Hidraulicni razvodnici

SE MI NA RSKI R AD Proračun hidrauličkog sistema Uljna hidraulika i pneumatika

Uvod: Na slici je prikazan hidraulički sistem koji služi za pomjeranje tereta (A) težine G=18 kN. Hidraulički cilindar se zbog konstruktivnih razloga nalazi na udaljenosti l=800 mm od tereta (A). Ukupna dužina potiskivanja tereta (A) po kosoj ravni iznosi 2900 mm, nakon čega se hidraulički cilindar vraća u prvobitni položaj. Koeficijent trenja između površine tijela (A) i kose ravne je μ=0,17 . U toku kretanja klipa ostvaruju se slijedeće brzine: •

•

•

•

V1=0,10 m/s od tačke B do tačke C V2=0,25 m/s od tačke C do tačke D V3=0,20 m/s od tačke D do tačke E V4=0,45 m/s od tačke E do tačke B

Tehnologija rada mehanizma zahtjeva da se klip sa tijelom zaustavi između tačke D i E pa je neophodno obezbijediti sigurno držanje sistema u zatečenom položaju. Postavljeni z adatak treba riješiti ugradnjom pumpe konstantnog kapaciteta.

Potrebno je:  A/ Prikazati konstrukciju hidrauličkog sistema i dati detaljan opis svih elemenata koji su prikazani B/ Proračunati hidraulički sistem B1/ Proračun najveće vrijednosti vanjske sile B2/ Proračun prečnika klipa i klipnjače B3/ Proračun potrebnog kapaciteta pumpe B4/ Proračun potrebnog pritiska pumpe

1

A/ Konstrukcija hidrauličkog sistema i detaljan opis svih elemenata koji su prikazani Princip rada datog hidrauličkog sistema:

Promjena protoka vrši se podešavanjem prigušnog ili regulacionog ventila.Razlika količine ulja koju daje pumpa i količine koja je prtrebna hidrocilindru potiskuje se preko ventila za ograničenje pritiska u rezervoar.Upodručju sistema od pumpe do prigušnog ventil a vlada pritisak podešen na ventilu za ograničenje pritiska.Ukupan gubitak energije u sistemu jednak  je sumi dijela energije koji se na ventilu za ograničenje pritiska pretvori u toplotu i gubitaka u cjvovodu i elemntima hidrauličkog sistema.Preko razvodni ka se upravlja smjerom protoka radnog medija.

Slika 1.0 Hidraulički sistem

Pozicija 1- pumpa Pumpe su strojevi u kojima se izvana oveena mehanička energija transfomira u energiju ranog fluia.Za pogon pumpe obično se koriste elektromotori,a u mobilnoj hiraulici motori sa unutrašnjim sagorjevanjem.Pumpe se dijele u dvije osnovne kategorije:volumenske pumpe i

inamičke.Zapreminske pumpe transportuju fluid putem smanjenja zapremine komora u pumpi.Koriste se za relativno male protoke uz r elativno velike visine dobave.Princip rada zapreminske pumpe prikazan je na slici 1.1.1.Pomjeranjem klipa ulijevo obavlja se faza usisa a

pomjeranjem klipa uesno faza tlačenja (potiskivanja) cilinra.Takođe su prikazani usisni I tlačni ventil,koji su nužno prisutni.Ko pumpi se zbog nepovoljnog reoslijea promjene pritiska najčešde se koristi samoradni ventil(bez vanjski intervencije).Tokom usisa,otvara se usisni ventil (donji) I

zatvara tlačni (gornji) pomodu popritiska u cilinru,ok se tokom tlačenja otvara tlačni ve ntil uz istovremeno zatvaranje usisnog ventila. 2

Slika 1.1Pricip

rada zapreminske pumpe

Teorijski protok kroz zapreminsku pumpu jednak je proizvodu broja obrtaja n i radne zapremine pumpeV.Stvarni protok kroz pumpu jednak je: Q=

nV

- zapreminski stepen iskorištenja pumpe n- broj obrtaja pumpe [o/min ] V- specifični protok pumpe *

/o]

Snaga pumpe jenaka je umnošku momenta na spojci i ugaone brzine. P= Mω M- moment na vratilu [Nm] -1

ω- ugaona brzina [s ] Izraz za izračunavanje snage pumpe može se efinisati kao

= - prirast pritiska u pumpi [bar],

- ukupni stepen iskorištenja pumpe

Pozicija broj 2-sigurnosni ventil

Osiguravaju a pritisak u sistemu ne prijeđe maksimalnu opušteniu vrijenost.Koriste se kao sigurnosni ventili (za zaštitu o prekomjernog pritiska),kao kočni ventili (za zaštitu o hirauličkih udara )koji nastaju npr. prilikom zatvaranja razvonika.Tipično se postavljaju na izlazu pumpe za zaštitu pumpe.U ventila za ograničavanje pritiska često se ugrađuju prigušni klipovi ili prigušnica za smanjenje brzine zatvaranja jer time sprečavamo nastajanje hirauličkog uara što je osnovna bit sigurnosnog ventila.Na slici 1.2 prikazan je šema sigurnosnog ventila.Na ventilu se skračivanjem/prouživanjem opruge namjesti željeni maksimalni pritisak pri kojem de pritisak na pladanj ventila savladati silu u opruzi,gurnuti pl aanj i na taj način otvoriti ventil.Pritsak otvaranja veči je o pritiska zatvaranja ventila za 10-15%.

Slika 1.2

Sigurnosni ventil 

3

Pozicija broj 3- razvodnik Razvonici su uljno hirauličke komponente koji priključak ulja po pritiskom spajaju sa jenim ili više cjevovoa koju voi ka i o izvršnog organa.Sa njima se vrši izbor smjera kretanja izvršnog organa.Razvonici imaju više priključaka,pri čemu se priključak ulja po pritiskom ,obično je to vo koji olazi o pumpe ,označava sa P ok se priključak u povratnoj grani koji obično voi ka rezervoaru označava sa R.Priključci koji spajaju razvonik sa izvršnim organima označavaju sa A,B,C…Razvodnik se obično označava sa va broja npr.m/n gje je m broj priključaka a n broj položaja.Tako npr razvonik 4/3 na slici 1.3 ima 4 priključka i 3 rana položaja.Ovakav razvonik se najčešde koristi za upravljanje raa hirauličkog cilinra.Razvonici u kojima se strujanje obavlja u malim kanalima ili u procjepima što znači a u njima postoji veliki paovi pritiska to jest gubici energije.Zbog velikih prigušenja koji su prisutni u razvonicima gubitak strujne energije se pretvara u toplotu što se manifestuje sa porastom temperature radnog fluida.Razvodnici su dakle lokalni otpori te se zato na njima pa pritiska,za jean položaj klipa koji je efinisan sa konstantnim procjepom oređuje kao:

Δp= Međutim ovaj oblik za pa pritiska se rijetko upotrebljava,ved se koristi oblik preko protoka Δp=aV

2

a= a-koeficijent hirauličke karakteristike i A mjeroavna površina poprečnog presjeka

Slika 1.3.1

Hidraulička karakteristika razvodnika

Slika 1.3

Razvodnik 

Osnovne karakteristike hirauličkih razvonika su konstrukcija,nazivna veličina,broj ranih položaja,broj hirauličkih priključaka i način aktiviranja.Prema konstrukciji razvonici se mogu pojeliti na klipne,pločastei razvonici sa sjeištem.Prema načinu aktiviranja hirauličkih razvonika može biti ručni,opružni,hiraulički,pneumatski I elektromagnetni. 4

Pozicija broj 4-prigušni ventil

Kod najjedenostavnije konstrukcije prigušnih ventila protok je zavisan od veličine pritiska i temperature.Ventil prikazan na slici 1.4 ima ugrađen nepovratni ventil pa je protočan u oba smjera.kod toka ulja pravcem A- B protok ulja se prigušuje ovisno od veličine slobodne površine koja se formira u prostoru između sjedišta i konusnog klipa.Veličina površine protoka se podešava promjenom položaja vijka (2) i konusnog klipa.

Kod toka ulja pravcemB- A otvara se nepovratni ventil ,pa ulje slobodno protiče kroz njega,što znači da se u tom pravcu ne vrši regulacija ulja. Kod konstantne vrijednosti slobodne površine kroz koju protiče ulje,protok je funkcija razlike pritisaka ispred i iza ventila,što znači da svaki poremećaj pritiska utiče na veličinu protoka kroz ventil.

Slika 1.4 Presjek nepovratno-prigušnog ventila 1.tijelo 2. vijak sa klipom 3. navrtka 4.tijelo nepovratnog ventila 5.opruga

Pozicija broj 5 -hidrocilindar Hiraulički cilinri se bitno razlikuju o pneumatskih cilinara.Zbog vedih tlakova i sila moraju biti robusnije konstrukcije,a i povedan je problem brtvljenja.Obzirom a je rani meij ulje pojavljuje se problem curenja ulja prorlog kroz brtva pa je potrebno previjeti ovo tog ulja.Takođe prilikom pražnjenja cilinra mora se ulje ogovarajudem voovima vratiti u rezervoar.Hiraulički cilinri imaju va otvora(po jean na prenjoj i na stražnjoj strani) za ozračivanje. Kroz te otvore oržavanje se vrši pomodu vijka ili automatskog ventila za ozračivanje. Dijelovi hirauličkog cilinra su prikazani na slici 1.5.

5

Slika 1.5

Hidraulički cilindar: 1- plašt,2- štap,3-klipnjača,4-prednji poklopac,5-stražnji poklopac,6-7- priključci za

ulje

Cilindri mogu jednoradni i dvoradni.Kod jednoradnih cilindara ulje pod pritiskom dovodi se samo sa  jene strane klipa koji vrši koristan ra samo u jenom smjeru.Povratno kretanje ostvaruje se oprugom slika 1.5.1 ili težinom tereta slika 1.5.2

Slika 1.5.1

Slika 1.5.2

Dvorani cilinri vrše ra u oba smjera.Za upravljanje voranih cilinara koriste se razvonici 4/2 i 5/2.Cilinri ko kojih je onos prenje i stražnje površine 2:1 nazivaju se iferencijalni cilinri.Cilinri sa vostranom slika 1.5.3 klipnjačom imaju jenaku prenju i stražnju površinu tako as u sile i brzine  jednake u oba smjera.

Slika 1.5.3

Brzina kretanja klipa v jednaka je: v=

  

Pri čemu  je Q protok ranog fluia kroz priključni cjevovo,S aktivna površina klipa a zapreminski stepen iskorištenja .Sila klipnjače F jenaka je F= Pri čemu je raspoloživi pa pritiska ,a obzir mehanički i hirauličke gubitke

mehanički stepen iskorištenja cilinra koji uzima u

6

Snaga cilindra P jednaka je

P= Pri čemu je B/

ukupni stepen korisnog dijelovanja cilindra (

0,7-0,9)

Proračunati hidraulički sistem

B1/ Proračun najveće vrijednosti vanjske sile

Slika 2.0

Najveda vanjska sila se javlja pri pomjeranju tereta o tačke C o tačke D jer taa imamo najvede ubrzanje(naravno posmatrjudi rani ho) pa shono tome i najveda inerciona sila se javlja na tom dijelu. Na slici 2.0 je usvojen koorinatni sistem na osnovu kojeg demo težinu G razložiti na komponente i

i prikazan pravac i smjer djelovanja sile trenja

 =Gcos= = =

in

i sila inercije F .

=Gsin =18000sin45 =12728 (N) 12500cos45 =12728 (N)

12728*0,17=2164 (N)

Brzina kretanja klipa o tačke C do D je v=0,2 5m/s a vrijeme ubrzavanja se usvaja t=0,5 s pa je ubrzanje jednako: a=

=0,5m/s2

Najveda vrijenost vanjske sile je in

F=F +Gx+Ft=m*a+ Gsin

  +

=15809N

B2/ Proračun prečnika klipa i klipnjače 7

Prečnik klipa se računa prema sleedem izrazu:

D= Gdje je sila F-ukupna vrijednost vanjske sile a P- pritisak koji usvajamo P=100(bar) pri čemu je D=81.93(mm) na osnovu čega mi usvajamo stanrni prečnik D=100(mm)

Površinu klipa računamo kao

=78,5(cm2)

A=

Prečnik klipnjače Prečnik klipnjače se računa prema sleedem izrazu:

d=

=56(mm)



11

Gdje je h=3,7(m)-hod klipa,a =5-stepen sigurnosti a E=2,1*10 -moul elastičnosti

Površina klipnjače

=53,9(cm2)

A1=

B3/

Proračun potrebnog kapaciteta pumpe

Zapremina klipa u poručju B-C: 3

V1=A L1=78,5*80=6280(cm )

Vrijeme pomjeranja klipa u poručju B-C: t1= L1/ v

=8(s)

1

Kapacitet pumpe od B-C: Q 1= V1/ t1=6280*60/8=47100(cm /min) 3

Zapremina klipa u poručju C-D: 8

3

V2=A L2=78,5*180=14130(cm )

Vrijeme pomjeranja klipa u poručju C-D: t2= L2/ v

=7,2(s)

2

Kapacitet pumpe od C-D: Q 2= V2/ t2=14130*60/7,2=117750(cm /min) 3

Zapremina klipa u poručju D-E: 3

V3=A L3=78,5*110=8635(cm )

Vrijeme pomjeranja klipa u poručju D-E: t3= L3/ v 3=5,5(s)

Kapacitet pumpe od D-E: Q 3= V3/ t3=8635*60/5,5=94200(cm /min) 3

Zapremina klipa u poručju E-B: 3

V4= A1 L4=53,9*370=19943(cm )

Vrijeme pomjeranja klipa u poručju E-B: t4= L4/ v

=8,2(s)

4

Kapacitet pumpe od E-B: Q 4= V4/ t4=19943*60/8,2=145924(cm /min) 3

Najvedi protok,onosno kapacitet pumpe je potreban za povratni ho E -B tako da na osnovu njega biramo karakteristike potrebne pumpe. 3

Potrebni kapacitet pumpe: Q p=145924(cm /min)

Usvajamo broj obrtaja elektromotora n=1450 ob/min i zapreminski koeficijent iskorištenja η=0,9,pa na osnovu tih veličina i maksimalnog protoka Q 4 računamo specifični kapacitet: 3

q= Q 4/n* η=111,82 (cm /ob)

B4/ Proračun potrebnog pritiska pumpe

9

Na osnovu pritiska usvajamo brzinu strujanja o v=3,5 m/s pa je prečnik cjevovoa jenak d=

√ =3,08 (cm)

Usvajamo prečnik d=35 (mm) Rejnoldsov broj jednak je

Re=

=2100 

Koeficjent trenja

 je

 =0,031 ==

Dužine cijevi su sljeede: L1=3 m – od pumpe do razvodnika L2=1 m –o razvonoka o prigušnog ventila L3=1m –o prigušnog ventila o cilinra Linijski gubici

    =0,25 bar

Δp = *ρ

Lokalni gubici(dvije krivine):

     Δp =2ρς =890*0,5*2*   =0,05 bar ς

Na osnovu protoka pumpe s ijagrama očitavamo pa pritiska na razvoniku : ΔpP-A=2,1 bar

Na osnovu protoka pumpe s ijagrama očitavamo pa pritiska na prigušnom ventilu: ΔpP=1,5 bar

Na osnovu usvojenog pritiska u cilinru koji iznosi P=100 bar preko Bernulijeve jenačine računamo prirast pritiska u pumpi:

Δp=P+ ΔpP-A+ Δp+Δpς+ ΔpP =100+2,1+0,25+0,05+1,5=103,9 bar Sigurnosni ventil postaviti tako da se otvara pri pritisku od oko 106 bar-a.

Proračun potrebne snage elektromotora Minimalna snaga elektromotora za pokretanje pumpe se računa prema izrazu: 10

N= Δp Q/ηP=31,5 kW

Za ηP =0,8

Popis slika Slika 1.0-Hiraulički sistem 11

Slika 1.1- Pricip rada zapreminske pumpe Slika 1.2 -Sigurnosni ventil  Slika 1.3.1 -Hidraulička karakteristika razvodnika Slika 1.3 -Razvodnik 

Slika 1.4 -Presjek nepovratno-prigušnog ventila Slika 1.5 -Hidraulički cilindar 

Slika 1.5.1-Jednostrani cilindar sa oprugom Slika1.5.2 -Jenostrani cilinar sa težinom G Slika 1.5.1-Klip sa vostranom klipnjačom Slika 2.0 Prikaz sila na tijelu

12