napęd hydrostatyczny podstawy

napęd hydrostatyczny podstawy.doc
(685 KB) Pobierz
Dr hab. inż. Z.Kudźma
Podstawy Napędu hydrostatycznego
1.Definicja napędu hydraulicznego (rodzaje, na podstawie jakiego prawa funkcjonują ).
Napęd hydrauliczny – zespół mechanizmów i urządzeń służący do zmiany dowolnego rodzaju energii
na energię cieczy, która jako nośnik służy do ponownej zamiany tej energii na energię mechaniczną.
Napęd hydrostatyczny – napęd, w którym wykorzystywana jest energia ciśnienia cieczy.
Napęd hydrokinetyczny – napęd, w którym wykorzystywana jest energia kinetyczna cieczy.
Analogicznie można sformułować definicję napędu pneumostatycznego i pneumokinetycznego gdzie
nośnikiem energii jest powietrze.
Istota napędu hydraulicznego i pneumatycznego wynika z równania Bernouliego i równania ciągłości
strugi
gdzie:
h – wysokość położenia
v – prędkość
p – ciśnienie
g – przyspieszenie ziemskie
Postać energetyczna tego równania jest następująca:
energia
potencjalna
energia
energia
ciśnienia kinetyczna
gdzie:
V – objętość cieczy
Do podstawowych podzespołów i elementów układów hydraulicznych należą:
1. Pompy hydrauliczne (źródła energii)
2.Akumulatory hydrauliczne (dodatkowe źródło zgromadzonej wcześniej energii lub tłumik drgań
cieczy)
3. Urządzenia wykonawcze (siłowniki i silniki hydrauliczne)
4. Zawory konwencjonalne (sterowanie ciśnieniaem, zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem
ciśnienia, odcinanie dopływu cieczy, redukcyjne, zwrotne, regulatory przepływu, zamki hydrauliczne)
5. Rozdzielacze konwencjonalne (kierowanie przepływem)
6. Zawory i rozdzielacze proporcjonalne.
7. Wzmacniacze hydrauliczne (moc robocza jest wielokrotnie większa od mocy sygnału sterującego)
8. Filtry (oczyszczanie cieczy roboczej z zanieczyszczeń)
8. Zbiorniki (gromadzenie cieczy, odpowietrzanie, odprowadzanie ciepła, oczyszczanie)
9. Połączenia (przewody giętkie, sztywne, szybkozłącza, łączniki)
2. Wyjaśnij zasady funkcjonowania napędów hydraulicznych.
Większość układów hydraulicznych i pneumatycznych zbudowana jest z tzw.
ogniwa pierwotnego – pompy wyporowej lub sprężarki spełniającej rolę generatora energii ciśnienia
i tzw. ogniwa wtórnego spełniającego rolę układu wykonawczego – siłowniki, silniki obrotowe.
Przykłady takich układów przedstawiono na rys.
Rys.1. Schematy hydrostatycznych układów napędowych: a)tłokowego; 1-dźwignia, 2-cylinder
pompy, 3-siłownik, 4-zbiornik, 5,6-zawór zwrotny, 7-zawór odcinający
b) obrotowego (przekładni); 1-pompa, 2-silnik, 3-pompa uzupełniająca przecieki, 4-zbiornik, 5-zawór
przelewowy, 6-filtr, 7-zawór przeciążeniowy
Z prawa Pascala o równomiernym rozkładzie ciśnienia w cieczy wynika:
Zakładając, że nośnikiem energii jest ciecz nieściśliwa i pomijając opory tarcia oraz straty
objętościowe, można zapisać:
oraz
Prędkości tłoków wynoszą:
oraz
Przełożenie napędu hydrostatycznego:
Teoretyczna moc napędu hydrostatycznego:
gdzie:
Q – objętościowe natężenie przepływu
Q [l/min] , p [Mpa]
N [kW]
W przypadku przedstawionym na rysunku b przełożenie wynosi:
gdzie:
np,ns – prędkości obrotowe pompy i silnika
qp,qs – jednostkowa wydajność pompy i jednostkowa chłonność silnika
Zalety napędów:
1. małe wymiary elementów hydraulicznych przy dużej ich mocy
2. duża żywotność i bez awaryjność pracy
3. łatwość sterowania i kontroli
4. proste sposoby zapobiegania przeciążeniom
5. duża możliwość automatyzowania układów
6. duża dowolność w rozmieszczeniu poszczególnych elementów
7. proste remonty
8. niskie koszty
Wady napędów:
1. mała sztywność kinematyczna
2. duże straty energetyczne na długości i miejscowe
3 stosunkowo duża głośność
4. mała odporność przeciw pożarowa
3. Omówić właściwości cieczy roboczych i wymienić podstawowe parametry.
Nośnikiem energii w napędzie hydrostatycznym jest ciecz nazywana także czynnikiem roboczym lub
obiegowym. Ciecz należy uważać za element konstrukcyjny, którego własności wywierają zasadniczy
wpływ na pracę układu.
Właściwościcieczy: [wymagane]
- jak najmniejsza ściśliwość,
- jak najmniejsza zmienność lepkości wraz ze zmianą temp. i ciśnienia.
- Jak najmniejsza temp. krzepnięcia i jak najwyższa temp. zapłonu,
- duże ciepło właściwe, dobra przewodność cieplna i mała rozszerzalność cieplna,
- odporność na pienienie się i utlenianie,
- dobre własności smarne,
- jednorodność struktury i trwałość chemiczna,
- obojętność chemiczna w stosunku do metali i materiałów uszczelniających,
- możliwie powolne starzenie się.
Obecnie używa się następujące rodzaje cieczy roboczych:
1. oleje mineralne,
2. oleje syntetyczne,
3. emulsje oleju w wodzie (w ilości 220%).
Podstawowe parametry cieczy:
a) Ciężar właściwy:
G – ciężar cieczy w N
V – objętość cieczy w m3
b) Gęstość (masa właściwa):
gdzie:
gdzie:
m – masa cieczy w kg
g – przyspieszenie ziemskie w m/s2
c) Ściśliwość cieczy (współczynnik ściśliwości i moduł sprężystości):
Współczynnik ściśliwości:
gdzie: V – zmiana objętości cieczy spowodowana
V – początkowa objętość cieczy w m3,
p – zmiana ciśnienia w N/m3.
Moduł sprężystości:
zmianą ciśnienia w[ m3]
d) Lepkość cieczy:
Lepkość cieczy jest określona siłami tarcia wewnętrznego, występującymi w czasie ruchu względnego
sąsiednich warstw cieczy. Charakteryzowana jest ona współczynnikiem lepkości dynamicznej
(absolutnej)-. Współczynnik ten zdefiniowany jest jako siła potrzebna do przesuwania z prędkością
1 cm/s dwóch równoległych płytek o powierzchniach 1 cm2, odległych o 1cm i oddzielonych cieczą,
której lepkość jest mierzona. Lepkość dynamiczną mierzy się w Poisach (P):
praktycznie używa się jednostki 100 razy mniejszej:
1cP=10-2P
Lepkość cieczy bywa także charakteryzowana współczynnikiem lepkości kinematycznej - , który
wyraża stosunek lepkości dynamicznej do gęstości cieczy
1cSt = 10-2St =10-6
lepkość określa się też jako lepkość względną, mierzoną w stopniach Englera ( oE), wyznaczaną za
pomocą lepkościomierza jako stosunek czasu wypływu 200cm3 badanej cieczy przez kalibrowany
otwór, do czasu wypływu wody destylowanej o temperaturze 20oC (z takiego samego naczynia).
Lepkość Englera oblicza się wg następującego wzoru:
gdzie: t – czas wypływu badanej cieczy w sekundach,
tw – czas wypływu wody destylowanej o temp. 20oC w sekundach.

W przypadku cieczy stosowanych w napędach hydraulicznych lepkość dynamiczną można
wyznaczyć z zależności:
=0,0065. oE [Ns/m2]
e) Rozszerzalność objętościowa:
Zmianę objętości cieczy wraz ze zmiana temperatury charakteryzuje współczynnik rozszerzalności
objętościowej przy stałym ciśnieniu p definiowany jako:
gdzie: V0 – objętość początkowa,
V – przyrost objętości, T – przyrost temp.
Wpływ temperatury na lepkość oleju: ze wzrostem tem. Lepkość maleje.
Wpływ ciśnienia na lepkość oleju: w praktyce niewielka.
Zapowietrzenie cieczy instalacji hydraulicznej: patrz kawitacja
Własności smarne: ze wzrostem tem smarność maleje.możliwość zatarcia pompy.
4. Wyjaśnić znaczenie prędkości impulsu hydraulicznego.
Prędkość rozchodzenia się impulsu hydraulicznego posiada decydujące znaczenie z uwagi na czas
opóźnienia działania w stosunku do chwili jego nadania. Prędkość tą można wyznaczyć posługując
się wzorem N. E. Żukowskiego:
gdzie:  - gęstość cieczy, k – objętościowy współczyn sprężystości, d – średnica wewnętrzna
przewodu, s-grubość ścianki przewodu, E – moduł sprężystości materiału rury.
Zal
zależność prędkości rozchodzenia się impulsu od lepkości cieczy.
5.Wyjaśnić zjawisko uderzenia hydraulicznego i sposoby zapobiegania negatywnym skutkom.
W instalacjach hydraulicznych mogą występować uderzenia hydrauliczne , np. przy gwałtownym
zamknięciu rozdzielacza lub zaworu. Gwałtowny wzrost ciśnienia może doprowadzić do zniszczenia
przewodów. Wzrost ciśnienia występuje na skutek zmiany energii kinetycznej cieczy na energię
ciśnienia. Na rys przedstawiono krzywe obrazujące przyrost i pulsację ciśnienia na skutek uderzenia
hydraulicznego.
Rys. Pulsacja i przyrost ciśnienia przy uderzeniu hyd.
Aby zapobiec skutkom uderzeń hydraulicznych stosuje się w układach specjalne tłumiki , których
przykładowe konstrukcję przedstawiono na rys .
Rys. Tłumiki uderz. hyd. ab-typ tłokowy c- zaworwy
Kawitacja
W cieczy roboczej , pod ciśnieniem atmosferycznym, jest rozpuszczone do 10 % objętościowo
powietrza.
Kawitacja jest to miejscowe wydzielenie powietrza w postaci pęcherzy (wrzenie) z kolejną
kondensacją wydzielonych pęcherzyków , którym towarzyszą miejscowe uderzenia hydrauliczne.
Kawitacja występuje podczas obniżania ciśnienia w dowolnym punkcie strumienia cieczy do ciśnienia
niższego od ciśnienia nasycenia w danej temperaturze wskutek tego ciecz wrze, a wydzielane
pęcherzyki są porywane przez strumień cieczy i przenoszone do obszaru o ciśnieniu wyższym, gdzie
z kolei się kondensują.
6.Opisać straty na długości .
Spadek ciśnienia (straty) można wyznaczyć według następującego wzoru:[ dla przepływu
laminarnego i burzliwego inaczej wyznacza się bezwymiarowy współczynnik oporu]

Plik z chomika:
Januszd1
Inne pliki z tego folderu:
śterowanie rozruchem ze względu na minimalny hałas.ppt (11005 KB)
 hydraulika autor zygmunt 2.pdf (5334 KB)
 wykład hab. sterowaniw [tryb zgodności].pdf (2223 KB)
 opóźnienia w układach hydrostatycznych.doc (1554 KB)
Regulacja dławieniowa szeregowa prędkością odbiornika hydraulicznegox.pdf (1596 KB)


Inne foldery tego chomika:


Zgłoś jeśli naruszono regulamin

Strona główna
Automatyka i Robotyka
Automatyka Sterowanie CNC PLC
 CNC
 Elektronika
 Excel; VBA




Aktualności
Kontakt
Dział Pomocy
Opinie


Regulamin serwisu
Polityka prywatności
Copyright © 2012 Chomikuj.pl