Pneumatika_hidraulika_2dio

Izvijanje cilindaraK [N]; E [N/mm]; J [mm4]; S = 3.5SKF /= JE

sK

k

⋅⋅=2

2π

VENTILI

Ventili su uređaji (elementi) za upravljanje ili regulaciju pokretanja, zaustavljanja, usmjeravanja, te tlaka i protoka fluida pod tlakom dobavljenog crpkom ili pohranjenog u akumulatoru (DIN/ISO 1219).

Ventili, podjela prema izradbi

• Sa razvodnim klipom (klizni)• Sa sjedištem (kugla, stožac, tanjur, ..)

• Klizni rotirajući

Ventili, podjela

• Prema načinu pokretanja– Mehanički– Hidraulički (ili pneumatski)– Električni (elmag., koračni, momentmot.,..)

• Prema namještanju– Dvopoložajni (on-off, schaltend)– Proporcionalni

Ventili, podjela prema funkciji

• Razvodnici • Tlačni ventili• Protočni ventili• Nepovratni ventili

RAZVODNICI

• Niz funkcija u krugu, ne samo “razvođenje” fluida

• Označavanje– 2/2, 3/2, 4/3, 5/3, ...– P, T, A, B, L, X, Y,

• Primjeri protoka i upravljanja..

Razvodnici, primjeri protoka i upravljanja

Razvodnici, konstrukcija

• S razvodnim klipom (klizni)• Sa sjedištem

Razvodnici, sa sjedištem

• kugla, stožac, tanjur

Razvodnici, prekrivanja

Razvodnici, karakteristike

• Kriteriji odabira: priključci/br.položja i pokretanje; prekrivanje; nazivna veličina; svojstva i područje djelovanja (statičko i dinamičko)

– Nazivna veličina NV• NV 6 (40 – 80 l/min)• NV 10 (60 – 120)• NV 16 (100 – 240)• NV 25 ( 160 – 500)

direktno upravljani

posredno upravljani

Razvodnici, karakteristike

Dinamičko ograničenje

Razvodnici, direktno upravljani

• do NV 10

Razvodnici, posredno upravljani

• NV 16 i više

1 - glavni ventil

g.v

p.v.

2 - pilot ventil

Elektromagneti

• suhi (treba ih odvojiti brtvljenjem – trenje, gubici)• ispunjeni uljem (suvremenije rješenje)

• Neke značajke:

(uklj. 20 – 100 ms;isklj. 10 – 60 ms)

Frekvencija i vrijeme uključivanja

Radna temperatura

(Npr. IP65)Zaštita

DC 24 V (standard);DC 12V; AC

Napajanje

NV 6 – 30 WNV 10 – 50 W

Snaga (potrošnja)

Ugradnja, priključci

• Uglavnom pokriveno standardima (npr. DIN 24340)

NEPOVRATNI VENTILI

• Načelno, dozvoljavaju protok fluida u jednom smjeru, a ne dozvoljavaju u drugom

• check valve (eng), sperrventile (njem)

• Konstruirani su s sjedištem (kugla, stožac, tanjur), tako da izoliraju dio kruga bez propuštanja (curenja)

Nepovratni ventili, podjela

OBIČNI

NEPOVRATNI VENTILI

S DEBLOKADOM

ZA PREDPUNJENJE

Nepovratni ventili, obični

• S oprugom (tlak otvaranja 0.5; 1.5; 3; 5 bar)• Bez opruge (ugrađuju se vertikalno)

• Izvedeni za različite ugradnje (u liniji, kao ugradbeni, kao ploče..)• Koriste se za by-pass, za zatvaranje jednog smjera toka fluida, ili za

dobivanje određene pretenzije (backpressure)

simbol

Nepovratni ventili, obični

• Realizacija ispravljačkog spoja (Graetzov spoj)

Nepovratni ventili, s deblokadom

• deblokiranjem se omogućuje protok u oba smjera – s hidrauličkom deblokadom (pilot operated check valve)

– s električnom deblokadom (omogućava deblokadu bez rada crpke)

simbol

Nepovratni ventili, s deblokadom

• primjer

Nepovratni ventili, s deblokadom, dvostruki

Nepovratni ventili, za predpunjenje

• U naravi su to nep. ventili s hidrauličkom deblokadom, ali velikih dimenzija (NV 40 – 500)

• Služe za predpunjenje velikih cilindara uz izoliranje glavnog hidrauličkog kruga pod tlakom, npr kod preša

TLAČNI VENTILI

• Zadatak je utjecaj na tlak u hidrauličkom sustavu, ili u nekom njegovom dijelu. Održavanje konstantnog tlaka u određenom režimurada jedan je od najvažnijih zadataka u upravljanju hidrauličkimkrugom. Osim sigurnosne funkcije, time se upravlja silama i momentima aktuatora. Osim ventila u tu svrhu mogu se koristiti i crpke promjenljivog volumena. Sigurnosna funkcija ograničenja tlaka jednostavno se postiže ugradnjom tlačnih ventila.

• Po konstrukciji mogu biti – Sa sjedištem– Klizni

• Po načinu upravljanja su– Direktno upravljani– Posredno upravljani

Tlačni ventili, podjela

ZA OGRANIČENJE TLAKA

TLAČNI VENTILISLIJEDNI

ZA PRAŽNJENJE

REGULATORI TLAKA

Tlačni ventili, podjela

Osnovna razlika između funkcija ventila za ograničenje tlaka (druckbegrenzung, pressure relief) i reguatora tlaka (druckminder, pressure reducing):

ventil za ograničenje tlaka regulator tlaka

P P

T A

Ventil za ograničenje tlaka

• ograničavaju tlak u sustavu na neki postavljeni. Ako se nadmaši postavljeni tlak, višak fluida odvode u spremnik.

Ventil za ograničenje tlaka, ravnoteža sila

F = p•A

Ventil za ograničenje tlaka, izvedbe

• Direktni (sa sjedištem)

• Posredno upravljani (sa sjedištem i klizni*)

* Na slici je direktni klizni

Ventil za ograničenje tlaka, posredno upravljani

pilot ventil

glavni ventil

Ventil za ograničenje tlaka, posredno upravljani

Simbol

Ventil za ograničenje tlaka, karakteristike

• Karakteristike za direktno upravljani (isprekidano) i za posredno upravljani (puna linija)

Područje rada:gornje (određena površinom i

silom opruge) donje (prilikom max otvora

dolazi do prigušenja (prekomjernog). Za posredne to je najmanji tlak funkcioniranja (1.5 – 4.5 bara)).

Regulator tlaka

• Za razliku od ventila za ograničenje tlaka koji djeluju na primarni tlak, ovi služe da djeluju na sekundarni tlak

Regulator tlaka (dvosmjerni)

simbol

Regulator tlaka

direktni i posredno upravljani, uglavnom klizne konstrukcije

Regulator tlaka

dvosmjerni i trosmjerni

Slijedni ventili, ventili za pražnjenje

• vrlo slični ventilima za ograničenje tlaka, ali imaju drugu funkciju• Slijedni – uključuju dio po dio kruga (druckzuschalt, pressure

sequencing) (isti kao v.o.t., ali curenje mora biti riješeno direktnim dvodom da ne djeluje na silu uključivanja)

• Ventili za pražnjenje (ili za punjenje akumulatora) (druckabschalt, pressure cut-off)

v. za pražnjenje slijedni, direktni i posredno upravljani

Slijedni ventili, ventili za pražnjenje

• Gibanje: desni pa lijevi cilindar (odnosno samo lijevi, ako desni miruje)

Slijedni ventili, ventili za pražnjenje

• Usmjerava se tok fluida na punjenje akumulatora dok se ne napuni

Protočni ventili

• Utjecajem na protok mijenjajući otvor prigušnog elementa, protočnim ventilima utječe se na brzinu gibanja aktuatora

• iznimka je razdjeljnik protoka

Protočni ventili, podjela

PRIGUŠNICE I BLENDE

PROTOČNI VENTILI

REGULATORI PROTOKA

RAZDJELJNICI PROTOKA

Prigušnice i blende

prigušnica blenda

Prigušnica: dugi prigušni put (l > 100 h), laminarno strujanje

Blenda (ili fina prigušnica): kratki prigušni put, turbulentno strujanje

prigušnica

blenda

Prigušnice i blende

Q h

l

h

l

bhluzpl

hbQv <<<∆⋅⋅⋅

⋅= ;100

12

3

ηPrigušnica (kvadratni profil)

ρα pAQv

∆⋅⋅⋅=

2blenda

Prigušnice i blende, Q – dp karakteristika

AQ

pAQ ∆⋅⋅= ρα /2

r2

l

Q

pl

rQ ∆⋅⋅⋅

⋅=

ηπ8

4

Q

dp f(t)

Prigušnice i blende, geometrijske karakteristike

Prigušnice i blende

• Jedna blenda, presjek

Prigušnice i blende

• prigušno- nepovratni ventil

Prigušnice i blende, ovisnost o dp

Regulatori protoka

p1*Ak = p2*Ak+FF

Ak *(p1-p2) = FF

dp = FF /Ak = const.

simbol

Regulatori protoka• Mjerna (podešavajuća) prigušnica A2 može biti iza (upstream) ili ispred

(downstream) tlačnog kompenzatora, odnosno upravljačke prigušne površine A1.

• Nema značajnijeg utjecaja na funkciju.

upstream downstream

Regulatori protoka• Mjerna (podešavajuća) prigušnica može biti iza (upstream) ili ispred

(downstream) tlačnog kompenzatora. • Nema značajnijeg utjecaja na funkciju.

upstream downstream

Regulatori protoka

• regulatori protoka mogu biti:– dvosmjerni (2-way) (oni prethodni)– trosmjerni (3-way) – za razliku od serijskog spoja mjerne

prigušnice A2 i upravljačke prigušne površine A1 kod dvosmjernog r.p., ovdje su one u paraleli.

– Nap: obzirom na odvod viška fluida u spremnik, trosmjerni r.p. može biti smješten samo u tlačnom vodu (meter-in prigušenje)

trosmjernidvosmjerni

Načini prigušenja protoka

P T

P T P T

meter-in meter-out by-pass

Načini prigušenja

protoka

Za teret koji se suprotstavlja izlasku klipnjače, te za male snage (zbog gubitaka).

Kod sustava malog tlaka oprez kod izbora.

Za sve vrste opterećenja, posebno za vlačna. Tlak na strani klipnjače intenziviran:Nema gubitka tlaka pred aktuatorom. Čak i neopt. aktuator je pod punim tlakom.

Često kod alatnih strojeva. Mali gubici u određenom području.

Finije podešavanje brzine moguće.

Daje ravnomjernije gibanje aktuatora.

Podešavanje nije najbolje.

Generirana toplina uslijed prigušenja ide u aktuator.

Toplina ide u spremnik.

Toplina ide u spremnik.

Nije pogodna za podešavanje brzine motora.

Pogodna za motore. Nije pogodna za krugove sa akumulatorom

Kolebanje protoka u slučaju da se protok crpke koleba.

Razdjeljnici protoka

dijeli protok (princip rada sličan regulatoru protoka)

Ugradbeni 2/2 ventili

• Ugradbeni ili logički ventili (2-Wege-Einbauventilen; Cartridge valve 2/2 ili logic valve)

• Mogu imati funkciju razvodnika i tlačnih ventila (također i protočnih ventila)

• Izvedba sa sjedištem ili klizna• Ugrađuju se u standardizirane

upravljačke blokove• Početkom 70-tih radi kompaktnosti,

posebno za veće snage• Danas se dosta koriste kod preša, strojeva

za plastiku, te u teškim strojevima

Ugradbeni 2/2 ventili, kako funkcioniraSile zatvaranja: pX · AX + Fopruge

Sile otvaranja: pA · AA i pB · AB

A

BXAA

AB

Ax

A

B

X

Ax

AB

AA

Ugradbeni 2/2 ventili, kako funkcioniraju

• Upravljanje x može se napajati zajednički (spojen s A), ili odvojeno• Primjer: funkcija 3/2 razvodnika i ventila za ograničenje tlaka

A

B T

p0

A

B

T

A

B

Ugradbeni 2/2 ventili, prednosti

• Niz prednosti i funkcija, međutim za njihovo dobro funkcioniranje potrebno ih je dobro poznavati i razumjeti njihovo funkcioniranje.

Velik raspon protoka Mogućnost finih operacija

Kompaktne dimenzije Minimalni vršni tlakovi

Razne funkcije može vršiti (također i sa 1 jedinicom)

Dobre značajke održavanja, mala osjetljivost na nečistoću

Malo curenje Mogu raditi na velikim tlakovima, i velikim snagama

Vrlo kratko vrijeme prebacivanja

Standardizirane instalacijske dimenzije

OSTALI ELEMENTI

• AKUMULATORI

• FILTERI

• SPREMNICI FLUIDA

• CJEVOVODI

• PRIKLJUČCI, PRIKLJUČNE PLOČE I ARMATURE

• BRTVE

• IZMJENJIVAČI TOPLINE

• MJERNA OPREMA I PRETVARAČI

AKUMULATORI

• Pohranjuje hidrauličku energiju• Uloge:

– Spremnik energije za krugove koji je kratko koriste (kratki rad crpki) – velike preše, starteri diesel motora, kotači zrakoplova, podizni kreveti u bolnicama, poljoprivredni strojevi, itd.

– Pokrivanje potrebe za kratkotrajnom vršnom hidrauličkom energijom

– Operacije u nuždi – Kompenzacije curenja– Amortizacija udara, te neravnomjernosti protoka i tlaka

AKUMULATORI, vrste• S masom• S oprugom• Plinski

– klipni – s mijehom– membranski

AKUMULATORI, kako rade

1. Bez predpunjenjaplinom

2. Predpunjen plinom

3. Fluid pohranjen

4. Fluid poslan u krug

p1

p2p3

p0

V3

p

V

3

2

1 0W12

V1V2 V0

00Vp

11Vp

22Vp

33Vp

p0 – tlak predpunjenja plina p2 – maksimalni radni tlak p1 – minimalni radni tlak p3 – maksimalni tlak V0 = V1 – V2 korisni volumen akumulatoraObično: p0 = 0.9 p1 i p3 = 1.1 p2 (ali ovisi o tipu i primjeni akk.) Rad: W12=kp2V1 (kizo=0.368; kadb=0.308)adijabatsko pražnjenje do 1 min; izotermno pražnjenje više od 3 min

AKUMULATORI, plinski, s mijehom• plinski su punjeni s N2 (dušik, inertan, zbog opasnosti od eksplozije)

AKUMULATORI, plinski, membranski

• Zavarena izvedba• Izvedba s navojem

AKUMULATORI, plinski, klipni

AKUMULATORI, plinski, osnovne značajke

U zrakoplovima se dosta koristi

Vertikalna ugradnja,sporije reagiraju

do 550 bar do 35 bardo 210 bar do 400 bardo 350 bar

do 40 l/s do 140 l/sMax protok

4 – 6 l 4 – 6 l/sMax protok

Max. dozv. brz. klipa do 3.5 m/s

do 50 l do 450 ldo 3.5 l do 10 ldo 250 l

v-tlačni n-tlačnizavareni s navojem

membranskis mijehomklipni

AKUMULATORI, uloge, pokrivanje vršnih opterećenja

AKUMULATORI, uloge, operacije u nuždi

AKUMULATORI, uloge, operacije u nuždi

AKUMULATORI, uloge, operacije u nuždi

AKUMULATORI, uloge, natezanje kablova

AKUMULATORI, uloge, natezanje prijenosnih elemenata

AKUMULATORI, uloge, prigušenje pulsacija

AKUMULATORI, uloge, prigušenje kod servo ili proporcionalnih ventila

AKUMULATORI, uloge, opružno djelovanje

FILTERI• Da bi hidraulički (i pneumatski) sustav dobro funkcionirao, neophodna je

zadovoljavajuća čistoća fluida. Posebno to dolazi do izražaja kod sustava visokih zahtjeva (skupi, precizni, rade pod visokim tlakom ...). O čistoći fluida brinu filteri.

• Izvori kontaminacije fluida:– Eksploatacija (trošenje)– Proizvodnja (strugotina, pijesak, prljavština..)– Održavanje i montiranje sustava (strugotina, prljavština, novi fluid, ..)

• Posljedice kontaminiranog fluida (smatra se uzrokom 75% problema): – Blokada ventila– Povećano curenje– Promjene svojstava sustava– Totalno otkazivanje rada sustava

• O nivou kontaminacije i filterima brine niz standarda (ISO DIS 4406; CETOP RP 70H; SAE 749D; ..)

Filteri

• Površinski• Dubinski

Filteri

Važan je stupanj separacije nečistoće βx filtera:

Gdje su:x – veličina čestica [µm]nu – broj ulaznih čestica >= x (prije filtera)ni – broj izlaznih čestica >= x (nakon filtera)

i

ux n

n=β

Filteri

Efikasnost filtera:

Npr.:β10 = 15000 / 200 = 75 (referentna vrijednost)E10 = 98.5 %

1001⋅

−=

x

xxE

ββ

Filteri, zazori kod hidrauličkih elemenata

Filteri, klasa čistoće fluida za pojedine elemente

• primjeri

Filteri, smještaj filtera

Povratna linijaTlačna linijaUsisna linijaBypass Filter ulijevanjaOdušak za zrak

Filteri, zaprljanje i otpor protjecanju fluida

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Konta mina c ija [% ]

Pad

tlak

a [b

ar]

Filteri, konstrukcija

Primjer, tlačni filter

SPREMNICI FLUIDA

• Osim pohrane fluida služi i za njegovu «pripremu»(hlađenje, ispuštanje zraka, slijeganje nečistoća, smirivanje, ..), zato postoje razne preporuke ili pravila za njihovo konstruiranje (pregrade, visine i položaji priključaka, itd.)

• Izvedbe lijevane (Al, manji, do 60 l) i zavarene (čelik)

• Veličina spremnika

– stacionarna hidraulika 3 – 5 Q [l/min]

– mobilna hidraulika 1 –2 Q [l/min]

– zrakoplovna hidraulika 0.5 – 1 Q [l/min]

CJEVOVODI• krute i fleksibilne• optimalni promjer (Re broj, tabele), promjeri savijanja i

pravila postavljanja

3 m/sPovratna linija

0.5 – 1 m/sUsisna linija

6 - 7 m/s> 200 bar

5 - 6 m/s100 - 200 bar

4 - 5 m/s50 - 100 bar

4 m/s< 50 bar

Preporučena brzina strujanja fluidaRadni tlak

PRIKLJUČCI, PRIKLJUČNE PLOČE I ARMATURE

• razni standardi (ISO, NPT, NPTF, BSP, ...)

BRTVE

• statičke (X, R i O prsten)• dinamičke (brtve klipa i klipnjače)• prsteni-vodilice (trake i krute)• brisači (jednosmjerni i dvosmjerni)

BRTVE, materijali, kompatibilnost s fluidima