HIDRAULIKA I PNEUMATIKAHIDRAULIKA I PNEUMATIKA

Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci

ZAVOD ZA KONSTRUIRANJE U STROJARSTVU

Autor: Izv. prof. dr. sc. Dubravka Siminiati

TJEDAN DATUM P/V SADRŽAJ

1.25.02.2008. 4

Uvod, zakoni hidromehanike, radne tekućine, strojevi, pitanja

26.02.2008. 3 Strojevi, pitanja, zadatak za seminar

2.03.03.2008. 4 Regulacijski uređaji, pitanja

04.03.2008. 3 Prezentacija sem.rada, e-learning

3.10.03.2008. 4

Pomoćni uređaji, hidrostatski mjenjači, parcijalni ispit

11.03.2008. 3 Laboratorijske vježbe (12-13:30)

4.

17.03.2008. 4Uvod, priprema zraka, zadaci, pitanja, zadatak za seminar

18.03.2008. 3Aktuatori, pneumo-hidraulika, pitanja, prezentacija seminara

5.

24.03.2008. PRAZNIK

25.03.2008. 3Regulacijski uređaji, regulacija, primjeri, pitanja

6.31.03.2008. 4

Logika, principi, primjeri, parcijalni ispit

01.04.2008. 3 Laboratorijske vježbe (12:15 -15)

Prijenos energije i Prijenos energije i upravljanjeupravljanje

Električki

Mehanički

Prijenos fluidimaHidraulički

Ulje, voda, ostale tekućine

PneumatskiZrak, ostali plinovi

ZAPAMTITE

Tekućine ili plinovi

Pumpe

Cijevi i spojevi

Ventili– Razvodnici– Protočni ventili– Tlačni ventili

Pretvarači energije – mehaničku energiju u hidrauličkuAnalogne generatorima

Analogni vodovima i terminalima

Analogni relejima i kontrolerima

HidraulikaHidraulika

Kompresori

Cijevi i spojevi

Ventili– Razvodnici– Protočni ventili– Tlačni ventili

Pretvarači energije – mehaničku energiju u pneumatskuAnalogni generatorima

Analogni vodovima i terminalima

Analogni relejima i kontrolerima

PneumatikaPneumatika

HIDRAULIKAHIDRAULIKA

Fundamentalna znanost koja proučava zakonitosti kod tekućina je hidromehanika, a dijeli se na:

Hidrostatiku – zakonitosti

tekućina u ravnoteži

Hidrodinamiku – zakonitosti

tekućina u gibanju

HidraulikaHidraulika

Hidraulika je znanost koja se bavi tehničkom primjenom hidromehanike

Uljna hidraulika dobila je naziv zbog primjene ulja kao medija za prijenos snage i informacija

Hidrostatski prijenosnici Hidrostatski prijenosnici

Uređaji pomoću kojih se prenosi snaga i informacije od pogonskog do radnog stroja, a rade na principima hidrostatike nazivaju se hidrostatskim prijenosnicima.

Proces pretvorbe energije

Pogonski motor –

EM ili motor s unutarnjim izgaranjem

Pumpa Hidromotor Radni stroj

Mehanička energija

Pretvorba mehaničke energije u energiju tlaka radne tekućine

Pretvorba energije tlaka radne tekućine u mehaničku energiju

Mehanička energija

POGONSKI STROJ

PUMPA AKTUATOR –

HIDROMOTOR

RADNI STROJ

Glavni elementi hidrostatskog sustava

prijenosa snage

MEHANIČKA VEZA S POGONSKIM MOTOROM

CJEVOVOD ZA SPAJANJE PUMPE I HIDROMOTORA

MEHANIČKA VEZA S RADNIM STROJEM

Simbolični prikaz hidrostatskog sustava

POGONSKI MOTOR PUMPA

AKTUATOR -

HIDROMOTOR RADNI STROJ

MEHANIČKA VEZA

HIDRAULIČKA VEZA

MEHANIČKA VEZA

Primjena hidrostatskih sustava za prijenos snage

Mobilni sustavi

Stacionarni sustavi

Primjeri primjene kod mobilnih sustava

Upravljanje zakrilcima i kormilom za kontrolu smjera letenja na avionima

Poklopci na grotlima Rampa na trajektu

Servisna dizalicaVitla

rovokopac.asx cilindar bagera.asx

Damper.asx

Hidraulika na građevinskim strojevima i vozilima

Primjeri primjene u stacionarnim sustavima

Stroj za brizganje plastike

Hidraulička preša

Obradni centar

Prednosti hidrostatskih sustava

1. Prijenos velikih sila s uređajima malih dimenzija

2. Bezstupanjska promjena brzine, brzine vrtnje, sila i momenata

3. Jednostavna kontrola svih parametara uz pomoć mjernih uređaja (manometara, termometara, mjerača protoka)

4. Jednostavna promjena smjera gibanja zbog malih zamašnih masa

5. Jednostavna pretvorba rotacijskog u pravocrtno gibanje i obrnuto

6. Podmazivanje elemenata uz pomoć radne tekućine

7. Mogućnost automatizacije pogona

8. Mogućnost ugradnje standardiziranih elemenata ili cijelih grupa

9. Konstruktivna sloboda kod slaganja elemenata i uređaja u prostoru

Nedostaci hidrostatskih sustava

1. Stupanj iskoristivosti relativno mali u odnosu na

mehaničke prijenosnike snage; gubici zbog strujanja i

curenja tekućine

2. Kompresibilnost radne tekućine; kašnjenje signala

3. Promjena viskoznosti radne tekućine s promjenom temperature i tlaka

4. Visoki zahtjevi za toćnošću izrade elemenata (viša cijena)

5. Visoki zahtjevi za čistoćom radne tekućine; stroge mjere za filtriranje i općenito održavanje sustava

Osnovni zakoni hidrostatike Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamikei hidrodinamike

2121 :: AAFF

1

212 A

AFF

Koliko je puta površina manjeg klipa veća od površine većeg klipa , toliko će puta biti povećanje sile F2 u odnosu na silu F1.

Pascalov zakon

Blaise Pascal (1623 – 1662)

Princip rada hidrauličke preše je i osnovni princip rada hidrostatskog prijenosnika snage.

Jednadžba kontinuiteta-Jednadžba kontinuiteta-zakon o održanju masezakon o održanju mase

vAm

222111 vAvA

vAm

Maseni protoci kroz presjeke A1 i A2:

Uz nepromijenjenu gustoću: 2211 vAvA

Tekućina se ubrzava u smjeru suženja cijevi odnosno smanjuje joj se brzina u smjeru proširenja cijevi.

Bernoullijeva jednadžba – zakon o održanju energije

consthgv

p

2

2

constv

p

2

2

Općeniti oblik jednadžbe

ENERGIJA HIDROSTATIČKOG TLAKA

KINETIČKA ENERGIJA

ENERGIJA POLOŽAJA

Energija položaja se može u hidrostatskim sustavima zanemariti, pa zakon o održanju energije za takve sustave glasi:

Daniel Bernoulli (1700 -1782)

consthgv

p

2

2

Vrste strujanja u cijevima i prolazima

Prilikom strujanja realne tekućine pojavljuje se trenje, kako u samoj tekućini tako i između stijenki i tekućine. Gubici nastali strujanjem realne tekućine kroz cijevi i prolaze u hidrostatskim uređajima, izražavaju se u obliku pada (gubitka) tlaka.

U hidrauličkim instalacijama i cjevovodima strujanje može biti ili laminarno ili turbulentno.

Laminarno strujanje

Kod laminarnog strujanja tekućina se kreće u slojevima okomito na smjer strujanja. Zbog toga je takvo strujanje i dobilo naziv slojevito strujanje (lat. lamina = sloj). Dakle, strujnice su paralelne s osi cijevi.

221max 4

rl

ppv

Turbulentno strujanje

Oblik strujanja fluida kod kojeg se dijelovi fluida gibaju nepravilno s neujednačenim lokalnim brzinama.

Opis strujanja omogućava Poiseuilloeov zakon ali samo za uvjete laminarnog strujanja. Kod neke kritične brzine strujanja, strujanje će postati turbulentno, koje je karakterizirano kaotičnim gibanjem. Turbulencije povećavaju otpore.

Kod strujanja u uljno hidrauličkim pogonima zbog pulzacija u strujanju te lokalnog smanjenja viskoznosti, granica prijelaza iz laminarnog u turbulentno strujanje je u granicama Re = 1900 … 3000.

dv

Re

Reynoldsov broj

Osborne Reynolds ( 1842 – 1912)

Gubici strujanja u cijevima i prolazima

2

2

21v

d

lppp R

Koeficijent gubitaka

Za laminarno strujanjeRe

64

Za turbulentno strujanje 25,0Re3164,0

Lokalni gubici tlaka2

2vp

faktor lokalnih otpora

Gubici curenja u rasporimaGubici curenja u rasporima

Raspora ima u svim hidrostatskim uređajima i od velikog su značaja za funkcioniranje uređaja. Dužina i širina raspora obično su preko 5 mm, dok je njihova visina između 5 i 20 m. Zbog takvih dimenzija, strujanje je u rasporima laminarno, tj. Reynoldsova značajka ima malu vrijednost.

Ravni raspor

l

ppbQL

213

12

Koncentrični raspor

l

ppdQL

213

12

Ekscentrični raspor

3213

5,1112

l

ppdQL

2

dD

e

Gubici curenja rastu s trećom potencijom veličine raspora

Tlačni udar – hidraulički udar

Tlačni udar nastaje uslijed nagle promjena tlaka u instalaciji zbog brze promjene brzine strujanja, izazvane naglim zatvaranjem ili otvaranjem protoka ulja.

vcp

s

d

E

E

E

ci

s

ol

ol

1

Brzina širenja zvuka Srednja brzina strujanja

Povećanje tlaka

Brzina širenja zvuka:

Eol – modul elastično ulja

di – protočni promjer cijevi

ES – modul elastično materijala cijevi

s – debljina stijenke cijevi

- gustoća ulja

Mjere za spriječavanje tlačnog udara u hidrostatskim sustavima: ugradnja akumulatora neposredno prije ventila za zatvaranje.

Kavitacija

Kavitacija je pojava stvaranja šupljina unutar toka radnog medija.

Ako na nekom mjestu strujnog toka dođe do smanjenja apsolutnog tlaka (suženje presjeka), tako da tlak padne do tlaka zasićenja tekućine (kod zadane temperature), tekućina će početi isparavati pa će se pojaviti šupljine ispunjene parama, koja struja nosi sa sobom.

Kada mjehurići dođu u područje manje brzine tj. većeg tlaka, oni će implodirati (stisnuti se). Pri tome nastaju veliki udarci.

Dogodi li se to u blizini stijenke čvrstog materijala, nastaje njegovo razaranje (kavitacijska korozija).

Zato je važno na kritičnim mjestima voditi računa o apsolutnom tlaku ( npr. na spoju usisnog voda i pumpe).

Pitanja za ponavljanjePitanja za ponavljanje

Pomoću kojeg se medija prenosi energija u hidrauličkim prijenosnicima?

Pomoću kojeg se medija prenosi energija u pneumatskim prijenosnicima?

Kako se naziva fundamentalna znanost koja se bavi proučavanjem zakonitosti kod tekućina i kako se dijeli?

Što je hidraulika, a što uljna hidraulika?Što su to hidrostatski prijenosnici?Na kojem se principu zasniva rad

hidrostatskih prijenosnika?Kakav je slijed pretvorbe energije u

hidrostatskih prijenosnika?Navedite glavne elemente hidrostatskog

sustava prijenosa snage.

Gdje se koriste hidrostatski sustavi? Navedite prednosti hidrostatskih sustava. Navedite nedostatke hidrostatskih sustava. Objasnite Pascalov zakon. Objasnite jednadžbu kontinuiteta; kako se još

naziva taj zakon? Objasnite Bernoullijevu jednadžbu; kako se

taj zakon još naziva?

Navedite vrste strujanja tekućina. Kakvo je to laminarno strujanje? Kakvo je turbulentno strujanje? Kako glasi Reynoldsov broj za cijevi i

prolaze? Za koje vrijednosti Reynoldsovog broja

prelazi laminarno u turbulentno strujanje u hidrostatskim sustavima?

O čemu ovise gubici strujanja? Kako nazivamo još gubitke strujanja?

Koja veličina ima najveći utjecaj na curenje u rasporima?

Zašto je bitno da raspori budu centrični? Koji je uzrok nastanku tlačnog udara? O čemu ovisi povećanje tlaka uslijed tlačnog

udara? Kakvim se tehničkim rješenjem može spriječiti

pojava tlačnog udara u hidrostatskim sustavima? Što je kavitacija? Kako nastaje kavitacijska korozija? Koje je najćešće mjesto pojave kavitacije?