Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
1
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
A1. OSNOVNE FORMULE 1.2.7. Promena zapremine hidrauličnog ulja u funkciji: a)
promene temperature i konstantnog pritiska
V T
V 0 T T m 3 ;
T – koeficijent promene zapremine (gustine) u funkciji promene promene temperature, temperature, dijagram D1.1. b) promene pritiska i konstantne temperature izotermski proces (spor proces) p 3 V p V 0 m ; K T
KT – izotermski kompresioni modul, dijagram D1.2. c) promene pritiska i promene temperature adijabatski proces (brz proces) p 3 V p V 0 m KS – izentropski (adijabatski) K S
kompresioni modul, dijagram dijagram D1.3.
2
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
A2. DIJAGRAMI, KOEFICIJENTI, PREPORUKE
konstantnoj polaznoj 2.1.2.Promena gustine i zapremine u funkciji promene pritiska pri konstantnoj temperaturi – – adijabatski promena (proces brz, nema razmene toplote sa okolinom)
Dijagram D1.3. Izentropski (adijabatski) kompresioni modul mineralnog ulja 4 ; 7
p const.; T = const. Koristi se za proračun:
a) promene gustine prema: p p T ( 1 ) . K S b) promene zapremine prema
V
p V 0
K S
2.7.3. BRZINA PROTICANJA HIDRAULIČNOG ULJA KROZ CEVOVODE Tabela T7.2. Preporučene brzine proticanja ulja kroz cevovod hidrauličnogsistema 20 2
Usisni Kinematska 2 viskoznost (mm /s)
Potisni kod = 30 do 150 (mm /s) Brzina proticanja v (m/s)
Povratni
Pritisak p (bar)
Brzina proticanja v (m/s)
Brzina proticanja v (m/s) 1.7 do 4.5
150
0.6
25
2.5 do 3.0
100
0.75
50
3.5 do 4.0
50
1.2
100
4.5 do 5.0
30
1.3
200
5.0 do 6.0
> 200
< 9.0 zavisi o užine cevovoda
Kod Q < 10 l/min brzina v < 3 m/s
3
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
A3. PRINCIPI PRORAČUNA OSNOVNIH KONSTRUKCIONIH MODELA HIDRAULIČNIH SISTEMA
A3.3. POLUZATVORENI HIDRAULIČNI SISTEM 3.3.1. Osnovna funkcija poluzatvorenog hidrauličnog sistema
spuštanje klipa visokom brzinom – funkcija funkcija zavorenog hidrauličnog sistema
spuštanje klipa malom brzinom – funkcija funkcija otvorenog hidrauličnog hidrauličnog sistema
dizanje klipa - funkcija otvorenog hidrauličnog hidrauličnog sistema
3.3.2. Osnovni proračun poluzatvorenog poluzatvorenog hidrauličnog sistema a) spuštanje klipa velikom brzinom, malom silom – funkcija zat vorenog vorenog hidrauličnog sistema (slika a) Q P Q P , brzina klipa: Q z Q P Qk A v1 Q P A p v1 v1 A A p a
sila klipa: F 1
p ( A A p )
p a
funkcija otvorenog hidrauličnog hidrauličnog sistema b) spuštanje klipa malom brzinom , velikom silom – funkcija Q brzina klipa: v2 P A sila klipa: F 2 p A
c)
funkcija otvorenog hidrauličnog hidrauličnog sistema dizanje klipa – funkcija Q brzina klipa: v3 P a sila klipa: F 3 p A p
4
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
A4. OSNOVNE OSNOVNE FUNKCIJE FUNKCIJE REGULACIJA REGULACIJA PUMPI I MOTORA
4.1.2.2. Pumpe dvostranog delovanja 4.1.2.2.3. Servo regulator – upravljanje eksternim impulsom pritiska
Ukoliko se prelaz sa jednog na drugi kapacitet pumpe mora ostvariti kontrolisano ili se u toku rada hirauličnog sistema treba obezbeiti nekoliko kapaciteta pumpe, taa se funkcija skupa pojeinačnih ventila za ograničenje pritiska (iz konstrukcije hirauličnog regulatora) zamenjuje servo servo razvonim razvonim ventilom kod koga je pomak klipa u funkciji jačine strujnog impulsa. Upravljanje položajem servoventila (upravljanje kapacitetom pumpe) vrši se preko PLC -a, a u sklopu regulatora mogu se ugraditi senzori koji prate položaj ranih elemenata (kontrola specifične zapremi ne) i pritisak.
5
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
A5. KORELACIJA MERNIH JEDINICA i
5.5. FIZIČKE VELIČINE, MERNE JEDINICE I ODNOSI Veličina
Oz.
Jedinica
Gustina
gram/kubnom centimetru
Protok
Q
decimetara kubnih/minuti
Simbol g/cm
3
Karakteristični međusobni onosi 3
3
dm /min
3
3
1 g/cm = 1 kg/dm = 1 t/m = 1 g/ml 3
3
1 dm /min = 0.0166 dm /s
metara kubnih/sat
m /h
1 m /h = 16.6 dm /min
3
3
3
2
Sila
F
njutn
N
1 N = 1 kg m/s 1 daN = 10 N
Moment rotacije
M
njutnmetar
Nm
1 Nm = 1 J 2
paskal
Pa
1 Pa = 1 N/m = 0.01 mbar = 1 kg/m s 2
Pritisak
p
bar metara vodenog stuba
Masa
bar mH2O (mV.S)
5
2
2
5
1 bar = 10 N/cm = 10 N/m = =10 Pa 1 bar = 0.1 MPa 1 mH2O = 9806.65 Pa ko najvede gustine voe na 4 C
milimetara živinog stuba
mmHg
1 mmHg = 13.595 mmH 2O 1 mmHg = 133.32 Pa
miligram
mg
1 mg = 0,001 g
m
6
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
poglavlje 1. ENERGETSKE TRANSFORMACIJE U
HIDRAULIČNOM SISTEMU
prit isak u horizontalnom cevovodu kod koga se prečnik na ulazu D1 =30 1.23. Kako se menja pritisak mm, smanjuje na D 2 =15 mm, a zatim povećava na D 3 =40 mm. Pritisak na ulazu jednak je 150·10 5 Pa, brzina proticanja je v 1 = 3 m/s, m/s, a gustina ulja ulja ρ = 860 860 kg/dm 3. Kod proračuna promene pritiska zanemariti gubitke zbog promene brzin brzinee tečenja Rešenje Površine ceovoa u presecima jenake su:
A1
D12
4
0.032 4
065 10 7 .065
4
m 2 ; A2
Protok uja kroz cevovod jednak je: Q v1 A1
766 10 1.766
4
m 2 ; A3
3 7 .065 10 4
256 10 1.256
3
m2 .
0.00212 m 3 / s .
Brzina proticanja ulja kroz k roz preseke cevovoda jednaka je: 3
u preseku 1 – 1: v1
u preseku 2 – 2: v2
u preseku 3 – 3: v3
3 m / s .
Q A2 Q A3
0.00212
1.766 766 10 4 0.00212 1.256 256 10 3
12.0 m / s
1.67 m / s
Za presek 1 – 1 može se postaviti Bernulijeva jenačina: 2
g h1
v1
2
2
p1 g h2
u kojoj je h1 = h2 i pg = 0, 0, pa je: 2
odnosno: p 2
v1
v12
2
v2
2
p1
2
v2
p2 p g ,
2
p1
( 3 2
12
2
v22 2
p 2 ,
) 860 860
2
150 150 10
5
149 149 41950 2
2
Za presek 2 – 2 može se postaviti Bernulijeva jenačina: 2
p3
v2
2
v3
p 2
( 12 2
2
1.67
) 860 860
2 2 Na osnovu izvrešenog proračuna slei: Presek
Prečnik
D (mm)
v2 2
p 2
149 149 41950 150 150 07670
Površina preseka 2
Protok ulja 3
A (m )
Pa Pa .
Q (m /s)
v23 2
p3 ,
iz koje je:
Pa Pa .
Brzina proticanja v (m/s)
Pritisak p (Pa)
1 – 1
30
7.06510
-4
2 – 2
15
1.76610
-4
0.00212
12.0
149 41950
3 – 3
40
1.25610
-3
0.00212
1.67
150 07670
0.00212
3.0
150 00000
7
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
poglavlje 2. HIDRAULIČNI FLUIDI
2.18.
U cilindru čija je zapremina V = 100 litara i temperatura ulja T = 50 50 C, C, povećava se pritisak od polaznog atmosferskog p0 = 0 do p 1 = 400 bar. Za koje vreme se dostignu definisane vrednosti pritiska ukoliko je kapacitet pumpe pumpe Q = 250 l/min? Rešenje Zadatkom nije definisan karakter promene pritiska, ali se na osnovu odnosa zapremine ulja i kapaciteta pumpe kojom se kompresija ulja ostvaruje može sa visokim stepenom sigurnosti pretpostaviti a se rai o aijabatskoj promeni. Zbog ilustracije rešavanja problema polazi se o opšteg poatka za koeficijent -3 kompresiju = 5.86 10 10 % (T1.6 – poglavlje A2) bez obzira na veličinu ranog pritiska i karakter termoinamičke promene. Da bi se postigao pritisak p pritisak p = 400 bar u cilinar se treba približno uneti oatnu zapreminu ulja: 3
V V p ( 5.86 10
to se ostvari za t
0.01 ) 100 400
V 2.344 60 Q 250
0.563
2.344 dm 3 i
s .
Promena pritiska je brza, adijabatska, kod ko je nema razmene toplote sa okolinom. Proračun koji slei može se izvršiti u odnosu na veličinu koeficijenta KS koji se očitava iz ijagrama D1.3 (poglavlje A2) ili na osnovu veličine koeficijenta kompresiju a čija se vrenost očitava iz tabele T1.6 (poglavlje A2) za pritisak p pritisak p = 400 bar . Za ovo rešenje bira se proračun na osno vu koeficijenta kompresije a. V a
a V p ( 4.90 10
što se ogoi za t k
3
0.01 ) 100 400 1.96
V 1.96 60 Q 250
dm 3 ,
0.47 s .
Za proces kompresiju se potroši energija:
W k
p Q
t k
60 0 3600
40 0 25 0 0.47
60 0
3600
0.0218 k Wh,
Kako je proces adijabatski i nema razmene toplote sa okolinom ulje u cilindru se u toku kompresije zagreje za: W k 0.0218 W k V C c T T 0.507 C . V C c 0.1 0.0005 860
8
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
UH4 deo1. poglavlje 3. PUMPE
3.21. Proračunaj karakteristike pumpe u zatvorenom hidrauličnom sistemu ako je:
obrtni moment hidrauličnog motora M M M = 250 Nm,
broj obrtaja hidrauličnog motora n M = 1000 min -1; pad pritiska u potisnom i povratnom vodu p1 = 10 bar, a povratnom do ventila za rasterećenje (1.4) p2 = 5 bar;
koeficijent i skorišćenja skorišćenja motora motora Mmh Mmh= 0.95, Mz Mz = 0.97;
koeficijent iskorišćenja pumpe Pmh Pz = 0.97; Pmh= 0.95,
pad pritiska u radnom radnom i povratnom vodu jednak je: je: p1 = p2 = 10 bar.
Tehničko rešenje Zatvoreni hiraulični krug sa pumpom vostranog elovanja sastoji se o ranog i upravljačkog ela sistema. Rani eo zatvorenog hirauličnog sistema sači njavaju: pumpa dvostranog delovanja (1.1), ventil za ograničenje pritiska (1.2) u potisnoj cevovonoj liniji A ili B, hiraulično upravljani razvoni ventil (1.3) koji povezuje povratni vo A ili B sa ventilom za rasteredenje (1.4) – poešava se na pritisak p r = 12 do 15 bar, hiraulični motor (1.5) sa dva smera rotacije. Upravljanje položajem pumpe kojim se efinišu usisna usisna (A ili B) i potisna (B ili A) strana vrši se preko upravljačkog sistema. Pritisak upravljačke pumpe (uobičajena vrenost 25 bar) mora uvek biti vedi o pritiska rasteredenja i ovoljan a obavi funkciju upravljanja položajem regulatora. Sistem za upravljanje položajem pumpe (1.1) može se, ako je to potrebno proširiti sa ventilima pritiska i tako obiti funkciju tzv. hirauličnog regulatora.
oračun Pr oračun Za ovu
konstrukciju hirauličnog sistema biraju se klipno aksijalna pumpa i hiraulični motor, pa se razlika pritiska na ulazu i izlazu iz hirauličnog motora može usvojiti na nivou pM = (pM1 - pM1 ) = 250 bar .
Specifična zapremina hirauličnog motora jenaka je: M M 250 q M 2 2 1.59 10 p M Mhm 1.59 10 250 0.95
66 .2 cm 3 .
9
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
U hiraulični motor se treba ovesti količina ulja: q n 66 .2 1000 3 Q M M M min 68.25 dm 3 / min min , i 68247 cm / min 0.97 Mz
Q M
Q P
68.25 dm3 / min min , a
njena specifična zapremina: q P
Q P n P Pz
68247 1500 0.97
67
3
cm .
Snaga fluine struje na ulazu u hiraulični motor jenaka je:
Q M p M
Q M ( p M p2 pr )
68.25 ( 250 5 12 )
30.4 k W , a 600 600 Q P p P Q P ( p M 1 p2 ) 68.25 ( 267 267 10 ) pumpe: P 34.2 kW , P 600 600 Phm Pz 600 600 Phm Pz 600 600 0.95 0.97
P M
600
gde je: p r 12 bar bar , pritisak rasteredenja povratnog voa, poešava se na ventilu za ograničenje pritiska (1.4) u poručju (uobičajena vrenost) 12 do 15 bar . Ventil za ograničenje pritiska treba podesiti na p na p1 = p2 = 285 bar . Pritisak upravljačke pumpe (2.1) koja obavlja i funkciju ispiranja sistema poešava se na nivou o oko 25 bar (uobičajena vrenost). Kapacitet upravljačke pumpe bira se u onosu na kapacitet rane pumpe (1.1) prema sleedem:
Q Pu
0.1 Q P
0.1 68.25
6 .8 dm3 / min min , a
njena specifična zapremina je jenaka: q Pu
Q Pu n z
6800 1500 0.97
4.7
3
cm .
10
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere
“
UH4 deo1. poglavlje 4. HIDRAULIČNI CILINDRI
4.27.
Telo mase m = 40000 kg nalazi se na kosoj ravni i iz donjeg položaja (h 1 ) pomera se u gornji položaj (h2 ). Proračunaj karakteristike pumpe, ako je: ugao nagiba ravni: = 45 45 ; brzina dizanja: v = 0.1 m/s; vreme dostizanja radne brzine je najviše za: t = 0.05 s; koeficijent trenja mirovanja i kretanja je jednak: = 0.35; u krajnjem donjem položaju klip je udaljen od poklopca cilindra l = 200 mm, a njegova dužina hoda je L = 1000 mm; zapremina ulja u cevovodu je 5% od zapremine ulja u cilindru kod krajnjeg levog položaja kli pa; pa; temperatura ulja T = 50 50 C. C. Potrebno je proračunati: radni pritisak, prečnik klipa, protok ulja, a zatim proveriti da li se pumpom odabranog kapaciteta može postići traženo vreme postizanja brzine, ako se mase klipa i ulja zanemare.
Rešenje U momentu pokretanja tela, sila klipa jednaka je zbiru sila koje se suprotstavljaju kretanju: F 1
G H
F T
F a .
Sila kojom telo eluje na površinu jenaka je:
G m g 40000 9.81 392400 N i ona se razlaže na komponente upravcu x i y osa:
G H GV
G sin
392400 sin 45
G cos cos
392400 cos cos 45
277469 N , 277469 N .
Silom klipa trebaju se savladati i sile:
trenja u momentu pokretanja i u toku kretanja: F T GV 0.35 277469 97114 N , i
ubrzanja u momentu pokretanja klipa cilindra:
F a
ma m
v
40000
0.1
80000 k g m / s
2
80000 N . t 0.05 U momentu pokretanja klipa ukupna sila jednaka je: F 1 G H F T F a 277469 97114 80000 454583 N , a
kada se dostigne radna brzina nakon 0.5 sekundi , smanjuje se na: F 2 G H F T 277469 97114 374583 N . U toku proračuna koji slei potrebno je oreiti prečnik klipa i rani pritisak, o kojih se jena veličina usvaja, a ruga proračunava. Za ovaj hiraulični pogon usvaja se pritisak na nivou o p = 150 bar , pa se površina klipa proračunava u odnosu na silu klipa prilikom pokretanja tela A: F 454583 2 A uk 1 0.030306 m , pa je 5 p 150 10
11
Prof.dr V. Savić “Uljna hidraulika 4, deo 1 - proračun hidrauličnog sistema kroz primere 4 A
prečnik klipa cilinra jenak je: D
4 30306
3.14
mm .
196 .48
Posle ostizanja rane brzine pritisak de se smanjiti na: p2
F 2
“
374583
Q A v 30305 0.1 1000
6
3
12 3.6 10 123
5
Pa A 0.030305 U onosu na, zaatkom efinisanu brzinu kretanja klipa, potreban protok ulja se prorač unava prema:
3.0305 10 mm / s 181 181.83 l / min min .
Do momenta postizanja pritiska p pritiska p = 150 bar kada bar kada se klip i telo A pokrenu iz stanja mirovanja u sistem se mora uneti zapremina ulja koja se izračunava u onosu na stepen kompresibilnosti ulja (aijabatska promena) ko temperature ulja T = 50 C C. Iz dijagrama D1.3 (poglavlje A2) očitava se K S = 17500 bar, pa je 1 ( A l ) p 3.03 2 150 3 V p 0.052 dm . V k K S K S 17500 Tako de se telo A pokrenuti iz i z stanja mirovanja sa kašnjenjem o: V k 0.052 60 t k 0.0171 s . Q 181.83
12
