WYDZIAA
NAUK TECHNICZN YCH
UNIWERSYTETU WARMIC
SKO-MAZURSKIEGO
W OLSZTYNI E
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu
Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
Rok II TRiL, studia stacjonarne, 2010-2011
Autor materiałów
dr inż. Jerzy Domański
TEMATYKA ĆWICZEC

Harmonogram ćwiczeń i warunki zaliczenia ..................................................................................... 2
Ćwiczenie 1. Wiadomości wprowadzające. Przykłady charakterystyk urządzeń hydraulicznych.
Podstawowe zasady konstruowania układów hydraulicznych. ................................... 3
Ćwiczenie 2. Budowa schematów układów hydraulicznych i pneumatycznych z zastosowaniem
symulacji komputerowej............................................................................................ 11
Ćwiczenie 3. Podstawowe obliczenia układów hydraulicznych. Sterowanie prędkością ruchu
metodą dławienia i metodą upustu. ........................................................................... 14
Ćwiczenie 4. Montaż układów pneumatycznych na podstawie schematów. Podstawy
projektowania układów pneumatycznych. ................................................................ 16
Ćwiczenie 5. Wykonywanie schematów rzeczywistych układów hydraulicznych i układów
sterowania.................................................................................................................. 21
Ćwiczenie 6. Projektowanie układu hydraulicznego ze sterowaniem hydraulicznym.................... 22
Ćwiczenie 7. Pomiary parametrów układu. Projektowanie i montaż sterowania elektrycznego w
układach hydraulicznych ........................................................................................... 24
D o d a t e k. Budowa i zasada działania wybranych urządzeń hydraulicznych. Układy
hydrauliczne i pneumatyczne w pojazdach samochodowych ................................... 27
1
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Harmonogram ćwiczeń i warunki zaliczenia
Harmonogram wykonywania ćwiczeń
Ćwiczenia 1 - wykonywane jednocześnie przez całą grupę studentów,
Ćwiczenia 2 ÷ 7,  wykonywane w trzech podgrupach A, B, C.
Kolejność wykonywania ćwiczeń:
Nr zajęć Numer ćwiczenia
1 1
podgrupa A podgrupa B podgrupa C
2 2 4 3
3 3 2 4
4 4 3 2
5 5 7 6
6 6 5 7
7 7 6 5
Warunki zaliczenia:
1. Student musi zaliczyć wszystkie ćwiczenia. Nieobecności na ćwiczeniach student odrabia w
dodatkowym terminie. Dopuszcza się odrabianie jednego ćwiczenia.
2. W trakcie każdych ćwiczeń student jest zobowiązany wykonać zadanie i wyjaśnić zasadę działania
urządzeń i układów hydraulicznych i pneumatycznych. Wypowiedz
będzie oceniana.
3. Po zakończeniu ćwiczeń studenci wykonują sprawozdanie  każdy student wykonuje sprawozdanie.
4. Studenci piszą sprawdziany z następującej tematyki:
Kolokwium 1.  znajomość symboli stosowanych w schematach układów hydraulicznych. Sprawdzian
przed rozpoczęciem zajęć laboratoryjnych nr 2.
Kolokwium 2.  Opis pracy układu hydraulicznego przedstawionego schematem z wyjaśnieniem znaczenia
zastosowanych symboli.
W przypadku braku zaliczenia ww. kolokwiów student zalicza w terminie poprawkowym.
Ocena ostateczna z przedmiotu wystawiana jest jako średnia z wszystkich ocen.
2
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 1. Wiadomości wprowadzające. Przykłady charakterystyk
urządzeń hydraulicznych. Podstawowe zasady
konstruowania układów hydraulicznych.
Wiadomości wprowadzające (wyciąg z wykładów)
Układy, w których moc i sygnały sterujące są przenoszone za pomocą różnego rodzaju
cieczy, nazywamy układami hydraulicznymi.
Podział układów ze względu na zasadę działania:
 układy hydrostatyczne, których zasada działania polega na wykorzystaniu energii
potencjalnej, czyli ciśnienia cieczy,
 układy hydrokinetyczne, których zasada działania polega na wykorzystaniu energii
kinetycznej cieczy.
Zasada działania hydrostatycznego układu hydraulicznego opiera się na prawie Pascala, które
mówi, że w wyniku działania siły na ciecz pozostającą w spoczynku zostaje wytworzone ciśnienie
rozchodzÄ…ce siÄ™ we wszystkich kierunkach.
Podstawowe wielkości fizyczne występujące w układzie hydraulicznym
Lp. Wielkość fizyczna Jednostka SI Jednostka najczęściej stosowana
1. Ciśnienie pascal [1 Pa=1 N/m2] bar [1 bar = 105 Pa = 0,1 MPa]
2. Prędkość liniowa m/s mm/s
3. Prędkość obrotowa rad/s obr/min
Natężenie przepływu/
4. m3/s dm3/min
wydajność pompy
5. Siła N N
6. Temperatura stopień Kelvina [K] stopień Celsjusza [0C]
centystokes [cSt] 1cST = 1Å"10-6 m2/s
7. Lepkość kinematyczna m2/s
stopieÅ„ Englera [°E]
Charakterystyki oporów przepływu dla różnych tłoczków
przy v=41 mm2/s, T=323 K [katalog Ponar]
Przykład schematu układu hydraulicznego
1  silnik elektryczny, 2  pompa,
3  zawór bezpieczeństwa, 4  rozdzielacz,
5  siłownik, M1 M2  manometry
3
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Przykłady symboli hydraulicznych i pneumatycznych  minimum na sprawdzian
(więcej symboli w oddzielnych plikach)
Lp. Symbol Opis
Przewód: roboczy, zasilania sterowania, powrotny,
1.
elektryczny
2.
Przewód: sygnału sterowania, spustowy
Obrysowanie kilku symboli elementów znajdujących
3.
siÄ™ w jednym urzÄ…dzeniu
4.
Elementy mechaniczne (wał, dz
wignia, tłoczysko)
5.
Przykłady połączeń przewodów lub kanałów
6.
Skrzyżowanie przewodów lub kanałów bez połączenia
7.
Przewód giętki, elastyczny
Strzałka wskazuje: ruch prostoliniowy, kierunek
8.
przepływu przez zawory,
9.
Symbol ruchu obrotowego w określonym kierunku
Strzałka ukośna długa wskazuje możliwość
10.
zmienności lub nastawialności parametrów pompy,
sprężyny, elektromagnesu itp.
11.
Zamknięcie kanału lub drogi przepływu
12.
Napęd główny
13.
Sprężyna
14.
DÅ‚awienie czynnika roboczego
Przykład oznaczenia rozdzielacza bez pokazania
połączeń wewnętrznych i sterowania.
Liczba kratek = liczba położeń,
15.
Liczba przyłączy = liczba dróg.
Tu rozdzielacz dwupołożeniowy trójdrogowy.
Uwaga: nie zawsze występują litery i  okręgi w
oznaczeniach
4
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Symbole sterowania rysowane w dowolnym położeniu
16.
prostopadle do skrajnej ścianki symbolu rozdzielacza
Przykłady symboli sterowania ręcznego:
a.
a. Ogólny symbol sterowania ręcznego,
b.
b. Ogólny symbol sterowania ręcznego z zapadką
utrzymującą rozdzielacz w położeniu,
17.
c.
c. Przycisk wciskany,
d.
d. Dz
wignia ręczna,
e. Dz
wignia nożna
e.
UWAGA: każdy rodzaj sterowania może mieć zapadkę
a.
Przykłady symboli sterowania mechanicznego:
b.
a. Ogólny symbol sterowania mechanicznego,
18.
b. Rolka, dwa kierunki działania,
c.
c. d. Rolka z zaznaczonym kierunkiem działania.
d.
Przykłady symboli sterowania elektrohydraulicznego:
a.
a. Elektromagnes z jednym kierunkiem działania,
b. Elektromagnes z dwoma cewkami w jednym
b.
zespole, działającymi w kierunkach przeciwnych
19. c.
c. Sterowanie za pomocą ciśnienia (ogólnie),
d.
d. Sterowanie przez wzrost ciśnienia,
e.
e. Sterowanie przez spadek ciśnienia,
f.
f. Sterowanie elektrohydrauliczne.
Przykład: Rozdzielacz trójdrogowy dwupołożeniowy
(3/2), prawe położenie uzyskiwane za pomocą
sprężyny, lewe położenie za pomocą elektromagnesu
20.
lub ręcznie (jeżeli z prawej strony jest sprężyna tzn. że
aby utrzymać lewe położenie prąd musi stale płynąć
przez elektrozawór, nie wystarczy jednorazowy
impuls)
Przykład: Rozdzielacz czterodrogowy
czteropołożeniowy (4/4), sterowany dz
wignią ręczną z
21.
zapadką (tzn. że po zmianie położenia dz
wignia jest
utrzymywana przez zapadkÄ™ i nie ma samoistnej
zmiany położenia)
Wewnętrzna droga sygnału sterującego (sterowanie
22.
zaworu ciśnieniem własnym czynnika roboczego
przepływającego przez zawór)
23.
Zewnętrzna droga sygnału sterującego
5
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zawór maksymalny otwierany ciśnieniem z regulacją
wartości ciśnienia otwarcia.
24.
W zależności od podłączenia może pełnić rolę zaworu
bezpieczeństwa lub regulatora ciśnienia
25.
Trzydrogowy zawór redukcyjny
26.
Zawór odcinający (sterowany ciśnieniem)
27.
Siłownik hydrauliczny dwustronnego działania
28.
Siłownik hydrauliczny jednostronnego działania
Siłownik hydrauliczny dwustronnego działania z
29.
dwustronnym nastawialnym hamowaniem
(dławieniem w skrajnych położeniach)
Pompa hydrauliczna o jednym kierunku tłoczenia z
30.
regulowaną objętością roboczą
Silnik hydrauliczny (obrotowy) o dwóch kierunkach
31.
obrotu o zmiennym kierunku przepływu o stałej
objętości roboczej
Silnik hydrauliczny (obrotowy) o dwóch kierunkach
32.
obrotu o zmiennym kierunku przepływu o zmiennej
objętości roboczej
33.
Przepływomierz (mierzy natężenie przepływu)
Pompa-silnik hydrauliczny o jednym kierunku
34.
przepływu o stałej objętości roboczej o jednym
kierunku obrotów
35.
Zawór dławiący dwukierunkowy
Zawór dławiąco-zwrotny jednokierunkowy z
nastawialnym dławieniem, z dławieniem w jednym
36.
kierunku (AB), ze swobodnym przepływem w
drugim kierunku (BA)
37.
Dwudrogowy regulator przepływu
6
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
38.
Rozdzielacz przepływu
Zasilacz hydrauliczny zawierajÄ…cy:
1. silnik elektryczny,
2. pompę o stałej objętości roboczej,
39.
3. manometr mierzący ciśnienie,
4. zawór bezpieczeństwa,
5. zbiornik
40.
Symbol ogólny zasilacza hydraulicznego
41.
Zawór logiczny LUB (or)
42.
Zawór logiczny I (and)
43.
Zawór odcinający
44.
Filtr
45.
Zbiornik
46.
Akumulator bez wskazania rodzaju obciążenia
Akumulator hydrauliczny gazowy, ciecz utrzymywana
47.
pod ciśnieniem za pomocą sprężonego gazu
48.
Manometr
49.
Termometr
50.
Wskaz
nik poziomu cieczy
7
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Wybrane symbole specyficzne dla pneumatyki
Lp.
Symbol Objaśnienie symbolu
1.
Ogólny symbol zasilania
Zespół przygotowania powietrza  symbol
2.
ogólny
Zespół przygotowania powietrza  symbol
3.
szczegółowy
Siłownik jednostronnego działania z
4.
powrotem za pomocą sprężyny
Siłownik dwustronnego działania z dwoma
5.
tłoczyskami w jednej obudowie
Siłownik beztłoczyskowy ze sprzężeniem
6.
mechanicznym
Siłownik beztłoczyskowy ze sprzężeniem
7.
mechanicznym z nastawialnym
hamowaniem obustronnym
Siłownik beztłoczyskowy ze sprzężeniem
8.
magnetycznym z hamowaniem
obustronnym
Wielopozycyjny siłownik dwustronnego
9.
działania
Siłownik cięgnowy z hamowaniem
10.
dwustronnym o stałej wartości
11.
Zawór szybkiego upustu powietrza
12.
GÅ‚owica wyczuwajÄ…ca
Licznik impulsów. Tu po podaniu 3
impulsów na przyłącze 1. zostanie
13.
połączony przepływ 34. Podanie ciśnienia
na przyłącze 2. rozłącza połączenie.
8
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
14.
Ejektor  zawór wytwarzający podciśnienie
15.
Przyssawka
Silnik o ograniczonym kÄ…cie obrotu
16.
(wahadłowy)
17.
Zawór sekwencyjny sterowany ciśnieniem
Zawór sekwencyjny sterowany
18.
podciśnieniem
Zawór sekwencyjny wyłączający z
19.
opóz
nieniem czasowym
Zawór sekwencyjny włączający z
20.
opóz
nieniem czasowym
9
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Podstawowe elementy sterowania elektrycznego
Lp.
Symbol Objaśnienie symbolu
1.
Symbole zasilania elektrycznego
2.
Włącznik krańcowy
Włącznik/wyłącznik krańcowy uruchamiany
3.
rolkÄ…
4.
Włącznik krańcowy uruchamiany rolką
Włącznik ręczny, utrzymujący położenie
5.
załączenia po zwolnieniu nacisku
Włącznik ręczny, powracający do położenia
6.
rozłączonego po zwolnieniu nacisku
7.
Czujnik magnetyczny
8.
Czujnik indukcyjny
9.
Czujnik optyczny (fotokomórka)
10.
Cewka elektromagnesu
Element układu logicznego  wejście,
11.
Zamienia sygnał elektryczny na logiczny
Element układu logicznego  wyjście,
12.
Zamienia sygnał logiczny na elektryczny
Włącznik czasowy, cyfra 3  czas opóz
nienia
13.
w sekundach
Wyłącznik czasowy, cyfra 3  czas
14.
opóz
nienia w sekundach
10
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 2. Budowa schematów układów hydraulicznych
i pneumatycznych z zastosowaniem symulacji
komputerowej
W sprawozdaniu:
1. Podać wszystkie elementu składowe układu z zadania 1.
2. Odpowiedzieć na pytanie stawiane w zadaniu 1.
W ramach ćwiczenia wykonać wszystkie schematy poniższych układów z zastosowaniem
programu komputerowego oraz wykonać symulację pracy układów.
Pogram FluidSIM-H.
Zadanie 1.
Wykonać połączenia układu hydraulicznego złożonego z (rys. powyżej):
1. Siłownika jednostronnego działania (siłownik nr 1.) obciążony siłą 20 N.
2. Siłownika dwustronnego działania (siłownik nr 2.) nieobciążony.
Wymagania:
- wysuwanie tłoka pierwszego po wciśnięciu przycisku włączania,
- tłok drugi jest wysuwany gdy tłok pierwszy znajduje się w górnym położeniu,
- tłok pierwszy powraca do położenia startowego po osiągnięciu zadanego ciśnienia w przewodzie zasilającym
siłownik 2.,
- tłok drugi powraca gdy tłok pierwszy znajduje się w dolnym położeniu.
Wykonać schemat i przetestować działanie.
Zmienić siły obciążające siłownik nr 1. na 200N a siłownik nr 2. na 20 N. Przeprowadzić symulację.
Jak zachowuje się układ po zmianie wartości sił? Jaka jest przyczyna błędnej pracy układu i co należy
zrobić aby usunąć nieprawidłowości?
11
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadanie 2. Podstawy zastosowania elementów logicznych w sterowaniu.
Na schemacie zastosowano układ logiczny służący do utrzymania tłoka w górnym położeniu przez określony
czas. Położenie górne jest sygnalizowane przez czujnik magnetyczny. Włączenie układu za pomocą
fotokomórki
Wykonać schemat i przetestować jego działanie
Zadanie 3. Podstawy zastosowania przekaz
ników w sterowaniu.
Wykonać schemat i przetestować jego działanie. Jakie znaczenie w układzie sterowania ma połączenie
zaznaczone liniÄ… pogrubionÄ….
12
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Program FluidSIM-P.
Zadanie 4. Schemat pneumatyczny urządzenia do klejenia części z tworzyw sztucznych. Sygnał do
wysuwu zostaje podany przez przycisk ręczny. Tłok w skrajnym wysuniętym położeniu 1.2 dociska
części przez określony czas. Ruch powrotny następuje pomimo wciśniętego przycisku
uruchomiającego. Nowy sygnał start jest skuteczny dopiero po dojściu tłoka w położenie 1.1,
zwolnieniu przycisku startu i jego ponownym włączeniu.
Na rysunku zamieszczono listę części oraz cyklogram funkcji wybranych elementów
wykonawczych. Zaobserwować zmianę cyklogramu po zmianie wartości otwarcia na zaworze
dławiącym (na rys. 20%).
13
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 3. Podstawowe obliczenia układów hydraulicznych.
Sterowanie prędkością ruchu metodą dławienia i metodą
upustu.
W sprawozdaniu:
1. Schemat układu hydraulicznego (w sprawozdaniu może być wykonany za pomocą
programu komputerowego). Wyniki wszystkich obliczeń,
2. Opisać zasadę sterowania prędkością dwiema metodami  wady i zalety,
Zadania do wykonania.
1. Wykonać schemat układu hydraulicznego. Nie stosować wspomagania komputerowego na
zajęciach laboratoryjnych.
2. Przeprowadzić poniższe obliczenie (gdy trzeba, dobrać jednostki w obliczeniach samodzielnie):
INSTRUKCJA DO OBLICZEC
NA NAST
PNEJ STRONIE
a. spisać parametry pompy hydraulicznej (ciśnienie nominalne pn, wydajność Qht),
b. spisać wartość chłonności jednostkowej silnika
(qh  objętość cieczy pobierana przez silnik podczas obrotu wału),
c. obliczyć teoretyczną maksymalną prędkość obrotową silnika hydraulicznego na
Qht
podstawie parametrów pompy i silnika hydraulicznego (wg wzoru nh = ).
qh
Należy pamiętać, że prędkość rzeczywista będzie mniejsza ze względu na straty objętościowe.
pn qh
d. obliczyć nominalny moment obrotowy (teoretyczny), Mnom = [Nm],
2Ä„
postać wzoru gdy pn [Pa], qh [m3/obr].
e. Średnica tłoka D = 16 mm, średnica tłoczyska d = 12 mm. Znalez
ć maksymalne wartości
sił jakie mogą wystąpić na siłowniku w obu kierunkach ruchu przy maksymalnym
ciśnieniu oraz maksymalne wartości prędkości ruchu tłoka w obu kierunkach.
3. Uruchomić pompę i ustawić ciśnienie na ok. 30 bar.
4. Uruchomić oddzielnie tylko siłownik, następnie tylko silnik.
5. Zastosować regulację prędkości ruchu silnika metodą dławienia oraz metodą upustu 
obserwować wskazania manometrów w trakcie regulacji.
6. Wysunąć siłownik całkowicie. Zakręcić dwa zawory dławiące.
Czy jest możliwy powrót siłownika przy zakręconych zaworach dławiących  dlaczego.
14
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Instrukcja do obliczeń
1. Na podstawie znajomości pola powierzchni tłoka i pola powierzchni tłoczyska wyznaczyć
wartości prędkości ruchu tłoka ze wzorów:
Qst = AvT [m3/s]
gdzie Qst  chłonność siłownika równa wielkości przepływu  przy pominięciu strat
objętościowych,
A  czynna powierzchnia tłoka, różna dla położeń rozdzielacza,
vT  prędkość tłoka.
2. Do obliczenia maksymalnej siły należy uwzględnić sposób podłączenia siłownika oraz
wartości ciśnień. Ciśnienie w przewodzie powrotnym zależy od strat w rozdzielaczu i
ciśnienia na przewodzie zlewnym za rozdzielaczem.
Przyjąć ciśnienie oleju na wyjściu z siłownika p2 = 1 bar.
Straty ciśnienia w przewodach pominąć.
Sposób włączania w układ siłownika z jednostronnym tłoczyskiem
a) wysuw, b) wsuw
F1 = p1A1 - p2 A2
15
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 4. Montaż układów pneumatycznych na podstawie
schematów. Podstawy projektowania układów
pneumatycznych.
W sprawozdaniu podać:
1.Objaśnienia wszystkich symboli zastosowanych w zadaniu 2.
2. Opisać działanie układu z zadania 2.
Wykonać połączenia układów wg poniższych schematów. Uruchomić układy.
Zadanie 1. Zadanie 2. Zadanie 3.
Zadanie 4. Zadanie 5.
16
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
17
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadania wymagające zaprojektowania układu
Zadanie 6.
Zaprojektować i połączyć układ pneumatyczny, spełniający następujące wymagania:
1. Siłownik jednostronnego działania wykonuje ruch oscylacyjny automatycznie po
dostarczeniu ciśnienia do układu (ruch oscylacyjny  ruch postępowo zwrotny między
maksymalnym wysunięciem a minimalnym). Ruch ten wykonywany jest aż do odłączenia
dostarczania sprężonego powietrza. Dostarczanie powietrza załączane rozdzielaczem
sterowanym przełącznikiem.
2. Istnieje możliwość sterowania prędkością wysuwu siłownika.
Zadanie 7.
Zaprojektować i połączyć układ pneumatyczny, służący do sterowania wysuwem siłownika
jednostronnego działania. Sygnał do wysuwu może być wydany z trzech niezależnych stanowisk
za pomocą wciśnięcia i trzymania przycisku.
Zadanie 8.
W układzie z zadania 2. wprowadzić zmiany, dzięki którym:
1. Naciśnięcie jednego przycisku (bez konieczności jego trzymania) spowoduje wysuwanie
się siłownika jednostronnego działania.
2. Naciśnięcie drugiego przycisku (bez konieczności jego trzymania) spowoduje powrót
siłownika jednostronnego działania.
18
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadanie 9. Napęd pneumatyczny ze sterowaniem sygnałem elektrycznym
Zadaniem układu jest sterowanie ruchem siłownika
(np. siłownik otwierający drzwi przesuwane).
Sygnał wysuwania podawany jest przez fotokomórkę.
Uzyskanie skrajnego położenia przez tłok jest
sygnalizowane poprzez czujnik magnetyczny. W układzie
znajduje się włącznik czasowy, który może zostać
zastosowany do utrzymania tłoka w skrajnym położeniu
przez określony czas.
Zapoznać się z budową i funkcjonowaniem układu.
Wyjaśnić zasadę pracy układu.
Schemat połączeń układu sterowania
z zaznaczeniem połączeń przekaz
ników i włącznika czasowego
19
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
SCHEMATY POA

CZEC
ELEMENTÓW UKA
ADU STEROWANIA
BROWN (+)
BLUE ( )
LOAD
Podłączenie czujnika magnetycznego
PNP BN +
BK

BU
Podłączenie fotokomórki
kable: BN  brÄ…zowy, BK  czarny, BU  niebieski
 obciążenie
U t
B1
R A1
A2
Oznaczenia sygnałów:
18
U  sygnał wejściowy, R  sygnał wyjściowy
R
t  zwłoka czasowa z możliwością nastawienia
15 16
A1/ A2 :110 - 240V ~ 50 / 60Hz
Å„Å‚
U
òÅ‚
A1/ B1: 24V ~ 50 / 60Hz
ół
Schemat podłączeń sygnału wyjściowego
Opis podłączenia sygnału wejściowego
Oznaczenia włącznika czasowego
20
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 5. Wykonywanie schematów rzeczywistych układów
hydraulicznych i układów sterowania.
W sprawozdaniu:
1. Schemat układu hydraulicznego ze sterowaniem i wyjaśnić znaczenie każdego symbolu
zastosowanego w układzie.
2. Opis działania układu.
W ramach ćwiczenia:
1. Wykonać szkic schematu całego układu
(hydrauliczny i sterowania) bez stosowania
wspomagania komputerowego. Wykonany
schemat przedstawić do sprawdzenia.
2. Uruchomić stanowisko i zastosować regulację
prędkości ruchu silnika hydraulicznego.
3. Omówić przeznaczenie każdego elementu układu
hydraulicznego.
PNP BN +
BK

BU
Schemat podłączenia fotokomórki
kable: BN  brÄ…zowy, BK  czarny, BU  niebieski
 obciążenie
a) b)
Schemat podłączeń przekaz
nika
a) schemat podłączenia cewki, b) schemat połączeń styków
21
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 6. Projektowanie układu hydraulicznego ze sterowaniem
hydraulicznym.
W sprawozdaniu podać wyniki obliczeń (wg tabeli) oraz schemat zaprojektowanego układu.
Zaprojektować układ hydrauliczny korzystając z symulacji komputerowej. Zadaniem układu
będzie podnoszenie i opuszczanie ciężaru (wielkość zostanie podana na ćwiczeniach).
Ciężar będzie podnoszony bezpośrednio przez siłownik (bez stosowania mechanizmów).
Dostępne wykonania siłowników:
Lp. Średnica tłoka [mm] Średnica tłoczyska [mm]
1. 12 6
2. 25 12
3. 35 16
4. 50 25
5. 70 32
6. 100 60
Wymagania do projektu:
1. Ciężar podnoszony G = 300 N , maksymalna prędkość podnoszenia V = 0,1 m/s , wysokość
podnoszenia 400 mm.
2. Pompa hydrauliczna o stałej wydajności, wydajność obliczyć. Ciśnienie nominalne 60 bar.
3. Zastosować sterowanie ręczne lub hydrauliczne (tzn. nie stosować sterowania elektrycznego).
4. Podnoszenie i opuszczanie tylko przy wychylonej dz
wigni sterujÄ…cej rozdzielaczem. Po zwolnieniu
dz
wigni tłok zatrzymuje się.
5. Możliwość bezstopniowej regulacji prędkości podnoszenia nawet w czasie pracy siłownika
(do regulacji zastosować metodę upustu).
6. UWAGA zabezpieczyć układ przed niekontrolowanym opadaniem ciężaru (może to mieć miejsce
gdy zmniejszając prędkość podnoszenie zbyt duży strumień oleju zostanie skierowany na upust).
7. Zastosować siłownik pchający. Do wyznaczenia średnicy tłoczyska zastosować wykres do doboru
tłoczyska na wyboczenie (wykres na stronie następnej).
8. Przeprowadzić symulację działania.
Założyć siłownik w układzie jak na rysunku
Wypełnić tabelkę:
Lp. Parametr Wartość
1. Wydajność pompy .... [l/min]
2. Średnica tłoka .... [mm]
3. Średnica tłoczyska .... [mm]
22
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
23
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Ćwiczenie 7. Pomiary parametrów układu. Projektowanie i montaż
sterowania elektrycznego w układach hydraulicznych
W sprawozdaniu opisać metodę wykonywania pomiarów i podać wyniki pomiarów (wg tabeli) oraz
schemat zaprojektowanego układu sterowania z zadania 3.
Zadanie 1. Pomiary natężenia przepływu
Zmontować układ przedstawiony na schemacie.
Zmieniać natężenie przepływu za pomocą regulatora
przepływu i wartość ciśnienia na dwóch manometrach.
Wykonać 5 pomiarów  wyniki przedstawić w formie tabeli
(wzór poniżej).
Lp. Natężenie przepływu Ciśnienie [bar]
[dm3/min] M1 M2
1.
2.
3.
4.
5.
24
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadanie 2. Zmontować układ hydrauliczny ze sterowaniem wg schematu przedstawionego
poniżej. Zadaniem układu jest zapewnienie ruchu oscylacyjnego tłoka.
Schemat układu hydraulicznego ze sterowaniem.
Przykład fizycznej realizacji układu sterującego
25
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadanie 3. Zmontować układ jak na rysunku poniżej. Zaprojektować układ sterujący, którego
zadaniem będzie wysuwanie siłownika po naciśnięciu przycisku, powrót automatyczny
po osiągnięciu skrajnego położenia. Wyjaśnić jakie zadanie spełnia zawór
maksymalny.
Schemat układu hydraulicznego w zadaniu 3.
Zadanie 4. Zmodyfikować układ sterujący poprzednio zaprojektowany tak, aby kolejny start
siłownika możliwy był tylko po powrocie tłoka do położenia początkowego.
26
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
D o d a t e k. Budowa i zasada działania wybranych urządzeń
hydraulicznych. Układy hydrauliczne i pneumatyczne w
pojazdach samochodowych
W ramach ćwiczenia:
1. Zapoznać się z budową i omówić zasadę działania przekładni hydrokinetycznej,
2. Zapoznanie się z budową i zasadą działania wybranych urządzeń hydraulicznych
3. Omówić elementy układu hamulcowego o napędzie pneumatycznym,
4. Zapoznać się z budową i uruchomić model układu hydraulicznego wspomagania układu
kierowania pojazdem osobowym.
Przekładnia hydrokinetyczna
id
·
M [Nm]
·
4 1
80 1
M
0,8
0,8 3
·
60
0,6
0,6
2
40
0,4
id
0,4
·
1
20 0,2
0,2
0,2 0,4 0,6 0,8 1
ik
0,2 0,4 0,6 0,8 1
ik
Przełożenie dynamiczne oraz sprawność przekładni
Przenoszony moment oraz sprawność sprzęgła
hydrokinetycznej w zależności od przełożenia
hydrokinetycznego w zależności od przełożenia
kinematycznego
kinematycznego ik
linia przerywana  bez sprzęgła jednokierunkowego
27
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
Zadanie 3. Zapoznać się (indywidualnie) z budową wybranych układów hydraulicznych
i pneumatycznych
Układ hamulcowy o napędzie pneumatycznym
Model układu hamulcowego o napędzie pneumatycznym
Układ hamulców pneumatycznych jednoprzewodowy  jednoobwodowy w stanie spoczynku
1  sprężarka; 2  regulator ciśnienia; 3  zbiorniki; 4  zawór zwrotny; 5  główny zawór hamulcowy; 6 
sterowany zawór hamulcowy przyczepy; 7  zawór hamulcowy przyczepy;
8  korektor siły hamowania; 9  siłowniki hamulcowe; 10  mechanizmy hamulcowe; 11  złącze
[A
omako D., Stańczyk T., Grzyb J.: Pneumatyczne układy hamulcowe w pojazdach samochodowych,
Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2002]
Działanie powyższego układu jest następujące: w stanie spoczynku sprężarka tłoczy
powietrze przez regulator ciśnienia do zbiorników ciągnika (tj. samochodu ciężarowego lub
ciągnika siodłowego), które przedziela zawór zwrotny. Taki układ zbiorników umożliwia szybszą
gotowość hamulców do pracy.
Ze zbiorników sprężone powietrze przepływa do głównego zaworu hamulcowego
i sterowanego zaworu hamulcowego przyczepy. Następnie powietrze przez złącze i zawór zwrotny
przepływa do zbiornika. Zawór hamulcowy przyczepy ma ogranicznik ciśnienia, który daje spadek
28
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
ciÅ›nienia w przyczepie do wartoÅ›ci 0,52 Ä…0,02 MPa w stosunku do ciÅ›nienia 0,6 ÷ 0,73 MPa
panującego w zbiorniku. Uruchomienie hamulców odbywa się przez nacisk na pedał głównego
zaworu hamulcowego ciągnika, co powoduje otwarcie zaworu wlotowego i przepływ sprężonego
powietrza do siłowników hamulców ciągnika oraz do sterowanego powietrznie zaworu
hamulcowego przyczepy. W zaworze tym na skutek otwarcia połączenia z atmosferą ciśnienie w
przewodzie łączącym ciągnik z przyczepą maleje, i tak np. przy ciśnieniu w siłowniku ciągnika
0,1 MPa spadek ciÅ›nienia wynosi 0,2 ÷ 0,25 MPa. W zaworze hamulcowym przyczepy otwarte
zostaje połączenie zbiornika powietrza z korektorem siły hamowania.
Do siÅ‚owników ostatecznie dopÅ‚ywa powietrze pod ciÅ›nieniem 0,15 ÷ 0,2 MPa. Tak wiÄ™c
ciśnienie w siłownikach przyczepy jest większe niż w siłownikach ciągnika dzięki czemu
stworzone są warunki statecznego ruchu sprzęgu drogowego podczas hamownia. Dalszy
stopniowy wzrost ciśnienia roboczego w siłownikach ciągnika i powietrznie sterowanym zaworze
przyczepy, powoduje stopniowy spadek ciśnienia w przewodzie łączącym przyczepę z pojazdem,
a więc i wzrost ciśnienia w układzie uruchamiania hamulców przyczepy.
Z zaworem hamulcowym przyczepy połączony jest korektor siły hamowania którego
regulacja odbywa się ręcznie w zależności od stopnia załadownia przyczepy.
Układ hydrauliczny wspomagania kierowania pojazdem
Uproszczony schemat hydraulicznego układu wspomagania kierowania
1  koło kierownicy, 2  przekładnia kierownicy, 3  siłownik, 4  koła z układem cięgien,
5  pompa hydrauliczna, 6  zawór bezpieczeństwa, 7  regulator przepływu,
8  zawór jednokierunkowy, 9  rozdzielacz obrotowy.
UWAGA przełożenie koło zębate - zębatka zostało narysowane w powiększonej skali
29
Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu Napęd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne
© Jerzy DomaÅ„ski
A) B)
Najprostszy przykład rozdzielacza obrotowego
A  położenie neutralne, B  położenie po obrocie koła kierownicy
1  pierścień zewnętrzny, 2  pierścień wewnętrzny, 3  doprowadzenie oleju z pompy,
4  odprowadzenie oleju, 5 i 6  wyprowadzenia do przewodów zasilania siłownika.
Działanie układu
Obrót koła kierownicy powoduje obrót pierścienia wewnętrznego oraz obrót pierścienia
zewnętrznego współpracującego z zębatką. Zębatka powoduje skręcanie kół. Między obrotem
pierścienia wewnętrznego a zewnętrznego występuje pewien luz. Skręt kół pojazdu możliwy jest
bez wspomagania  w omawianym przypadku występuje mechaniczne przeniesienie napędu z koła
kierownicy na koła pojazdu.
Pompa hydrauliczna może być napędzana od wału silnika lub, częściej, silnikiem
elektrycznym. Olej, po ustabilizowaniu przepływu przez regulator przepływu do natężenia np.
8 l/min, jest tłoczony poprzez doprowadzenie 3 do pierścienia wewnętrznego. Skręcenie koła
kierownicy powoduje przekierowanie oleju do wyprowadzenia 5 lub 6 (zależnie od kierunku
obrotu kierownicy). Olej tłoczony jest do siłownika, który wspomaga skręcanie kół. W wyniku
ruchu zębatki następuje ruch obrotowy pierścienia zewnętrznego aż do osiągnięcia położenia
neutralnego rozdzielacza. W położeniu neutralnym olej nie jest pompowany do siłownika i koła
jezdne nie są dalej skręcane.
W przypadku ciężkich maszyn roboczych, ze względu na wymagane duże siły, nie jest
możliwe skręcenie kół bez wspomagania. W takich przypadkach nie występuje mechaniczne
połączenie między kołem kierownicy a układem bezpośrednio oddziałującym na koła skrętne
pojazdu. Wówczas w układzie występuje element zwany orbitrolem. Orbitrol jest silnikiem
hydraulicznym, najczęściej typu gerotorowego. Obrót silnika hydraulicznego (orbitrola) jest
proporcjonalny do objętości przetłoczonego oleju (co oznacza, że jest proporcjonalny do
przemieszczenia się tłoka w siłowniku wspomagającym). Zatem ruch obrotowy orbitrola może być
wykorzystany do ustawienia położenia pierścienia zewnętrznego rozdzielacza.
Przekrój silnika gerotorowego
30