Geïntegreerde proef. Industriële wetenschappen DE BLOEMKOOLMACHINE. 2 de leerjaar 3 de graad TSO. Mathias Sarrazin

Transcriptie

1 Geïntegreerde proef Industriële wetenschappen 2 de leerjaar 3 de graad TSO DE BLOEMKOOLMACHINE Mathias Sarrazin Schooljaar

2 Woord vooraf Ik heet Mathias Sarrazin en ik ben leerling van in het VTI van Poperinge, waar ik de richting Industriële Wetenschappen volg. Als laatstejaars moet men een geïntegreerde proef maken. Voor mij geldt dat dus ook. In mijn geval is dat de studie van een bloemkoolmachine. In mijn bundel zijn er twee sterkteberekeningen verwerkt. Ook het hydraulische gedeelte werd erin besproken. Er wordt onder meer uitleg gegeven over de werking van de verschillende hydraulische componenten. Voor het realiseren van mijn GIP heb ik beroep kunnen doen op dhr Marc Verhoest, bedrijfsleider van Verhoest Marc Landbouwmachines. Ook wil ik dhr F.Kinget en dhr P.Peltôt bedanken voor hun bijdrage. Ik dank dit eindwerk ook aan mijn ouders omdat ze mij hun bloemkoolmachine ter beschikking hebben gesteld.

3 Inhoudsopgave Inleiding Werking van de onthartingsmachine Sterkteberekening Dissel berekenen Uitleg over de methode De berekening Kabel berekenen op trek Inleiding Berekening Afmetingen cilinder bepalen Berekening Hydrauliek Debiet van de pomp berekenen De tandwielpomp Axiale lekspleet Radiale lekspeet Tandflankafdichting Cavitatie De Gerotor-Motor Overdrukventiel Direct bediend overdrukventiel Indirect bediend overdrukventiel Parallelstroomregelklep Oliecircuit Besluit Bibliografie Bijlage II

4 Figuur 1: Overbrengingsmechanisme... 3 Figuur 2: De ketting... 3 Figuur 3: Messen synchroniseren... 4 Figuur 4: Principe tandwiel verdraaien op as... 5 Figuur 5: De dissel... 6 Figuur 6: De dissel detail... 6 Figuur 7: Verdeling van krachten... 8 Figuur 8: Verdeling van krachten(waarden)... 8 Figuur 9: Schematische voorstelling... 9 Figuur 10: Dissel bevestiging Figuur 11: Trekspanning Figuur 12: Afschuiving Figuur 13: Stuikdruk Figuur 14: Schotelbandophanging Figuur 15: Schema trekberekening Figuur 16: Spanning-rek diagram Figuur 17: Versnellingskast of multiplicateur Figuur 18: Tandwielpomp Figuur 19: Opbouw tandwielpomp Figuur 20: Axiaalspleten Figuur 21: Radiaalspleten Figuur 22: Tandflankafdichting Figuur 23: Gerotor-Motor Figuur 24: Draairichting Gerotor-Motor Figuur 25: De Gerotor-Motor doorsnede Figuur 26: Overdrukventiel Figuur 27: Direct gestuurd overdrukventiel Figuur 28: Indirect gestuurd overdrukventiel Figuur 29: Parallelstroomregelklep Figuur 30: Doorsnede parallelstroomregelklep Figuur 31: parallelstroomregelklep Figuur 32: Het oliecircuit Figuur 33: Het oliecircuit met fictieve waarden Figuur 34: Treksterkte kabel III

5 Inleiding Er is steeds meer en meer vraag naar kant en klare maaltijden. Dus moet men op grote schaal groenten kunnen oogsten. Wat vroeger met de hand gebeurde, gebeurt nu machinaal om zo grote hoeveelheden te kunnen produceren. Zo werd de vraag naar een machine om bloemkolen te verwerken steeds groter. Maar hoe werkt zo een machine nu eigenlijk? Wel, in deze GIP wordt dat uitgelegd. Mijn GIP bestaat uit twee grote delen. Ten eerste wordt de hydraulica bestudeerd. Dit houdt in dat de verschillende componenten besproken worden en het oliecircuit getekend en verklaard wordt. Ten tweede worden er twee sterkteberekeningen gemaakt. Enerzijds wordt de kabel die de schotelband ophoudt berekend op trek. Anderzijds wordt het lager van de dissel op afschuiving, trek en oppervlaktedruk berekend. 1

6 1. Werking van de onthartingsmachine. Voor de industriële teelt van bloemkolen verwacht men dat het harde deel van de bloemkool verwijderd wordt. Dit gebeurt door middel van de onthartingsmachine. Hoe gaat dat nu in zijn werk? De bloemkolen worden handmatig afgesneden zonder wortel en bladeren. Dan worden ze ondersteboven in een schotel gelegd. Als ze in de onthartingskamer aankomen wordt de bloemkool in de schotel geduwd door middel van de schijf die zich onder de oliemotor bevindt. Dit is om de bloemkool horizontaal te krijgen en het hart te centreren door de conische vorm van de schotels. Dan verwijderen de draaiende neergaande messen het hart uit de bloemkolen. In dit geval gebeurt dat met twee bloemkolen terzelfder tijd. Men moet ervoor zorgen dat de messen en de schotelband gesynchroniseerd zijn. Anders zouden de messen in de schotels draaien en dat is zeker niet de bedoeling. Ook moeten de twee boorkoppen tegenover elkaar gesynchroniseerd zijn, zodat ze gelijktijdig hun uiterste standen bereiken. Hoe heeft men nu alles op elkaar afgestemd? De schotelband en de vliegwielen worden aangedreven door één motor. Op één schijf zijn over de hele omtrek symmetrisch rollen gemonteerd. Dat is het zelfde aantal als er rollen zitten in de ketting van de schotelband tussen schotel 1 en 3. Dit omdat er 2 boorkoppen zijn. De draaiende beweging van de andere motor wordt veroorzaakt door een kettingoverbrenging met twee identieke kettingwielen. 2

7 Overbrenging met twee identieke kettingwielen Rollen symmetrisch gemonteerd op de schijf. Figuur 1: Overbrengingsmechanisme Figuur 2: De ketting 3

8 Men werkt hier met een ketting omwille van de volgende voordelen: - bestand tegen vuil, vocht en hogere temperaturen. - slipvrije vermogenoverbrenging in tegenstelling bij het gebruik van riemen. Dat is de hoofdreden waarom men kettingen gebruikt en geen riemen want, de vliegwielen moeten gesynchroniseerd zijn met de schotelband. Met het gebruik van riemen wordt dit heel moeilijk. De nadelen zijn: - de kostprijs - smering - lage flexibiteit - optreden van lawaai Men kan besluiten dat de voordelen serieus doorwegen tegenover de nadelen voor deze toepassing. Om de boorkoppen te synschroniseren tegenover elkaar kunnen de vliegwielen onderling verdraaid worden. Dit kan door middel van de bouten te lossen boven de messen zoals in de figuur hier onder. Figuur 3: Messen synchroniseren Maar dan zou men ook de tandwielen waar de vliegwielen opzitten moeten verdraaien. Om dit probleem op te lossen zonder dat men moet beginnen met kettingen te verleggen, heeft men een flens vast gemonteerd op de as. In die flens zitten gleuven. Het tandwiel zit tegen die flens maar hij zit los op de as. Door middel van bouten en moeren zijn beide aan elkaar bevestigd. Wil men nu de boorkop verdraaien, dan moet men enkel nog de bouten een beetje lossen. Dit wordt ook gedaan om de aanvoer-of schotelband te synchronyseren ten opzichte van de messen. Ter verduidelijking staat het principe op onderstaande foto. 4

9 Tandwiel Flens Gleuf en bout Figuur 4: Principe tandwiel verdraaien op as Men heeft er bewust voor gekozen om de boorkoppen niet te synchroniseren met een vaste metalen lat. Dit is zo gemaakt omdat men het snel en gemakkelijk zou kunnen demonteren in geval van breuk of vernieuwing. 5

10 2. Sterkteberekening 2.1. Dissel berekenen Uitleg over de methode Figuur 5: De dissel Figuur 6: De dissel detail Om de dissel te berekenen op sterkte moet men weten welke kracht de trekker kan uitoefenen op de bloemkoolmachine. Daarvoor redeneerde men als volgt. De trekker oefent zijn maximale kracht op de machine uit net voor de wielen beginnen doorslippen. Dus is de kracht waarmee de trekker trekt aan de machine gelijk aan de wrijvingskracht veroorzaakt door de wrijving tussen de banden en het draagvlak. Om deze kracht te 6

11 bepalen moest men de normaalkracht (Fn) kunnen bepalen. Dat is de reactiekracht veroorzaakt door de zwaartekracht. Men weet dat de normaalkracht alleen maar een kracht kan uitoefenen dat loodrecht op het oppervlak staat. Dus voeren we de berekeningen uit voor het geval de trekker en de machine horizontaal staan. Want dan is 1) Met F n : normaalkracht (N of kn) F z : zwaartekracht (N of kn) Dus moeten we F z bepalen, dat kan alleen als we de massa weten. Want Met F: kracht(n) m: massa(kg) a: versnelling(m/s²) De massa van de trekker heeft men bepaald door de kentekenplaat te lezen. Men heeft dit gedaan bij een zware trekker met een groot vermogen, omdat we de maximale kracht willen kennen die de dissel ondergaat. Maar we moeten ook rekening houden met de kracht op de trekker veroorzaakt door de massa van de bloemkoolmachine. Daarvoor heeft men volgende meting gedaan. Men heeft de schotelband open geplooid om zo het gewicht op de dissel te vergroten. Men heeft er ook bloemkolen opgelegd om dezelfde reden. Er werden geen containers op de machine geplaatst omdat de massa van die containers een tegenwerkend moment uitvoeren op de dissel. Met andere woorden de massa op de trekker zou verlicht worden. Dat is niet de bedoeling want we zouden de maximale massa moeten weten die op de trekker rust. Om de massa op de trekker te bepalen heeft men een transpallet genomen die een weegschaal heeft. Vervolgens heeft men een krik op de transpallet geplaatst en dat geheel onder het oog van de dissel geplaatst. En zo heeft men de dissel opgekrikt en de massa bepaald De berekening De massa van de trekker is 6000kg. De massa op de trekker veroorzaakt door de bloemkoolmachine is 1279kg. Om de trekker zo gunstig mogelijk te belasten moet 40% van de totale massa op de vooras rusten en 60% op de achteras. 7

12 Figuur 7: Verdeling van krachten We proberen nu dat evenwicht na te streven. 12,55kN 23,54kN 58,86kN 35,32kN Figuur 8: Verdeling van krachten(waarden) 8

13 We maken nu een simpelere voorstelling van de inwerkende krachten. F1 F2 F3 F A B 40%F5 60% F5 Figuur 9: Schematische voorstelling Krachten Gegeven: m 2 = 2400kg m 3 = 3600kg m 4 = 1279kg gevraagd: F 1, F 5 Oplossing: Als we nu (2) in (1) invullen bekomen we 9

14 Om nu te weten welke massa we moeten bevestigen aan de fronthef van de trekker maakt men volgende berekening. Nu berekenen we de totale kracht F5 die inwerkt op de trekker. We nemen formule (2) en vullen F1 in. Uit onderstaande tabel bepalen we de statische wrijvingscoëfficiënt. Tabel 1: Wrijvingscoëfficiënt Statische (f s ) en dynamische (f d ) wrijvingscoëfficiënt Correlerende stoffen f s f d Opmerking Staal op staal 0,74 0,57 Staal op ijs 0,01 0,012 Aluminium op staal 0,61 0,47 Koper op staal 0,53 0,36 IJzer op zink 0,85 0,85 Hout op hout 0,25-0,50 0,2 Hout op sneeuw 0,05 0,15 Leder op hout 0,35 0,35 Glas op glas 0,94 0,4 Rubber op beton 1,00 0,8 droog wegdek Rubber op beton 0,8 0,8 nat wegdek glad wegdek Rubber op beton 0,20-0,40 0,8 (sneeuw en ijs) Rubber op asfalt 0,8 0,8 droog wegdek Rubber op asfalt 0,50-0,70 0,8 nat wegdek Rubber op ijs 0,1 0,15 Teflon op teflon 0,04 0,04 We nemen de statische wrijvingscoëfficiënt van rubber op beton omdat dit de grootste logische waarde is. 10

15 Gegeven: f s =1 F n =F z =F 5 =80,8kN Gevraagd: Oplossing: Met F w F w : de wrijvingskracht (N) f s : statische wrijvingscoëfficiënt F N : normaalkracht (N) Nu volgt de effectieve berekening op afschuiving. Gegeven: volgende figuur Fw ½ Fw ½ Fw Figuur 10: Dissel bevestiging 11

16 Gevraagd: Is deze constructie sterk genoeg gemaakt om een breuk te vermijden. Oplossing: Trekspanning Figuur 11: Trekspanning Met σ t : trekspanning(kn/cm²) F: inwerkende kracht(kn) A: oppervlakte van de zwakste plaats in het stuk(cm²) De dissel is vervaardigd uit zacht staal en heeft dus een toegelaten trekspanning van 8kN/cm² aangezien de veiligheidscoëfficiënt gelijk is aan 4,5. (1.8) Met : toelaatbare trekspanning(kn/cm²) σ b : breukspanning(kn/cm²) v: veiligheidscoëfficiënt 12

17 Afschuiving Figuur 12: Afschuiving Met : afschuifspanning(kn/cm²) F: inwerkende kracht(kn) A: doorsnede van de cilinder(cm²) De dissel is vervaardigt uit zacht staal en heeft dus een toegelaten afschuifspanning van 6,4kN/cm². We komen aan die waarde omdat (1.10) Met : toelaatbare afschuifspanning(kn/cm²) toelaatbare trekspanning(kn/cm²) Ook kunnen we zeggen dat de dissel zeker sterk genoeg gemaakt is wat afschuiving betreft. 13

18 Stuikdruk Figuur 13: Stuikdruk Met σ s : oppervlakte druk(kn/cm²) F: inwerkende kracht(kn) d: diameter van het gat in de plaat(cm) s: plaatdikte(cm) De dissel heeft een toegelaten oppervlakte druk van 12,8kN/cm², men komt aan die waarde omdat Met : toelaatbare oppervlakte druk(kn/cm²) : toelaatbare trekspanning (kn/cm²) Ook hier kunnen we zeggen dat de dissel sterk genoeg gemaakt is wat oppervlaktedruk betreft. 14

19 Samenstellen van de spanningen Men kan besluiten dat de machine sterk genoeg is gemaakt voor alle spanningen afzonderlijk. Maar deze spanningen kunnen ook tegelijkertijd inwerken op de machine. De trekspanning en stuikdruk zijn twee normaal spanningen die je dus gewoon mag optellen. (1.13) Met σ: normaalspanning (kn/cm²) σ t : trekspanning (kn/cm²) σ s : stuikdruk (kn/cm²) Aangezien afschuiving een tangentieelspanning is kunnen we deze niet gewoon optellen met de normaalspanningen. Daarvoor gebruikt men de methode van Huber en Hencky Met σ i : ideële spanning (kn/cm²) σ: normaalspanning (kn/cm²) trekspanning (kn/cm²) (1.14) Dit is geen resulterende spanning maar een equivalente spanning die dezelfde vezelverlenging veroorzaakt. De uitgekomen spanning is kleiner dan de 8kN/cm², dus kan men besluiten dat de dissel sterk genoeg gemaakt is. 15

20 2.2. Kabel berekenen op trek Inleiding Schotelband kabel Cilinder Figuur 14 Schotelbandophanging De schotelband van de bloemkoolmachine wordt opgehouden door middel van een kabel en een cilinder om de hoogte van de band te regelen. Wat men nu gaat proberen te doen is berekenen of de kabel wel sterk genoeg is om de band op te houden. Daarvoor moeten we weten welke kracht de cilinder moet uitoefenen en dus aan welke kracht de kabel onderworpen is. Die kracht kunnen we berekenen als we de Y-component weten. Om die Y-component te weten, beschouwt men de schotelband als een verdeelde belasting met twee steunpunten. Één steunpunt aan het linkeruiteinde van de band (waar de band scharniert) en het andere uiteinde op de plaats waar de kabel inwerkt op de schotelband. Als we dan de reactiekracht van het tweede steunpunt kennen, kennen we ook de Y- component van de kracht in de kabel. Dit omdat ze immers gelijk zijn. Maar om dit alles te berekenen heeft men de massa van de verdeelde belasting nodig. Men ging als volgt te werk. Men plooide de schotelband open en aan het uiteinde van de band plaatste men een transpallet voorzien van een weegschaal. Men heeft ook houten balkjes op de transpallet geplaatst, waardoor de band horizontaal is als men de schotelband laat rusten op de transpallet. Men liet dan de band effectief zakken. Op de weegschaal kon men dan een massa aflezen. Dat was de helft van de massa van de band. Dit omdat de band in zijn twee uiterste punten opgehouden wordt. En aangezien de zwaartekracht in het midden van de band aangrijpt kan men stellen dat de massa symmetrisch verdeeld wordt over de twee draagvlakken. Dit geldt alleen voor de band moest men het boorkopmechanisme gedemonteerd hebben. Dit was echter niet zo. Om de massa van het boorkopmechanisme te bepalen heeft men een schatting moeten doen. Men heeft de schatting ruim genoeg gemaakt om op zeker te spelen. Ook heeft men geen rekening gehouden met de eventuele kolen op de band. Dat probleem verhielp men als volgt. Men telde het aantal schotels op de band en deelde dit aantal door twee. Dit omdat de ene helft van de schotels zich aan de onderkant bevindt en dus geen kolen kan dragen. Men neemt de helft van het aantal schotels en vermenigvuldigt deze dan met de massa van een kool. We beschouwen dit ook als een verdeelde belasting. 16

21 Berekening Uit de metingen bleek dat de band een massa had van 545kg. Er zijn in totaal 46 schotels. Als de band vol ligt met kolen zijn dat er 23. Voor de massa van een kool nemen we 2kg, dat is veel als je weet dat op het contract 900g staat. Maar zo bouwen we hier een zekere marge in. Vandaar 2kg/kool. De band heeft dan een totale massa van. Als we dat nu delen door de totale lengte van de band bekomen we een verdeelde belasting van 58,2kg/m of nog 571N/m (volgens formule 1.4). Dit is de verdeelde belasting die F 2 veroorzaakt, zie fig.5. Om de verdeelde belasting te berekenen die F1 veroorzaakt moet men de massa van het boorkopmechanisme meetellen. Men schat deze massa op 90kg. Deze massa verdeeld over anderhalve meter geeft een verdeelde belasting van60kg/m. Deze verdeelde belasting komt bovenop de andere en dat geeft Nu volgt de berekening van F a, F b of Y-component F t Gegeven: q 1 = 1,16 kn/m q 2 = 571 N/m figuur R F1 F2 a 5500 R b Figuur 15 Schema trekberekening 17

22 Gevraagd: F a, F b Oplossing: Met F: de inwerkende kracht q: de verdeelde belasting l: de lengte over de verdeelde belasting F t R b 15 Uit figuur 34 (zie bijlage) kan men aflezen dat er een last van 151kN aan de kabel mag hangen. Men is ook de diameter gegeven, waardoor men de treksterkte kan berekenen. 18

23 We nemen hier een veiligheidscoëfficient van 6 omdat er zich een sprongbelasting kan voordoen als men door een put rijdt. We kiezen geen hogere veiligheidscoëfficient omdat een kabel maar in 1 richting kan belast zijn. Er zal met andere woorden nooit druk optreden en dus moeten we ook geen rekening houden met een wisselende belasting. Uit de berekening zie je dat de trekspanning mooi onder de toegelaten trekspanning ligt. 75kN/cm² 13kN/cm² 11kN/cm² Figuur 16: Spanning-rek diagram Afmetingen cilinder bepalen Uit bovenstaande metingen weten we nu dat de kracht in de kabel gelijk is aan 21,1kN. Ook weten we dat de cilinder zuiver op trek belast is. Dit wil zeggen dat er geen rekening moet gehouden worden met de mogelijke invloed van knik. Een aantal fabrikanten van cilinders hebben een bepaalde verhouding opgelegd. Deze verhouding drukt het verband uit tussen de oppervlakte van de zuiger en de oppervlakte van de ring. De oppervlakte van de ring is gelijk aan de oppervlakte van de zuiger vermindert met de oppervlakte van de zuigerstang. De resultante van deze verhouding wordt φ genoemd. Alle verhoudingen werden vastgelegd en genoteerd in onderstaande tabel. 19

24 Tabel 2 Verhouding oppervlakten van de cilinderonderdelen (aanbevolen door ISO) φ 1,06 1,12 1,25 1,4 1,6 2 2, Berekening Gegeven: F t =21,1kN Maximale overdruk = Tabel 2 Gevraagd: D en d van de cilinder Oplossing: Om een cilinder te bepalen met deze grootte van gegevens en wetende dat de cilinder op trek belast wordt en er dus geen sprake is van knik gebruikt men een φ- waarde van 1,4 Met P 1 : overdruk (N/mm²) A ring : oppervlakte van zuiger min oppervlakte stang (mm²) F last : kracht waarmee de cilinder belast wordt (N) Formule 1.17 gebruiken 20

25 De gebruikelijke (door ISO aanbevolen) reeks zuigerdiameters is 25, 28, 32,40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 en 500 mm. D en d uit bovenstaande berekening worden dus afgerond op 50 mm en resp. 25mm. Het rendement van cilinders met D 100mm is 0,85 0,95 en met D > 100 mm is 0,9 0,98. Dit rendementverlies is te wijten aan de wrijvingsverliezen. De cilinder moet dus een grotere kracht kunnen leveren dan 21,1kN. De zuigerdiameter zal dus groter moeten worden, dit heeft men bereikt door middel van de zuigerdiameter naar boven af te ronden en de diameter van de zuigstang naar beneden. De cilinderafmetingen zijn dus 50/ Met 50: Diameter van de zuiger 25: diameter van de stang 800: de slaglengte 21

26 3. Hydrauliek Om het oliecircuit van olie te voorzien heeft men een oliepomp nodig. Omdat we hier met een landbouwtoepassing zitten wordt de pomp aangedreven door de aftakas van de traktor (beter bekend als cardan) en niet door een elektromotor. Maar de aftakas draait maar met een toerental van ongeveer 600tr/min. Daarom is er nog een versnellingskast of multiplicateur tussen geplaatst. Hier wordt door middel van een tandwieloverbrenging het toerental verhoogt. Om deze theorie bij te staven heb ik het geleverde debiet van de pomp berekend Debiet van de pomp berekenen Gegeven: Gevraagd: Oplossing: Met ΔV=19cc/omw. n=600tr/min k = 3.5 debiet(q) (1.18) Q: debiet (l/min) ΔV: volumeverandering per omwenterling (cc/omwenteling) n: toerental (tr/min) k: versnellingskastverhouding Moest men geen versnellingskast gebruiken zou de pomp maar een debiet van 11,4l/min kunnen geven. 22

27 Figuur 17: Versnellingskast of multiplicateur Men heeft hier gekozen voor een tandwielpomp omdat ze niet zo duur zijn, een constant debiet leveren en omdat ze niet zo gevoelig zijn voor vuildeeltjes. Hieronder leg ik de werking van een tandwielpomp uit. 23

28 3.2. De tandwielpomp Figuur 18: Tandwielpomp Een tandwielpomp met uitwendige vertanding bestaat uit twee tandwielen die nauwkeurig in elkaar draaien. Dit geheel zit in een achtvormig huis. Op één van de twee tandwielen is een as gemonteerd dat door het voorste deksel heensteekt. Daarop is de aandrijving gemonteerd. In dit geval de versnellingskast dus die op zijn beurt is aangedreven door de aftakas van de tractor. Het andere tandwiel draait om een pen en wordt aangedreven door het aangedreven tandwiel. Figuur 19: Opbouw tandwielpomp 24

29 1. Twee tandwielen 2. lagerbrillen 3. huis 4.1 deksel 4.2 deksel 5. askeerkring 6. lagerbussen 7. axiale afdichtringen Waarom deze pomp een verdringingspomp genoemd wordt blijkt uit het volgende. De vloeistof wordt in de tandholtes meegenomen en langs het pomphuis van de zuig- naar de persaansluiting getransporteerd. De voor het aanzuigen benodigde onderdruk ontstaat door volumevergroting, namelijk als de desbetreffende tand uit de tandholte wegdraait. Aan de drukzijde van de pomp lopen de tanden weer in de tandholtes en wordt de vloeistof de persleiding ingedrukt. Daarbij ontstaat een enigszins pulserende opbrengst. Er zijn drie soorten lekken. Hieronder staan ze vermeld met hun oplossing. 25

30 Axiale lekspleet Een axiale lekspleet heeft zeker zijn nut wat smering betreft. Maar deze mag echter niet te groot worden want dan kan het deksel vervormd worden. Men opteert ook voor een tandwielpomp omdat deze pomp een constante volumestroom levert. Deze volumestroom kan echter alleen maar constant blijven als de lekspleet even groot blijft. Moest er nu slijtage optreden dan verandert de grootte van de lekspleet en dus ook de volumestroom. Dit probleem kan opgelost worden moest men de wanden (lagerbrillen) kunnen opschuiven. Dit noemt men de axiale lekspleetcompensatie, hieronder uitgelegd. De werking van de compensatie gebeurt als volgt. Men brengt de achterzijde van de lagerbrillen in verbinding met de perszijde. Men heeft er meestal voor gezorgd dat het drukoppervlak aan de achterzijde groter is dan aan de voorzijde, waardoor deze tegenwerkende kracht ietsje groter is dan de inwerkende kracht. Het gevolg is dus dat de lagerbril opschuift naar het tandwiel toe. Bij een goede dimensionering ontstaat er een evenwichtstoestand waarbij er nog een kleine lekspleet is die de smering kan verzekeren. De axiale afdichting heeft een speciale vorm zodat de aandrukkracht alleen werkt op dat gedeelte waarachter zich de tandholtes met vloeistof onder hoge druk bevinden. De afdichtring met steunring bevind zich in een groef in de lagerbril. Figuur 20: Axiaalspleten 26

31 Radiale lekspeet Dat is de afdichting die zich tussen de tandkoppen en het huis bevindt. De druk aan de perszijde werkt op de tandwielen en drukt deze in de elastische lagerbussen richting zuigzijde. (De lagerbussen zijn elastisch gemaakt om zo weinig mogelijk slijtage te hebben.) De tandkoppen lopen dus aan de zuigzijde tegen het huis en vormen daar de afdichtingszone 1 & 2. Omdat deze wrijving met het huis niet te groot zou worden heeft men de perszijde door middel van kanalen verbonden met de buitenzijde van de lagerbrillen. Juist op die plaats zodanig dat dit een tegenwerkende kracht oplevert aan de inwerkende kracht als gevolg van de perszijde. Hierdoor ondervinden de tandwielen minder hinder en de radiale lekspleet wordt verminderd. Na de inloopperiode vormen er zich tussen de tandkoppen en het huis kleine lekspleten. De pers-en zuigzijde zijn dus gescheiden door de afdichtingszones 1 & 2. Figuur 21: Radiaalspleten 27

32 Tandflankafdichting Bij het in elkaar grijpen van de tanden, wordt er olie tussen de op elkaar lopende tandflanken ingesloten. De ruimte 1 tussen de tanden neemt bij het verdraaien van de tandwielen echter af, waardoor de olie samengedrukt wordt. Dit veroorzaakt enorme piekdrukken waardoor een hoge belasting ontstaat. Om dit te voorkomen zijn er in de lagerbussen kleine uitsparingen 2 gemaakt, zodat de opgesloten olie terug kan stromen naar pers-of zuigzijde. Figuur 22: Tandflankafdichting 28

33 3.3. Cavitatie Dit is een gevreesd verschijnsel in de hydraulica. Dit verschijnsel kan op vele plaatsen in de leiding voorkomen maar de kans is het grootst aan de aanzuigzijde van de pomp. Waarom dit zo is wordt later vermeld. Uitleg van het begrip cavitatie Door plotselinge drukverlagingen ontstaan er in de olie dampbellen als de druk daalt tot onder de dampspanning van die olie. Bij druktoename imploderen de dampbellen, waarbij grote piekdrukken ontstaan en een temperatuur van wel 1100 C. De gevolgen Een caviterende pomp kan in enkele uren onherstelbaar beschadigd worden. Het systeem zelf kan ook ernstige schade oplopen door de losgekomen stukken metaal die door de olie meegevoerd worden. De beschadigingen die optreden zijn: - Afbrokkelen van materiaal in de componenten (motoren, ventielen, smoringen, ) - Houtwormachtige aantasting (holtevorming van metalen). Oorzaken - Na versnelling van olie achter een vernauwing of als gevolg van de in de olie aanwezige lucht of water - Hoge vloeistoftemperatuur hoge dampspanning - Weerstand en daardoor drukverlaging in het zuiggedeelte van het systeem door een te nauwe zuigleiding, een dichtgezogen zuigslang, te dikke olie, vervuilde zuigfilter. Met dit laatste heeft men bij de bloemkoolmachine geen probleem, aangezien de filter op de retour gemonteerd is. Nog een voordeel hiervan is dat de olie door de filter afgeremd is, waardoor er zeer weinig luchtdeeltjes in de olie geraken. De filter op de retour heeft ook wel zijn nadeel. Als de filter verstopt, zit er druk op de lekleidingen van de motoren en kan de askeerkring eruit geperst worden. Nog een nadeel is als men de olie ververst of bijvult er vuildeeltjes in het reservoir kunnen geraken. Deze deeltjes worden er maar uitgefilterd nadat het circuit doorlopen is. Daarom bevindt er zich in de opening van het reservoir ook een filter (soort zeef). 29

34 3.4. De Gerotor-Motor Figuur 23: Gerotor-Motor De Gerotor-Motor wordt gebruikt voor lage toerentallen. Hoe het komt dat zo een motor traag draait leg ik nu uit. Het hart van deze motor wordt gevormd door een stilstaande tandring, met als binnenvertanding 7 rollen. Er zit ook een beweegbare rotor in met 6 tanden. Door druk te zetten op bepaalde kamertjes ontstaat er op de excentrisch staande rotor een koppel dat de rotor in beweging zet. Het hart van de rotor (= as van de motor) maakt daarbij ten opzichte van het hart en de tandring een cirkelvormige beweging die tegengesteld is aan de rotatierichting van de rotor. Zo ziet men dat eerst kamer 1 wordt doorlopen en daarna kamer 2 en zo verder. Als men nu kijkt naar de pijlen op de tanden, dan ziet men dat de tanden in wijzerzin lopen en dus ook de as van de motor. 30

35 Figuur 24: Draairichting Gerotor-Motor We bepalen het slagvolume. Als de motor 1 omwenteling maakt wordt iedere kamer 6 keer doorlopen. Als het slagvolume van 1 kamertje 1cc bedraagt dan is het totaal slagvolume van de motor: 7 kamertjes x 1cm³ x 6 keer doorlopen = 42cm³ per omwenteling. Omdat de rotor excentrisch staat ten opzichte van het hart van de tandring wordt er gebruik gemaakt van een bolle spievertanding om de koppeling met de aandrijfas te maken. 31

36 Figuur 25: De Gerotor-Motor doorsnede 1. Stilstaande tandring 2. Rollen 3. Rotor 4. As 5. Aandrijfas 32

37 3.5. Overdrukventiel Om het oliecircuit te beveiligen tegen grote drukken die de leidingen en componenten zouden kunnen beschadigen, gebruikt men een overdrukventiel. Dit ventiel wordt parallel over de pomp geplaatst. Omdat men hier met grote volumestromen zit, gebruikt men een indirect overdrukventiel. Om de werking te kunnen verklaren moet men eerst het systeem van een direct overdrukventiel begrijpen. Overdrukventiel oliereservoir Oliefilter Figuur 26: Overdrukventiel Direct bediend overdrukventiel De systeemdruk werkt in op het oppervlak A en de daaruit volgende kracht F werkt tegen op de veerkracht. Met de regelschroef kan men de kracht die de veer uitoefent op de klep regelen. Figuur 27 Direct gestuurd overdrukventiel Als men nu met grote volumestromen zit, moet men een grotere klepdoorlaat hebben. Dit heeft als gevolg dat er een grotere oppervlakte is. Daarom zou men een grotere veer 33

38 moeten kiezen waardoor men het ventiel niet zo nauwkeurig kan regelen. Als oplossing van dit probleem bedacht men het indirect bediend overdrukventiel. Dit wordt besproken in onderstaand gedeelte Indirect bediend overdrukventiel Het indirect bediend overdrukventiel is opgebouwd uit twee kleppen. Namelijk de hoofdklep (1) en de voorstuurklep(2) die de werking heeft van een direct overdrukventiel. Met veer (3) stelt men de gewenste maximum systeemdruk in verminderd met 8 bar want dat is de druk die de veer kan weerstaan. Als de voorstuurklep dicht blijft is de druk op de klep gelijk aan de systeemdruk. Als de systeemdruk de ingestelde waarde bereikt opent de voorstuurklep. Als de systeemdruk nu blijft stijgen komt er een drukverschil tussen de onderkant van de hoofdklep en de bovenkant, als gevolg van de smoring (4). Als het drukverschil nu zo groot wordt dat het de veerkracht de veer (5) kan opheffen, opent de hoofdklep waardoor het een grote volumestroom kan doorlaten. Als de systeemdruk nu daalt, wordt het drukverschil kleiner waardoor de veer (5) de kracht van de olie terug overwint en de hoofdklep sluit. Als de systeemdruk nu ook daalt tot onder de ingestelde waarde zal ook de voorstuurklep sluiten. In het geval van de bloemkoolmachine is het overdrukventiel ingesteld op 160 bar, dit omdat de pomp een maximum druk van 175 bar kan verdragen. Zo is er nog een zekere veiligheid opgebouwd. Figuur 28 Indirect gestuurd overdrukventiel 34

39 3.6. Parallelstroomregelklep Men heeft geopteerd voor parallelstroomregelkleppen omdat men zo de motoren in serie kan zetten en in toerental regelen. Een parallelstroomregelklep bestaat uit 2 componenten. Namelijk een meetsmoring in parallel geschakeld met een reduceerklep. Deze klep zorgt ervoor dat je een druk kunt reduceren en nagenoeg constant houden. De volumestroom komt toe op (3) en wordt gesmoord door meetsmoring (1). Deze laatste kan je instellen naar gelang de gevraagde snelheid. Door die smoring wordt er druk opgebouwd in de aanvoerzijde. Als die druk groter wordt dan de druk veroorzaakt door de belasting van de motor plus de druk die de veer kan uitoefenen (± 7 bar), dan ontstaat er een vebinding tussen (3) en (5). Met deze volumestroom kan je dan een andere motor aansturen. Figuur 29: Parallelstroomregelklep Hier zie je een doorsnede van een parallelstroomregelklep. Met de regelschroef (1) kan je de volumestroom regelen. 35

40 Figuur 30: Doorsnede parallelstroomregelklep Figuur 31: parallelstroomregelklep 36

41 3.7. Oliecircuit Parallelstroom - regelklep Motor voor de breker Motor voor de afvoerband Motor voor de aandrijving van de schotelband Motoren van de Onthartings -kamer Cilinder voor de schotelband 3/2 ventiel met vergrendeling 4/3 wegventiel zonder vergrendeling Overdrukventiel Pompeenheid Figuur 32: Het oliecircuit Je ziet dat alle motoren in serie zijn geschakeld. Dit is omdat men er zeker van zou zijn dat ze allemaal draaien. Want moest men ze parallel plaatsen, zou de motor met de kleinste belasting de grootste volumestroom krijgen en heel snel draaien in tegenstelling tot de motor die zwaar belast is. Deze zou heel traag draaien of misschien zelf niet draaien. Uit het oliecircuit kan je afleiden dat de motoren van de onthartingskamer voordurend draaien. Dit is om te voorkomen dat de schotelband draait zonder dat de messen draaien. Want dan zouden de messen gewoon in de kolen gedrukt worden waardoor de messen zouden breken en de kolen niet onthart zouden zijn. De andere toepassingen zijn bediend met 1 schakelaar omdat het geen zin heeft dat de ene motor draait als de andere niet draait. Dit is ook zo omdat de werking van de machine in het gedrang zou kunnen komen. Men ziet dat wanneer men de cilinder bedient, hij de 37

42 volledige volumestroom van de pomp krijgt. Dit omdat de cilinder een grote kracht moet uitoefenen. Bijgevolg draaien de motoren eventjes trager of zelfs niet. Om een goede werking te bekomen moet men zorgen dat de opgebouwde druk zich tussen de 60 en 100 bar bevindt. Daarmee rekening houdend heeft men de oliemotoren bepaald. Omdat de werking van de seriemotoren nog moeilijk uit te leggen is heb ik onderstaand schema gemaakt. Weet wel dat dit fictieve waarden zijn. 17 bar 12 bar 40 bar 23 bar 5 bar 5 bar 2,5 bar 100 bar 60 bar 17 bar 0 bar 40 bar Figuur 33: Het oliecircuit met fictieve waarden 38

43 4. Besluit In het begin was het moeilijk starten om de juiste methode te vinden om de gegevens voor de sterkteberekeningen te bekomen. Eens alle gegevens verzameld werden gingen de berekeningen vrij vlot op het samen stellen van de spanningen na. Maar mits een kleine aanpassing kon dit gecorrigeerd worden. Wat het hydraulisch onderdeel betreft was er weinig informatie op het internet. Daarom werd er beroep gedaan op dhr Marc Verhoest die deze machines ontwerpt en maakt. Met deze informatie kon van start gegaan worden maar dit bleek nog redelijk moeilijk, aangezien ik geen achtergrond had van hydraulica. Daarom ben ik naar de bibliotheek geweest en heb daar enkele leerrijke boeken gevonden. Daarmee kon ik dan het volledige hoofdstuk uitleggen. Ik had ook het voordeel van deze machine thuis te hebben. Zodat ik tijdens men berekeningen nog snel iets kon gaan opmeten. Wat anders veel tijd zou vergen moest men de machine niet thuis staan hebben en dan deze info zou moeten vragen aan de constructeur. 39

44 5. Bibliografie De Lepeliere, A. (2006). Aanvankelijke sterkteleer 2. Antwerpen: De Boeck NV. Fontes. (2008, augustus 13). kettingaandrijving. Opgeroepen op oktober 14, 2009, van wikipedia: Götz, W. (1999). Hydrauliek in theorie en praktijk. Amerongen Nederland: Delta Press BV. Grashoofd. (2009, november 5). Wrijvingscoëfficiënt. Opgeroepen op november 10, 2009, van Wikipedia: Ing. Willem, j. (2007). cursus landbouwmachines. Katho-HivB-GLB. J.Vinke, & F.D.Stuyvenberg. (1989). Hydrauliek. Culemborg Nederland: Educaboek BV. van den Brinck, R. (2008). Hydrauliek. Amerongen: Delta Press BV. Verhoest, M. (2007). handboek bloemkoolmachine. Moorsele: Verhoest. 40

45 6. Bijlage Hello, I m Mathias Sarrazin and I'm 17. During the schooldays I ride my bike to get to school. I also try to help people with their homework if they don t understand it. Once home, I throw my books on the floor. When I make my homework, I listen to the music. I m sincere with girls and they can always trust me. After making my schoolwork, I go out to help my parents and solve problems because I m quite skillful. On Friday and Saturday I go out and have fun with friends. Once on the party I will buy some drinks but I will not overdo it. My final test I m Mathias Sarrazin. I describe a machine that is made to convert cauliflowers. The machine is meant for the industrial vegetable cultivation. I calculated the strength of the adze and the cable. For the solution of this calculation I used the method of Huber and Henky. I went to Marc Verhoest Machinery to get more information about the hydraulic components such as a cog pump, a cog engine, a spill valve, Bonjour, je m appelle Mathias Sarrazin. J ai 17 ans et je mesure un mètre quatrevingt dix. Dans la semaine scolaire je roule avec mon vélo à la gare. J essaie aussi d aider les étudiants qui ont des problèmes avec certaines matières. Quand j arrive à la maison, je mets la radio en marche. Quand j ai fait mes devoirs, je mets mes vêtements propres sur une chaise et je vais dehors. Là je solutionne des problèmes et j aide mes parents avec leur travail. Chaque samedi je vais à une boum. On peut faire confiance en moi s'il s agit de l argent, de possessions, de l amour, Je suis raisonnable et sincère avec les sentiments. Mon projet intégré Bonjour je m appelle Mathias Sarrazin. Je suis dans le 6 ième IW (sciences industrielles). Dans mon projet intégré j étudie une machine qui traite des chouxfleurs pour la culture de légumes industriels. Je calcule la force sur l herminette et la câble. J ai utilisé la méthode de Huber et Henky. Je discute l hydraulique avec des composants comme la pompe à engrenage et le trou de dilatation. i

46 Figuur 34: Treksterkte kabel ii

47 iii

48 iv

49 v