VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U BJELOVARU Stručni studij mehatronike
PNEUMATIKA I HIDRAULIKA Predavanje 10–11-12
Predavač:
Neven Maleš, dipl. ing. Voditelj Centra za nove tehnologije - Mehatronika
[email protected]
GUBICI SNAGE U HIDRAULIČKOM SUSTAVU
STRUKTURA HIDRAULIČKE SHEME AKTUATORI IZVRŠNI ELEMENTI UNOS SIGNALA
OBRADA SIGNALA
OSIGURANJE ENERGIJE
HIDRAULIČKO UPRAVLJANJE
PRETVORBA ENERGIJE
SNAGA KROZ HIDRAULIČKI SUSTAV
HIDRAULIKA IZVRŠNI ELEMENTI
HIDRAULIČKI CILINDRI
HIDRAULIČKI CILINDRI
HIDRAULIČKI CILINDRI
Simboli cilindara Dvoradni cilindar
Dvoradni cilindar s dvije klipnjače
Diferencijalni cilindar
Teleskopski p cilindar
Dvoradni cilindar s prigušenjem u krajnjim položajima
POVRŠINE KLIPA I KLIPNJAČE • PRORAČUN
• KLIP
• PRORAČUN
• KLIPNJAČA
IZBOR CILINDRA
F = 16.000 [[N]] = 16 [[kN]] p = 75 [bar]
J d Jednoradni d i cilindar ili d • POVRAT KLIPA S OPRUGOM
PRIMJENA JEDNORADNOG CILINDRA
T l k Teleskopski ki cilindar ili d
DVORADNI CILINDAR S PRIGUŠENJEM U KRAJNJEM POLOŽAJU
DVORADNI CILINDAR S PRIGUŠENJEM U KRAJNJEM POLOŽAJU
DVORADNI CILINDAR S PRIGUŠENJEM U KRAJNJEM POLOŽAJU
PRIGUŠENJE
PRIGUŠENJE
PRIGUŠENJE
PRIGUŠENJE
PRINCIP RADA DVORADNOG CILINDRA
DVORADNI CILINDAR
DVORADNI CILINDAR • PRIMJENA
AUTOMATSKI ODZRAČNI VENTIL
AKTUATORI
HIDRAULIČKI MOTORI
HIDRAULIČKI MOTORI
HIDRAULIČKI MOTORI
ZUPČASTI
KRILNI
AKSIJALNI KLIPNI MOTOR
- Dva smjera vrtnje - Neparan broj klipova
RADIJALNI KLIPNI MOTOR
HIDRAULIČKI MOTOR
PRIMJENA HIDRAULIČKIH MOTORA MOBILNA HIDRAULIKA
STRUKTURA HIDRAULIČKE SHEME AKTUATORI IZVRŠNI ELEMENTI UNOS SIGNALA
OBRADA SIGNALA
OSIGURANJE ENERGIJE
HIDRAULIČKO UPRAVLJANJE
PRETVORBA ENERGIJE
SNAGA KROZ HIDRAULIČKI SUSTAV
HIDRAULIKA HIDRAULIČKI UPRAVLJAČKI ELEMENTI
VENTILI {
{
{
Kako K k bi se ostvarile t il željene ž lj vrijednosti ij d ti sile ili momenta, brzine ili broja okretaja te postigli željene uvjete okretaja, rada, u sustav se ugrađuju upravljački elementi koje nazivamo ventili. Ventilima upravljamo ili reguliramo tlak i protok u hidrauličkom sustavu. Svaki ventil je ujedno i otpornik.
PODJELA HDRAULIČKIH UPRAVLJAČKIH Č ELEMENAT SNAGA P= p Q PROTOČNI Č VENTILI S PREKLAPANJEM
RAZVODNICI ZAPORNI
TLAČNINI Č VENTILI BEZ PREKLAPANJA
PRIGUŠNI VENTILI REGULATORI PROTOKA
VENTILI ZA OGRANIČENJE TLAKA
NOMINALNE VELIČINE Nominalne vrijednosti ventila određene su slijedećim karakteristikama: Nominalna veličina NW N Nominalni i l i promjer j u [[mm]] (4, 6, 10,16, 20, 22, 25, 30, 32, 40, 50, 52, 63, 82,100, 102) Nominalni tlak NP (radni tlak) [bar]; VDMA 24312 Koraci tlaka su navedeni u (25, 40, 63, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630) protok Q Qn Količina ulja j [[l/min]] Nominalni p koja teče kroz ventil pri padu tlaka ∆p = 1 bar (viskoznost ulja 35mm2/s pri 40°C) Najveći protok Qmax [l/min] Najveća količina ulja koja može proteći kroz ventil, uz odgovarajuće padove tlaka.
RAZVODNICI {
{
{
Razvodnici su ventili koji propuštaju, zatvaraju i usmjeravaju tok radnog medija. Tip razvodnika odnosno njegova funkcija određeni su: - brojem priključaka - brojem razvodnih položaja - načinom aktiviranja - veličinom priključaka Konstrukcijska rješenja - klipni - sa sjedištem - pločasti
RAZVODNIK 2/2
RAZVODNIK 3/2
PRINCIP RADA 3/2 RAZVODNIKA
RAZVODNIK 4/2
PRINCIP RADA 4/2 RAZVODNIKA
RAZVODNIK 4/3 • S OTVORENIM OPTOKOM
PRINCIP RADA 4/3 RAZVODNIKA
PRINCIP RADA 4/3 RAZVODNIKA
PREKLAPANJE RAZVODNIKA
Pozitivno preklapanje
Negativno g preklapanje
Q
Nulto preklapanje
Q
x
Q
x
x
POZITIVNO PREKLAPANJE
NEGATIVNO PREKLAPANJE
AKTIVIRANJE RAZVODNIKA Ručno aktiviranje razvodnika 4/3
Karakteristike razvodnika
PILOT VENTIL
T
A
P
B
ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE RAZVODNIKA
PROPORCIONALNI RAZVODNIK 4/3 BISTABIL
V tik l Vertikalno povezivanje i j komponenti k ti Razvodnici i ventli se spajaju okomito vijcima na zajedniko postolje. Rezultat je smanjenje cijevi i vodova.
Vertikalna ugradnja 4/3 razvodnika i tlačne vage (sendvič ugradnja) Standardni CETOP priključci za vertikalnu tik l ugradnju d j
NG06,Q=40-80l/min ,Q / NG10,Q=60-120l/min NG16,Q=100-240l/min NG25,Q=160-500l/min
S bi Sabirne priključne iklj č ploče l č - Ulančavanje po visini - Ulančavanje po dužini
Vertikalna ugradnja d j
HIDRAULIČKI SUSTAV KOD VILIČARA
HIDRAULIKA ZAPORNI VENTILI
Z Zaporni i ventili tili
NEPOVRATNI VENTIL
N Nepovratni t i ventil til
NEPOVRATNI VENTIL
PRIMJENA NEPOVRATNOG VENTILA U HIDRAULIČKIM SUSTAVIMA za a iizgradnju gradnj jednosmjerno Prigušnog ventila
Zaštita crpke
Kada se isključi elektromotor teret ne može okrenuti crpku unazad.
DEBLOIKIRAJUĆI NEPOVRATNI VENTIL
DEBLOKIRAJUĆI NEPOVRATNI VENTIL
• AKTIVIRAN
PRINCIP RADA DEBLOKIRAJUĆEG NEPOVRATNOG VENTILA
D bl ki j ći nepovratni Deblokirajući t i ventil til
D bl ki j ći nepovratni Deblokirajući t i ventil til
DEBLOKIRAJUĆI NEPOVRATNI VENTIL
• DVOSTRUKI
X X
Dvostruki deblokirajući nepovratni ventili
Točno pozicioniranje je moguće primjenom dvostrukih deblokirajućih ventila. Pozicioniranje nepovratnim ventilima nije moguće ako teret visi ili ako se koriste cilindri s dvostranom klipnjačom.
DEBLOKIRAJUĆI NEPOVRATNI VENTIL • AKTIVIRAN
HIDRAULIKA TLAČNI VENTILI
TLAČNI VENTILI
UPRAVLJAČKE
REGULACIJSKE A
P
T
P
T
SIGURNOSNI VENTIL
SIGURNOSNI VENTIL
PRINCIP RADA SIGURNOSNOG VENTILA
KARAKTERISTIKA UPRAVLJAČKOG TLAČNOG Č VENTILA -Sigurnosni Sigurnosni ventil (ventil za ograničenje tlaka) -
Ventil za ograničenje tlaka (presjek)
INDIREKTNO UPRAVLJANI VENTIL ZA OGRANIČENJE Č TLAKA T
P
A
P A Za protoke veće od 150 [l/min] koriste se indirektno upravljani ventili za ograničenje tlak. Takvi ventili osiguravaju manje pulzacije protoka i tlaka.
TLAČNI ISKLJUČNI VENTIL DALJINSKI UPRAVLJAN X – UPRAVLJAČKI VOD P
P
X T
X
T
TROGRANI REGULATOR TLAKA
Ako je u nekom dijelu hidrauličkog kruga potrebno održavati konstantni tlak, ugrađuje se regulator tlaka.
TROGRANI REGULATOR TLAKA
Način rada trogranog regulatora tlaka je isti kao kod dvogranog regulatora tlaka uz razliku što protok ide od P prema A. Rast tlaka iznad postavljene vrijednosti na izlazu (A) dovodi do daljnjeg pomaka klipa. Ugrađena funkcija ograničenja tlaka otvara prolaz od A prema T.
PRINCIP RADA TROGRANOG REGULATORA TLAKA
Shema spajanja trogranog regulatora tlaka Dobro je postaviti trograni regulator tlaka s negativnim prekrivanjem (T se otvara prije P). Tako dolazi do smanjenja zagrijavanja g j j ulja. j
DVOGRANI REGULATOR TLAKA
D Dvograni i regulator l t tlaka tl k
{
{
{
Ventil se otvara u normalnom položaju. Izlazni tlak na otvoru (A) se prenosi na površinu klipa (1) kroz regulacijski vod (3) (3). Nastala sila djeluje suprotno od postavljene sile opruge. Prijeđe li sila na klipu postavljenu vrijednost, ventil se zatvara sve dok se ne uspostavi ravnoteža sila. Glavni prolaz se sužava i javlja se pad tlaka tlaka. Naraste li ponovo tlak na izlazu (A), klip potpuno zatvara protok. Na izlazu (A) prevladava tlak iz prvog upravljačkog kruga. Kod kratkih hodova regulatori tlaka sa sjedištem se zatvaraju i otvaraju vrlo brzo. Kao rezultat se može pojaviti osciliranje tlaka. To se sprječava prigušivanjem.
DVOGRANI REGULATOR TLAKA
D Dvograni i regulator l t tl tlaka k Ako se dvograni regulator tlaka zatvori, stezanje obradaka stvara daljnji rast tlaka na izlazu (A). Taj rast tlaka iznad postavljene vrijednosti je nepoželjan. Moguće rješenje problema bila bi ugradnja ventila za ograničenje tlaka na izlazu. Kod primjene dvogranog regulatora tlaka s ventilom za ograničenje tlaka, granični tlak ventila za ograničenje ič j tlaka l k mora biti bi i manji od tlaka regulatora tlaka.
Ventili za ograničenje tlaka koji sprječavaju rast tlaka Dvograni regulator tlaka se u praksi rijetko primjenjuje. Nj Njegov oblik blik ne dozvoljava d lj smanjenje visoke postavljene razne tlaka na nisku razinu. Ovaj ventil za ograničenje tlaka može se postaviti na razne načine: •postava tlaka ventila za ograničenje tlaka viša nego kod regulatora tlaka, •postava tlaka ventila za ograničenje tlaka jednaka kao kod regulatora tlaka, •postava tlaka ventila za ograničenje tlaka niža nego kod regulatora tlaka.
Ove postave dovode do različitih karakteristika regulatora tlaka. Druga mogućnost smanjenja rasta tlaka je primjena trogranog regulatora tlaka.
PRIKAZ PROMJENE TLAKA U HIDRAULIČKOM SUSTAVU
HIDRAULIKA PROTOČNI VENTILI
PROTOČNI VENTILI UPRAVLJAČKE Q = PROMJENJIV
PRIGUŠNICE
BLENDE
REGULACIJSKE Q = KONSTANTAN
PROTOČNI VENTILI
P i š i i blende Prigušnice bl d -p prigušnica g
- blenda
Prigušnice i blende su hidraulički otpornici. Njihov otpor ovisi o presjeku strujanja, njegovom obliku i viskoznosti tekućine. Kada hidraulička č tekućina ć prolazi kroz otpornik protoka, uslijed trenja i rasta brzine javlja se pad tlaka. Dio pada tlaka nastalog trenjem može se značajno smanjiti p omjenom oblika blende promjenom blende. Da bi se blendom postigao željeni otpor, otpo potrebno je povećanjem brzine stvoriti turbulenciju (manji presjek nego kod prigušnice). Tako je otpor blende određen turbulencijom i neovisan je o viskoznosti. viskoznosti Zbog toga se blende primjenjuju tamo gdje je neophodna neovisnost temperaturi, odnosno viskoznosti, na primjer kod senzora protoka.
PRIGUŠNICA
U mnogim upravljačkim sustavima potrebno je veliko smanjenje tlaka. Tada se koriste prigušnice. Prigušnice š i blende upravljaju protokom zajedno s ventilima za ograničenje tlaka. Pred tim ventilima raste tlak.
PRIGUŠNICA
Zahtjevi koje moraju zadovoljiti podesive prigušnice su: - stvaranje otpora - nepromjenjiv otpor kod promjenjivih temperatura tlačne tekućine, tekućine tj. neovisnost o viskoznosti - osjetljivost udešavanja prigušnice je ovisna i o omjeru površine presjeka blende i upravljačke površine
PRIGUŠNICA
P i š i – dijeljenje Prigušnica dij lj j strujanja t j j
Kod p prigušnica g jje p protok ovisan o razlici tlakova na mjestu prigušenja,.
JEDNOSMJERNO PRIGUŠNI Š VENTIL
UGRADNJA PROTOČNIH Č VENTILA
DVOGRANI REGULATOR PROTOKA
DVOGRANI REGULATOR PROTOKA
DVOGRANI REGULATOR PROTOKA
Kod regulatora protoka, protok je neovisan o razlici tlakova, koji djeluju na ulazu i izlazu iz ventila. Ugrađuju se tamo gdje je pored različitih opterećenja potrošača potrebno ostvariti konstantnu radnu brzinu.
Dvogradni regulator protoka koji napaja trošilo (u praznom hodu)
Dvogradni regulator protoka koji napaja trošilo (opterećen)
Dvogradni regulator protoka (alternativno rješenje)
D Dvogradni d i regulator l t protoka t k
SINKRONIZACIJA RADA CILINDARA
- MEHANIČKA SINKRONIZACIJA MEHANIČKI POVEZANE KLIPNJAČE
- HIDRAULIČKA SINKRONIZACIJA KLIPNJAČE NISU POVEZANE
SINKRONIZACIJA RADA CILINDARA
MEHANIČKA
HIDRAULIČKA
SINKRONIZACIJA
SINKRONIZACIJA
KRUTO SPOJENE KLIPNJAČE
SERIJSKI SPOJ
HIDRAULIČKA Č SINKRONIZACIJA 5%
1%
-djelitelj -protoka
Postoje i druga rješenja: - s dvije iste crpke - sa servo ventilima…
1%
TRZAJ KLIPA -STIK SLIP EFEKT
HIDRAULIČKI Č UKLJEŠTEN Š KLIP -protudržanje protudržanje
DIFERENCIJALNO UPRAVLJANJE Diferencijalno upravljanje ista brzina pri izlasku i povratku klipnjače cilindra. DIFERENCIJALNI CILINDAR
Hid lički pribor Hidraulički ib Svi elementi bez kojih ne mogu raditi hidraulički sustavi, a nisu posebno grupirani u elementima nazivamo ih hidraulički pribor. To su: { { { { { {
cjevovodi i priključci armature i priključci sastavni dijelovi cjevovoda brtve i brtveni elementi spremnici p za akumuliranje j hidrauličke energije gj filteri uređaji za hlađenje i grijanje hidrauličke energije
CJEVOVODI 1 Kruti cjevovodi – najčešće čelične cijevi, 1. cijevi šavne i bešavne (hladno valjane) ovisno o tlaku koji vlada u cjevovodu - za čvrsto spajanje elemenata 2. Savitljivi cjevovodi – koriste se u slučajevima kada se radni element giba, ili je cjevovod potrebno često demontirati Sve se cijevi moraju odabrati ili proračunati prema: •
radnom tlaku
•
brzini strujanja
•
minimalnom polumjeru savijanja
KRUTE CIJEVI Kriteriji za izbor je materijal cijevi su: čvrstoća, hrapavost površine i homogenost materijala. Najviše se koriste bešavne hladno valjane čelične cijevi (obavezno za visoke tlakove) i šavne cijevi za niskotlačne cjevovode.
Protočni promjer cijevi
d = 4,607
d – m – protočni promjer cijevi Q – m3/s - protok vsr – m/s – srednja brzina strujanja
Q vsr vsr
PRORAČUN DEBLJINE STIJENKE CIJEVI
s=
D⋅ p ⋅ν 200 ⋅ σ dop
s – mm – debljina stijenke p naprezanje p j σdop - dopušteno materijala na tlak D mm – vanjski promjer cijevi p bar – tlak u cijevi ν - faktor sigurnosti 2 - 4
SAVITLJIVE CJEVI Na svim onim mjestima j gdje g j nije j moguće g ugraditi g krute cijevi, j ugrađuju se savitljive: spojevi s pokretnim dijelovima, prostorno teško spojiva mjesta, spojevi koji se skidaju i premještaju i sl. Materijal M t ij l savitljivih itlji ih cijevi ij i podložan dl ž j starenju, je t j osjetljiv j tlji na vibracije i visoke temperature, veće brzine strujanja itd.
Unutrašnja cijev (1) je od umjetne gume, teflona, poliestera,perbunana ili neoprena. Tlak podnosi srednji tkani sloj od čelične žice i/ili poliestera. Tkani sloj (2) može biti u jednom ili više slojeva, ovisno o rasponu tlakova. G Gornji ji sloj l j (3) je j od d gume otporne t na trošenje, t š j poliestera, li t elastičnog l tič poliuretana li t i drugih materijala. Vodovi mogu biti dodatno zaštićeni od mehaničkih oštećenja vanjskim ili spiralnim ili pločastim materijalima
POSTAVLJANJE SAVITLJIVIH CIJEVI
Savitljivi vodovi primjenjuju se u slučajevima kada nije moguće ugraditi cjevovod (npr. na pokretnim dijelovima).
PRIKLJUČCI Č Priključcima se spajanju uređaji i cjevovodi.
e )
a)
Priključak s prstenom koji se utiskuje u cijev
b) Priključak sa steznim prstenom c)
Priključak za konusno formirani završetak cijevi
d) Priključak za završetak cijevi na koju je zavaren konusni dio e)
Spoj cijevi sa zavarenom prirubnicom
BRZORASTAVLJIVE SPOJNICE Brzorastavljive B lji spojnice j i k i i koristimo za povremeno spajanje j j ili odvajanje hidrauličkih elemenata. Utikač i utičnica imaju nepovratne ventile kojima se spriječava izlaz ulja nakon prekida veze Često ih nazivamo i CU spojnice. veze. spojnice
BRTVE Brtveni elementi u hidraulici sprečavaju p j p prodor ulja j u okolinu ili unutar sustava. Razlikuju se prema:
- Stupnju brtvljenja koji valja ostvariti - Vrsti i statusu kretanja - Tlaku u sustavu - Vrsti materijala
Brtve cilindra
DVORADNI CILINDAR
BRTVE NA CILINDRU
BRTVE NA CILINDRU
BRTVE NA CILINDRU
BRTVE NA CILINDRU
SPREMNICI Spremnici p su p posude za držanje j hidrauličke tekućine. Pohranjuju dovoljnu količinu hidrauličke tekućine Omogućuju hlađenje i grijanje hidrauličke tekućine (ugradnjom grijača) Omogućuju nesmetano izdvajanje plinova
Z izradu Za i d spremnika ik se koriste k i t Al - limovi, čelični limovi ili limovi od nehrđajućeg čelika čelika. Volumen spremnika
Vsp = z ⋅ Q p
Z – 3…8 - broj optoka u minuti Qp – protok crpke (pumpe) u l/min
FILTERI Filteri omogućavaju normalan rad sustava i povećavaju njegovu trajnost. Zračnosti između kliznih elemenata su do 20 µm, a za servosustave do 3 µm, pa je u skladu s time potrebno osigurati i finoću j ulja. j filtriranja Krute čestice u struji radne tekućine djeluju abrazivno, oštećujući fine klizne površine, sjedišta ventila, a u rasporima se zaglavljuju i utiskuju u plohe. Posljedice: - Jače istjecanje ulja zbog lošijeg brtvljenja - Blokiranje rada kliznih dijelova - Promjena karakteristika regulacije protoka - Smanjenje trajnosti
KARAKTERISTIKE FILTERA -
Finoćom filtriranja Količinom protoka kroz filter Količinom izdvojenih čestica Padom tlaka
βx =
n( x ) na ulazu n( x ) na izlazu
βx- omjer broja čestica određene veličine x prije filtriranja i broja čestica iste veličine nakon filtriranja
UGRADNJA FILTERA
TLAČNI FILTER
POVRATNI FILTER
UGRADNJA FILTERA U HIDRAULIČKI Č SUSTAV
U đ ji za hlađenje Uređaji hl đ j hid hidrauličkog ličk ulja lj
- vodom hlađeni hladnjak ulja
- zrakom hlađeni hladnjak ulja
Uređaji za hlađenje odvode suvišnu toplinsku energiju i održavaju temperaturu hidrauličkog ulja u zadanim granicama. granicama Većina crpnih agregata ima dimenzioniran spremnik da se u njemu hidrauličko ulje hladi prirodnim putem.
GRIJAČ Č HIDRAULIČKOG Č ULJA Grijače hidrauličkog ulja primjenjuju se pri niskim temperaturama kada viskoznost ulja počinje predstavljati problem. Hidrauličko ulje zagrijavamo prije puštanja sustava u rad. Grijači su opremljeni termostatskim ventilom i smješteni su u spremnik hidrauličkog ulja ulja. Temperaturu je potrebno kontrolirati.
I to jje, je, to! to!
P
T
Hvala na pozornosti !! !!!
