si fumului se realizeaza prin asigurarea unei bune ventilatii la locul de munca.