Charakterystyka statyczna zaworu przelewowego. W zależności od funkcji spełnianej w układzie napędowym możemy wyszczególnić następujące podgrupy zaworów: *przelewowe (odprowadzają nadmiar oleju), *bezpieczeństwa (ograniczają ciśnienie), *podporowe (podtrzymują ciśnienie) *redukcyjne (redukcja ciśnienia do żądanej wartości), *różnicowe (utrzymują określoną różnicę ciśnień), *zwrotne (zapobiegają przepływowi w pewnym kierunku) ;; Najczęściej są stosowane zawory przelewowe i redukcyjne. Podział ze względu na sterowanie: *bezpośrednio (jednostopniowe), *pośrednio (dwustopniowe); bezpośrednio sterowanych zadawanie wielkości ciśnienia i pomiar jego wartości związane są bezpośrednio z elementem roboczym, który podczas pracy otwiera szczelinę przepływową, odprowadzając nadmiar czynnika z układu do zbiornika. pośrednio sterowanych zadawanie ciśnienia i jego pomiar odbywa się na stopniu sterującym, zwanym często pilotem. Zawory przelewowe stosowane są w układach napędowych, w których zachodzi konieczność utrzymania stałej wartości ciśnienia. Utrzymanie stałej jego wartości wiąże się z odprowadzeniem z układu nadmiaru medium roboczego i dlatego podczas pracy są one ciągle otwarte. Podstawowa charakterystyka (rys1) pz=f(Q). Opadanie charakterystyki wraz ze spadkiem natężenia przepływu w zaworze rzeczywistym uzależnione jest od podatności elementu sprężystego i przecieków na elemencie ruchomym. Nierównomierność ciśnienia ustalonego zaworem przelewowym przy danym jego nastawieniu określa się stosunkiem: δp= (pmax-po)/po gdzie: pmax -ciśnienie przy maksymalnym natężeniu przepływu, na jakie przewidziany jest zawór, po - ciśnienie początku otwierania zaworu. Jeśli δp rośnie, to charakterystyka statyczna jest bardziej opadająca, w miarę jak maleje natężenie przepływu przez zawór. Podstawowa zależność statyczna zaworu Δpz=f(Qi). Charakterystyka Δpz=f(Qi) nazywana jest charakterystyką obciążeniową zaworu (przepustowość zaworu) gdyż uzależnia natężenie przepływu od spadku ciśnienia na zaworze, natomiast przy pominięciu ciśnienia na zaworze (uproszczenie po= 0) uzyskuje się tzw. Charakterystykę przepływową pz=f(Qi). Badanie zaworu: *niezmienność warunków przepływu (strat przepływu) *minimalne powiększenie objętości komory sterującej lub pomiarowej, *minimalne tłumienie powiększenie masy elementu ruchomego. Zmiana obj. komory oraz masy elementu ruchomego zmienia szybkość działania zaworu. Układ napędowy (rys2) |
Pomiar sprawności siłownika hydraulicznego. Sprawność objętościowa siłowników ηvs jest definiowana zależnością ηvs= (Qst/Qs) = Qst/(Qst+ΔQ); wyrażającą stosunek chłonności teoretycznej Qst do chłonności rzeczywistej Qs. Chłonność rzeczywista jest większa od teoretycznej o wartości strat ΔQ, które obejmują przecieki ΔQ1 z komory obciążonej cylindra do komory spływowej oraz przecieki ΔQ2 przez dławicę na zewnątrz cylindra. Sprawność hydrauliczno mechaniczna = Sprawność całkowitą można łatwo wyznaczyć ze stosunku efektywnej mocy dyspozycyjnej na tłoczysku Ne do mocy doprowadzonej Ns ze strumieniem zasilającym o natężeniu Qs, czyli: ηs= ηhms= (Ne/Ns) = (Ns - ΔN)/(Ns) = (Ns- ΔNt - ΔNh)/ Ns).;;; W większości przypadków siłownik wykonuje pracę użyteczną tylko w jednym kierunku ruch, natomiast ruch w kierunku przeciwnym jest ruchem jałowym napędzanego urządzenia. |
Charakterystyka statyczna zaworu dławiącego. Dławiki są elementami regulującymi natężenie przepływu poprzez zmianę szczeliny przepływowej, w której płynąca struga ulega dławieniu. Ponieważ zmianie szczeliny towarzyszy zmiana ciśnienia na wlocie, elementy te są elementami oporowymi. Zawory dławiące pracują przy wykorzystaniu zjawisk towarzyszących przepływom przez różnego kształtu szczeliny dławiące zanurzone.;;; Skrajne przypadki szczelin dławiących stanowią: *długi otwór o małej średnicy (kapilara) oraz kryza ostrokrawędziowa. Przepływ przez kapilarę jest uwarstwiony (laminarny) natomiast przez kryzę burzliwy (turbulentny). Dla małych natężeń przepływu szczelina może być wąska i długa, natomiast dla dużych należy stosować dławiki o dużych średnicach i jak najkrótszej drodze dławienia.;;;; Z porównania obu charakterystyk wynika, że charakterystyka kryzy w porównaniu z charakterystyką kapilary odznacza się mniejsza zmiennością natężenia przepływu przy zmianie Δp a więc jest bardziej sztywna.;;; Rys3. Charakterystyki przepływowe kapilary i kryzy. Rys4. a) nastawny zawór dławiący igłowy, b) symbole graficzne u góry: zawór w którym natężenie przepływu zależy od lepkości cieczy, na dole w którym natężenie przepływu jest od lepkości niezależne, Rys5. Charakterystyki zaworów dławiących: a) ch.przepływowe, pozwalają wyznaczyć zmianę natężenia przepływu ΔQ, jeśli w wyniku zmian obciążenia zasilanego odbiornika zmieni się spadek ciśnienia Δp na zaworze dławiącym; b,c) ch.regulacyjne, opisują zależność natężenia przepływu Q od stopnia otwarcia zaworu, określonego polem powierzchni przekroju przepływowego fd (b), lub przemieszczeniem s względnie kątem obrotu α organu nastawczego (c). Zaletą takiego kształtu charakterystyki regulacyjnej jest stała wartość przyrostu natężenia przepływu, przy tej samej wartości przemieszczenia Δs w całym obszarze nastawy zaworu zarówno przy małych jaki i dużych otwarciach d) ch.oporów przepływu.;;;;
|
Projektowanie i budowa układu pneumatycznego o zadanym cyklogramie pracy. Analizę ruchów i obciążeń która jest punktem wyjścia do obliczeń projektowych układu ułatwiają tzw. Cyklogramy. Są to wykresy przedstawiające graficznie zależności drogi, prędkości i obciążeń elementów wykonawczych (siłowników lub silników) od czasu W cyklogramie można zestawić wszystkie informacje dotyczące czasów włączenia poszczególnych siłowników lub silników, wymaganej ich prędkości oraz dróg i obciążeń, jakie mają do pokonania w każdej fazie cyklu roboczego. RYS. Typowe przebiegi prędkości i obciążeń siłowników: a)podajnika b)posuwowego, c)mocującego d)roboczego. |
Elementy pomiarowo-kontrolne stosowane w napędach hydraulicznych. Elementy stosowane do pomiaru ciśnienia. *man. hydrostatyczne - wykorzystuje się zasadę naczyń połączonych, niepewność pomiaru ciśnienia (różnicy ciśnień) sprowadza się do niepewności odczytu różnicy wysokości słupów h, natomiast błąd pomiaru zależy od temperatury. Prz. U -rurka *man. hydrauliczne - ciecz stanowi zamknięcie przestrzeni w której panuje mierzone ciśnienie, umożliwiające równoważenie inną metodą, Prz. waga pierścieniowa, man. dzwonowy; *man. sprężynowe - w której siła parcia równoważy siła sprężyny nie będącej częścią naczynia ograniczającego przestrzeń ciśnienia. *man. sprężyste - równoważenie siłą sprężystości odkształcanego elementu sprężystego będącego częścią naczynia w którym panuje mierzone ciśnienie. Prz. rurka Bourdona, puszka, mieszek sprężysty. W man. puszkowych odkształcenie przetwarza się na sygnał elektryczny za pomocą czujników tensometrycznych metalowych lub półprzewodnikowych, piezoelektrycznych, pojemnościowych lub magnetosprężystych. Elementy stosowane do pomiaru temperatury. *termometry elektryczne - * ter. Rezystancyjne a) metalowe, b) półprzewodnikowe *ter. Termoelektryczne - termopary; yElementy stosowane do pomiaru przepływu. *prz. zwężkowy - kryza normalna charakteryzuje się skokową zmianą przekroju dla przepływu, ciecz zmienia swoją prędkość i ciśnienie zgodnie z prawem Berouliego; *rurka spiętrzająca - rurka Pitot'a jest przeszkodą dla przepływającej cieczy powodującą powstawanie wirów w pobliżu jej ścian bocznych, skutkiem czego jest różnica ciśnień medium działających na ściankach napływowych i odpływowych; *prz. elektromagnetyczny - służą do pomiaru strumienia cieczy przewodzących o przewodności teoretycznej większej od 5*10^-5 S/m. Działanie ich opiera się na efekcie Faraday'a; *prz. wirowy - działanie opiera się na wytwarzaniu wirów i turbulencji przepływającej cieczy przy czym oprócz nieruchomej przeszkody w postaci pręta ma on czujnik wirów.
|
Charakterystyka statyczna silnika hydraulicznego. Głównym celem badań silników hydraulicznych jest wyznaczenie charakterystyk zwanych charakterystykami mechaniczno−hydraulicznymi, a mianowicie: a)prędkość obrotowa ns w funkcji spadku ciśnienia na silniku Δps czyli ns= f(Δps) i natężenia przepływu przez silnik Qs, czyli ns = f(Qs) b) momentu obrotowego na wale silnika Ms w funkcji Δps i Qs czyli Ms = f(Δps) i Ms = f(Qs) c) mocy na wale silnika i współczynnika Ns i ηs w funkcji Δps i Qs czyli Ns = f(Δps) i ηs = f(Δps). Silnik hydrauliczny jest scharakteryzowany gdy podana jest zależność między prędkością obrotową silnika a momentem obciążającym wał silnika przy stałym strumieniu oleju dopływającego do silnika.;;;Przecieki Gdyby silnik nie miał przecieków jego prędkość obrotowa byłaby stała, niezależnie od obciążenia. Ze względu że ilość oleju traconego przez nieszczelność jest proporcjonalna do momentu, charakterystyka silnika jest liniową malejącą funkcją obciążenia. Na wielkość wewnętrznych przecieków w silniku istotny wpływ posiada również lepkość użytego oleju. Pełna charakterystyka silnika zawiera szereg linii prostych równoległych, z których każda odnosi się do określonej stałej wydajności pompy zasilającej silnik (rys.1) Podstawowymi parametrami charakteryzującymi silniki są moment na wałku oraz zakres dopuszczalnych jego prędkości obrotowych. Schemat Pompa o stałej wydajności 1 napędzana jest silnikiem elektrycznym prądu stałego 2. Silnik ten, pracujący w układzie Ward−Leonarda, umożliwia ciągłą regulację prędkości obrotowej wału pompy, a tym samym wydajność pompy i natężenia przepływu Qs przez silnik 3. Wartość tego przepływu mierzy się przepływomierzem turbinkowym 4. Za pomocą zaworu podporowego 5 regulować można wartość p1 zaś za pomocą dławika 6 wartość spadku ciśnienia Δps na silniku. ;;; Dokonując pomiaru 1)momentu obrotu na silniku Ms − momentomierzem tensometrycznym, 2) prędkości obrotowej na wale silnika ns − prądnica tachometryczna 3)ciśnienie p1 i p2 − manometrami tensometrycznymi, 4)przepływu Qs − przepływomierzem turbinkowym ;;; możemy wyznaczyć charakterystyki silnika hydraulicznego dla stałej temperatury T1 oleju na wlocie do silnika. Pomiar temp. należy dokonać termometrem termistorowym.
|
Charakterystyka statyczna zaworu przelewowego. W zależności od funkcji spełnianej w układzie napędowym możemy wyszczególnić następujące podgrupy zaworów: *przelewowe (odprowadzają nadmiar oleju), *bezpieczeństwa (ograniczają ciśnienie), *podporowe (podtrzymują ciśnienie) *redukcyjne (redukcja ciśnienia do żądanej wartości), *różnicowe (utrzymują określoną różnicę ciśnień), *zwrotne (zapobiegają przepływowi w pewnym kierunku) ;; Najczęściej są stosowane zawory przelewowe i redukcyjne. Podział ze względu na sterowanie: *bezpośrednio (jednostopniowe), *pośrednio (dwustopniowe); bezpośrednio sterowanych zadawanie wielkości ciśnienia i pomiar jego wartości związane są bezpośrednio z elementem roboczym, który podczas pracy otwiera szczelinę przepływową, odprowadzając nadmiar czynnika z układu do zbiornika. pośrednio sterowanych zadawanie ciśnienia i jego pomiar odbywa się na stopniu sterującym, zwanym często pilotem. Zawory przelewowe stosowane są w układach napędowych, w których zachodzi konieczność utrzymania stałej wartości ciśnienia. Utrzymanie stałej jego wartości wiąże się z odprowadzeniem z układu nadmiaru medium roboczego i dlatego podczas pracy są one ciągle otwarte. Podstawowa charakterystyka (rys1) pz=f(Q). Opadanie charakterystyki wraz ze spadkiem natężenia przepływu w zaworze rzeczywistym uzależnione jest od podatności elementu sprężystego i przecieków na elemencie ruchomym. Nierównomierność ciśnienia ustalonego zaworem przelewowym przy danym jego nastawieniu określa się stosunkiem: δp= (pmax-po)/po gdzie: pmax -ciśnienie przy maksymalnym natężeniu przepływu, na jakie przewidziany jest zawór, po - ciśnienie początku otwierania zaworu. Jeśli δp rośnie, to charakterystyka statyczna jest bardziej opadająca, w miarę jak maleje natężenie przepływu przez zawór. Podstawowa zależność statyczna zaworu Δpz=f(Qi). Charakterystyka Δpz=f(Qi) nazywana jest charakterystyką obciążeniową zaworu (przepustowość zaworu) gdyż uzależnia natężenie przepływu od spadku ciśnienia na zaworze, natomiast przy pominięciu ciśnienia na zaworze (uproszczenie po= 0) uzyskuje się tzw. Charakterystykę przepływową pz=f(Qi). Badanie zaworu: *niezmienność warunków przepływu (strat przepływu) *minimalne powiększenie objętości komory sterującej lub pomiarowej, *minimalne tłumienie powiększenie masy elementu ruchomego. Zmiana obj. komory oraz masy elementu ruchomego zmienia szybkość działania zaworu. Układ napędowy (rys2) |
Pomiar sprawności siłownika hydraulicznego. Sprawność objętościowa siłowników ηvs jest definiowana zależnością ηvs= (Qst/Qs) = Qst/(Qst+ΔQ); wyrażającą stosunek chłonności teoretycznej Qst do chłonności rzeczywistej Qs. Chłonność rzeczywista jest większa od teoretycznej o wartości strat ΔQ, które obejmują przecieki ΔQ1 z komory obciążonej cylindra do komory spływowej oraz przecieki ΔQ2 przez dławicę na zewnątrz cylindra. Sprawność hydrauliczno mechaniczna = Sprawność całkowitą można łatwo wyznaczyć ze stosunku efektywnej mocy dyspozycyjnej na tłoczysku Ne do mocy doprowadzonej Ns ze strumieniem zasilającym o natężeniu Qs, czyli: ηs= ηhms= (Ne/Ns) = (Ns - ΔN)/(Ns) = (Ns- ΔNt - ΔNh)/ Ns).;;; W większości przypadków siłownik wykonuje pracę użyteczną tylko w jednym kierunku ruch, natomiast ruch w kierunku przeciwnym jest ruchem jałowym napędzanego urządzenia. |
Charakterystyka statyczna zaworu dławiącego. Dławiki są elementami regulującymi natężenie przepływu poprzez zmianę szczeliny przepływowej, w której płynąca struga ulega dławieniu. Ponieważ zmianie szczeliny towarzyszy zmiana ciśnienia na wlocie, elementy te są elementami oporowymi. Zawory dławiące pracują przy wykorzystaniu zjawisk towarzyszących przepływom przez różnego kształtu szczeliny dławiące zanurzone.;;; Skrajne przypadki szczelin dławiących stanowią: *długi otwór o małej średnicy (kapilara) oraz kryza ostrokrawędziowa. Przepływ przez kapilarę jest uwarstwiony (laminarny) natomiast przez kryzę burzliwy (turbulentny). Dla małych natężeń przepływu szczelina może być wąska i długa, natomiast dla dużych należy stosować dławiki o dużych średnicach i jak najkrótszej drodze dławienia.;;;; Z porównania obu charakterystyk wynika, że charakterystyka kryzy w porównaniu z charakterystyką kapilary odznacza się mniejsza zmiennością natężenia przepływu przy zmianie Δp a więc jest bardziej sztywna.;;; Rys3. Charakterystyki przepływowe kapilary i kryzy. Rys4. a) nastawny zawór dławiący igłowy, b) symbole graficzne u góry: zawór w którym natężenie przepływu zależy od lepkości cieczy, na dole w którym natężenie przepływu jest od lepkości niezależne, Rys5. Charakterystyki zaworów dławiących: a) ch.przepływowe, pozwalają wyznaczyć zmianę natężenia przepływu ΔQ, jeśli w wyniku zmian obciążenia zasilanego odbiornika zmieni się spadek ciśnienia Δp na zaworze dławiącym; b,c) ch.regulacyjne, opisują zależność natężenia przepływu Q od stopnia otwarcia zaworu, określonego polem powierzchni przekroju przepływowego fd (b), lub przemieszczeniem s względnie kątem obrotu α organu nastawczego (c). Zaletą takiego kształtu charakterystyki regulacyjnej jest stała wartość przyrostu natężenia przepływu, przy tej samej wartości przemieszczenia Δs w całym obszarze nastawy zaworu zarówno przy małych jaki i dużych otwarciach d) ch.oporów przepływu.;;;;
|
Projektowanie i budowa układu pneumatycznego o zadanym cyklogramie pracy. Analizę ruchów i obciążeń która jest punktem wyjścia do obliczeń projektowych układu ułatwiają tzw. Cyklogramy. Są to wykresy przedstawiające graficznie zależności drogi, prędkości i obciążeń elementów wykonawczych (siłowników lub silników) od czasu W cyklogramie można zestawić wszystkie informacje dotyczące czasów włączenia poszczególnych siłowników lub silników, wymaganej ich prędkości oraz dróg i obciążeń, jakie mają do pokonania w każdej fazie cyklu roboczego. RYS. Typowe przebiegi prędkości i obciążeń siłowników: a)podajnika b)posuwowego, c)mocującego d)roboczego. |
Elementy pomiarowo-kontrolne stosowane w napędach hydraulicznych. Elementy stosowane do pomiaru ciśnienia. *man. hydrostatyczne - wykorzystuje się zasadę naczyń połączonych, niepewność pomiaru ciśnienia (różnicy ciśnień) sprowadza się do niepewności odczytu różnicy wysokości słupów h, natomiast błąd pomiaru zależy od temperatury. Prz. U -rurka *man. hydrauliczne - ciecz stanowi zamknięcie przestrzeni w której panuje mierzone ciśnienie, umożliwiające równoważenie inną metodą, Prz. waga pierścieniowa, man. dzwonowy; *man. sprężynowe - w której siła parcia równoważy siła sprężyny nie będącej częścią naczynia ograniczającego przestrzeń ciśnienia. *man. sprężyste - równoważenie siłą sprężystości odkształcanego elementu sprężystego będącego częścią naczynia w którym panuje mierzone ciśnienie. Prz. rurka Bourdona, puszka, mieszek sprężysty. W man. puszkowych odkształcenie przetwarza się na sygnał elektryczny za pomocą czujników tensometrycznych metalowych lub półprzewodnikowych, piezoelektrycznych, pojemnościowych lub magnetosprężystych. Elementy stosowane do pomiaru temperatury. *termometry elektryczne - * ter. Rezystancyjne a) metalowe, b) półprzewodnikowe *ter. Termoelektryczne - termopary; yElementy stosowane do pomiaru przepływu. *prz. zwężkowy - kryza normalna charakteryzuje się skokową zmianą przekroju dla przepływu, ciecz zmienia swoją prędkość i ciśnienie zgodnie z prawem Berouliego; *rurka spiętrzająca - rurka Pitot'a jest przeszkodą dla przepływającej cieczy powodującą powstawanie wirów w pobliżu jej ścian bocznych, skutkiem czego jest różnica ciśnień medium działających na ściankach napływowych i odpływowych; *prz. elektromagnetyczny - służą do pomiaru strumienia cieczy przewodzących o przewodności teoretycznej większej od 5*10^-5 S/m. Działanie ich opiera się na efekcie Faraday'a; *prz. wirowy - działanie opiera się na wytwarzaniu wirów i turbulencji przepływającej cieczy przy czym oprócz nieruchomej przeszkody w postaci pręta ma on czujnik wirów.
|
Charakterystyka statyczna silnika hydraulicznego. Głównym celem badań silników hydraulicznych jest wyznaczenie charakterystyk zwanych charakterystykami mechaniczno−hydraulicznymi, a mianowicie: a)prędkość obrotowa ns w funkcji spadku ciśnienia na silniku Δps czyli ns= f(Δps) i natężenia przepływu przez silnik Qs, czyli ns = f(Qs) b) momentu obrotowego na wale silnika Ms w funkcji Δps i Qs czyli Ms = f(Δps) i Ms = f(Qs) c) mocy na wale silnika i współczynnika Ns i ηs w funkcji Δps i Qs czyli Ns = f(Δps) i ηs = f(Δps). Silnik hydrauliczny jest scharakteryzowany gdy podana jest zależność między prędkością obrotową silnika a momentem obciążającym wał silnika przy stałym strumieniu oleju dopływającego do silnika.;;;Przecieki Gdyby silnik nie miał przecieków jego prędkość obrotowa byłaby stała, niezależnie od obciążenia. Ze względu że ilość oleju traconego przez nieszczelność jest proporcjonalna do momentu, charakterystyka silnika jest liniową malejącą funkcją obciążenia. Na wielkość wewnętrznych przecieków w silniku istotny wpływ posiada również lepkość użytego oleju. Pełna charakterystyka silnika zawiera szereg linii prostych równoległych, z których każda odnosi się do określonej stałej wydajności pompy zasilającej silnik (rys.1) Podstawowymi parametrami charakteryzującymi silniki są moment na wałku oraz zakres dopuszczalnych jego prędkości obrotowych. Schemat Pompa o stałej wydajności 1 napędzana jest silnikiem elektrycznym prądu stałego 2. Silnik ten, pracujący w układzie Ward−Leonarda, umożliwia ciągłą regulację prędkości obrotowej wału pompy, a tym samym wydajność pompy i natężenia przepływu Qs przez silnik 3. Wartość tego przepływu mierzy się przepływomierzem turbinkowym 4. Za pomocą zaworu podporowego 5 regulować można wartość p1 zaś za pomocą dławika 6 wartość spadku ciśnienia Δps na silniku. ;;; Dokonując pomiaru 1)momentu obrotu na silniku Ms − momentomierzem tensometrycznym, 2) prędkości obrotowej na wale silnika ns − prądnica tachometryczna 3)ciśnienie p1 i p2 − manometrami tensometrycznymi, 4)przepływu Qs − przepływomierzem turbinkowym ;;; możemy wyznaczyć charakterystyki silnika hydraulicznego dla stałej temperatury T1 oleju na wlocie do silnika. Pomiar temp. należy dokonać termometrem termistorowym.
|