Hidraulika bagera i opis njegovih komponenti.Full description
Laporan Hidraulika Praktikum 2Deskripsi lengkap
g
_____ ___~~
~~illW .~E~ @
- Konstrukcija, proracun i odrzavanje hidraulicnih sistema -
•
!W& l>-itCWfN Zenica
UUNA HIDRAULIKA 2 - Konstrukcija, proracun i odrtavanje hldraulicnih sistema Autor:
Prof. dr V!adimir Savio
Aecenzentl: Prof. dr Sead Avdie Dr Zdravko Lontar
Laktor: Katarina £)ukic
Crtez/ I /(orlce: Tamara Savie
Tehnlcki urednlk:
Rail Kratina
/zdavac: DOM STAMPE - ZENICA Prvo izdanje
Za Izdavaca: EdhBm Suljie. gral. int. $tampa:
Dom Atampe UI. 29. novembrs br.. 20 72000 Zenica
TIRAZ: 2000 primjeraka
S A DRtA J Strana PREDGOVOR
1.
KONSTRUKCIJA HIDRAULICNIH SISTEMA .
1.1 . 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. 1.1 .5.
OPSTI PRINCIPI KONSTRUKCIJE HIDRAULICNIH SISTEMA .. Podjale hidraulicnih sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . " Graficko i tabelarno prikazivanje rada hidraulicnog sistema. . . Rad pumpe za vrijeme mirovanja sistema. . . .. Zaustavljanje klipa hidraulicnog cilindra. . . . . . . . . . . . . . Kocenje hidraulicnih motora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 1 11 15 1 20
1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4.
ISKORISTENJE ENERGIJE U HIDRAUUCNOM SISTEMU . . .. Problemi iskori~tenja energije u hidraulicnom sistemu . Primjena akumulatora u hidraulici. . . . . . . . . . . . . Upravljanje radom sistema preko impulsa pritiska. . . Hidrostatski pogoni sa sekundarnom regulacijom. . .
25 25 32 53 58
1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3.
KONSTRUKCIJA SISTEMA ZA RLTRIRANJE . . Mjesto filtera u hidraulicnom sistemu. . . . , . Karak1eristike i proracun filtera . . . . . . . . . . Kriteriji za ocjenu cistoce ulja . . . . . . . . . .
PRORAGUN HIDRAUUGNOG SISTEMA ... .. Proracun hidraulicnog sistema sa cilindrom. Proracun hidraulicnog sistema sa motorom . . Proracun stepena iskoristenja . . . . . . Primjeri proracuna hidraulicnih sistema. . . . .
PREDGOVOR U knjizi "U/jna hldraulika 2" abradena je problemalika kOllstrukeije I proracuna hldraulicnih sistema. Naeln 'obrade leksta je takav da predstavlja logico" slijed teksta knjige "Uljna hidraullka 1", u kojoj je obraden. problematika konstrukclje hidraulicnih komponenti i njihovog mjesta u hidraulicnim sistemima. Vee kod izrade teksta za knjigu "Uljna hidraulika 1" planirao sam da. nastavim na tekstu u kome 6e bitl obraClena probJematika konstrukcije hldraulicnih sistema kao integra/ne cjefine. To mi je orno· gut/fa da vee u pocetku fada razgranicim fe dvije organski povezane materife. Ukupna probfematika je obradena u 6etiri zasebne tematske grupacije, U prvom poglavlju su abraden! zajednicki prinicpl konstrukcije otvorenih i zatvorenih hidraulienih sistema, a u drugom i treeem pog/av/ju problematika konstrukcije i proracuna otvorenfh, odnosno zatvorenih hidraulicnih sistema. U posf/edn/em, cetvrtom pog~ lavlju, daje se opst; osvrt na problematlku odrzavanja hidraulicnih sistema. Kod obrade teksta karisrio sam, osim v/astitih spoznaja a problematlci hidrau ~ like, knjige, casopise j strucne materijale firme Mannesmann Rexroth. Infarmacije ko~ je sam crpio iz navedene literature bile su ml ad dragoe/ene pomoci kad abrade teksta. Tekst ove knjlge je izracfen za re/atlvno kratko vrijeme, U tome sam uspio i zahvaljuju6i radu brojnih saradnika na obrad/ sllka ; teksta. Ja 1m se ovom prilikom zahvalju/em. Autor
IX
I--ITIlEE~~:
01
L'.J
bl
w Slika 1.1.
Osnovni tipovi hidraulicnih sis tema - .krugova 8) otvoreni, b) zatvoreni, c) poluzalVoreni,
Kod poluzatvorenih hidraulicnih sistema u jednoj fazi kretanja klipa hidraulicnog eilindra ulje iz suprotne strane klipa se zajedno sa uljem koje potiskuje pumpa, transportuje u radnu komoru cilindra. f\Ja taj nacin se smanjuje si!a poti skivanja i povecava brzina kretanja klipa. U drugoj fazi kretanja kilpa hidraulicni sistem dleluje kao otvoreni. Osnovna shema je prikazana na slid 1.1 c. Pumpe j hidraulicni motori , zavisno od konstrukcije radnih elemenata , mogu biti sa konstantnim i promjenljivim kapacitetom . Kod otvorenih hid rau licnih krugova mogu nastati cetiri karakteristicne veze pumpe i hidraulicnog motara;
- pumpa i motor su konstantnog kapaciteta (slika 1.2a), - pumpa je promjenljivog , a motor je konstantnog kapaciteta (silka 1.2b), - pumpa je konstantnog kapaciteta, a motor je prornjenljivog kapaciteta (8Iikal.2 e ).
b)
w c)
~ Slika 1.2.
2
Kombinacije veze pumpl ;
dl
maraTa kod otvorenih hidraulicnih krugova
0)
b)
d)
c)
Slika 1,3.
Povezivanje pumpe i motors kod zatvorenih hidraulicnih krugova
-
pumpa je konstantnog, a motor je promjenljivog kapaciteta i moze da Funkcion i~e kao koenica (slika 1.2d). I kod zatvorenih hidrauli6nih sistema mogu se kombinoval i pumpe i motori sa konstantnim i promjenljivim kapacitetom. Na slid 1.3 prikazane su uprosteno sljede6e kombinacije: - pumpa i motor su konstantnog kapaci teta (slika 1.3a), - pumpa je promjenljivog, a motor je konstantnog kapaciteta (slika1.3b), - pumpa je konstantnog, a motor je promjenljivog kapaciteta (slika 1.3c), - pumpa i molor su sa pramjenljivim kapacitetom (slika1.3d). Osim navedene dvije podjele, hidraulieni sistemi se mogu klaslficlrati i na druge naeine: u odnosu na braj grana, nacin regulacije protoka, pritiska i druge. Interesantna je podjela kojom se obuhvataju konstruktivne specifienosti u odnosu na distribuciju gubitaka energije u hidraulienom sistemu. Klasifikacija hidraulienih sistema [42J u odnosu na ovaj kriterij daje se na slici 1.4. Paralelno sa razvojem hidraulienih sistema i ~irenjem pod rueja primjene u kojima se prenose sve vece koliei ne energije, posebno znacajno poslaje pitanje ra· cionalnog iskori~tenja ulozene energije. Gubitak energije u hidraulicnom sistemu jednak je razlici energije koja se preda pumpi i energije koja se preko hidraulicnog motora preda korisniku . Konstrukcijom hidraulicnog sistema se nastoji izjednaciti preuzeta i predata kolicina energija. Brzina kretanja hidrauli6nog motora se sve donedavno najteMe odredivala iii regulacionog ventila. Kasnije su uvedeni sistemi sa pumpama iii motorima koji su imali ugradene regu!atore, zatim tzv. Load-Sensi ng sustemi, a u posljednje vrijeme sistemi sa sekundarnom regulacijom. Na sliei 1.58 prikazan je hidrauli6ni sistem sa pumpom promjenljivog kapaci· teta i hidraulicnim motorom konstantnog protoka, povezani u otvorenom hidrauli6· nom krugu uzvedba A1). UpravlJanje tokom ulja vrsi se preko razvodnog ventila, a broj obrtaja motora je Funkeija pololaja regulatora protoka pumpe. Za vrijeme po· pode~vanjem prigu~ nog
gana nema gubitaka energije, jer se sva kolitina ulja potiskuje prema motaru.
3
...
~
~
Hidrostatskl
prenosnik
:,.
.,~ ~
" ii'
A
Sistemi upravljani
B
kolicinom
Slstemi upravljani plitiskom
:r
0:
iii
~ 5'
.,";;;" -"3
Al
I
I
c:
.Upravljan/e pumpom (primarno)
r-
SA I
Upravljanje prlgusenjem
II>
c: 0
A2
go '"c: .," Q.
~: 0-
A3j I
Upravljanje motorom (sekundarno)
I--
SAl
SA2
Up ravljanje
Prigusnik sa
r-
~
kenst. pumpom
Prigusnik sa
reg. pumpom
pumpom i motorom
c:
"c:" "'"
BA3
Loaci .Sensing (upravljanje p ritiskom)
'"c:
0-
iif
@
" ~
BA3. 1
I
Regulirajuce pumpe
BA3,2 I Konstantne pumpa
BB
BB. 1
Sistemi sa povratom energije
Sekundarna regulacija
B
01
Sillm 1.5.
*'A"-_ --'
bl
Veza pumpe promjenljlvog kapacfteta I hldrau/icnog motora (konstsn!nag pro/aka (A1) a) otvorenl hldraullcnl krug, b) zatvorenl hldraulicnl krug
Na slici 1.5b prikazana je veza pumpe i hidraulicnog motora u zatvorenom hidraulicnom krugu. I u ovom slucaju brej obrtaja hidrauli6nog motora je funkcija polotaja regulatora pumpe. Kod ove izvedbe hidraulicnog sistema postavljena su dva ventila za ogranicenje pritiska, jer su strane (A) i (6) naizmjenicno usisne i lIacne. U povratnom vodu se stalno obezbjeduje pritisak od oko 15 bara prako ventila za ograni6enje pritiska, koji je sa vodovima (A) i (6) povezan nepovratnim ventilima. Osim toga, ugraden je i pomooni sistem za snabdijevanje uljem iii sislem za ispiranje, kako sa cesto naziva. koji vr~i izmjenu ulja u zatvor.enom hidrauli6nom krugu u kolitini 10-15% ·od kapaei!eta glavne pumpe. U istu grupu veze spadaju hidraulicni sistemi prikazani na slici 1.6. To su poluzatvoreni hidraulicni sistemi konstruisani prema modelima otvorenog i zatvarenog hidraulicnog kruga. Umjesto rotacionog hidraulicnog motora postavljen je hidraulicni cilindar (translatorni hidraulicni motor).
Osnovni smisao ovakve konstrukcije hidrauli~nih sistema je skracenje vremena povratnog hoda klipa hidraulicnog cilindra. To sa u oba sJucaja oini spajanjem klipne komore sa klipnjacinom , preko dvopolo~ajnog razvodnog ventila. Tada se ulju koje pumpa potiskuje u klipnjacinu komoru dodaje i ulje iz klipne komare. To se kod prvog sistema cini preko elektromagnetnog razvodnog ventila, a kod drugog preko razvodnog ventila koji se hidraulicki upravlja. Kod hidraulicnog sistema
5
-I I
~ t---
I----
----_._--
N
~-
L ___ . j
--
L __ J
8
.x
A
>C/ I' aJ Slika 1.6.
~
I
b)
Veza pumpe sa promjenJjivim kapacitetom i hidraulicnim cifindrom (A 1) u poluzatvorenom hidraulicnom sistemu
koji je prikazan na slid 1.6b, postavljeni su i pomoeni usisni vodovi, preko kojih se vrSi dopuna potrebne kolicine ulja. Izvedba hidraulicnog sistema (slika 1.7) sa konstantnom pumpom i hidraulicnim motorom sa ugradenom regulaoijom protoka (izvedba A2) koristi se rijede. Najmanji broj obrtaja motara se proracun ava prema: n minm
:=
V
np _ ...£._ ,
Vmaxm
gdje je: n -- broj obrtaja; V - specificni volumen, a oznake p i m se odnose na pumpu i motor. Gubitak snage je velik i maze se proracunati prema:
N =
(Op -
Om) P
(kW)
600 Hidraulicni sistemi kod kojih se broj obrtaja motora reguli§e polo1ajem regulatora pumpe nazivaju se sistemi sa primarnom regulacijom , a hidraulicni sistemi 6
I
•
I_ _ J
Slika 1.7. Konstrukcija hidraulicnog sistema sa pumpom kon ~ 8tantnog kapaciteta i motorom promjenljivog pro-
Slika 1.8. Hidraulicni sistem sa ugra-
denom pumpom promjenIjivog kapaciteta i motoro m
promjenljivog protoka (A3)
toka (A2) kod kojih se broj obrtaja regulise polozajem regulatora motora - sistemi sa sekun· darnom regulacijom. Treea grupa hidraulicnih sistema su sistemi sa kombinovanom regulacijom pumpe i motora (izvedba A3) . To su sistemi sa primarno-sekundarnom regulaeijom. Hidraulicna shema ovog tipa sistema je prikazana na slid 1.8. Ovakva kombinaeija se zbog slotenog postupka sinhro nizacije rada regulatora pumpa i motora koristi relativno rijetko , iako su gubiei energije u toku rada sistema vearna mali. Mogu se izracunati po jednacini navedenoj u slutaju izved be sistema prema (A2). Hidraulicni sistemi kod kojih se upravljanje vrsi priti skom (izvedba B), dijele se na sisteme kod kojih se upravljanje vrSi prigusenjem (izvedba BA) i sisteme sa koristenjem povratne energijB (izvedba BB). Prvoj grupi pripadaju sistemi sa prigusnim venti lima (izvedba SA 1 i BA2) i sistemi u tzv. Load - Sensing izvedbi (BA3). Shema hidraulicnih si stema sa pri gusnim venti lima sa pumpom konstantnog kapa· eiteta i pumpom promjenljivog kapaeiteta prikazana je na sliei 1.9. Kod hidraulicnih sistema sa ugradenom pumpom konstantnog kapaciteta (izvedba SA 1) promjena protoka prema hidraulicnom motoru vr§i
se podesavanjem 7
prigu~nog
iii regulacionog ventila. Razlika kolitine ulja koju daje pumpa i kolitine koja je potrebna hidraulitnom motoru, potiskuje se preko ventila za ogranitenje pritiska u rezervoar. U podrutju sistema od pumpe do prigu~nog venlila vlada pritisak pode~en na ventilu za ogranicenje pritiska. Ukupan gubrtak energije u sistemu jednak je zbiru dijela energije koji se pretvori u toplatu na ventilu za ogranitenje pritiska i sumi gubitaka u cjevovodu i elementima hidraulitnog sistema. Mo~e se proracunati prerna:
Ukoliko se umjesto pumpe konstantnog kapaciteta ugradi pumpa sa regulatorom kapaciteta, dobije sa hidraulicni sistem prikazan na slici 1.9b (izvedba BA2). Kod ovog hidraulitnog sistema kapaciteti pumpe i motora su usag la~eni, Pa su gubici energije minima!ni. Oni se proracunavaju prema:
a)
L -,-_ _L..1 Slika 1.9.
8
Hidraullcni sistemi sa prigusn;m venitfima a) sa pumpom konstantnog kapacnera (BAl) b) sa pumpom promJenlj/vog kapaciteta (BA2)
b)
]
]E--j
P __ _ ,..:.1.I
I
I
I
I I
I I I
1
I
r - ---
I I
P
0' 01
bl
Slika 1.10. Hidraulicni slstemi tip. Load-Sensing a) sa pumpom promjenljivog kapac/teta (BA3.1) b) sa pumpom konstantnog kapaciteta (BAS.2)
Hidraulieni sistemi kod kojih se upravljanje vr§i priti skom (Load·Sensig si· stem) mogu biti takeder sa pumpom kod koje se kapaeitet moze regulisati (izvedba BA3.1) i sa pumpom konstantnog kapaeiteta (izvedba BA3.2). Kod ovog tipa hidra· ulienih sistema ugraduju se razvodni ventill sa elektromagnetnim iii hidraulicnim upravljanjem. koji se iz jednog u drugi poloZaj dovode postepeno. a mogu se detati i u medupolotaju . Shema hidraulienog sistema sa pumpom koja ima ugraden regu· lator protoka prikazana je na slici 1. 10a. Zadatak ovog konstruktivnog rjesenja je da obezbijedi pritisak i kolicinu ulja u velieinama koje su upravo potrebne hidraulicnom motoru, tj. koje su usaglaSene sa vanjskim opterecenjem. Impulsi pritiska, ispred i iza razvodnog venti la, dovode se do elektricnog pretvaraea. U .njemu se te dvije velicine komparlraju, a rezu~at se u vidu elektricnog impulsa Salje razvodnom ventilu. On se u odnosu na velicinu elektricnog signala pomjer. i dovodi u odgovarajuci polotaj, tako da se razlika priti· ska ispred i iza njega drfi priblitno konstantnom, oko 15 bara. Gubitak energije u sistemu mo.ze se izra~unati prema:
gdje je: Pp - PL ::: eonst. ::: 15 bar. Hidraulicni sistem sa pumpom konstantnog kapaeiteta prikazan je na slici 1.10b. Ukoliko bi se radUo 0 kiasicnom sislemu tipa BA. pumpa bi radila pod priti· skom koji je odreden pode§enom velicinom na ventilu za ogranicenje pritiska. U ei· Iju smanjenja gubitaka energije, u sistemu je ugraden ventil za ogranieenje pritiska 9
indirektnog djelovanja, a impuls pritiska se dovodi na plJotni ventil od tlacnog vada iza razvodnog ventila. T akvo rjesenje upravljanja obezbjeduje da se visak ulja odvodi u rezervoar pri nizem pritisku, eija veli6ina uvijek odgovara velicini radnog prj· tiska. Gubitak energije se proracunava prema:
Ng ~ (Op ~ Om) Pp gdje je:
+ 0rn
(p p ~ PL) ,
Pp __ PL " eonst. '" 15 bara.
Hidraulicni sistemi sa povratkom viska energije u sistem (izvedba BB1) iii hidraulicni sistemi sa sekundarnom regulacijom, predstavljaju najnoviju generaciju hidraulicnih sistema. Oni, ne sarno da imaju minimalne gubitke unutar sistema, vee imaju i mogucnost povratka viska energije u mrezu hidraulicnog sistema, iii je predaju drugom potrosaeu, kome je ona potrebna. Iz same opee definicije pojma sistema sa sekundarnom regulacijom slijedi, da se primjenjuju kod masina iii transport nih sredstava koja imaju vise izvrsnih organa, a kod kojih treba pavremeno vrMi funkciju koeenja iii oduzimanja energije. Najeescu primjenu imaju kod mobilne mehanizaeije. Na sliei 1.11 prikazana je principijelna shema segmenta takvog hidraulienog sistema. Hidraulicni motor je povezan sa central nom cjevovodnom mrezom P,R i D. Kada radnoj masini treba predati energiju, izvrsni organ radi kao motor, a kada treba kociti, izvrsni organ preuzima raspolozivu energiju ad radne masine j transportuje je u akumulator iii drugom potrosaeu.
~~~~--- - ~--~N--~~~------
I
/
I
L_
/
/
I
P 0 R
I
Radna ma1jina
Q
Slika 1.11. Principijelna shema hidraulicnog sistema sa sekundarnom regulae/jom (BB1)
10
1 .1 .2. Grafl¢ko I tabelarno prlkazivanje rada hidraulicnog sistema /
Za shvatanje rada hidraullt nog slslema nlje dovoljno Imali na raspolaganju samo hldraulitnu shemu. Rad sistema se moze najlak~e shvatlll Iz delaljnog tekslu, alnog opisa, ~to se rijelko radi , jer je to slozen I komplikovan posao. Isli elekal se mo~e posllCi Izradom odgovarajuelh dljagrama i labela, Iz kojih se vidl redoslljed ukljutenja pojedinih komponenti , veza hldraulickih i elektroelem enala i brzlne krela· nja pojedinih izvrsnih organa. Uz hidraulicnu shemu mogu se koristiti: - dijagram: brzina (v) - vrijeme (I), - di)agram: pUI (s) - vrljeme (I), - tabela ukljutenja elektroelemenala kod obavljanja pojedlnlh radnji. Dijagramom v - I daje se gral16kl prlkaz brzlna Izvr~nlh organa u svakom momentu cjelokupnog radnog clklusa. Dvaj dijagram je naroello vaZan kod hidrau· licnih sistema sa promjenljivim brzinama kretanja izvrsnog organa i sistema sa veelm brojem Izvr~ n i h organa. Prlmjer izrade lakvog dijagrama daje se na slici 1.12. Kod ukl)utenog eleklromagneta (a), ulje se Iz obje pumpe (1 ,2) pollskuje u klipnu slranu hldrauli6nog cilindra, pa se obavlja radnl hod klipa. Odslojanje izme· du tacaka (A) I (A , ) na dijagramu oznacava parasl brzlne od 0 do vrijednosli v " a odstojanje izmecJu tacaka (A , ) i (B) oznacava podrucje konstanlne brzine v" cija je vrijednost odredena veliclnom povr ~i ne klipa i kapacitala obje pumpe. Nakon ~Io sa u sislemu posligne prilisak PZ' ventil za ogra n~c enje priliska (3) se otvara i propu~la ulje Iz pumpe (2) u rezervoar. Sada sa u klipnu slranu po· liskuje samo ulje iz pumpe (1). Dolazi do smanjenja brzine na vrijednost v2
$
+-,
~
E
~-
;>
v,
0,
E
~~b 2 A
b
v,
8
8,
3
'"-'
A
,
~
P\
(
cJ 2-7
"c
.
I,...___ '_'d_"' _hoo_
6
'6
[,.0 ._ _
..,I"" ... - -
[,
b,
Dovratni
hod
b,
t (s
--.J1
Slika 1.12. Shema hidraulicnog sistema sa dvostepenom brzinom kretanja kJipa I dijagrBm - vrijeme
,,
(podru6je taeki 8 - 8,). Tom brzinom se klip krece do kraja hoda, a vrijeme kretanja je definisano podrutjem 8 , -C. Nakon §Io klip dade u krajnji poloZaj razvodni ventil se zatvara, pa brzina pada na vrijedniost nula. Podrutje usporenja je definisana tat kama C- C,. Povratni hod klipa se obezbjeduje dovodenjem elektromagneta (b) pod napon. Ulje se iz obje pumpe potiskuje u klipnjatinu stranu. Brzina kretanjaje jednaka v3 i njana vrijednost je ekvivalentna velieini slobodne povr§ine klipa u klipnjaeinoj strani i kapaciteta obje pumpe. Na dijagramu v-t kosom linijom 0 - 0, definisano je podrueje ubrzanja i dostizanja brzine od vrijednosti 0 do vrijednosti v3 ' horizontalnom linijom 0 1-E je definisano podrutje konstantne brzine kretanja klipa v3' i konacno, kosom linijom E- E, podrueje zaustavljanja klipa. Signaliziranje dolaska klipa hidraulienog cilindra u krajnju lijevu stranu vr§i se preko elektroprekidaea (b,), a u krajnju desnu stranu preko elektroprekidaea (b), Pl1jedina stanja kretanja i mirovanja izvr§nih organa sistema mogu se oznaeiti simbolima. Pregled osnovnih oznaka se daje u tabeli 1.1. Oijagram brzina - vrijeme daje samo informacije 0 brzinama kretanja izvriinih organa, Sto za potpuno razumjevanje rada slo~enijih sistema nije dovoljno. Zalo se ovaj dijagram dopunjuje tabelarnim pregledom ukljueenja elektroelemenata u 10ku pojedinih radnih operacija. U prvoj vertikalnoj koloni tabele daje se pregled operacija, a u prvom horizontal nom redu navade se svi elektroelementi. Svi elektroelementi koji se kod obavljanja odredene operacije nalaze pod naponom oznacavaju se sa (+), a oni koji nisu pod naponom sa (-). U tabeli se mogu naznaeiti i tokovi kretanja upravljackog irnpulsa kojima se daje nalog za zavrSetak obavljanja jedne iii p06etak nove operacije, ~91ed
osnovnlh simboJa
ulJenog
sistema
Z8.
oznacfJvanjc stanis. izvr§nog organa hldra*
Tabela 1 1
Stanje k1ipa
Simbol
,
r-
,
-
:. t>
+
.-
-$,
.....I... 00
12
I>
brzina povratnog hoda kli pa
..
.-~,.-
.-
brzina raanog hoda klipa
•
_._.'----- -_.-
.
dvostepena brzina radn og hoda kJipa
_.
odmah po dolasku u krajnju la~ku hoda, automatski dolazj do kret~nja u suprOlni pravac
------- -- po cJolasku u krajnju tocku hoda sistem sa zaustavlja I mlruje za vrijeme pauze, tija sa du1ina defini~e vremenskim relejom
._--
-_._--
mirovanje sistema eleklro pl'ekidat
. _ --
..
8
9
b lLJLLJ.q::.:p.L'l,LU (
d 5
B,
s·/ >
B,
Bl-_ _ A,
B,
As
6 /
A,
B,
A,
E,
0/ E,
B3
A
, I
kr-
!
Al~B
radni _.. hod (9)
rad ni hod (8)
-_.._--.- -
A4~
B,
..jJ"".,n; -..... ---- .-1
A)
B
fl od (9} I
tl s )
povratni hod (8)
hod cilind ra (9) .:::::: hod citindra (8)
Slik. 1.1 3. Sheme hidraulienog sistema sa planom ukljucenja elektroe/emenata i dijagramom brzlna kretanj. klipova 13
Na slici 1 .13 prikazana je shema hidraulicnog sistema sa planom ukljucenja elektroelemenata kod obavljanja pojedinih operacija i dijagram brzina - vrijeme za svaki hidraulicni cilindar. Nakon ~to se da komanda za obavljanje radnog hoda kli pova, prvo se pod napon stavlja elektromagnet (b) razvodnog ventila (6). Kada klip cilindra (9) dode do elektroprekidaca (El), daje se signal, pa se pod napon slavlja eleklromagnel (d) razvodnog venlila (7). Klip hidraulicnog cilindra (8) se sada krece u desno i kada dode do elektroprekidaca (E2), pod napon se stavljaju eleklromagneti (c, e), pa se ulje poliskuje u klipnjacine slrane oba cili ndra. Klipovi se sada
1 2
EP
6
t+--- .-----~.-...J
• .-..-----------.--.•.
...
--.-- - ~- --- -
Rad~
Rod. S1
Mirovflnje
--
-
f'omjemnje r8{jnog kom ada
-
- _._-.,-
f-
, - -
t-' KJip ~1) rr.al a~_ 5 --- Klip (2) dole 3 Klip (1) napriJed
2
Slezanje
radnog komada
Komad stegnut
52
4
f--= O; '; d~~;;t~:~~-:~~---I- :.
-
-
saT;;; -
- •-
•
_ - ..
-
"-,.• - ..
• -
- --~
os
-bOO -EP
-
-
-
•
•
-
• t--- • - --• - • -
..
-
-
-
--
.-- -
•
•
- - --- - • -
Napomena
.- .. _
--
.. - b10 52
._.._-53 b5
EP
.. 53
"".m -
-
Stika 1.14, Shams hidraulicnog sistema za pomjeranje I stezanje radnog komada na masinJ a/atk;
14
krecu u lijevo paralelno, sve dok klip hidraulicnog cilindra (8) ne dode do eleklroprekidaca (E3). Sada se sva Iri eleklromagneta (a, e, e) isk/jucuju iz napona; klipovi miruju, a ulje se iz pumpe opet potiskuje u rezervoar. ViSi stepen tabelarno - grafickog obja~njenja djelovanja hidraulicnog sistema moze S8 dati na nacin kako je to definisano standardom VDI 3260. Ovaj nacin obja~nj enja je ilustrovan za sistem prikazan na sliei 1.14. Hidraulicni sislem se sastoji od dva hidraulicna cilindra, dva elektromagnet· na razvodna ventila i jednog dvopolozajnog razvodnog ventila za usporavanje kre· tanja klipa hidraulicnog (1) eilindra. Ulje pod prlliskom obezbjeduje pumpni agregat (3). Radnl komad kojl se obraduje na maSlnl prvo sa pomjera, zalim steze I obradu · je. Nakon zav r~e ne obrade komad se oslobada stege I pomjera. Redoslljed opera· eija i stanja, odnosno polozaj pajedlnlh hldraulicnih kornponentl, prikazan je u tabell 1. 2. U tabell su dati I: - dljagraml put .•• vrljeme za svakl kli p posebno, - - dljagram vremena ukljucenja elektroelemenata kod obavljanja pojedinlh operaelja, - mjesto I tok kretanJa upravljacklh elektrolmpulsa. Kod Izrade dljagrama prema tabeli 1.2 koriste se slijede6e oznake:
o D
;
IT]
o o
-
signal za elektroukljucenje sistema
-- signal za pustanje u trajnl pogon
-
aktiviran je granicni prekidac
-
elektrolmpuls
-
impuls p ritiska
.- signal za poeetak obrtnog kretanja -
kraj obrtnog kreta nja
\/
1.1.3. Red pumpe za vrijeme mirovanja sistema Rad hldraullcnog sistema maze se podljelitl u dva perioda: a) mirovanje - izvr~ n i organi (hidrau lit ni ci lindri, motori) miruju, b) radni perid - izvrsni organi S8 kreeu. Ovisno ad trajanja perloda mlrovanja, pumpa ce se Iskljucltl III ce ostatl u po· gonu. Gesto zaustavljanje I pu~tanje pumpe urad dovodl do smanjenja vljeka vital· nih dijelava pumpe, jer je u prvom periodu rada kontakt Izmedu elemenata pumpe dlrektan, pa su proeesl adhezivnog Iii abrazlvnog tro~enja Intenzlvni . Zbog tog a se nastojl da pumpa bude u pogonu I u toku mlrovanja sistema. Ovakvlm rje~enj lma se nastoje postic;; uslovi rada koji obezbjeduju najmanjl utrosak energlje I najnlti prl· tisak ulja u sistemu. Na sllei 1.15 d aje se pregled nekoliko karakterlsticnlh rjeSenja rada pumpe za vrijeme mirovanja hidraulicnog sistema. 15
~
{){jagram rarJa nidraul!cnog slSfema prema VOl 32&0
<» Rad nl
PoL
Pul
Naziv
125 /85 x 1000 naprijed
ranje
: I
~
2
Siezanje
50/28
!
3
! ,
•
U
Pumpa
-
7
I
0
II
I
I-
IJ I
usporenje
4
o=j~I!~ 0
Ventil za , usporenje
1 0
stezanje
5
dXlf ib S, 1 0 S,
El. mag. ventil !
6
;~"~,.g
pomJeranje
irrf>([ElITt'f S'
S,
1 0
5, 0 S3
,
I
I
I
I
I
I
I
I I I
10
5
I
I
I I
15
b"
-____-/5
r
Y
i !I ~ ' IlEl I I
k
I
I I
impuls za
obrad u
I I
i ,I
I
I
I
I
20
I
I I
I" I I
25
I
30
V
bs
'
I~
,
I
I
Uklj. Isklj.
I
V"
0
L
I
-
-
S
I
1000
I
I
0
x7 -
[I ~
-
I
(mm)
iaj
I II
Pomje-
1
Polo-
Kretanle
1>
-
VtJjeme (s)
Stanje
element
Tabela 1.2.
I
I
II j
I
i
I
,,I
( 1I
l(
i
Impuls
!
obrada gotova
ip
-
I
I l - - lmpuls
I
, -
Na slici 1.15a prikaz~mo je najnepovoljnije rjesenje. Razvodni ventil u neutralnom polo~aju zatvara glavni tl a~ni vod; pritisak u sistemu raste do vrijednosti koja otvara ventil za ogranicenje pritiska i ulje preko njega otice u rezervoa r. Pritisak u sistemu je veei nego za vriJeme obavljanja radnog hod a, pumpa i ostali elementi rade u podru~ju visokih pritisaka, a izgubljena i transformisana hidraulicna energija u toplotnu je fu nkcija kapacilela pumpe i velieine priliska. Ovakvo rjeSenje se nastoji izbjeei, naroGito kod sistema sa veeim protocima i vi§im radnim pritiscima.
oj
0.-0
t
bl
L
0.00
to., cJ
dl 0
oj
InIHI>:1 IfllBIXI InlEtIX) b
t)
Slika 1,15. Rad pumpe za vnjeme mirovanja hidraulicnog sistema 17
Na sliei USb prikazano je rjeilenje sa ugradenim dvopolozajnim ventilom. Za vrijeme rada hidrauli~nag sistema, elektrornag net (a) je pod naponom, pa je dvopolozajni ventil zatvaren. Kad takvog stanja dvopoloiajnog ventila pod napon se stavlja i alektrornagnet (b) iii (e) tropolozajnog ventila, pa sa ulje potiskuje u sistem. Kod dovadenja sistema u stanje mirovanja, svi elektromagneti se rastereeuju pa tropolozajni venti I dolazi u prikazani neutralni polozaj, a dvopoloiajni ventil u olvoren polozaj. Sada ulje oti6e preko njega u rezervoar, a pritisak pumpe 6e biti jednak pritisku koji je dovoljan da savlada suprotstavljajuce otpore tecenju ulja od pumpe do rezervoara. Pumpa radi u tZY. rasterecenom stanju, Na sliei 1.15e prikazano je slicno rje~ enje, gdje su ventil za ogranicenJe pritiska sa indirektnirn djelovanjem i dvopoloZajni ventll jed an element. Rastereeenje pumpe se moze obaviti i preko glavnog razvodnog ventila, kod koga se u neutralnom polozaju oslvaruju sljedeee veze: P-R; A i B zatvoreno (prikazano na sliei 1. 1Sd) iii P.R,A i B su medusobno povezani. Jedno od mogucih rj e~e nja je i ugrad nja pumpe sa reg ulaeijom kapaelteta (sllka 1.15e). Istovremeno sa dovodenjem razvodnog ventl la u neutralnl polozaj I pumpa se dovodi u neutralni poloZaj, u kojem je kapaeitet jednak nuli. Taj polozaj adgovara nagibnom uglu a = 0 kod klipno-aksijalnih pumpi iii ekscentricitetu e = 0 kod ostalih tipova pumpi sa regu lacijom kapaciteta. Kod ovakvog rje§enja rastereeenja nema skora nikakvih gubitaka, jer je Q = O. Na slid 1.15f prikazano je rje~enje slicno datom na slie!'1.15c. Nakon dovodenja razvodnog ventila u neutralni polotaj, van napona su elektromagneti (a, b), pod napon se stavlja elektromagnet (c); dvopolo~ajni ventil dolazi u olvoreni polozaj (prikazan na sliei), pa se ulje potiskuje u akumulator. On se puni i kada se dostigne pritisak pod~en na elektrohi d rau l i~nom tla~nom prekidacu, elektromagnet (c) se iskljucuje, pa venti I dolazi u zatvoren polozaj. Istovremeno se stavlja pod napon i elektromagnet (d), pa venti I dolazi u otvaren pololaj, koji omogueuje tscenje ulja u rezervoar i ra&ierecenje pumpe.
1.1.4. Zaustavljanje kllpa
,
hidrauli~nog
cilindra
Mjesto zaustavljanja klipa hidraulienog cilindra je u funkciji konstrukcije ma§ine na kojoj je ugraden hidraulicni sistem. U odredenom broju slucajeva dozvoljava se da klip dade u krajnji lijevi iii desni polozaj, ali je 6e~i slu~aj da se klip zaustavlja prije dolaska u krajnji polozaj. R ije~enje problema zaustavljanja klipa je dakle iskljueivo u fun kciji zahtjeva ma§ine. Postoji veei broj rje§enja, a nekoliko na~~6e ko ri~tenih je prikazano na slici 1.16. Prikazana su sljedeca rje~enj a zaustavlj anja klipa hidraulicnog eilindra: a) signal za isklju6enje elektramag neta razvodnog ventila Iz napona daje se ru ~ n o preko tastera ugrac1enog na upravnom pultu : b) upravljanje polozajem razvodnog ventila vr~i se ru~nom poIugom; ova rjesenje se cesto primjenjuje kod hidraulike mobil nih masina; c) hod klipa je jednal( najveeern mogu6em; klip se zaustavlja postepeno, jer su na klipnoj i klipnjacinoj strani postavljene prigu~nice za poslepeno zaustavljanje; 18
A B
01
P R
bl
(I
A B P
A B
R
P R
flrng::D A P
R
jI
P R
P R hI
kl
B
iI
II
Slika 1.16. Primjer; karakteristicnih rjesenja zaustavljanja kfipa hidraulicnog cilindra
19
d) dutina radnog i povratnog hoda se defini ~e polot ajem elektroprekidalOa (E , ) i (E z), preko kojih se daje signal za iskljueenje elektromagneta razvodnog ventila jz napona: e) klip se kreee do krajnjeg desnog i krajnjeg lijevog polozaja, nakon cega pritisak u sistemu raste, a po dostizanju odgovarajuce vrijednosti pritiska na tlacnilTI hldraulicnim prekidacima . daje Be signal za iskljuce..
nje elektromagnela iz napona; f) kada klip dode u krajnji desni polotaj, kosa ravan na klipnjaei udara u tocak regulacionog ventila, pa se on postepeno zatvara, a brzina kretanja klipa S8 smanjuje do vrijednosti koja je jednaka nuli; g) zauslavljanje klipa se vffii pomoeu dvopolotajnog razvodnog ventila za usporavanje; h) kod zaustavljanja velikih masa koje su vezane za klip hidraulicnog eilindra, neophodno je raspolotivu energiju oduzeti od sistema, pa se zaustavljanje kli pa vr~ i pomoeu koci onih ventila. Klip hidraulicnog eilindra cesto obavlja funkciju stezanja iii drzanja nekog predmeta u stanju mirovanja pod pritiskom, Takva radnja se najceMe obavlja kod m~i na alatki, ma~ina za obradu metala bez skidanja strugotine i drugih. Na slici 1.16 daje sa nekoliko karakteristicnih rje~enja : i) u tlacnoj strani je ugraden regulator pritiska, koji se· nakon postizanja polrebne sile pritiska zatvara; j) pritisak stezanja se defini~a preko ventila za ogranicenje pritiska, a pumpa stalno radi i obezbjeduje potreban pritisak; vi~ak ulja se transportuje preko ventila za ogranicenje pritiska u rezervoar ; k) pumpa je sa ugradenim regulatorom kapaeiteta (regulator pritiska iii snage) i nakon ~to sa u sistemu postigne potrebna vrijednost pritiska, regulator je dovodi u podrucje Q = O. 1.1.5. Kotenje hidraull(\nih molor. Smanjenje broja obrtaja (ko6enje) hidraulicnog motora mote S8 konstruktivno rijeMi na vi~e nacin a. Specificnost svakog rje~enja zavisi od zahtjeva dijela m a~ i ne koji se pogoni hidrauli6nirn motorom . Koeenje hidraulicnog 'motora i zaustavijanje rotaeije mote se izvesti na nekaliko nacina: pomoeu mehanicke koeniee, promjenom kolicine ulja koja se doprema u hidraulicni motor, promjenom specificnog volumena hidrauiicnog motora iii ugrsdnjom hidrauiicnih elemenata. Na sliei 1.17 prikazano je nekoliko rje~enj a sistema za kocenje sa ugradenom hidraulicnom koeni eom. Na sliei 1.1 7a prikazana je shema sistema za koeenje, kod kojega sa koeniea dovodi u olvorani poloi aj prili skom ulja od strane tlacnih vodova (A) i (8) prako dvosmjernog (naizmjenicnog) nepovralnog ventil a (3). Ovakva konstrukcija sistema za kocenje se ugraduje naj6et6e kod vitlova mobilnih dizaliea. Dizanje lereta se vr§ kod rolacije motora u smjeru koji odgovara dovodu ulja praveem P- -B preko razvodnog ventila (1). Sputtanje tereta se vr~i kod rotaeije motora u smjeru koji odgovara dovodu ulja pravcem P-A preko razvodnog ventila (1). Da bi do~lo do spu~ta nja tereta, neophodno je u tlaenom vadu (A) osNarili pritisak eija je velieina
20
6
6
bl
01 ------ 1
----- -- - - 1
I 5 3
~
1
5
I
4
I
1
----'
_J-_
I
I
4
I
1
1 1
r - - ----
_ __ _ _
J
1
i
~x,
5
p
2
o R
r-- --- -,
I
I ,
1
,-
I
J
1 1 1
.;--1,
6bor~
1
10.2
~ 0 - dizan;e S - spu~tanje
I
1
5 bor
___________J
I I I
I
4
L --- - - - ---- -l
. - - - - - - - ' ' - - - - - - -- ---'10 borl
x,
5
-- ----- -----1 6 bor
ix,' I I
11
I
12
AJ
~==t~ B o
R )(2
___
L... _.I
13
•
L _ _ _ __ __ __ _ _ ____ .Ji
Silk. 1.17. Rjesenja sis tema za ko6enje hidraufi6nog motora kocnicom
21
dovoljna da dvopolozajni ventil (4) dovede u otvoren polozaj. Polozaj ovog ventila, odnosno velieina protoka ulja kroz njega, zavisi od veliCine pritiska u vodu (A). Ne· dostatak ovog sistema je !ito se kod dizanja ku ke u neoptereeenom stanju ne obez· bjeduje dovoljan pritisak, pa koenica ne dolazi u potpuno otvoren polozaj. Drugi nedostatak js sto moze dod do nekontrolisanog otvaranja koenice, iako se razvodni ventil (1) nalazi u neutralnom polozaju. To se moze desiti kod hidraulicnih sistema mobilne mehanizacije, kod kojih je na magistralnim vodovima (P) i (R) vezan veci broj slicnih pogona, pa u povratnom vodu (R) dode do neplar'ranog porasta vrS· nog pritiska. 1m puis pritiska ee se prenijeti do koenice preko razvodnog ventila i naizmjenit nog nepovratnog ventila. Na slid 1.17b prikazana je shoma sistema za otvaranje koenice preko eks· ternog upravlja6kog impulsa (xi)' Kod neutralnog polozaja razvodnog ventila (7) klipnjacina komora kocnice je spojena sa rezervoarom, pa S8 koenica nalazi u zaIvorenom polozaju. Razvodni venW (11) je sa hidraulicnim upravljanjem i, kada se uovede u jedan iii drugi radni polozaj koji od govaraju operaciji dizanja odnosno spustanja, elektroprekidaci signaliziraju dostignuti pritisak. Sada razvodni ventil (7) dolazi u otvoren polozaj, pa ulje pod pritiskom iz upravljackog voda (x,) dovodl koenicu U otvoren polozaj. Ova ko nstrukcija obezbjeduje da se koenica dovede u odgovarajuci polozaj p rema potrebl, ali se ne rje§ava problem dopune usisne stra· ne motora potrebnom kolieinom ulja, ukoliko dode do nedovoljnog snadbijevanja uljem (kavitacija). Problem kavllacije je rjeSen kod sistema koenice koji je prikazan na slici 1.17c. Jedna iii druga strana je povezana preko nepovratnih ventila (10) sa pomoe· nlm vodom, u kome se stalno nalazi ulje pod pritiskom od 5 bara. Upravljanje ra· dom koeniGe vraj se preko sistema razvodnih ventila (12,13), a upravljanje polozajem ovih venti la hidraulicnim putem, preko upravljackih vodova (x" x2' x3). Kada se upravljacki vod (x,) stavl pod napon, pomjeraJu se razvodni venti Ii (11,12) u donji radnl polozaj. Kroz oba razvodna ventila ulje protice pravcem P- B. Koeni· ca je zatvoren a, pa pritisak u vodu (B) rasle i kada se dostigne vrijednost 10 bara, pomjera se razvodni ventil (13) u suprotan, radni polozaj. Upravljacko ulje pod priti· skorn ad 30 bara sada se potiskuje do koenice i olvara je. Kod svih rjesenja prikazanih na sliei 17 dizanje tereta se vrs; uz konstantni dotokulJ a, a broj obrtaja motora se eventualno podesava poloZajem koenice. Brzi· na spustanja se regulise polozajem kocionog ventila (4) i polozajem koenice. Nedo· statak ovakvih rje§enja je U sistemu koeenja, jer S8 raspolotiva energija pretvara u toplotu na mjestu dodira kocione papuce i dobooa, a intenzivni su i procesi trasenja povrsina koje S8 nalaze u kontaktu. Ovaj nedostatak je eliminisan kod rje~enja prikazanog na slie! 18 . Kotnica
(6) ima samo dva krajnja pololaJa - otvaren i zatvoren . Broj obrtaja i moment rota. eije regull§u se promjenom pritiska preko regulatora pritiska (7). Silu opruge ovog regulatora definise rukovalac masine pritiskom nog8 na papu~icu . Sa date sheme se takoder vidi da se dizanje tereta vrsi kod dovoda ulja upravljaekim vodom (x ) pa ulje protiee kroz razvodni ventil (1) tokom P- B, a zalim preko nepovratnog ve~. tlla prema hidraulicnom motoru (5). Iz hidraulicnog motora ulje otice prema rezervo. aru preko redoslijednog ventil a (4.1 ) i razvodnog ventila (1) pravcem A-R. Pritisak
22
5
~-
8.1
---l / -
I I
• I -_ ___.J ___ I
p
~-..J
R
R
o ,
)(1 _
1
_
I
3
~_.J'/--
*_L _________..
--.~
Slika 1.18. Shema sistema pogona dobosa sa regulacijom
pritiska
Stika 1.19. Shema sistema za pogon vozila sa regulatorom na hidraullcnom motoru
otvaranja redoslijednog venlila (4 .1 ), a on definiSe i broj obrtaja, vrSi se podeSava· njem priliska preko regulalora pritiska (7). Na isti nacin se reguliSe i broj obrtaja motora za vrijeme spuStanja lereta, uz napomenu da se upravljanje polotajem razvodnog venli la vrSi preko upravljackog voda (xJ Regulacija broja obrtaja hidraulicnog motora postaje sve znacajniji problem u konstrukciji hidraulicnog sistema, od cijeg rjeSenja zavisi racionalnost cjelokup· nag rada hidraulicn0..9 sistema. RjeSenje ovog problema je posebno znacajno. kod sistema za pogon vozila, zato ~to se najveci dio snage motora u vozilu lrosi upravo na njegov pogon. Kod pogona tockova najCeMe se primjenjuju sistemi sa ugradenim hidraulicnim motori ma iii pumpama koje imaju ugradene regulatore kapaciteta. Na sli ei 1.19 prikazano je rjeSenje sistema za pogon hidraulicnog motora koji je ugraden u vozilu kOje se kree8 po strmim terenima, i kOje S8 bez kocnice na hidraulicni pogon mora zaustaviti u bilo kojem polotaju . Hidraulicni motor se pogoni preko olvorenog hidraulicnog sistema. Dovod ulja u stranu (A) iii (8) vr~i se preko razvodnih venlila sa hidraulicnim upravljanjem (1) i (3) . Razvodni venlil (1) je sa ekslernim hidraulicnim upravljanjem, a razvodni venlil (3) sa internim upravljanjem i klipovima sa konusnim dosjedom. Na hidraulic· nom motoru (5) je ug raden regulator snage, a upravljacki pritisak se dovodi od tl ac~
nog voda preko dvosmjernog nepovralnog ventila (2). Parale/no sa porastorn pritiska u tlacnom vodu, smanjuje se zakretni ugao hidraulicnog motora, pa S8 smanjuje broj obrlaja. Preko ventila (4) vr~i se za~lita tlacnih slrana od preopterecenja i dopuna uljem u slucaju kavilacije. Na sliei 1.20 prikazano je rjeSenje pogona hidraulicnog motora za pogon tocka vozil a u zatvorenom hidraulicnom krugu. Ugradena purnpa i,ma regulator kapaciteta, a pode~ava nje polozaja pum pe i njen kapacitet def ini~u sa preko regul ato-
23
..
I( cn ""'nt~"
I ,
.( I
I I
I
8
.J.../
2
8
6.1
4 6. 2
Slika 1.20. Rjesenje hjdraulicnog sistema za pogon tocka vozila u zarvorenom hI· draulicnom krugu ra (4) i regulatora pntiska (5). Pumpa vrsi i funkeiju koeniee, a raspolotiva energija se konsti za pogon motora sa unutrasnjim sagorijevanjem, predaje se d rugom hid raulienom motoru iii se pohranjuje u akumulator. ukoliko je on ug raden u sistem. Primjenom ovakvog sistema pogona moze se smanjiti ukupno potrosena energija. Pumpa (2) obezbjeduje upravljaeko ulje i potrebnu kolicinu ulja za dopunu zatvorenag hidraulienog kruga. Daljna mogucnost rjesavanja problema koeenja i zaustavljanja hidraulienog rotaeionog motora prikazana je na slici L2 1. Pogon motora se vffii otvorenim hid raulienim sistemom, a zaustavljanje motora dovodenjem razvodnog ventila (1) u neutralni, zatvoreni polotaj. Na usisnoj strani motora nema datoka ulja, pa se njegov broj obrtaja naglo sm anjuj e. Aka se posmatra rotaelja motara kod dovoda ulja pod p ritiskom praveem P- B i dovodenje razvodnog ventila u zatvoren polozaj mote se zakJjuelti da ee zbog djelovanja inercionih slla masine koja rotira i motora, u dijelu ejevovoda B~B, doei do potpritiska, a u dijelu ejevovada Pl.' - A prilisak raste. Rastereeenje ad visokog prlti ska, a ujedno i transformaeije raspolotlve energije u toplotu , vrsi se preko ventila za ogranleenje pritlska (2), Kod ovakvog rjesenja ejevovod A- A' ee ostali I nakon zaustavlj anja motora pod prltiskom , elja je vrljednost podesena na ventilu za ogranlcenje pritiska (2). Ventill za ogranieenje prltlska (4) su podeseni na vlsu vrijednost pntiska od venti la (2) i obavijaju funkeiju sigurnosnih ventila. Opisano rjeSenje nije pogodno za zaustavljanje motora i mehanizama sa visokim inercionim silama, jer se ulje Iz strane visokog pritlska, preko ventila za ogranlcenje priti ska, nekontro!isano prebacuje u stranu niskog priti ska. Motor se zaustavlja, all nije moguee kont rolisati vrljame zaustavljanja. Ovaj problem se uspjesno rjesava ugradnjom e!emenata prcporcionalne hidrauJike.
24
2
3
AB
SUk.a 1.21. Rjesenje pogona i zaustavljanja motora hidrauficnom krugu
U
otvorenom
1.2. ISKORISTENJE ENERGIJ E U HIDRAULICNOM SISTEMU 1.2.1. Problem; Iskoristenla energlie u hidraulicnom sistemu
Poznata je cinjenica da se u pumpi mehanitka energija pretvara u hidraulienu. Koliein a hidrauliene energije je ekvivalentna snazi motora koji je pogoni i koeficijentu iskoristenja pumpe. Snaga motora pumpe moze se opcenito izraziti kao funkeionalna zavisnost kapaeiteta i pritiska pumpe: N = f (Q, pl. Hidrauliena energija se transporluje do hidraulienog motora, u kome se opet pretvara u mehanitku energiju. Ova se kod translatornih motora moze izraziti u funkcionalnoj zavisnosti sile koju savlada i brzin ekretanja klipa: N = f (F, vl, a kod rotacionih motora u funk· elonalnoj zavisnosti momenta rotaeije I broja obrtaja: N = j (M, n). Kod obje konstrukclje.hidraulicnih motara izlazna snaga moze se takoder izraziti na ish nacrn kao kod pumpe, iii se to praktitno ne karisti zato sto su kod hidraulienih motora interesantne karakteristike odnosa sile i brzine kretanja, odnosno momenta j broja obrtaja. Koeficijent iskoristenja snage je bezdimenzionalan broj i maze se izracunati kao odnos snage (N.,) ulozene u pumpu i snage (Nrnl predate potrosaeu ad hidraulienag motora. Teft se vrijednosti 1, ali je ana uvijek manja. Izgubljena energija zavisi ad gubitaka u hidraulicnom sistemu (otpori u ejevovodu, prikljuenim elementima i komponentama), a u znaeajnoj mjeri od konst ruktivne koncepoije hidraulitnog sistema, naeina na koji su meclusobno povezane hidraulicne komponente i, konacno, od konstrukeije hidraulienih komponenti (npr. pumpe konstantnog kapaciteta,
25
pumpe sa regulacijom kapacitela i dr.) . Problem gubitaka energije u hidraulicnom sistemu je veoma vatan, jer: -
ulice na eksplotacione troskove hidraulicnog sistema zbog nepotrebno energije, zagrijava se ulje. pa se uvodenjem sistema za hladenje dalje povec a~ va potrosnja energije, potrebne investicije u hidrau!i6n i sistem rastu, jer treba ugraditi pogonski motor vece snage, sistem radi u podrucju visih prilisaka, neophodno je ugraditi sislem za hlactenje i drugo. u t r o~ ene
Tw ko je dati nac elnu ocjenu - da Ii su znacajniji eksplotacioni iii investicioni traSkovi, jer to zavisi ad vi.§e elemenata: velicine sistema S obzirom na broj ugradenih komponenti , velicine proloka i pritiska, cijene energije, velicine gubitaka i drugo. Svaka konstrukcija sistema je specifican problem za sebe i mora se posebno razmatrati, jer, iako u principu treba izraditi §to racionalniju kon strukciju sa st a novi~ta stepena energetskog j skori ~tenja , treba imati u vidu da konstruktivni zahvat radi pove6anja stepena iskori~tenja energije ne opravdavaju uvijek ulozena sredstva. Tipicni primjeri su hidraulitni sistem: sa malim protocima, niskim pritiscima, koji nisu testo u pogonu, jednostavne konstrukcije i!d.
Pad pritiska u cjevovodu i lokalnim otporirna prora~unava jednatini:
£:, Pg = £:, P , + £:, Plo. = _v 2
2
0: J...!. d
S8
po poznatoj
+ [~) p •
a kriva promjene pada pritiska u fu nkciji protoka hidraulicne latnos!i kroz cjevovod prikazana jena slicj 1.22.
3 D..
2
1. 2.
pad pritiska u cjevovodu pad pritiska u lokalnim
3.
otporima ukupan pad pritiska
Stika 1.22. Dijagram pada pritiska kod tecenja kroz cjevovode ; lokaJne otpore
26
GUbitak energije u komponentama hidraulitnog sistem a zavi si od nJihove konstrukcije. Tri k a ra kteri sti ~ na oblika dijagrama pada priti ska prikazana su na slici
1.23.
Q.+
"-
A~
CD A B 0 rnl~ ~I ){I PR
z:
8
7 ro
2 3
1
z
~
4
6
~
N,
z
5
-
z,"
Q
Q
b)
Q) o. alpOl opruge " hidrau~tnf <>Ipori
2. otpor leCenja pra vcem A _ A, B _ R 3. 0I1)Of loteFlja pravcem P _ A 4. ot por toconja pravcem P _ B
p
c) S. gubilak. zbOg kompresibilnosli 6. gubitak zbog proticanJa 7. hidraunCni gubitak 8. fn_eha.nit:ki gubitak
Silks 1.23. Dijagram pada pritiska kod tecenja kroz a) nepovratni ventil; b) razvodnJ ventil; c) hidrauli6ni motor , 0. otpor opruge; 1. hidraulicni gubici A~B; 2. hidraufi6ni gubici B-R; 3. hidraulicni gubiei A-R; 4. hidraulicni gubie; P-A i P-B; 5. gubftak zbog kompres;bilnosO; 6. drenaini gub/oj; 7. hidraulicni gubici; 8. mehanicki gubici zbog site trenja
Kod nepovratnog ventila ukupan pad pritiska jednak je:
6 Puk = Po + p, . . Pad pritiska zbog savladavanja sile opruge je konstantna velitina, a hidrau1i6ni je promjenljiv. Kod razvodnog ventila se racuna sa zbirnim padom p ritiska i kod polo:zaja (1) on je jednak:
a kod polozaja (2) ukupan pad pritiska je jednak:
6 Puk
= P3 + P4 '
PCilikom definisanja veli6ina P2' P3 i P4 treba voditi raeuna da je orotok kroz venti I razli6it kod tecenja ulja pravcima P- A, P- B, odnosno A- R i B- R. Hidraull6ni motor i pumpa spadaju u treeu karakteristicnu grupu elemenata.
27
1'.
3
~. Q
mi I! r- t
?p ~
I L __ i L._.
Q
p
.p mo ~
i
-'-'-,
i
II I.
Q
I
I
_~}J'm"
---
Qp
I
'-- "
Q,
2
Q.
1 .pm
'PmlJ x
'P'
Slika 1.24. Shema hidrauJicnog sistema sa dvogranim venti/om za regulaclju p roto~ ka ; dijagram iskoriStenja 5nage p - pritisak ventila za ogranicenje pritiska; p - pritisak hidrauficnog motora; N - korisna snaga; N - izgubljena snag.; N - ukupna snaga; 0 - kolicina ulja; indeksi: m, p, v - motor, pumps, ventil Ukupni gubici su jednaki zbiru svih gubitaka:
Nuk = Ns + N6 + N7 + Na, i ani se izraiavaju koetieijentom iskoristenja pumpe, odnosno hidraulicnog motora. Na stepen iskoristenja predate energije hidraulicnom sistemu utice znacajno konstruktivna koncepeija sistema. Na slici 1.24 prikazana je sherna hidraulicnog sistema sa ugradenim d vogranim venti10m za regulaciiu protoka i pumpom konstantnag kapaeiteta. U sistemu ie ug raden hidraulicni eilindar i posmatra se stanie sistema kada se kli p krece pod opterecenjem. Pumpa potiskuie kolicinu tecnosti (OJ, ventil za regulaeiju protoka propusta prem a hidraulicnom motoru kolicinu ulia (Om)' a preko ventila za ogranicenje pritiska se potiskuje kolicina ulia 0 v = Op - Om. Ukupna snaga pumpe ie Jednaka: Nu = Op . Pma , = Nk + N g . Snaga koja se iskoristi za savladavanje vanjskog opterecenja preko hidraulie nag motora je jednaka:
Nk = Om Pm· Dio snage koji se pretvori u top lotu jednak ie:
28
Na sliei 1. 25 prikazana je shema hidraulicnog sistema sa lrogranim venlilom za regulaciju protoka i pumpom konstantnog kapacileta. Pumpa potiskuje stalno kolicinu ulja (OJ , u ventilu se vr§i redukcija kolieine, tako da prema motoru otice kolicina (Om)' a iz ventila u rezervoar kolicina (Op - 0,,). Pritisak pumpe je u ovom slutalu jednak zbiru pritiska motora (Pm) i velieini pad a priti ska u ventilu za regulaeiju protoka (p). Na dijagramu na istoj sliei naznacen je korisni (N k) dio snage i dio snage koji se u sistemu pretvori u toplotu (N g) . Koeficijent iskori§tenja snage je jednak:
1
Kako je: Pv
~N
1 + Pv Pm Pm' koeficijent iSkori?3tenja snage se maze izraziti kao:
<
°
=--'"
0
=
Op
Na slier 1. 26 prikazana je shema hidraulicnog sistema sa pumpom koja ima ugraden regulator kapaciteta (regulator pritiska) i dvograni regulator protoka. Sa dijagrama 0 - p se vidi da pumpa stalno radi u podrucju kapaeiteta (0,,) i najviSe vrijednosti pritiska (Pma) ' koja je pode§ena na opru zi razvodnog ventila regulatora. Koeficijent iskori§tenja snage je jednak: llN = . .
-
'-
om Pm
= ~ =
Op Pp
Pp
'-
P
p ,
jer je Om = Op.
--'
I I ~,
0. 0., 0..
h~---"-"'-- -l
I I
I I
I
Slika 1.25. Shema hidrauJicnog sistema sa trogranim regulatorom protoka pumpom konstantnog kBpaciteta
j
29
o..mo ~
----------, I I
1 0.. .
P
. I I[
I
i
I
I
I I
.
Pm "
I
[
i L._._. ._._._._ ..-1 L_
__-.l
Stika 1,26. Shema hidraulicnog sistema sa trogranim regulatorom protoka i pumpom sa regulacijom kapaciteta
Na sliei 1.27 prikazana je shema hidraulitnog sistema sa pumpom koja ima ugraden regulator kapaeitela. Iza pumpe je postavljen ventil za regulaeiju protoka, a upravljanje regulatorom pumpe se vrsi upravljai::kim vodovima ispred i iza ventila za regulaeiju protoka. Regulator dovodi pumpu u radno podrucje, kod koga ce kapaeitet i pritisak biti upravo jednaki velicinama koje zahtjeva hidraulitni motor. Radni pritisak pumpe se mora pove6ati za velitinu (Pj, koja je jednaka velicini potrebnog pritiska da se razvodni ventil regul atora pomjeri iz nultog u radni polotaj. Regulator pumpe abavlja lunkeiju pritisne vage, a razlika pritiska se drzi kanstantnom preka regulatora protoka (2). Koeficijent iskori.tenja snage je jednak:
=" jer je: Om = 0p; Pp :;;:. p y . Jednacine za proratun koeficijenta iskori.tenja snage kad navedenih slucaja konstrukeije hidraulicnih sistema magu se prihvatiti sa pribliznim stepenom tacnosti kod jednostavnih konstrukcija hidrauhcnih sistema sa jednim potrosacem. Uko!iko se hidra ulicnim sistemom pagani veei brej potrooaca, i ukoliko svaki radi u razlici-
30
1
~~i II
Q - - - - - - -- - -1
Qp
r
I
I
I ,-___
i I II II II I L_
I
I
I
Nil
Ng
I I I
L._._._. Slika 1.27. Shema hidrBulicnog sistema sa pumpom kOja ima ugraden regulator kapaciteta
tom rezimu rada, izgubljena koliCina energije rasle . U daljnjim nastojanjima da se smanje gubici energije razvijene su nove konstrukcije upravijanja radom i regu laeijam pumpi, tzv. sistemi sa sekundarnom regulacijom i sistemi sa upravljanjem signalom pritiska (Load-Sensing), kao i sistemi za akumuliranje energije u hid raulicnim akumulatorima.
Hidraulicni sistemi sa LS i sekundarnom regulacijom su se poeeli razvijati i primjenjivati prvo kod mobilne hidraulike. Razlog za to je Cinjenica da se za pogon sistema koristi skupa energija motara sa unutra~nji m sagorijevaniem, eija je kolit ina, pored toga, i ogranicena, a i zv r~ni organi (hidraulicni cilindri i motori) su neravnomjerno oplereceni. U literaturi se rnogu naci prim jeri koji govore u prilog primjeni sisterna sa sekundarnorn i LS regulacijorn. Tako se u [461 navodi primjer snage purnpe hidraulicnog sistema l)fodske dizalice do 100 kW, kod konstrukcije hidrauliCnog sistema sa tri razliCite koncepcije: -
sistem sa konstantnim motorom, konstantnim pritiskom u mrei:i i koci onim venti 10m ima srednju potro~nj u energije ad 125 kW; sistem sa konstantnim motororn, pumpom sa LS regulacijom i kocionim ventilom ima srednju potro~nju energije ad 45 kW; sistem sa sekundarnim l<:rugom regulacije i konstantnim pritiskom u m rezi ima srednju potroonju energije od 20 kW.
Citi rani literaturni podaci ne preporucuju uvijek izbor konstruktivne koncepcije hidraulicnog sistema sa seku ndarnom iii LS regulacijom, jer na izbor kon struktivne koncepcije utitu i drugi elementi: zahtjevi potro§aca, konstruktivna koncepcija ma~ine , stozenost sistema, investiciona ulaganja, odrzavanje i drugo. 31
1.2.2. Prlmlena akumulatora u hldraullel 1.2.2.1 . Proracun volumena I prltiske akumulatora Osnovna termodinamicka postavka konstrukcije hidraulicnog akumulatora je: p Vn = const. Radni ci klus kompresije i ekspanzije gasa u hidraulicnom akumulatoru mote biti izotermicki , politropski, adijabatski i izohorski. Kriva promjene volumena (V) u odnosu na promjenu priti ska (p) prikazana je na sliei 1.28. Graficki prikaz ciklusa kompresije i ekspanzije gasa u akumulatoru prikazan je na sllci 1.29. Prikazani akumulator je povezan sa dva pomocna rezervoara (boeel, a kao radni medij koristi se azot (N:J.
a) b) c) d)
a
IZo hora izoterma podru6je politrope adijabata
... SUka 1.28. Kriva promjene vofumena u odnosu na promjenu pritiska
1 +:,7 .•//-l~ .-
. ';-1
:: ~ ~J ~<>I - -- - - - - h
,
'_. _~L
Slika 1.29. Grafickl prikaz kaf/snog vo/umena akumulatora
32
U toku trajanja termodinamickog procesa vaii jednakost:
POV~
=
P, V~ =
p/;: 6
V = V, - V2
(1 .1)
Za vrijeme kompresije vaZe odnosi: a) razlika volumena (korisni volumen) izraisna preko volumena (V,):
,
( ~) Ii) P2
6 V = V, 11 -
(1.2)
b) razlika volumena izraiena preko volumena 1
6
v .
V
2
[ 1- (
~) ii )
012) (1 .3)
P,
c) najniti radni pritisak
(1.4) d) najvisi radni pritisak
,
p (1_ -6V ) 'ii . _ , P2 -
(1.5)
v,
Brojcane vrijednosti pritiska Po' p, i P2 odnose se na apsolutne vrijednosti pritiska. Za vrijeme kOJTIpresije, akumulatoru se predaje energija i tada se smanjuje volumen .gasa za:
.6. V = V, - V2 > 0, a pri ekspanziji energija se predaje hidrauli6nom sistemu i lada volumen gasa raste za:
Razlika pritiska kod promjene volumena gasa od V, do V2 je jednaka:
.6. p = P2 - P" i ona je kod kompresije gasa jednaka:
1
- 1)'
(1 .6)
(1 _ 6V)n
V, 33
a kod ekspanzije: L'. PE =
P2 [ 1
- _
1_ --'-c
J
(1.7)
(1 _L'.V) n Vi
Jednacine (1 .2) i 1.3) se magu transformisati, pa se dobija izraz za prora6un koeficijenta volumena: (1.8)
> 0,
< 0.
=
'\IE
(1.9)
Ako se pode od pretpostavke da je akum ulator opterecen energijom pritiska, tada je odnos najveeeg i najniteg pritiska Pl ~ 0 ,9 P2 ' pa S0 na osnovu jednacina (1.8) i (1.9) moze postavit! odnos: V, =
m L'.v ;
V2 =
(m- 1) L'. V,
(1 .10)
i
a vrijednost (m) se nade iz odnosa 1 - (Pi .- P2) n . kod vrijednosti eksponenta n = 1. Vrijednosti koeficijenta (m) u odnasu na vrij eeJnost eksponenta date su u tabeli 1.3. Tabela 1.3.
Vrijednosti koeficijenta m n
m
1 1 ,1 1,2 1,3 1,4
10 10,9 11,9 12,8
13,8
V,
V, 10 10,9 11,9 12,8 13,8
L'. V 6V 6 V 6 V L'. V
9 L'.V 9,9 6 '1 10,9 6 V 11 ,8 6 V 12,8 6V
Ukupan volumen aku"m ulatora je jednak:
VA
=
V, + VK'
gdje je: VK - naJmanji volumen ulia kod pritiska (P,), Volurnen ulia (V K) je jednak: V
gdje je: Vh 34
-
K
= V
h
,. V , r
volumen ulja neophodan da gumeni mijeh ne dade do usisnog ventila; Vr - rezervni voiumen.
Volumen akumulatora (ukupni) VA
=
k V,
=
m o~e
se
prora~u n ati
prema:
k (V2 + D.V),
gdje je: k = 1,2 do 1,5. Nakon uvrstavanja (1. 10) i vrijedn osti za (k) i (m) prema navedenom. dobija se VA = (m+1) k D.V = (10 do 13,8) (1,2 do 1,5) D.V, VA
=
(1. 11)
('2 do 21) D.V.
Ako se pode od polazne vrijednosti minimalne koliCine ulja u akumulatoru kod pritiska (p, ): VK, = Vh + Vr, pritisak pretpunjenja akumulatora gasom je kod
izoterm i~kog
procesa
V2 + D.V
(1.12)
V2 + D.V + VK, Moze se takoder usvojiti pretpostavka da su volumeni V K1 i /:::"V priblizno
jed naki i koristenjem
j e dna~ine
(1.10) dobija se:
Uvrstavanjem srednje vrijednosti koeficijenta m £, 11, dobija se: Po = 0,9 Pt · Ovaj odnos pritiska pretpunjenja i najnizeg radnog pritiska se najcesce koristi kod akumulatora sa membranom i mijeham , U svim slu6ajevima, izuzev kada se vrsi apsorbcija hidraulicnih udara i amortizacija pulzacija. Realne vrijednosti volumena akumulatora (V0' V,, V2) nisu jednake p roracu, natim idealnim vrijednostima. Odnos izmedu idealne i realne vrijednosti kod izotermicke i adijabatske promjene definisan je koeficijentom (C I), odnosno (Cal, a realna vrijednost volumena S8 proracunava jedna6inom: Vr = CIVI, kod izotermicke i Vr = CaVI' kod adijabatske promjene. Vrijednost korelacionog koeficijenta (C I, Ca) je veea od 1, a definise se u od· nosu na promjenu pritisaka (pip,). Vrijednosti se utvrduju eksperimentalnim pu· 35
... t\'i~,,+--+-+-+-+ - 1-+-1
'.' r---'-f>-,,:: •.• r-- - -r--t----t
"",
Slika 1.31. Promjena koeficijenta Ca
Slika 1.30 . Promjena koeficijenta C I
kod adijabatske promjans (42)
ked izotermicke promje-
ne (42) tem i daju se u dijagramima. U struenoj literatun maze se naci vi~e dijagrama pro· mjene koeficijenta (C). Ovdje se daju dijagrami prama [42[: na slici 1.30 vrijednost koeficijenta (e) kod izotermieke, a na slici 1.31 ked adijabatske promjene. Energija pritiska koja se akumulatoru preda moze se izraeunati prema opcem obrascu: 2 WA = J pdV. 1
Kod politropske kompresije preuzela energija se proraeunava prama: l -n
W = P, Vl. [ 1 _ 12 n-l a kod izotermicke promjene prema: W
12
,., P, V,
(..i:! ) - n-[ ,
(1.13)
P2
In ( PI).
(1.14)
P2
Analogno navedenom, predata energija se ked politropske promjene proracunava prema: V n- 1 W = P2 2 [ 1 _ ( ! .l )-0-[ , (1.15) 21 n- l P2 a kod izotermieke promjene prema: (1 .16) W = P2 V2 In ( .!:<.) . 21
P,
Na osnovu jednaeina (1 .13) i (1.14) moze se za politropsku promjenu definisat; vrijednost koeficijenta predaje energije za vrijeme kompresije i ekspanzije:
(1 .17)
36
1
n- ,
11 - (!'J.. )- n-I
n- ·l
P2
(1.18) Za dalinii prora6un energije vazna je koli6ina predate energiie akumulatoru
za vrijeme kompresije, a maksimum se mole pronaCi iz transformirane jednacine
_._w.~ P2 V,
__
1_ .
P,
n- l
P2
,- n
11 -
( ~ ) f l], (1 .19)
P2
u koioj je desna stran a funkcija odnosa pritiska (p,) i (P2)' Maksimum funkcije se nalazi iz prvog izvoda po P';P2 i njegovog izjednaca· vanja sa nulom. Kod pol~ropske promjene maksimum predate energije ce biti kod: n
( P, ) t = P op 2
,-n n
'" 0,308.
a kod izotermi6ke:
( .£'t.. ) opt = _1e = 0,368. P2
Za vrijeme procesa kompresije dolazi do porasta temperature, On se moze proracunati prema:
n- '
(~) -n-_ 1J,
b.. T = T1
P,
a temperatura na kraju procesa kompresije je jednaka:
n-, T2 = T, ( P2.) f l
P, Za vrijeme ekspanzije temperatura opada i prora6unava se prP-ma: n- 1
n
1.2.2.2. Karakterlstike akumulatora i profacun Akumulatori sa gumenim mijehom sa koriste kada se leli: smanjiti petros· nja energije, ugraditi pumpa manjeg kapaciteta, kompenzirati pulzacija pritiska, ap· sorbovati energija hidraulicnoQ udara. kod stabilizacije koli6ine tecnosti na usisnoj stra ni pumpe i u drugim slucajevima.
37
Izvedbe akum ulatora sa gumenim mijehom su shematski prikazane na slid 1.32, a karakteri sticni polotaji mijeha prikazani su na slici 1.33.
Slika 1.32. Izvedba akumUlatora sa gumenim mjehom a) akumufator Z8 opcu namjenu b) akumulator za visoke brzine (HFJ dotoka ulja "visokog pritiska c) akumulator Z8 stabilizBciju usisne kolicine teenost; d) akumulator Z8 apsorbovanje pulzaclja pritiska
Po Vo
P1 V1
Pz
V
>
t Slika 1.33. Karakteristicni p% iaji gumenog mijeha akumufatora
38
Osnovne j informativne karakteristike akumulatora sa mijehom su: -
ukupan volumen akumulalora najv i~i radni prilisak prilisak pretpunjenja a) kod
u~tede
energije: -
Vo = 0,2 - 200 dm3 P2 = 33 MPa
najmanji
Po> 0,25 P2
najveci
Po < 0,9 P,
b) kod kom penzacij e pulzacija pritiska
Po = 0,6 Pm iii Po = 0,8 P,
(Pm - srednji radni prilisak) c) kod kompenzacije hidrauli6nih udara
Po = 0,6 -
-
(Pm - srednji radni pritisak kod normalnog proloka) najnizi radni pritisak kod izvedbe HF p, ~ 1,1 Po
-
odnos pritiska
0,9 Pm
-
najveci dotok ulja u akumulator a) standardne izvedbe Q = 60 lis b) za visoke brzine dotoka (HF) Q = 140 lis Akumulatori sa membranom sa koriste isklju6ivo za kompenzaciju hidrau ~ licnih udara, pulzaciju pritiska i vr~nih pritisaka izazvanih razlicilim putem . Gornja i donja polovina akumulatora mogu se medusobno povezivati z8varivanjem (slika 1.34b) iii navrtkom (slika1.34a). Gumena membrana se kod zavarene izvedbe pri· evrsti prstenom, a ked veze sa navrtkom krajevi membrane se pricvrste gornjom i donjom polovinom ku6i~ta akumulatora. Karakteristieni polozaji membrane su pri· kazani na slici 1.35. Osnovne i intormativne karakteristike akumulatora sa membranom su: - ukupan volumen akumulatora V0 = 0,1 do 4 dm 3 -
najvi~i
-
pritisak pretpunjenja
radni pritisak
P2 = 55 MPa Po .;; 0,9 P,
(akumulatori sa membranom najceMe se ne mogu dopunjavati gasom na mjestu kori~tenja) - odnos pritiska a) kod zavarene izvedbe P2:po.;;6:1 do 8:1 b) ked izvedbe sa navrtkom P2:PO:( 10:1 -
najve6i dotok ulja u akumulator
Q = 6
lis
Akumulatori sa kllpom se koriste uglavnom kod hidraulicnih sistema u cilju u~tede
energije iii smanjenja kapaciteta pumpe. Zbog specificnosti konstrukcije, umjesto azota mote se koristiti komprimirani vazduh. Ta zamjena se najt·ooce koristi kod akumulatora velikih volumena i ukoliko se u hidraulicnom sislemu umjesto ulja koristi emulzija. Na slid 1.36 prikazane su dvije konstrukcije klipnog akumulatora: sa klipom bez klipnjace (slika 1.36a) i klipom sa klipnjacom (1.36b). Ova posljednja 39
konstrukcija se koristi u hidraulicnim sistemima kod kojih je neophodna eleklricna signalizaeija polozaja klipa.
bl
Stika 1,34,
Izv~dba akumulatora sa membranom a) veZB sa navratkom
b) veza u zavarenoj izvedbl
PoV0·
I
Slika 1.35. Karakferisticni poloiaji membrane kod akumulafora
Na sliei 1.37a prikazani su karakteristicni poloiaji klipa kod akumulatora standardne izvedbe i na slici 1.37b kod akumulatora koji je povezan sa jednom iii vi~e boca ispunjenih gasom. Osnovne i informativne karakteristike akumulatora sa klipom su : - ukupan volumen akumul2fora V0 = 0,5 do 1500 dm3 h = 100 do 800 mm
- hod klipa
P2 = 80 MPa - najvisi radn i pritisak - odnos pritisaka P2/ Po nema ogranicenja (ovaj ad nos se ogranicava jedino konstruktivnim parametrima akumulatora u odnosu na najvi,i dozvoljeni radni pritisak) - pritisak pretpunjenja, uz uslov da je: a) kod normalne izvedbe klipa 40
Po :;;(p, - 0,5) MPa Po" 1 MPa
,"
-
b) kod izvedbi klipa sa smanjenim lrenjem Po ;;, 0,2 MPa najveca brzina krelanja klipa a) kod normalne izvedbe klipa v = 2 m/s b) kod izvedbe klipa sa smanjenim trenjem v = 3,5 m/s
!
I
.1
i I ,
1
...--
i i
I
i
I
I
t
Slika 1,36. Konstruktivne izvedbe klipnog akumulatora a) sa klipom, b) sa klipom i klipnjacom b)
q)
0, V, >
:>-
<1
<1
Slika 1.37. Karakteristieni poloiali klipa kod akumulatora sa klipom
41
Rjesenje snabdijevanja akumulatora gasom iz jedne iii vise boca koristi se kod akumulatora sa mijehom i klipom. Ovakvo rjesenje se koristi u slu~aju kada je neophodno povecati iskoristenje raspolo~ivog volurnena akumulatora. Proracun se vr~i na isti nacin kao kod pojedinacnih akumulatora, uz napomenu da volumen (V0> obuhvata zbir zapremina akumulatora i dodatne boce. Kod rjesenja sa dodatnom bocom akumulator sa mijehom mote se puniti uljem do 75% od ukupnog volumena. Pritisak pretpunjenja mote biti i veei od 0,9 p" ali {reba voditi raeuna da kod dostignutog najnizeg radnog pritiska u akumulatoru ostane ulje u koli~ini ,0% od ukupnog volumena al
Proracun prltleka pretpunjenja (po)' Granicne vrijednosti p ritiska pretpunjenja (PO> u odnosu na veli~i nu najmanjeg radnog (p,) iii srednjeg radnog (prJ pri'iska date su U okviru konstruktivnih karakteristika sva.trl tipa hidrauli~nih akumulatora. Aka su temperature punjenja akumulatora gasom'i radna temperatura razliciti , neophodno je izvrMi korekciju vrijednosti pritiska pretpunjenja prema sljedeeoj jednacini:
+ 273
tp
P' : P -.. ------ ......o tr
gdje je: p o
t p
+
273
stvarno potrebna vrijednost pritiska pretpunjenja: temperatura pretpunjenja: t r
0
radna temperatura ( C).
Proracun zapremlne gaas (V). U okvlru teoretske anali ze navedeno je da se procesl kompresije I ekspanzije" odvijaju po poznatom termodlnamiCkom zakonu:
poV~ ~ P, V;
:
P2 V~.
Vrsta termodlnamlekog procesa kompreslje iii ekspanzije se definise u odnosu na vrijeme trajanja procesa punjenja iii pratnjenja akumulatora uljem: - kod trajanja ciklusa od t < , min proces je adijabatski, -kod trajanja ciklusa od t > 3 min proces je izotermieki. - kod trajanja ciklusa od 1 < t < 3 min proces je politropski. Kod prora~una korisnog volumena mogu se usvojiti I sljedeee vrijednosti: n = 1 -- izotermicki proces, n = ' ,' - proces je spor i kreee se od 4 do 8 minuta, . n = 1,25 - proces traje 1 do , ,5 minuta, n = 1,35 - proces je veoma brz i traje 20 - 35 sekundi. Proracun parametara akumulatora vrsi se prema sljedeeim modelima:
Akumuliranje energije iii smanjenje kapaciteta pumpe (slika ' .38a,b) Politropski proces: (n = , do 1,4)
42
t---'_~_"_:--..Jr II: OJ
bJ
CO"
'-'-"
r
-
--
--
V "'O
cJ
-
y
f1
0)
---<
.)
9J IJ
t
S/ika 1,38.
Primjeri ugradnje akumulatora
43
Vo = __
L::,
Po lI n ( -- ) -
P,
v
__
p 1/n ( ---2 )
P2
Izotermicki proces: (n = 1)
L::,V Po _ Po
-P
-
P,
2
Adijabatski proces: (n = 1,4)
P o 0.7'4 (-) -
P,
P 0714 (-2-) . P2
Preporuceni odnos: L::, VIV 0 = 0,362 Dopuna istekle koli¢ine ulja zbog promjene temperature (slika 1.38c) Izotermicki proces:
V0 = --;c--= L::,=-.;. V-;o;Po _ Po
P-:;-P2 Potrebna kolicina ulja se proracunava prema:
gdje je: VL (dm1 -
zapremina ulja u sistemu,
najvi~a temperatura, t, (C) - najnita temperatura, o p (1 / C) - zapreminski koeficijent t2 (C) -
t::.V = K q, = koeficijent tipa pumpe, = 0,6 - jednoklipna pumpa jednostranog djelovanja, =' 0 ,25 - jednokiipna pumpa dvostranog djelovanja, = 0,2 - dvokiipna pumpa dvastranog djelovanja, = 0,13 - troklipna pumpa jednostranog djelovanja = 0,1 - cetveroklipna pumpa jednostranog djelovanja, = 0,06 - tro i cetveroklipna pumpa jednostranog djelovanja, te peto i ~estoklipna pumpa dvostranog djelovanja, = 0,01 - devetoklipna pumpa,
q (dm 3) - specmcni volumen za jadan klip. x (%) - dozvoljeni stepen neravnomjernosti (1-30/0)
x
=
p -
p
-,--,m ", ... . 100,
Pm p -
Pm " amplituda oscilovanja pritiska.
Apsorpcl/a mehanickih i hidraulicnih udara (slika1.381,g). Kod pojave hidraulicnih udara, do kojih dolazi zbog brzog zaustavJjanja kretanja mase ulja u hidraulicnom sistemu, velicina akumulatora se mo~e prora· cunati pribli~no tacno prema formuli: 0,4 ,;, W2
-~
..- -- -
2p, [ ( .Po .. ) O,286_ 1 j 102
P, Ukoliko do hidraulic nih udara dolazi zbog zatvaranja ventila u hidraulicnom sistemu, potrebna kolicina ulja se proracunava prema farmuli :
45
v
0
= ~4_0
P2 (O_,01~~ L-~")_ 3
10
(P2 -
p,)
gdje je: m (kg) - masa teenosti u cjevovodu, W (m/s) -- brzina tetnosti; 0 (llmin) - protok teenosti; L (m) .- duzina cjevovoda; t (s) ~~ vrijeme zatvaranja ventila; P, (bar) - radni pritisak kod slobodnog protoka; P2 (bar) - hajveca vrijednost (apsolutni) radnog pritiska
Akumulator obavlja funkellu amortlze.a kod vozila Adijabatski proces:
P, V _ / ' : , V Po o -
~--.--------,-~
1 .~
(..1'-,-), In P2
Preporuceni odnos: /':,V/Vo = 0,351
Funkcija akumulatora u slueaju nuide (sigurnosna funkcija) Adijabatski proces:
/':, V P2 Vo =
_~.
Po 1!n
(_I',,)~ 1
p,
Preporu6eni odnas: /':,V/Vo = 0,288
Snabdijevanje iz posebnih boca (sllka 1.38h) Kod snabdijevanja akumulatora gasom iz posebnih boca, koje u sistemu akumuliranja predstavljaju rezervoare gasa, prora6un potrebnog volumena gasa S8 vrsi po navedenim jednatinama za izoterrni6ki, adijabatski iii polltropski proces. 00bijena vrijednost volurnena (V so raspodjeljuje na volumen akumulatora (VA)' vo~ lumen jedne iii vise boca za gas (V
d
J:
VO = VA + Vp' 1.2.2.3. Prlmjerl kanst.ukeije i proracuna hidraulicnlh sistema sa
akumulatorlma PrimJ,,' 1, silks 1.39 Zadatak hidraullcnog akumulatora je da smanji kapacitet pumpe, Uko!lko bi se sistem konstruisao bez hidraulicnog akumulatora, kapacitet pumpe bi bio (0,), a klip cilindra bi dosao u krajnji polozaj za vrijeme (t ). Ukoliko r
46
se ka pacitet pumpe ieli smanjiti na velicinu (Q2)' neophodno je ugraditl akum ulator korisnog volumena 01a)' Hidraulicni sistem radi u okviru sljedeeeg radnog eiklu sa: t = tf + tm + tp' gdje je: tf
-
tp -
vriJeme kretanja klipa u radnom hodu; tm -
vrijems mirovanja;
vrijeme kretanja klipa u povratnom hodu.
4
\.
Q
b
u 2
.~
, p -
1
'
L_
L_ ~
0"
Y, ct ,
~ t,
/
V, I,
b_
t,
I
I
Slika 1.39. Shema hidraulicnog sis tema uz primjer 1
Volumen akumulatora se mora odabrati taka da ga pumpa
mote
napuniti
uljem u toku vremena (t m). Hidraulicni sistem ce raditi prema sljedeeem: Radni hod klipa - pod naponom su: P, 4a, 3c; ulje S6 u eilindar potiskuje jz pumpe j akumulatora. Mirovanje -
pod naponom je c: akumu lator se puni uljem , a kada se na-
puni, dostignuti pntisak se signaliz.ira preko EP; 3c se stavlja van napona, a sistem miruje do isteka vremena trn'
Povratni hod klipa -
pod naponom je 4b.
Primjer 2_ slilm 1,40 U hidraulicnom sistem u sa eilindrom jednostranog djelovanja ug raden je akumulator koji ima zadatak da aku mulira raspolozivu energiju prilikom spu stanja opterecenja.
47
5
,
b
2
Slika 1.40. Shema hidraulicnog sistema uz primjer 2
Mlrovanje: klip se drzl u zatecenom polozaju, a pumpa potlskuje ulje preko rezvod· nog ventila (3) u rezervoar. Dlzanje klipa: pod naponom je 3a I Sc, pa se ulje Iz akumulatora I pumpe potlskuje u kllpnu stranu hldraulicnog cilindra; ako prltlsak na EP1 opadne do po· de~ene vrljednostl 5c se stavlja van napona, pa daljnje dlzanje obavlja samo pumpa. Spu~tanje: rezvodnl ventll (3) je u neutralnom polozaju, a pod naponom je Sc; aku· mulator se punl uljem. Kod dostlzanja prltlska pode~enog na EP2, Iz na· pona se Isklju6uje Sc, a pod napon se stavlja 3b.
Primjer 3, silks 1.41 Klipom hldrauli6nog cilindra treba pridrzavati komad silom konstantne veliei· ne duzi vremenskl period. Sistemom za odrzavanje prltiska upravlja se hidraulienim putem. Kod priblizavanja kipa hidraulienog cilindra (6) radnom komadu (7) pod na· ponom je elektromagnet (Sa). Ulje se u cilindar potlskuje Iz pumpe i akumulatora. Kada klip prltisne komad, u sistemu raste prltisak i akumulator se punl uljem. Kod dostlgnutog potrebnog prltlska ventil (3) se pomjera u suprotan polozaj, pa se ventil (2) upravlja6klm vodom dovodi u zatvoren polozaj. Pumpa potiskuje ulje u rezer·
48
voar, a priti sak u sistemu odr'-ava akurnulator. Ukoliko dode do pada pritiska, venti I (2) ce se automatski zatvoriti, pa 68 se ulje iz pumpe opet poti skivati prem a ci lind ru j akumulatoru. Primjer 4, slika 1.42
Hldraulicnim sistem om se, po zadanom programu brzlne, dize i spusta pia· tlorma (6). Kako so radi 0 velikoj raspolozi voj energiji kod spustanja, u sistem su ugradenl akumulatori. Dizanje platlorme (6) sa teretom vr~1 so preko dva hldraulicna cilindra (4) dvosmjernog djelovanja i dva hldrau licna ci li ndra (5) jednosmjernog djelovanja. Hi· draulicni cilindri (4) su vezani u zatvorenom hidrau licnom kru gu i njihovi klipovi se pagone pumpom (1). U sklop zatvorenog hldraulicnog kruga spada I pomacnl sl· stem (2b) za upravljanje kapacitetom pumpe (1), slstem za Isplranje (2a) i upravljacko-- regulirajuci elementi zatvorenog hldrau liCnog kruga (3). Za vrijeme spustanja platforme, pumpa (1) se dovodi u poloza) ko)i odgovara potre bnoj brzini spustanja, a raspolozlva energija se preko cilindra (5) predaje akumulatorima (7). Korisni volumen akumulatora odgovara volumenu klipne strane hidraulicnih cilindara (5). Kako su klipnjace sva ceti ri cilindra povezana sa platformom, neophodna je da u akumulatorirna, za vrijeme dizanja platforme, bude uvijek potrebn a kol iti na ulja. Kako su volumen j pritisak kod akumulatora medusobno vezane ve!icine, stepen punjenja akumulatora uljem se kantrolise p reko hidraulicnog tiacnog prekidaea EP1. Kada on registruje pad pritiska, razvodni venti! se dovodi u zatvoren polozaj, a kada se postigne potreban pritisak, hidraulicnim tlacnim prekidacem EP2 se daje si gnal razvodnom ventilu da "pet dode u otvoren polozaj. 7
r-TT .=:L
..;"./~~
-- .
F= cons t
-
7
Slika 1.41. Shema hidraulii5nog sistema uz primjer 3
49
j, N
CL
I -~
w
Slika 1.42. Sherna hidraulicnog sistema uz primjer 4
50
Prlmjer 5 Cilindru hidraulienog sistema za pagan postrojenja za livenje treba iz akumulatora staviti na raspolaganje 3 1 ulja za vrijeme ad 2,5 sekunde. Najvi§i radni pritisak je 200 bara, a najnizi dozvoljeni je 100 bara. Vrijeme punjenja akumulatora je o 0 8 S. Najniza radna tem peratura Je T, = 25 C, a najvita T2 = 45 C. Na osnovu datih podataka defi ni~u se radni parametri akumulatora
T, _ 273 + 25 = 298 K P2 = '201 bar P, = 101 bar T2 - 273 + 45 = 31 8 K V = 31 t = 2,5 odnosno 8 s - promjena Je adijabatska Pritisak pretpunjenja akumulatora azotom je jednak:
Po = 0,9 P, = 0,9· 101 .
=' 90,9 bara. 0
Ovaj priti sak. pretpunjenja je kod temperature 25 C. Volumen gasa (ukupn i volumen akumulatora) je:
6V
v0 --
( Po ) 0.714 _
_ _ _ ______3 ___
(._::<>-) 0.714
P,
P2
___ _
= 8 ,32 / .
( 90,1) 0.7 14 _ ( 90, 1) 0,714 101 201
S obzirom na razlieite tem perature kod predpunjenja i rada, proratunata vrijednost V0 se mora korigovati prema:
, o
T2
V = V- _ 0
T
= 8,32
1
318
= 8, 88 1 ,
298 o
a pritisak pretpunjenja ce na temperaturi ad 20 C biti:
T - 5 1 = 90,9. 293 = 83,75 :: 84 bara, Po = Po -'--'
.
T2
318
iii Po = 83 bara natpritiska. Volumen Vo se maze korigovati i prema dijagramu prikazanom na sliei 1.31. Koetieijent korekeije je jednak:
C a = 1,16, pa je realna vrijednost Vo jednaka: . V' o = Vo· C a = 8,88·1,1 6 = 10,3 /. Bira se akumulator volumena V = 10 l.
51
Prlmjar 6 U jedno hidraulicno postrojenje sa akurnulatorom ugradeno je sedam razvodnih ventila sa cilindricnim klipom. Za vrijeme mirovanja sistema u instalaciji od razvodnih ventila do hidraulicnih cilindara vlada pritisak od 180 do 200 bara, pa kroz zazore u razvodnim ventilirna protice ulie prema rezervoaru. Kroz 5 ventila sa klipom d = 10 mm protice po 30 emS/ min,a kroz 2 ventila sa klipom d 16 mm 3 protice po 140 em /min. Istim akumulatorom tieba intervenisati i u slucaju n u~de (sigurnosna funkcija). Tada je neophodno da se, u odnosu na konstrukciju hidraulicnog sistema, iz akumulatora potisne oko 8 I ulja, ali radni pritisak ne smije pasti ispod vrijednosti od Pmi n =' 110 bara. Gubitak ulja zbog proticanja je jednak:
=
Q
3 L 5·30 + 2·140 = 430 em / min.
U toku 5 minuta, koliko traje proticanje, neophodno je da se iz akumulatora potisne volumen:
Kako sa akumulatorom treba obezbijediti i sigurnosnu fu nkciju, tj. pritisak u sistemu ne smije pasti is pod 110 bara, znaci da je to granitna vrijednost u odnosu na koju S8 vrSi proracun sistema. Pritisak pretpunjenja je jednak: Po = 0 , 9 P, =' 0 , 9 . 111 bar = 100 bara. Proces kompresije je ilotermicki, pa se volumen gasa za ovaj slutaj proracunava prema:
Vo -
t::,.V -Po _ -PoP2 P,
=
- - -----
2,15
=3'4 .,1 I.
100 _ 100 180 200
Proces ekspanzije ulja kod obavljanja sigurnosne funkcije je adijabatski , a potreban volumen gasa je: t::,. V P2 8 . 180 Vos - --._- P-,"--- __ ____ ....__100_....___
(P2 r1;- P2
1
(180)T,;- 100 .
.. =
34,6 I
1
Volumen hidraulicnog akumulatora treba izabrati prema proracunatoj vrijednosti V0 za vrijeme ekspanzije ked obavljanja sigurnosne funkcije, jer je V > V . 0 0 0
52
Prlmjer 7 U hidraulicni sistem je ugraden klipni akumulator. On obavlja sigurnosnu funkciju (adijabatski praces) i tom prilikom treba da obezbijedi kolicinu ulja od 40 I. Projektant ma~ i ne je takode definisao da su najnizi i najvisi radni pritisci ulja Pmin ~ 100 bara i Pmax ~ 130 bara. Nakon pra;1njenja akumulator se puni 5 , min uta. Pritisak predpunjenja se bira: p = 95 bara. Pritisak azota kod klipnih akun'iulatora mora se povecavati za vrijednost c" p = 3 bara, sto se odnosi na gubitak pritiska zbog savladavanja sile trenja za vrijeme kretanja klipa akumulatora. Taenu brojeanu vrijednost defrnise proizvodac aku mulatora. Pritisci gasa se sada mogu definisati: P, = Pmin + c" P = 100 + 3 = 103 bara
P2 - Pma, - c" P = 130 - 3 = 127 bara. Volumen gasa se sada moze proraeunati za adijabatski proces: 127 40 · 95 -
= 265,7 I .
1
,
S obzirom na veliku vrijednost volumena gasa, bira S8 rjesenje snabdijevanja klipnog akumulatora iz posebnih boca, U kojima S8 nalazi sarno azoL Na osnovu kataloga proizvodaca bira se jed an akumulator od 60 Ii 4 boee, takoder sa po 60 I . Provjera volurr'lena S6 vrs\ U odnosu na proces punjenja (izortemicki proces):
1.2.3.Upravljanje radom sistema preko Impulaa prltlska Prineip regulaei)e kapaciteta pumpe iii proto ka prema izvrsnom organu impulsom pritiska, najeesce nazivan Load Sensing (LS), moze se objasniti na osnovu pri ncipijelnih shema prikazanih na sliei 1.43. Na sliei 1.43a prikazana je shema hidraulicnog sistema sa LS regulaeijom, kod koga je ugradena pumpa (1) konstanlnog kapaciteta. U sistem je ugraden razvodni ve ntil (4) koji se moze dovesti u bilo koji polozaj izrnedu nullog , prikazanog na shemi, i krajnjeg lijevog iii desnog polozaja. Od polozaja klipa razvodnog venlila
53 /
4
/~
i----- ~ r'!71±+!TI"l1~ I
I
3
I
I r
II
,
r ----l
L~.....LLr'""L '6
i
r
5
L~
hi
a)
Slika 1.43. Shems hidrau/icnih sistema sa LS regulaeijam a) sistem sa pumpom konstantnog kapaciteta
b) slstem sa pumpom promjenljivog kapaciteta
(4) zavisice vrijednost razlike pritiska ispred i iza njega. U sistemu se nalazi i dvopo· lotajni razvodni ventil (3) 6iji se klip moze takoder dovesti u bilo koji polozaj. Upra· vljanjq polozajem klipa se
vd~i
impulsima pritiska, koji sa u upravljatke cilindre
dovode od lIa6nog voda ispred i iza razvodnog ventila (4). Klip razvodnog ventila (3) 56 dovodi u zatvoren polozaj silom opruge, u momentu kada u vodu ispred raz· vodnog ventila (4) ne djeluje pritisak. Sila opruge odgovara pritisku 12- 25 bara sa suprotne strane. Ako je razvodni ventil (4) u prikazanom zatvorenom polozaju, gornji upra· vljacki eilindar je rasterecen, pa se razvodni ventil (3) dovodi u otvoreni polozaj. Sa· da se ejelokupna koli6ina ulja odvodi preko ovog ventila u rezervoar. Ako se razvodni ventil (4) dovede u bilo koji polotaj, kroz njega proti6e ulje prema potrooa· CU, srazmjerno velieini otvora u razvodniku i velieini suprotstavljajuceg otpora kretanja klipa hidraulicnog cilindra. Na upravljackim vodovima ispred i iza razvodnog ventila (4) dolazi do razlike pritisaka, pa se klip razvodnog ventila (3) pomjera u polozaj proporeionalan medusobnom odnosu ovih sila i sile opruge. Dio ulja otice pre· rna cilindru, a drugi dio u rezervoar. KoliCina ulja koja se potiskuje prerna cilindru defini§e se polozajem klipa razvodnog ventila (4). Sistemi sa LS regulaeijom i pum· pom konstantnog kapaciteta nemaju visok stepen iskori§tenja ulozene snage, jer pumpa radi u podrucju definisanog pritiska sa konstantnim kapacitetom. Ako se u hidraulicni sistem ugradi pumpa (5) sa regulatorom kapaciteta (slika 1.43b), u upravljackom dijelu Ce se postaviti dvopolozajni razvodni ventil (6), preko
54
koga de se upravljati polotajem regulatora pumpe. Ako je razvodni ventil (4) u prikazanom polo!aju (p-·zatvoreno), pritisak ulja iz tlaenog voda pomjer. razvodni ventil (6) u polo!aj suprotan od prikazanog , pase ulje pod pritiskom dovodi u klipnu stranu regulatora pumpe i pomjera gaou krajnji desni polo~aj, kada je Q = O. Kapacitet pumpa je jednak nuli, II u tiacnom vodu od pumpe (5) do razvodnog ventila (4) vlada pritisak Pmax' Ako se klip razvodnog ventila (4) dovede u lijevi iii desni radni polo~aj, impuls pritlska iza razvodnog ventila (4) i sila opruge pomjeraju klip razvodnog ventila (6) u poIo~aj koji odgovara izjednatavanju sile sa desne i lijeve strane. Sada se prigu§uje proticanje ulja prema regulatoru pumpe, pa on, ovisno 0 stepenu prigu§enja, zauzima odgovarajuci polotaj. Opisani sistem regulacije radi sa izvjesnim netacnostima, jer je protok, a to znaci i pad priti ska, kroz razvodni ventil (6) ovisan od velieine pritiska ispred i iza njega (ventil 6 spada u grupu prigu§nih ventila). Zato se u tiacnom vodu ispred razvodnika (4) postavlja pritisna vaga, Osim toga, umjesto ventila za ogranicenje pritiska u sklopu regulatora pumpe mo~e se postaviti, hidraulicki upravljani ventil za ogranieenje pritiska, koji ce, s obzirom na konstrukciju i mjesto ugradnje, raditi sa vi§im stepenom tacnosti. Ove izmjene u konstrukciji sistema sa LS regulacijom prikazane su na shemi hidraulicnog sistema sa dva hidrauliena cilindra, slika 1.44.
7 .....
,
-----.,
I I I
I
6
8
I
--~
I
5.1
I
, -----_.. -
.10
~----- ---
r -
4
5. 2
..
IL IIr-Jffii ' r -l'
IL_..Ii
.- ,
Jffi(
I I L I +_ I I I II ' I I
I
'
...1 3
-
•
lJ
~-
Silks 1.44. Shems hidraulicnog sistema sa dva hidraullcna c/lindra I LS regulaeljoln
55
Pumpa (1) je sa ugradenim regulatorom (2) kapaciteta, regu laeionim venti10m (3) i venlilom za ogranitenje pritiska (4). Ona potiskuje ulje pod pritiskom prema dva hidraulitna cilindra (7) i (9) preko razvodnih venlila (6) i (8). Ugradene pritisne vage (5.1) i (5.2) kompenziraju promjenu priliska ispred iii iza razvodnih ventil a. Regulaeioni ventil (3) dovodl regu lator pumpe u polotaj koji je ovisan od vslitine pritlsaka u tiatnorn vodu iza pumpe i upravljackom vodu iza razvodnog ventila (6) iii (8). Na upravljackom vodu je ugraden dvostrani nepovratni ventil (10), koji ima zadatak da prema regulaeionom ventilu propusti impuls pritiska vece vrijednosti. U klipnim stranama hidraulicnih cilindara mijenja se pritisak u funkeiji promjene vanjskog opterecenja. Zadatak sistema regulaeije LS je da definiSe radnu tatku pumpe u dijagramu Q _. p, oa mjestu koje ce uvijek odgovarati trenutnim zahtjevima u poglOOu kapaeiteta i pritiska. Na sliei 1.45 prikazana su teliri karakteristi6na uslova rada pumpe u hidraulitnom sistemu, koji je prikazan na sliei 1.44. Kod neutralnog polo~aja hidraulicnog sistema kori sti se neznatna kolicina snage, proporcionalna koEtini i pritisku, koji su dovoJjni da putem regulaclonog ventila dovOOu pumpu u stanje Q = o. Ukoliko pumpa treba da radi u podrucju (slika 1.45b).djeHmi6nog iskoriStenja kapaeiteta i pritiska, a pritom ni zahtjevi pojedinacnih potroSaca nisu isti, pumpa ce raditi u podrucju kapaciteta koji je jednak zbiru pojedinih zahtjeva potroSaca, i u podrutju pritiska koji stvara potroSae sa viSlm optereeenjem. Ovaj pritisak treba pevecati za vrijednost koja S8 izgubi na regulaeionom ventilu. Radna tacka se nalazi u presjeku Hnija kapaciteta i pritiska.
__L
f'7""7"::1 snagn
~~~~~L
~
[OJ
p(ltro~ena
r~ula'otu izgub l)eM snflga
AT - redna tath j -
cilinde.r 1
2 -- cWn dar 2
Stika 1.45. Karakter;stika pumpe kod razlicitih stanja
a) sistem je u neutralnom pofoiaju b) djelimicno su ;skoristeni kapacitet ; pritisak c) kapacitet pumpe je potpuno iskoristen d) pritisa k pumpe ie potpune iskorlilten
56
na
A
B
r- m "r-!'mm__ I
,------- -;;':;;;H+r,""L
I
I
I
3
I I
I
L
I I
l!J
I I I
I I
I I
!
Slika 1.46. Hidraulicne sheme sistema sa klasicnim rje senjem LS regulacije
I
L. -"'-'t-'-''-'"
Slika 1.4 7, Hidrauli6ni sistemi sa LS regula cijom
Osim dva navedena slucaia, pumpa moze da radi u podrucju potpunog Iskokapaeltata (sllka lA5e) I prltlska (slika '1.45d). Gomja vrijednost kapaelteta je odredena konstruktlvnlm karakterlstlkama pumpe, a najvl~1 pritlsak pode!lenom vrijednoM u ventila za ogranitenje pritiska. Kada se govorl 0 l.S regulaeljl, neophodno je naglasltl da postoje trl osnovna sistema upravljania regulatorom pumpe. Sva trl slueaia su prlkazana shematskl na slikama 1.46 I 1.47, Na sliel 1.46 prlkazan je klasicnl slstem LS regulaeije upravljaeklm vodovlma kojl povezuju tlaen l ejevovod Ispred I Iza razvodnog ventlla sa regulatorom kapaelteta pumpe. Drugl naeln upravljanja je prlkazan na sliel lA7. Kod njega se Impuls prltlska dovodl od glavnog voda preko slgnalnog ventila do LS regulatora. Regulator kapaelteta pumpe moze bltl Izraden po modelu regulatora prltlska (slika 1.47) ill komblnovanog sa regulatorom snage. Shema komblnovanog regulatora ie prlkazana na sliel 1,48. a na Istoj sliel ie prlkazan I dliagram pumpe. Prlmjer ugradnje pumpe sa navedenlm regulatorom prlkazari ie kod hidraulienog sistema na sliei 1.44, kod koga se vr~1 pogon dva hldraulicna ellindra. Regulator pumpe se sastoji od dva upravljacka cilindra (3) i (4) eiji su klipovl povezani sa radnim elementima pumpe. Upravljackl 1m puis se dovodl do ellindara dlrektno I preko venllia (5) I (6). Ventil (6) upravlia radom pumpe kao regulator pritlska. Kada u tlacnom vodu pritisak poraste do gomje dozvoljene vrljednosli koja je naznacena na dljagramu , ventil (6) se pomiera u suprotan polozaj pa se Impuls prltiska dovodl do cilindra (3), Klip se pomjera uliievo pa se pumpa dovodl u podrucje Q = O. Venrl~tenja
57
6
::,
R(j~llllo r
I X
r
- -;-1---1
.- .-, ~, -, -
r -[ ;I-i\ 'rI1
i ~~;:'"
h---.JrJ >1<
1
l- -~
I
I~rt-~;JI
pritlaka
i R,O''''''
kllpadtetll
----' L-i----", t-I r-r--I J l -
I
I
I L-rfJ I I ,1YL-- -------1 I
-" - 1<1 I I
,-- -----1 4
~ I L ___ ____ -' I
,,'fl~k ""
I
reg ulatoru k3pac;letu
I
I
I I
.6p P
pad prltls kll Ila prilillllOj vlt<,li
I_ -'.J Slika I.4B. HidrauliiJna shema regulalora snage - LS i radni dijagram pump. kod rad.a hldrauficnog sistema sa stike 1.44.
til (5) upravlja radom pumpe kao regulator snage. Pola~aj ovog ventlla, a to znael I pad prltlska u njamu zavlse od odnosa upravljacklh prltisaka dovedenil1 od (P) i (x) I sile opruge. Ako su u hidraulicnom sistemu postavljena dva hidrauliCna cilindra sa trenutno potrebnim radnlm prltlsclma P, (cHlndar 1) I Pz (cillndar 2) radnl pritlsak pumpe 6e bltl definlsan zbiram veeeg prltlska I pada prltlska na ventilu (5) p = '* P, + i'.p, a kapaeltet pumpe se nalazi u presjeku linlje prltiska sa krlvom promjene 0 - p (regulator snage) I Iznoslea 0, + O2, Iz dijagrama kojl je prlkazan na sllei 1,48 vldl se da eilindru 2 treba manjl prrtlsak nego ellindru 1, a kako su ani povezanl sa zajedniCklm cjevovodom, razlika prltiska se kompenzlra na pritisnoj vagi (i'.PJ. U sklopu regulatora pumpe postavljen je i ventil za ogranlCenje prltlska (2). Kod naglog porasta prftiska u upravlj
1.2 A HklrotItatItkl pogonl "'" eekundarnom regulaellom Hidrostatleka snaga pumpe iii hidraulitnog motora je funkelja N = f (p,O) i sastoji se od dvije komponente: komponente sile, ~ija je veli~ina definisana razlikom pritiska na ulazu i izlazu pumpe iii motora. Ova komponenta definl~e velltinu sile (F) na klipu hldraulitnog cilindra Iii velleinu obrtnog momenta na vratilu pumpe iii hid,auli~ nog motora: 56
komponente kretanja, cija je velicina predstavljena brzinom kretanja (v) klipa hidraulicnog cilindra iii brojem obrtaja (n) vratila pumpe iii hidraulicnog motora. Moment pumpe iii hidraulicnog motora Je funkcija M = f (Q, n), odakle slHedi poznati odnos: Q = M n. Iz ov09 odnosa se mOle zakljuCiti da je kod protoka Q = 0, moment iii broj obrtaja takoder jednak nuli. Ked hidraulj~ nih sistema klasicne izvedbe, U otvorenim i zatvorenim hidraulicnim krugovima, moguce su brojns razlicite komb inacije pumpa - hidraulicni cilindar iii motor. Problem medusobnih veza postaje naroeito slozen ked hidraulicnih sistema kOji, pored ostalog, moraju da obave i funkeiju koeenja. Na slici 1.49 prikazane je up ro~ten o nekoliko ovakvih hidraulitn ih si stema. Na sliei 1.49a prikazan je sklop pumpe i hidraulicnog motora u zatvorenom hidrau licnom krugu. PUmpa mijenja kapacitet zavisno od velicine pritiska, prema dijagramu prikazanom na sliei 1.49d. Ako se kod defi nisanog kapaciteta pumps smanji broj obrtaja hidraulicnog motora, u tlacnom vodu od pumpe do motora dolazi do porasta pritiska. Rastere6enje od pritiska se vr~i preko ventila za ogranicenje pritiska, pa ":olazi do gubitka energije. U ovom slucaju broj obrtaja hidraulicnog motora se smanjuje zbog djelovanja vanjske sile koeenja, §to znaci da hidraulicni sistem nije obavio funkciju koeen/a, pa je i normalno da su kod ovakve konstrukcije prisutni gubici energije.
01
;fe
bl
0" =0. 1
0.,.
-~
11
1:1 =13, :::PrOP
(I,
(l,
Il,
~2
2 1',
_._ -1
~
cl
F
3
dl ? N=c oost.
5
4 Stika 1.49. Varijantna rjesenja. hidraulicnih sistema koji obavljaju ; funkciju koeenja a) zatovoreni hidraulicni krug b) otvoreni hldrau!icni krug sa motorom c) otvoreni hidraulicni krug sa cilindrom d) karai
59
Na sliei 1.49b prikazan je sklop pumpa - hidraulicni motor u otvorenom hidraulitnom krugu. Ukoliko u hidraulicnom sistemu nije ugraden akumulator, tada se kod smanjenja broja obrtaja rastereeenje ad poveeanog pritiska vr~i preko ventila za ogranicenje pritiska. Kod prikazanog primjera su i pumpa (1) i hidraulicni moto r (2) sa ugradenim regulatorom kapaeiteta. Ako hidraulicn i motor mijenja broj obrtaja iii se regulatorom smanjuje speeificni volumen, a pumpa radi sa nepromjenjenim parametrima, hidraulicn i motor 6e funkeionisati kao koeni ea, a vi~ak ulja i energije 6e se djelomicno akumulirati u hidraulicnom akumulatoru (3). Na sliei 1.4ge prikazan je sklop pumpa - hidraulieni eilindar u otvorenom krugu. Kod dizanja klipa hidraulicnog eilindra (5) prema gore sva kolicina ulja se potiskuje u klipnu stranu hidraulienog eilindra. Brzina kretanja klipa je proporeionalna kapaeitetu pumpe. Za vrijeme dizanja klipa regulator protoka (4) je zatvoren iii djelimicno otvoren, ukoliko se 2eli i p reko njega smanjiti kolici na ulja koja se do prerna u hidraulicni eilindar. Kod s pu~tanja klipa kapaeitet pumpe i polo~aj regulatora protoka odgovaraju 2eljenoj brzini spustanja. Sada se sva kolieina ulja iz pumpe i iz klipne strane hidraulienog eilindra potiskuje preko regulatora protoka u rezervoar. Sva raspoloziva energija se pretvara u toplotu u regulatoru protoka. Iz izlozenih primjera se vidi da kod hidraulienih sistema Casto postoje znaeajni vi ~kov i energije, koja se kod klasicnih konstrukcija hidraulienih sistema pretvara u toplotu. Ta transformaeija se dijelom m o~e smanjiti ugradnjom hidrau lienog akumulatora, kao sto je to na primjer ucinjeno kod hidraulicnog sistema koji je prikazan na sliei 1,49b. Kod ovog hidraulicnog sistema mogu se definisati sljede6i bitni odnosi: -- pumpa (1), hidraulieni motor (4) i hidraulicni akumulator (3) su vezani radnim pritiskom p = P, = P2 = P3' - velieina radnog pritiska (p) je odredena iskljucivo stanjem akumulatora, a ne stanjem pumpe iii hidraulicnog motora, - ne postoji evrsta sprega izmedu kapaeiteta pumpe (Q,) i kolici ne ulja koja se transportuje prema hidraulicnom motoru (Q2)'
-
radni pritisak (p) zavisi ad velicine akumulatora i mijenja se u funkeiji razli ke protoka: dO -' 0, - 02 = 03' - promjena velleine momenata M, i M2 dovodi do promjene protoka
dO, i d0 2 . Navedeni odnosi ukazuju na moguce puteve uvodenja sistema regulacije, koji obezbjecluju distribuciju ulozene energije sarno u kolieini koja je potrebna izvr§'nim organima u odredenom momentu, iii, koji obezbjeduju da se vi~ak stvorene energije p reda drugim potro~aei m a, Ovakvi postupci regulacije snage kod hidraul i~njh sistema nazivaju se ~sekundarni sistemi regulacije". Osnovni princip djelovanja seku ndarnog sistema regulacije maze se objasniti prema sh emi prikazanoj na sliei 1.50. Na sistem vodova: tlacni (P), povratni (R) i d re n ~ ni (0), vezan je hidraulicni motor za pogon dizalicnog vitia. Na istom sistemu vodova prikljueeni su i drugi pogoni izvr§nih organa, na primjer hidraulieni eilindar Ia pogon strijele, hidraulicni motor za okretanje, hidraulieni motori za pogon loekova i drug;' U tlatnom vodu (P) vlada stalno ista vrijednost pritiska, a obezbjeduju je pumpa i hidraulieni akumutator.
60
.--1
r----<
PRO
I
I I
I
5
;-
3
I I
I
I I I
G Slika 1.50, Shematsk; prikaz sekundarnog sistema regulacije
Hldraullcnl motor (3) za pog on vitia - bu bnja (5) Ima ugraden slstem sa ruenom regulacijom kapaclteta_ Brzlna dlzanja I spustanja komada (G) moze se podesavati promjenom polozaja regulacionog vijka hldraulienog matora. Podesavanjem polo~aja hldrau licnog motora moguce je uspostavltl t1ikvo ravnotezno stanje kod koga 6e se moment u hidraulicnom motoru, obrazovan odgovarajucim odnosom radnog potlska I koliclne ulja koja se doprema u njega, Izjednacltl sa momentom kojl stvara opterecenje (G) preko bubnja. U takvom stanju , brzlna kretanja tereta teZ! ka nuli i kada dostlgne vrljednost nula, zadITava se u stanju mlrovanja prolzvol)no dugo, nezavisno od stepena korisnog Iskoristen)a hldraulicnog motora I beZ d)elovanja koenice, koja se, bez obzira na izved eni zakljucak, mora izvesti kao konstruktlvni element dizalicnog vitia. Ukoliko se, kod tako postignutog stanja mirovanja, ugao nagiba rad nog elementa motora poveCa, doCi 6e do dizanja tereta, jer zbog porasta protoka dolazi do poremeoaja ranlje po stignute rav noteze. Kod daljnjeg povecanja nagibnog ugla radnog elementa motora povecava S8 radna zapremina motora, pa S8 poveeava i moment rotadje. Za sve vrijeme promjene navedenih param etara u tlacnom vodu vrljednost prltlska se odrzava konstantnom. Ali, ukoliko S8 ugao radnog elementa sm anjl u odnosu na ravnotezno stanje u kome cijell slstem miruje, teret (G) se p06inje spustati, hidraulicni molor radi kao pumpa, pa se hldraulicna energija vraca u tlacnl vod. Ovu energlju mogu korlstltl drugl potro~acl 0zvrsnl organl dru gih pogona vezanih sa ovim sistemom) iii se, ukoliko im ona nije potrebna, moze akumulirati u hldraullcnlm akumulalorlma. Ovaj sistem trosenja i vracanja energije u mrezu je veoma sliean pojavi u elektrotehnici. Ali , da bi ovakav 8istem vracanja energije ked hidraulicnih sistema radio automatski i optimalno, neophodno je hidraulicni motor dopuniti sa tzv. sekundarnom jedlnicom, koja ce umjesto rucnog obezbljedltl automatsko pomjeranje radnog elementa motora. Oslm automatske regu llrajuce jedinlce, neophodna je ugradnja i tahomasine, jer S8 sarno preko informacije 0 velleini protaka ne moie utvrditi broj obrtaja motara. a to znael i velicina momenta. Tahom asina ima zadatak da mjerl bra) obrtaja motora I da tu Informaclju pretvorl u povratnl signal, kojl oe 61
utvrditi taean polo~aj elemenata regu lacije. Principijelna shema konstrukcije sekundarne Jedinice kao cjeli ne prikazana je na sliei 1.51. Radna zapremina i velieina momenta hidraulicnog motora (2) reguli~u se pomocu Idipa upravljackog hidraulienog cilindra (4). koji se pomjera pomocu hidraulicne energije koju obezbjeduje hidraulieni tahogenerator (3). Kapacitet tahogeneratora je proporci onalan izlaznom broju obrtaja hidraulicnog motora (n 2)· Na prigu~nici koja je ugradena na obilaznom vodu dolazi do pada pritiska, a njego: va velieina je proporcionalna izlaznom broju obrtaja hidraullcnog motora I velielnl popreenog presjeka prigu~nice (5). Promjenom popreenog presjeka prig u~nice pomjera se klip hidraulicnog cilindra, pa dolazi do promjene nagibnog ugla radnog elementa hidraulienog motora. Kako je dotok ulja od pumpe (1) konstantan, .promjenom presjeka prigu~nice mijenja se i broj obrtaja hidraulicnog motora (2). Djelovanje sekundarne jedinice moze se posmatrati i kod obratnog djelovanja promjsne ulaznog para metra. Kod promjene velicine izlaznog obrtnog momenta (M 2) hidraulienog motora doci ce i do promjene izlaznog broja obrtaja, jer je ~ M n, pa ce se autornatski promijeniti i specificni volumen punjenja motora. sve dok se ne dostigne ranije zadata vrijednost broja obrtaja preko definisane protoene
o
povr~ine prigu~nika.
Uslov za rad hidraulicnog motara sa sekundarnom regul acijom, od nosno rad hidraulicnog motora u skladu sa karakterom optereeenja kao motora iii pumpe, je prikljucenje na sistem sa vise potrooata iii na sistem sa ugradenim hidraulicnim akumulatorima. Osim toga svi izvri§ni organ! sa sekundarnom regulacijom moraju biti prikljuceni na jedinstvene magistralns vodove: lIacni (P) u kom e vlada stalno ista vrijednost pritiska, povratni (R) u kome vlada pritisak od oko 3 bara i drenaZni (D) u kome nema pritiska. Uprootena shema hidraulicnog sistema sa nekoliko izvr~ni h organa koji imaju ugradene sisteme sekundarne regulacije prikazana je na slid 1.52. . Sistemi sa sekundarnom reg ulacijom predstavljaju sistem e kod kojih se upravljanje vr~i momentom sa povratnom spregom. Ra dna zapremina hidraulicnog motora nije jednoznacno odredena. Ona se mijenja paralelno sa promjenom momenta. Da bi se to ostvarilo automatski, rueni regulator pri kazan na siiCi 1.50 se
4 1
2
L!.J
3
Slika 1,5 1. Principijelna shems konstrukcije sekundame jedinice
62
zamjenjuje sa tahogeneratorom i pom oenim hidraulicnim krugom za upra";janJe brojem i smjerom rotaeije hidrauli6nog motora, Konstrukeija hidrauli6nog motora sa sekundarnom regulaeijom i vanjskim upravlja6kim krugom prikazana je na sliei 1,53, Upravljacko ulje se dovodi u desnu iii lijevu stranu hidraulicnog cilindra(4) preko razvodnog venti la (5), ,a ono S8 pod pritiskom dovodi i u usisnu stranu taho, generatora dvosmjernog djelovanja, Kolicinu upravljackog ulja odreduje stepen po, deSenosti regu latora protoka (7), a ona definioo vrijednost broja obrtaja hidraulicnog motora (3) , Hidraulicni motor i tahogenerator su medusobno mehanic.
",ems drugim jedintCama .
o
SlIka 1.52. Shema hidrauficnog sistema sa sekundarnom regulacijom
1
3
n,
M, 5
QJ'-L-LLIE~
bl
Slika 1.53. Hidraulicni motor sa sekundarnom regulacijom ; vanjskim upravljackim krugom
63
ki spregnuti, sto znaci da imaju uvijek isli broj obrtaja. Ventil za ogranicenje pritiska (9) i pad pritiska u regulatoru protoka (7) odreduju velicinu pritiska u tlacnom upravljackom vodu, a redoslijedni ventiI (8) odredu je stalnu vrijednost pritiska u povrat· nom vodu. U ravnotetnom slanju, kod postignutog deklarisanog momenta i broja obrtaja hidraulicnog molora, I ukljucenog pod napon elektromagnela (a) iii (b) raz· vodn09 ventila (5), klip hidraulicnog cilindra S8 pomjera u lijevu iii desnu slranu za velieinu propareionalnu zadanim parametrima. Za sve vrijeme dok su momenl i broj obrtaja konstantni sislem miruje, a klip hidraulicnog ci lindra drtl radne elemenle molara u odgovaralucem polozaju. Ako u toku rotacije hidraulicnog mol ora dode do promjene suprotstavljajuceg momenta rotacije, na primjer zbog promjene optereeenja, poveeava se izlazni broj obrtaja hidraulitnog motara, jer je njegova usisna strana povezana sa izvorom energije koji obezbjeduje stalnu vrijednost priliska ulja. Istovremeno se povecava i broj obrtaja lahogeneralora (2), a kako je doprema upravljackog ulja definisana stepenom podesenosti regulatora protoka, u usisnam upravljackom vodu dolazi do pada pritiska. Narusava se ravnoteta sila priliska sa lijeve i desne strane klipa hidraulicnag cilindra, pa S8 kilp pamjera u polozaj kojl ce smanjiti broj obrtaja motora na ranije zadanu vrijednost. Ova konstrukcija hidraulicnog motora sa sekundarnom regu tacijom obezbjeduje stalnu, zadanu vrijednost broja obrtaja (n2), bez obzira na promjenu veliCine suprolstavljajuceg momenta rotacije.
Kod hidraulitnih sistema sa ugradenim izvrsnim organima sa sekundarnom regulacijom, kaji imaju zadatak da ovisno 0 radnlm pararnelrirna mijenjaju broj abr· lala, u upravllackorn vodu se ugracluje regulalor protoka sa servoupravlj anjem iii proporcionatni razvodni ventiL Na slici 154 je prikazana shema sekundarne jedini-
7 p
1
6
.," - -
.~
,,/
-" "r 3 :
2
~-
.
L_
....- Pn
Slika 1.54. Hidraulicna shems sekundame regulacije sa servoregulatorom protoka
64
ce sa servoregulatorom prot aka. Ulje za pogon hldrau ll~ nog motora (1) I druglh Izvrsnlh organa vezanlh sa prlkazanlm hldrauliCnlm sistemom abezbjeduje pumpa (6) Iii hldrauli6nl akumulator (7). Bra) obrtaja matora je ovlsan od polataja kllpa regulaclonag hldraullcnog cillndra (4). Sa hldraullcnlm motaram (1) spregnuta je pumpa (2) , kaja obezbjeduje koll~I nu ulja proporclonalno braju obrtaja hldraulicnog motara. Palmaj kllpa rogulaclonog hldraullcnog cllindra je odrec1en odnasom pritl saka (p, ) I (P2) sa Iljeve I desne strane. Pritlsak (p,) dellnlse dvogranl regulator prltlska (3) I on je stalne vrljednostl, a prltlsak (P2) deflnlse koli~lna ulja (6 0 , + 6 02) koja se odvodl u rezervoar od grane upravljackog ulja. Kad stalne vrljednostl kaliclne ulja (Ou) odvedena koliCina ulja (602) zavlsl od pol ozaja servoregulatora (5). Upravljanje avlm venti·· 10m se vrsl preka elektranske pla~e, pa se promjenam ja~lne struje prema programu moze mijenjati stepen pode~enosti, a to znaei istovremeno i uticaj na promjenu prltlska (P2)' Ukallka se 1ell abavltl funkclja kocenja, avaj pritlsak treba da raste, kako bi khp regulacionog cilindra krenuo prem a neutral nom polozaiu i doveo radne elemente molara u palazaj smanjenog specllicnag valumena. U glavnl tlacnl vad stalna S8 davodl Ista koli ~ln a ulja konstantne vrljednostl prltlska, pa se vlsak raspala· live energije i ulja maze transportovati drugim izvr~nirn organima iii u hidrauli~n i &kumulatar. Ovom slstemu moze se dodatl I tahogeneratar, kojl pratl broj abrtaja motora I daje potrebnu Informaclju elektronskoj plotl koja upravlja polazajem serva· regulatora.
1.3. KON STRUKCIJA SISTEMA ZA FILTRIRANJE 1.3.1. Mjesto flilera u hidraulicnom sislemu U hldraullcnom ulju su uvljek, u veeoj Iii manjoj koliclnl prlsutne cestiee cvr· stih materljala, koje se najce&:e nazlvaju "neelstoeama". One u ulje pradlru Iz akoll· ne preko klipnjace hldraullcnlh cllindara I odzracnog venti la, kroz otvorene elemente hidraulicnog sistema za vrijeme zamjene iii popravke neke komponente, . iii se unose sa novirn uljem prilikom izmjene iii dopune uljnog punjenja. Osim njih, u ulju su prlsutne I cestlce nastale procesam habanja metal nih povr§lna kompanen· II, zaptlvnlh elemenata I odvaljenlh kom adlca boje. Bez abzlra na parljeklo neelstoca ane davode do daljnjlh astecenja povrslna hldraulicnlh kamponentl, smanjuju stepen zaptlvanja, III davode do za~epljenja malih procjepa iii alvara mlaznlca. Da bl se smanjila ill potpuno uklanila navedena negatlvna djelovanla, ulje se preelscava -- filtrira.. Ked hidrau!ienih sistema ulje se pre6iscava prilikom uljevanja u rezervoar, a u toku rada u Uacnom, povratnom, sporednom i sekundarnom loku ulja. Ovisno 0 vrsti ulja, konstrukciji hidrauUt nog sisterna i intenzitet.u oneciscenja, defini{;c se poIreban nlvo preel§cavanja. Kad hld raullcnlh sistema sa najvlslm stepenom zahtjeva u pogledu clst06e ulla (npr. servo·hldraullcnl pagol1l) neophodno je primljenltl veel· nu iii sve navedene mogucnosti filtriranja. Na slid 1.55 prikazana je uprostena she, ma hidrau1i6nog sistema sa filterima razlielte konstrukcije i mjesta ugradnje. Uslsnl filter (1) se ne ugraduje cesta u hldraulicne sl steme. To su filterl sa rela· livno vellkim pavrslnama svjetlih atvora, ako 100 I'm. Fllterl vlseg stepena Izdvaja·
65
nja neeist06a stvaraju vece otpore proticanju , pa m o~e d06i do sl abog napajanja usisne slrane pumpe uljem i kavitacije. Kod usisnih filtera cesto se ugraduje nepovratni ventil, preko koga se tran sporluje ulje kod zasicenja filtera ne~ i st06a m a, a moze se ugraditi i Uacni prekidac,
,
.
S/ika 1.55.
66
Hidrau/icnl sfstem sa filterima razlicite konstrukcije
Povratni filter (4) S8 ugraduje po pravilu kod svih hidraulicnih sistema, zato sto najve6i dio necistoca ulazi u hidraulicni sistem preko povrsine klipnjace hidrau· 116nog cillndra. Povratni filteri su niskotlacni. za radne pritiske do najeesee 25 bara, ovisno od konstruktivne koncepcije proizvodaca. Finoca filtriranja se krece do 25 .urn, a rijetko vise. Ovaj tip filtera ima obavezno ugraden nepovratni ventil, a prema potrebi i opticki ili elektropokaziv8c zasicenja necistocama, iii oba. Kod hidraulicnih sistema sa visokim stepenorn oneeiscenja i kod sistema sa opravdanaje ugradnja sekundarnih rezervoarima veeih zapremina (preko 1000 sistema filtriranja (6). To su zasebni krugovi cirkulacije sa ugradenom pumpom, eiji je minutni kapacitet do 100/0 volumena rezervoara. Najeesce S8 ugraduju zupcaste pumpe, a kod vecih protoka vijcane, radi smanjenja buke. Ovi sistemi su racionalno -rjesenje sa stanovista smanjenja troskova eksplatacije, jer se mogu ugraditi filteri sa znatno veeirn kapacitetorn pnkupljanja neeistoca od filtera koji je ugraden u tlaenorn iii povratnom vodu. Ako S8 uz to ugradi filter sa nitim stepenorn izdvajanja necistoC8 od tlacnog, iii se ugrade u seriju dva filtera razlicitog stepena izdvajanja n86isto· ca, eksploatacioni troskovi S8 mogu jos sniziti. Uljevni filteri (5) se rade najcesce u kornbinaciji sa filterom za 6iscenje vazduha. Finoe8 filtriranja se krece do 50 .urn, uz napomenu da bi trebalo teziti da filter za vazduh ima finocu filtriranja 3 i 5,Um. Kad zatvorenih hidraulicnih krugova problem filtriranja ulja je znatno slazeniji zbog toga sto su cjevovodi koji povezuju pumpu sa hidraulicnim motorom naizmjenicno usisni i tlacni. Zato se u zatvorenim hidraulicnim sistemima dodaje pomocni sistem, koji irna zadatak da, osim nadoknade izgubljene koJicine ulja, izmijeni i dio kolieine ulja koja cirkulise i koja je zaprljana. Ovaj dio hidraulienog sisterna se zbog toga i naziva sistem za ispiranje. Kapacitet pumpe sistema za ispiranje je oko 10% od kapaciteta pumpe zatvorenog hidraulienog sistema, a radni pritisak jo 10 do 25 bara. Shema zatvorenog hidraulicnog sistema sa pomocnim sistemom za ispiranje prikazana je na slici 1 .56. 6
n,
3.1
3J
4
2
3.2
7
3.4
Slika 1.56. Shema zatvorenog hidraulicnog sistema sa sistemom za ispiranje
67
Cl.
1
2
1. povrslnskl filter 2. dublnskl filter
v (g)
...
Slika 1.57. Promjena pada pririsk. u odno.,u na kolicinu izdvojenih nee/stoea Hldraulltna pumpa (2) I motor (7) su postavljenl u zatvorenom hldraull~nom slslemu. Ventllom za ogranleenje pritlska (4) obezbjeduje se polreban prilisak u jednom III drugom vodu, a pumpom (1) se preko nepovratnih venilia (3.3) I (3.4) vr~1 dopuna sistema svjezlm uljern. LJlje za Ispiranje se prlje ulaska u zatvoreni hid raull~ ni sislem preCi~cava preko filtera (6).
1.3.2. Karakterlsllke i proracun Ilitera U odnosu na vrslu materijala od kojega je Izraden fl lterski ulo~a:k, fiheri S8 dijele na povrsinske i (lublnske. PovrSinski flllen su Izradenl najeesce cd metalnih vlakana u obliku mrezlce, III su sastavljeni cd metalnih 88gmenala postavljenih na odstojanju jedan od drugog. NajviSi stepen finoee filll'iranja kod mrezastih filtera je 10 I' m, a filtera sa segmentlma 50 I' m. Dubinskl fllterl se Izraduju ad razlicltih materijala, a najeesce cd paplrnlh, staklenlh Iii metal nih vlakana I slnterovanih metalnlh zmaca. lako Imaju mogucnost viseg stepena izdvajanja neelstoea, Imaju ogranieeno podrueje primjene, jer su to filteri jednokratne upotrebe. Jedna ad osnovnih karakteristika filtera je razlika pritiska na ulazu i izlazu iz filtera. Na slici 1.57 prlkazana je kriva promjena razlike priliska u odnosu na poveeanje kolieine izdvojenih neeistoca kod povrslnskog I dublnskog filtera. Osim materijalom, filter se defjni~e j sa nekoliko druglh konstruktivnih parametara: brzinom proticanja ulja, razlikom pritiska, finocom filtriranja, velicinom i drugim. Brzina proticanja ulja kroz filter zavlsl ad mlesta ugradnje filtera u hldraulienom sistemu. Orijentaciono se maze ratunati sa sljede6im brzinama:
68
a) usisni filter: do 1,5 m/ s; b) tlacni filter: do 4,5 m/s kod 20 <:; P <; 40 bara; do 8 m/ s kod p .; 250 bara; do 12 ml s kod p .; 400 bara; c) povratni filter : do 4,5 m/s. Kod povratnih filtera protok se uve6ava U odnosu na kapacitet pumpe koeficijentom 1,5. Ova korekcija se vrsi zbog toga ~to se kroz povratni filter ulje potiskuje iz hidraulicnih eilindara, a odnos povr~ina klipne i klipnjacine strane iznosi najceSCe toliko. Razlika prltiska na ulazu i izlazu iz filtera i8 takoder ovisna ad mjesta ugradnje filtera: a) filteri za vazduh i komprimirani vazduh: b. p = 10 do 100 bara, b) usisni filteri b. p .; 0,1 bar, e) tlacni i povratni jilteri: - b. p <:; 2 bara, kod uobieajenih pritisaka filtriranja, - b. p ..; 5 bara, kod filtriranja visokim pritiskom, ._- b. p :( 16 bam, kod posebnih konstrukcija tiltera.
Finoca fittriranja sa mo~e definisati kao apsolutna i relativna. Apsolutna finoca filtriranja sa oznn6ava veli61nom najveee cestlee U obliku kugle kOja moze prod kroz okea filtera, a nominalna finoca filtriranja oznacava velicinu cestlea elji se stepen zadrZavanja krece oko 95%. Stepen Izdvajan/a necistoca se defini~a P - faktorom. On se defini~e kolie· nikom broja cestica odredene veli cinG ispred i iza filtera. P - faktor sa oznaeava sa Px, gdje je: P = n/n2; x - donja granicna velicina cestiee za koju se izraeunava
P-
faktor. Ako se, na primjer, tr,ui vrijednost P - faktora 10/1 m, ona ce sa proracunati prema:
P
= _broj cesliea ispred ! iltera_v ecih od 10 /1 m
10
broj cestiea iza liltera vecih od 10 /1 m
Raznim standardirna je definisano da se ocjena breja cestiea odredenih velicina mjari kod volumena od 100 ml. Ako se analizira filter koji obezbjeduje sljedeei stepen izdvajanja cestiea vecih od 10 /1 m: a) ispred filtera u koliCini od 100 ml ulja ima 100.000 cestica jednakih i veeih ad 10/1 m (to odgovara te~ini cvrSle komponente od 10 mgl l prema standardu ACFTD), b) u istoj kolieini ulja iz fiIIera ima 1000 cestiea isle velicine (~to odgovara lezini 0,08 mgll prema standardu ACFTD), on ce imati vrijednost P - faktora:
fJ 10
= 100 O()O_ = 100.
1000
69
Na slici 1.58 daje se gralicki i tabelarni prikaz promjene stepena odvajanja u odnasu na vrilednast p - laktora.
Slika 1. 58_ Grafioki i tabe/ami prikaz pramjene stepena izdvajanja (5) u adnas u na vrljednost a - faktora.
Iz niza vrijednosli fJ - laklma, koje su date u tabeli uz sliku 1,58 vrijedno je izdvojiti slijedece: fJ x = 2 odvajanja ;e 50 % - -- minimalni stepen zadriavan;a __stepen . cestlca;
20 7S
fJ x
. stepen odvajanja je 95 % _ stepen odvajanja je 98,6 % filtera za hidrauliku;
= 100
stepen odvajanja je 99 % -
nominalni stepen zadriavanja; donja graniea vrijednosti kod
apsolutni stepen zadrzavanja.
Na osnovu navedenog mogu se postaviti i nove definicije: -
Ako je
fJ x
,:; 20, filter je de finisan sa nominalnom linocom liltriranja.
-
Ako je
P,
~ 75, lilter ;e delinisa n sa apsolutnom finocom liltriran;a_
Dimenzionisanje kapaciteta fi ltera moze S8 izvrsiti i U odnosu na ACFTD -- specificni stepen zaprl;an;a a .Vrijed no st a se definise kao kolicina neci stlca koja se izdvojl u (g) kod pratoka od 1 lImin i kod 1000 sati rada filtera. Postupak utvrdivanja vrijednosti je definisan standardom ACFTD_ VaZno je naglasiti da ;e vrijednast
ovog koeficijent a razlieita j zavisi ad grupe masina u cijem je hidrau!icnom sistemu ugraden filter, ad nosna ad karakteristike stepena oneeiS6enja ul;a i zahtjeva samag hid raulic nog sistem a. Na sli el 1.S9 daje se gralicki prikaz promjene vrijednosti a kod tri karakteristicne grupe masi na. Za ocjen u uskladenosti ka paei!eta odabranog filtera i stepena prljallja ulja u hidraulicnom sistemu neophodno je imati na raspolaganju: 70
Stepen odvajanja karakteriile proeentualnu vrijednost kolicine izdvojenih necistoea i proracu nava se prem a:
S = 100 _ . ..100 (%) . {J a) dijagram promjene zasieenosti filtera u jedinieama te~ine (g) u odnosu na pad pritiska prom a standardu ACFTD (na slieil.60a pri kazan Je dija· gram jednog filtera protoka Q = 90 llmin); b) dijagram promjene zasicenosti filtera izr ~e no u procentima vremena potrebnog za potpuno zasieenje (ovo ispitivanj e se dobije testom Multipas-ISO 4572), kod koga se uzima da je mogu6e vrijeme zasi· cenja 3000 pogonskih sati rada, a potpuno vrijeme zasieenja od 100% odgovara najveCoj vrijednosti prema prethodnom dijagramu 16 9 (na sliei 1.60b je prikazan dijagram promjene); c) dijagram promjene pada priti ska u odn osu na promjenu protoka (na she; 1.60c prikazan je dijagram za analizirani filter) .
Iz dijagram a prikazanog na sli ei 1.60a se vi di da je zasicenje filtera potpuno kod izdvojenih 16 9 neeistoea, nakon 3000 radnih sati i kad pada pritiska od 5 bara. Sto se tice karakteristike filtera koja se odnosi na dazvoljeni pad pritiska, filter se analizira nakan 2073 sata rada. Kod protoka pumpe od 90 lImin iz dijagrama (slika 1.60b) ocitava se t::" p = 0,54 bara. Ukoliko bi dozvoljeni pad priti ska filtera t::" p bio veei od ocitanog, filter moze dalje raditi. Rad filtera od 2073 sati, predstavlja ako 69% od ukupnog vremena (3000 h) , sta prema standardu ACFTD adgavara zasieenju filtera ad 16 ·0,69 _ 11 ,04 g. Sad a so vrijednast a maze izracun ati prema: 0:
srednja yrijednosl najviM vrijednosl nojniw. vrijednost
rz.::2J
prljavi siSlemi
~
marte prtjavi sima ml
GnJpa mB!ina
Stika 1.59. Promjena specificne vrijednost; zaprljanja kod raz#citih grupa masina
71
o "" 9(} Umin.
wijednosr ACFTD/g __. _
..
,
~
,
.!,, -
_. , ... -'
0
C
,
N
.. - ....
.~
,e 0
>
~
0
~. E}
E ~ E ~ . Q) ' O - _ w
•
~
Jj
a:
c
,._"
0-
-
-
., --
..
50_____
&
~
~
"
~I
1__
100
Element nakon 2073 ~ta radE) - -
NOVI e\~nent
;f-+
.-.
~ ·_ w'w .
. -~
0
100% = 16g ACFTD
r
50
o (llmin)
,
~ I
8 "
I
"
100
Slika 1.60. Dijagrami za ocjenu oneiiiseenja IiItra kod pr%ka uljo do 90 Ilmin (46) Ova vrijednost se uporeduje sa vrijednostima iz dijagrama na slid 1.59 j donasi se odgovarajuci zakljucak. Proracun velicine tl acnog i povratnog filtera moze se izvr~it i na dva nacina: porn ocu protoka i pad a priti ska u filteru. Polazni, katalo~ ki podaoi 0 filteru daju se za viskoznost ulja od 30 mm 2/s(cSt) i gustinu p = 0.86 kg/ dm 3. pa se u odnosu na stvarne vrijednosti viskoznosti i gustine treba izvrsiti korekcija. Dozvoljeni pad pritiska u fi lteru se proracunava prema:
gdje ie: .6 p r - radni pad priti ska; .6 p p - dozvoljeni pad. pritiska prema prospektu proizvo<1aca filtera; p -radna gustina ulia; p - gustina ulia prema r . P prospektu proizvodaca fillera. Ukupan pad pritiska (.6p ) u filteru iednak ie zbiru pada pritiska u ku¢ittu i filterskorn elementu, korig ovan ~oeficiie ntom viskoznosti (1 , ) i koeliciientom opcih uslova. Proracunava se prema jednacini: .6 pp = (.6 Pk + 1, .6 pJ 12, gdje ie: .6 Pk - pad pritiska u kuci;;tu ; .6 p -- pad pritiska u elementu , 1, - koelicijent ~is koznosti, 12 - koeficijent op¢ih uslova.
•
Padovi priliska .6 Pk i .6 Pe se usvajaiu iz dijagrama koje daie proizvodac, a kao Iluslracija na slici 1.61 daje S8 karakteristika promJene kod proloka kroz liller dot 20 IIrnin i filterskih elemenala sa finoeom fillriranja 3,5, 10 i 20 11m.
