Hidraulika-vjezbe.pdf

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE

Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE

Predavač: mr. Đorđe Dobrota

Split, rujan 2014.

0


PREDGOVOR Skripta Vježbe iz hidraulike namijenjena je studentima preddiplomskog sveučilišnog studija brodostrojarskog smjera, koji su u V semestru za izborni predmet izabrali Brodsku hidraulikui pneumatiku. Skripta je obvezna literatura za savladavanje programa ovog izbornog predmeta i usklađena je s programom kao i važećim normama iz ovog područja. Ova skripta sadrži osam (8) didaktičko razrađenih vježbi. Svaka vježba sadrži zadatak s primjerima primjene hidraulike i hidrauličkog upravljanja u praksi, a koji se odnose na naslov vježbe. Prije zadatka dana je kratka teoretska osnova dijela područja hidraulike koje vježba obuhvaća. Svaki zadatak je opisan i prikazan prostornom skicom s naznakom što se traži. Sadržaj zadataka je takav da se hidraulički sustav u primjerima može izraditi i ispitati na radnoj stanici hidrauliku, a koje je fakultet posjeduje u svrhu unapređenja nastave i znanstvenog rada. U sklopu ove radne stanice nalazi se osnovni set za hidrauliku, komponente za realizaciju električnog upravljanja istim, te računalni programi FluidSIM Hydraulic. Računalni programi FluidSIM Hydraulic namijenjen je za crtanje i simulaciju shema upravljanja realnih hidrauličkih sustava. Na taj način se pripomaže studentima u izradi shema, rješavanju zadanih problema u svrhu razumijevanja i savladavanja programa za polaganja ispita iz predmeta Brodska hidraulika i pneumatika. Nadalje, oprema sadrži i računalno podržan sustav za mjerenje radnih veličina s pripadajućim senzorima tlaka, protoka i temperature.

Autor

1


SADRŽAJ PREDGOVOR

............................................................................................................

1

SADRŽAJ

............................................................................................................

2

VJEŽBA 1:

Hidraulička crpka-Karakteristika crpke .........................................

3

VJEŽBA 2:

Hidraulički agregat-Karakteristika ventila za ograničenje tlaka .

10

VJEŽBA 3:

Regulacija brzine izvršnog elementa u hidrauličkom sustavu …...

15

VJEŽBA 4:

Blokiranje položaja cilindara i protudržanje .................................

25

VJEŽBA 5:

Hidraulični sklop za sinkronizaciju rada cilindara ........................

45

VJEŽBA 6:

Redoslijedni tlačni ventili i regulatori tlaka ...................................

56

VJEŽBA 7:

Otvoreni i poluzatvoreni hidraulički sustavi ...................................

66

VJEŽBA 8:

Hidraulični akumulatori ..................................................................

83

LITERATURA

............................................................................................................ .

90

2


VJEŽBA 1: Hidraulička crpka-Karakteristika crpke Crpkom se naziva hidraulični stroj koji pretvara mehaničku energiju pogonskog motora u hidrauličnu energiju fluida (protok i tlak). Mogu biti strujne (dinamičke) i volumne (volumetričke). Strujne crpke (centrifugalne) koriste se najčešće kod transporta fluida, tj. u sustavima kod kojih raspoloživom energijom treba savladati uglavnom supostavljajuće otpore u cjevovodu, kako bi se se određena količina tekućine transportirala s jednog na drugo mjesto. Ove crpke u rotoru predaju snagu fluidu tako da pokretne lopatice ostvaruju silu tlaka na fluid. Primjenjuju se za relativno velike protoke i male visine dobave, pa se zato u hidraulici u principu ne koriste. U hidrauličnim sustavima koriste se isključivo volumne crpke. Osnovni princip rada ovih crpki je neprestana promjena volumena radnih komora zbog čega se i nazivaju volumne ili volumetričke crpke. Promjena volumena radnih komora omogućuje usisavanje, razdvajanje i potiskivanje radne tekućine u sustav vodova. Usisavanje i potiskivanje radne tekućine postiže se pokretanjem radnog elementa (zubci zupčanika, klipovi ili krilca). U fazi povećanja volumena radne komore stvara se podtlak u odnosu na spremnik radne tekućine, zbog čega se komora puni – faza usisavanja. Kada se pod utjecajem djelovanja radnog elementa volumen komore smanjuje nastaje faza tlačenja. Veličina tlaka radne tekućine nije određena konstruktivnim karakteristikama crpke već je funkcija suprostavljajućih otpora u hidrauličkom sustavu koji čine vanjski i unutarnji otpori. Protok je volumenska količina radne tekućine koju crpka daje u jedinici vremena. Razlikujem se teoretski i stvarni protok crpke. Teoretski protok Qt jednak je umnošku broja okretaja crpke n i radnog volumena V kojeg crpka dobavlja po okretu, pa prema tome ne zavisi od radnog tlaka crpke:

Qt  V  n  q p  2    n  q p   gdje je: Qt - teoretski protok, m3/s, V - radni volumen crpke (volumen dobave, istisnina ili zapremina), m3/okr, qp - specifični protok crpke koji odgovara volumenu radne tekućine koju zahvate radne, komore crpke kada se njeno vratilo zakrene za jedan radijan, m3/rad, n - broj okretaja crpke, s-1, ω - kutna brzina vratila crpke, Stvarni protok crpke Qs je manji od teoretskog Qt za za dio radne tekućine koja istječe kroz zazore i brtvene elemente crpke i koja ne sudjeluje u korisnom pretvaranju energije:

Qs  v  Qt

gdje je: 3

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Qs - stvarni protok crpke, m3/s, Qt - teoretski protok crpke, m3/s, ηv - volumni (volumetrički) koeficijent korisnog djelovanja. Volumni gubici protoka QL zbog istjecanja kroz zazore definirani su veličinom zazora, viskoznošću radne tekućine (manja viskoznost veći gubici), veličinom i istrošenošću crpke, te se mogu prikazati kao razlika između teoretskog Qt i stvarnog protoka Qs:

QL  Qt  Qs  Qt  v  Qt  (1  v )  Qt gdje je: QL - volumni gubici protoka, m3/s. Qs - stvarni protok crpke, m3/s, Qt - teoretski protok crpke, m3/s, ηv - volumni (volumetrički) koeficijent korisnog djelovanja. Prednost volumnih gubitaka protoka je u podmazivanju i zaštiti od korozije. Eksperimenti pokazuju da volumni gubici protoka rastu linearno s povećanjem tlaka u crpki. Karakteristika ovisnosti protoka(dobava) o tlaku naziva se karakteristika crpke (slika 1-1).

Q Qt Qs

QL pp

p

Slika 1-1. Karakteristika crpke . Ona pokazuje kako se stvarni protok crpke smanjuje porastom tlaka. Iz karakteristike crpke može se ustanoviti: - za p=0 (rad u praznom hodu) crpka isporučuje ukupnu dobavu, tj. Qs=Qt i QL=0 , - za p > 0, stvarna dobava Qs smanjuje se zbog istjecanja ulja, tj. QL>0, - nagib karakteristike pokazuje volumni (volumetrički) koeficijent korisnog djelovanja (ηv) crpke.

4

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Ispravnom crpkom se smatra crpka čiji volumni gubici protoka pri radnom tlaku nisu veći od 13 % teoretskog protoka crpke. Za veće vrijednosti gubitaka crpka se smatra oštećenom (istrošenom) te je potrebno promijeniti. Primjer: Karakteristika nove crpke: propuštanje ulja iz crpke iznosi do 6,0 % pri radnom tlaku od 230 bar (slika 1-2). Iz toga slijedi: - pri p=0 bar, stvarni protok je Qs=Qt=10,0 dm3/min=0,000167 m3/s, - pri p=230 bar (230·102 kPa), stvarni protok iznosi Qs=9,4 dm3/min=0,000157 m3/s, - volumni gubici protoka QL=0,6 dm3/min=0,00001 m3/s, Volumski koeficijent korisnog djelovanja:

v 

Qs 0,000157   0,94 Qt 0,000167

ili

v  1 

QL 0,00001 1  0,94 Qt 0,000167

Karakteristika oštećene crpke: propuštanje ulja iz crpke iznosi do 14,3% pri radnom tlaku od 230 bar (slika 1-2). Iz toga slijedi: - pri p=0 bara, stvarni protok je Qs=Qt=10,0 dm3/min=0,000167 m3/s, - pri p=230 bar (230·102 kPa), stvarni protok iznosi Qs=8,7 dm3/min=0,000145 m3/s, - volumni gubici protoka QL=1,43 dm3/min=0,00002 m3/s, Volumski koeficijent korisnog djelovanja:

v 

Qs 0,000147   0,87 Qt 0,000167

ili

v  1 

QL 0,00002 1  0,87 Qt 0,000167

5


Slika 1-2. Karakteristika promjene protoka crpke u funkciji tlaka za novu i oštećenu crpku ZADATAK 1: Nakon remonta dizalice ugrađena je nova hidraulička crpka. Potrebno je izvršiti mjerenje stvarnog protoka crpke Qs u ovisnosti od radnog tlaka p prema danoj hidrauličkoj shemi:

MANOMETAR

CJEVNI VENTIL

Max tlak 60 bar MJERAČ PROTOKA (menzura)

HIDRAULIČKI AGREGAT

Na osnovu teksta zadatka potrebno je: - Nacrtati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulic. - Na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

6

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE - Pri zatvorenom cjevnom ventilu (zasun) u sustavu je prisutan radni tlak definiran sigurnosnim ventilom pumpe (ventil za ograničenje tlaka) i iznosi 60 bara. Mijenjanjem otvorenosti zasuna potrebno je namjestiti vrijednost tlaka na manometru prema vrijednostima u tablici 1. - Izvršiti mjerenje protoka mjeračem protoka. - Rezultate upisati u tablicu 1. - Nacrtati karakteristiku crpke. - Pri radnom tlaku od p=50 bar, izračunati volumne gubitke protoka QL i volumni koeficijent korisnog djelovanja ηv . Tablica 1.Mjerenje Q-p karakteristike pumpe

p [bar]

5

10

15

20

25

20

25

30

35

40

45

50

55

Qs [dm3/min]

Karakteristika crpke Q [dm /min] 3

3,0

2,0

1,0

5

10

15

30

35

40

45

50

55

p [bar]

7

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Pri p=50 bar (50·102 kPa): - volumni gubici protoka

QL  Qt  Qs 

 dm3   min   

Qs - stvarni protok crpke, dm3/min, Qt - teoretski protok crpke, dm3/min. - volumni koeficijent korisnog djelovanja

v 

Qs  Qt

ili

v  1 

QL  Qt

gdje je: QL - volumni gubici protoka, dm3/min, Qs - stvarni protok crpke, dm3/min, Qt - teoretski protok crpke, dm3/min. ηv - volumni (volumetrički) koeficijent korisnog djelovanja.

8


VJEŽBA 2: Hidraulički agregat-Karakteristika ventila za ograničenje tlaka Tlak radne tekućine hidrauličkog sustava ne nastaje prije svega zbog crpke, nego je u svezi s otporima. Ukoliko veličina vanjske sile koja djeluje na klip hidrauličnog cilindra ili moment na hidrauličnom motoru raste bez ograničenja, raste i tlak ulja u sustavu. Prevelik tlak može razarajuće djelovati na komponente sustava. U stvarnom sustavu tlak može rasti do veličine koja je određena najvišim tlakom koji crpka može ostvariti (tlak je ograničen mogučnošću brtvljenja radnih komora i same crpke) ili najvećim radnim tlakom kojeg definiraju ostale hidraulične komponente. U praksi se to rješava na način da se nakon crpke ili integrirano u kučištu crpke (slika 2-1), ugradi ventil za ograničenje tlaka kao sigurnosni ventil. Ugradnja sigurnosnog ventila u kučištu crpke

Ugradnja sigurnosnog ventila nakon crpke Sigurnosni ventil

Crpka

Crpka Sigurnosni ventil

Slika 2-1. Ugradnja ventila za ograničenja tlaka kao sigurnosnog ventila Ventil se ugrađuje na sporednom vodu na način da je jednom stranom povezan s cjevovodom pod tlakom, a drugom sa spremnikom. Njegova osnovna funkcija je da se, ukoliko tlak naraste iznad najveće dozvoljene vrijednosti, otvori i propusti odgovarajuću količinu radne tekućine u spremnik. Nakon što se u sustavu postigne namještena vrijednost tlaka, ventil se opet zatvara. Ventili za ograničenje tlaka mogu biti sa sjedištem (kugla ili konus) ili cilindričnim klipom. Prema načinu djelovanja mogu biti direktno i indirektno upravljani, te sa rasterećenjem. Ventil za ograničavanje tlaka u normalnom je položaju zatvoren. Mogu biti izvedeni sa i bez mogućnošću udešavanja maksimalnog radnog tlaka otvaranja ventila. Kod ventila s mogućnosću podešavanja tlaka otvaranja, vijkom za udešavanje namješta se željeni maksimalni tlak pri kojem će tlak na pladnju ventila svladati silu u opruzi, gurnuti pladanj i na taj način otvoriti ventil. Tlak otvaranja veći je od tlaka zatvaranja ventila za 10-15% (histereza). U ventile za ograničenje tlaka često se ugrađuju prigušni klipovi ili prigušnice za smanjenje brzine zatvaranja (brzo otvaranje i usporeno zatvaranje). Time se sprječavaju štete

9

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE od tlačnog udara kakvi se javljaju npr. ako se zatvaranjem ventila trenutačno obustavi protok prema nekom potrošaču. Direktno upravljani ventili za ograničenje tlaka (slika 2-2) rade tako da ulazni tlak p1 djeluju_i na površinu pomičnog elementa proizvodi silu F=p1·A1. Sila kojom opruga potiskuje pomični element na dosjed može se podesiti vijkom. Ako sila dobivena ulaznim tlakom postane veća od sile opruge, ventil se počinje otvarati. Tada dio tekućine odlazi u spremnik. Nastavi li ulazni tlak rasti, ventil se otvara sve dok cijeli tok iz crpke ne poteče u spremnik. Otpor na izlazu (vodu prema spremniku, povratnom filtru, i sl.) djeluje na površinu A2. Sila koja iz toga proizlazi, mora se pribrojiti sili opruge.

Slika 2-2. Shematski prikaz i simbol podesivog ventila za ograničenje tlaka Nedostatak direktno upravljanog ventila za ograničenje tlaka je što za vrijeme otvaranja i zatvaranja ventila dolazi do naglih oscilacija tlaka, a prisutne su oscilacije kada se on nalazi u otvorenom položaju. Ti nedostaci dolaze naročito do izražaja pri većim protocima jer tada treba povečati površine kanala i otvora kroz koje protiče radna tekućina, a samim tim i silu opruge. Veličina opruge utječe i na veličinu ventila pa se stoga ventil za ograničenje tlaka izvodi se kao direktni do protoka od 150 l/min ili nazivnog tlaka do NP 10 bara. Za veće protoke i tlakove koriste indirektno upravljani ventili (slika 2-3). Prigušnica

Upravljački (pilot) ventil

Klip

Opruga

Slika 2-3. Shema funkcioniranja i simbol ventila za ograničenje tlaka s indirektnim upravljanjem

10

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Indirektno upravljani ventil za ograničenje tlaka se sastoji od glavnog ventila i upravljačkog (pilot) ventila za ograničenje tlaka. U stacionarnim uvjetima glavni ventil je zatvoren jer tlak ulja djeluje na površinu klipa koji sila opruge drži u zatvorenom položaju. Kad se zbog prekoračenja tlaka otvori pilot ventil za ograničenje tlaka, na desnoj strani glavnog ventila zbog prigušnice opada tlak, pa se klip ventila pomjeri udesno i omogućuje oticanje ulja u spremnik. Nakon zatvaranja pilot ventila, uspostavlja se isti tlak s obje strane ventila (ukupna sila tlaka jednaka nuli), pa opruga prebacuje glavni ventil u normalni (zatvoreni) položaj, a prigušnica pri tom usporava prebacivanje. Na slici 2-4, prikazana je jedna izvedbu ventila za ograničenje tlaka s indirektnim upravljanjem. Pilot ventil smješten je na gornjoj strani i napaja se kroz prigušnicu i kanal (7). Kad u komori na lijevoj strani pilot ventila tlak poraste dovoljno da svlada silu u opruzi, pilot ventil se otvara (udesno). Zbog spomenute prigušnice pada tlak u komori, a komora je preko druge prigušnice (radi usporavanja odziva) povezana s gornjom stranom glavnog ventila. Smanjenje tlaka na gornjoj strani glavnog ventila izaziva otvaranje tog ventila (pomak prema gore).

Slika 2-4. Indirektno upravljani ventil za ograničenje tlaka Ventil za rasterećenje sastoji se od elektromagnetskog 2/2 klipnog razvodnika i direktno ili indirektno upravljanog ventila za ograničenje tlaka (slika 2-5). Zadatak ovog ventila je kada hidraulični sustav dođe u stanje mirovanja (4/3 razvodnik u srednjem položaju) tada se aktivira elektromagnet 2/2 klipnog razvodnika koji spaja tlačnu stranu s spremnikom čime se isključuje funkcija ventila za ograničenje tlaka. Primjena ovog ventila je kod rasterećenja hidrauličnih crpki, gdje se posredstvom električnog upravljačkog signala isključuje funkcija za ograničenje tlaka u stanju praznog hoda.

11


a) elektromagnetski 5/3 razvodnik je aktiviran(otvoren)i indirektno upravljan ventil za ograničenje tlaka je u funkciji b) elektromagnetski 2/2 razvodnik je zatvoren i preko njega se radna tekućina odvodi u spremnik

Slika 2-5. Shema djelovanja hidrauličkog sustava sa ventilom za rasterećenje ZADATAK 2: Za hidraulički crpni agregat (slika 2-6) potrebno je namjestiti sigurnosni ventil (ventil za ograničenje tlaka) na 50 bar prema danoj hidrauličnoj shemi.

MANOMETAR

SIGURNOSNI VENTIL

P CJEVNI VENTIL T

MJERAČ PROTOKA (MENZURA)

SPREMNIK

Max tlak 60 bar HIDRAULIČKI AGREGAT

12

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Na osnovu teksta zadatka potrebno je: - Nacrtati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulic. - Na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad. - Ventilom za ograničenje tlaka postavite vrijednost tlaka u sustavu na 50 bar. Mijenjanjem otvorenosti zasuna potrebno je namjestiti vrijednost tlaka na manometru prema vrijednostima u tablici 1. - Izvršiti mjerenje protoka mjeračem protoka. - Rezultate upisati u tablicu 1. - Nacrtati Q-p karakteristiku ventila za ograničenje tlaka. Tablica 1. Mjerenje Q-p karakteristike ventila za ograničenje tlaka

p [bar]

35

40

42,5

45

47,5

50

Qs [dm3/min]

Karakteristika ventila Q [dm /min] 3

3,0

2,0

1,0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

p [bar]

13


VJEŽBA 3: Regulacija brzine izvršnog elementau hidrauličkom sustavu Brzina kretanja izvršnih elemenata (hidrauličnih motora i cilindara) regulira se količinom dobave (protokom) radne tekućine. To se može ostvariti na dva načina: - direktno promjenom dobave crpke, - prigušenjem protoka. Promjena količine dobavljene tekućine promjenom dobave može se postići crpkama sa mogućnošću kontinuiranog udešavanja dobave (crpke promljenjivog radnog volumena) ili sklopom više crpki istih ili različitih količina dobave, te stupnjevitim uključivanjem njihovih kombinacija. Crpke promljenjivog radnog volumena imaju mehanizam za upravljanje radnih parametara crpke. Za regulaciju se koriste mehanički, hidraulički, elektronički ili kombinirani regulatori u raznim izvedbama. Prema reguliranoj veličini razlikuju se: - regulatori protoka, - regulatori tlaka, - regulatori snage. Na slici 3-1, prikazan je primjer hidrauličnog regulatora tlaka.

1

Q

2 3

p

Slika 3-1. Hidraulički regulator snage Tlačni vod crpke i klipna strana hidrauličkog regulatora (2) povezana je preko ventila za ograničenje tlaka (1). Na cjevovodu, koji spaja ventil i cilindar sa spremnikom postavljena je prigušnica-blenda (3) koja osigurava da impuls tlaka bude prvo odveden prema regulatoru. Crpka radi stalno u području maksimalnog protoka, bez obzira na veličinu tlaka, a nakon dostizanja tlaka koji je podešen na ventilu za ograničenje tlaka, on se otvara i klip regulatora se pomiče u lijevo pa dobava (protok) crpke postaje jednaka nuli, tj. Q=0. Regulatori se redovito koriste za crpke relativno velike snage. Načini regulacije se u današnje vrijeme intenzivno razvijaju, a pri tome se nastoji postići održanje visokog stupnja korisnog djelovanja u različitim režimima regulacije.

14

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Na slici 3-2, prikazan je primjer hidrauličkog sustava s sklopom više crpki istih ili različitih količina dobave, te stupnjevitim uključivanjem njihovih kombinacija pomoću elektromagnetskih 2/2 razvodnika.

Slika 3-2. Sklop više crpki s stupnjevitim uključivanjem Regulacija brzine kretanja izvršnih elemenata prigušenjem (smanjenjem) protoka koristi se kod hidrauličkih sustava sa crpkama konstantne dobave. Ovaj način regulacije ostvaruje se ugradnjom protočnih ventila. Načelo ovog načina regulacije brzine (slika 3-3) je sljedeće: Ukoliko je kod nekog hidrauličnog sustava potrebno smanjiti brzinu kretanja klipa ili broj okretaja motora (obje veličine ovisne su o protoku, tj. Q=n·V) u odnosu na veličinu koja bi se dobila kod korištenja cjelokupne raspoložive količine radne tekućine koja se potiskuje od crpke, na promjenu količine tekućine u glavni ili pomoćni vod ugrađuje se protočni ventil. Na promjenu količine radne tekućine koja protiče kroz protočni ventil utječe se smanjenjem ili povećavanjem

15

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE površine (presjeka) kroz koju ona struji. Smanjenjem presjeka ventila povećava se otpor strujanja tekućine zbog čega se pred ventilom povećava tlak. Kada vrijednost tlaka postane veća od namještenog tlaka na ventilu za ograničenje tlaka, on se otvara što dovodi do podjele strujanja. Jedan dio tekućine teće prema izvršnom elementu, a drugi dio uz najviši tlak odtiče preko ventila za ograničenje tlaka u spremnik. Ova nepotrebna količina strujanja koja otiče preko ovog ventila u spremnik predstavlja veliki gubitak energije (snage) na hidrauličnoj crpki. Zbog toga se za veće snage koriste crpke s promljenjivim radnim volumenom.

Slika 3-3. Regulacija brzine protočnim ventilima Protočni ventili se prema upravljačkoj i regulacijskoj funkciji dijele na: - protočne upravljačke ventile(prigušivači protoka), - regulatore protoka.

16

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Prigušivači protoka predstavljaju hidraulične otpornike, a kontrukcijski se izvode se kao prigušni ventili i ventili s blendom. Općenito prigušnice imaju oblik uskih kanala, a blende imaju oblik ploče sa uskim otvorom za protjecanje (slika 3-4).

Prigušnica

Blenda

Slika 3-4. Konstruktivni oblik i simbol prigušnice i blende Njihov otpor ovisan je o presjeku strujanja, njegovom obliku i viskoznosti tekućine. Kada hidraulička tekućina prolazi kroz otpornik protoka, uslijed trenja i rasta brzine javlja se pad tlaka. Iz toga slijedi da je protok funkcija razlike tlaka ispred i iza ventila, tj.:

p  p1  p2 gdje je: Δp - razlika tlaka ispred i iza ventila, N/m2, p1 - tlak tekućine ispred ventila, N/m2, p2 - tlak tekućine iza ventila, N/m2. Dio pada tlaka koji je posljedica trenja dovodi do povećanja temperature tekućine, a time do smanjenja viskoznosti. Stoga je kod prigušnih ventila zbog dužine kanala protok ovisan o tlaku i temperaturi, odnosno viskoznosti. Kod blendi dužina presjeka strujanja je vrlo mala pa je dio pada tlaka usljed trenja (unutrašnjeg otpora) skoro jednak nuli. To znači da kod blendi promjena viskoznosti nema utjecaja na veličinu protoka, već samo ovisi o tlaku. Da bi se blendom postigao željeni otpor (pad tlaka), mora se kroz povećanje brzine strujanja postići turbulencija, a što se upravo postiže malom dužinom presjeka. Zahtjevi koje moraju zadovoljiti udesive prigušnice su: - stvaranje otpora, - nepromjenjiv otpor kod promjenjivih temperatura radne tekućine, tj. neovisnost o viskoznosti, - osjetljivost udešavanja prigušnice je ovisna i o odnosu površine presjeka njegovom opsegu, - ekonomičnost, tj. povoljna cijena izvedbe. Različiti principi konstrukcija (slika 3-5) udesivih prigušnica zadovoljavaju u različitoj mjeri pojedine kriterije. 17


Slika 3-5. Izvedbe prigušnih ventila Prigušni ventili izvode se s konstantnim prigušenjem ili se prigušenje može mijenjati. Jednosmjerni prigušni ventil predstavlja kombinaciju podesive prigušnice i nepovratnog ventila. Prigušnica upravlja veličinom protoka u jednom smjeru, ovisno o opterećenju. U suprotnom smjeru se otvara puni presjek i povratni tok je ukupni dobavni protok crpke. To omogućuje slijedeće djelovanje jednosmjernog ventila (slika 3-6). Struja radne tekućine je prigušena u smjeru od A prema B. Uslijed toga dolazi do podjele strujanja, pa se protok prema izvršnim elementima samnjuje, a time i njihova brzina. U smjeru od B prema A protok nije ograničen, jer je brtveni konus nepovratnog ventila odignut sa dosjeda, te je otvoren puni presjek strujanja. Kod podesivih jednosmjerno prigušnih ventila presjek strujanja se može povećati ili smanjiti.

18


Slika 3-6. Jednosmjerno prigušni ventil Prigušni ventili se ugrađuju u tlačni ili povratni vod, a mogu se postaviti prije ili iza razvodnika (slika 3-7). Ugradnja u tlačnom vodu Ugradnja u povratnom vodu

a) serijski spoj

Ugradnja u tlačnom i povratnom vodu

a) paralelni spoj

Slika 3-7. Ugradnja prigušnih ventila u serijski i paralelni spoj Pri tome mogu biti priključeni serijski ili paralelno s izvršnim elementom. Serijski spojeni prigušni ventili (slika 3-7a) djeluju tako da se dovedena hidraulička energija

19

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE prigušuje. Jedan dio tekućine teće prema izvršnom elementu, a drugi dio uz najviši tlak odtiče preko ventila za ograničenje tlaka u spremnik. Maksimalna brzina na izvršnom elementu postiže se kod potpuno otvorenog prigušnog ventila. Ugradnjom jednosmjernog prigušnog ventila iza razvodnika regulira se brzina izvršnog elementa samo u jednom smjeru. Paralelno spojeni prigušni ventili (slika 3-7b) prigušuju protok radne tekućine koji se vodi paralelno sa izvršnim elementom. Kod potpuno otvorenog prigušnika izvršni element ima najmanju brzinu, a maksimalna brzina postiže se potpunim zatvaranjem prigušnika. Ugradnja prigušnih ventila u povratnom vodu osigurava da sustav radi s protutlakom (npr. kod dizanja tereta). Promjena veličine tlaka u hidrauličkom sustavu koji je posljedica promjene vanjskog opterećenja izvršnog elementa, dovodi do promjene razlike tlaka ispred i iza ventila. Time se mijenja i protok na prigušnom otvoru ventila (Δp≈Q2), a samim tim brzina izvršnog elementa. Iz toga proizlazi da u slučaju promjenjivog tereta prigušnice nisu pogodne za podešavanje stalnog protoka. Ukoliko je potrebna konstantna brzina izvršnog elementa koja je neovisna o vanjskom opterećenju koriste se regulatori protoka. Ovi ventili osiguravaju konstantan protok koji se automatski udešava ovisno o oprerećenju, odnosno tlaku u vodu. Regulatori protoka se konstrukcijski izvode kao: - dvograni regulator protoka, - trograni regulator protoka. Dvograni regulator protoka ima ugrađene dvije prigušnice (slika 3-8). Jedna je udesiva prigušnica prema željenom protoku (2), a druga je regulacijska prigušnica, odnosno klipni ventil (1).

Slika 3-8. Dvograni regulator protoka (tlačna vaga) Ovakva konstrukcija ventila naziva se tlačna vaga. Tlačna vaga sukladno promjeni tlaka u sustavu mijenja svoj otpor, tako da smanjenje tlaka na udesivoj prigušnici ostane stalno. Zajednički otpor obiju prigušnica utječe zajedno s ventilom za ograničenje tlaka, na podjelu strujanja. Regulacijska prigušnica (1) se može ugraditi ili ispred ili iza udesive prigušnice u zavisnosti da li je promljenjiv ulazni ili izlazni tlak. Ventil je u mirnom položaju otvoren. Pri 20

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE protoku kroz ventil ispred udesive prigušnice javlja se ulazni tlak p1. Na prigušenju udesive prigušnice dolazi do pada tlaka Δp= p1-p2. Kako bi regulacijska prigušnica ostala u ravnoteži, na strani F2 se ugrađuje opruga. Ova opruga daje stalnu razliku tlaka na udesivoj prigušnici. Kada se na izlazu ventila mijenja opterećenje, regulacijska prigušnica mijenja otpor za iznos koji odgovara promjeni opterećenja. U praznom hodu opruga zadržava regulacijsku prigušnicu u ravnoteži, a ventil stvara otpor, koji se udesivom prigušnicom namješta na željeni protok. Ako tlak na izlazu ventila p3 raste, raste i tlak p2. Rezultat je promjena tlaka na udesivoj prigušnici. Istovremeno p2 djeluje na površinu klipa Ap2. Nastala sila zajedno sa silom opruge djeluje na regulacijsku prigušnicu. Regulacijska prigušnica ostaje otvorena dok se ne uspostavi ravnoteža između sila F1 i F2, te dok pad tlaka ponovo ne poprimi raniju vrijednost. Ako na izlazu ventila tlak p3 pada, razlika tlaka Δp raste. Tada se smanjuje i sila na površini klipa Ap2, te sila F1 postaje veća od sile F2. Regulacijska prigušnica se sada zatvara, sve dok se ne uspostavi ravnoteža sila F1 i F2. Isto djelovanje regulacijske prigušnice je pri promjenjivim ulaznim tlakovima, odnosno kod promljenjivih ulaznih uvjeta te Δp ostaje na udesivoj prigušnici konstantan, a time i protok prema potrošaću. Kod dvogranog regulatora protoka neiskorišteni dio strujanja se preko ventila za ograničenje tlaka odvodi u spremnik. To znači da će u području najvišeg dozvoljenog radnog tlaka, ventil za ograničavanje tlaka stalno biti otvoren što dovodi do gubitka energije. Ovaj nedostatak može se otkloniti primjenom trogranog regulatora protoka. Trograni regulator ima isti princip rada kao i dvograni regulator s tom razlikom što mu je udesiva prigušnica priključena paralelno na mjernu prigušnicu (blendu), tako da se višak radnog fluida vodi direktno u spremnik. Na slici 3-9, prikazan je detaljan i pojednostavljen simbol trogranog regulatora protoka.

Slika 3-9. Simbol trogranog regulatora protoka Regulatori protoka mogu biti spojeni serijski ili paralelno s izvršnim elementom (slika 3-10). Ukoliko se spoji serijski u tlačni vod prije razvodnika (slika 3-10a) ili paralelno (slika 3-10b) tada se postiže konstantna brzina izvršnog elementa u oba smjera. Za konstantnu brzinu u jednom smjeru, regulator tlaka se postavlja iza razvodnika (slika 3-10c) u tlačni ili povratni vod (u zavisnosti da li teret visi ili stoji vertikalno). U tom slučaju se uvjek ugrađuje nepovratni ventil koji osigurava nesmetani protok u suprotnom pravcu. Nedostaci upravljanja 21

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE paralelnim tokom je nejednolika dobava crpke zbog promjena brzine koja djeluje na iznos reguliranog protoka.

Serijski spoj

a)

Paralelni spoj

Regulacija brzine u jednom smjeru

b) c) Slika 3-10. Načini ugradnje regulatora protoka

ZADATAK 3: Na tankeru za prijevoz sirove nafte pražnjenje balastnog tanka br.1 smještenog u dvostrukom dnu broda obavlja se preko daljinsko hidraulično upravljanog zasuna prikazanog na slici 3-11. Izvršni element je dovradni cilindar s mogučnošću regulacije brzine klipa u oba smjera. Upravljački razvodnik je elektromagnetski 4/2 razvodnik, aktiviran s jedne strane (monostabil). Ventilom se upravlja preko upravljačke ploče iz ventilske stanice. Upravljanje ventilom je električno. Otvaranje i zatvaranje ventila obavlja se zasebnim tipkalom. Ploča sadrži pokazivače (signalne lampice) kojima se utvrđuje da li je ventil otvoren ili zatvoren. Lampice se pale i gase indirektno preko kontakta releja. Radni tlak hidrauličnog crpnog agregata 50 bar.

22


Slika 3-11. Presjek hidrauličnog upravljanjog zasuna Na osnovu teksta zadatka potrebno je: -

objasniti načine regulacije brzine izvršnih elemenata u hidrauličkom sustavu, nacrtati hidrauličku i električnu shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, kao granične prekidače koristiti mehanički aktivirane sklopke s ticalom i kotačićem, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih i električnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati elektrohidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

23

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 3: Hidraulična i električna shema upravljanja

Nadopunite hidrauličnu i električnu shemu !!! !!sh

emu upravljanja!!!

Nadopunite tablicu !!! Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0.1 1 1.0 1 1.1 1 S1, S2 S3, S4 K1, K2, K3 H1, H2

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Dvoradni cilindar Elektromagnetski razvodnik, povrat oprugom

2 2 3

Tipkalo Mehanički aktivirana sklopka s ticalom i kotačićem Relej

2

Signalna lampica

24


VJEŽBA 4: Blokiranje položaja cilindara i protudržanje Kroz odgovarajuće vodove hidrauličkog sustava posredstvom radne tekućine prenosi se energija od crpke do trošila. Kako bi se ostvarile željene vrijednosti sile ili momenta, brzine ili broja okretaja, te postigli željeni uvjeti rada, u sustav se ugrađuju upravljački elementi – ventili. Pomoću njih moguće je upravljati i regulirati smjer toka hidrauličke tekućine, tlak, protok i brzinu protoka. Svaki ventil predstavlja hidrauličli otpor. Geometrijski oblik prigušnog mjesta može se različito konstrukcijski izvesti, a veličina geometrije prigušnog mjesta može biti nepromjenjena ili promjenjiva. Promjenom veličine prigušnog mjesta mijenja se protok i pad tlaka. Nominalne vrijednosti ventila određene su slijedećim karakteristikama: -

-

Nominalna veličina NO: Nominalni promjer u mm (4, 6, 10,16, 20, 22, 25, 30, 32, 40, 50, 52, 63, 82, 100, 102). Nominalni tlak NP (pogonski ili radni tlak):Tlak u bar ili Pa za koji su hidraulički uređaji i sustavi projektirani. Koraci tlaka su navedeni u VDMA 24312 (25, 40, 63, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 bar). Nominalni protok Qn: Količina ulja (m3/s ili l/min) koja teče kroz ventil pri padu tlaka p = 1 bar (viskoznost ulja 35mm2/s pri 40C). Maksimalni protok Qmax: Najveća količina ulja (m3/s ili l/min) koja može proteći kroz ventil, uz odgovarajuće velikih gubitaka tlaka. Raspon viskoznosti, npr. 20 – 230 mm2/s (cST). Temperaturno područje radne tekučine, npr. 10C - 80C.

Kod klasifikacije ventila u razmatranje se uzimaju : funkcija, izvedba, način uključivanja. S obzirom na zadatke koje obavljaju, ventili se dijele na : tlačne ventile, razvodnike, zaporne ventile i protočne ventila. Razvodnici su ventili koji otvaraju, zatvaraju ili preusmjeravaju protočne puteve radnoj tekućini i na taj način upravljaju smjerom gibanja i pozicioniranja izvršnih uređaja. Razvodnici se mogu upravljati fizički, mehanički, električki, pneumatski i hidraulički. S obzirom da je tekućina pod tlakom sila za pokretanje, ovisno o tlaku i površini, može postići velike vrijednosti. One se savladavaju s ručicama s polužnim prijenosom ili predupravljanjem (posredno ili indirektno upravljanje) Prema izvedbi (slika 4-1) razvodnici se se dijele na ventile sa sjedištem i klizne ventile (pločasti i klipni).

25


Ventili sjedištem

Klipni ventili

Slika 4-1. Izvedba ventila Upravljački bridovi razvodnika ispiru se uljem koje prolazi (samočišćenje). Zbog toga su ventili s sjedištem neosjetljivi na nečistoće. Ako se čestice nečistoća ipak zadrže na dosjedu ventila, tada se on samo djelomično zatvara i može nastati kavitacija. Kod razvodnika s sjedištem (slika 4-2) razvodni elementi su kugla, konus ili rjeđe tanjur. Vrsta ventila Ventil s kuglicom

Presjek

Prednosti i nedostaci / primjena Jednostavna izvedba, sklonost vibriranja kuglice kod smetni protoku u proizvodnom procesu. Nepovratni ventil.

Ventil sa stošcem

Zahtjeva veliku točnost izrade, dobro brtvljenje. Razvodnici

Ventil s diskom

Malo područje propuštanja. Isključni ventili.

Slika 4-2. Izvedbe razvodnika s sjedištem

26

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Kod ovih razvodnika istovremeno je s jednim upravljačkim elementom moguće otvoriti najviše tri izvoda. To znači da se ventil koji treba imati više od tri izvoda mora složiti iz više elemenata. Npr. 4/2 razvodnik sa sjedištem može se sastojati od dva 3/2 ventila. Ventili ove izvedbe zatvaraju ventil nepropusno. Razvodnici s klipom biti uzdužni i zaokretni. Zaokretni klipni razvodnik (slika 4-3) ima jedan ili više klipova koji se okreću u valjkastom provrtu. U pravilu su kraći od uzdužnih klipnih razvodnika.

Slika 4-3. Zaokretni klipni razvodnik Uzdužni klipni razvodnik sastoji se od jednog ili više spojenih klipova koji se pomiču aksijalno, unutar valjkastog provrta. Pomakom klipova može se otvoriti, međusobno spojiti ili zatvoriti više izvoda. Pri uključivanju klipnih razvodnika potrebno je savladati samo trenje i silu opruge. Sila uslijed postojećeg tlaka je uravnotežena na suprotnim površinama (slika 4-4).

Slika 4-4. Sila pokretanja razvodnika Klip se mora ugraditi s zazorom. Zazor izaziva stalno prostrujavanje tekućine što dovodi do gubitaka protoka na ventilu. Iz tog razloga komora s oprugom ima ispust (L) prema spremniku. Da bi se spriječila pojava tlaka na plaštu klipa, u njemu se urezani koncentrični kanali. Za vrijeme kretanja klipa javlja se samo mokro trenje. Ukoliko je ulje onečišćeno, nečistoće se talože između klipa i provrta. One djeluju abrazivno na fine plohe klipa i provrta što dovodi do većih gubitaka protoka. Usporedba klipnih ventila i ventila s sjedištem data je u tablici 4-1.

27

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Tablica 4-1.Usporedba klipnih ventila i ventila s sjedištem Klipni ventil Ventil sa sjedištem Propuštanje protoka. Dobro brtvljenje. Osjetljivost na nečistoće. Osjetljivost na nečistoće. Jednostavna izvedba, čak i u slučaju Jednostavna izvedba višepoložajnih ventila. višepoložajnih ventila. Kompenzacija tlaka. Kompenzacija tlaka se mora posebno izvesti. Dug put uključivanja. Kratak put uključivanja. Pločasti razvodnik (slika 4-5) ima kružnu razvodnu ploču, koja zakretanjem spaja odgovarajuće priključke. Aktiviranje je najčešće ručno i to kružnim gibanjem. Može se iskoristiti i srednji položaj, u kojem su svi priključci zatvoreni čime se hidraulički cilindar i motor može zaustaviti u bilo kojem položaju. Zato se izrađuje kao 4/2 i 4/3 razvodnik. Točno pozicioniranje ploče obično se osigurava uskočnikom.

Slika 4-5. Pločasti 4/3 razvodnik Karakteristike ukapčanja ventila su određene prekrivanjem klipa (slika 4-6). Razlikuju se pozitivno, negativno i nulto prekrivanje. Postoje i razlike prekrivanja i za upravljačke krajeve klipa. Osim što određuje točnost ukapčanja, prekrivanje utječe i na razinu propuštanja. Propuštanje se javlja kod svih tipova prekrivanja, a izbor ovisi o primjeni. Kod pozitivnog prekrivanja površine klipa i cilindra se preklapaju u dužini x0. Radna tekućina počinje teći od priključka P prema A ili B tek kada klip prijeđe put x0. Prednost ovakvog preklapanja je u tom što su kod stanja mirovanja ili kretanja klipa gubici usljed proticanja iz komore visokog tlaka u komoru niskog tlaka minimalni. Nedostatak je što tijekom zatvaranja ventila dolazi do naglog porasta tlaka (ukapčanje pod utjecajem tlačnih vrhova, tvrđe pokretanje). Porast tlaka može se kompezirati primjenom hidrauličkog akumulatora. Pozitivno prekrivanje koristi se za držanje tereta na zadanoj poziciji jer ima relativno dobro brtvljenje u nultom položaju.

28


x0>0

x0<0

x0=0

Slika 4-6. Prekrivanje klipnog razvodnika Kod negativnog prekrivanja širina žlijeba je veća od širine klipa pa su svi svi priključci kratkotrajno spojeni uslijed čega dolazi do proticanja ulja u spremnik (kratkotrajni pad tlaka-posljedica da se teret spušta). Zbog toga je kod uporabe ovih razvodnika neophodno koristiti nepovratne ventile ili povećati kapacitet crpke kako bi se nadoknadila izgubljena količina radne tekućine. Ovo prekrivanje omogućuje meko prebacivanje radnih položaja razvodnika i neznatne hidrauličke udare. Kod nultog prekrivanja nema prekrivanja jer se bridovi klipa i žljeba podudaraju. Protok kroz razvodnik počinje odmah nakon što se klip pomjeri iz nultog položaja. Ovo prekrivanje se u praksi vrlo teško postiže, pa se koristi samo kod propocionalnih i servoventila koji su izrađeni sa povećanim stupnjem točnosti. Ovo prekrivanje omogućuje brzo prebacivanje radnih položaja. Kod višepoložajnih ventila, prekrivanje klipa ovisi o primjeni. Kod popravka je bitno da novi klip ima ista prekrivanja. Kod ventila s klipom, prekrivanje ovisi o geometriji upravljačkih bridova i čvrstom spoju upravljačkog klipa. Upravljački bridovi klipa mogu biti oštri, zaobljeni ili narezani (slika 4-7). Oblikovanje upravljačkih bridova djeluje na postupno propuštanje hidrauličke tekućine pri uključivanju. Pošto tlak u ventilu potiskuje klip prema otvoru u kučištu pri tom se javljaju veće sile trenja, te su potrebne velike sile za uključivanje. Tlak se može značajno smanjiti urezivanjem koncentričnih kanala na plaštu klipa. Klip pliva na sloju ulja pa je pri uključivanju je potrebno savladati samo trenje u tekućini.

29


Slika 4-7.Vrste upravljačkih bridova klipnih ventila U hidraulici postoje dva načina označavanja (slika 4-8) i to pomoću slova P,T, A, B i L, a drugi isto pomoću slova, ali abecednim redom A, B, C, D … Uglavnom se primjenjuje prvi način.

. Slika 4-8. Označavanje priključaka u hidraulici Ventili imaju nekoliko položaja ukapčanja. Pri određivanju koji su otvori spojeni, a koji su zatvoreni, vrijedi sljedeće pravilo: - horizontalna crta između slovnih oznaka otvora znači da su otvori spojeni, - jedno slovo, odvojeno zarezom (npr. P-A, T) označava da je otvor (u ovom slučaju T) zatvoren. Razvodnici se dijele na kontinuirano pokretane i digitalno pokretane razvodnike. Kontinuirano pokretani razvodnici osim dva krajnja položaja imaju i određen broj

30

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE međupoložaja s promjenjivom veličinom otvora. Njima pripadaju proporcionalni i servoventili. Digitalno pokretani razvodnici uvijek imaju određen broj (2,3,4..) položaja ukapčanja. U praksi se jednostavno zovu razvodnici. Razvodnici se dijele prema broju otvora i broju položaja na: - 2/2 razvodnike, - 3/2 razvodnike, - 4/2 razvodnike, - 5/2 razvodnike, - 4/3 razvodnike. Razvodnik 2/2 ima dva razvodna položaja, te jedan radni priključak (A) i jedan tlačni priključak (P). Njime se upravlja protokom, otvaranjem ili zatvaranjem prolaza. Na slici 4-9, prikazan je klipni 2/2 razvodnik, fizički aktiviran tipkalom,normalno zatvoren, povrat oprugom. Ventil prikazan na ovoj slici ima sljedeće položaje: - Mirni položaj: prolaz od P na A zatvoren. - Radni položaj: protok od P na A je otvoren. .

Slika 4-9. Razvodnik 2/2 aktiviran tipkalom, normalno zatvoren, povrat oprugom

Ovaj razvodnik postoji i u izvedbi "zatvoren protok od P prema A". Simboli za razvodnike sa sjedištem (slika 4-10) često se crtaju tako da sadrže i simbol za dosjed. Ovaj prikaz nije normiran.

Slika 4-10. Razvodnik 2/2 s sjedištem

31

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Ovi razvodnici se koriste za: - za paralelni, brzoispusni krug crpke, - za ukapčanje raznih ventila protoka ili tlaka, - za pokretanje motora ili cilindra u jednom smjeru (slika 4-11).

Slika 4-11. Primjer primjene 2/2 razvodnika za pokretanje hidrauličkog cilindra u jednom smjeru Razvodnik 3/2 (slika 4-12) ima radni priključak (A), tlačni priključak (P) i priključak prema spremniku (T). Upravlja protokom sljedećim položajima: - Mirni položaj (normalno zatvoren): P je zatvoren, A je otvoren prema T. - Radni položaj: Ispust T je zatvoren, protok od P prema A.

Slika 4-12. Razvodnik 3/2 aktiviran tipkalom (fizički), normalno zatvoren, povrat oprugom Razvodnik 3/2 može biti normalno otvoren, tj. u normalnom položaju protok može ići od P prema A. Najčešće se koristi u upravljanju jednoradnim cilindrima ili kao logička funkcija-Ne (primjena kao skretnica- slika 4-13)

32


Slika 4-13. Primjena 3/2 razvodnika kao skretnice Razvodnik 4/2 ima dva radna priključka (A i B), tlačni priključak (P) i jedan priključak prema spremniku (T) te dva upravljačka položaja: - Mirni položaj: protok od P prema B i od A prema T. - Radni položaj: protok od P prema A i od B prema T. Razvodnici 4/2 proizvode se s tri i dva upravljačka klipa (slika 4-14). Razvodnici s dva klipa ne zahtijevaju drenažne otvore. Treba imati na umu da u ovoj izvedbi spojevi prema spremniku T i radnim uređajima A i B idu preko krajnjeg poklopca. Zbog toga se u podacima o ovim razvodnicima, navode manji dozvoljeni tlakovi za priključak T od onog za tlačnu stranu, jer tlak na toj strani djeluje na poklopac. 4/3 razvodnik s tri razvodna klipa

4/3 razvodnik s dva razvodna klipa

Slika 4-14. Razvodnik 4/2 s tri i dva razvodna klipa

33

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Najjednostavniji 4/2 razvodnici su oni s razvodnim klipom. Nasuprot njima, 4/2 razvodnici sa sjedištem su kompliciranii, jer se uvijek slažu od dva 3/2 ili četiri 2/2 razvodnika Položaji prekrivanja su bitni za izbor razvodnika. Zbog toga su često i naznačeni u detaljnom simboličkom prikazu (slika 4-15). Kako nisu prikazani stvarni položaji ukapčanja, odgovarajući kvadrati su prikazani tanjim, isprekidanim crtama.

Slika 4-15. Simbol pozitivnog i negativnog prekrivanja 4/2 razvodnika

Razvodnici 4/2 se primjenjuju: - za ukapčanje dvoradnih cilindara, - za ukapčanje motora s okretanjem u dva smjera, - razvodnici za ukapčanje dva kruga. Umjesto 4/2 razvodnika, mogu se koristiti i 5/2 razvodnici. Klipni 4/3 razvodnici (slika 4-16) su jednostavne konstrukcije, dok su razvodnici sa sjedištem složeniji jer mogu biti sastavljeni od na primjer četiri 2/2 razvodnika.

Slika 4-16. Razvodnik 4/3 s povratnim tokom prema crpki Koji će se srednji položaj (slika 4-17) izabrati ovisi o upravljačkim zahtjevima.

34

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Srednji položaj – povratan spoj na crpku

Srednji položaj – zatvoren

H – srednji položaj

Srednji položaj – radni vodovi spojeni na ispust

Srednji položaj – paralelni spoj Slika 4-17. Mogući sredni položaji 4/3 razvodnika Svi srednji položaji osim zatvorenog položaja mogu se koristiti za upravljanje samo jednim krugom. Za velike protoke moraju se ugraditi i veliki razvodnici. Upravljanje velikim razvodnicima ne može biti direktno jer zahtjevaju velike sile aktiviranja. Zato se razvodnicima većim od NO 10 indirektno upravlja. Iznimka je u specijalnim slučajevima kada proizvođači proizvode razvodnike s ručnim upravljanjem NO 32. Aktiviranje ovih razvodnika ostvaruje se polugom i odgovarajućim prijenosom (slika 4-18).

Slika 4-18. Razvodnik 4/3 aktiviran polugom, zatvoren srednji položaj

35

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Indirektno upravljanji razvodnici mogu biti s internim ili eksternim upravljanjem (upravljački signal se dovodi na posebne priključke), a upravljanje može biti hidrauličko i elektrohidrauličko. Razvodnici s predupravljanjem sastoje se od tri sklopa: - predupravljački (posredni, pilot) ventil, - glavni ventil, - osnovna ploča ili međuploča s jednosmjerno prigušnim ventilima (hidrauličko aktiviranje) Na slici 4-19, prikazan je hidraulički predupravljanjem, opružno centriran.

4/3 razvodnik s elektrohidrauličkim internim

Pilot ventil

Glavni ventil

Slika 4-19. Razvodnik 4/3 s elektrohidrauličkim internim predupravljanjem, zatvoren srednji položaj, opružno centriran. Hidrauličnim sustavima se često se rješavaju problemi držanja tereta na određenoj visini ili vertikalnog dizanja tereta ili dijelova strojeva, koji se u određenom broju slučajeva moraju zadržati u zatečenom položaju. Ukoliko je vrijeme držanja kratko i sile koje djeluju na klipnjaču hidrauličkog cilindra male, problem se može rješiti ugradnjom 3/3 ili 4/3 razvodnika s sjedišem ili klipnih razvodnika s pozitivnim prekrivanjem koji imaju zatvoren srednji položaj (slika 4-20). Naime, razvodnici s sjedištem zatvaraju protok nepropusno, dok klipni razvodnici s pozitivnim prekrivanjem imaju relativno dobro brtvljenje u nultom položaju. Ipak ovo rješenje nije pogodno za primjenu kod velikih opterećenja i dužeg vremena zadržavanja jer su kod klipnih razvodnika prisutna protjecanja ulja kroz zazore.

36

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE m

m

Slika 4-20. Blokada položaja cilindra Ovaj nedostatak se otklanja ugradnjom deblokirajućeg nepovratng ventila (hidraulički upravljan) koji se sa tlakom ulja može napraviti po potrebi propusnim (slika 4-21).

Slika 4-21. Deblokirajući nepovratni ventil Kada nema ulja na upravljačkom priključku X protok je moguć od A na B, dok je od B na A zapriječen. Dovođenjem tlaka ulja na upravljački priključak X klip za deblokiranje pomiče zaporni element i otvara se protok od B na A. 37

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Kako bi se osigurao lagan i kontroliran početak spuštanja ili dizanja težih tereta, vrlo često se ugrađuje ventil za ograničenje tlaka kojim se osigurava protutlak i na taj način sprječava stvaranje podtlaka u stražnjem dijelu cilindra zbog djelovanja vanjske sile (sile tereta). U sklopu njega ugrađuje se nepovratni ventil za njegovo zaobilaženje. Podešena vrijednost tlaka na kojoj se tlačni ventila za ograničenje tlaka otvara mora biti 10 % veći od veličine tlaka koji bi bio dovoljan da drži teret u zatečenom položaju. Ova primjena ventila za ograničenje tlaka naziva se protudržanje. Važno je napomenuti da srednji položaj ili nulti položaj razvodnika mora imati kratko spojene izlazne kanale kako bi se onemogućilo otvaranje nepovratnih ventila nakon prestanla dovoda hidrauličke tekućine. Na slici 4-22, prikazana jedna shema hidrauličnog sustava uz blokiranja položaja cilindra i protudržanje.

G

Slika 4-22. Shema hidrauličnog sustava s blokadom položaja cilindra i protudržanjem Sustav prikazan na slici 4-22, omogućuje sljedeće funkcije: - teret se drži u bilo kojem položaju jer je ugrađen deblokirajući nepovratni ventil 0.4, - brzina dizanja i spuštanja tereta može se regulirati jer je u tlačni vod iza razvodnika ugrađen prigušni ventil 0.3

38

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE -

lagano i kontrolirano spuštanje tereta jer je ugrađen protutežni ventil 1.4

ZADATAK 4-1: Spuštanje i podizanje rampe trajekta obavlja se s dva dvoradna hidraulična cilindra učvršćenim na bočnim stranama otvora za iskrcaj vozila i putnika (slika 4-23). Brzina spuštanja i podizanja rampe je podesiva. Upravljanje je hidraulično i mora biti izvedeno tako da kod spuštanja ili podizanja rampe omogući njeno zadržavanje u bilo kojem položaju, te sprječi trzaje kod izvlačenja usljed inercije mase. Radni tlak hidrauličkog sustava je 50 bar.

Slika 4-23. Položajna skica rampe trajekta

Na osnovu teksta zadatka potrebno je: -

objasniti hidraulički sklop za blokiranje položaja cilindra i primjenu tlačnog ventila za ograničenje tlaka kao protutežnog ventila, nacrtati hidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati hidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

39

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 4-1:

Nadopunite hidrauličnu shemu !!!

Hidraulična shema upravljanja

Nadopunite tablicu !!! Specifikacija elemenata: Oznaka Komada Naziv komponente 0.1 1 Hidraulični crpni agregat 0.2 1 Ventil za ograničenje tlaka

0.5, 0.6 1.0 1.1

2 1 1

Manometar Dvoradni cilindar 4/3 fizički (ručicom) aktiviran razvodnik, srednji položaj – radni vodovi spojeni na ispust

40

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE ZADATAK 4-2: Na tankeru za prijevoz naftnih derivata za manipulaciju prekrcajnih crijeva koristi se elektro-hidraulična konzolna dizalica s okretnim krakom (slika 4-24) nosivosti 80 kN i dosega od 2-10 m. Podizanje kraka dizalice koje se izvrši u vremenu od 30 sekundi obavlja se dvoradnim hidrauličnim cilindrom s ugrađenim graničnim prekidačima krajnjih položaja. Upravljanje cilindrom je električno uz radni tlak od 50 bar.

Slika 4-24. Položajna skica okretne konzolne dizalice


nacrtati elektrohidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih i električnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati elektrohidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

41

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 4-2: Hidraulična i električna shema upravljanja

Nadopunite hidrauličnu i električnu shemu !!! !!sh

emu upravljanja!!!

42


Nadopunite tablicu !!! Specifikacija elemenata: Oznaka Komada Naziv komponente 0.1 1 Hidraulični crpni agregat 0.2 1 Ventil za ograničenje tlaka

0.5 1.0 1.1

1 1 1

Manometar Dvoradni cilindar Elektromagnetski 4/3 razvodnik, srednji položaj – radni vodovi spojeni na ispust, opružno centriran

1.3 K1, K2 S1, S2 S3, S4

1 2 2 2

Ventil za ograničenje tlaka Relej Tipkalo Mehanički aktivirane sklopke

43


VJEŽBA 5: Hidraulični sklop za sinkronizaciju rada cilindara Platlorme, podove, poklopce brodskih skladišta i druge mehanizme često se podižu i spuštaju sa dva i više hidrauličnih cilindara. U određenom broju slučajeva, koji zavise od zahtjeva kinematike sustava, neophodno je osigurati ravnomjerno kretanje klipova, odnosno sinkronizaciju rada cilindara. Sinkronizacija rada više izvršnih elemenata veliki je problem u praksi koji se iskazuje u obliku simetrične raspodjele energije, simetričnosti otpora i opterećenja, posljedica promjene u stlačivosti ulja i nejednolikih gubitaka ulja, te izjednačavanju početnih uvjeta. Složenost problema očituje se u činjenici što nema univerzalnog tehničkog rješenja pa se svaki problem rješava za određeni slučaj. Ne postoji idealna rješenja te je rješenje od 2% točnosti dobra. U praksi se najbolja rješenja postižu se propocionalnim i elektrohidrauličnim sustavima. Sinkronizacija se izvodi mehanički i hidraulički. Mehanička sinkronizacija (slika 5-1) ostvaruje se fizičkim, mehaničkim spajanjem klipnjača hidrauličkih cilindara. Koristi se ukoliko ju je moguće ostvariti i ako su opterećenja simetrična.

Slika 5-1. Mehanička sinkronizacija

44

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Hidraulična sinkronizacija koristi se u slučajevima kada nije moguće ostvariti mehaničku sikronizaciju ili ako su opterećenja nejednaka (asimetrična), a ostvaruje se na nekoliko načina: - serijskim povezivanjem izvršnih elemenata, - ugradnjom prigušnika, - putem posebnih crpki, - putem spojenih hidromotora, - regulatorima protoka, - raspodjeljivačima protoka, Kod serijskog povezivanja izvršnih elemenata koriste se cilindri s dvostranom klipnjačom koji imaju jednake volumene s jedne i druge strane. Spojeni su serijski što znači da izlaz jednog cilindra puni ulaz drugog cilindra (istisnuta tekućina predstavlja pogonsku tekućinu za drugi cilindar). Ovaj spoj često se naziva i hidraulično pretakanje i zahtjeva dodatni hidraulični sklop za korekciju jednakog punjenja cilindara, odnosno položaja klipnjače (slika 5-2). Elementi sustava označeni su prema standardu ISO 1219-2 i DIN/EN 61346-2.

1A1

1A2 1V4

1V3

1V2

1V1

Slika 5-2. Hidraulična sinkronizacija serijiskim spojem izvršnih elemenata

45

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Problem korekcije jednakog punjenja cilindara riješava se ugradnjom električkih graničnih prekidača (1B1 i 2B1) koji u slučaju manjka radne tekućine nadopunjavaju zajednički volumen punjenja ili odvode višak tekućine preko elektromagnetskog 4/3 ventila (1V2) i deblokirajućeg nepovratnog ventila (1V4). Kod podizanja tereta ukoliko bilo koji od cilindara dođe u krajnji položaj prije drugog (npr. volumni gubici cilindara nisu jednaki) isti zaustavlja gibanje drugog jer nedostaje ili je previše radne tekućine u zajedničkom volumenu cilindara. U tom slučaju granični prekidač cilindra koji je prije došao u krajnji položaj aktivira 4/3 elektromagnetski razvodnik (1V3). Tako npr. ako prvi u krajnji položaj dođe cilindar 1A1, tada u nedostaje radne tekućine u zajedničkom volumenu cilindara pa granični prekidač 1B1 aktira razvodnik (1V3) u desno. Ako prvi dođe cilindar 1A2 tada granični prekidač 1B1 aktivira razvodnik (1V3) u lijevo. Primjer hidraulične sinkronizacije putem posebnih crpki prikazan je na slici 5-3.

Slika 5-3. Hidraulična sinkronizacija putem posebnih crpki

46

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Ugrađene su dvije crpke (0P1 i 0P2) koje pogoni isti elektromotor (0M1). Svaka snabdijeva radnom tekućinom pripadajući hidraulični cilindar. Količina ulja koja sa potiskuje prema cilindrima podešava se pomoću jednosmjerno prigušnih ventila (1V2 i 2V2), a usmjerava se u klipnu ili klipnjačinu stranu preko elektromagnetskog 4/2 razvodnika (1V3 i 2V3). Kako bi se osigurao lagan i kontroliran početak spuštanja ili tereta, ugrađeni su ventili za ograničenje tlaka (1V5 i 2V5) i nepovratni ventili (1V4 i 2V4) za njegovo obilaženje kojim se osigurava protutlak i na taj način sprječava stvaranje podtlaka u stražnjem dijelu cilindra zbog djelovanja vanjske sile (protudržanje). Nepovratnim ventilima (1V1 i 2V1) osigurava se potiskivanje radne tekućine od svake pojedine crpke prema prema pripadajućem hidrauličnom cilindru kao i djelovanje ventila za rasterećenje (0V1). Primjer rješenja hidrauličke sikronizacije putem spojenih hidromotora prikazano je na slici 5-4. Platforma

1A3

1A4

1V8

1V9

1V6

1V5

1A1

1V7

1A2

1V4 1V3

1V2 1V1 0Z1

Slika 5-4. Hidraulička sikronizacija putem spojenih hidromotora

47

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Platforma se diže pomoću dva hidraulična cilindra (1A3 i 1A4). Raspodjela radne tekućine koje potiskuje crpka (0Z1), obavlja se preko dva hidromotora (1A1 i 1A2) spojenih na zajedničko vratilo. Kako je specifični volumen punjenja oba motora jednak, a imaju jednak i broj okretaja, jer su spregnuti vratilom, ukupna količina radne tekućine dijeli se na dva približno jednaka dijela. Klipovi se dižu kada se elektromagnet (1M1) 4/3 razvodnika (1V3) stavi pod napon. Radna tekućina se preko njega, hidromotora jednosmjerno prigušnih ventila (1V6 i 1V7) i deblokirajućih nepovratnih ventila (1V8 i 1V9). potiskuje u klipnu stranu cilindara. Klipovi se spuštaju kada se elektromagnet (1M2) razvodnika stavi pod napon, pa se radna tekućina preko njega potiskuje na stranu klipnjače hidrauličnih cilindara. Tlak radne tekućine prenosi se upravljačkim vodom i do deblokirajućih nepovratnih ventila koji se se otvaraju, pa se radna tekućina iz klipne strane potiskuje u spremnik preko njih, jednosmjerno prigušnih ventila, hidromotora i razvodnika. Ventili za ograničenje tlaka (1V4 i 1V5) koriste se kao kočni ventili kod zaustavljanja platforme. Ventil za ograničenje tlaka služi kao ventil za udešavanje radnog tlaka sustava. Nepovratni ventil (1V2) sprječava eventualno djelovanje protutlaka na crpku. Kod hidrauličke sinkronizacije brzine kretanja izvršnih elemenata jedan od najrasprostranjenijh uređaja je ventil za raspodjelu protoka. Ovaj ventil (slika 5-5) ima zadatak protok podijeliti tako da oba izlazna protoka (A i B) budu jednaka. Dvije identične mjerne prigušnice (blende) konstantnog otpora izazivaju jednake padove tlaka kad su protoci kroz obje prigušnice isti. Izlazni tlak svake prigušnice djeluje na čelo odgovarajućeg klipa Dvostruki klip (tlačna vaga) osigurava da tlak na izlazu obje prigušnice bude jednak.

Slika 5-5. Ventil za raspodjelu protoka, princip rada i simbol Daljnje prigušenje ostvaruje se protokom kroz zazor izmenu cilindra i klipa. Zauzimanjem ravnotežnog položaja ovaj dvostruki klip kompenzira eventualnu razliku tlaka na priključcima A i B. Ako se pretpostavi da se klip nalazi u srednjem položaju, a da je npr. tlak na priključku A veći od tlaka na priključku B (pA>pB), bit će veći i protok kroz B-granu. To će izazvati povećani pad tlaka na mjernoj prigušnici B-grane pa će i tlak na desnom klipu biti manji. Klip se zato pomiče udesno u ravnotežni položaj, gdje u manjoj mjeri prigušuje protok A, a u većoj mjeri protok B (ΔpB>pA). Tlak u obje komore sada je isti pA+ΔpA = pB+ΔpB. Time je kompenzirana razlika tlaka na izlaznim priključcima i postignut traženi cilj, tj. ostvarena je jednakomjerna podjela protoka.

48

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Na slici 5-6, prikazan je primjer hidraulične sinkronizacije pomoću raspodjeljivača protoka. Platforma

1A1

1A2

1A1

1V9

1V10

1V7

1V8

1V6 P

1V3

1V5 1V4

T

1V2 1M1

0Z1 0Z1

1M2

1V1

Slika 5-6. Hidraulička sikronizacija putem ventila za raspodjelu protoka

Ventilom za raspodjelu protoka (1V4) osigurava se da aktivranjem elektromagnetskog 4/3 razvodnika (1V2) oba izlazna protoka (A i B) prema hidrauličnim cilindrima (1A1 i 1A2) za

49

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE podizanje i spuštanje platforme budu jednaka. Jednaka brzina kretanja klipova u oba smjera postiže se spojem nepovratnih ventila i dvogranog regulatora protoka u Graetzovom spoju (1V7 i 1V8). Ovim spojem bez obzira na to što strane klipa imaju različite površine, odnosno volumene, biti će jednaka brzina kretanja u izlazu i povratku. Deblokirajući nepovratni ventili (1V9 i 1V10) imaju funkciju zadržavanja i držanje platforme, odnosno hidrauličnih cilindara u bilo kojem položaju. Ventili za ograničenje tlaka (1V3 i 1V6) imaju funkciju kočnog ventila. ZADATAK 5-1: Na brodu za rasuti teret za zatvaranje grotala koriste se hidraulično složivi člankasti poklopci. Svako grotlo zatvara 2 para poklopaca koji se sastoje od dva članka i koji se slažu s prednje i stražnje strane grotla (slika 5-7). Otvaranje i zatvaranje svakog para poklopaca obavljaju dva dvoradna hidraulična cilindra. Upravljanje hidrauličnim cilindrima je ručno uz regulaciju radne brzine u oba smjera. Sinkronizacija rada clinidara je hidraulična, a ostvarena je ventilom za raspodjelu protoka. Kako bi se osigurao lagan i kontroliran početak zatvaranja poklopaca i potrebno je izvesti protudržanje. Sustav je izveden s rasterećenjem crpke. Radni tlak je 50 bar.

Slika 5-7. Sklapajući člankasti poklopac


objasniti načine izvođenja hidrauličnog sklopa za sinkronizaciju rada cilindara, nacrtati hidrauličku shemu upravljanja pri čemu izvesti sinkronizaciju rada cilindara samo kod otvaranja poklopca, označiti shemu upravljanja, 50


napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati hidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

Rješenje 5-1:

Nadopunite hidrauličnu shemu !!!

Hidraulična shema upravljanja

51


Nadopunite tablicu !!! Specifikacija elemenata: Oznaka Komada Naziv komponente 0Z1 1 Hidraulični crpni agregat 1V1 1 Ventil za ograničenje tlaka 1V3

1A1, 1A2 1Z1, 1Z2

1

4/3 razvodnik fizički aktiviran, opružno centriran, srednji položajpovratan spoj na crpku Ventil za raspodjelu protoka

2 2

Dvoradni cilindar Manometar

1

52

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE ZADATAK 5-2: Za tekst iz zadatka 5-1 potrebno je projektirati i nacrtati elektrohidrauličnu shemu upravljanja uz izvedbu ventila za rasterećenje hidraulične crpke. Shemu je potrebno ispitati na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, a na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad. Rješenje 5-2: Hidraulična shema upravljanja

53

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Električna shema upravljanja:

1

+24V

2

3

4

5

6

11 13

21

21

11

K1 S1

S2

K1

K2

K3

12 14

24

11

24

14

K2 12

A1 K1

A1 K2

A1 K3

A2

1M1

A2

A2

5

6

1M2

1M3

0V

3

4

Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1V1 1 1V2 1 1V3 1 1V4 1 1V4 1V5, 1V8 1V6, 1V8 1A1, 1A2 1Z1, 1Z2 S1, S2 K1, K2, K3

1 2 2 2 2 2 3

3

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Ventil za ograničenje tlaka Regulator protoka Elektromagnetski 4/3 razvodnik, povrat oprugom Elektromagnetski 4/2 razvodnik, opružno centriran, srednji položaj-povratan spoj na crpku Ventil za raspodjelu protoka Ventil za ograničenje tlaka Nepovratni ventil Dvoradni cilindar Manometar Tipkalo Relej

54


VJEŽBA 6: Redoslijedni tlačni ventili i regulatori tlaka Tlak u hidrauličnom sustavu određuje veličinu aktivne sile na klipu hidrauličkog cilindra i vrijednost momenta na izlaznom vratilu hidrauličnog rotacionog motora. Veličina tlaka u hidrauličnom sustavu definirana je prvenstveno veličinom suprostavljajućih otpora, a ograničava se tlačnim ventilima. Dakle, tlačni ventili su elementi za upravljanje i za regulaciju tlaka. Prema funkciji dijele se na: - ventile za ograničenje tlaka, - redosljedne ventile (uključne i isključne), - regulatore tlaka i Ventili za ograničenje tlaka koriste se kao sigurnosni ventili za zaštitu od prekomjernog tlaka (vidi vježbu 2), kao kočni ventili (za zaštitu od tlačnih udara koji nastaju npr. prilikom zatvaranja razvodnika) ili kao ventili za protudržanje (vidi vježbu 4). Redosljedni ventili imaju zadatak da na određenoj vrijednosti tlaka uključe u rad ili isključe iz rada pojedine grane hidrauličkog sustava, koje su do tog momenta bile isključene iz rada ili uključene u rad.o Regulatori tlaka imaju zadatak da u određenom dijelu sustava stalno održavaju vrijednost potrebnog tlaka. Njihova funkcija sastoji se u otvaranju ili zatvaranju elemenata njihove strukture, odnosno upravljanju ili reguliranju položaja tih elemenata radi prigušivanja protoka u svrhu upravljanja i regulacije tlaka. Konstrukcijski se izvode kao ventili s sjedištem (kugla ili konus) ili kao klizni ventili (pločasti i klipni ventili). Elementi ventila najčešće se zatvaraju silom, obično tlačnom oprugom, a otvaranje se vrši najčešće silom tlaka na određenu površinu elementa sjedišta. Prema načinu djelovanja mogu biti direktno i indirektno upravljani. Nedostatak direktno upravljanih tlačnih ventila je što za vrijeme otvaranja i zatvaranja ventila dolazi do naglih oscilacija tlaka, a prisutne su oscilacije kada se on nalazi u otvorenom položaju. Ti nedostaci dolaze naročito do izražaja pri većim protocima jer tada treba povečati površine kanala i otvora kroz koje protiče radna tekućina, a samim tim i silu opruge. Veličina opruge utječe i na veličinu ventila pa se stoga tlačni ventil za ograničenje tlaka izvodi se kao direktni do protoka od 150 l/min. Za veće protoke i tlakove koriste indirektno upravljani ventili. Redoslijedni ventili još se nazivaju se i slijedni ventili. Njihova funkcija je da pri određenom nivou tlaka uključuju/isključuju iz rada dio hidrauličkog sustava, tako da uključe/isključe njegovo napajanje. Sukladno tome razlikujemo uključni i isključni redoslijedni ventil. Po konstrukciji i djelovanju nalikuju ventilima za ograničenje tlaka. Moguće je niz rješenja u kojima se kombinira direktno ili indirektno upravljanje putem vanjskog ili unutrašnjeg tlaka, te daljinskog tlaka. Isključni ventil upravljan vanjskim tlakom praktički se ne razlikuje od ventila za ograničenje tlaka. Uključni ventil s direktnim upravljanjem (slika 6-1 a) nalik je ventilu za ograničenje tlaka. Na donju stranu čeonu površinu klipa radni tlak (P) iz prvog dijela hidrauličnog sustava dovodi se kanalom. Kada sila tlaka savlada silu opruge koja djeluje sa gornje strane klipa, klip 55

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE se pomiče prema gore što omogućuje spajanje kanala P-A, odnosno prolaz radne tekućine prema drugom dijelu hidrauličkog sustava.

X

Slika 6-1. Uključni ventil s direktnim i daljinskim upravljanjem Uključni ventil s direktnim daljinskim upravljanjem prikazan je na slici 6-1 b. Uključivanje drugog dijela hidrauličkog sustava ostvaruje se djelovanjem upravljačkog tlaka koji se na čeonu površinu klipa dovodi vodom (X). Na slici 6-2, prikazana je shema i simbol isključnog ventila daljinski upravljanog s tlačnim signalom (X).

Slika 6-2. Isključni ventil s direktnim daljinskim upravljanjem (shema i simbol) Uključni daljinski indirektno upravljani ventil (slika 6-3) sastoji se od glavnog i pomoćnog (pilot) ventila, odnosno direktno upravljanog ventila za ograničenje tlaka. Veličina tlaka otvaranja podešava se promjenom sile opruge na pilot ventilu. Kada tlak u upravljačkom vodu postane veći od sile opruge na pilot ventilu, isti se otvara pa radna tekućina preko njega otiče u spremnik što dovodi do rasterećenja desne komore glavnog ventila. Ugrađena prigušnica ne dozvoljava da se pad tlaka iz desne komore prenesu u lijevu komoru tako da sila upravljačkog tlaka pomiče klip glavnog ventila u desno. Time se spajaju priključci P i A, pa radna tekućina slobodno protiče tokom P-A. Pri tome je pilot ventil i dalje otvoren. Kada se isključi daljinski upravljački signal (tlak X), zatvara se pilot ventil i izjednačava tlak na oba

56

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE čela glavnog razvodnog klipa. Glavni ventil se tada pod utjecajem opruge prebacuje u neaktivni položaj, a prigušnica pri tome usporava gibanje razvodnog klipa.

Slika 6-3. Uključni ventil s indirektnim daljinskim upravljanjem (shema i simbol) Uključni ventil može se u hidrauličnom sustavu postaviti na glavnom vodu odmah iza crpke ili između glavnog razvodnika i izvršnog elementa. Kada je postavljen u glavnom vodu iza crpke tom slučaju je neophodno osigurati samo protjecanje ulja prolazom P-A. U slučaju kada je postavljen između glavnog razvodnika i izvršnog elementa nužno je osigurati prolaz radne tekućine u oba pravca pa se u takvom slučaju ugrađuje nepovratni ventil paralelnom spoju s uključnim ventilom. Na slici 6-4, prikazan je primjer primjene slijednog , direktno upravljanog uključnog ventila s ugradnjom između glavnog razvodnika i izvršnog elementa.

Slika 6-4. Hidraulički sustav s ugrađenim slijednim uključnim ventilom

57

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Aktiviranjem glavnog razvodnika 1V2 radna tekućina iz crpke protječe prolazom P-A prema klipnoj strani cilindra 1A1 i slijednom uključnom ventilu 1V3, dok se radna tekućina sa strane klipnjače cilindra odvodi prolazom B-T prema spremniku. Slijedni uključni ventil ostati će zatvoren sve dok tlak ne naraste iznad namještene vrijednosti (30 bara). To će dogoditi kada cilindar 1A1 bude u određenoj mjeri snažnije opterećen ili kada je došao u krajnji položaj. Otvaranjem slijednog uključnog ventila 1V3 radna tekućina se dovodi na klipnu stranu cilindra 1A2 na kojem se pod djelovanjem oprerećenja stvara tlak koji pomiče klip, tj. klipnjaču cilindra. Deaktiviranjem glavnog razvodnika 1V2 radna tekućina iz crpke protječe prolazom P-B prema strani klipnjače cilindra što dovodi do njihovog istovremenog uvlačenja. Ventil za ograničenje tlaka 1V1 služi za rasterećenje kada tlak u sustavu naraste iznad 50 bara. Zadatak regulatora tlaka je održavanje približno konstantne zadane razine sniženog izlaznog tlaka uz povišen ulazni tlak. Dakle, uvjet za njihovu primjenu je da ulazni tlak bude viši od izlaznog. Primjenjuju se onda kada su kada su u pojednim granama hidrauličkog sustava potrebni različiti tlakovi. Izlaznim tlakom napaja se izvršni element, tako da se taj tlak namješta sukladno njegovim potrebama. Regulacijski ventil je u normalnom položaju otvoren. Hidraulička crpka pri tome radi s maksimalnim tlakom potrebnim za napajanje bilo kojeg izvršnog elementa. Postoje dva tipa ovih ventila: - dvograni i - trograni. Na slici 6-5, prikazan je direktno upravljan dvograni regulator tlaka. Na ulazu (P) vlada tlak u tom dijelu hidrauličkog sustava, a na izlazu (A) vlada tlak namješten na regulatoru tlaka. Izlazni tlak se dovodi preko upravljačkog voda (2) na plohu klipa (1). Kada sila klipa preraste namještenu vrijednost, ventil počinje zatvarati, klip se giba suprotno djelovanju opruge dok se ne uspostavi ravnoteža. Pomicanjem klipa prigušuje se protok i dolazi do smanjenja tlaka. Ukoliko se izlazni tlak i dalje povećava, klip u potpunosti zatvara prolaz P-A. Kanalom (3) vrši se drenaža prostora opruge. 2

3 1

Slika 6-5. Dvograni regulator tlaka, direktno upravljan

58

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Porast tlaka na izlazu (A) regulatora iznad namještene vrijednosti je nepoželjan pa se u tu svrhu paraleno ugrađuje ventil za ograničenje tlaka. Nedostatak opisane konstrukcije je što višak radne tekućine iz sustava se odvodi preko ventila za ograničenje tlaka. U tom slučaju crpka osigurava tlak čija je veličina podešena na istom, odnosno stalno radi u području visokog tlaka što dovodi do veće potrošnje enegije i pretvaranja dijela hidrauličke energije u toplinu (zagrijavanje radne tekućine). Kako bi se izbjegli ovi nedostaci koriste se trograni regulatori tlaka. Trograni regulator tlaka predstavlja kombinaciju regulacijskog i sigurnosnog ventila koji u slučaju prekomjernog tlaka rasterećuje granu, a time i crpku tako da se izlazni priključak spoji sa spremnikom. Na slici 6-6, prikazan je direktno upravljan trograni regulator tlaka. Način djelovanja trogranog regulatora tlaka je ista kao i kod dvogranog, s tom razlikom da je priključak T zatvoren sve dok ne nastupi porast tlaka na izlazu (A) iznad namještene vrijednosti. Prekomjerni tlak na priključku A prebacuje ventil u krajnji položaj u kojem je priključak P zatvoren, a direktno se povezuju priključci A i T. Regulacijsko ponašanje trogranog regulatora tlaka određeno je prekrivanjem klipa (u normalnom položaju povezani su priključci P i A, dok je priključak T zatvoren).

Slika 6-6. Direktno upravljan trograni regulator tlaka,

Na slici 6-7, prikazana je shema i simbol indirektno upravljanog trogranog regulatora tlaka koji se sastoji od direktno upravljanjog ventila za ograničenje tlaka (pilot ventil) i ventila za regulaciju tlaka (glavni ventil).

Slika 6-7. Shema i simbol indirektno upravljanog trogranog regulatora tlaka

59

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Kod takve konstrukcije radna tekućina slobodno struji od priključka (P) prema izlazu (A). Pilot ventil ograničava tlak u izlaznom kanalu (A) glavnog ventila. Izlazni tlak se prenosi kanalom do čelo klipa na lijevoj strani glavnog ventila i isto tako preko prigušnice do čela klipa na lijevoj strani, čime se postiže ravnotežni položaj klipa. Iz prostora opruge Kada izlazni tlak dosegne veličinu koja je određena silom opruge pilot ventila uslijediti će otvaranje tog ventila što će dovesti do pada tlaka u prostoru opruge zbog čega će se klip pomaknuti u desno i reducirati (prigušiti) protok kroz otvor (A), a time i protok u prostor lijeve strane klipa. Zbog toga će ponovno doći do uravnoteženja sila s obje strane klipa koji će usporeno, poradi prigušenja na prigušnici zauzesti novi ravnotežni položaj. Ako izlazni tlak i dalje raste unatoč tome što je pilot ventil otvoren, klip će se sve dalje pomicati u desno dok se ne otvori otvor (T) koji vodi u spremnik, čime se rasterećuje crpka. Na slici 6-8, prikazan je primjer hidrauličkog sustava kod kojeg je se indirektno upravljani 4/3 elektromagnetski razvodnik (1V3) aktivira radnom tekućinom nižeg tlaka (10 bara). Zbog toga je u sustav ugrađen direktno upravljan trograni regulator tlaka (1V2).

Slika 6-8. Hidraulički sustav s ugrađenim direktno upravljanim trogranim regulatorom tlaka

60

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE ZADATAK 6-1: Uređaj za montažu koristi se za utiskivanje plastičnog ležaja u čelični dio i umetanje zatika radi osiguranja spoja (slika 6-9). Utiskivanje plastičnog ležaja obavlja se aktiviranjem cilindra 1A1. Kada klipnjača cilindra 1A1 upreša ležaj u čelični dio i tlak na klipnoj strani cilindra naraste na 30 bar aktivira se cilindar 1A2 koji umeće i utiskuje zatik. Povratak cilindara obavlja se obrnutim redoslijedom. Prvo se vraća klipnjača cilindra 1A2, a zatim kada tlak u sustavu naraste na 40 bara počinje se vraćati klipnjača cilindra 1A1. Brzine izvlačenja klipnjača cilindara podešavaju se zasebno. Kao redoslijedne ventile koristiti tlačne ventile za ograničenje tlaka. Radni tlak sustava je 50 bar.

Slika 6-9. Položajna skica uređaja za montažu


objasniti primjenu i način rada redoslijednih tlačnih ventila, nacrtati hidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati hidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

61

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 6-1:

Objasnite hidrauličnu shemu !!!

Hidraulička shema upravljanja

Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1Z1, 1Z2 2 1A1, 1A2 2 1V1, 1V6 1 1V2 1 1V3, 1V4 1V5, 1V7 1V8

2 1 1

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Manometar Dvoradni hidraulički cilindar Direktno upravljani ventil za ograničenje tlaka 4/3 ručno aktiviran razvodnik, povratan spoj na crpku, opružno centriran Jednosmjerno prigušni ventil Nepovratni ventil s oprugom Ventil za ograničenje tlaka, direktno upravljan daljinskim tlakom

62

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE ZADATAK 6-2: Za stezanje predmeta na bušilici (slika 6-10) koristi se hidraulički škripac. Zbog bušenja predmeta od različitih materijala sila stezanja mora biti udesiva. Brzina stezanja se također mora udešavati. Upravljanje hidrauličnim cilindrom je električno. Pritiskom na zapornu tipku klipnjača cilindra se izvlači. Ponovnim pritiskom klipnjača cilindra se uvlači i glavni elektromagnetski 4/3razvodnik s povratnim spojem na crpku vraća se u srednji (polazni) položaj. Radni tlak sustava je 50 bara.

Slika 6-10. Položajna skica bušilice


objasniti primjenu i način rada regulatora tlaka, nacrtati hidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati elektrohidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

63

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 6-2: Hidraulična shema upravljanja Objasnite elektrohidrauličnu shemu !!!

Električna shema upravljanja

64

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1Z1 1 1A1 2 1V1 1 1V2 1 1V3 1V4 1V5 1Z1 S1 1B1 K1, K2

1 1 1 1 1 1 2

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Manometar Dvoradni hidraulički cilindar Direktno upravljani ventil za ograničenje tlaka Elektromagnetski 4/3 aktiviran razvodnik, povratan spoj na crpku, opružno centriran s pomoćnim aktiviranjem rukom Direktno upravljani trograni regulator tlaka Nepovratni ventil s oprugom Jednosmjerno prigušni ventil Manometar Zaporno tipkalo Mehanički aktivirana sklopka Relej

65


VJEŽBA 7: Otvoreni i poluzatvoreni hidraulički sustavi Osnovna podjela hidrauličkih sustava temelji se na smjeru strujanja fluida: spremnikpumpa-motor-spremnik. Prema tom kriteriju hidraulični sustavi se dijele na: - otvorene (slika 7-1 a) u kojima se fluid nakon izvršenog rada vraća u spremnik, - zatvorene (slika 7-2 b) u kojima se fluid nakon izvršenog rada vraća na usisnu stranu pumpe, - poluzatvorene (slika 7-2 c) u kojima se fluid, nakon izvršenog rada u jednom radnom taktu motora vraća u tlačni cjevovod pumpe radi povećanja dotoka fluida u motor, pa sustav djeluje kao zatvoreni, a u drugom radnom taktu kao otvoreni jer se fluid vraća direktno u spremnik.

7-1. Osnovna podjela konstrukcije hidrauličkih sustava

66

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Pumpe i hidraulični motori, zavisno od konstrukcije radnih elemenata, mogu biti sa konstantnim i promjenljivim kapacitetom. Kod otvorenih hidrauličnih sustava mogu nastati četiri karakteristične veze pumpe i hidrauličnog motora (slika 7-2): - pumpa i motor su konstantnog kapaciteta (slika 7-2 a), - pumpa je promjenljivog, a motor je konstantnog kapaciteta (slika 7-2 b), - pumpa je konstantnog kapaciteta, a motor je promjenljivog kapaciteta (slika 7-2 c), - pumpa je konstantnog kapaciteta, a motor promljenjivog, ali može djelovati i kao kočnica (slika 7-2 d).

a)

b)

c)

d)

Slika 7-2. Karakteristične veze pumpe i motora kod otvorenih hidrauličnih sustava Također i kod zatvorenih hidrauličnih sustava mogu se kombinirati pumpe i motori sa konstantnim i promjenljivim kapacitetom. Na slici 7-3 prikazane su pojednostavljene sljedeće kombninacije: - pumpa i motor su konstantnog kapaciteta (slika 7-3 a), - pumpa je promjenljivog, a motor je konstantnog kapaciteta (slika 7-3 b), - pumpa je konstantnog, a motor je promjenljivog kapaciteta (slika 7-3 c), - pumpa i motor su sa promjenljivim kapacitetom (slika 7-3 d). a)

b)

c)

d)

Slika 7-3. Karakteristične veze pumpe i motora kod zatvorenih hidrauličnih sustava Na slici 7-4, prikazana je funkcionalna shema otvorenog hidrauličnog sustava s pumpom konstantnog kapaciteta.

67


Slika 7-4. Otvoreni hidraulički sustav

Iz spremnika pumpa usisava fluid i potiskuje ga prema elektromagnetskom 4/3 razvodniku (1V2). Kada elektromagneti (1M1 i 1M2) nisu aktivirani protok fluida se smjerom P-T vraća u spremnik čime se rasterećuje pumpa u praznom hodu. Aktiviranjem elektromagneta (1M1) razvodnik se prebacuje u desni razvodni položaj čime se fluid prolazom P-A dovodi u klipnu komoru cilindra (1A1). Hodom klipa fluid s strane klipnjače biva potiskivan prolazom B-T natrag u spremnik kroz jednosmjerni prigušni ventil (1V3) i razvodnik. Taj smjer klipa je najčešće radni jer zbog veće površine klipa razvija se veće potisna sila. Maksimalni tlak fluida u hidrauličkom sustavu ograničava se ventilom za ograničenje tlaka (1V1). Povratni hod klipa hidrauličkog cilindra ostvaruje se aktiviranjem elektromagneta (1M2) razvodnika. Njegovom aktiviranjem razvodnik se prebacuje u lijevi razvodni položaj. Sada fluid pod tlakom smjerom P-B prostruji u komoru cilindra sa strane klipnjače, dok fluid strane klipa, hodom klipa biva potiskivan smjerom A-T bez otpora (zaobilazi se prigušni ventil preko nepovratnog ventila) kroz razvodnik natrag u spremnik. Zbog toga što je dotok fluida ostao nepromijenjen (nema prigušenja ptotoka) i da tok fluida u povratu nailazi samo na minimalne otpore strujanja kroz cjevovode i otvoreni razvodnik, brzina će biti značajno veća. Ovaj smjer hoda klipa najčešće je povratni ili jalovi, jer se zbog manje površine na koju djeluje tlak, razvija manja sila.

68

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Kod otvorenih sustava pri učestalijim pojavama zaustavljanja hidromotora, iz pumpe se tok dobavnog fluida preusmjerava prema spremniku, kako bi se izbjeglo preopterećenje pumpe zbog naraslog tlaka u tlačnom vodu. Često zaustavljanje i puštanje pumpe u rad dovodi do smanjenja vijeka trajanja vitalnih dijelova pumpe, jer je u prvom periodu rada kontakt izmedu elemenata pumpe direktan, pa su procesi adhezivnog ili abrazivnog trošenja ležaja intenzivniji. Zbog toga se nastoji da pumpa bude u pogonu i u toku mirovanja sustava. Ovakvim rješenjima nastoje se postići uvjeti rada koji osiguravaju najmanji utrošak energije i najmanji tlak fluida sustavu. Slika 7-5, daje se pregled nekoliko karakterističnih rješenja rada pumpe za vrijeme mirovanja hidrauličnog sustava. a)

b)

Q=0

Q=0 Q=Qp

Qp

Qp

Q=Qp

Q=0

c)

Q=Qp Q=0 Qp

Slika 7-5. Primjeri konstrukcija hidrauličnih sustava rasterećenja pumpi za vrijeme mirovanja sustava

69

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje konstrukcije prikazano na slici 7-5 a, je vrlo nepovoljno iz razloga što pumpa za vrijeme mirovanja sustava opterećena maksimalno dopuštenim tlakom sustava, pri čemu se zbog nastale intezivne pretvorbe hidraulične u toplinsku energiju javlja pojačano zagrijavanje fluida. Rješenje konstrukcije prikazano na slici 7-5 b, pruža potpuno rasterećenje pumpe, jer se preko aktiviranog elektromagnetskog 2/2 razvodnika njezin tlačni vod spaja sa spremnikom. Aktiviranjem elektromagnetskog 4/3 razvodnika, 2/2 razvodnik se deaktivira i zatvara prolaz fluidu prema spremniku, pa se čitav tok fluida preko 4/3 razvodnika usmjerava prema motoru. Deaktiviranjem 4/3 razvodnika prekida se tok prema motoru, dok se 2/2 razvodnik se ponovo aktivira i otvra prolaz fluida u spremnik. Rješenje konstrukcije prikazano na slici 7-5 c, prikazuje optimalno rješenje jer se za potpuno rasterećenje pumpe nije potreban posebni razvodni ventil, već ona nastupa u trenutku kada glavni razvodnik zauzimanjem srednjeg položaja, zatvara dovod fluida u motor i ujedno povezuje tlačni vod sa spremnikom. Zatvoreni kružni tijek primjenjiv je samo kod hidromotora čija je povratna količina fluida teoretski jednaka ulaznoj količini, dakle kod rotacijskih hidrauličkih motora i cilindara s dvostranom klipnjačom (površine s obje strane klipa su jednake). Nadalje, zatvoreni hidraulički sustav vrlo često se koristi kada se pumpom pogoni samo jedan motor, jer zbog malog spremnika radne tekućine ima relativno malu masu i manje mjere, što kod mobilne hidraulike (pogon kotača, rotaciju krana, pogon vitala i dr.) predstavlja značajno veliku prednost. Tipičan zatvoreni hidraulični sustav se sastoji od pumpe, hidrauličnog motora, ventila za ograničenje tlaka i pomoćnog sustava za dopunu fluida na usisnoj strani hidrauličnog kruga i to zbog drenažnih gubitaka (procurivanje) fluida. Ovim pomoćnim dobavnim sustavom, koji se često naziva „sustav za ispiranje“, ujedno se i rashlađuje radni fluid na način da se približno 10-15% ukupne količine fluida neprekidno izmjenjuje. Hidraulični elementi komponente povezane u zatvoreni hidraulični krug moraju besprijekorno funkcionirati, osigurati zaštitu sustava od preopterećenja i dopunu sustava potrebnom količinom radne tekućine. Na slici 7-6, prikazana je veza dvosmjerne udesive pumpe i dvosmjernog hidrauličnog motora u zatvorenom kružnom tijeku. Kod ove izvedbe hidrauličnog sustava fluid struji direktno između hidromotora (1A1) i pumpe (0P1). Broj okretaja hidrauličnog motora je funkcija položaja regulatora pumpe. Dopuna fluida obavlja se pomoćnom pumpom (OP2) preko filtera (1Z1) nepovratnih ventila s oprugom (1V3 i 1V4). Dva udesiva tlačna ventila za ograničenje tlaka (1V5 i 1V6) sprječavaju preopterećenje u svakom vodu jer su strane pumpe naizmjenično usisne i tlačne. Tlačni ventil za ograničenje tlaka u pomoćnom vodu štiti pomoćnu pumpu od preopterećenja. Filtriranje se vrši u usisnom ili tlačnom vodu. Zbog stalnog strujanja fluid se grije, a pošto se ne vraća u spremnik gdje bi se mogao ohladiti, u sustav je ugrađen hladnjak (1Z2). U zatvorenom kružnom tijeku moguća je zamjena funkcija hidromotora i crpke što omogućuje ostvarivanje funkcije kočenja motorom gotovo bez gubitaka.

70


Slika 7-6. Zatvoreni hidraulički sustav Poluzatvoreni hidraulični sustavi (slika 7-7) kombinirani su od elemenata konstrukcija otvorenih i zatvorenih hidrauličih sustava s ciljem povećanja brzine radnog hoda klipa. Ovi sustavi su prilagođeni radu s hidrauličnim cilindrima čiji volumen jedne u odnosu na drugu stranu nije jednak. S tim ciljem usmjerava se povratni tok fluida iz radne strane cilindra u tlačnu stranu zajedno s protokom koji potječe od pumpe čime se kod nepromjenjivog radnog volumena cilindra, povećava brzina hoda. Kada elektromagnetski 3/2 razvodnik nije aktiviran (nalazi se u početnom položaju), tada uz pomoć ugrađene opruge otvoren je prolaz od A-T. Kada se aktivira elektromagnet (1M1) 3/3 razvodnika otvara se prolaz P-A razvodnika (slika 7-7 a) i fluid prostruji u klipnu komoru cilindra. Potisnuti fluid (Q3) se ne vraća kao kod sustava s otvorenim tijekom u spremnik, već se pribraja onome koji daje pumpa (Q1) tako da u klipnu komoru struji zbroj protoka (Q1+Q2), što rezultira većom brzinom radnog hoda klipa. Deaktiviranjem elektromagneta (1M1) 3/2 ratvodnik se djelovanjem povratne opruge vraća u početni položaj (slika 7-7 b). Prolazom A-T fluid s klipne strane (Q2) vraća se u spremnik, dok se punjenje komore s strane klipnjače odvija punim kapacitetom crpke (Q1). Vidljivo je da ova konstrukcija nema mogućnosti pozicioniranja položaja klipa.

71

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE a)

b)

Slika 7-7. Poluzatvoreni hidraulički sustav Osim navedene dvije podjele, hidraulični sustavi mogu se podijeliti prema načinu upravljanja sustavom (slika 7-8) koji se može temeljiti na: - promijeni protoka, - promijeni tlaka. NAČIN RADA HIDROSUSTAVA

TEMELJEN NA PROMJENI PROTOKA

Upravljanje pumpom (primarno udešavanje)

Upravljanje motorom (sekundarno udešavanje)

TEMELJEN NA PROMJENI TLAKA

Upravljanje motorom i pumpom

S pumpom konstantnog kapaciteta

Upravljanje prigušenjem

S pumpom promljenjivog kapacitetam

S pumpom konstantnog kapaciteta LOAD-SENSING S pumpom promljenjivog kapacitetam

Volumensko upravljanje

Sekundarna regulacija

Slika 7-8. Podjela hidrauličnih sustava prema načinu upravljanja

72

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Na slici 7-8, prikazani su primjeri hidrauličnih sustava temeljeni na promjeni protoka i to s pumpom promjenljivog kapaciteta i hidrauličnim motorom konstantnog protoka, odnosno s primarnim udešavanjem, povezanih u otvorenom hidrauličnom kružnom tijeku (otvoreni sustav).

Slika 7-8. Veza pumpe promijenjivog kapaciteta i hidraličnog motora konstantnog kapaciteta (primarno udešavanje)

Tijek fluida usmjeren je od pumpe (0P1) koja usisava fluid iz spremnika i potiskuje je prema hidrauličnom motoru (1A1). Upravljanje tokom fluida obavlja se preko razvodnog ventila (1V4). Nakon ostvarenog rada rasrerećeni fluid se preko filtera (1Z1) vraća u spremnik. Broj okretaja motora je funkcija položaja regulatora protoka pumpe. Rasterećenje kod preopterećenja obavlja tlačni ventil za ograničenje tlaka (1V3) s namještenom vrijednosću dopuštenog tlaka. Nepovratni ventil s oprugom (1V2) sprječava eventualno djelovanje protutlaka na crpku. Zadatak nepovratnog ventila (1V1) je zaobilaženje filtera kod njegove slabije propusnosti (onečišćenja). Primjeri hidrauličnih sustava temeljeni na promjeni protoka s upravljanjem motorom (sekundarno udešavanje) i upravljanjem pumpom i motorom (primarno-sekundarno udešavanje) s otvorenim kružnim tijekom prikazani su na slici 7-9.

73

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE a)

b)

Slika 7-9. Primjeri konstrukcija otvorenog hidrauluičkog sustava s upravljanjem motorom i upravljanjem motorom i pumpom. Upravljanje motorom (slika 7-9 a) se rijetko susreće u praksi. Hidraulički sustavi s upravljanjem pumpom i motorom (slika 7-9 b) se zbog složenosti postupka sinkronizacije regulatora pumpi i motora također koristi vrlo rijetko, iako su gubici energije tijekom rada sustava vrlo mali. Koriste se u slučajevima kada se zahtijevaju veće promjene brzine u hidrauličkom sustavu. pumpe i motora Hidraulični sustavi temeljeni na promjeni tlaka, odnosno sustavi kod kojih se upravljanje vrši tlakom dijele se na: - sustave kod kojih se upravljanje vrši prigušenjem i - sustave sa korištenjem povratne energije. Prvoj grupi pripadaju sustavi sa prigušivačima protoka (prigušni ventili i regulatori protoka) i sustavi kod kojih je upravljanje funkcija osjetljivosti na opterećenje (Load Sensing izvedba). Shema otvorenih hidrauličnih sustava sa prigušnim ventilima sa pumpom konstantnog kapaciteta i pumpom promjenljivog kapaciteta prikazana je na slici 7-10.

74


Slika 7-10. Hidraulični sustav sa prigušnim venitilima Kod hidrauličnog sustava sa ugrađenom pumpom konstantnog kapaciteta (slika 7-10 a) promjena protoka prema hidrauličnom motoru (1A1) vrši se podešavanjem jednosmjerno prigušnih ventila (1V3 i 1V4) Razlika količine fluida koju daje pumpa i količine koja je potrebna hidrauličnom motoru, potiskuje se preko ventila za ograničenje tlaka (1V1) u spremnik. U području sustava od pumpe do prigušnog ventila vlada tlak podešen na ventilu za ograničenje tlaka. Ukupan gubitak energije u sustavu jednak je zbroju dijela energije koji se pretvori u toplinu na ventilu za ograničenje tlaka i sumi gubitaka u cjevovodu i elementima hidrauličnog sustava (prigušnim ventilima i 4/3 razvodniku). U slučaju zaustavljanja rada hidromotora (4/3 razvodnik u nultom položaju) kompletni protok usmjeren je na spremnik. Ukoliko se ugradi pumpa s promijenjivim kapacitetom (udesiva pumpa), dobije sa hidraulični sustav prikazan na slici 7-10b. Kod ovog hidrauličnog sustava regulator kapaciteta regulira količinu dobave radne tekućine sukladno potrebama potrošaća. Pošto je kapacitet pumpe i motora usuglašen, gubici energije su minimalni, zbog čega 4/3 razvodnik (1V2) u nultom položaju može imati sva četiri priključka zatvorena. Oba ova načina koriste se kod pogona gdje se traži manja snaga.

75

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Hidraulični sustavi u "Load senzing" izvedbi (slika 7-11) mogu biti također sa pumpom promijenjivog kapaciteta i sa pumpom konstantnog kapaciteta. Kod ovog tipa hidrauličnih sustava ugrađuju se propocionalni ili servorazvodni ventili koji se iz jednog u drugi položaj dovode postepeno, a mogu se zadržati i u medupoložaju. Zadatak ovog konstruktivnog riješenja je da osigura tlak i količinu radne tekućine u veličinama koje su upravo potrebne hidrauličnom motoru, tj. koje su usaglašene sa vanjskim opterećenjem. Signali tlaka, ispred i iza razvodnog ventila, dovode se do električnog pretvarača. U njemu se te dvije veličine uspoređuju, a rezultat se je električni signal koji se šalje razvodnom ventilu. On se u odnosu na veličinu električnog signala pomakne i dovodi u odgovarajući položaj, tako da se razlika tlaka ispred i iza njega drži približno konstantnom, oko 15 bara.

Slika 7-11. Hidraulički sustav u "Load-senzing" izvedbi Hidraulični sustavi sa volumnim upravljanjem ili hidraulični sustavi sa sekundarnom regulacijom imaju mogućnost povratka viška energije u mrežu hidrauličnog sustava ili je predaju drugom potrosaču, kome je ona potrebna. Stoga se ovaj način rada primjenjuje tamo gdje: - više potrošača radi paralelno, a dio se energije može vratiti u sustav kao npr. u slučajevima kočenja jednog hidromotora pri čemu se tom energijom mogu pogoniti drugi potrošači, - zbog stalnog ponavljanja ciklusa rada je moguće iskoristiti akumuliranu energiju unutar istog sustava (gradski autobusi, viličari, brodska vitla itd.) Najčešću primjenu imaju kod mobilne mehanizacije. Na slici 7-12, prikazana je principijelna shema segmenta takvog hidrauličnog sustava. Hidraulični motor je povezan sa centralnom cjevovodnom mrežom P, L i T. Kada radnom stroju treba predati energiju, izvršni element radi kao motor, a kada treba kočiti, izvršni element preuzima raspoloživu energiju od radnog stroja i transportira je u akumulator ili drugom potrošaću.

76


Slika 7-12. Principijelna shema hidrauličnog sustava sa sekundarnom regulacijom

ZADATAK 7-1: Vertikalno pritezno vitlo (slika 7-13) na krmi broda pogoni se hidrauličnim motorom. Hidraulički agregat je smješten ispod ispod glavne palube. Brzina kojom se brod želi privlačiti treba ostati nepromjenjena bez obzira na promjenu opterećenja. Upravljanje vitlom je ručno uz radni tlak od 50 bara. Kad vitlo miruje, hidraulični motor je hidraulički ukliješten.

Slika 7-13. Hidraulički sustav vertikalnog priteznog vitla

77

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Na osnovu teksta zadatka potrebno je: -

nacrtati hidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati hidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

Rješenje 7-1: Hidraulička shema upravljanja

Objasnite hidrauličnu shemu !!!

78

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1A1 1 1V2 1 1V1, 1V5, 3 1V6 1V2 1 1V4, 1V7

2

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Hidraulični motor Regulator protoka Direktno upravljan ventil za ograničenje tlaka 4/3 ručno aktiviran razvodnik, u srednjom položaju radni vodovi spojeni na spremnik Nepovratni ventil s oprugom

ZADATAK 7-2: Na hidrauličkom dvoradnim cilindru (slika 7-14) nalazi se alat za obradu radnih predmeta koji je stegnut u mehaničkoj napravi. Hod alata zahvaća radne komade od ruba do ruba. Radi skraćenja vremena obrade moramo povećati brzinu izvlačenja klipnjače. Brzina izvlačenja klipnjače može se podešavati i treba ostati nepromjenjena bez obzira na promjenu opterećenja. Upravljanje cilindrom je električno, a radni tlak je 50 bara. Signali za uvlačenje i izvlačenje klipnjače daju se zasebnim tipkalima.

Slika 7-14. Položajna skica alata za obradu radnih predmeta


objasniti princip rada poluzatvorenog hidrauličkog sustava, nacrtati elektrohidrauličku shemu upravljanja pri čemu koristiti jedan od načina regulacije brzine izvršnog elemenata sukladno radnim zahtjevima iz teksta zadatka, označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih i električnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati elektrohidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

79

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Rješenje 7-2: Hidraulička shema upravljanja

Objasnite elektrohidrauličnu shemu !!!

Električna shema upravljanja 1

+24V

2

13 S1

3

11 K1

14

4

13 S2

14

21 K1

14

24

11

12 A1 K1

A1 K1

1M1

A2

A2

2 4

2 4

0V

80

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1A1 1 1V1 1 1V2 1 1V3 1 S1, S2 2 K1, K2 2

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Hidraulični dvoradni cilindar Direktno upravljan ventil za ograničenje tlaka Regulator protoka Elektromagnetski 4/2 razvodnik, (blokiran izlaz B) Tipkalo Relej

81


VJEŽBA 8: Hidraulični akumulatori Osnovna funkcija hidrauličnog akumulatora je akumuliranje hidraulične energije radne tekućine koja se po potrebi može vratiti u hidraulični sustav. Funkcije koje hidraulični akumulator može preuzesti u hidrauličnom sustavu: -

-

-

Pohranjivanje rezerve fluida pod tlakom: Time se omogućava odabir kapaciteta pumpe prema prosječnim potrebama sustava, a vršna opterećenja (razlika između trenutno potrebnog protoka i maksimalnog protoka pumpe) pokrivaju se rezervom iz akumulatora. Napajanje sustava za slučaj nužde: U slučaju kvara pumpe akumulator preuzima napajanje sustava kako bi se mogao završiti već započeti radni ciklus. Kompenzacija curenja: Nadoknada gubitaka curenja fluida iz hidrauličkog sustava. Izjednačavanje volumena: Djeluje kao ekspanzijska posuda-preuzima višak volumena fluida koji nastaje zbog zagrijavanja fluida (toplinske dilatacija), čime se izbjegavaju oštećenja zatvorenog sustava. Smanjivanje vršnih tlakova: Prilikom trenutačnog uključivanja uređaja. Prigušivanje pulsacija – smanjivanje nejednolikosti protoka i tlaka volumenske pumpe. Iskorištavanje energije kočenja: Akumulator prilikom punjenja preuzima energiju tereta koji se koči. Uloga opruge/amortizera: Akumulator može održavati tlak u sustavu i preuzimati udare (aktivni ovjes, održavanje nategnutosti užadi). Za kočenje u nuždi.

Tlak fluida u akumulatoru može se održavati pomoću klipa s utegom ili oprugom, a u praksi najčešće se koriste akumulatori s plinom pod tlakom. Uglavnom se koristi plin dušik, jer zrak nije dozvoljen zbog opasnosti od eksplozije smjese para ulja i zraka. Plin i radni fluid redovito su odvojeni stjenkom, a prema tipu stijenke razlikuju se: - akumulatori s klipom, - akumulatori s membranom i - akumulatori s mijehom. Bez obzira na konstruktivni oblik hidrauličnog akumulatora, njegovo djelovanje se odvija tijekom dva procesa: - akumuliranje energije fluida vrši se tijekom procesa kompresije plina (dušika), koji se nalazi u slobodnom prostoru spremnika, uvjek kada je tlak fluida u hidrauličnom sustavu veći od tlaka plina, - oslobađanje energije se vrši tijekom procesa ekspanzije plina onda kada je tlak plina veći od tlaka plina. Kod sva tri tipa hidrauličnig akumulatora tijekom procesa akumuliranja energije u spremniku se smanjuje volumen plina, a povećava volumen fluida. Kod ekspanzije proces je suprotan.

82

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE U tijelu akumulatora razdjelni član (mijeh, membrana ili klip) odvaja plin (dušik) i radnu tekućinu. Akumulator se prije puštanja u rad puni plinom na tlak predpunjenja p0 pri čemu plin zauzima volumen V0. Tlak predpunjenja p0 kreće se od 70 do 90% najniže vrijednosti tlaka (minimalni radni tlak p1) u hidrauličnom sustavu Ugradnjom u hidraulički sustav, prilikom punjenja fluidom plin se komprimira na maksimalni radni tlak p2 (jednak tlaku u hidrauličkom sustavu) i volumen V2. Ukoliko u sustavu padne tlak ispod vrijednosti p2, iz akumulatora će poteći tekućina u sustav. Proces ekspanzije traje sve dok se tlak plina ne padne minimalni radni tlak p1 i volumen V1, odnosno dok se tlak plina i fluida ne izjednače. Hidraulični akumulatori s klipom (slika 8-1) imaju prostor sa plinom odvojen od prostora sa radnom tekućinom plivajućim klipom. Puni se preko plinskog ventila kada je klip u donjem položaju. Za akumulatore s klipom maksimalni omjer tlakova p0:p2= 1:10. Tlak pretpunjenja plina p0 treba biti 5 bar niži od minimalnog radnog tlaka fluida p1. Pogodni su za za sutave s najvišim tlakovima i velikim akumuliranim volumenima fluida.

Plinski ventil Plin Košuljica Proces akumulacije hidrauličke energije Klip Hidraulična tekućina

Poklopac Slika 8-1. Hidraulični akumulator s klipom

Akumulatori s membranom (slika 8-2) imaju oblik kugle koja je na sredini horizontalno podijeljena elastičnom membranom (elastomer) koja dijeli volumen radne tekućine i plina. Na dnu membrane nasuprot izlaza za istjecanje tekućine iz spremnika nalazi se tanjurasta ploča. Njena namjena je spriječiti izvlačenje membrane zajedno s istjecanjem tekućine. Položaj ugradnje je proizvoljan, ali se preporučuje vertikalni položaj. Koriste se za manje volumene, često za kompenzaciju vršnog tlaka ili za smanjivanje nejednolikosti protoka i tlaka. Maksimalni omjer tlakova je p0:p2= 1:10 .

83

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Plinski ventil

Plin

Membrana Kučište spremnika Tanjurasta pločica

Hidraulička tekućina

Slika 8-2. Hidraulični akumulator s membranom Hidraulički akumulator (slika 8-3) s mijehom sastoji se od spremnika koji preuzima cjelokupno tlačno opterećenje sustava. Unutar spremnika nalazi se kao razdjelni član mijeh od elastičnog materijala (elastomer). Punjenje i ispuštanje plina iz mijeha obavlja se preko plinskog ventila na gornjem dijelu. Na donjem priključku za ulje smješten je tanjurasti ventil koji sprječavaju izlaz mijeha i štiti ga od oštećenja. Ako je tlak ulja veći od tlaka plina, ulje kroz tanjurasti ventil ulazi u akumulator, smanjuje se volumen mijeha, a plin se komprimira. Ovaj tip akumulatora odlikuje se apsolutnim brtvljenjem plin-ulje, i brzim reagiranjem (zanemariva inercija). Maksimalni odnos tlakova iznosi p0:p2= 1:4. Apsolutni tlak pretpunjenja plina p0 mora iznositi 70-90% minimalnog radnog tlaka fluida p1, čime se sprječava stalni dodir mijeha i tanjurastog ventila i moguća oštećenja. Ovaj tip akumulatora odlikuje se apsolutnim brtvljenjem plin-ulje i brzim reagiranjem.

Slika 8-3. Hidraulični akumulator s mijehom

84

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Akumulatori podliježu propisima za posude pod tlakom, koji između ostalog propisuju: - akumulator mora imati odgovarajući manometar, - akumulator mora imati sigurnosni ventil koji se ne može isključiti niti neovlašteno podešavati, - u dovodni vod mora se ugraditi ručni zaporni ventil, - akumulator se mora ispitati (način ispitivanja zavisi od maksimalnog radnog tlaka). Osnovni parametri za dimenzioniranje akumulatora su tlak, volumen i temperatura. Procesi kompresije i ekspanzije koji se zbivaju s plinom prilikom ekspanzije odnosno kompresije su najčešće politropski (između adijabate i izoterme): p0  V0n  p1  V1n  p2  V2n  konst.

gdje je: p0- apsolutni tlak predpunjenja plina, N/m2, p1- apsolutni minimalni tlak plina, N/m2, p2-apsolutni maksimalni tlak plina, N/m2, V0- volumen spremnika, m3, V1- volumen plina pri minimalnom radnom tlaku plina, m3, V2- volumen plina pri maksimalnom radnom tlaku plina, m3, n - eksponent politrope (n≈1,2). Da bismo procijenili koji je proces (promjena stanja) u pitanju, mogu poslužiti i slijedeća ograničenja proizašla iz vremena ciklusa punjenja i pražnjenja hidroakumulatora: - vrijeme ciklusa manje od 1 minute → adijabatska promjena stanja (n=κ=1,41), vrlo brzi proces pa nema izmjene topline s okolinom, te se temperatura plina mijenja, - vrijeme ciklusa veća od 3 minute → izotermna promjena stanja (n=1), polagani proces pa dolazi do potpune razijene topine s okolinom, te se temperatura plina ne mijenja, - vrijeme ciklusa između 1 i 3 minute → politropska promjena stanja. Ako minimalnom i maksimalnom tlaku plina odgovaraju volumeni stlačenog plina u akimulatoru, raspoloživi volumen ΔV akumulatora iznosi: 1  n   p 1  V  V1  V2  V1  1       p2    

ZADATAK 8: Na tankeru za prijevoz sirove nafte pražnjenje balastnog tanka br.1 smještenog u dvostrukom dnu broda obavlja se preko daljinsko elektrohidraulično upravljanog zasuna (slika 8-4). Izvršni element je dovradni cilindar. Upravljački razvodnik je elektromagnetski 4/2 razvodnik, aktiviran s jedne strane (monostabil), smještenim u posebnom ormaru, zajedno s drugim elektromagnetskim razvodnim ventilima ostalih daljinski upravljanih ventila. Ventilom se upravlja preko upravljačke ploče iz glavne kontrolne sobe tereta i preko računala u kontrolnoj sobi strojarnice. Otvaranje i zatvaranje ventila obavlja se

85

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE zasebnim tipkalom. Ploča sadrži pokazivače (signalne lampice) kojima se utvrđuje da li je ventil otvoren ili zatvoren. Lampice se pale i gase indirektno preko kontakta releja. U slučaju prekida rada pumpe akumulator preuzima napajanje sustava. Radni tlak hidrauličnog agregata 50 bar.

Glavna kontrolna soba tereta

Kontrolna soba strojarnice

Upravljački ormar

Pumpna stanica Ormar upravljačkih elektromagnetskih razvodnik ventila Hidraulički akumulator

Hidraulički agregat

Prema drugim ventilima

Granični prekidač

Slika 8-4.Shema sustava daljinskog upravljanja ventilima


objasniti primjenu i način rada hidrauličkog akumulatora, nacrtati elektrohidrauličku shemu upravljanja samo iz kontrolne sobe tereta, pri čemu kao granične prekidače koristiti mhanički aktivirane sklopke,

86


označiti shemu upravljanja, napraviti specifikaciju elemenata (tablicu), navesti funkcije pojedinih hidrauličnih i električnih elemenata (signalni, procesni i upravljački elementi), opisati hidraulično upravljanje uz opis djelovanja svakog elementa, ispitati shemu na računalu s programom FluidSIM Hydraulics, na didaktičkom stolu spojiti komponente i pustiti sustav u rad.

Rješenje 8: Hidraulička shema upravljanja

Objasnite elektrohidrauličnu shemu upravljanja!!!

87

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE Električna shema upravljanja

Specifikacija elemenata: Oznaka Komada 0Z1 1 1Z1 1 1A1 1 1V1 1 1V2 1 S1, S2 1B1, 1B2 H1, H2 K1, K2, K3

2 2 2 3

Naziv komponente Hidraulični crpni agregat Hidraulični akumulator Dvoradni hidraulički cilindar Direktno upravljani ventil za ograničenje tlaka Elektromagnetski 4/2 razvodnik, pomoćno aktiviranje rukom, povrat oprugom Tipkalo Mehanički aktivirana sklopka Signalna žarulja Relej

88

Pomorski fakultet u Splitu Zavod za brodostrojarstvo Brodska hidraulika i pneumatika VJEŽBE IZ HIDRAULIKE LITERATURA [1]

Maleš N., Elektrohidraulika, Centar za nove tehnologije, mehatronika, Tehnička škola Ruđer Bošković u Zagrebu

[2]

Merkle D., Schrader B., Thomes M., Hidraulika-Osnovni tečaj, Festo Didactic GmbH & Co., 1998

[3]

Nikolić G., Pneumatika i hidraulika II. dio Hidraulika, Školske novine, Zagreb, 2008.

[4]

Šestan A., Uljna hidraulika i pneumatika, Pomorski fakultet u Rijeci, Rijeka, 2003.

89

Hidraulika-vjezbe.pdf

Recommend Documents