Instrumentação para sistemas Hidrostáticos - Apostilas - Engenharia Mecânica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Instrumentação para sistemas Hidrostáticos - Apostilas - Engenharia Mecânica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia mecanica sobre o estudo da instrumentação aplicada na transmissão de torque de um sistema hidrostático utilizado em carregadeiras sobre rodas dos fabricantes de equipamentos tais como Liebherr, Te...
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Engenharia Mecânica

Instrumentação para Engenharia Mecânica

INSTRUMENTAÇÃO APLICADA NA TRANSMISSÃO DE TORQUE:

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Sistema Hidrostático.

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1 Objetivo:

Apresentar a instrumentação aplicada na transmissão de torque de um sistema hidrostático utilizado em carregadeiras sobre rodas dos fabricantes de equipamentos tais como Liebherr, Terex, entre outros. Com isso consolidar os conceitos aprendidos em sala de aula.

2 Desenvolvimento Teórico:

O novo sistema não utiliza o conversor de torque nem a transmissão powershift que possui uma limitação de rendimento como nos sistemas convencionais figura 1, mas sim um sistema de translação hidrostática com uma caixa de marchas automática. A vantagem deste novo e revolucionário sistema é que a sua manutenção e operação é muito mais simples e barata e extremamente robusto. Em relação aos modelos similares, o consumo de combustível foi reduzido em impressionantes 25%. Isto significa um consumo menor de combustível de 4 a 6 litros por hora.

- Transmissão por conversor de torque:

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(a) (b)

Figura 1: a) Conversor de torque e b) Sistema convencional de transmissão powershift.

O gráfico 1 apresenta a curva de tração x velocidade de translação de uma caixa de transmissão powershift com conversor de torque. Nota-se que há uma área de potência não aproveitada entre a potência demandada do motor diesel (potência disponível) e potência convertida em trabalho (área pintada).

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Gráfico 1: Tração x Velocidade – Sistema Convencional.

- Transmissão hidrostática:

Este sistema geralmente aplicado em equipamentos de movimentação de carga sendo utilizado em larga medida pela engenharia alemã de equipamentos, onde se utiliza um sistema hidráulico fechado (Bomba/Motor hidráulico), transmissão automática e um sistema eletrônico de controle/monitoramento.

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Por ser um sistema que apresenta alto rendimento ainda com o motor diesel em baixa RPM, o sistema hidrostático apresenta baixo nível de poluição sonora e consumo de combustível além de aumentar a perspectiva de vida do motor diesel. A figura 2 apresenta uma visão geral do sistema.

Figura 2: Visão geral do sistema de transmissão hidrostática.

Agora as mudanças de marchas ficaram mais suaves, sem trancos tanto na aceleração quanto na frenagem. Por ser menor e simples, diminui custos com manutenção e principalmente peso

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operacional, diminuindo ainda mais o consumo de combustível. O rendimento da potência do motor diesel ainda maior chegando ao nível da perfeição. O gráfico 2 apresenta a curva de Tração x Velocidade do sistema hidrostático.

[pic]

Gráfico 2: Tração x Velocidade – Sistema Hidrostático.

Através das informações acima citadas pode se observar que a transmissão hidrostática continuamente variável com dois motores hidráulicos e com caixa de mudança de marchas automática possibilita uma aceleração até a velocidade desejada sem a trepidação nas trocas de marchas e desacelera igualmente de maneira suave, esse sistema proporciona movimentos, reversões, acelerações e frenagens fortes ou suaves sem trancos, ou seja, de forma progressiva, de acordo com a necessidade de cada operação.

- Instrumentação aplicada no sistema hidrostático:

• Controlador eletrônico:

A MC6 (micro controlador) é a placa eletrônica responsável por controlar o sistema de translação. Este controle tem como objetivo obter o melhor desempenho da máquina através das informações recebidas dos sensores a cada milisegundos e um sinal é enviado aos atuadores. A figura 3 apresenta o controlador.

[pic]

Figura 3 – Micro controlador MC6

• Sensor indutivo de rotação:

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Constituído por uma bobina que envolve um núcleo imantado. A passagem dos dentes da cremalheira diante do sensor provoca a variação do campo magnético gerando um sinal de AC induzida na bobina que é captado pelo controlador.

O sinal do sensor indutivo é sensível à distância entre a roda geradora de impulsos e o sensor. Caso essa distância esteja fora da especificação, a MC6 pode não interpretar o sinal. Não é possível regular essa distância, portanto sempre verifique se o sensor está bem fixado e examine a roda geradora de impulsos quanto à existência de deformações nos seus dentes (figura 4).

Figura 4: Sensor indutivo de rotação.

• Sensor de temperatura:

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Funciona como um resistor variável que varia a resistência de acordo com a temperatura. É um termistor do tipo NTC, portanto quanto maior a temperatura menor a resistência. Caso a temperatura do óleo hidráulico ou refrigerante tornar-se excessivo a MC6 irá reduzir a corrente da válvula solenóide proporcional. O gráfico 3 mostra a curva caracteristica do sensor de temperatura.

Gráfico 3: Curva característica do sensor.

• Sensor de posição:

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Com tendência magnética, esses sensores (figura 5) possuem circuito integrado (CI) de efeito Hall que detecta o movimento rotativo ao longo de um eixo em determinada faixa de operação, usados para detecção de movimento dos pedais acelerador e freio. O CI em conjunto com o circuito de proteção e condicionamento e dois ímãs permanentes, é encapsulado com selagem IP 67 ou superior, tolerando ambientes agressivos.

Figura 5: Sensor de posição do pedal.

• Válvula solenoide proporcional:

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É um dispositivo eletromecânico que produz uma força mecânica a partir do campo magnético criado por uma corrente elétrica na bobina. Utilizada na bomba, no motor hidráulico e na transmissão automática.

Dependendo das condições de trabalho da máquina a MC6 micro-controlador irá alterar a quantidade de corrente para a válvula solenóide proporcional. A figura 6 apresenta a válvula solenoide da bomba, onde dependendo da quantidade de corrente fornecida ao solenóide 3, o óleo de PSP é direcionado para a porta PST, isso resulta em uma pressão de controle proporcional.

A PST pressão de controle é direcionado para o tanque porta T quando o solenóide não é energizado.

[pic]

Figura 6: Válvula solenoide.

A válvula solenóide proporcional regula a pressão de controle da bomba de deslocamento variável. Dependendo das condições de funcionamento da máquina, o micro controlador determina a quantidade de corrente aplicada à válvula de DRE e, assim, a pressão de controle. Os seguintes parâmetros influenciam o regulamento:

➢ Posição do pedal do acelerador;

➢ Limitador de carga do regulador - var. displ. Bomba;

➢ Função redução automática ativa;

➢ Controle de tração;

➢ Temperatura excessiva;

➢ Sobre velocidade.

O controlador de micro determina a corrente no solenóide proporcional, dependendo da condição de operação da máquina e, portanto, o volume de admissão dos motores de deslocamento variavel, figura 7. Em 0mA, o motor está em angulo minimo, já com 600mA o mesmo encontra-se em angulo máximo.

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Os seguintes parâmetros influenciam na regulagem:

➢ Posição do pedal do gás;

➢ Velocidade;

➢ Carga limite regulador variavel do motor;

➢ função avançando;

➢ Tempomat;

➢ Sobre velocidade

[pic]

Figura 7: Válvula solenoide do motor.

- Principais características do sistema hidrostático:

• A transmissão hidrostática com dois motores hidráulicos e com caixa de mudança de marchas automática possibilita uma aceleração até a velocidade desejada, sem trepidação nas trocas de marchas e desacelera de maneira suave;

• Redução de emissão de poluentes;

• Apresenta baixo nível de poluição sonora;

• Grande diferencial é a redução do consumo de combustível.

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3 Conclusão:

A partir da apresentação do sistema de transmissão hidrostática, verificamos que a instrumentação é cada vez mais utilizada pela engenharia para tornar possível o desenvolvimento desses sistemas, pois através da instrumentação aplicada pode se aumentar o rendimento e diminuir o consumo de combustível. Portanto conseguimos com este trabalho consolidar os conhecimentos adquiridos em sala de aula através da análise deste sistema.

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Referência Bibliográfica:

- LIEBHERR, Engenharia de Serviços. Manual de Serviço: L580, 1997.

- INCB. Disponível em: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3890- mec095.html. Acesso em: 15 nov. 2011.

- NOTICIAS DA OFICINA. Disponível em http://noticiasdaoficina.com.br/noticia/reparacao-passo- a-passo/2011/03/sensor-de-rotacao-do-motor.html Acesso em: 15 nov. 2011.

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Bomba hidraulica

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1. marcha 10,6 km/h

2. marcha 20,2 km/h

3. marcha 44,0 km/h

Motor hidraulico 1

A6VM 107 EP

Motor hidraulico 2

A6VM 140 EP

a) Imã;

b) Núcleo ferromagnético;

c) Bobina;

d) Cremalheira do volante do motor.

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Solenoide proporcional

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