Hidraulika kidolgozott pldk Hidraulikus szortkr tervezse feladat Feladat

Hidraulika kidolgozott példák Hidraulikus szorítókör tervezése (feladat)

Feladat: Egy hidraulikus szorítókör munkaciklus diagramja látható az ábrán. Állitsuk össze a hidraulikus kapcsolási vázlatot , méretezzük az elemeket és megvizsgáljuk, hogy milyen megoldási lehetőségek kínálkoznak energiatakarékos körfolyamok összeállítására. Hidraulikus szorítókör tervezése megadott út – idő és terhelés – idő diagram ja

Adatok: Munkafázis Jel Idő(s) Hossz(m) Terhelés(k. N) Munkamenet A 2 0. 1 5 Szorítás D 1200 0 40 Gyors vissza E 2 0. 1 5 Tehermentes ítés U 6 0 0 A dugattyú gyors menetben kimegy, kb. 2 s alatt Fs = 5 k. N rővel, majd Ft =40 k. N erővel 1200 s-ig szorít, és végül 2 s alatt Fs =5 k. N erővel visszajön alaphelyzetbe. Az alkalmazható maximális olajnyomás

A funkcionális tervezésnek megfelelő kapcsolási rajz F

Munkahenger kiválasztása A munkahenger nyomásterhelés szerinti méretezését a D munkaciklus szerint végezzük. Ekkor a dugattyú áll , a maximális nyomást a nyomáshatároló korlátozza. m = 0, 92… 0, 95 A dugattyú felülete: A választott henger: 63/ 36 – 125 Az ezzel számolt új dugattyú munkafelület: Az új felülettel számolt nyomás:

A szivattyú kiválasztása Gyors előremenetben kell a legnagyobb térfogatáram. A munkahenger lökettérfogata előre menetben, és az ebből számolt térfogatáram: Ezt 2 s alatt kell elérni. A fordulatszámot felvéve n=1440 1/perc a szivattyú munkatérfogata: A választott külsőfogazású fogaskerék szivattyú: 1 PF 2 G 2 – 4 x/008 R (Bosch. Rexroth) Ennek a munkatérfogata: Ezzel számolt tényleges térfogat áram:

A funkcionális terv energetikai vizsgálata Mivel a rendszer hasznos teljesítménye a munkahengerről származik: A bevezetett hidraulikai (áramlástani) teljesítmény:

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása A keletkező teljesítményt a tartály a környezetnek adja le. Az olajtartályunk hőleadó felülete: , hőátbocsájtási tényezője: , térfogata: , sűrűsége külső hőfok: Az olaj fajhője: Hogy ne keverjük a hőmérsékletet az idővel, jelöljük a hőmérsékletet ϑ-val. Végtelen hosszú idő múlva mekkora lenne a tartály hőmérséklete , ha a környezet hőfoka állandó 20 C. Végtelen idő után pontosan a termelt hőteljesítményt adja le a tartály, mert tovább nem melegszik. Az tartály hőmérséklet a végtelen idő múlva: Max. megengedett relatív tartály hőmérséklet:

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása Az olaj megengedhető melegedése 40 C fok lehet (60 C), ellenkező esetben a volumetrikus veszteségek megnövekednek. Kérdés, hogy a ha 20 C fok növekedést 1200 s alatt nem éri el, akkor megfelelő a rendszerünk. Milyen gyorsan melegszik az olaj a tartájban? Hogy függ a melegedés az időtől? Keressük a hőmérséklet idő függvényét. Hogy ne keverjük a hőmérsékletet az idővel, jelöljük a hőmérsékletet „ϑ”-val. , az időt „t”-vel. Az olajtartányban keletkező hőteljesítmény emeli az olaj hőmérsékletét, másrészt falon keresztül a környezetnek leadja a hőt. Egyenlettel felírva. Ahol „m” az olaj tömege, „c” a fajhője Végtelen idő múlva csak a falon keresztül a környezetnek leadja

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása Összevonva a két egyenletet Válasszuk szét a differenciálegyenletet

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása Vezessük be a Integráljuk az egyenletet. Kezdeti feltételünk Így a keresett függvény (mínusz előjelet átvíve a bal oldalra ):

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása Felhasználva az ln függvény azonosságait Az olaj megengedhető melegedése 40 C fok lehet (60 C), ellenkező esetben a volumetrikus veszteségek megnövekednek. Kérdés, hogy a ha 20 C fok növekedést 1200 s alatt nem éri el, akkor megfelelő a rendszerünk. Számítsuk ki, hogy 1200 s múlva mekkora lesz az olaj hőmérséklete:

A tartályban lévő olaj hőmérséklet számítása Az olaj megengedhető melegedése 40 C fok lehet (60 C) A megadott függvény szerint nem éri el a 60 C fokot, tehát megfelel. De ha többször kell a ciklust elvégezni, akkor ez a megoldás már nem megfelelő, mert a következő ciklusban már 60 C fokról indul a melegedés. Megjegyzés: A függvényünk egy exponenciális függvény, csak nagyon közel vagyunk az origóhoz, ezért egyenesnek látszik.

Szorítókör energetikai optimalizálása I. Szerkezeti minimumra törekvés végett megfontolandó a szorítás kialakulása után, az útváltót a közép állásba állítani. Ekkor a túlmelegedés elkerülhető, mert nem kell folyamatosan működtetni a szivattyút. Feltéve, hogy az útváltó résveszteségei következtében fellépő nyomásesés nem csökkenti le idő előtt a nyomást a megengedhető minimum alá. Mint emlékezünk rá: A z útváltó résveszteségét kiküszöböli a beépített Nyitható visszacsapószelepek

Szorítókör energetikai optimalizálása I. A visszacsapószelepek egyszerűsége és résolajmentes zárása alkalmassá teszi őket, hogy a munkahengerek egyes tereit hermetikusan lezárjuk, vagyis adott helyzetben rögzítsük. Ellenkező irányú dugattyúmozgáskor azonban a visszacsapószelepet a záróirányba is ki kell nyitni (a rögzítést oldani kell). ezért van szükség a nyithatóságra. Ha a terhet a tolattyús útváltóval akarnánk megtartani, az a tolattyú résveszteségei miatt lassan kúszna lefelé. (Persze alkalmazhatnánk ülékes útváltót, de az drága + stb. ).

Ft B A At

Szorítókör energetikai optimalizálása II. Akkumulátor alkalmazása F

Szorítókör energetikai optimalizálása II.

Szorítókör energetikai optimalizálása II. A folyamatos üzem- ill. a túlmelegedés védelem biztosítható hidraulikus akkumulátor rendszerbe építésével. Az akkumulátor méretezésénél cél az előírt szorítóerő tartomány biztosítása. A megadott szorítóerő tartomány és ismert munkahenger alapján a nyomás tartomány számolható: A folytonosság alapján írható a dugattyú visszatérési sebesség ill. idő: Mivel az akkumulátor a szivattyúval együtt dolgozhat, ill. a szivattyú térfogatáram ismeretében az akkumulátor űrtartam szabad paraméter, ezért választhatunk gazdasági okból kisebb áramlási teljesítményű szivattyút is. Legyen:

Szorítókör energetikai optimalizálása II. Térfogatáram a szivattyú nyomócsonkban: A folyadékáram – idő diagram alapján a rendszerben tervezési szempontból 3 térfogatáram különíthető el: Egy munkaciklushoz szükséges ösz térfogat: A gáz előtöltési nyomása:

Szorítókör energetikai optimalizálása II. Akkumulátor nyomás – idő diagram:

Szorítókör energetikai optimalizálása II. Hidroakkumulátor névleges térfogata: Töltési idő: Mivel < 1… 2 min ezért adiabatikus állapot változás. Ürítési idő: Mivel > 1… 2 min ezért izot. állap. vált.

Hidraulika kidolgozott példák Csőzár hidraulikus működtető rendszere (feladat)

Feladat: Az ábrán látható csőzár hidraulikus működtető rendszerét úgy kell megtervezni, hogy azzal részlegesen nyitott, illetve zárt helyzeteket is be lehessen állítani. Áramkimaradás esetén a csőzárnak automatikusan és üzembiztosan zárnia kell. M [Nm] A szerkezeti felépítés A szöghelyzettől függő nyomaték 143. ábra

Feladat: A tervezési alapadatok: -A csőzár működtetéséhez szükséges nyomaték ( a csőzár tengelyére vonatkoztatva) a szöghelyzet függvényében a fenti ábrán látható. --a nyitás ideje 15 - 90 sec. -- a zárás ideje 6 - 30 sec. A kapcsolási vázlat tervezése A bevezetendő teljesítmény mérséklése miatt célszerű energiatakarékos körfolyamot kialakítani (144. ábra). Ennek egyik lehetősége, hogy a rendszer térfogatáram igényét hidroakkumulátor biztosítja. A szivattyú feladata ez esetben az akkumulátor töltése. A töltött állapot elsődlegességét biztosító körfolyamrész lehet elektrohidraulikus (3; 11; 12; ill. 11/a), vagy tisztán hidraulikus (3/a). Az elektrohidraulikus változatnál a szivattyú rá-, ill. lekapcsolását az Y 4 jelű mágnes működtetésével a nyomáskapcsolók (11), ill. az elektronikus nyomáskapcsoló (11/a) vezérli. A csőzár a (6) útváltóval nyitható (Y 2 -> "b" pozíció), ill. zárható (Y 1 -> "a" pozíció). A működési idők a (8) áramállandósítókkal állíthatók be. A csőzárat adott helyzetében a (9) kettős vezérelt visszacsapószelep reteszeli. A (7) útváltó, melynek mágnese (Y 3) üzemszerűen állandóan feszültség alatt áll, áramkimaradás esetén a csőzárat zárásra kapcsolja.

nyit zár A hidraulikai kapcsolás elektrohidraulikus elemekkel Y 1 zár Y 3 ha van áram Y 2 nyit 144. ábra

nyit zár Y 1 zár A hidraulikai kapcsolás Y 3 ha van áram Y 2 nyit 144. ábra

Statikus méretezés A rendszer elemeinek kiválasztását mindig a kimeneti energiaátalakítókkal jelen esetben a munkahenger (10) - kell kezdeni. A munkahenger szükséges dugattyúfelülete és lökete a kinematikai vázlat és a nyomatékszükséglet alapján határozható meg. {143; 145. ábrák). A dugattyú által kifejtendő erő: 145. ábra A dugattyúrúd statikus erőegyensúlyi egyenlete:

Bevezetve a és az összefüggéseket. A szükséges dugattyúfelület: Ahol ηm = 0, 92 (a munkahenger mechanikai hatásfoka) φ = 1, 25 {működő dugattyúfelületek viszonya) p 1 = (0, 85 - 0, 9)pmax = 0, 85 • 160 = 136 {bar) p 2 = 5 (bar) A felületnek megfelelő dugattyúátmérő: D = 49, 57 (mm) A választott munkahenger: Φ 50 / Φ 22 x 400 A tényleges felületek: AD = 19, 625 (cm 2) Ad = 15, 45 (cm 2) A választott munkahenger adataival a szükséges nyomás: - záráskor: 123, 5 (bar) -nyitáskor 97, 8 (bar)

Következhet a hidroakkumulátor kiválasztása. Az általa kibocsátott olajtérfogat utántöltés nélkül elegendő kell legyen a csőzár egyszeri nyitásához és zárásához, azaz: Ahol = 6, 5 (bar) a körfolyamág becsült nyomásvesztesége a maximális térfogatáramnál.

Az akkumulátor névleges térfogatát a rövid, 6 (s)-os zárási idő miatt az adiabatikus állapotváltozásra vonatkozó összefüggésből meghatározzuk meg. A járatos névleges térfogat: 10 (dm 3). Ezt választva, a p 3 nyomás értékét kell növelni:

Miután a szivattyú feladata csak a hidroakkumulátor töltése, a fajlagos munkatérfogata legyen: Vg = 1 (cm 3). A szivattyú hajtásához szükséges teljesítmény: ahol n = 1440 (1/min) = 24 (1/s) a villamos motor fordulatszáma. A rendszerben alkalmazott irányító elemek (6, 7, 8, 9, 12) névleges mérete a maximális térfogatáramhoz: - 6 (dm 3/min) igazodóan: NÁ6.

Ezután meghatározható az akkumulátor nyomás-idő diagramja: A (6) és (7) útváltók résvesztesége a nyomás függvényében. 146. ábra

A töltési idő meghatározása: A kontinuitás az akkumulátor alatti csomópontra : Ahol a szivattyú szállítása

A feltöltődés ideje:

Az ürítési idő:

Az első feltöltés, megindulás ideje: ekkor p 2=p 1