1AUTOMATIZACIJA PROCESA AUTOMATIZACIJA PROCESA RADA 1RADA 1

Doc. dr Mitar JocanoviVelibor Karanovi, MSc

HIDRAULINI SISTEMHIDRAULINI SISTEMPod hidraulinim sistemom podrazumevamo hidrostatike prenosnike, koji promenom zapremine vre prenos energije do izvrnog elementa kao i promenu same geometrije izvrnog organa.

Jednostavnije reeno, hidraulini sistem je sklop vie hidraulinih komponenata povezanih u jednu celinu sa zadatkom prenosa fluidne energije, upravljanje brzinom i silom radnih elemenata kojima je energija fluida predata.

2Slika 1. Presek jednostavnog hidraulinog sistema

Transformacija energije u Transformacija energije u hidraulinom sistemuhidraulinom sistemu

Elektrina energija

Mehanika energija

Hidraulina energija

Hidraulina energija

Mehanika energija

Elekto motor Hidraulina pumpa Hidraulini motor

Upravljako regulaciona grupa

3Hidraulika energija se u izvrnom elementu Hidraulika energija se u izvrnom elementu (hidro cilindar ili motor) transformie u (hidro cilindar ili motor) transformie u mehaniku u vidu:mehaniku u vidu:

1. Translatornog kretanja hidraulinog cilindra2. Rotacionog kretanja izlazne osovine

hidraulinog motora3. Oscilatorno, rotaciono ili translatorno

kretanje vratila ili klipa oscilatornog zakretnog motora

PRITISAK U HIDRAULINOM PRITISAK U HIDRAULINOM SISTEMUSISTEMU

Hidrostatiki pritisakZavisi od visine stuba tenosti u kojoj se tenost nalazi i gustine fluida .Ne zavisi od oblika i povrine stuba tenosti.Izraunava se prema obrascu:

Slika 2. Hidraostatiki pritisak u otvorenim sudovima

4Posmatra se tenost gustine t sa indeksom tzatvorena u posudi (kao na slici 3). Uzima se na dubini h stub tenosti povrine S ivisine h. Ako je pritisak sa gornje strane povrine stuba p onda je pritisak sa donje stranep+p. Na gornju povrinu stuba tenosti deluje vertikalno nanie sila F1, a na donju povrinu tenosti deluje vertikalno navie sila F2. Dodatno,masa tenosti unutar cilindra iznosi m zbog ega na donju povrinu tenosti deluje i teina izdvojenog stuba tenosti vertikalno nanie: Slika 3. Telo povrine S u otvorenom sudu

S obzirom na to da fluid miruje, rezultantna sila mora biti jednaka nuli:

Ako h 0 gornju jednainu prepisujemo u diferencijalnom obliku dp = tgdh .Integracijom u odgovarajuim granicama koje se definiu na sledei nain na povrini tenosti (h = 0) deluje atmosferski pritisak pritisak) po, a na dubini h je pritisak p,

Hidrostatiki paradoksHidrostatiki paradoks.. Na osnovu poslednje relacije direktno sledi zakljuak da je ukupni pritisak u tri razliite posude na istoj dubini h jednak - ne zavisi od oblika posude, zapremine vode (teina stubova tenosti), niti od povrine suda. Kako je tomogue? Pogledati srednji sud (slika 3). Tenost deluje normalnom silom na zidove suda. Silom istog intenziteta i pravca ali suprotnog smera i zidovi suda deluju na tenost. Ako bi tu silu razdvojili na horizontalnu i vertikalnu komponentu, horizontalne komponente bi se ponitavale (suprotnih su smerova), a ostalo bi samo dejstvo vertikalnih komponenti koje su u ovom sluaju orijentisane vertikalno navie papraktino eliminiu teinu tenosti u tom delu. Na taj nain samo teina vertikalnog stuba tenosti iznad posmatranog preseka utie na pritisak.

dobija se za pritisak tenosti na nekoj dubini h konaan izraz:

Potrebno je skrenuti panju da pri izvoenju poslednje relacije nije uzeto urazmatranje delovanje bonih komponenti, jer se bone (u horizontalnom pravcu)sile meusobno ponitavaju suprotnih su smerova.

5Slika 3. Merenje pritiska u zavisnosti od vrednosti pritiska na apsolutnom vakuumu ili vrednosti apsolutnog pritiska

Pritisak vei od atsmosferskog pritiska naziva se nadpritisak, a pritisak manji od atmosferskog potpritisak.

Slika 4. Primer Paskalovog zakona u zatvorenom sudu

p = F/A [N/m2]

Promena pritiska u bilo kojoj taki tenosti, koja se nalazi u zatvorenom sudu, prenosi se podjednako na sve take tenosti.

PASKALOV ZAKON

6HIDROSTATIKA TRANSFORMACIJA HIDROSTATIKA TRANSFORMACIJA SILESILE

2h2

A2

A1

F1

h1

F2

pp

Slika 5. Transformacija hidrostatike sileDelovanje pritiska na sve povrine zatvorenog suda je jednak pa je:

F1/A1 = F2/A2 odnosno F1/F2 = A1/A2

TRANSFORMACIJA PRITISKATRANSFORMACIJA PRITISKA

F1= p1 A1 F2 = p2 A2poto su klipovi cilindra spojeni zajednikom klipnjaom F1=F2

p1 A1 = p2 A2

Slika 6. Transformacija pritiska u diferencijalnom cilindru

7PROMENA PROTOKA PRI TEENJU PROMENA PROTOKA PRI TEENJU FLUIDA KROZ CEVOVODFLUIDA KROZ CEVOVOD

Slika 7. Protok kroz cevovode razliitog prenika

Q = V / t [m3/s], V = A s [m3],

Q = A s / t = v A [m3/s]

Q = const Q1 = Q2 A1 v1 = A2 v2

Jednaina kontinuiteta

PROMENA PRITISKA PRI TEENJU PROMENA PRITISKA PRI TEENJU FLUIDA KROZ CEVOVODFLUIDA KROZ CEVOVOD

Bernulijeva jednaina

p + r g h + (r v2)/2 = const

Energija pritiska + energija poloaja + kinetika energija = const

Slika 8. Laminarno i turbulentno strujanje fluida kroz cevovod

Linijski otpori teenja tenosti: Dp = l (l/d) (v2/2) r l koef. trenja

l duina cevovodad prenik cevovodav brzina teenjar gustina fluida

8Slika 9. Pad pritiska pri proticanju kroz cevovode

Lokalni otpori teenja tenosti: Dp = x (v2/2) r x koef. lokalnog otpora

Rejnoldsov broj (Re)Re = v D/ n v kritina brzina strujanja

D prenik cevovodan kinematska viskoznost fluida

Re 2320 Laminarni reim strujanja 2320 Re 4000 Prelazni reim strujanja Re 4000 Turbulentni reim strujanja

(primeri za vodu)

HIDRAULINI HIDRAULINI FLUIDIFLUIDI

Mineralna (konvencionalna) bazna ulja:

- Rafinati

- Rerafinati

Sintetika (nekonvencionalna) bazna ulja:

- Hidrokrekovana bazna ulja (HC)

- Sintetiki ugljovodonici - Poliglikoli

- Sintetiki estri Biorazgradiva (biljna) ulja:

- Repiino ulje - Sojino ulje

- Poliglikoli

- Sintetiki estri

- Ulja za etvorotaktne motore - Ulja za dvotaktne motore

- Ulja za menjae i diferencijale - Ulja za automatske menjae (ATF) - Univerzalna ulja za traktore (STOU)

- Ulja za konice - Hidraulika i ostala industrijska ulja

- Deterdenti

- Disperzanti

- Zatita od habanja

- Zatita od visokih pritisaka (EP)

- Inhibitori re i korozije - Modifikatori trenja

- Depresanti take teenja - Impruveri indeksa viskoznosti (VI)

- Omekivai elastomera - Inhibitori oksidacije ulja

- Inhibitori pene

- Deaktivatori metala

B A Z N A U L J A

A D I T I V I

M A Z I V A U L J A

+

9Tabela 1. Klasifikacija hidraulinih tenosti po poreklu i osnovnim karakteristikama

Tabela 2. Kalsifikacija industrijskih ulja prema ISO 3448-75 standardu

10

FIZIKO HEMIJSKE KARAKTERISTIKE FIZIKO HEMIJSKE KARAKTERISTIKE FLUIDAFLUIDA

Pod fizikim osobinama hidraulikih ulja spadaju: -gustina, viskoznost, indeks viskoznosti (IV), taka paljenja, taka teenja, karakteristika isparljivosti ulja, deemulzione osobine, sposobnost rastvaranja

gasova i vazduha i njihovo izdvajanje, stvaranje pene, boja, toplotna

provodljivost.

GustinaGustina

Gustina ulja je odnos mase i zapremine ulja:

Odreuje se na temperaturi od 15 C i izraava se u Usled delovanja porasta pritiska gustina se neznatno menja, dok se sa porastom temperature gustina u znaajnoj meri menja zbog promene zapremine tenosti odnosno ulja. Postoji nekoliko metoda za odreivanje gustine, to su: JUS B.H8.015, ISO 3675, ASTM D1298 i IP 160.

ViskoznostViskoznost

Viskoznost je jedan od osnovnih kriterijuma ocene kvaliteta ulja, a definie se kao sila suprotstavljanja proticanju tenosti kroz neku povrinu - unutranje trenje ili inercija na kretanje pod dejstvom neke sile. Od viskoznosti zavisi kvalitet podmazivanja, energetski gubici tokom proticanja, rad uljne pumpe, dovoenje dovoljne koliine ulja do svih mesta koja se podmazuju, uspenost rada preistaa ulja, ienje povrina, hermetizacija mesta trenja itd. U praksi se koriste dinamika (h) i kinematska (n) viskoznost.

Jedinice za dinamiku viskoznost su: Pas (Paskal sekunda) i mPas (mili Paskal sekunda). Ranije koriene jedinice su: P (Poaz) i cP (centi Poaz).Vai sledea relacija: 1mPas = lcP.Metode za odreivanje dinamike viskoznosti su: ASTM D2602, DIN 51377U praksi se vie koristi kinematska viskoznost koja predstavlja odnos dinamike viskoznosti i gustine fluida na odreenoj temperaturi i pritisku:

n n = = hh //rrJedinica za kinematiku viskoznost prema ISO standardu je: [mm2/s].Ranije koriene jedinice su: St (Stokes) i cSt (Centistokes) ili E (Englerovi stepeni).Vai sledea relacija: 1mm2/s = 1cSt.Metode odreivanja kinematike viskoznosti su prema sledeim standardima: JUS B.H8.022, ASTM D445, DIN 51562, IP 166, ISO 3104.

11

Indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti je empirijska vrednost koja ukazuje na promenu viskoznosti sa promenom temperature. Vie vrednosti indeksa viskoznosti ukazuju na manje izraenu sklonost promeni viskoznosti sa promenom temperature i obrnuto. Vee vrednosti indeksa viskoznosti od 100 imaju samo multigradna ulja.

Indeks viskoznosti izraunava se sledeim metodama: JUS B.H8.024, ISO 2909, ASTM D2270.

Njutnovske tenostiTenost ija se viskoznost ne menja promenom brzine smicanja. Mineralna i sintetika bazna ulja i ulja koja ne sadre polimerne uguivae ponaaju se kao njutnovske tenosti.Nenjutnovske tenostiTenosti kojima se menja viskoznost promenom brzine smicanja. To su motorna, hipoidna multigradna hidraulika ulja i ostala maziva koja su uguena polimerima.Taka teenjaTaka teenja predstavlja najniu temperaturu na kojoj neko mazivo ulje, prilikom hlaenja, jo pokazuje tendenciju teenja. Neposredno ispod ove temperature ulje sepotpuno stinjava. Taka teenja se izraava u C, a odreuje se metodama: JUS-ISO 3016, ASTM D97, DIN 51597.

Taka paljenjaTaka paljenja je najnia temperatura do koje treba zagrejati neko ulje u uslovima pri kojima e se osloboene pare trenutno zapaliti prinetim otvorenim plamenom, bez trajnog gorenja. Izraava se u [C] i smatra se merilom isparljivosti a znaajna je za transport i skladitenje zbog opasnosti od poara. Osnovne metode odreivanja take paljenja su: ISO 2592, ASTM D92, IP 36 i DIN 51376.

Isparljivost

Isparljivost podrazumeva koliinu ulja koja ispari u propisanom vremenu na propisanoj temperaturi (prema Noack testu 1 sat na 250C). Predstavlja vanu karakteristiku motornih ulja, meutim bitna je i kod raznih vrsta industrijskih ulja, jer se kod ulja koja imaju veliku isparljivost javljaju razni problemi u toku eksploatacije, kao na primer: poveana potronja, uguivanje, a s tim i pogorano podmazivanje. Osim toga sa poveanjem isparljivosti ulja raste opasnost od poara. Gubitak ulja isparavanjem na temperaturi od 40C kod veine ulja iznosi oko 5%, a smanjenje isparavanja mineralnog ulja moe se postii dodavanjem sintetike osnove, posebno polialfaolefina. Isparljivost se odreuje metodom DIN 51581 (Noack test) iliASTM D943.

Deemulzivnost

Pod deemulzivnim osobinama podrazumeva se sklonost nekog ulja da u prisustvu vode ne gradi sa njom stabilnu emulziju. Kod veine mazivih ulja (motorna, industrijska, hipoidna) zahtevaju se deemulzione osobine ulja. Izraava se brojem sekundi potrebnih za potpuno razdvajanje vode i ulja, a odreuje se sledeim metodama: JUS B.H8.053, DIN 51589 i IP 19.

12

Stvaranje pene - penuanje ulja

Pod penuanjem se podrazumeva sklonost ulja da rastvara vazduh i da sa njim gradi penu. Pena vrlo nepovoljno utie na kvalitet podmazivanja i ima za posledicu poremeaje u radu tehnikih sistema, poveano habanje, ubrzanu oksidaciju i starenje ulja itd. Izraava se u zapreminskim jedinicama i stabilnou pene na razliitim temperaturama, a odreuje se metodom: ASTM D 892.

HEMIJSKE OSOBINE FLUIDAHEMIJSKE OSOBINE FLUIDAOksidaciona stabilnost

Definisana je kao merilo otpornosti mazivih ulja na dejstvo kiseonika. Predstavlja jednu od najvanijih osobina odgovornu za duinu radnog veka ulja ali i za korozivnost delova mehanikih sistema koju izazivaju oksidacioni produkti. Parafini oksidacijom prelaze u kiseline i polikondenzacione smolaste proizvode. U poetku ti proizvodi su meki i delimino se rastvaraju u ulju, poveavajui mu viskoznost. U daljoj fazi upotrebe talozi prelaze u vrste, to ima za posledicu vee tete na sklopovima mehanikih sistema i pojaano habanje.Osnovne metode za odreivanje oksidacione stabilnosti su: ASTM D943, IP 157, DIN 51587 i DIN 51554.

Termika stabilnostDefinie se kao otpornost ulja protiv razlaganja usled dejstva toplote. Izraava se vrednou temperature na kojoj poinje razlaganje. Termooksidativno razlaganje je veoma vano u praksi, jer je poznato da se oksidacija ulja udvostruava sa porastom temperature za svakih deset stepeni iznad propisane.Osnovne metode za odreivanje termike stabilnosti su: ASTM D2960 i IP 311.

Neutralizacioni broj

Definie se kao mera ukupne kiselosti (sadraja jakih i slabih kiselina) maziva i ulja. Karakteristino je za sve vrsta ulja osim motornih jer je poznato da su jedino motorna ulja bazina. Za odreivanje neutralizacionog broja koriste se metode: ASTM D664, IP 177 ili ASTM D974, IP139. Izraava se u mgKOH/g uzorka ulja.

Kiselinski broj

Definie se kao kiselost mazivih ulja koja potie samo od jakih kiselina. Odreuje se istim metodama kao neutralizacioni broj i izraava se takoe u mgKOH/g uzorka ulja.Sadraj koksa

Koristi se za ocenu ponaanja ulja u termiki optereenim mehanikim sistemima, a posebno za ocenu starosti ulja u toku upotrebe. Koksni ostatak ukazuje i na dubinu rafinacije, odnosno kvalitet baznih ulja.

Odreuje se metodom DIN 51551 a izraava u masenim procentima.Hidrolitika stabilnostHidrolitika stabilnost je merilo otpornosti ulja, odnosno nekih aditiva, da stupaju u reakciju sa vodom. Hidrolitiki nestabilni aditivi se razlau na komponente koje mogu stvarati taloge a mogu biti i korozivne. Pri tome se smanjuje njihov sadraj u ulju to ima za posledicu njegovu brzu degradaciju.

Korozivnost

Korozivnost ulja podrazumeva agresivno ponaanje nekih njegovih komponenata prema elementima mehanikih sistema. Korozivnost se mora kontrolisati radi donoenja odluke opravovremenoj zameni ulja. Odreuje se metodama: JUS B.H8.042 ili ASTM D 130 (Cu, 3h, 100C).

13

Permanentni gubitak viskoznosti pri smicanju

Pod velikim optereenjem mogue je smicanje poboljivaa indeksa viskoznosti. Na taj nain se njihov efekat uguivanja vie ili manje poveava. Ovakva pojava pada viskoznosti se najee naziva permanentni gubitak viskoznosti.

Prvenstveno se javlja kod multigradnih hidraulikih fluida koji maju poboljivae indeksa viskoznosti. Ukoliko je ulje sastavljeno od nie kvalitetnog baznog ulja i aditiva, u poetnim trenucima rada sa ovakvim uljima dolazi do pada viskoznosti i do 30% u odnosu na poetnu vrednost, kasnijim radom viskoznost se polako vraa na poetnu vrednost. Posebno se osvrnuti na sisteme kod kojih je viskoznost veoma bitan faktor.

EKSPLOTACIONE OSOBINE HIDRAULIEKSPLOTACIONE OSOBINE HIDRAULIKOG ULJAKOG ULJA

u eksploatacione osobine hidraulikih ulja spadaju: otpornost na habanje (Anti-Wear AW) i na visoke pritiske (Extrem Pressure - EP svojstva ulja), antihabajua svojstva hidraulikog ulja, otpornost mazivog filma i antihabajua svojstva kod zupanika.Sve ove osobine podnoenja pritisaka i uslova podmazivanja hidraulikog fluida ispituju se pomou odreenih testova za odreenu osobinu:

- EP i AW svojstva hidraulikog ulja test za etiri kugle (Four Ball test);- otpornost mazivog filma Timken-ov test;

- Antihabajua svojstva kod zupanika FZG ili RYDER test- Antihabajua svojstva hidraulikih ulja Vickers-ov test.