predavanja hip

HIDRAULIKA I PNEUMATIKA IHIDRAULIKA I PNEUMATIKA I

TehniTehniččki fakultet Sveuki fakultet Sveuččiliiliššta u Rijecita u RijeciZAVOD ZA KONSTRUIRANJE U ZAVOD ZA KONSTRUIRANJE U

STROJARSTVUSTROJARSTVUAutor: Red. prof. dr. sc. Dubravka SiminiatiAutor: Red. prof. dr. sc. Dubravka Siminiati

KoriKorišštena i literatura koja se preporutena i literatura koja se preporuččuje:uje:

Prijenos energije i upravljanjePrijenos energije i upravljanje

ElektriElektriččkikiMehaniMehaniččkiki

Prijenos fluidimaPrijenos fluidimaHidrauliHidrauliččkiki

Ulje, voda, ostale tekuUlje, voda, ostale tekuććineinePneumatskiPneumatski

Zrak, ostali plinoviZrak, ostali plinovi

ZAPAMTITETekućine ili plinovi

PumpePumpe

Cijevi i spojeviCijevi i spojevi

VentiliVentili–– RazvodniciRazvodnici–– ProtoProtoččni ventilini ventili–– TlaTlaččni ventilini ventili

Pretvarači energije – mehaničku energiju u hidrauličkuAnalogne generatorima

Analogni vodovima i terminalima

Analogni relejima i kontrolerima

HidraulikaHidraulika

KompresoriKompresori

Cijevi i spojeviCijevi i spojevi

VentiliVentili–– RazvodniciRazvodnici–– ProtoProtoččni ventilini ventili–– TlaTlaččni ventilini ventili

Pretvarači energije – mehaničku energiju u pneumatskuAnalogni generatorima

Analogni vodovima i terminalima

Analogni relejima i kontrolerima

PneumatikaPneumatika

H I D R A U L I K AH I D R A U L I K A

Fundamentalna znanost koja proučava zakonitosti kod tekućina je hidromehanika, a dijeli se na:

Hidrostatiku – zakonitosti tekućina u ravnoteži

Hidrodinamiku – zakonitosti tekućina u gibanju

HidraulikaHidraulikaHidraulika je znanost koja se bavi tehničkom primjenom hidromehanike

Uljna hidraulika dobila je naziv zbog primjene ulja kao medija za prijenos snage i informacija

Hidrostatski prijenosniciHidrostatski prijenosnici

Uređaji pomoću kojih se prenosi snaga i informacije od pogonskog do radnog stroja, a rade na principima hidrostatikenazivaju se hidrostatskim prijenosnicima.

Proces pretvorbe energije

Pogonski motor –

EM ili motor s unutarnjim izgaranjem

Pumpa Hidromotor Radni stroj

Mehanička energijaPretvorba mehaničke energije u energiju

tlaka radne tekućine

Pretvorba energije tlaka radne tekućine u mehaničku energiju

Mehanička energija

POGONSKI STROJ

PUMPA AKTUATOR –

HIDROMOTOR

RADNI STROJ

Glavni elementi hidrostatskog sustava prijenosa snage

MEHANIČKA VEZA S POGONSKIM MOTOROM

CJEVOVOD ZA SPAJANJE PUMPE I HIDROMOTORA

MEHANIČKA VEZA S RADNIM STROJEM

Simbolični prikaz hidrostatskog sustava

POGONSKI MOTOR PUMPA

AKTUATOR -

HIDROMOTOR RADNI STROJ

MEHANIČKA VEZA

HIDRAULIČKA VEZA

MEHANIČKA VEZA

Primjena hidrostatskih sustava za prijenos snage

Mobilni sustavi

Stacionarni sustavi

Primjeri primjene kod mobilnih sustava

Upravljanje zakrilcima i kormilom za kontrolu smjera letenja na avionima

Poklopci na grotlima Rampa na trajektu

Servisna dizalicaVitla

rovokopac.asx cilindar bagera.asx

Damper.asx

Hidraulika na građevinskim strojevima i vozilima

Primjeri primjene u stacionarnim sustavima

Stroj za brizganje plastike

Hidraulička preša

Obradni centar

Prednosti hidrostatskih sustava

1. Prijenos velikih sila s uređajima malih dimenzija

2. Bezstupanjska promjena brzine, brzine vrtnje, sila i momenata

3. Jednostavna kontrola svih parametara uz pomoć mjernih uređaja (manometara, termometara, mjerača protoka)

4. Jednostavna promjena smjera gibanja zbog malih zamašnih masa

5. Jednostavna pretvorba rotacijskog u pravocrtno gibanje i obrnuto

6. Podmazivanje elemenata uz pomoć radne tekućine

7. Mogućnost automatizacije pogona

8. Mogućnost ugradnje standardiziranih elemenata ili cijelih grupa

9. Konstruktivna sloboda kod slaganja elemenata i uređaja u prostoru

Nedostaci hidrostatskih sustava

1. Stupanj iskoristivosti relativno mali u odnosu na

mehaničke prijenosnike snage; gubici zbog strujanja i

curenja tekućine

2. Kompresibilnost radne tekućine; kašnjenje signala

3. Promjena viskoznosti radne tekućine s promjenom temperature i tlaka

4. Visoki zahtjevi za toćnošću izrade elemenata (viša cijena)

5. Visoki zahtjevi za čistoćom radne tekućine; stroge mjere za filtriranje i općenito održavanje sustava

Osnovni zakoni hidrostatike i Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamikehidrodinamike

s 1 s 2

2121 :: AAFF =1

Koliko je puta površina manjeg klipa veća od površine većeg klipa , toliko će puta biti povećanje sile F2 u odnosu na silu F1.

Pascalov zakon

Blaise Pascal (1623 – 1662)

Princip rada hidrauličke preše je i osnovni princip rada hidrostatskog prijenosnika snage.

JednadJednadžžba kontinuitetaba kontinuiteta--zazakon o odrkon o održžanju maseanju mase

vAm ⋅⋅ρ=&

222111 vAvA ⋅⋅=⋅⋅ ρρ

vAm ⋅⋅= ρ&

Maseni protoci kroz presjeke A1 i A2:

Uz nepromijenjenu gustoću: 2211 vAvA ⋅=⋅

Tekućina se ubrzava u smjeru suženja cijevi odnosno smanjuje joj se brzina u smjeru proširenja cijevi.

Bernoullijeva jednadBernoullijeva jednadžžba ba ––zakon o odrzakon o održžanju energijeanju energije

consthgvp =⋅⋅+⋅

+ ρρ2

constvp =⋅

Općeniti oblik jednadžbe

ENERGIJA HIDROSTATIČKOG TLAKA

KINETIČKA ENERGIJA

ENERGIJA POLOŽAJA

Energija položaja se može u hidrostatskim sustavima zanemariti, pa zakon o održanju energije za takve sustave glasi:

Daniel Bernoulli (1700 -1782)

consthgvp =⋅⋅+⋅

+ ρρ2

Vrste strujanja u cijevima i prolazimaVrste strujanja u cijevima i prolazima

Prilikom strujanja realne tekućine pojavljuje se trenje, kako u samoj tekućini tako i između stijenki i tekućine. Gubici nastali strujanjem realne tekućine kroz cijevi i prolaze u hidrostatskim uređajima, izražavaju se u obliku pada (gubitka) tlaka.

U hidrauličkim instalacijama i cjevovodima strujanje može biti ili laminarno ili turbulentno.

lp1 p2

Laminarno strujanje

Kod laminarnog strujanja tekućina se kreće u slojevima okomito na smjer strujanja. Zbog toga je takvo strujanje i dobilo naziv slojevito strujanje (lat. lamina = sloj). Dakle, strujnice su paralelne s osi cijevi.

221max 4

Turbulentno strujanje

Oblik strujanja fluida kod kojeg se dijelovi fluida gibaju nepravilno s neujednačenim lokalnim brzinama.

Opis strujanja omogućava Poiseuilloeovzakon ali samo za uvjete laminarnog strujanja. Kod neke kritične brzine strujanja, strujanje će postati turbulentno, koje je karakterizirano kaotičnim gibanjem.

Kod strujanja u uljno hidrauličkim pogonima zbog pulzacija u strujanju te lokalnog smanjenja viskoznosti, granica prijelaza iz laminarnog u turbulentno strujanje je u granicama Re = 1900 …3000.

Reynoldsov broj

Osborne Reynolds ( 1842 – 1912)

Gubici strujanja u cijevima i prolazima Gubici strujanja u cijevima i prolazima

dlppp R

⋅⋅⋅=−=Δ

Koeficijent gubitaka

Za laminarno strujanjeRe64

Za turbulentno strujanje 25,0Re3164,0 −⋅=λ

Lokalni gubici tlaka2

2vp ρξ=Δ faktor lokalnih otpora

Gubici curenja u rasporimaGubici curenja u rasporima

Raspora ima u svim hidrostatskim uređajima i od velikog su značaja za funkcioniranje uređaja. Dužina i širina raspora obično su preko 5 mm, dok je njihova visina između 5 i 20 μm.

Zbog takvih dimenzija, strujanje je u rasporima laminarno, tj. Reynoldsova značajka ima malu vrijednost.

Ravni raspor

lppbQL

⋅⋅

Koncentrični raspor

lppdQL

⋅⋅⋅⋅

=ηδπ

Ekscentrični raspor

( )3213

5,1112

εηδπ

⋅+⋅−

⋅⋅⋅⋅

ppdQL2

dD −=δ δ

Gubici curenja rastu s trećom potencijom veličine raspora

TlaTlaččni udar ni udar –– hidraulihidrauliččki udarki udar

Tlačni udar nastaje uslijed nagle promjena tlaka u instalaciji zbog brze promjene brzine strujanja, izazvane naglim zatvaranjem ili otvaranjem protoka ulja.

vcp ⋅⋅=Δ ρ

Brzina širenja zvuka Srednja brzina strujanja

Povećanje tlaka

Brzina širenja zvuka:

Eol – modul elastično ulja

di – protočni promjer cijevi

ES – modul elastično materijala cijevi

s – debljina stijenke cijevi

ρ- gustoća ulja

Mjere za spriječavanje tlačnog udara u hidrostatskim sustavima: ugradnja akumulatora neposredno prije ventila za zatvaranje.

KavitacijaKavitacija

Kavitacija je pojava stvaranja šupljina unutar toka radnog medija.

Ako na nekom mjestu strujnog toka dođe do smanjenja apsolutnog tlaka (suženje presjeka), tako da tlak padne do tlaka zasićenja tekućine (kod zadane temperature), tekućina će početi isparavati pa će se pojaviti šupljine ispunjene parama, koja struja nosi sa sobom.

Kada mjehurići dođu u područje manje brzine tj. većeg tlaka, oni će implodirati (stisnuti se). Pri tome nastaju veliki udarci.

Dogodi li se to u blizini stijenke čvrstog materijala, nastaje njeno razaranje (kavitacijska korozija).

Zato je važno na kritičnim mjestima voditi računa o apsolutnom tlaku ( npr. na spoju usisnog voda i pumpe).

Pitanja za ponavljanjePitanja za ponavljanje

PomoPomoćću kojeg se medija prenosi energija u hidrauliu kojeg se medija prenosi energija u hidrauliččkim kim prijenosnicima?prijenosnicima?PomoPomoćću kojeg se medija prenosi energija u u kojeg se medija prenosi energija u pneumatskim prijenosnicima?pneumatskim prijenosnicima?Kako se naziva fundamentalna znanost koja se bavi Kako se naziva fundamentalna znanost koja se bavi prouprouččavanjem zakonitosti kod tekuavanjem zakonitosti kod tekuććina i kako se dijeli?ina i kako se dijeli?ŠŠto je hidraulika, a to je hidraulika, a ššto uljna hidraulika?to uljna hidraulika?ŠŠto su to hidrostatski prijenosnici?to su to hidrostatski prijenosnici?Na kojem se principu zasniva rad hidrostatskih Na kojem se principu zasniva rad hidrostatskih prijenosnika?prijenosnika?

Kakav je slijed pretvorbe energije u hidrostatskih Kakav je slijed pretvorbe energije u hidrostatskih prijenosnika?prijenosnika?Navedite glavne elemente hidrostatskog sustava prijenosa Navedite glavne elemente hidrostatskog sustava prijenosa snage.snage.Gdje se koriste hidrostatski sustavi?Gdje se koriste hidrostatski sustavi?Navedite prednosti hidrostatskih sustava.Navedite prednosti hidrostatskih sustava.Navedite nedostatke hidrostatskih sustava.Navedite nedostatke hidrostatskih sustava.Objasnite Pascalov zakon.Objasnite Pascalov zakon.Objasnite jednadObjasnite jednadžžbu kontinuiteta; kako se jobu kontinuiteta; kako se jošš naziva taj naziva taj zakon?zakon?Objasnite Bernoullijevu jednadObjasnite Bernoullijevu jednadžžbu; kako se taj zakon jobu; kako se taj zakon joššnaziva?naziva?

Navedite vrste strujanja tekuNavedite vrste strujanja tekuććina.ina.Kakvo je to laminarno strujanje?Kakvo je to laminarno strujanje?Kakvo je turbulentno strujanje?Kakvo je turbulentno strujanje?Kako glasi Reynoldsov broj za cijevi i prolaze?Kako glasi Reynoldsov broj za cijevi i prolaze?Za koje vrijednosti Reynoldsovog broja prelazi Za koje vrijednosti Reynoldsovog broja prelazi laminarno u turbulentno strujanje u hidrostatskim laminarno u turbulentno strujanje u hidrostatskim sustavima?sustavima?O O ččemu ovise gubici strujanja?emu ovise gubici strujanja?Kako nazivamo joKako nazivamo jošš gubitke strujanja?gubitke strujanja?

Koja veliKoja veliččina ima najveina ima najvećći utjecaj na curenje u i utjecaj na curenje u rasporima?rasporima?ZaZaššto je bitno da raspori budu centrito je bitno da raspori budu centriččni?ni?Koji je uzrok nastanku tlaKoji je uzrok nastanku tlaččnog udara?nog udara?O O ččemu ovisi poveemu ovisi poveććanje tlaka uslijed tlaanje tlaka uslijed tlaččnog udara?nog udara?Kakvim se tehniKakvim se tehniččkim rjekim rješšenjem moenjem možže sprijee spriječčiti pojava iti pojava tlatlaččnog udara u hidrostatskim sustavima?nog udara u hidrostatskim sustavima?ŠŠto je kavitacija?to je kavitacija?Kako nastaje kavitacijska korozija?Kako nastaje kavitacijska korozija?Koje je najKoje je najććeeššćće mjesto pojave kavitacije?e mjesto pojave kavitacije?

Radna tekuRadna tekuććinaina

Radna tekuRadna tekuććina* u hidrauliina* u hidrauliččkom sustavu obavlja slijedekom sustavu obavlja slijedećće e osnovneosnovne

funkcije:funkcije:

prenosi energijuprenosi energijuprenosi signal (tlaprenosi signal (tlaččni impuls)ni impuls)podmazuje pokretne dijelove strojeva i uređajapodmazuje pokretne dijelove strojeva i uređajaodvodi toplinu nastalu uslijed gubitaka u sustavuodvodi toplinu nastalu uslijed gubitaka u sustavuprigupriguššuje, zbog tlauje, zbog tlaččnih udara, nastalu buku i vibracije.nih udara, nastalu buku i vibracije.

*U stranoj literaturi koristi se pojam fluid (*U stranoj literaturi koristi se pojam fluid (lat.lat. fluidus fluidus –– tekutekućći) ili radni fluid (i) ili radni fluid (eng. eng. working fluid), working fluid), premda ga se mopremda ga se možže nae naćći i u nai i u naššoj tehnioj tehniččkoj literaturi. Budukoj literaturi. Budućći da se u hidraulii da se u hidrauliččkim sustavima kim sustavima pored hidraulipored hidrauliččkih ulja koriste i neki drugi fluidi, usvojen je pojam kih ulja koriste i neki drugi fluidi, usvojen je pojam radna tekuradna tekuććinaina..

Svojstva radne tekuSvojstva radne tekuććineine

Radna tekuRadna tekuććina je u hidrauliina je u hidrauliččkim pogonima izlokim pogonima izložžena ena visokom visokom tlaku, gibanju i povitlaku, gibanju i poviššenim temperaturamaenim temperaturama. Ti utjecaji ne smiju . Ti utjecaji ne smiju bitno mijenjati svojstva radne tekubitno mijenjati svojstva radne tekuććine. Zbog svega ine. Zbog svega navedenog radna tekunavedenog radna tekuććina treba zadovoljiti mnogobrojne ina treba zadovoljiti mnogobrojne zahtjeve, kao zahtjeve, kao ššto su:to su:

viskoznost treba biti od 20 do 30 mmviskoznost treba biti od 20 do 30 mm22/s kod 50/s kod 50ooC. Ne smije C. Ne smije se bitno mijenjati s promjenom temperature. Smanjenjem se bitno mijenjati s promjenom temperature. Smanjenjem viskoznosti, naime, poveviskoznosti, naime, poveććava se curenje i smanjuje ukupan ava se curenje i smanjuje ukupan stupanj iskoristivosti sustavastupanj iskoristivosti sustava

sposobnost podmazivanja, tj. treba tvoriti sposobnost podmazivanja, tj. treba tvoriti ččvrst uljni film i na vrst uljni film i na taj nataj naččin sprijein spriječčiti preveliko trenje međusobno pokretnih iti preveliko trenje međusobno pokretnih dijelovadijelova

treba štititi strojne dijelove od korozije

ne smije kemijski utjecati na savitljive gumene cijevi i brtveod sintetskih materijala

ne smije imati sklonost stvaranju pjene. Pojava pjene možedovesti do gubitka snage i pojave kavitacije

treba biti kemijski postojana

ne smije, miješajući se s vodom, stvarati emulziju (najvišedo 1vol.%) da se ne bi promijenila viskoznost

treba se lako odvajati od zraka. Ako se u ulju nalazi treba se lako odvajati od zraka. Ako se u ulju nalazi zrak u obliku mjehurizrak u obliku mjehurićća utjecat a utjecat ćće, e, između ostalogizmeđu ostalog, na , na povepoveććanje kompresibilnosti tekuanje kompresibilnosti tekuććineine

ne smije biti ne smije biti šštetna po zdravlje, a zagrijana do radne tetna po zdravlje, a zagrijana do radne temperature ne smije stvarati otrovne paretemperature ne smije stvarati otrovne pare

treba biti velikog toplinskog kapaciteta, kako bi kod treba biti velikog toplinskog kapaciteta, kako bi kod povipoviššenih temperatura mogla savladati veliko enih temperatura mogla savladati veliko termitermiččko optereko optereććenje. Kratkotrajno se ulje moenje. Kratkotrajno se ulje možže e zagrijati i preko 100 zagrijati i preko 100 ooC, ali je normalna radna C, ali je normalna radna temperatura oko 60 temperatura oko 60 ooCC

treba biti postojana na starenje (prije svega zbog termitreba biti postojana na starenje (prije svega zbog termiččkih kih utjecaja), jer se starenjem mijenjaju svojstva tekuutjecaja), jer se starenjem mijenjaju svojstva tekuććineine

ne smije biti zapaljiva, plamine smije biti zapaljiva, plamiššte i tote i toččka samozapaljenja ka samozapaljenja trebaju biti trebaju biti ššto je moguto je mogućće vie viššii

teciteciššte i temperatura na kojoj prestaje tete i temperatura na kojoj prestaje tećći moraju biti i moraju biti ššto nito nižžee

treba biti treba biti ššto je moguto je mogućće manje kompresibilna, tj. treba biti e manje kompresibilna, tj. treba biti velikog modula kompresibilnostivelikog modula kompresibilnosti

krutih krutih ččestica treba biti estica treba biti ššto manje kako se ne bi poremetila to manje kako se ne bi poremetila funkciju uređajafunkciju uređaja..

Da bi ulje imalo sva ova svojstva potrebno je koristiti Da bi ulje imalo sva ova svojstva potrebno je koristiti razne razne aditiveaditive koje osnovnom ulju poboljkoje osnovnom ulju poboljššavaju avaju svojstva.svojstva.

NajNajččeeššćće se koriste e se koriste mineralna uljamineralna ulja, u specijalnim , u specijalnim slusluččajevima ajevima sintetskasintetska (kod pove(kod poveććane opasnosti od ane opasnosti od popožžara), ara), emulzije s vodomemulzije s vodom (kod veliki potro(kod veliki potroššaačča), a a), a najnoviji je trend primjena najnoviji je trend primjena biorazgradivih uljabiorazgradivih ulja..

Fizikalna svojstva radnih tekuFizikalna svojstva radnih tekuććinaina

Kompresibilnost

Smanjenje volumena pri poveSmanjenje volumena pri poveććanju tlaka nazivaanju tlaka nazivase se kompresijakompresija..

ϑ =10 °C0f

30 °C

50 °C

70 °C

90 °C

110 °C

Pretlak p / bar0

200 400 600 800

ar4 K= f ( p ,ϑ )e u

−=ΔΔ

−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Srednji adijabatski modul kompresije:

0 2001

400 600 800100

υ= f ( p ,ϑ )e u

0,70,5

ϑ =11

90 °C

70 °C

50 °C

30 °C

10 °C

Pretlak p / bare

0 Relativna promjena volumena

Zagrijano ulje, koje nije pod tlakom je kompresibilnije nego lihladno koje nije pod tlakom.U praksi se uzima da je rast modula kompresije linearan s porastom tlaka do 300 bara.

GustoćaGustoća se definira kao omjer mase i volumena :

Gustoća se mijenja s promjenom tlaka i temperature. Podaci o gustoći hidrauličkih tekućina nalaze se u tablicama za temperaturu od 150C i atmosferskom tlaku od 1bara.

0,800,82

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

ρ= f (ϑ ,p )eu

Temperatura ϑ / °Cu15

Referentna temperatura

p =800 bare

600 bar400 bar200 bar0 bar

Ovisnost gustoće o temperaturi hidrauličke tekućine dana je izrazom:

( )CuC0

15 150 −−= ϑαρρϑ

65,0=α kg/(m3 K).

Ovisnost gustoće o tlaku dana je izrazom:

Cp Δ−

1015 ( ) 11107565 −⋅≈ KTκ Pa-1.

Izraz za promjenu gustoće kod istodobne promjene tlaka i temperature hidrauličke tekućine je:

( )pT Δ+= κρρ ϑ 1

Viskoznost

Viskoznost je takvo svojstvo hidrauličkih tekućina, kojim je predstavljena veličinu unutarnjeg trenja između slojeva tekućine. Među slojevima se prema Newtonovom zakonu pojavljuje smično naprezanje, koje djeluje kao otpor kretanju čestica. tekućine.

Brzina strujanja

Sloj 1

Sloj 2

Profil brzine

ρην =

Odnos kinematske i dinamičke viskoznosti:

[m2/s] - kinematska viskoznost[Pas] - dinamička viskoznost[kg/m3] - gustoća.

νηρ

Ovisnost viskoznosti o temperaturi (VT – odnos)

Temperatura ϑ / [°C ]

-30° -20° -10° 0° 10° 20° 40° 60° 80° 100°10

1006846

Ovisnost viskoznosti o tlaku (VP – odnos)

S povećanjem tlaka povećava se i viskoznost ulja, a osobito je taj utjecaj potrebno uzeti u obzir za tlakove iznad 100 bara. Tise podaci obično daju u tablicama.

Hidrostatski strojevi

Princip rada pumpi i hidromotora

I kod pumpe i kod hidromotora pretvorba se energije postiže pokretanjem radnog elementa.

Osnovni je princip rada hidrostatskih strojeva neprestana promjena volumena radnih komora (volumetrički strojevi).

Kod pumpi se u fazi povećanja volumena radne komore stvara podtlak u odnosu na spremnik radne tekućine, zbog čega se komora puni – faza usisavanja. Kada se pod utjecajem djelovanja radnog elementa volumen komore smjanjuje nastaje faza tlačenja. Pri tome se radnoj tekućini predaje energija, koju ona predaje hidromotoru.

U komore hidromotora radna tekućina dolazi pod visokim tlakom, pri čemu potiskuje radne elemente, a volumen se radne komore povećava. Hidraulička energija radne tekućine predaje se preko radnih elemenata, izlaznom vratilu u vidu mehaničke energije. Izlaz radne tekućine iz hidromotora je pod nekim malim tlakom.

Promjena volumena radnih komora postiže se različitim gibanjem radnih elemenata:

translacijskim,

rotacijskim ili

rotacijsko-translacijskim gibanjem

Zapamtite: Veličina tlaka posljedica je opterećenja vratila hidromotora.

Protok je volumenska količina radne tekućine koju daje stroj u jedinici vremena

Teorijski protok pumpe/hidromotora

nQQth ⋅= 1

[ ]okrmqQ /2 311 π⋅= Specifični protok

[ ]11,min −− sn Brzina vrtnje vratila stroja

[ ]radmq /31 Specifični protok

ωπ ⋅=⋅⋅= 11 2 qnqQth

Protok pumpe/hidromotora

Stvarni protok pumpe/hidromotora

Stvarni je protok manji od teorijskog za veličinu iscurjele tekućine.

PUMPA Lppthp QQQ −= ,

HIDROMOTOR

LMLp QQ , Iscurjela radna tekućina

Δp=const

LMMthM QQQ += ,

Q1=const

Teorijska snaga pumpe/hidromotora

Teorijska snaga je ona koja je ekvivalentna teorijskom protoku pri danom padu tlaka (razlika tlakova na ulazu i izlazu) kroz stroj.

[ ]WpnQpQP thth Δ⋅⋅=Δ⋅= 1

U mehaničkim sustavima je:

ϖ⋅= thth TP

[ ]Nmpqn

pnQPT thth Δ⋅=

⋅Δ⋅⋅

Stupanj iskoristivosti pumpe/hidromotora

Stupanj iskoristivosti ovisi o veličini volumetričkih (curenja) i mehaničkih (trenja) gubitaka.

Volumetrički stupanj iskoristivostiPokazuje kolike se stvarni protok razlikuje od teorijskog.

PUMPApth

,1 −=

−==η

HIDROMOTORM

MthVM Q

−== 1,η

Mehanički stupanj iskoristivosti Pokazuje koliko se odvedeni moment razlikuje od dovedenog.

PUMPAul

pthmp T

T ,=η gppthul TTT −= ,

- moment na ulazu u pumpu

- gubici momenta izazvani trenjem i hidrauličkim gubicima u pumpi

HIDROMOTORMth

izlmM T

gMMthizl TTT −= ,

izlT - moment na vratilu hidromotora

Ukupni stupanj iskoristivosti

mpvptp ηηη ⋅=PUMPA

HIDROMOTOR mMvMtM ηηη ⋅=

Pogonska snaga na vratilu pumpe

ϖπη

Δ⋅=

Δ⋅⋅

⋅=⋅=

pQ Δ⋅=η

Δ⋅=

Pogonska snaga na vratilu hidromotora

MthtM Δ⋅

⋅⋅

=⋅=pQ

MizltM Δ⋅

=Δ⋅

tMMizl pQP η⋅Δ⋅=

Podjela hidrostatskih strojeva

Prema obliku radnih elemenata dijele se na:

1. Zupčaste strojeve – radni elementi zupčanici

2. Vijčane strojeve – radni elementi vijčanici

3. Krilne strojeve – radni elementi krilca

4. Klipne strojeve – radni elementi klipovi

Zupčasti strojevi

U osnovi mogu raditi i kao pumpe i kao hidromotori.

Radni elementi su im zupčanici.

Promjena volumena postiže se rotacijskim gibanjem radnih elemenata.

Spadaju u grupu hidrostatskih strojeva kojima se protok ne može regulirati.

Prednosti:

vrlo jednostavne konstrukcije i sigurni u pogonu, osobito

kod niskih tlakova

cijena im je niža u odnosu na druge strojeve

Nedostaci:

mali stupanj iskoristivosti ( u najboljem slučaju 90 %)

velike pulzacije i šumovi

mala trajnost

veliki pritisci u ležajima

Prema maksimalnom tlaku dijele se u tri grupe:

0,6 MPa – jednostavna konstrukcija

6 MPa – potrebna veća preciznost kod izrade

20 MPa – vrlo složene konstrukcije

Primjena:

Široka primjena na mobilnoj hidraulici

Na stacionarnim strojevima uglavnom alatnim strojevima

Kod servoupravljanja na vozilima

Konstrukcijske karakteristike i način rada zupčastih strojeva

Izrađuju se najčešće s dva evolventna zupčanika s ravnim zubima. Postoje i izvedbe s srednjim pogonskim i dva pogonjena zupčanika. Zbog visokog nivoa buke koji stvaraju u radu (68-88 dB), izrađuju se i s kosim evolventnim ozubljenjem s nagibom zuba 5-80.

Zupčaste pumpe s vanjskim ozubljenjem

Zupčaste pumpe s unutarnjim ozubljenjemPumpa sa sastoji od kućišta, zupčanika s unutarnjim ozubljenjem i zupčanika s vanjskim ozubljenjem. Zupčanik s vanjskim ozubljenjem je pogonski, s unutarnjim pogonjeni. Zupčanik s unutarnjim ozubljenjem je smješten u kućištu s izvjesnom zračnošću. Kretanje zupčanika s vanjskim ozubljenjem izaziva rotaciju zupčanika s unutarnjim ozubljenjem, te oni zajedno rotiraju. Pri tome na mjestu gdje zupčanici izlaze iz zahvata nastaje potlak, radna tekućina ulazi u radnu komoru, ispunjava međuzublja i transportira u tlačnu komoru. Srp je nepokretan i služi za razdvajanje usisne od tlačne komore.

Zupčasti strojevi s cikloidnim ozubljenjemIz osnovne konstrukcije zupčaste pumpe s unutarnjim ozubljenjem razvila se zupčasta pumpa s cikloidnim ozubljenjem. Kinematika je identična, ali je zupčanik s vanjskim ozubljenjem napravljen s jednim zubom manje nego li zupčanik s unutarnjim ozubljenjem. Takva geometrija osigurava potpuno odvajanje usisne od tlačne zone, te nije potreban dodatni element (srp) koji će ih odvajati.

Konstrukcijske karakteristike i naKonstrukcijske karakteristike i naččin rada in rada vijvijččanih strojevaanih strojeva

Radni elementi vijčanih pumpi su vijčanici. Obavljaju rotacijsko gibanje. Nemaju mogućnost regulacije protoka.

Prednosti:protok bez pulzacija, miran radpouzdane u radu i velik vijek trajanja

Nedostaci:niži radni tlakovimala specifična snagarelativno visoka cijena

Primjena:dobavne pumpe za ložištau sustavima za podmazivanjeu procesnoj industriji

Rotacijom pogonskog vretena u jednom i pogonjenog vretena u suprotnom smjeru, zahvaća se radna tekućina na usisnoj strani u prostor između dva zavoja i translacijski se potiskuje prema tlačnoj strani. Brtvljenje između niskotlačne i visokotlačne zone ostvaruje se po crti dodira vretena i kućišta.

Konstrukcijske karakteristike i naKonstrukcijske karakteristike i naččin rada in rada krilnih strojevakrilnih strojeva

Prednosti:male dimenzije i kompaktna konstrukcijaneznatna pulzacija protoka, mala bukapovoljan volumetrički stupanj iskoristivostimogućnost regulacije protoka (jednoradni - povoljno uprimjeni kod upravljanja i regulacije)

Nedostaci:osjetljivi na vršne tlakove (lom krilaca)nepovoljan mehanički i ukupan stupanj iskoristivostijednostrano opterećenje rotora i vratila (jednoradni)nemogućnost regulacije protoka (višeradni i izvedba slopaticama u statoru).

Primjena:glavna primjena kod alatnih strojevadozirne pumpe u procesnoj industriji

Radni elementi krilnih strojeva su krilca.

Radni elementi obavljaju rotacijsko-translacijsko gibanje.

Pojedinim vrstama strojeva može se regulirati protok.

USIS TLAK

KRILCA

ROTOR VRATILO

Pumpa je sastavljena od statora, rotora i krilaca, koja su umetnuta u žljebove usječene u rotoru. Centar rotora je pomaknut u odnosu na os statora za veličinu ekscentričnosti (e).O veličini ekscentričnosti ovisi protok pumpe. Stoga su česte izvedbe pumpi s promjenljivom veličinom ekscentričnosti, odnosno protoka.

STATOR

Uslijed djelovanja centrifugalne sile i sile opruga, koje su smještene s donje strane krilaca, u području povećanja zazora, krilca se izvlače iz žljebova rotora. Radne komore, ograničene površinama dvaju susjednih krilaca, bočnim stranama, te površinama rotora i statora, povećavaju se, pa se uslijed stvorenog podtlaka, komore pune radnom tekućinom. U području smanjenja zazora, krilca se zbog djelovanja sile pritiska na mjestu kontakta površine statora i krilca, uvlače u rotor, pa se volumen komora smanjuje. U tom području se radni medij pod tlakom potiskuje iz pumpe.

Višeradni (balansirani) krilni strojevi

Da bi se povećao protok pumpi, odnosno moment torzije hidromotora, rade se posebne izvedbe kućišta s više komora. Kod takvih konstrukcija, u svakoj je komori po jedan proces usisavanja i tlačenja radne tekućine. Kod takvih izvedbi nije moguće regulirati protok.

Konstrukcijske karakteristike i naKonstrukcijske karakteristike i naččin rada in rada klipnih strojevaklipnih strojeva

Klipni se strojevi dijele prema položaju radnih elemenata u odnosu na pogonsko vratilo na:

Aksijalno klipni strojevi

Radijalno klipni strojevi

Redni klipni strojevi

Aksijalno klipni strojeviAksijalno klipni strojeviTeorijski svaki stroj može raditi i kao pumpa i kao hidromotor.

Radni elementi su im klipovi.

Imaju mogućnost regulacije protoka.

Maksimalni radni tlakovi su im preko 40 MPa.

Kada rade kao hidromotori mogu razvijati moment do 3000 Nm.

Način rada pumpePokretanjem pogonskog vratila pokreće se cilindarski blok budući su mehanički vezani. Klipovi koji su preko kliznih papučica naslonjeni na kosu ploču počinju se izvlačiti odnosno uvlačiti u cilindrima. U fazi izvlačenja povećava se radni prostor te se uslijed stvorenog potlaka tekučina usisava, a kada se cilindar uvlači, smanjuje se volumen radne komore te se tekućina potiskuje pod tlakom.

Način rada hidromotora

Iz pumpe dolazi radni medij pod visokim tlakom. Pri tome potiskuje sve cilindre koji su vezani dovodni kanal razvodnog zrclala. Tangencijalna komponenta sile tlaka stvara moment kojim se počinje rotirati cilindarski blok, a isto tako i pogonsko vratilo s njim mehanički vezano. Izlaz radne tekućine iz radne komore cilindara preko zajedničkog izlaznog kanala na razvodnom zrcalu je pod nekim malim tlakom.

Aksijalno klipni strojevi s kosom pločom

Specifični protok aksijalno klipne pumpe s kosom pločom

KOSA PLOČA

PAPUČICACILINDARSKI BLOK

POGONSKOVRATILO

0- POLOŽAL KLIP

RAZVODNO ZRCALO

h – hod klipa

A – povšina poprečnog presjeka klipa

DT – diobeni promjer za α = 0

α - nagib pločeZ – broj klipova

αtan⋅= tDh - hod klipa

αtan1 ⋅⋅⋅=⋅⋅= TDAzhAzQ

Način rada pumpeZakretanjem pogonskog vratila počinju se zakretati i klipovi koji su preko kuglastih ležajeva vezani na prirubnicu vratila. Zajedno sa klipovima počinje rotirati i cilindarski blok. Zbog izvedenog nagiba bloka, klipovi se također pomiču aksijalno u cilindrima. Svi cilindri u kojima se povećava radna komora spojeni su na usisni kanal razvodnog zrcala i u toj fazi oni usisavaju radnu tekućinu. U području u kojem se klipovi približavaju razvodnom zrcalu smanjuje se volumen radnih komora te klipovi potiskuju radnu tekućinu u tlačni kanal razvodnog zrcala.

Način rada hidromotoraUlje pod visokim tlakom dolazi u cilindre koji su u tom momentu spojeni sa dovodnim kanalom razvodnog zrcala. Cilindri bivaju potiskivani, a tangencijalna komponenta sila tlaka koja se pojavljuje zbog nagiba bubnja izaziva rotaciju cilindarskog bloka i pogonskog vratila. U fazi kada se klip približava razvodnom zrcalu ulje s minimalnim tlakom odlazi iz hidromotora.

Aksijalno klipni stroj s nagnutim bubnjem

POGONSKO VRATILO

0- POLOŽAJ

CILINDARSKI BLOK

RAZVODNO ZRCALO

h – hod klipa

A – površina poprečnog presjeka klipa

DT – diobeni promjer kuglastih ležajeva

α - nagib bubnja

z – broj klipova

Q1 = z · A · h = z · A · DT · sinα

Specifični protok aksijalno klipne pumpe s nagnutim bubnjem

Radijalno klipni strojeviRadijalno klipni strojevi

RadijalnoRadijalno--klipni strojevi mogu raditi i kao pumpe i kao klipni strojevi mogu raditi i kao pumpe i kao

hidromotori. Klipovi su im smjehidromotori. Klipovi su im smješšteni radijalno u odnosu na teni radijalno u odnosu na

pogonsko vratilo. Postoji mogupogonsko vratilo. Postoji moguććnost da se aksijalno u smjeru nost da se aksijalno u smjeru

pogonske osi smjesti vipogonske osi smjesti višše redova radijalno smjee redova radijalno smješštenih tenih

cilindara.cilindara.

Mogu razvijati tlakove do Mogu razvijati tlakove do 35 MPa35 MPa..

Mogu razvijati momente do Mogu razvijati momente do 170 000 Nm170 000 Nm..

Vrste radijalno klipnih strojevaVrste radijalno klipnih strojeva

Radijalno klipni strojevi dijele se u dvije grupe:Radijalno klipni strojevi dijele se u dvije grupe:

S klipovima u rotoruS klipovima u rotoru

S klipovima u statoruS klipovima u statoru

Konstrukcijske karakteristike i naKonstrukcijske karakteristike i naččin rada in rada radijalnoradijalno--klipnih strojevaklipnih strojeva

RadijalnoRadijalno--klipni strojevi s klipovima u klipni strojevi s klipovima u rotoru rotoru

S pogonskom je vratilom (3) čvrsto spojen rotor (2) u kojem se smješteni klipovi (4). Klipovi se pomiču radijalno u svojim cilindarskim prostorima zbog izvedene ekscentričnosti između osi statora (7) i osi rotora. Cilindri također rotiraju zajedno s rotorom i pri tome se oslanjaju na stazu statora preko valjčića (5), koji se kotrljaju smješteni u žljebovima (6). Da se spriječe poprečne sile između klipa i cilindra, klipovi i rotor se vode preko valjnih ležaja (8). Dovod i odvod radne tekućine obavlja se preko razvodnih kanala u priključku (1).

Postoji li mogućnost da se stator uz pomoć ručnog kotača (9), navojnog vretena (10) i matice (11) na osovini (12) zakrene, tada se promijeni ekscentričnost između statora i rotora. Tako se promijeni hod klipa u cilindru, odnosno promijeni se protok.

Premda se ovakvi tipovi strojeva u praksi najčešće koriste kao hidromotori, mogu raditi i kao pumpe.

RadijalnoRadijalno--klipni strojevi s klipovima u klipni strojevi s klipovima u statoru statoru

PAPUČICA

EKSCENTAR

RAZVODNIK

VRATILO

Spada u grupu sporohodnih strojeva. Klipovi su preko hidrostatski kompenziranih papučica naslonjeni na ekscentar pogonskog vratila. Dovod i odvod radne tekućine se obavlja preko razvodnika iz kanala visokog i kanala niskog tlaka , a povezani su s radnim prostorom cilindara.

SpecifiSpecifiččni protok radijalno klipnih pumpini protok radijalno klipnih pumpi

zQ KK 244

1 ⋅π⋅

⋅=⋅π⋅

Moment torzije radijalno klipnih motoraMoment torzije radijalno klipnih motora

MKM pedzpQ

T ΔΔ ⋅⋅⋅=⋅π

42dK – promjer klipa

z – broj klipova (neparni 5,7,9)

e - ekcentričnost između osi statora i rotora

Visokomomentni radijalni hidromotori

Visokomomentni radijalni hidromotori imaju u rotoru smješteno 8 do 15 cilindara, koji se oslanjaju na odrivnu stazu koja je izvedena najčešće u obliku visoke sinusoide. Oslanjanjem na odrivnu stazu klipovi bivaju pomicani pod djelovanjem tlaka iz pumpe i vraćani onoliko puta unutar pune rotacije koliko je izvedeno bregova na odrivnoj stazi. Na taj se način hidromotoru movećava moment.

Pulzacije protoka i momenta klipnih Pulzacije protoka i momenta klipnih strojevastrojeva

Pulzacija protoka uzrok je i drugim pojavama u hidrostatskom sustavu:

RADNI ELEMENT

PULZACIJA PROTOKA

PULZACIJA TLAKA

SVOJSTVA TLAČNOG

DJELOVANJE INSTALACIJE

POJAVA BUKE

TLAČENJE

USISAVANJE

TRENUTAČNI UKUPNI PROTOK

TRENUTAČNI PROTOK SVAKOG

CILINDRA

Nastanak ukupnog protoka klipne pumpe sa 6 cilindara

Hidromotori s ograniHidromotori s ograniččenim gibanjemenim gibanjem

Grupa hidrostatskih strojeva koja se koristi isključivo kao hidromotori, tj. pretvarači hidrauličke u mehaničku energiju.

Dijele me u dvije grupe:

Hidromotore s pravocrtnim gibanjem – cilindri

Hidromotore s ograničenim rotacijskim gibanjem – moment

cilindri

CilindriCilindri

Cilindri na grabilici bagera

Dijele se u dvije grupe:

1. Jednoradni

2. Dvoradni

Jednoradni cilindriJednoradni cilindri

Samo se sa strane klipa može dovesti ulje pod tlakom. Rad se obavlja samo u jednom smjeru.Radna tekućina struji u prostor klipa na kojem se zbog djelovanja protusile (opterećenje teretom) stvara tlak. Nakon savladavanja protusile klip se počinje pomicati.

U povratnom hodu, klipni je prostor povezan cjevovodima sa spremnikom. Povratni hod se odvija ili djelovanjem vlastite težine, opruge ili tereta.

Jednoradni teleskopski cilindriJednoradni teleskopski cilindri

A 1A 2A 3 A

Uvijek kada su potrebni veliki hodovi cilindara, a ugradni je prostor mali, koriste se teleskopski cilindri. Dužina hoda im može biti i 8 puta veća od iste dimenzije standardnog cilindra. Najveću primjenu imaju u mobilnoj hidraulici.

Kako cilindar mora dati konstantnu silu koja je jednaka:

ApF ⋅=i ako pumpa šalje konstantni protok:

AvQ ⋅=

tada su odgovarajući tlakovi koje mora dati pumpa, odnosno brzine kojima se giba pojedini klip teleskopskog cilindra sljedeći:

(miminalni tlak)

(maksimalni tlak)

Qv = (minimalna brzina)

Qv = (maksimalna brzina)

Dvoradni cilindri - diferencijalni

Pomicanje klipa cilindra obavlja se djelovanjem tlaka radne tekućine s obje strane klipa. Pod uvjetom istog tlaka i protoka što ga daje pumpa:

U radnom hodu je: 11 ApF ⋅=

U povratnom hodu: 22 ApF ⋅=2

2 AQv =

Kako je: 21 AA f 21 FF f 21 vv p

Dvoradni cilindar s prolaznom Dvoradni cilindar s prolaznom klipnjaklipnjaččomom

Ukoliko je potrebno ostvariti iste sile i brzine gibanja klipa u oba smjera gibanja klipa, tada se koriste cilindri s prolaznom klipnjačom. Skuplji su od diferencijalnih cilindara, a zbog tri izvedena brtvena mjesta imaju velike gubitke trenja.

Moment cilindriMoment cilindri

Moment cilindar s nazubljenim klipom

Ukoliko je potrebno ostvariti ograničeno rotacijsko gibanje (< 3600), tada se koriste moment cilindri. Ovaj je sastavljen od klipa s nazubljenim letvom, koji je u zahvatu s jednim zupčanikom montiranim na pogonskom vratilu. Smjer rotacije ovisi s koje se strane cilindra dovodi ulje pod tlakom.

Moment na pogonskom vratilu je:

2dApT ⋅⋅=

A – površina klipad – diobeni promjer zupčanika

Zbog kompliciranog izvođenja brtvljenja na pravokutnim površinama, koriste se za tlakove do 120 bar.

Moment na vratilu moment cilindra je:

zrApT m ⋅⋅⋅= A – površina krilca

rm - srednji polumjer krilca

z – broj krilaca

Moment cilindri s krilcima

Na pogonskom vratilu smješteno je krilce (mogu biti 2 i 3). Smješteni su u kućištu, s montiranim segmentom, i sa svake strane segmenta po jedan priključak za dovod radne tekućine. Ovisno na koji se priključak dovodi radna tekućina pod tlakom, ovisi smjer rotacije vratila. Zbog konačne dimenzije krilca i segmenta, kut zakretanja kod moment cilindra je:

S jednim krilcem je α < 3000

S dva krilca je α < 1200

S tri krilca je α < 700

SEGMENT

ROTOR S KRILCEM

Koje osnovne funkcije obavlja radna tekuKoje osnovne funkcije obavlja radna tekuććina u hidrostatskim ina u hidrostatskim sustavima?sustavima?Koliku kinematsku viskoznost mora imatu ulje?Koliku kinematsku viskoznost mora imatu ulje?ZaZaššto je poto je požželjno da se viskoznost ne mijenja s poveeljno da se viskoznost ne mijenja s poveććanjem anjem temperature?temperature?ŠŠto znato značči imati dobro svojstvo podmazivanja?i imati dobro svojstvo podmazivanja?Koju temperaturu smije imati radna tekuKoju temperaturu smije imati radna tekuććina tokom rada?ina tokom rada?ŠŠto se dodaje uljima da bi imala sva potrebna svojstva dobre to se dodaje uljima da bi imala sva potrebna svojstva dobre radne tekuradne tekuććine?ine?Navedite vrste ulja koja se koriste kao radne tekuNavedite vrste ulja koja se koriste kao radne tekuććine u ine u hidrostatskim sustavima.hidrostatskim sustavima.ŠŠto je to kompresibilnost fluida?to je to kompresibilnost fluida?

NapiNapiššite izraz za relativnu promjenu volumena.ite izraz za relativnu promjenu volumena.NapiNapiššite izraz za gustoite izraz za gustoćću.u.Koji parametri utjeKoji parametri utječču na promjenu gustou na promjenu gustoćće radne e radne tekutekuććine?ine?Kako glasi definicija viskoznosti?Kako glasi definicija viskoznosti?Kako glasi Newtonow zakon za viskoznost?Kako glasi Newtonow zakon za viskoznost?Kakav je odnos kinematske i dinamiKakav je odnos kinematske i dinamiččke viskoznosti?ke viskoznosti?Koji parametri utjeKoji parametri utječču na promjenu viskoznosti?u na promjenu viskoznosti?Koji je osnovni princip rada hidrostatskih strojeva?Koji je osnovni princip rada hidrostatskih strojeva?NapiNapiššite izraz za ukupni stupanj iskoristivosti pumpe i ite izraz za ukupni stupanj iskoristivosti pumpe i hidromotora.hidromotora.Podjela hidrostatskih strojeva prema vrstama radnih Podjela hidrostatskih strojeva prema vrstama radnih elemenata.elemenata.

Navedite vrste zupNavedite vrste zupččastih strojevaastih strojevaOpiOpiššite zupite zupččastu pumpu.astu pumpu.OpiOpiššite naite naččin rada zupin rada zupččaste pumpe.aste pumpe.OpiOpiššite naite naččin rada zupin rada zupččastog hidromotora.astog hidromotora.Kakvo gibanje obavljaju radni elementi vijKakvo gibanje obavljaju radni elementi vijččanih anih pumpi?pumpi?Kakvo gibanje obavljaju radni elementi krilnih Kakvo gibanje obavljaju radni elementi krilnih strojeva?strojeva?Koji su osnovni dijelovi krilne pumpe?Koji su osnovni dijelovi krilne pumpe?Kojim se parametrom mijenja protok krilne pumpe?Kojim se parametrom mijenja protok krilne pumpe?

OpiOpiššite princip rada krilnih pumpi/motora.ite princip rada krilnih pumpi/motora.ŠŠto se postito se postižže dvoradnom krilnom e dvoradnom krilnom pumpom/motorom?pumpom/motorom?Navedite vrste klipnih strojeva i zaNavedite vrste klipnih strojeva i zaššto se tako dijele?to se tako dijele?Koliki su maksimalni radni tlakovi kod klipnih Koliki su maksimalni radni tlakovi kod klipnih strojeva?strojeva?OpiOpiššite naite naččin rada aksijalno klipnih pumpi/motora s in rada aksijalno klipnih pumpi/motora s kosom plokosom ploččom.om.OpiOpiššite naite naččin rada aksijalno klipnih strojeva s in rada aksijalno klipnih strojeva s nagnutim bubnjem.nagnutim bubnjem.NapiNapiššite izraz za specifiite izraz za specifiččni protok za obje vrste ni protok za obje vrste aksijalno klipnih pumpi.aksijalno klipnih pumpi.

Navedite vrste radijalno klipnih strojeva.Navedite vrste radijalno klipnih strojeva.NapiNapiššite izraz za specifiite izraz za specifiččni protok radijalno klipnih ni protok radijalno klipnih pumpi.pumpi.ZaZaššto su visokomomentni radijalni hidromotori dobili to su visokomomentni radijalni hidromotori dobili taj naziv?taj naziv?Koji je razlog pojavi pulzacija kod klipnih strojeva?Koji je razlog pojavi pulzacija kod klipnih strojeva?Navedite podjelu hidromotora s ograniNavedite podjelu hidromotora s ograniččenim enim gibanjem.gibanjem.Navedite podjelu cilindara.Navedite podjelu cilindara.Na koji se naNa koji se naččin osigurava povrat klipnjain osigurava povrat klipnjačče kod e kod jednoradnih cilindara?jednoradnih cilindara?ZaZaššto se dvoradni cilindri nazivaju diferencijalni?to se dvoradni cilindri nazivaju diferencijalni?

U kojim se sluU kojim se sluččajevima koriste teleskopski cilindri?ajevima koriste teleskopski cilindri?U kojim se sluU kojim se sluččajevima koriste cilindri s prolaznom ajevima koriste cilindri s prolaznom klipnjaklipnjaččom?om?Navedite neke tipove moment cilindara.Navedite neke tipove moment cilindara.Kako glasi izraz za moment Kako glasi izraz za moment ššto ga daje moment to ga daje moment cilindar s ozubljenom klipnjacilindar s ozubljenom klipnjaččom?om?Kako glasi izraz za moment na cilindru s krilcima?Kako glasi izraz za moment na cilindru s krilcima?Koliki su kutevi zakretanja moment cilindra s jednim, Koliki su kutevi zakretanja moment cilindra s jednim, dva i tri krilca?dva i tri krilca?

REGULACIJSKI UREĐAJIREGULACIJSKI UREĐAJI

U regulacijske uređaje spadaju sve vrste ventila. Njihova je funkcija:

regulacija smjera protoka radne tekućine regulacija tlaka radne tekućineregulacija protoka radne tekućine

Prema svojoj funkciji se ventili dijele na:razvodne ventile (razvodnike)tlačne ventileprotočne ventile

Razvodni ventiliRazvodni ventili

Razvodnim se ventilima regulira smjer protoka radne tekućine. Dijele se u tri grupe:

s klipom koji se pomiče aksijalnos rotirajućim klipomventilski razvodnici

a) b) c)

a) Neutralni položaj – Cilindar miruje. Pumpa tlači ulje i preko razvodnika se vraća u spremnik. Tlak ulja je takav da pokrije gubitke strujanja dospremnika.b) Izvlačenje klipa cilindra – Ulje dolazi na klipnu stranu cilindra. Tlak ovisi o opterećenju na klipnjači. Ulje sa strane klipnjače vraća se u spremnik.

c) Uvlačenje klipa cilindra - Ulje pod tlakom dolazi na stranu klipnjače. Klip se uvlači. Ulje sa strane klipa odlazi u spremnik.

Direktno aktivirani razvodnici

Ručno upravljanje razvodnikom

Hidrauličko ili pneumatsko upravljanje razvodnikom

Indirektno upravljani razvodnici

Elektro-hidraulički aktiviran razvodnik s opružnim centriranjem

Proporcionalni razvodnici

Izlazna veličina (protok) proporcionalna je jakosti struje ulaznog signala. Upravljački tlak pomiče klip glavnog razvodnika sve do one vrijednosti kada se sila tlaka izjednači sa silom u opruzi.

Izbor razvodnika prema funkciji

Upravljanje jednoradnim cilindrom

Upravljanje dvoradnim cilindrom

(s neutralnim položajem)

TlaTlaččni ventilini ventili

Zaporni ventiliZaporni ventili

Osnovna je uloga zapornih ventila zatvaranje protoka u jednom smjeru, a dozvoljavaju ga u drugom smjeru. Izvode kao ventili sa sjedištem: s kuglicom ili stošcem kao zapornim elementom. Postoje dvije osnovne izvedbe zapornih ventila:

nepovratni ventil

deblokirajući nepovratni ventil

Nepovratni ventili

Uloga je nepovratnog ventila da propusti struju radne tekućine kada ona dostigne tlak kojim se može savladati sila opruge (ili masa kuglice ili konusa), koja drži kuglicu ili konus naslonjene na sjedište ventila. U suprotnom smjeru strujanje nije moguće.

a) Nepovratni ventil s kuglicom

b) Nepovratni ventil s konusom

c) Simbol nepovratnog ventila

opterećenog oprugom

d) Simbol nepovratnog ventila

bez opruge

Deblokirajući nepovratni ventil

Deblokirajući nepovratni ventil ima funkciju nepovratnog ventila u jednom smjeru strujanja radne tekućine, a u drugom smjeru postaje protočni ventil.

Ventil za ograniVentil za ograniččenje tlakaenje tlakaUloga je ventila za ograničenje tlaka zaštita sustava od preopterećenja. Ako se zbog prevelikog opterećenja na hidromotoru, zahtijeva od pumpe tlak veći od onog na kojeg je podešen ventil za ograničenje tlaka, on se otvora i propušta izvjesnu količinu radne tekućine iz tlačnog voda pumpe u spremnik.

Indirektno upravljani ventil za ograničenje tlaka

Za protoke veće od 150 l/min koriste se indirektno upravljani ventili za ograničenje tlak. Takvi ventili osiguravaju manje pulzacije protoka i tlaka.

Regulator tlaka

Ukoliko je u nekom dijelu hidrauličkog kruga potrebno održavati konstantni tlak, ugrađuje se regulator tlaka.

U slučaju povećanja tlaka pN-K klip (2) pomaknut će se suprotno djelovanju opruge (3) te prigušiti otvor (1). Zbog povećanja pada tlaka u ventilu tlak pN-K će pasti na reguliranu vrijednost.

Ventili za regulaciju protokaVentili za regulaciju protoka

Ukoliko se cilindar ili hidromotor snabdijevaju radnom tekućinom iz pumpe konstantnog protoka, a iz nekog je razloga potrebno promijenti brzinu gibanja klipa ili brzinu vrtnje vratila hidromotora, tada se u tlačni vod ugrađuje prigušni ventil uz pomoć kojeg se smanjuje protok. Na taj se način umjetno stvara otpor koji u sustavu predstavlja određeni gubitak. Višak radne tekućine odvodi se preko ventila za ograničenje tlaka.

Q = Q1+Q2

Q – protok iz pumpe

Q1 – protok prema cilindru

Q2 – protok kroz ventil za

ograničenje tlaka

Prigušni ventiliPrigušni ventili izvode se s konstantnim prigušenjem ili se prigušenje može mijenjati.

a) Prigušnica

b) Blenda

Konstantno prigušenje

Regulirano prigušenje

c) Prigušenje iglom

d) Prigušenje rasporom

e) Prigušenje utoromf) Prigušenje utorom

h) Prigušenje zavojnicom

g) Prigušenje zavojnicom

Dvograni regulator protoka

Da bi se isključio utjecaj oscilacija tlakova, potrebno je osigurati da na prigušnom mjestu vlada uvijek isti pad tlaka (pz-pSy). To se postiže s klipom, koji se naziva i tlačna vaga, kao pokretno prigušno mjesto.

Opruga potiskuje klip u smjeru otvaranja i drži ga zatvorenog kada kroz ventil nema strujanja. Ako kroz ventil protječe tekućina, na klip će djelovati sila koja nastaje od tlaka koji uvijek djeluje na dvije površine.

FKSyKz FApAp +⋅=⋅K

FSyz A

Fpp =−

Uvjet ravnoteže pokazuje, da je na prigušnom mjestu pad tlaka proporcionalan sili u opruzi. Kako nastaju vrlo mali hodovi u opruzi, može se uzeti da je sila u opruzi približno konstatna.

Naraste li tlak na ulazu u ventil, pomaknut će se klip u smjeru zatvaranja. Pri tome se smanji protok koji struji prema prigušniku tako dugo dok se tlak na ulazu ne smanji, a zahvaljujući tome što razlika tlakova na ulazu i izlazu postane jednaka sili u opruzi podijeljenoj s površinom AK. Protok dakle ostane konstantan.

Ako se promijeni tlak na izlazu (poveća ili smanji) pomiče se klip tako dugo dok se ponovo ne ostvari uvjet:

FSyz A

Fpp =−

Kod dvogranog se regulatora protoka višak tekućine odvodi u spremnik preko ventila za ograničenje tlaka. To znači da pumpa uvijek radi s maksimalnim tlakom. Pogodno samo za niskotlačne sustave.

Trograni regulator protoka

Višak se tekućine odvodi izravno iz regulatora protoka u spremnik.

Pogodno za visokotlačne sustave.

P-Q karakteristika prigušnika i ventila za regulaciju protoka

PRIGUŠNIK

VENTIL ZA REGULACIJU PROTOKA

Kod prigušnika je protok ovisan o razlici tlakova na mjestu prigušenja, što znači da s povećanjem pada tlaka protok raste.

⋅⋅⋅

Viskoznost se mijenja prema:

Kod regulatora protoka protok je neovisan o razlici tlakova, koji djeluju na ulazu i izlazu iz ventila. Ugrađuju se tamo tamo gdje je i pored različitih opterećenja potrošača potrebno ostvariti konstantnu radnu brzinu.

Razdjelnik protoka

Ukoliko jedna pumpa mora snabdijevati dva potrošača, tada se ugrađuje razdjelnik protoka.

rechtslinksges QQQ += konstQQ

rechts

links =

ŠŠto su to regulacijski uređajito su to regulacijski uređaji??Kako se dijele ventili i kakve su im funkcije?Kako se dijele ventili i kakve su im funkcije?Objasnite simboliObjasnite simboliččno oznano označčavanje razvodnih ventila.avanje razvodnih ventila.Objasnite naObjasnite naččin rada proporcionalnog razvodnika.in rada proporcionalnog razvodnika.Objasnite funkciju zapornog ventila te navedite vrste zapornih Objasnite funkciju zapornog ventila te navedite vrste zapornih ventila.ventila.Nacrtajte simbole nepovratnih ventila?Nacrtajte simbole nepovratnih ventila?U kojim se sluU kojim se sluččajevima koriste deblokirajuajevima koriste deblokirajućći nepovratni ventili?i nepovratni ventili?Koju ulogu imaju ventili za ograniKoju ulogu imaju ventili za ograniččenje tlaka i gdje se ugrađujuenje tlaka i gdje se ugrađuju??

U kojim se sluU kojim se sluččajevima koriste indirektno upravljani ventili za ajevima koriste indirektno upravljani ventili za ograniograniččenje tlaka?enje tlaka?Kakvu ulogu ima regulator tlaka u hidrostatskim sustavima i Kakvu ulogu ima regulator tlaka u hidrostatskim sustavima i gdje se ugrađujegdje se ugrađuje??ŠŠto se postito se postižže ugradnjom prigue ugradnjom priguššnog ventila?nog ventila?Navedite vrste priguNavedite vrste priguššnih ventila te njihovo simbolinih ventila te njihovo simboliččno no oznaoznaččavanje.avanje.Objasnite naObjasnite naččin rada dvogranog ventila za regulaciju protoka.in rada dvogranog ventila za regulaciju protoka.Objasnite naObjasnite naččin rada trogranog ventila za regulaciju protoka.in rada trogranog ventila za regulaciju protoka.Nacrtajte pNacrtajte p--Q karakteristiku priguQ karakteristiku priguššnika i regulatora protoka.nika i regulatora protoka.Kada se ugrađuju razdjelnici protokaKada se ugrađuju razdjelnici protoka??

POMOPOMOĆĆNI UREĐAJINI UREĐAJI

Cjevovodi

1. Kruti cjevovodi – najčešće čelične cijevi, šavne i bešavne (hladno valjane) ovisno o tlaku koji vlada u cjevovodu - za čvrsto spajanje elemenata

2. Savitljivi cjevovodi – koriste se u slučajevima kada se radni element giba, ili je cjevovod potrebno često demontirati

Sve se cijevi moraju odabrati ili proračunati prema:

radnom tlaku

brzini strujanja

minimalnom polumjeru savijanja

Kruti cjevovodi

Osnovni kriteriji za izbor materijala cijevi je čvrstoća cijevi, hrapavost površine i homogenost materijala. Najviše se koriste bešavne hladno valjane čelične cijevi (obavezno za visoke tlakove) i šavne cijevi za niskotlačne cjevovode. Izuzetno se koriste cijevi od bakra, mesinga i aluminija.

Protočni promjer cijevi

srvQd 607,4=

d – m – protočni promjer cijevi

Q – m3/s - protok

vsr – m/s – srednja brzina strujanja vsr

Proračun debljine stijenke cijevi

⋅⋅⋅

pDs200

s – mm – debljina stijenke

D – mm – vanjski promjer cijevi

p – bar - tlak u cijevi

σdop - dopušteno naprezanje materijala

na tlak

ν - faktor sigurnosti (2-4)

Savitljivi cjevovodiNa svim onim mjestima gdje nije moguće ugraditi krute cijevi, ugrađuju se savitljive: spojevi s pokretnim dijelovima, prostorno teško spojiva mjesta, spojevi koji se skidaju i premještaju i sl.

Materijal savitljivih cijevi podložan je starenju, osjetljiv na vibracije i visoke temperature, veće brzine strujanja itd.

GUMA, POLIESTER, POLIURETAN

ČELIČNA MREŽA

Postavljanje savitljivih cijevi

PriključciPriključcima se spajanju uređaji i cjevovodi.

Priključci za međusobno spajanje krutih cijevi i krutih cijevi s uređajima

a) Priključak s prstenom koji se utiskuje u cijev

b) Priključak sa steznim prstenom

c) Priključak za konusno formirani završetak cijevi

d) Priključak za završetak cijevi na koju je zavaren

konusni dioe) Spoj cijevi sa zavarenom prirubnicom

Brzorastavljive spojnice

Brzorastavljive spojnice se koriste za povremeno spajanje ili odvajanje elemenata hidrauličkih sustava od energetskog priključka. Utikač i utičnica imaju nepovratne ventile kojima se spriječava izlaz ulja nakon prekida veze.

Brtve i brtveni elementi

Brtveni elementi u hidraulici sprečavaju prodor ulja u okolinu ili unutar sustava. Ovisno o namjeni, različitih su konstrukcijskih izvedbi.

Razlikuju se prema:

Stupnju brtvljenja koji valja ostvariti

Vrsti i statusu kretanja

Tlaku u sustavu

Statusu dodira

Vrsti materijala iz kojeg su izrađeni

Apsolutna nepropusnost traži se kod prodora hidrauličke tekućine prema van. Propusnost prema van smatra se neispravnošću sustava.

Unutar sustava potrebna je propusnost u obliku stvaranja mazivog sloja zbog podmazivanja.

Vrste brtvljenja

SpremniciSpremnici

Spremnici su posude za držanje hidrauličke tekućine.

Namjena im je višestruka:

Pohranjuju dovoljnu količinu hidrauličke tekućine za nesmetan i

pravilan rad sustava

Omogućuju hlađenje hidrauličke tekućine (po potrebi i grijanje

ugradnjom grijača)

Omogućuju nesmetano izdvajanje plinova

Omogućuju izdvajanje vode

Konstrukcija spremnikaZa izradu se spremnika koriste Al - limovi, čelični limovi ili limovi od nehrđajućeg čelika.

Volumen spremnika

psp QzV ⋅= Z – 3…8 - broj optoka u minuti

Qp – protok pumpe u l/min

FilteriFilteri

Filteri omogućavaju normalan rad sustava i povećavaju njegovu trajnost. Zračnosti između kliznih elemenata su do 20 μm, a za servosustave do 3 μm, pa je u skladu s time potrebno osigurati i finoću filtriranja ulja.

Krute čestice u struji radne tekućine djeluju abrazivno, oštećujući fine klizne površine, sjedišta ventila, a u rasporima se zaglavljuju i utiskuju u plohe.

Posljedice:

Jače istjecanje ulja zbog lošijeg brtvljenja

Blokiranje rada kliznih dijelova

Promjena karakteristika regulacije protoka

Smanjenje trajnosti

Regulacijski ventili

Ventil sa sjedištem

Erozija na brtvenim površinama

Karakteristike filteraKarakteristike filtera se iskazuju na sljedeći način:

Finoćom filtriranjaKoličinom izdvojenih česticaKoličinom protoka kroz filterPadom tlaka

izlazunanulazunan

βx- omjer broja čestica određene veličine x prije filtriranja i broja čestica iste veličine nakon filtriranja

Ugradnja filtera

ULOŽAK FILTERA

ČAŠICA FILTERAGLAVA FILTERA

POKLOPAC FILTERA

TLAČNI FILTER POVRATNI FILTER

Ugradnja filtera u hidraulički sustav

HidrauliHidrauliččki akumulatoriki akumulatori

Hidraulički akumulatori su spremnici hidrauličke tekućine pod tlakom.

Funkcije su im sljedeće:Akumuliranje energije

Korištenje akumulirane hidrauličke energije prema po potrebi

Trenutno osiguranje energije kod prestanka rada pumpe (kvar,

nestanak energije za pokretanje pumpe i sl.)

Nadomjestak hidrauličke tekućine kod gubitka curenjem

Štednja energije

Prigušenje udara i pulzacija

Način rada hidrauličkog akumulatora

U tijelu akumulatora nalazi se razdjelni član (mijeh, membrana ili klip), kojim se odvajaju plin (najčešće dušik) i hidraulička tekućina.

Osnovni parametri za dimenzioniranje akumulatora su tlak, volumen i temperatura. Procesi koji se zbivaju s plinom prilikom ekspanzije odn. kompresije su najčešće politropski (između adijabate i izoterme).

Akumulator se prije puštanja u rad puni plinom na tlak p1 i volumen V1. Ugradnjom u hidraulički sustav, prilikom punjenja tekućinom plin se sabija na određeni tlak i volumen, pa će tlak tekućine biti jednak tlaku plina. Ukoliko u sustavu padne tlak ispod vrijednosti p2, iz akumulatora će poteći tekućina u sustav.

Tipovi hidrauličkih akumulatora

AKUMULATOR S MIJEHOM

AKUMULATOR S MEMBRANOM

AKUMULATOR S KLIPOM

Uređaji za hlađenje i grijanjeUređaji za hlađenje i grijanje

Toplinska bilanca hidrauličkog sustava

Grijanje iz okoliša

Gubici u pumpama i hidromotorima

Gubici strujanja u cijevima i lokalni gubici

Aktivna površina elemenata najviše spremnika

Hladnjaci

HIDRAULIČKI SUSTAV

U hidrauličke se sustave ugrađuju hladnjaci ili grijači. To ovisi o uvjetima rada sustava. Razlog tome je što ulje mora imati određenu viskoznost kako bi rad sustava bio ispravan. Uobičajena temperatura ulja je od 40oC do 50oC, a samo u iznimnim slučajevima i do 80oC.

U sustavima s malim protokom energije dovoljno je hlađenje u spremniku. Kod većih snaga, kao i u uvjetima visoke temperature okoliša, ugrađuju se hladnjaci (najčešće vodom hlađeni).

U uvjetima niskih temperatura, ulje na početku rada sustava nema dovoljnu viskoznost, pa se stoga koriste grijači. To su najčešće električni grijači ili grijači s vodenom parom ili toplim zrakom (ugrađuju se u spremnike ulja).

REGULACIJA RADOM REGULACIJA RADOM HIDROSTATSKOG SUSTAVAHIDROSTATSKOG SUSTAVA

OTVORENI KRUŽNI TIJEK ZATVORENI KRUŽNI TIJEK

POLUOTVORENI KRUŽNI TIJEK

Vrste kružnih tijekova

UPRAVLJANJE PRIGUŠENJEM

PUMPOM KONSTANTNOG PROTOKA PUMPOM S REGULIRANIM PROTOKOM

“LOAD SENSING”

Preko sustava za povratnu dojavu o opterećenju udešavaju se vrijednosti tlaka i protoka prema potrebama potrošača.

Regulaciju je moguće ostvariti pumpom s konstantnim ili reguliranim protokom.

SEKUNDARNA REGULACIJA

Sustavna regulacija potrošača. Regulira se brzina vrtnje hidromotora. Kada se u određenim slučajevima dovodi energija hidromotoru, motor počinje raditi kao pumpa da bi održao konstatnu brzinu vrtnje.

Ovaj se način rada primjenjuje tamo gdje:

1. Više potrošača radi paralelno, a dio se energije može vratiti u sustav kao npr. u slučajevima kočenja jednog hidromotora pri čemu se tom energijom mogu pogoniti drugi potrošači

2. Zbog stalnog ponavljanja ciklusa rada moguće je iskoristiti akumuliranu energiju unutar sustava (gradski autobusi, viličari, brodska vitla itd.)

POVEZIVANJE ELEMENATA HIDRAULIČKOG SUSTAVA

321 pppp Δ+Δ+Δ=Δ

321 QQQQ ===

321 pppp Δ=Δ=Δ=Δ

321 QQQQ ++=

Vraćanje klipa cilindra kod nestanka električne struje – primjena hidrauličkog akumulatora

Hidraulički sklopovi za sinkronizaciju rada cilindara

SINKRONIZACIJA UZ POMOĆ MEHANIČKE

VEZE KLIPNJAČA

SINKRONIZACIJA SERIJSKIM

POVEZIVANJEM ELEMENATA

1 2 1 2

Serijska veza razvodnika

U isto se vrijeme ne može aktivirati više potrošača bez utjecaja na promjenu sile i brzine.

Moguće su sve kombinacije uključivanja razvodnika.

Paralelna veza razvodnika

Moguće je pomicanje više potrošača u isto vrijeme.

Tlak pumpe će se podesiti prema najmanjem otporu, tj. najnižem potrebnom tlaku. To znači da će se početi izvlačiti klipnjača cilindra s najnižim potrebnim tlakom.

Hidraulički regulator protoka pumpex1 px / pxmax

+Q1 / Q 1max-Q1 / Q 1max

Dovođenjem upravljačkog ulja na priključak x1, usisna strana pumpe je B, a tlačna A. Kada se upravljačko ulje dovede na priključak x2 situacija je obrnuta. Kada su tlakovi x1 i x2 isti, klip regulatora je rasterećen, a protok pumpe jednak je 0. Regulacijskim vijcima podešava se najveći protok pumpe.

Regulator tlaka pumpe

Zadaća je regulatora tlaka pumpe, da nakon što se postignene određena vrijednost tlaka, dovedu radne elemente pumpe u takav položaj da je protok jednak 0.

Veza je tlačnog voda pumpe i klipne strane hidrauličkog regulatora preko ventila za ograničenje tlaka. Na cjevovodu, koji spaja ventil i cilindar sa spremnikom postavljena je prigušnica, pa je tako osigurano da impuls tlaka bude prvo odveden prema regulatoru. Pumpa radi stalno u području maksimalnog protoka, bez obzira na veličinu tlaka, a nakon dostizanja tlaka koji je podešen na ventilu za ograničenje tlaka, on se otvara i klip regulatora se pomiče u lijevo tako da protok postane jednak 0.

Regulator snage pumpeZadaća je regulatora snage osigurati takav odnos tlaka u sistemu i protoka koji daje pumpa da je zadovoljen uvjet:

P = Q p = konst

Klipna komora regulatora povezana je s tlačnim vodom pumpe, pa na klip djeluju dvije sile; sila opruge, koja se mijenja s promjenom dužine pomaka x i hidraulička sila s desne strane. U području tlakova od p0 do p1, sila opruge je veća od hidrauličke sile, pa pumpa radi s maksimalnim protokom. U tom području snaga raste s porastom tlaka. Kada se dostigne tlak p1, snaga pumpe ima najveću vrijednost, a sila u opruzi postaje manja od hidrauličke sile. Klip se pomiče u lijevo sve do položaja kada se sila u opruzi i hidraulička sila ne izjednače. Pri tome se protok pumpe smanjuje. Nakon što tlak postane najveći, protok pumpe ima najmanju vrijednost.

Hidrostatski mjenjač

PUMPA S REGULACIJOM PROTOKA

VENTILI ZA OGRANIČENJE TLAKA

SKLOP ZA REGULACIJU PUMPE

HIDROMOTOR KONSTATNOG PROTOKA

HIDROMOTOR

PUMPAPOMOĆNA PUMPA

VENTILI ZA OGRANIČENJE TLAKA

NEPOVRATNI VENTILI ZA NADOPUNU

Regulacija brzine vrtnje hidromotora regulacijom pumpe

Q1p ≠ konst np = konst

Q1M =konst nM ≠ konst

Regulacija brzine vrtnje hidromotora regulacijom hidromotora

Q1p = konst np = konst

Q1M ≠ konst nM ≠ konst

Regulacija brzine vrtnje hidromotora regulacijom i pumpe i hidromotora

Q1p ≠ konst np = konst

Q1M ≠ konst nM ≠ konst

REGULACIJA PUMPOM

REGULACIJA HIDROMOTOROM nM

POVEĆANJEM Q1p SMANJENJEM Q1M

PNEUMATIKAPNEUMATIKA

UVODUVOD

Pneumatski sustavi omogućavaju prijenos energije stlačenim zrakom.

Naziv pneumatika potječe od grčke riječi pneuma – dah, vjetar.

Uporaba stlačenog zraka datira od početka stvaranja civilizacije. Prije nove ere datiraju opisi pneumatskih uređaja (npr. kovački mijeh). Za potrebe ratovanja Ktesibios (3. st. p.K.) konstruirao je pneumatski cilindar za povećanje dometa katapulta.

KOMPRIMIRANI ZRAK

PREDNOSTI I NEDOSTACI STLAPREDNOSTI I NEDOSTACI STLAČČENOG ENOG ZRAKA KAO POGONSKOG I ZRAKA KAO POGONSKOG I UPRAVLJAUPRAVLJAČČKOG MEDIJAKOG MEDIJA

Prednosti

Sigurnost – nema opasnosti od eksplozije i požara

Brzina – radni elementi postižu velike brzine gibanja;

pneumatski cilindri 1 – 2 m/s, udarni cilindri do 10 m/s.

Jednostavan prijenos energije – cjevovodima

Skladištenje – stlačeni se zrak sprema u spremnike, od kojihse neki mogu i prenositi

Neosjetljivost na preopterećenje – pneumatski se radni elementi mogu opteretiti do zaustavljanja, a da se pri tome neoštete

Neosjetljivost na temperaturu – s dehidriranim stlačenimzrakom, pneumatski elementi mogu raditi od –20oC do+70oC (u posebnim izvedbama i do 200oC).

Neosjetljivost na radijaciju, magnetsko i električno polje te zagađenost atmosfere

Kontinuirana promjena brzine – rotacije pneumatskihmotora i translacije pneumatskih cilindara

Podešavanje duljine hoda – uz pomoć graničnika

Čistoća – stlačeni je zrak čist, te kod eventualnog propuštanja,kao i ispuha u atmosferu ne onečišćuje okoliš

Nema povratnih vodova – nakon izvršenog rada, zrak sepreko prigušivača zvuka ispušta u atmosferu

Jednostavno održavanje – zbog visokog stupnjastandardiziranosti elemenata, zamjena je jednostavna

NedostaciNedostaci

Stlačivost zraka

Proizvodnja stlačenog zraka je skupa – skuplja odekvivalentnog medija za isti roizvedeni rad ostvaren električnomenergijom ili uljima

Buka kod ekspanzije zraka u atmosferu

Bez dodatnih uređaja nije moguće postići male i konstantnebrzine izvršnih elemenata

Prijenos signala na velike udaljenosti nije moguć – zboggubitka tlaka zraka

OPIS STANJA PNEUMATSKOG OPIS STANJA PNEUMATSKOG SUSTAVASUSTAVA

TLAKTlak je sila na površinu p = F / A [N/m2 = Pa]

106 Pa = 1 MPa = 10 bara

Atmosferski tlak – tlak na površini zemlje izazvan težinom zraka u atmosferi. Varira od mjesta do mjesta, ali se za pneumatske sustave smatra da je konstantan i da iznosi 1 bar.

Apsolutni tlak = manometarski tlak + atmosferski tlak

Apsolutni tlak u bar

Pretlak u bar

Atmosferski tlak

Numerički primjer

Površina klipa

Manometarskitlak

Atmosferski tlak

Statička sila3000 N

Atmosferskitlak

Površina klipnjače

PROTOK

Zraku se, kao kompresibilnom fluidu, volumen mijenja u ovisnosti o tlaku i temperaturi.

Kao standardna vrijednost uzima se protok kod apsolutnog tlaka od 1 bara i na temperaturi od 20oC.

Protok se zraka izražava u m3/min, l/min ili l/s.

SVOJSTVA ZRAKAZa potrebe pneumatskih proračuna zrak se može smatratimješavinom dušika (78%) i kisika (21%) uz dodatak vode i nečistoća. Smatra se idealnim plinom za temperature i tlakovekoji vladaju u normalnom pneumatskom sustavu.

Fizikalne konstante zraka su:

Molekularna masa..................... 28,96 kg/kmol

Gustoća kod 15oC i 1 bar......... 1,21 kg/m3

Plinska konstanta...................... 286,9 J/kg K

Relativna vlažnost je omjer sadržaja vode u atmosferi i sadržaja vode u zasićenom zraku kod iste temperature.

Točka rošenja je ona temperatura kod koje nastupa izdvajanje vode iz zraka.

Manometarski tlak u bar

Sadržaj vode u kg u 100 m3 zraka za određeni tlak i temperaturu

Admin:

Numerički primjer

Admin:

Numerički primjer

EKSPANZIJA I KOMPRESIJA PLINOVAEKSPANZIJA I KOMPRESIJA PLINOVA

U pneumatskin se sustavima tijekom proizvodnje stlačenog zraka te rada aktuatora događaju i kompresija i ekspanzijazraka.

Kompresija i ekspanzija znače promjenu volumena zraka, međutim promjena volumena izaziva i promjenu tlaka i temperature.

Premda je zrak mješavina plinova, rezultati su zadovoljavajući ako ga se smatra idealnim plinom (čist i suh plin).

U proračunima je potrebno, stoga, koristiti vrijednosti apsolutnog tlaka i temperature.

Plinski zakoniPlinski zakoni

Boyle-Mariotteov zakon

Robert Boyle (1627 –1691) – irski filozof i znanstvenik

Volumen se mijenja inverzno s promjenom tlaka kod konstantne temperature (izotermna promjena stanja)

=ili kVpVp == 2211

Edme Mariotte (1620 –1684) – francuski fizičar

Animacija Boyle –Mariottovog zakova

Charlesov zakon (Gay – Lussac)

Jacques Charles (1746 – 1823) - Francuski matematičar i fizičar

Joseph Louis Gay – Lussac (1778 – 1850) Francuski kemičar i fizičar

Volumen se mijenja proporcionalno s promjenom apsolutne temperature kod konstantnog tlaka (izobarna promjena stanja)

= ili kTV

Animacija Charlesovog zakona

Amontonov zakon

Tlak mase danog plina mijenjat će se proporcionalno promjeni apsolutne temperature, kod konstatnog volumena.

Guilliaume Amontons (1663 – 1705) – francuski fizičar

= ili kTp

Daltonov zakon

John Dalton (1776 –1844) engleski kemičar i fizičar

Totalni tlak mješavine plinova jednak je sumi parcijalnih tlakova pojedinog plina u mješavini.

Parcijalni su tlakovi oni, koje bi svaki plin imao kada bi sam zauzimao isti volumen kao mješavina.

Amagatov zakon

Emile Amagat (1841 – 1915) – francuski fizičar

Volumen mješavine plinova jednak je sumi volumena pojedinih plinova, ako su temperatura i tlak isti.

Poissonov zakon

Siméon-Denis Poisson (1781 – 1840) – francuski matematičar i fizičar

U procesu, gdje nema razmjene topline s okolišem, odnos između tlaka i volumena slijedi relaciju:

κκ2211 VpVp =

Jednadžba stanja plina

Jednadžba stanja plina nastala je kombinacijom Boyle-Mariotteovog zakona i Charlesovog zakona, a glasi:

TRmVp =

Zakoni termodinamikeZakoni termodinamike

1. Glavni zakon termodinamike

“Toplina je ekvivalentna mehaničkom radu”

2. Glavni zakon termodinamike

Toplina ne prelazi nikada sama od sebe s hladnijeg na toplije tijelo”

Ekspanzija i kompresija zrakaEkspanzija i kompresija zraka

Postoje 4 teorijska naPostoje 4 teorijska naččina kompresije i ekspanzije zrakaina kompresije i ekspanzije zraka

Kao praktiKao praktiččni procesi koriste se samoni procesi koriste se samo izotermni izotermni i i izentropski (adijabatski)izentropski (adijabatski)

Postoji i 5. naPostoji i 5. naččin in –– politropapolitropa, k, koji se nalazi između oji se nalazi između izoterme i adijabate. izoterme i adijabate. Postoji u Postoji u realnom pneumatskom realnom pneumatskom sustavusustavu jer se promjene ne događaju niti kod konstatne jer se promjene ne događaju niti kod konstatne temperature niti bez razmjene topline s okolitemperature niti bez razmjene topline s okoliššem.em.

Izotermna kompresija Izotermna kompresija (konstantna temperatura)(konstantna temperatura)

kVpVp == 2211

Grafički predstavlja hiperbolu u p –V dijagramu

Rad kompresije je predstavljen osjenčenom površinom.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛== ∫

211 ln

1ppVpdVpW

Adijabatska (izentropska) kompresija (nema

razmjene topline)

kVp =κ

Rad kompresije je predstavljen osjenčenom površinom u p –V dijagramu.

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−

∫ 11

ppVpdpVW

Politropska kompresija

Svi izrazi koji vrijede za izentropsku kompresiju vrijede i i zapolitropsku samo što se eksponent κ zamjenjuje s eksponentom n (1< n < 1,4).

U stacionarnom radu nemoguće je dostići izotermnu kompresiju, većinom je to puno bliže izetropskoj. Izoterma predstavlja samo teoretski cilj, pa se i stupanj iskoristivosti sustava računa na bazi izotermnog procesa.

Admin:

Primjeri 3. i 4.

Admin:

Primjeri 3. i 4.

PROIZVODNJA I DISTRIBUCIJA STLAČENOG ZRAKA

U sustav za proizvodnju i distribuciju stlačenog zraka spadaju sljedeći uređaji i elementi:

kompresori

sušionici zraka

spremnici zraka

cijevi

KOMPRESORI

U industriji se najčešće koriste volumetrički kompresori, koji se dijele na dvije grupe:

klipni i membranski

rotacijski

Klipni kompresori

Klipni se kompresori dijele na:

jednostupanjske

višestupanjske

Druga je podjela na:

jednoradne

dvoradne

JEDNOSTUPANJSKI I VIŠESTUPANJSKI KLIPNI KOMPRESORI

Jednostupanjski klipni kompresor

Dvostupanjski klipni kompresor

JEDNORADNI I DVORADNI KLIPNI KOMPRESORI

Dvoradni, dvostupanjski klipni kompresor

MEMBRANSKI KOMPRESORI

LAMELASTI KOMPRESORI

Stator

Lamele (krilca)

VIJČANI KOMPRESORI

REGULACIJA RADOM KOMPRESORA

Kontrola radom kompresora prema potrebama sustava može se obavljati na 4 načina:

1. Kontinuiranom promjenom količine ulaznog zraka u kompresor prekidom ili prigušivanjem ulazne količine zraka

ULAZ ZRAKA

ULAZNI VENTIL

KONTROLA

KOMPRESOR SPREMNIK ZRAKA

PREMA SUSTAVU

2. PROMJENOM BRZINE VRTNJE – uporabom AC ili DC elektromotora. Ova metoda se uglavnom manje primjenjuje u praksi i to uglavnom u industrijskim pogonima ali ne i u mobilnim sustavima

3. RASTEREĆENJEM – uz pomoć otvaranja usisnog ventila u klipnom kompresoru. Mana ove regulacije je povećani nivo buke u radu kompresora

4. PRESTANKOM RADA KOMPRESORA

- uz pomoć startera na EM automatski se prekida rad (najviše 20 puta u satu)

- uz pomoć automatskog uključivanja spojke za spajanje s EM

SUŠENJE ZRAKA

Stlačeni zrak nakon izlaska iz kompresora sadrži veću količinu vode te ga je potrebno osušiti. Koriste se tri načina sušenja:

1. Kemijski ili apsorpcijski

2. Fizikalni ili adsorpcijski

3. Termički ili postupak podhlađivanja

KEMIJSKI ILI APSORPCIJSKI POSTUPAK SUŠENJA ZRAKA

Vlaga iz zraka veže se za određenu tvar (higroskopnu) –magnezijev perklorat, litijev klorid, kalcijev klorid itd.

- Jednostavna konstrukcija uređaja

- nema mehaničkog trošenja

- nema utroška energije

- potrošak kemikalija

- kemikalije su jako korozivne

FIZIKALNI ILI ADSORPCIJSKI POSTUPAK SUŠENJA ZRAKA

Vezuje se vlaga na površini određenih krutih tvari – SiO2 (silikagel) i Al2O3

- utrošak materijala mali

- prikladno za industrijske svrhe

- visoki postotak sušenja

- utrošak energije za regeneraciju

SUŠENJE PODHLAĐIVANJEM

Zrak se podhlađuje čime se snižava točka rošenja (-1,7 oC)

- složen uređaj

- nema utroška materijala

- pogodan za industriju

- utrošak energije

SPREMNICI ZRAKA

Uloga spremnika zraka u pneumatskom sustavu:

usklađivanje rada kompresora s potrošnjom zraka u sustavu

ublažavanje promjena tlaka kod potrošnje zraka u sustavu

smirivanje zračnih udaraca pri radu klipnog kompresora

izdvajanje ulja i kondenzata iz stlačenog zraka

Admin:

Numerički primjer 5.

Admin:

Numerički primjer 5.

Horizontalni spremnik zraka

Vertikalni spremnik zraka

KOMPRESORSKA STANICA

MANOMETAR SIGURNOSNI

VENTIL SIGURNOSNI

VENTIL MEĐUHLADNJAK PRIGUŠIVAČ

STOP VENTIL

SEPARATOR MJEŠAVINE

HLADNJAK

MANOMETAR

SPREMNIK ZRAKA

AUTOMATSKA DRENAŽA

DVORADNI KOMPRESOR S DVA

STUPNJA USISNI FILTER

KOMPRESORSKA STANICA ZA VELIKI INDUSTRIJSKI POGON

KOMPRESORSKA STANICA ZA MALI I SREDNJI INDUSTRIJSKI POGON

Admin:

primjer

Admin:

primjer

PRIPREMA STLAČENOG ZRAKA

Unatoč filteru zraka na usisu u kompresor, te sušilu stlačenog zraka, još se uvijek u vodovima nailazi na:

Izlučeni kondenzat

ulje iz kompresora

karbonizirane ostatke ulja

čestice prašine

produkte korozije

Sve te nečistoće nepoželjne su u pneumatskim uređajima, koji imaju vrlo fine klizne površine i male zračnosti, zbog čega ne bi ispravno radili, a vijek bi im se trajanja skratio.

PRIPREMNA GRUPAPrije svakog pneumatskog uređaja ili grupe uređaja postavljaju se elementi, koji pripremaju zrak u stanje prikladno za rad.

Pripremnu grupu čine:

filter – pročišćivač zraka

regulator tlaka

nauljivač

FILTER

Čišćenje se obavlja uz pomoć tri efekta:

centrifugalnog – zrak koji ulazi tangencijalno dobiva rotaciju, zbog čega teže čestice u struji zraka bivaju potisnute na čašicu filtera i padaju na dno

inercijskog – čestice zbog promjene smjera strujanja, zbog djelovanja sile inercije nastavljaju kretanje prema dolje, gdje se talože

filtrirajućeg – struja zraka mora proći kroz uložak filtera (sinter bronca ili porozna keramika) – otvori 5 do 40 μm

Ispust kondenzata iz čašice filtera

Izdvojeni kondenzat i druge nečistoće ne smiju preći oznaku na čašici filtera, jer bi ih struja zraka mogla ponovo povući za sobom. Ispuštanje se obavlja preko vijka za ispust koji se nalazi na dnu čašice.

Za udaljena mjesta ili gdje je mali broj ljudi u nadzoru pogona,koriste se automatski ispuštači.

Automatski ispuštač kondenzata

REGULATOR TLAKA

Regulator tlaka ima trojaku ulogu:

regulacije tlaka

promjene protoka

održavanja konstantnog

izlaznog (sekundarnog) tlaka

Princip rada regulatora tlakaNa ulaznoj (primarnoj) strani tlak zraka mora biti veći od zahtijevanog tlaka na izlaznoj (sekundarnoj) strani regulatora.

Podešavanje izlaznog tlaka vrši se regulacijom sile u opruzi. Ako je sila u opruzi, veća od sile koju stvara tlak zraka na površini membrane, potiskuje razvodni element ventila i propušta stlačeni zrak na izlaz sekundarnog voda. Porastom tlaka na izlaznoj strani, pomiče se membrana i sabija oprugu, te zatvara prolaz zraku.

Ako je tlak zraka na izlazu jos uvijek veći od podešenog, membrana i dalje sabija oprugu i pri tome otvara otvor za odzračivanje.

Uz regulator tlaka u sekundarnom vodu je ugrađen manometar za kontrolu reguliranog tlaka.

NAULJIVAČ

Uloga je nauljivača ubaciti u struju stlačenog zraka finu uljnu maglicu koja služi za podmazivanje precizno obrađenih pokretnih površina pneumatskih ventila i aktuatora.

Princip rada nauljivača

Nauljivač radi na principu Venturijeve cijevi.

V2 p2 A2 Temeljem Bernoullijeve jednadžbe:

p⋅ρ

+=⋅ρ

Pad tlaka u suženju:

21vvppp −⋅

=Δ=−ρ

Iz jednadžbe kontinuitet: 2211 AvAv ⋅=⋅2

Avv ⋅=

Zbog pada tlaka u suženom dijelu, siše se ulje iz spremnika i raspršuje u struju zraka.

Obično je to 1 do 10 kapi na 1m3 zraka ili 1 do 2 kapi/min

Mineralno ulje kin. viskoznosti oko 45 cSt na 20oC

CJEVOVODI

Za pneumatske instalacije koriste se cijevi iz:

Čelika, najčešće iz nehrđajućeg

ABS (Acrylonitrile – Butadiene – Styrene)

Bakrene

Aluminijske

Plastične

Gumene

PRIKLJUČCI

T -PRIKLJUČAK

USJEČNI PRSTEN MATICA

KUTNI PRIKLJUČAK

Materijal – bronca (najčešće)

Pad tlaka zraka kroz cijevi

Prolaskom zraka kroz cijevi, tlak se u sustavu mijenja, a s time i temperatura, ovisno o vrsti ekspanzije.

Zbog tih promjena, matematička analiza protoka i tlaka vrlo je komplicirana.

Zanemarivanjem promjene temperature u sustavu, pad se tlaka može približno izračunati korištenjem poluempirijske formuletemeljene na mirnom protoku kroz glatke cijevi okruglog presjeka.

Pad tlaka u cijevi:

gdje je:

p – pad tlaka – bar

f – faktor trenja (uzima se 500)

L – dužina cijevi – m

Q – protok – l/s

d – unutarnji promjer cijevi – mm

pm – srednji apsolutni tlak po duljini cijevi – bar

mpdQLfp

⋅⋅⋅

Pad tlaka može se odrediti i pomoću sljedećeg nomograma:Dužina cijevi /m

Protok zraka

Referentnacrta

Unutarnjipromjer cijevi

Referentnacrta

Pad tlaka/bar

Admin:

2 numerička primjera

Admin:

2 numerička primjera

Prednosti stlaPrednosti stlaččenog zraka kao medija za prijenos snage i enog zraka kao medija za prijenos snage i informacijainformacijaNedostaci stlaNedostaci stlaččenog zraka kao medija za prijenos snage enog zraka kao medija za prijenos snage i informacijai informacijaKako se definira atmosferski tlak?Kako se definira atmosferski tlak?Kolika je njegova prosjeKolika je njegova prosječčna vrijednost?na vrijednost?ŠŠto je to apsolutni tlak?to je to apsolutni tlak?ŠŠto je to standardni protok?to je to standardni protok?Navedite vrste regulacija za rad kompresora?Navedite vrste regulacija za rad kompresora?Navedite naNavedite naččine suine suššenja zraka?enja zraka?Koje su uloge spremnika zraka?Koje su uloge spremnika zraka?

ŠŠto je to relativna vlato je to relativna vlažžnost?nost?Kako glasi jednadKako glasi jednadžžba izotermne promjene stanja ba izotermne promjene stanja Kako glasi jednadKako glasi jednadžžba adijabatske promjene stanja?ba adijabatske promjene stanja?Kako glasi jednadKako glasi jednadžžba politropske promjene stanja?ba politropske promjene stanja?Koji uređaji sluKoji uređaji služže za proizvodnju i distribuciju stlae za proizvodnju i distribuciju stlaččenog enog zraka?zraka?Koja se vrsta kompresora koristi u industriji?Koja se vrsta kompresora koristi u industriji?Koji uređaji Koji uređaji ččine pripremnu grupu zraka?ine pripremnu grupu zraka?Koji se efekti koriste u filteru za proKoji se efekti koriste u filteru za proččiiššććavanje zraka?avanje zraka?Na kojem principu radi automatski ventil za ispust Na kojem principu radi automatski ventil za ispust kondenzata?kondenzata?Koje uloge ima regulator tlaka?Koje uloge ima regulator tlaka?OpiOpiššite princip rada regulatora tlaka?ite princip rada regulatora tlaka?Na kojem principu radi nauljivaNa kojem principu radi nauljivačč zraka?zraka?Od kojeg se materijala rade cijevi za pneumatske sustave?Od kojeg se materijala rade cijevi za pneumatske sustave?

PNEUMATSKI ELEMENTI

Pneumatski elementi je skupni naziv za funkcionalne cjeline, koje rade s stlačenim zrakom.

Dijele se na:

izvršne ili radne elemente (aktuatori)

upravljačke elemente

pomoćne elemente

SIMBOLI ZA OZNASIMBOLI ZA OZNAČČAVANJE AVANJE PNEUMATSKIH ELEMENATAPNEUMATSKIH ELEMENATA

Simboli su definirani normom DIN ISO 1219.

Pneumatskim se simbolima grafički, jednoznačno određuje funkcija pneumatskih elemenata.

Simbolima se ne definira konstrukcijsko rješenje i veličina elementa.

Osnovni simboli

IZVRIZVRŠŠNI ELEMENTINI ELEMENTI(AKTUATORI)(AKTUATORI)

Pneumatski izvršni elementi pretvaraju potencijalnu energiju stlačenog zraka u translacijsko ili rotacijsko gibanje

TRANSLACIJSKI IZVRTRANSLACIJSKI IZVRŠŠNI ELEMENTINI ELEMENTI

Standardni cilindri

Osnovni izvršni element u pneumatici – uz jednostavne mehaničke dodatke može ostvariti njihajuće ili ograničeno rotacijsko gibanje

Prema načinu rada dijele se na:

jednoradne

dvoradne

Prema konstrukciji se dijela na:

klipne

membranske

Najjednostaviniji uređajI koji potencijalnu energiju stlačenog zraka pretvaraju u rad s pravocrnim gibanjem.

Dijelovi pneumatskog klipnog cilindra

Košuljica – čelične cijevi, fino vučene, honiranje i po potrebi tvrdo kromirane; aluminijske ili mesingane cijevi

Klip i klipnjača – uglavnom iz CrNi čelika, tvrdo kromirani

Brtve – Perbunan, Viton, PTFE

Jednoradni klipni cilindri

Pneumatski izvršni element, koji ostvaruje koristan rad samo u jednom smjeru. Pod djelovanjem tlaka zraka klip se s klipnjačom kreće u smjeru prema naprijed (u pravilu).

Povrat se može ostvariti na više načina:

1. nekom vanjskom silom

(npr. težinom alata)

2. djelovanjem sile ugrađene

opruge

3. reduciranim tlakom, koji

stalno djeluje preko jednog

ventila

4. zračnim jastukom – stalni

spremnik zraka

Povrat klipa cilindra

Simulacija rada jednoradnog klipnog cilindra

Maksimalna dužina hoda je do 100 mm

Ekonomični su u potrošnji stlačenog zraka

Koriste se za:

stezanje predmeta

izbacivanje nakon obrade

utiskivanje

dodavanje

pomicanje itd.

Nisu prikladni na onim mjestima gdje je bitna određena brzina gibanja klipa u povratnom hodu

Proračun sile na klipu jednoradnog klipnog cilindra

Todo FFpApAF −−⋅−⋅= 2211A1 - površina klipa sa stražnje strane – m2

A2 - površina klipa s prednje strane – m2

pdo- tlak dobave (napajanja) – PaP2 - tlak na strani A2 - PaFo - sila opruge – NFT - sila trenja - N

Sila trenja ovisna je o trenju između brtvi i stjenke cilindra, tlaku i brzini kretanja, i u praksi se uzima da je:

( ) doT pAF ⋅⋅= 12,01,0 K

Također se vrijednost A2 p2 može zanemariti jer je vrlo mala.

Rezultat toga jest:odo FpAkF −⋅⋅= 11

gdje je faktor k = 0,8 – 0,9

Jednoradni membranski cilindriMembranski se pneumatski cilindri najčešće izvode s:

tanjurastom membranom

“putujućom membranom”

Membranski cilindar s “putujućom membranom”

Membranski cilindar s tanjurastom membranom

Ostvaruju velike sile

maksimalna dužina hoda 80 mm

povrat se ostvaruje pomoću opruge i silom prednapona

membrane

Simulacija rada jednoradnog membranskog cilindra s tanjurastom membranom

Dvoradni klipni cilindri

Dvoradni klipni cilindri obavljaju koristan rad u oba hoda, naprijed i natrag. Pomak klipa i klipnjače se ostvaruje dovođenjem stlačenog zraka s jedne i s druge strane klipa. To znači da se djelovanjem stlačenog zraka, u bilo kojem smjeru, obavlja rad.

Proračun sila na klipu dvoradnog klipnog cilindra

Budući da su površine na koje djeluje stlačeni zrak različite, različite su i sile prema naprijed i prema natrag.

Sila prema naprijed je:

Sila prema natrag je:

Gdje su:

- stražnja površina klipa

- prednja površina klipa

- promjer cilindra

- promjer klipnjače

- ostatni tlak zraka u komori koja se odzračuje

Tdo FpApAF −⋅−⋅= 2211

Tdo FpApAF −⋅−⋅= 1122

π⋅= CDA

2KC dD

21 , pp

- sila trenja

Mogu se prihvatiti sljedeća pojednostavljenja:TF

( ) dopApA ⋅⋅=⋅ 4,03,02,12,1 K

( ) doT pAF ⋅⋅= 2,01,0 K

dopAkF ⋅⋅=Pri čemu se uvršavanjem gornjih izraza dobije:

Gdje je k = 0,4 – 0,6 ( u krajnjem položaju k = 1)

A - korisna površina klipa.

Simulacija rada dvoradnog klipnog cilindra

Cilindar s udesivim ublaživačima udara

Za potrebe izbjegavanja udara klipa u prednji ili stražnji poklopac, cilindrima se ugrađuju udesivi ublaživači udara (amortizeri).

Pri kraju hoda klipa, manji klip zatvara protok zraka prema priključku za odzračivanje te se taj zrak, koji služi kao ublaživač, mora polako odzračivati preko udesivog prigušenja.

SPECIJALNI CILINDRISPECIJALNI CILINDRI

Cilindri s dvostranom klipnjačom

Cilindar ima klipnjaču s obje strane klipa. Sile su na jednoj i drugoj strani klipa jednake. Koristi se u slučajevima kada zbog malog ugradnog prostora za ugradnju nekih upravljačkih elemenata, jedan cilindar mora obavljati i rad s jedne strane a sa druge neku upravljačku funkciju.

Tandem cilindri

Dva cilindra spojena jedan iza drugog, zovu se tandem cilindri.

Sila na klipnjači je gotovo dvostruko veća od sile samo jednog cilindra. Produkt tlaka i površine obaju klipova se zbrajaju. Izlazna klipnjača je zbog toga malo pojačana.

Simulacija rada tandem cilindra

Koriste se na mjestima gdje nema prostora za povećanje promjera cilindra, a za proces rada je potrebna veća sila.

Višepoložajni cilindri

To su cilindri sastavljeni od najmanje dva dvoradnacilindra. Spojeni su svojim stražnjim poklopcima.

Cilindri s različitim hodovima mogu ostvariti 4 položaja vrha klipnjače. To se postiže različitim aktiviranjem pojedinih ili oba cilindra. Posebne izvedbe mogu imati i do 12 položaja.

Cilindar bez klipnjače

Cilindri imaju samo klip koji se kreće od jednog do drugog poklopca. U sredini klipa nalazi se sloj permanentnih magneta, koji privlačnom magnetskom silom drže kliznu obujmicu s vanjske strane košuljice cilindra. Ona također ima slog permanentnih magneta suprotnog pola. Ta sila je tako jaka da se pomak klipa u cilindru prenosi na pomak klizne obujmice.

Ako sila na obujmicu toliko naraste da je zaustavi, zaustavlja se i klip jer je magnetska sila jača od sile koju može proizvesti tlak zraka na površinu klipa. Košuljica mora biti s vanjske strane kvalitetno obrađena radi klizanja obujmice.

Simulacija rada cilindra bez klipnjače

Za sada se rade cilindri promjera do 50 mm i dužine hoda do 10 m.

Primjenjuju se tamo gdje su potrebni veliki hodovi.

Udarni cilindri

Konstruirani su tako da se omogući brzo kretanje klipa, korištenjem kinetičke energije klipa s klipnjačom i eventualnim alatom.

U cilindru je ugrađena pretkomora sa suženjem. U njoj tlak raste do određene vrijednosti, kada se uspije odmaknuti klip od brtve, te zrak naglo prodire u cilindar. Taj zračni udar ubrzava kretanje klipa, tako da se postignu brzine i do 10 m/s. Povrat klipa je kao i kod standardnih dvoradnih cilindara.

Simulacija rada udarnog cilindra

Koriste se za kovanje, zakivanje, utiskivanje, štancanje i sl.

ROTACIJSKI IZVRROTACIJSKI IZVRŠŠNI ELEMENTINI ELEMENTI

Rotacijski izvršni elementi mogu ostvariti neprekidnu vrtnju ili samo ograničeni broj okretaja ili dijela jednog okretaja. Zato se dijele na:

zaokretne cilindre

rotacijske pneumatske motore.

ZAOKRETNI CILINDRI

To su cilindri čiji je radni hod pretvoren u zaokret izlaznog vratila za veći broj krugova ili samo dio kruga.

Cilindri sa ozubljenom letvom

Na dijelu klipnjače dvoradnog cilindra izvedena je ozubljena letva koja je u zahvatu sa zupčanikom. Pomak klipa prenosi se na okretanje zupčanika i izlaznog vratila na kojem je montiran zupčanik. Vijak na kraju cilindra omogućava podešavanje dužine hoda, a time i kuta zakretanja vratila. Takvi cilindri imaju najviše dva puna okreta vratila unutar maksimalne dužine hoda klipa.

Cilindri sa zaokretnom pločom

Ovaj cilindar malo podsjeća na pravi cilindar. Kod njega se tlakom zraka zakreće ploča, a zaokret se prenosi na izlazno vratilo. Ovi cilindri imaju zaokret unutar jednog kruga, s malim izlaznim momentom.

U zadnje se vrijeme dosta koriste, jer se jednostavno udešava kut zakretanja, a na svom putu mogu uključivati različite tipove senzora.

ROTACIJSKI PNEUMATSKI MOTORI

Pneumatski rotacijski strojevi pretvaraju potencijalnu energiju stlačenog zraka u mehaničku energiju vrtnje. Prema konstrukcijskim rješenjima dijele se na:

klipne rotacijske strojeve

lamelaste rotacijske strojeve

rotacijske strojeve s više rotora

zračne turbine.

Klipni rotacijski motori

Aksijalno klipni

Radijalno klipni

Djelovanjem stlačenog zraka klip se kreće naprijed ili natrag. Taj pomak se prenosi na koljenasto vratilo. Zamašnjak omogućava ravnomjerniji rad. Radi jednoličnijeg rada, većih brzina i momenta ugrađuje se više cilindara.

Kod aksijalnih klipnih motora klipovi djeluju na njišuću ploču, koja pomak pretvara o okretanja vratila.

Ovi motori mogu raditi s oba smjera okretanja, a karakteristike su im:

- brzina vrtnje do 5000 min-1

- snaga 1,5 – 19 kW (kod tlaka od 7 bar).

Lamelasti pneumatski motori

Najčešća im je primjena u ručnim alatima: brusilice i bušilice jer je povoljan odnos težine i snage.

PNEUMO PNEUMO –– HIDRAULIHIDRAULIČČKI ELEMENTIKI ELEMENTI

Dio nedostataka stlačenog zraka otklanja se uključivanjem hidrauličkog medija. On pomaže da se ostvare:

- sile veće od 0,3 MN

- male i jednolične brzine kretanja,

koje nije moguće ostvariti samo sa stlačenim zrakom zbog njegove stlačivosti.

U pneumo – hidrauličkim pogonima hidraulički sustav nema svoj poseban pogon, već je to sustav sa zatvorenom cirkulacijom. Tlak u ulju postiže se tlakom zraka.

Osnovne grupe pneumo – hidrauličkih uređaja su:

zamjenjivači tlačnog medija

pojačala tlaka

uređaj za posmak.

Zamjenjivači tlačnog medija

Shema zamjenjivača tlačnog medija

Simbol zamjenjivača tlačnog medija

Prednosti nestlačivosti ulja najjednostavnije se koriste u uređajima koji «zamjenjuju»tlačne medije. Na zamjenjivač tlačnog medija dovodi se stlačeni zrak, koji svoj tlak prenosi na ulje koje dalje struji u cilindar. Protok ulja može se regulirati prigušnicom. Zbog nestlačivosti ulja tlak nakon prigušenja ne pada, što nije slučaj sa stlačenim zrakom. Zbog sporog dotoka ulja, cilindar se sporo kreće, ali uz istu veličinu sile.

Razlikovanje ulja od stlačenog zraka u simbolima se iskazuje punom strelicom. U njima nije predviđeno označavanje ulja crticama ili šrafurom, makar se one često dodaju radi boljeg razlikovanja.

Pojačalo tlaka

Simbol pojačala tlaka

Korištenjem različitih površina klipova u pojačalima tlaka pretvara se određeni tlak zraka u znatno viši tlak ulja. To pojačanje može biti i do 80 puta.

Površina klipa pneumatskog dijela pojačala u odnosu na površinu klipa hidrauličkog dijela predstavlja odnos pojačanja. Volumen ulja u cilindru pojačala je zbog toga relativno mali, te radni cilindar priključen na taj tlak, ako je većeg promjera ima vrlo mali hod. To je razlog da se koriste pojačala s pomakom klipa radnog cilindra s radnim tlakom do trenutka potrebe za većom silom, a tada se uključuje pojačanje.

Pojačala se izvode s fiksnim odnosom pojačanja 1:4, 1:16, 1:32, 1:50 i 1:80.

Jednostavni sklop s pojačalom tlaka

Pojačalo tlaka s mogućnošću korištenja dvaju tlakova

Uređaj za posmak

Problem malih i jednoličnih brzina kretanja pneumatskih cilindara lako se može riješiti ugradnjom pretvarača tlačnog medija. Preko ugrađenog prigušnog ventila s mogućnošću udešavanja protoka regulira se brzina kretanja cilindra. Ipak to rješenje ima svojih problema. Radni cilindar s jedne strane koristi ulje pod tlakom, a s druge strane stlačeni zrak. S vremenom ulje «procuri» kroz brtve na klipu i dolazi u prostor stlačenog zraka. Nakupljeno ulje počinje djelovati kao graničnik, a i dolaskom u ventile izaziva poremećaj njihovog rada. Postoje neka tehnička rješenja i za taj problem ali se u praksi pokazalo da je najbolje odvajanje uljnog od pneumatskog sustava.

Pneumo-hidraulički uređaj za posmak – paralelna izvedba

ŠŠto se ubraja u pneumatske elemente?to se ubraja u pneumatske elemente?Definirajte izvrDefinirajte izvrššne elementene elementePodjela standardnih pneumatskih cilindaraPodjela standardnih pneumatskih cilindaraNavedite dijelove pneumatskih klipnih cilindaraNavedite dijelove pneumatskih klipnih cilindaraJednoradni cilindri te kako se ostvaruje povratnih hod Jednoradni cilindri te kako se ostvaruje povratnih hod kod njih?kod njih?Za koje se svrhe koriste jednoradni pneumatski cilindri?Za koje se svrhe koriste jednoradni pneumatski cilindri?Navedite vrste jednoradnih membranskih cilindaraNavedite vrste jednoradnih membranskih cilindaraKako rade dvoradni pneumatski cilindri?Kako rade dvoradni pneumatski cilindri?O O ččemu ovisi brzina gibanja klipa dvoradnog cilindra?emu ovisi brzina gibanja klipa dvoradnog cilindra?Navedite vrste specijalnih pneumatskih cilindara Navedite vrste specijalnih pneumatskih cilindara Navedite vrste rotacijskih izvrNavedite vrste rotacijskih izvrššnih elemenata.nih elemenata.

OpiOpiššite princip rada pneumatskih cilindara s ozubljenom ite princip rada pneumatskih cilindara s ozubljenom letvomletvomOpiOpiššite princip rada pneumatskog cilindra s zaokretnom ite princip rada pneumatskog cilindra s zaokretnom ploploččom.om.Navedite vrste pneumatskih rotacijskih motora?Navedite vrste pneumatskih rotacijskih motora?Navedite razloge za koriNavedite razloge za korišštenje pneumotenje pneumo--hidraulihidrauliččkih kih uređajauređaja..OpiOpiššite princip rada p.ite princip rada p.--h. h. Uređaja kao zamjenjivaUređaja kao zamjenjivačča tlaa tlaččnog nog medijamedijaOpiOpiššite princip rada pneumoite princip rada pneumo--hidraulihidrauliččkog pojakog pojaččalaalaOpiOpiššite princip rada pneumoite princip rada pneumo--hidraulihidrauliččkog uređaja za kog uređaja za posmak.posmak.

PNEUMATSKI UPRAVLJAČKI ELEMENTI

Zajednički naziv za sve elemente koji sudjeluju u upravljačkom lancu do izvršnih elemenata.

Isti elementi mogu imati različite funkcije i to u :

• Energetskom dijelu – pretvaranje energije stlačenog zraka u

koristan rad

• Informacijskom dijelu – primanje, obrada i davanje signala

(informacije) izvršnim elementima

Upravljački elementi imaju zajednički naziv ventili.

UPRAVLJAČKI LANAC

Podjela ventila prema funkciji:

razvodnici – usmjeravanje protoka

zaporni ventili – zatvaranje protoka

protočni ventili – regulacija protoka

tlačni ventili – regulacija tlaka

cijevni zatvarači – isključivanje dijela mreže

Razvodnici

Razvodnici su ventili, koji propuštaju, zatvaraju i usmjeravaju tok radnog medija.

Tip se razvodnika određuje prema:

• broju priključaka

• broju položaja (stanja)

• načinu aktiviranja

• načinu vraćanja

• veličini priključaka

Primjer označavanja jednog razvodnika

1. Broj priključaka – 4

2. Broj položaja – 2

3. Način aktiviranja –mehanički

4. Način vraćanja –oprugom

5. Veličina priključka –mora se posebno specificirati, ali ne na simboličnom prikazu

Konstrukcijska rješenja razvodnika

Kuglasti razvodnik Tanjurasti razvodnik

Razvodnik s kulisom

Klipni razvodnik

Razvodnik s dva priključka i dva položaja 2/2

Upravljanje jednoradnim cilindrim s dva razvodnika 2/2

Razvodnik s tri priključka i dva položaja 3/2

Upravljanje dvoradnim cilindrom s dva razvodnika 3/2

Upravljanje jednoradnim cilindrim s razvodnikom 3/2

Ručno aktiviranje razvodnika 3/2

Pneumatsko aktiviranje razvodnika 3/2

Tanjurasti razvodnik 3/2

Upravljanje jednoradnim pneumatskim cilindrom

Primjena razvodnika 5/2

Upravljanje dvoradnim pneumatskim cilindrom

ZAPORNI VENTILI

Nepovratno – prigušni ventili

Naizmjenično zaporni ventili (ILI – ventili)

Dolazak stlačenog zraka na bilo koji ulaz odmiče brtveni element u ventilu, zatvara drugi ulaz i propušta zrak na izlaz.

Koristi se u pneumatskim sklopovima gdje signali dolaze na jedno mjesto s više strana

Uvjetno zaporni ventil (I – ventil)

Tlak će se na izlazu pojaviti samo ako postoji tlak zraka na oba ulaza.

U pneumatskim se sklopovima koristi tamo gdje je za postojanje izlaznog signala uvjet postojanje dva ulazna signala.

Brzoispusni ventili

Ispušta stlačeni zrak u atmosferu preko velikog otvora. Koristi se za povećanje brzine klipa, budući da se zrak direktno odzračuje u atmosferu, a ne preko vodova i razvodnika.

Razvodnik s kašnjenjem izlaznog signalaRazvodniku se dodaje prigušno-nepovratni ventil i zračni spremnik.

Stlačeni zrak prolazi kroz prigušnik u spremnik. Potrebno je neko vrijeme da u spremniku naraste tlak toliko da može proizvesti silu na klipu razvodnika čime će se savladati sila u opruzi.

Vakuumski uređaj – ejektor

Koristi se efekt ejektora za stvaranje vakuuma.

Dolaskom stlačenog zraka na ulaz P, stvara se potlak na priključku U. Dodatnim vodom ulazi zrak u spremnik iznad brzoispusnog ventila. U trenutku prestanka dovoda stlačenog zraka, prestaje ejektorski efekt, zrak se iz spremnika odzračuje pomicanjem brtve brzoispusnog ventila. Zrak struji prema priključku U i izbacuje radni predmet.

Pneumatski bezkontaktni senzori

Uređaji koji mijenjaju svoje stanje (funkciju) bez dodira, dolaženjem predmeta u njegovu blizinu.

Tipovi senzora:

pneumatska brana

pneumatska refleksna sapnica

magnetski aktiviran prekidač

Pneumatska brana

Slično fotoćeliji, između predajne i prijemne sapnice uspostavlja se struja zraka. Prolaskom predmeta između sapnica presijeca se mlaz zraka, što se na prijemnoj sapnici registrira kao pad tlaka.

MAGNETSKI AKTIVIRANI PREKIDAČI – granični prekidači

Permanentni magnet ugrađen u klip cilindra aktivira prekidačdolaskom u njegovu blizinu. U magnetskom polju pločica se pomiče i propušta struju zraka od priključka 1(P) na izlaz 2(A).

PNEUMATSKI INDIKATORI

To su vizualni pokazivači postojanja tlaka u vodu. Prozirna kapica tvori takav lom svjetla i refleksiju od sjajno izbočene plohe, da dok nema tlaka zraka u vodu, stvara privid neupaljene lampice. Pod tlakom zraka pomiče se klip, koji podiže plastični plašt u boji. Lom svjetlosti je tada takav, da se boja plastike reflektira i lampica «zasvijetli» u toj boji.

PROZIRNA KAPICA

OBOJENI PLAŠT

TLAK ZRAKA

PRIMJERI PNEUMATSKOG UPRAVLJANJA

STEZANJE RADNOG KOMADAProjektni zadatak:

Predmet za obradu potrebno je jednoradnim pneumatskim cilindrom stegnuti i držati stegnutim do kraja obrade. Nakon toga treba ga otpustiti, uzeti obrađeni komad i postaviti drugi

Položajna skica:

Pneumatska shema upravljanja:

PREBACIVANJE SKRETNICEProjektni zadatak:

Prebacivanje skretnice na ulaz jedne odnosno druge staze ostvaruje se pomakom klipnjače dvoradnog cilindra. Pomak u jedan odnosno drugi položaj obavlja se posebnim tipkalom.

Položajna skica:

Pneumatska shema upravljanja:1.0

1.2 1.3

PRIMJERI PRIMJENE LOGIČKIH FUNKCIJA

ILI – funkcija (disjunkcija, logičko zbrajanje)Zapis za ILI-funkciju:

A = X + Y

Čita se:

U vodu A ima tlaka (signala) samo ako postoji tlak (signal) u vodu X ili pak u vodu Y, ili u oba

Tablica istine:

111111110011111100000000AAYYXX

ILI – funkciju u pneumatici ostvaruje naizmjenično zaporni ventil

Primjer primjene ILI – funkcije

POMAK TRANSPORTNE TRAKE

Projektni zadatak:

Transportna traka opskrbljuje četiri radna mjesta proizvodima za rad. Njen pomak za jedan korak ostvaruje se jednim kratkim signalom pomoću tipkala, koji se nalaze na jednom radnom mjestu. Taj signal aktivira kretanje cilindra prema naprijed. Cilindar svojim hodom i zahvatnim zubom pomakne kotač trake za jedan segment kruga. Čim je to izvršio (dolaskom u svoj krajnji položaj) cilindar se vraća natrag.

Položajna skica:

Pravilo: Broj ILI - ventila je za 1 manji od broja ulaza

(u predhodnom primjeru su 4 ulaza i 3 ILI – ventila)

Obilježavanje pneumatskih elemenata u shemama prema

VDI 3226:

• Cilindri: 1.0, 2.0, 3.0 itd.

• Glavni razvodnik: 1.1, 2.1, 3.1 itd.

• Razvodnici koji šalju signale glavnom razvodniku:

a) za kretanje klipa prema naprijed: 1.2, 1.4, 1.6 itd.

b) za kretanje klipa prema natrag: 1.3, 2.3, 3.3 itd.

• Elementi između glavnog razvodnika i cilindra: 1.01, 1.02, 1.03itd.

• Zajednički elementi svim cilindrima (npr. pripremna jedinica): 0.1, 0.2 itd.

• Upravljački vodovi crtkanom crtom, glavni vodovi punom crtom.

I – funkcija (konjunkcija, logičko množenje)Zapis za I-funkciju:

A = X &Y

Čita se:

U vodu A ima tlaka (signala) samo ako postoji tlak (signal) u i vodu X i u vodu Y.

Tablica istine:

111111000011001100000000AAYYXX

I – funkciju u pneumatici ostvaruje uvjetno - zaporni ventil

Primjer primjene I – funkcije

DOBAVA PROIZVODA IZ SPREMNIKA

Projektni zadatak:

Dodavač proizvoda iz spremnika na transportnu traku može se pokrenuti jedino ako ima proizvoda u spremniku i ako je dodavač došao u svoj uvučeni položaj. Uvjet je i da je ručno tipkalo aktivirano.

Položajna skica:

BLOKIRAJUĆI SIGNAL

Prilikom rada više cilindara može se pojaviti blokirajući signal.

Blokirajući signal blokira daljnje odvijanje programa.

U većini slučajeva to je nepoželjan signal.

Postoji više metoda za njegovu eliminaciju, a konstruirani su i posebni ventili pomoću kojih se takav signal eliminira.

Otkrivanje blokirajućeg signala

Klipnjača cilindra 1.0 izašla i aktivirala kretanje klipnjače cilindra 2.0

Signal je na priključku 12 glavnog razvodnika 2.1

Klipnjača cilindra 1.0 po programu ostaje u izvučenom položaju, tako da signal 12 ostaje trajno

Kako se klipnjača cilindra 2.0 mora uvući, doći će signal na 14

Novi signal neće pokrenuti razvodnik 2.1 jer postoji signal 12 –blokirajući signal

VDMA metoda za prikaz rada cilindara

Dijagram put - vrijeme

Brzina kretanja klipnjače cilindra crta se kao konstantna od početka do kraja hoda.

“normalno” kretanje – crta s nagibom od 45o

“sporo” kretanje (dodana prigušenja) – crta s nagibom od

“brzo” kretanje (dodan brzoispusni ventil) – crta s nagibom

od 60o

• dužina hodova klipnjača cilindra za sve cilindre jednaka

• svi parametri u dijagramu neovisni o promjeru cilindra

• za veći broj cilindara, dijagram svakog od njih crta se jedan

iznad drugog, a njihovi međusobni utjecaji crtaju se

strelicama

Primjer rješavanja blokirajućeg signala

PRESA ZA ZAKIVANJE

Projektni zadatak:

U presi za zakivanje potrebno je dva dijela spojiti zakovicom. Nakon umetanja dijelova u presu, ručno se aktivira radni ciklus. Ciklus se sastoji od stezanja dijelova cilindrom 1.0 i zakivanja cilindrom 2.0. Klipnjača cilindra 1.0 kreće se sporo, a klipnjača cilindra 2.0 brzo u hodu naprijed.

Položajna skica:

Dijagram put - vrijeme:

Razvodnici 1.3 i 2.2 sa zglobnim ticalom

predavanja hip

Documents

predavanja beton

vukoviceva predavanja

predavanja i

predavanja gi

imunologija predavanja

motivacija - predavanja

[gospodarstvo hrvatske] - efos.unios.hr · predavanja su...

ambalaza predavanja

seizmika - predavanja

izvorifinanciranja predavanja

· engleski jezik predavanje engleski jezik predavanje...

predavanja pumpe

mehanika – relativno gibanja 1 predavanja 6b predavanja 6b...

marketing predavanja

cevodi predavanja

predavanja vs

cim predavanja

neurofonetika predavanja

ma101 predavanja

hip hip hip hip hip hip hip hip · scm brief: portuguese...