GPIPARI AUTOMATIZLS II 3 elads HIDRAULIKA HIDRAULIKA n

GÉPIPARI AUTOMATIZÁLÁS II. 3. előadás HIDRAULIKA

HIDRAULIKA n n n n Valamilyen munkafolyadék által létrehozott erők és mozgások összessége. A hidraulikus rendszerekben az energiaközvetítő közeg FOLYADÉK. Görög eredetű szó HYDOR (jelentése víz) + AULOS (jelentése cső) Az első hidraulikával foglakozók görög tudósok voltak pl. : Heron, Archimédes, Ktesibios Az ókori görgök kizárólag a vizet használták munkafolyadékként. Ma elsősorban ásványi olaj alapú hidraulika folyadékokat használunk.

HIDRAULIKA ALKALMAZÁSI TERÜLETEI n Alapvetően megkülönböztetünk telepített és mozgó hidraulikus berendezéseket. Telepített hidraulika alkalmazási területei n Gyártó és szerelőgépek n Szállítópályák n Emelő és szállító eszközök n Prések n Fröccsöntő gépek n Felvonók stb. Mozgó hidraulika alkalmazási területei n Építőgépek n Önürítő gépjárművek, markolók rakodógépek n Emelő és szállító eszközök n Mezőgazdasági gépek stb.

Hidraulika összehasonlítása más technikákkal n Pneumatika n Mechanika n Elektrotechnika, elektronika

Hidraulika összehasonlítása más technikákkal Környezeti hatások Energia tárolhatósága Energiaszállítás ELEKTROTECHNIKA HIDRAULIKA PNEUMATIKA Robbanásveszély, bizonyos területen hőmérséklet érzéketlen Hőmérsékletingadozásokra érzékeny Szivárgások esetén környezetszennyező és tűzveszélyes. Robbanásbiztos, hőmérsékletérzékeny Szivárgások esetén nincs környezetkárosító hatása. Nehéz, csak kis mennyiségben (elem, akku) Korlátozott, gázok segítségével Könnyű (légtartályban) Korlátlan, energiaveszteséggel 100 m-ig az áramlási sebesség: v = 2– 6 m/s; a jelsebesség: 1000 m/s 1000 m–ig az áramlási sebesség: v = 20– 40 m/s; a jelsebesség: 20– 40 m/s

Hidraulika összehasonlítása más technikákkal ELEKTROTECHNIKA Munkavégző sebesség Energiaellátás költségei Lineáris mozgás Forgómozgás Csekély 0, 25 : HIDRAULIKA PNEUMATIKA v = 0, 5 m/s v = 1, 5 m/s Magas Igen magas 1 : 2, 5 Nehéz és drága, kis erők, a sebesség szabályozása csak nagy ráfordítással Egyszerű, munkahengerekkel a sebesség jól szabályozható igen nagy erők Egyszerű, munkahengerekkel korlátozott erők, a sebesség erősen terhelésfüggő Egyszerű, nagy teljesítményű lehet Egyszerű, nagy forgatónyomaték alacsony ford. szám Egyszerű, csak kis teljesítmény, nagy fordulatszám

Hidraulika összehasonlítása más technikákkal Pozicionálási pontosság Erők ELEKTROTECHNIKA HIDRAULIKA PNEUMATIKA 1 - nél is jobb A ráfordításoknak megfelelően 1 megvalósítható Terhelésváltozás nélkül ~0, 1 mm Nem terhelhető túl, a rákapcsolt mechanikus tagok miatt rossz hatásfok, igen nagy erők realizálhatók Túlterhelésbiztos, 600 bar –ig lehetséges a rendszernyomás, és igen nagy erők hozhatók létre: F 3000 k. N Túlterhelésbiztos, az erőket a levegő nyomása és a hengerátmérő korlátozza: F 30 k. N 6 bar – ig

Hidraulika előnye, hátránya n Előnyök: n n n Kis elemek alkalmazásával nagy erők átvitele Megbízható pozicionálás Terhelésfüggetlen mozgás, mivel a folyadékok csak csekély mértékben összenyomhatók Sebességek egyszerűen beállíthatók Kedvező a hőelvezetés n Hátrányok: n n A kifolyt olaj szennyezi a környezetet, tűz- és balesetveszélyes Szennyeződésre érzékeny Hőmérsékletérzékeny (viszkozitás) Kedvezőtlen hatásfok (csősúrlódás)

A hidraulika fizikai alapjai HIDROMECHANIKA HIDROSZTATIKA HIDRODINAMIKA /Nyugvó folyadék mechanikája/ /Áramló folyadék mechanikája/ n Pascal törvénye Erő n Newton törvénye n Nyomási energia Energiaváltozás n Mozgási energia

Hidrosztatikus nyomás A hidrosztatikus nyomás alatt azt a nyomást értjük ami a folyadék belsejében jön létre. A hidrosztatikus nyomás a folyadékoszlop magasságtól valamint a folyadékoszlop súlyától függ. ps = * g * h n n ps: hidrosztatikus nyomás [Pa] : a folyadék sűrűsége [kg/m 3] g: nehézségi gyorsulás: 9, 81 [m/s 2] h: a folyadékoszlop magassága [m]

Pascal törvénye Az „A” felületre ható „F” erő hatására zárt edényben lévő folyadékban „p” nyomás keletkezik, mely az egész folyadékmennyiségben fellép. n n n P: nyomás [Pa] F: erő [N] A: felület [m 2]

Hidraulikus erőátvitel Az erőátviteli áttétel:

Útátalakítás Elmozdulás áttétel:

Nyomás átalakítás Nyomás áttétel:

Térfogatáram alatt azt a folyadékmennyiséget értjük, amely időegység alatt egy csövön átáramlik. Hidraulikában a térfogatáram jele: Q Térfogatáram meghatározása: n n n Q: térfogatáram [m 3/s] V: térfogat [m 3] t: idő [s]

Térfogatáram A csőben áramló folyadék sebessége: v: a folyadék áramlási sebessége: [m/s] s: a cső adott szakaszának hossza [m] t: az „s” út megtételéhez szükséges idő [s] Az „s” hosszúságú csőben átáramlott folyadék mennyisége: V: elmozdulási térfogata [m 3] s: a cső adott szakaszának hossza [m] A: a cső keresztmetszete [m 2] Behelyettesítve a térfogatáram összefüggésébe: Q: térfogatáram [m 3/s] v: a folyadék áramlási sebessége: [m/s] A: a cső keresztmetszete [m 2]

Kontinuitás tétele A folyadék térfogatárama egy cső bármely keresztmetszetében azonos.

Hidrosztatika összefüggései n Hidrosztatikus nyomás: n Pascal törvénye: n Hidraulikus erőáttétel: n Hidraulikus elmozdulás áttétel: n Nyomásáttétel: ps = * g * h

Hidrodinamika összefüggései n Térfogatáram (időegység alatt átáramló folyadékmennyiség): n Térfogatáram a csőkeresztmetszet és az áramlási sebesség függvényében: n Kontinuitás tétele:

Gyakorló feladatok 1. Feladat Egy hengert 100 bar nyomással működtetünk, a henger dugattyú felülete 7. 85 cm 2. Mekkora az elérhető maximális erőhatás? 2. feladat Egy emelővel 15 k. N terhet kell felemelni, a rendszer nyomása 60 bar. Mekkorának kell lenni a dugattyú átmérőjének? 3. feladat Számítsuk ki, hogy 0. 36 m 3/h térfogatáram mekkora térfogatot tölt meg 18 másodperc alatt? 4. Feladat Egy gépjárműemelővel személyautót kell felemelni, melynek tömege 1500 kg. a. Mekkora legyen az F erő a dugattyúnál, ha A 1 = 0. 4 dm 2, A 2 = 0. 12 [m 2]? b. Mekkora legyen az A 2 dugattyú felülete, ha csak 100 N erő áll rendelkezésre?

Gyakorló feladatok 5. feladat Mekkorának kell lenni annak a cső belső átmérőjének, amelyben 4 liter/perc térfogatárammal 3 m/s sebesség érhető el? 6. feladat Mekkora térfogatáram szükséges ahhoz, hogy a 60 mm átmérőjű dugattyú a 40 cm-es utat 12 másodperc alatt tegye meg? 7. feladat Számoljuk ki milyen áramlásfajták jönnek létre az A 1, A 3, A 4 keresztmetszetekben! Adatok: v 1 = 1 m/s; v 3 = 5 m/s; v 4 = 100 m/s; d 1 = 10 mm; d 3 = 5 mm; d 4 = 1 mm = 40 mm 2/s

Áramlásfajták Lamináris - A folyadékrészecskék rendezett hengeres rétegben mozognak Turbulens - A részecskék nem rendezetten mozognak.

Áramlásfajták Reynolds-féle szám: Reynolds szám v: a folyadék áramlási sebessége [m/s] d: a cső belső átmérője [m] n: kinematikai viszkozitás [m 2/s] Egyenes cső esetén: az áramlás lamináris, ha Re<2300 az áramlás turbulens, ha Re>2300 Kritikus áramlási sebesség:

Köszönöm a figyelmet!