BUDAI EGYETEM Bels hasznlatra kzirat Dr Szlivka Ferenc

ÓBUDAI EGYETEM Belső használatra (kézirat) Dr. Szlivka Ferenc Egyetemi tanár

Hidraulikus munkahengerek csoportosítása A különböző jellegű egyenes vonalú mozgásnak és alkalmazási területnek megfelelően sokféle munkahenger ismert. A csoportosításban egyszerűsített jelképük szerepel. Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 2

Egyszeres működésű munkahenger A hidraulikus henger hidraulikus energiát mechanikaivá alakít át. Egyenesvonalú mozgást hoz létre, ezért lineáris motorként is felfoghatjuk. Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 3

Egyszeres működésű búvárdugattyús munkahenger működtetése Az egyszeres működésű hengereket ott alkalmazzák, ahol a hidraulikus munkavégzés csak egy mozgásirányban szükséges. Példák Munkadarabok emelése, szorítása, süllyesztése, hidraulikus felvonók, ollós emelőasztalok, színpadi emelők. Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 4

Kettős működésű munkahenger A kettős működésű hengereknél mindkét oldali dugattyúfelületre hathat a munkafolyadék. Ezért lehetséges a munkavégzés két irányban. Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 5

Kettős működésű munkahenger A kettős működésű munkahengereknél, amelyeknek egyoldali dugattyúrúdjuk van, a ki- és visszameneti löketnél a különböző felületek miatt (dugattyú felület dugattyú gyűrű felület) különböző erők keletkeznek (F = p • A) és azonos térfogatáramnál a sebességek is különbözők lesznek. A munkahenger visszameneti lökete nagyobb, bár a térfogatáram azonos, de a hatásos felület kisebb, mint kimeneti löketnél, és a kontinuitási egyenlet szerint: V = Q/A. A különféle igények teljesítéséhez a kettősműködésű hengereknek a következő formái vannak: Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 6

Kettős működésű munkahengerek különböző típusai I. Differenciál henger Felületarány 2: 1 Átmenő rudazatú henger Henger véghelyzet fékezéssel Teleszkópos henger Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 7

Kettős működésű munkahengerek különböző típusai II. Nyomás átalakítás Tandem henger Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 8

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 9

Löketvégi csillapítás Ha a kettősműködésű munkahenger dugattyúját véghelyzetig működtetik és a mozgatott tömeg sebessége nagy, akkor véghelyzet fékezett kivitel alkalmazása szükséges. Ellenkező esetben ugyanis a mozgatott tömeg jelentős mozgási energiája az ütközésben résztvevő szerkezeti elemek alakváltozási munkájában emésztődik fel, ami nem kívánatos. A véghelyzet fékezésnek többféle konstrukciós változata ismert. Közös jellemzőjük, hogy a fékezést a hengerből kiáramló munkafolyadék fojtásával, vagy előfeszítésével hozzák létre (41. ábra). Az előfeszítő szeleppel ("A") a fékút mentén állandó a fékezőnyomás. A "B" változatnál a fékút mentén a fojtási keresztmetszet folyamatosan csökken. Dinamikai szempontból ez a kedvezõbb megoldás, de nagy hátránya, hogy a fojtási keresztmetszet nem változtatható, így egy adott feladathoz nehéz illeszteni. Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 10

Löketvégi csillapítás Működése: A dugattyú (1) jobbra mozog. A véghelyzetéhez közelítve a dugattyúra felszerelt (2) persely belép a fékező furatba. A (4) térből az olaj csak az illesztésnek megfelelő keresztmetszeten keresztül tud kijutni (mérete megszabja a fékezést). Ennek ellenállása a löket végéhez közeledve egyre nagyobb (a keresztmetszet hossza megnő). Mivel a résméret állandó, ezért egy ilyen szerkezet fékezési ellenállása nem állítható. A munkahenger ellenkező irányú indításakor ezt a fékező ellenállást az olajáram a (9) visszacsapó-szelepen keresztül megkerüli. Ha a fékezést csökkenteni akarjuk, a rés mellé a (7) kúppal kiegészítő keresztmetszetet nyitunk. A fékezés mértéke csökken, ezzel állíthatóvá válik a fékezés. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 11

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel A viszonyok változtatható fojtás esetén: A mozgási energia változása egyenlő a fékezési munkával: ahol v 0 - a redukált tömeg, fékezés előtti sebessége. v(x) - a pillanatnyi sebesség ahol vfo – az olaj sebessége a fojtási keresztmetszetben - a fojtás veszteség-tényezője Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 12

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel Az egyenlet mindkét oldalát deriválva x szerint Felhasználva a kontinuitást Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 13

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel A változókat szétválasztva Vezessük be a Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 14

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel Integrálva A kezdeti feltétel Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 15

Löketvégi csillapítás Kettősműködésű munkahenger véghelyzet fékezéssel A legnagyobb lassulás és nyomás a fékezés kezdetén van: Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 16

Hidraulikus munkahengerek csoportosítása Kettős működésű gyorsjáratú henger Egyszeres működésű teleszkóphenger Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek Kettős működésű teleszkóphenger 17

Differenciáldugattyús kettős működésű munkahenger Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 18

Néhány lehetséges szabványos hengerátmérő 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 200 14 18 22 28 36 40 45 50 55 63 70 90 20 25 32 40 50 56 63 70 80 90 100 125 25 32 40 50 63 70 80 86 100 110 125 160 28 36 45 56 70 Fa dugattyúfelület – dugattyúgyűrű aránya FA lökethosszak szabadon választhatóak, előnyben részesített méretekkel: 20; 25; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1100; 1250; 1400; 1600; 2000; 2500; 2800; 3000; 3550; 4000 mm Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 19

Felfogási módok Ahhoz, hogy a felhasználói igényeket (beépítés) messzemenően kielégítsék és a dugattyúrudat a keresztirányú erőktől mentesítsék, sokféle felfogási mód áll rendelkezésre. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 20

Felfogási módok A dugattyúrúdvég és terhelés csatlakoztatása is sokféleképpen történhet Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 21

Beépítési példa: Emelőasztal (egyszeres működésű henger) Egy emelősztal mozgatását hidraulikus munkahenger végzi. Ehhez egyszeres működésű hengert kell beépíteni (ld. ábra) Az ismertetett emelőasztalnál az emeléshez egyszeres működésû hengert építenek be. A munkahengert egy 2/2 vagy egy 3/2 -útszeleppel lehet vezérelni. A henger kimeneti löketéhez szükséges nyomás kiszámításához a terhelő nyomást és a hidraulikus berendezés ellenállásait (nyomásesések) kell figyelembe venni. Az adott esetben az ellenállások elhanyagolhatók, így csak a terhelőnyomás kiszámítása szükséges. A számítás az alábbi képlettel történik: Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 22

Beépítési példa: Emelőasztal Itt az F erő a hengerre ható terhelés, az A a hatásos dugattyúfelület. A hidraulikus hengert terhelő „F” erőt a megadott terhelésből és a szerkezet geometriai adataiból számíthatjuk ki. Mechanikai feladat. Az „A” a hatásos dugattyúfelület, Kiválasztjuk katalógusból a megfelelő dugattyút. , egy maximális olajnyomást feltételezve. A példa kidolgozása (kapcsolási rajz elkészítése: Egyszeres működésű gyorsjáratú henger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 23

Beépítési példa: Emelőasztal A tápegység után beépített visszacsapó szelep a szivattyút védi az esetleges visszafolyó nyomás alatti olajjal szemben. (Hidromotor üzem nincs megengedve. ) A tápegység után beépített szabályozható nyomáshatároló védi a munkahengert a túlterhelés ellen. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 24

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) Egy tartály fedelét az ábra szerinti módon kell nyitni és zárni. A fedél megfelelő mozgatásához kettős működésû hengert alkalmaznak. A henger biztosítja a fedél emelőmozgását. A munkahengert 4/2 -útszelep vezérli. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 25

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A fedél emelésére kettősműködésû hengert alkalmaznak. A munkahengernek két csatlakozása van, melyeken keresztül a nyomófolyadék vagy a dugattyú, vagy a dugattyúrúd felőli oldalra vezethető. Így a mozgás iránya megfordítható. A dugattyúrúd egy 4/2 -útszeleppel előre és hátra vezérelhető. A dugattyú mozgatásához a szivattyú folyadékot szállít. Az elméleti szállítási mennyiség kiszámításához ismerni kell a szivattyú fordulatonkénti munkatérfogatát (V) és a villamos motor fordulatszámát (n). A dugattyúrúd ki és visszameneti idejének meghatározásakor a hengertérfogat mellett a szivattyú térfogatáramának van jelentősége. Az idevonatkozó összefüggés: A v sebességet v = s/t-vel helyettesíthetjük. Az A felületnél figyelembe kell venni, hogy a dugattyú és a dugattyú gyűrűfelülete eltérő. Tehát kimenetkor a dugattyúfelület, visszamenetkor a gyűrűfelület a hatásos felület. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 26

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) Dugattyúfelület, Kimeneti löket nyitás gyűrűfelületet. visszameneti löket zárás A henger kimeneti löketekor nagyobb erő, a visszameneti löketkor nagyobb sebesség érhető el. Feltételezve, hogy Q állandó. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 27

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A feladat követelményei szerint a berendezés nyugalmi helyzetében a munkavégző elem határozott helyzete szükséges, ezt rugó-visszaállítású szeleppel lehet megvalósítani. A feladat megoldásánál alkalmazott minden szelep hosszanti tolattyúelmozdulású rugóvisszaállítással, vagy rugóközpontosítással. A 4/2 -rugóvisszaállítású szelepet alkalmaztuk, mert ezzel biztosítható, hogy a hidraulika tápegység illetéktelen bekapcsolásakor a henger a kívánt helyzetben marad. Fontos a szivattyú térfogatáramának és a ki- és visszameneti sebességek kiszámítása, mert. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 28

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A továbbiakban ki kell számolni a henger átmérőjét és a dugattyúrúd visszajárási sebességét. Ki kell választani a szükséges szivattyú méretét. A szivattyút hajtó villamos motor fordulatszáma 1450/min. A szolgáltatandó emelőerõ (nyitáskor) F = 5000 N, a maximális rendszernyomás 40 bar. A dugattyúfelület – dugattyúgyűrű aránya 1, 6 : 1. · a csővezetékekben az áramlási sebességek (max. kb. 5 m/s) és · a maximális dugattyúsebesség (max. kb. 20 m/min) nem léphető túl A hengerátmérő kiszámítása (nyitási állapot): A fenti táblázat szerint a egy szabványos átmérőjű munkahenger. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 29

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A maximális dugattyúsebességből számítsuk ki a Q térfogatáramot: A visszafelé útón (záráskor alakul ki a nagyobb sebesség (v 2), ami nem lehet több 20 m/min-nél. Az A 2 felületet a megadott 1, 6: 1 arányból, számíthatjuk ki. A 1 -et már ismerjük. A fenti táblázat szerint a dugattyurúd átmérője 25 mm. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 30

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A szivattyú egy fordulat alatti szállítása V. Olyan szivattyút kell választanunk, amelyik ennél kevesebbet szállít egy fordulatra. Ha a fedél nyitásához és zárásához nem kell nagy sebesség, akkor egy sokkal kisebb szállítású térfogatú szivattyú is elegendő lehet, pl. 2 -3 cm 3/ford. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 31

Beépítési példa: Fedeles tartály (kettős működésű henger) A tápegység után beépített szabályozható nyomáshatároló védi a munkahengert a túlterhelés ellen. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 32

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre Méretezzük a munkahengert! Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 33

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 34

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre A munkafolyamat során végzendő mozgások sebessége és iránya: Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 35

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre A munkafolyamat során végzendő mozgások: Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 36

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre A munkahenger bekötése Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 37

Munkahenger méretezése nyomásterhelésre Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 38

Teleszkópos munkahenger méretezése Mekkora a nyomás az egyes teleszkópokban? Mekkora a sebesség az egyes Teleszkópokban, ha a térfogatáram Állandó 60 dm 3/perc? Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 39

Munkahenger méretezése kihajlásra Leonhard Euler 1757 -ben a meghatározta a kritikus törőerő nagyságát arra az esetre, ha a törőerő által okozott nyomófeszültség kisebb, mint a rúd anyagának folyáshatára, más szóval, ha rugalmas kihajlás esete forog fenn. Ebben az esetben felírható a rugalmas szál differenciálegyenlete: ahol az x tengelyt a rúd tengelyében vesszük fel, origójával a rúd egyik csuklós végpontjában (ahol a csukló miatt nyomaték nem ébredhet), az y tengely erre merőleges, M a rúd egy tetszőleges pontját terhelő hajlító nyomaték, I a rúd keresztmetszetének legkisebb másodrendű nyomatéka, E pedig a rúd anyagának rugalmassági modulusa. Az M hajlítónyomaték az Ft törőerő és az y kitérés szorzata: Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 40

Munkahenger méretezése kihajlásra Végül, ha bevezetjük az jelölést, a differenciálegyenlet ilyen alakú lesz: Ennek az egyenletnek az általános megoldása: ahol A és B a peremfeltételektől függ. Mivel az l hosszúságú rúd mindkét végén csuklós megfogású, Ez utóbbi nem triviális megoldásaiból gyakorlatilag az az érdekes eset, ha Visszahelyettesítve az értékeket a kritikus törőerő értékét kapjuk: Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek . 41

Munkahenger méretezése kihajlásra a kritikus törőerő értékét kapjuk: Ha a nyomott rúd nem csuklóval rendelkezik a végén, a differenciálegyenlet azonos lesz, csak a peremfeltételek lesznek eltérőek és ezek befolyásolják a törőerő nagyságát. Az alábbi ábra szerinti esetekre összefoglalóan a következő összefüggés írható: ahol μ a befogás fajtájától függő tényező, értéke az ábrán látható. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 42

Munkahenger méretezése kihajlásra Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 43

Munkahenger méretezése kihajlásra Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 44

Munkahenger méretezése kihajlásra Három hengeres emelő Az egyes hengerek adatai: terhet kell megemeljen. Kérdések: a. / Mekkora nyomást kell biztosítani a hengerben a súly felemeléséhez? b. / Megfelel-e a szerkezet kihajlásra? Megoldás: a. / A terhelő erőt a legkisebb átmérőjű hengernek is meg kell tudni tartani, így az emelő egyensúlya egyszerűen felírható. Ebből kifejezve a nyomást nyomás szükséges az emeléshez. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 45

Munkahenger méretezése kihajlásra Az emelőt kihajlásra ellenőrizzük. Elsőként meg kell állapítani, hogy az emelőnk melyik esetnek felel meg az emelő. Alul gyakorlatilag egy talpon áll, ami befogásként fogható fel. A dugattyúrúd végén csuklós megfogásként kezelhetjük a befogást. Így az szerint a 3. esetnek felel meg az emelő. A egyenletbe írandó hossz. Mindhárom henger hosszát összeadva kapjuk meg a teljes hosszat. A kritikus törőerő megállapításához ki kell számítanunk az keresztmetszet másodrendű nyomatékát. A biztonság irányába egyszerűsítünk, ha a legkisebb dugattyú ármérőjével számolunk. Ha így megfelel, akkor a valóságban is jó lesz. A biztonság érdekében használunk biztonsági tényezőt ”n”-et, általában 3 -5 az értéke. A rúd anyaga acél, ennek rugalmassági modulusa A hengeres rúd másodrendű nyomatéka Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 46

Munkahenger méretezése kihajlásra A törőerő láthatóan két nagyságrenddel nagyobb, mint a terhelőerő, tehát az emelő megfelel kihajlásra. Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 47

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 48

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 49

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 50

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 51

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 52

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 53

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 54

Munkahenger Dr. Szlivka Ferenc: Pneumatika 4, Munkahengerek 55

03 Hidraulika feladat Adatok: A szivattyú hatásfoka Egy hidraulikus rendszer egy munkahengert és egy motort hajt. A hidraulika szivattyú egy szabályzóval rendelkezik, aminek Δp=16 bar nyomásesés keletkezik. A csövek nyomásesését most elhanyagoljuk. Határozzuk meg a szivattyú hajtásához szükséges „P” teljesítményt, valamint az egész rendszer összes hatásfokát!

03 Hidraulika feladat Elsőként számítsuk ki a munkahenger térfogatáram igényét Majd a hidromotor elméleti térfogatáram igényét A hidromotor valóságos térfogatáram igényét Az összes térfogatáram igény:

03 Hidraulika feladat Számítsuk ki a nyomásigényt a munkahengeren Számítsuk ki a nyomásesést a hidromotoron tudjuk, hogy A szivattyú nyomóágában kialakuló nyomás

03 Hidraulika feladat A hidraulika szivattyú hajtásához szükséges teljesítményt a szivattyú össz hatásfokával tudjuk kiszámítani: Az egész rendszer össz hatásfokához elsőként számítsuk ki a hasznos teljesítményeket A teljes rendszer hatásfoka

04 Hidraulika feladat Határozzuk meg a nyomást az út függvényében a teleszkópos henger mozgása közben! Határozzuk meg a szivattyú hajtásához szükséges teljesítményt a henger mozgása közben! Számítsuk ki a működő dugattyú felületeket:

04 Hidraulika feladat Számítsuk ki a nyomás alakulását az egyes hengereken: A szivattyú nyomása

04 Hidraulika feladat Számítsuk ki az egyes szakaszokon a szükséges térfogatáramokat : Számítsuk ki a teljesítményeket: