UNIVERSITATEA POLITEHNIC BUCURETI

FACULTATEA INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE I ECOLOGICE

AUTOGUNOIERE CU COMPACTARE

PRIN ROTAIE

Student: Burc Cristina

2014

2

Autogunoiere cu compactare prin rotaie

(ROTOPRESS + patent US6655894 + US4257728)

1) Scopul lucrrii

Lucrarea urmrete cunoaterea construciei i procesului de lucru efectuat de

autogunoierele cu compactare prin rotaie.

2) Cerine impuse mainilor

Autovehiculele destinate colectrii i transportului reziduurilor menajere trebuie s

asigure ncrcarea rapid a acestora, fr mprtiere, degajare de praf i zgomot, precum i un

transport nchis al reziduurilor i o descrcare rapid, la un factor util de ncrcare, care s

permit exploatarea vehiculului la parametrii cei mai economici, la capacitatea mxim de

ncrcare. Ele trebuie s aib o construcie simpl i fiabil, cu un coeficient de siguran n

exploatare maxim i s corespund prescripiilor valabile privind circulaia pe drumurile

publice i sigurana circulaiei. i nu n ultimul rnd, autovehiculele trebuie s aib instalaiile

de pornire i frnare sigure, deoarece acestea opresc i pornesc des.

Cerinele impuse autogunoierelor, conform normelor din protecia muncii sunt:

- Lucrtorii vor cltori n cabin, n locul special amenajat n acest scop. Se interzice

transportul acestora n sistemul de compactare sau pe scrile cabinei, chiar dac

autogunoiera se deplaseaz de la un punct de ncrcare la altul pentru colectarea

gunoiului. Se interzice urcarea i coborrea lucrtorilor pe i de pe autogunoiere n timpul

mersului.

- Conductorul auto va manevra autogunoiera la rampa de descrcare numai dup ce s-a

asigurat ca lucrtorii pentru ncrcare i descrcare nu se gsesc n zona respectiva.

- nainte de descrcarea gunoiului din gunoiera cu capac rabatabil manual se va asigura

capacul din spate cu o bar metalic fixat n aa fel nct s nu permit nchiderea

accidental prin cdere.

- La intrarea n autobaz, autogunoiera trebuie sa fie splat; la intrarea n atelier, trebuie s

fie i dezinfectat, [1].

3

3) Analiza constructiv i funcional a mainilor

Autogunoierele cu compactare prin rotaie sunt prevzute cu recipient cilindrico-conic

rotativ, acionat printr-o coroan dinat, de la un reductor antrenat de la cutia de viteze a

vehicului, sau, mai recent, de la un motor hidraulic.

Recipientul de colectare rotitor este un concept al deceniului trei al secolului XX i

reprezint sistemul clasic al dispozitivelor speciale de pe vehiculele de colectare a

reziduurilor.

Recipientul de colectare este constituit dintr-un container rotitor cilindrico-conic, care

se rotete paralel cu axa longitudinal a vehiculului. n interior, pe poriunea tronconic a

containerului de colectare exist mai multe nervuri scurte de antrenare a reziduurilor. Pe

peretele recipientului cilindric se afl o spir cu dou nceputuri, care se deplaseaz i

preseaz reziduurile n recipient.

Vehiculele cu container rotitor se folosesc la colectarea reziduurilor biodegradabile, a

reziduurilor din gospodriile individuale i a celor din unitile de producie, din recipiente de

precolectare de pn la 1,1 m3.

Avantajele vehiculului cu container rotativ sunt timpul redus de ateptare, ncrcarea

util relativ mare i partea de primire-alimentare, aflat n consol la spatele vehiculului,

redus. Volumul recipientului de colectare poate atinge 22 m3, la o ncrcare util de pn la

14,5 tone reziduuri, [2].

Fig. 1. Autogunoier cu compactare prin rotaie FAUN ROTOPRESS,

cu zon de ncrcare dublu-conic [4]

4

Autogunoiera FAUN ROTOPRESScu compactare prin rotaie cu container cilindro-

conic este, la partea de primire a reziduurilor, de form tronconic dubl. Bena colectoare

este articulat central la partea din fa iar la partea din spate se sprijin prin intermediul cii

de rulare pe dou role plasate lateral.

n general, autogunoierele cu compactare prin rotaie sunt prevzute cu sisteme care

realizeaz rotirea mecanic a benei fie cu motoare hidraulice, fie cu angrenaje cu roi dinate

i transmisii cardanice, ambele fiind acionate de la motorul pentru deplasarea vehiculului.

La ROTOPRESS bena este acionat prin intermediul unui piston i a unei coroane

cilindrice dinate plasat pe exteriorul benei la partea din spate.

Partea tronconic a benei este prevzut cu palete nclinate fa de generatoarea

conului, care preia reziduurile i le ridic pe partea exterioar a conului, de unde acestea ajung

n partea cilindric. Interiorul prii cilindrice este prevzut cu dou spire elicoidale care sunt

conectate cu palete, fiind antrenate de acestea n micare de rotaie i care au rolul de a

compacta reziduurile.

Fig.2. Schema de principiu a vehicului pentru colectare i transport reziduuri cu

recipient de compactare rotativ i zon de ncrcare dublu-conic[2]

1.asiu; 2.container rotativ; 3.cale de sprijin i rulare; 4.parte tronconic fix;

5.spir elicoidal de dirijare; 6.zon de alimentare; 7.capac rabatabil.

Sistemul de compactare unic la ROTOPRESS const dintr-un sistem urub fix de

compactare n partea din spate i un urub de transmitere n form de spiral n tobe cilindrice,

de asemenea, nchise, pentru a preveni orice scurgeri de lichide. Transportarea deeurilor n

5

seciunea frontal a benei nseamn c sarcina este distribuit n mod optim pe toate axele.

Acest proces previne fiabil axele din spate de a fi suprancrcate i exist suficient greutate

pe axa din fa n orice moment.ROTOPRESS dispune de o consol scurt, oferind

vehiculului un grad marede manevrare, [3]. Autogunoierele ROTOPRESS prezint un design

simplu i un numr redus de componente mecanice i hidraulice n micare. Acest lucru

permite vehiculului s transporte o sarcin util mai mare i n acelai timp reduce consumul

de combustibil. Numrul redus de piese n micare utilizate n ROTOPRESS reduce

suplimentar uzura n mecanismul de compactare destul de mult. Numeroasele avantaje ale

autogunoierelor ROTOPRESS sunt amplu completate de caracteristicile speciale ale

principiului tambur rotativ. Toate lichidele din deeuri nu reprezint o problem pentru

ROTOPRESS. n primul rnd, nu sunt stoarse direct nici un lichid suplimentar din deeuri,

dar se agreg prin amestecarea permanent a benei cu materialul uscat. Aceast caracteristic

reduce foarte mult cantitatea de lichid liber n

sistem, scderea drastic a defeciunilor care pot fi cauzate de coroziune.Bena este golit prin

simpla inversarea sensului de rotaie a tamburului. Bena este izolat fonic pe toat lungimea

ei. n timpul procesului de golire, frecarea deeurilor pe peretele tamburului are un efect de

autocurire care minimizeaz semnificativ timpul i costurile implicate n curirea acestuia.

Fig. 3. Shema de principiu a autovehiculului cu cilindru compactor rotativ[2]

1.asiu (caroserie); 2.container rotativ; 3.cabina oferului; 4.reductor; 5.spir elicoidal n

interiorul containerului rotativ; 6.cale de sprijin i rulare, 7.coroan dinat; 8.segment tronconic al

containerului rotativ; 9.transmisie cardanic acionare container; 10.buncr ncrcare manual;11.plac de

nchidere i dirijare; 12.capac rabatabil descrcare; 13.manta din tabl uoar.

6

Mainile de gunoi cu sistem de golire a pubelelor i compactare a deeurilor prin

rotaie au fost patentate nc din anii 1932 de ctre inventatorii Johann Krauss i G.E.Brenner.

Conform acestor patente, inventatorii au proiectat primele sisteme de golire a pubelelor de

gunoi i primele sisteme de mrunire i compactare a gunoiului.

n 1981 a fost naintat un patent ce reprezentun vehicul de evacuare a deeurilor cu

rezervorul rezemat pe un sistem grind-cheson. [5]

Fig.4. Vedere lateral a unei maini de gunoi construit n conformitate cu Prior Art

1-tambur rotativ; 2-plac de acoperire; 3-asiu; 5-tubulare tronconic; 6-ican elicoidal;

8-coroan dinat; 9-unitate auxiliar; 10-cadru de montaj; 11-rulment cu bile; 12-lagr;

13-rulment de nchidere; 14-suport al plcii de acoperire; 15-rulment cilindric[5]

Un rezervor de stocare cu tambur rotativ, pentru primirea i transmiterea gunoiului

include un capac posterior pentru rezervor, cu o ican elicoidal, care se proiecteaz n

rezervorul de stocare. icana acioneaz n combinaie cu o multitudine de spire dispuse pe

pereii interiori ai rezervorului de stocare cu tambur rotativ i care se rotesc cu rezervorul

pentru a fora materialul n spaiul de depozitare.

Tamburul este montat pe rulmeni inelari care sunt fixai pe un urub ce este montat pe

o grind-cheson nchis, prezentnd o deschidere central, care gzduiete

rulmenii.Construcia este astfel nct motorul de antrenare este montat pe grinda-cheson i

ghideaz tamburul, printr-un angrenaj inelar definit pe suprafaa sa exterioar, precum i toate

7

celelalte fore de lagr, inclusiv forele de presare ale peretelui intermediar care acioneaz ca

un urub de presare ca i forele provenite de la greutatea capacului. [5]

Fig.5. Vedere de sus care arat cum grinda-cheson este susinut pe rama auxiliar

1-ci de acionare; 2-armtur; 3-ax; 4-mijloace de blocare. [5]

4) Elemente de calcul la compactarea n container cilindric rotativ

Cinematica cilindrului rotativ i unghiul de alunecare a materialului

Fig.6. Forele care acioneaz asupramaterialului n

interiorul cilindrului rotativ

8

Presupunem o seciune transversal printr-un recipient de colectare rotativ. n anumite

condiii se poate forma un nucleu de material care s rmn practic n acelai loc, fr a se

face transfer de particule ntre nucleu i celelalte rnduri.

Avansul axial se asigur prin intermediul spirelor elicoidale interioare care au diametrul

diferit de-a lungul circumferinei cilindrului.

Pentru ca particulele de material s se poat reaeza (amesteca i compacta) i pentru a

se evita formarea nucleului imobil de material, este necesar s existe micare relativ ntre

diverse straturi concentrice ale materialului, precum i ntre acesta i suprafaa cilindrului.

Urmrind fig.6. Forele care acioneaz asupra materialului din cilindrul rotativ sunt:

- mg greutatea proprie a materialului;

- Fc = m r 2 fora centrifug dat de micarea de rotaie;

- N reaciunea suprafeei cilindrice asupra materialului;

- Ff = N fora de frecare dintre material i suprafaa cilindrului ( = tan

coeficientul de frecare dintre material i cilindrul rotativ), n ipoteza c nu exist

contact ntre material i spira elicoidal.

La echilibru, suma proieciilor forelor pe axele sistemului de coordonate trebuie s fie

nule:

xi = 0 : Ff mgsin = 0

yi = 0 : N Fc - mg cos = 0

unghiul de rostogolire a materialului.

Pentru ca particulele de material s nu fie antrenate n sensul de rotaie, este necesar ca:

m( r2 + gcos ) - mgsin 0adic:2

r2/g=k indicele regimului cinematic al recipientului rotativ de compactare.

nlocuind = tg , rezult indicele regimului cinematic pentru ca particulele s alunece:

sin( )

Valoarea minim a unghiului la care are loc alunecarea particulelor materialului pe

suprafaa cilindrului de rotaie:

= + arcsin( )

9

Obs. Calculul a fost fcut n ipoteza c pe peretele interior al cilindrului rotativ nu exist

spire elicoidale, iar suprafaa interioar este neted.

Turaia maxim a cilindrului de colectare rotativ

Din relaia indicelui regimului cinematic al cilindrului se determin viteza unghiular

maxim a cilindrului rotativ pentru care are loc alunecarea materialului:

= sin( )

innd seama de relaia de legtur dintre turaie i viteza unghiular, turaia

cilindrului rotativ va avea expresia: =30

sin ()

Valoarea maxim a turaiei cilindrului rotativ pentru care mai este posibil alunecarea

particulelor de material n interiorul suprafeei cilindrice, se obine pentru sin( - ) = 1 :

=

2+ =

30

sau , nlocuind unghiul , prin tangenta unghiului su, rezult:

=30

1 + 2

Dac se neglijeaz fora centrifug Fc ca fiind foarte mic, datorit turaiei foarte

reduse a cilindrului rotativ de colectare, atunci condiia de alunecare este:

mgcos - mgsin < 0 sau: >

10

Modul de dispunere a spirelor pe suprafaa cilindrului de colectare rotativ

Fig.7.Dispunerea spirelor elicoidale pe suprafaa interioar a cilindrului rotativ

- unghiul cu generatoarea conului, pentru a permite alunecarea pe palet n timpul rotirii

recipientului, cu intrare pe poriunea cilindric, dup ce spira a depit poziia sa orizontal.

Aceasta se petrece pentru un unghi i< /2 ( > ).

- unghiul cu direcia radial ( < ), pentru alunecare fr blocare ntre palete i carcas i

intrarea de-a lungul spirelor elicoidale din interior.

Spirele i recipientul sunt din oeluri aliate cu mare rezisten la uzur.

Spirele nconjoar toat circumferina interioar a recipientului (o spir cu dou

nceputuri) i au limea mai mare la unul din capete i mai mic la cellalt.

11

Puterea necesar acionrii n micare de rotaie

Se neglijeaz fora centrifug care are valoare foarte mic datorit turaiei reduse a

cilindrului rotativ.

Fig.8. schema de calcul pentru determinarea puterii de acionare a cilindrului

Obs. Se ia n considerare toat masa de material M, existent la un moment dat in cilindru.

= i =

Momentul motor trebuie s fie mai mare dect momentul rezistent:

> unde: = +

Mfl momentul frecrilor din lagre.

Puterea necesar nvingerii momentului rezistent: Pr = Mr

Puterea necesar la antrenare: Pa = cs Pr

unde: cs = 1,2 1,3 este coeficientul de suprasarcin.

Capacitatea recipientului rotativ

Prin capacitatea q a unui container rotativ se nelege volumul de materiale uscate, care

se introduce n recipient la un transport. Volumul de reziduuri Vr, care se descarc din

recipient dup fiecare ciclu, este mai mic dect capacitatea de ncrcare q a acestuia, deoarece

atunci cnd containerul rotativ se alimenteaz, particulele mai mici i cele fine ptrund n

spaiile libere dintre particulele mari:

12

=

unde kc reprezint coeficientul de compactare (kc = 0,3 0,5).

Volumul geometric Vt al containerului rotativ este, de regul, mai mare dect

capacitatea acestuia.

Determinarea puterii necesare acionrii containerelor rotative

Puterea necesar acionrii containerului se determin cu condiia ca motorul de

acionare, s asigure, pe de o parte, ridicarea materialului, iar pe de alt parte, nvingerea

rezistenelor (frecrilor) ce apar n reazemele de sprijin (role sau pivot central). Pentru toate

tipurile de recipiente rotative se consider c n timpul lucrului axa acestora este orizontal.

Determinarea puterii necesare ridicrii materialului

n timpul rotirii recipientului, materialele sunt antrenate de paletele din zona

tronconic (sau spirele din zona cilindric) i ridicate la o anumit nlime. n procesul de

ridicare, materialele cad treptat de pe palete, aezndu-se continuu dup un unghi cu

orizontala, unghi ceva mai mare dect unghiul taluzului natural al materialului (datorit

forelor de inerie). Materialele cad complet n momentul n care paleta se afl sub un unghi

cu orizontal. Datorit acestui fapt, volumul de material antrenat de o palet este variabil.

Volumul elementar dq de material, care cade de pe palet n timpul rotirii recipientului

cu un unghi elementar d (fig. ), se poate determina cu relatia:

1

2 2

iar greutatea acestuia va fi:

= 1

2 2

unde: l este lungimea paletei,

a limea variabil a stratului superior de material aflat pe palete;

masa volumic a materialului.

13

a. b.

Fig. 9. Schem pentru calculul puterii necesare ridicrii materialului n timpul compactrii

Centrul de greutate al acestui volum elementar, nainte ca el s cad de pe palet, se

ridic la nlimea y (fig. 9. b.), care se determin cu relaia:

y = r1 + r2sin + 2/3asin

unde: r1 este raza cercului care trece prin centrele de greutate ale volumelor elementare;

h nlimea (limea) paletei;

r2 raza cercului descris de muchia interioar a paletei;

unghiul de rotaie a recipientului (condorm fig. 9. b. variaz ntre /2 i ).

Valoarea limii a variaz, ntre a = h pentru = , pn la a 2 2 pentru = -

/2. Valoarea medie am se calculeaz cu formula:

= + 2 2

2

Aceast valoare poate fi luat n consideraie n continuare la calcularea nlimii y,

deoarece valoarea 2/3asin este foarte mic n raport cu y.

Lucrul mecanic elementar dL, necesar pentru ridicarea masei elementare la nlimea

y, va fi:

= =1

2 2(1 +

2

3 + 2 )

14

Lucrul mecanic total L, necesar unei singure palete pentru ridicarea materialului n

timpul unei rotaii a recipientului, se determin integrnd expresia de mai sus ntre = -/2 i

= , rezult:

=1

2 2(1 +

2

3 + 2 )

/2

iar puterea necesar ridicrii materialului de ctre cele z palete va fi:

=

260 2(1 +

2

3 + 2 )

/2[W]

undedimensiunileliniare se daun m, n kg/m3, iarnn rot/min.

Pentruobinerearelaiei finale a puteriiPr, se exprimmrimeavariabilanfuncie de

unghiul de rotire a tobei.

Din triunghiul ABC (fig. 9. b.) se obine:

=

sin

sin

sin C = sin (180 - - ) = sin( + )

sin B =

sin( + ) = 180 180 +

sin( + )

sin = sin + 1 2

22 + cos( + )

sin( + )

De unde:

sin =

sin =

sin

sin

Sau: = 1 2

22 +

cos( + )

b = r2 ; c = r;

=

2

Deci: = 1 2

2

22 +

2

cos( + )

15

ntroducndexpresia de maisusnrelaiaputeriiPr, se obine:

= 2

2 60 100 1

22

22 +

2

cos( + )

2

(1 +2

3 + 2

/2

)

Pentru =

4, integr\ndaceast expresie i considernd:

h = 0,4r;

am = 0,6r;

r1 = 0,867r;

r2 = 0,6r, rezult urmtoarea relaie de calcul a puterii Pr:

= 0,71 3

260100 [kW]

unde: este masa volumic a materialului, n kg/m3;

n turaia recipientului n rot/min;

z numrul de palete pe seciunea transversal a recipientului;

l, r n metri;

randamentul transmisiei;

coeficient care ine seama de faptul c, n timpul rotirii containerului rotativ, datorit

forelor de frecare dintre material i suprafaa interioar, are loc i o deplasare a ntregii mase

de material n sensul de rotaie al acestuia ( 1,5).

n practic, pentru calculele iniiale, se utilizeaz o metod mai simpl, care ia n

consideraie deplasarea centrului de greutate a ntregii mase de material n timpul rotirii

recipientului.

n acest caz, momentul motor necesar ridicrii materialului (fig. 6.) se determin cu

relaia:

Mr = Gm a [Nm]

undeGmreprezintgreutateamaterialelor din recipient, n N; a (0,50,6)r; r razainterioar

a recipientului, n m.

16

Fig.10. schema

simplificatpentrucalcululputeriinecesareridicriimaterialuluintimpulcompactriirotative,

respective pentrudeterminareaturaiei

PutereaPr, necesarridicrii, se calculeaz cu formula urmtoare:

=

=

30 =

(0,5 0,6)

9,55 []

Determinareaturaiei containerului rotativ

Turaia recipientului se determin din condiia ca materialele, n timpul ridicrii lor de

ctre palete, s nu fie presate de peretele recipientului i s aib posibilitatea de a cdea liber.

n timpul rotirii recipientului materialul ridicat de palete i spira elicoidal cade

complet n momentul n care direcia paletei (fig.10.b.) formeaz un unghi fa de

orizontal, unghi ceva mai mare dect unghiul de frecare dintre material i metal. Dar cderea

materialului este posibil numai componenta greutii acestuia dup direcia paletei este mai

mare dect fora centrifug a materialului plus fora de frecare dintre material i palet.

Conform fig. 10.b., condiia cderii materialului de pe palet este asigurat dac se respect

relaia:

> 2

+

17

sau: >2 22

(900)+

de unde rezult: