Kon Hydrauliikka ja pneumatiikka

Transkriptio

1 Kon Hydrauliikka ja pneumatiikka yypillisiä hydrauliikan tenttikysymyksiä kurssin historian varrelta. YLEISÄ 1. Mikä on differentiaalikytkentä? Mihin sitä käytetään ja mitkä ovat sen edut ja haitat? iirrä selostustasi tukevia kuvia. 2. ee selkoa hydraulijärjestelmän häviöistä. Mitkä tekijät aiheuttavat häviöitä, ja mistä nämä tekijät riippuvat? 3. Selosta seuraavia ilmiöitä, mitä niillä tarkoitetaan, mistä ilmiöt johtuvat/riippuvat ja mitkä ovat niiden vaikutukset? a) kavitaatio b) paineisku 4. ee selkoa paineiskusta, sen syistä, vaikutuksista ja miten siihen voidaan vaikuttaa. 5. Selosta seuraavia kohtia lyhyesti: a) miten virtauslaji vaikuttaa hydraulijärjestelmässä syntyviin häviöihin? b) mitä tarkoitetaan viskositeetilla ja mitkä tekijät vaikuttavat viskositeettiin? 6. Vastaa seuraaviiin kohtiin: a) mitä viskositeetilla ilmaistaan, mistä viskositeetti riippuu ja miten viskositeetti vaikuttaa hydraulijärjestelmän toimintaan? b) minkälaisia nesteitä hydraulijärjestelmissä käytetään ja mitkä ovat nesteiden tehtävät? 7. Mitä tarkoitetaan viskositeetilla ja mikä merkitys viskositeetilla on järjestelmän toimintaan? Selosta lisäksi viskositeettiin vaikuttavia tekijöitä. 8. Selosta nesteen viskositeetin vaikutusta hydraulijärjestelmän kokonaishyötysuhteeseen ja sen osatekijöihin. 9. Selosta viskositeetin vaikutuksia hydraulijärjestelmän ominaisuuksiin ja toimintaan. Havainnollista selostustasi graafein. 1. Selosta nesteen virtausta putkessa, putkivirtauksen ominaisuuksia (virtauslajit ja häviöt) ja näihin vaikuttavia tekijöitä.. NESEE 1. Mitkä ovat hydraulinesteen tehtävät ja minkälaisia nesteitä järjestelmissä käytetään? 2. Mitkä ovat hydraulinesteen tehtävät hydraulijärjestelmässä? Mitä seikkoja tulee ottaa huomioon valittaessa hydraulijärjestelmän nestettä? 3. Selosta hydraulinesteen valintaprosessia, mitä seikkoja/kriteereitä on otettava huomioon ja missä järjestyksessä? 4. Selosta hydraulinesteen tehtäviä hydraulijärjestelmässä. ee selkoa myös syistä miksi nesteitä lisäaineistetaan (tavoitteet ja vaikutukset?). 1

2 C. UMU, MOOORI, SYLINERI J VÄÄNÖMOOORI C1. Mihin perustuu hydraulijärjestelmän energiaa muuntavien (mekaaninen energia hydraulinen energia, tai hydraulinen energia mekaaninen energia) komponenttien toiminta? Selvitä toimintaperiaate ja piirrä selostustasi tukevia kuvia. C2. ee selkoa hydraulipumpun/-moottorin kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavista tekijöistä. Mistä nämä tekijät ovat riippuvaisia? Havainnollista riippuvuutta diagrammein. C3. Selosta lyhyesti hydrostaattisten pumppujen toimintaperiaate. Listaa myös pumppujen eri rakennetyypit. C4. Hydraulipumpputyypit, selosta kunkin tyypin rakennetta ja toimintaperiaatetta lyhyesti. C5. Hydraulimoottorit. a) Minkälaisiin luokkiin hydraulimoottorit ryhmitellään pyörimisnopeutensa perusteella? b) Mitä tarkoitetaan hydraulimoottoreiden yhteydessä termeillä käyntiominaisuudet ja käyntiinlähtöominaisuudet? C6. ee selkoa hydraulisylintereistä. Minkälaisia rakennetyyppejä käytetään ja mitkä tekijät vaikuttavat sylinterin ominaisuuksiin? iirrä selostustasi tukevia kuvia. C7. Mitä tarkoitetaan päätyasentovaimennuksella, missä, miksi ja milloin sitä käytetään ja mikä on sen toimintaperiaate? C8. Hydraulimoottorit, selosta kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä ja näiden riippuvuutta moottorin toimintapisteestä. ue selostustasi riippuvuutta havainnollistavin diagrammein. C9. Hydraulimoottorit. a) Selosta lyhyesti hydrostaattisten hydraulimoottorien toimintaperiaate. b) Mitä tarkoitetaan hydraulimoottoreiden yhteydessä termeillä käyntiominaisuudet ja käyntiinlähtöominaisuudet? D. VENIILI D1. Selosta hydrauliventtiileissä käytettävien karatyyppien rakenteet, edut ja haitat (piirrä rakennekuvat). D2. Miten eroavat toisistaan luisti- ja istukkarakenteinen venttiili, minkälaisia ominaisuuksia kumpaankin tyyppiin liittyy? iirrä selostustasi tukevia kuvia. D3. Mitä etuja saavutetaan käyttämällä venttiileissä esiohjausta suoraanohjauksen sijasta? Selosta esiohjauksen idea ja saavutetut edut käyttämällä esimerkkiventtiilinä joko paineenrajoitusventtiiliä tai suuntaventtiiliä. D4. Selosta suuntaventtiilien ohjaustapoja sekä pienten että suurten venttiilien osalta. iirrä selostustasi tukevia kuvia. D5. Minkälaisia vastaventtiileitä on olemassa? Selosta eri tyyppejä ja niiden toimintaa ja käyttöä piirissä (piirrä esimerkkipiiri). iirrä myös vastaventtiilien piirrosmerkit. D6. Selosta paineventtiilien käyttöä ja tehtäviä hydraulijärjestelmissä ja esitä esimerkit kolmen eri paineventtiilin käytöstä (piirrä toimintaa havainnollistavat piirikaaviot). D7. Selosta minkälaisiin tehtäviin paineventtiileitä käytetään hydraulijärjestelmissä. Esitä lisäksi esimerkit (piirikaavio, toimintaselostus) kahden erilaisen paineventtiilin käytöstä. D8. Selosta suoraanohjatun ja esiohjatun paineenrajoitusventtiilin erot ja miten erot ilmenevät hydraulijärjestelmän toiminnassa. 2

3 D9. Selosta esiohjatun paineenrajoitusventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D1. Selosta vastapaineventtiilin toimintaperiaate sekä käyttötarkoitus. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D11. Selosta esiohjatun paineenalennusventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D12. Selosta hydraulisen paineenalennusventtiilin toimintaperiaate. Mikä toiminnallinen ero on 2- tie- ja 3-tiepaineenalennusventtiileillä? Esitä venttiilisymboleita käyttäen kuinka esiohjattuun paineenalennusventtiiliin saadaan kaksi vaihtoehtoista esiohjausta. D13. Selosta esiohjatun sekvenssiventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D14. Selosta vapaakiertoventtiilin toimintaa ja tehtävää hydraulijärjestelmässä. iirrä selostuksesi tueksi venttiilin rakennekuva, piirrosmerkki ja jokin ko. venttiilin sovellustapa. D15. Selosta esiohjatun vapaakiertoventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D16. Selosta virtaventtiilien käyttöä toimilaitteiden liikenopeuden ohjauksessa. Esitä kolme ohjaustapaa ja selosta niiden etuja/haittoja sekä soveltuvuutta erilaisiin toimintaolosuhteisiin. D16b. iirrä yhden toimilaitteen hydraulijärjestelmä ja esitä tavat, joilla toimilaitteen nopeutta voidaan säätää virtaventtiiliä käyttämällä. Selosta myös kuinka erityyppisten virtaventtiilien eli joko vastusventtiilien tai virransäätöventtiilien käyttö vaikuttaisi järjestelmän ominaisuuksiin esittämilläsi nopeudensäädön eri tavoilla. D17. Mihin hydraulijärjestelmissä käytetään virtaventtiileitä, minkälaisia virtaventtiileitä on olemassa ja mihin kutakin niistä voidaan käyttää? iirrä selostustasi tukevia kuvia. D18. Virtaventtiilit. Minkälaisia virtaventtiileitä hydraulijärjestelmissä käytetään ja miten ne eroavat toisistaan? Esitä kunkin virtaventtiilin osalta piiriesimerkki, ja selosta minkälaisessa tilanteessa ko. venttiiliä voidaan käyttää ja miten venttiilin ominaisuudet vaikuttavat piirin toimintaan. D19. Virtaventtiilit. ee selkoa eri venttiilityyppien toimintaominaisuuksista (sisäistä rakennetta ei tarvitse kuvata). Esitä lisäksi kaikki tavat ohjata kaksitoimisen sylinterin toisen liikesuunnan nopeutta (piirrä esimerkkipiiri) ja selosta tapojen ominaisuudet/soveltuvuus eri tilanteisiin. D2. Esitä kolme tapaa sijoittaa oheisen kuvan piiriin yksi (1) vastusvastaventtiili siten, että vastuksen säätäminen vaikuttaa molempien liikesuuntien nopeuksiin. D21. Millainen on rakenteeltaan vastusventtiili, miten se toimii ja mihin sitä käytetään? iirrä selostustasi tukeva periaatekuva säädettävästä vastusventtiilistä D22. Selosta oheisen piirin toimintaa seuraavien tekijöiden kannalta: paineet, tilavuusvirrat ja häviötehot, kun sylinterin kuormitus vaihtelee oheisen kuvaajan mukaisesti. Hahmottele paineiden, tilavuusvirran ja häviötehon muutokset vastaavanlaisiin diagrammeihin. D23. Miten vastusventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän toimintaan? iirrä oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa vastusventtiilin ja selosta sen vaikutuksia. D24. Mikä rakenteellinen ero on vastusventtiilien ja virransäätöventtiilien välillä? Miten tämä ero ilmenee venttiilien toimintaominaisuuksissa? 3

4 D25. Mikä rakenteellinen ero on vastusventtiilien ja virransäätöventtiilien välillä? Miten tämä ero ilmenee venttiilen toimintaominaisuuksissa? iirrä esimerkkipiiri, joka sisältää pumpun, sylinterin ja sitä ohjaavan suuntaventtiilin sekä sijoita siihen jompikumpi edelläminituista virtaventtiileistä siten, että venttiili vaikuttaa sylinterin kummankin liikesuunnan nopeuteen. D26. iirrä yhden toimilaitteen järjestelmä ja esitä tavat, joilla järjestelmään sijoitetun toimilaitteen nopeutta voidaan säätää virtaventtiiliä käyttämällä. Selosta myös kuinka erityyppisten virtaventtiilien eli joko vastusventtiilien tai virransäätöventtiilien käyttö vaikuttaisi järjestelmän ominaisuuksiin esittämilläsi nopeudensäädön eri tavoilla. D27. Millainen on rakenteeltaan virransäätöventtiili (piirrä periaatekuva), miten se toimii ja mihin sitä käytetään? Millaisia virransäätöventtiileitä on olemassa? D28. Selosta 2-tievirransäätöventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D29. Miten eroavat toisistaan 2-tie- ja 3-tievirransäätöventtiilit (rakenne, ominaisuudet)? Voidaanko toinen korvata toisella sijoituspaikasta riippumatta? D3. Selosta 3-tievirransäätöventtiilin toimintaperiaate. iirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki. D31. Käytössäsi on yksi virransäätöventtiili, jolla sinun tulisi säätää sylinterin liikenopeutta molempiin suuntiin. Esitä kolme tapaa toteuttaa piiri. D32. Miten 2-tievirransäätöventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän toimintaan? iirrä oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa ko. venttiilin ja selosta sen vaikutuksia. D33. Miten 3-tievirransäätöventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän toimintaan? iirrä oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa ko. venttiilin ja selosta sen vaikutuksia. D34. Esitä kolme (3) tapaa ohjata toimilaitteen nopeutta. Ohjausten tulee olla periaatteeltaan erilaisia ja perustua hydraulisiin komponentteihin. iirrä kaaviokuvat jokaisesta tavasta ja selosta kunkin toimintaa lyhyesti. E. INEKU E1. ee selkoa paineakuista (-varaajista). Miksi paineakkuja käytetään, mihin niiden toiminta perustuu sekä minkälaisiin tarkoituksiin paineakkuja käytetään (piirrä kaaviokuvat!)? E2. ee selkoa paineakkujen rakenteista ja soveltamistavoista (esitä kolme käyttöesimerkkiä piirikaavion ja toimintaselostuksen muodossa). E3. Selosta kaasu/neste-tyyppisen paineakun toimintaperiaate. Esitä lisäksi kolme tapaa käyttää paineakkua hydraulijärjestelmässä (esitä toimintaa havainnollistavat piirikaaviot). E4. Hydraulisten paineakkujen käyttö. a) Luettele eri akkutyypit/rakenteet. b) Esitä kolme erilaista paineakkujen käyttösovellusta, piirrä piirikaaviot! F. SUODIME F1. Luettele hydraulijärjestelmissä käytettävät suodatintyypit ja selosta suodatuksen merkitystä piirin toiminnan kannalta. F2. Selosta suodattimien käyttöä hydraulijärjestelmissä. Mainitse vähintään kolme suodatinta ja kerro miten sijoitat ne järjestelmään (piirrä esimerkkipiiri, johon sijoitat suodattimet). 4

5 F3. Suodatus. Miksi suodatusta tarvitaan, miten suodattimien sijoitus vaikuttaa suodatuksen tehokkuuteen ja miten suodattimien suodatuskyky ilmaistaan (3 tapaa)? F4. Suodatus hydraulijärjestelmässä. a) Mikä on suodatuksen merkitys hydraulijärjestelmässä? b) Miten suodattimen suodatusaste ilmaistaan (3 tapaa)? c) iirrä esimerkkipiiri ja sijoita piiriin neljä eri (!) suodatinta. F5. Suodatus hydraulijärjestelmässä. a) Mikä on suodatuksen merkitys hydraulijärjestelmässä eli miksi nestettä tulee suodattaa? b) Miten suodattimen suodatusaste ilmaistaan (3 tapaa)? c) Mitä tarkoitetaan epäpuhtausluokalla ja miten se määritetään? F6. ee selkoa suodattimien merkityksestä hydraulijärjestelmässä, sijoita lisäksi kuvan 4 piiriin imusuodatin ja painesuodatin. (Irroita tämä sivu, kirjoita siihen nimesi ja liitä muihin vastauspapereihisi). F7. ee selkoa suodattimien merkityksestä hydraulijärjestelmässä, sijoita lisäksi kuvan 4 piiriin painesuodatin ja paluusuodatin. (Irroita tämä sivu, kirjoita siihen nimesi ja liitä muihin vastauspapereihisi). F8. Mistä hydraulijärjestelmän sisältämät epäpuhtaudet ovat lähtöisin? Minkälaisia epäpuhtauksia järjestelmissä on ja miten erityyppiset epäpuhtaudet vaikuttavat järjestelmään? F9. Luettele hydraulijärjestelmän epäpuhtauslähteet sekä järjestelmässä käytettävät suodatintyypit. F1. Mitä tarkoitetaan puhtausluokalla, miten se määritetään ja millä perusteella luokka valitaan? G. JÄÄHDYIME J LÄMMIIME G1. Selosta hydrauliikassa käytettäviä jäähdyttimiä (rakenteet). Minkä vuoksi jäähdyttimiä käytetään. iirrä selostustasi tukevia kuvia. G2. Selosta lämmittimien käyttöä hydraulijärjestelmissä. Mitkä seikat vaativat lämmittimien käyttöä tietyissä järjestelmissä. Miten lämmittimien käyttö piirissä tulisi järjestää? H. SÄILIÖ H1. Luettele nestesäiliön tehtävät hydraulijärjestelmässä ja selosta lyhyesti mitä osia tyypilliseen hydraulinestesäiliöön kuuluu. 5

6 L. LSKUEHÄVÄ L1. Kuvan 1 mukaista järjestelmää käytetään kaksikerroksisessa veturitallissa. Veturi nostetaan alatasolta ylätasolle alustalla, jota liikuttaa neljä rinnankytkettyä sylinteriä. Oikealle raiteelle veturi ohjataan pyörittämällä alustaa hydraulimoottorilla. Nostovaihe ja pyöritysvaihe tapahtuvat aina eriaikaisesti. Laske: a) kuinka suuri on veturin nostonopeus? b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on asetettava, jotta nostovaihe tapahtuisi suurimmalla mahdollisella nopeudella? c) kuinka suuri on moottorin pyörimisnopeus? d) kuinka suuri on suurin järjestelmän käytön aikana tarvittava teho pumpun akselilla? Nostettavan veturin massa nostoalustoineen m = 3 kg. lustan pyörittämiseen tarvittava vääntömomentti = 4 Nm. Sylinterit ovat keskenään samanlaisia, mäntä d m = 2 mm, männänvarsi d mv = 14 mm, hyötysuhteet hm,s =.92 ja v,s = 1.. Hydraulimoottorin kierrostilavuus V k,m = 15 cm 3 /r, hyötysuhteet hm,m =.96 ja v,m =.91. umpun kierrostilavuus V k,p = 6 cm 3 /r, hyötysuhteet hm,p =.85 ja v,p =.9. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 1 r/min. Suodattimen painehäviö on 3 bar tilavuusvirralla 5 l/min. Kuva 1. 6

7 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 1b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt 7

8 L2. Kuvan 2 mukaisella järjestelmällä käytetään kahta kuljetuslinjaa. avallisesti linjojen keskinäinen nopeus saa olla erisuuri, mutta nyt linjoja käyttävien hydraulimoottorien halutaan pyörivän yhtäsuurella nopeudella (suuntaventtiili kytkettynä asentoon ). Laske: a) kuinka suureksi säätövastuksen virtausaukon halkaisija d k (ympyrämäinen aukko) on asetettava, jotta vaadittu tilanne saavutetaan? b) kuinka suurella nopeudella moottorit tällöin pyörivät? c) kuinka suuri on pumpun tällöin tarvitsema akseliteho? Hydraulimoottori 1: V k,m1 = 125 cm 3 /r, hyötysuhteet hm,m1 =.96 ja v,m1 =.88, moottoria kuormittaa momentti m1 = 19 Nm. Hydraulimoottori 2: V k,m2 = 5 cm 3 /r, hyötysuhteet hm,m2 =.91 ja v,m2 =.92, moottoria kuormittaa momentti m2 = 6 Nm. umppu: V k,p = 7 cm 3 /r, hyötysuhteet hm,p =.94 ja v,p =.95. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 15 r/min. aineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädetty arvoon 15 bar. Säätövastukselle C q =.7. Nesteen tiheys = 86 kg/m Kuva 2. 8

9 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 2b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 9

10 L3. Laske kuinka suuri osuus (%) pumpun tuotosta virtaa kuristimen d k1 kautta, kun kuvassa 3 olevan paineenmuuntimen männät liikkuvat oikealle. d k1 = 2 mm, d k2 = 2.5 mm, d k3 = 1.5 mm ja d k4 = 4 mm. s1 = m 2 ja s2 = m 2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton. C q =.7 ja = 86 kg/m 3. d k2 s1 s2 d k3 d k4 q V2 d k1 q V1 Kuva 3. Vaihtoehtoisia kysymyksiä samaan kuvaan: L3b. Laske kuinka kuristus d k1 tulee mitoittaa, jotta pumpun tuotto q V,p jakautuisi kahteen yhtä suureen osavirtaukseen q V,1 ja q V,2 silloin kun kuvassa 3 olevan paineenmuuntimen männät liikkuvat oikealle. d k2 = 4 mm, d k3 = 1 mm ja d k4 = 2 mm. s1 = m 2 ja s2 = m 2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton. C q =.7 ja = 86 kg/m 3. L3c. Kuvassa 3 olevan paineenmuuntimen männät liikkuvat tarkasteluhetkellä oikealle. Laske kuinka suureksi paineenmuuntimen pinta-ala s1 tulee mitoittaa, jotta pumpun tuotto q V,p tarkasteluhetkellä jakautuisi kahteen osavirtaukseen q V,1 ja q V,2, joiden suhde on q V,1 /q V,2 =.75. d k1 = 2 mm, d k2 = 4 mm, d k3 = 1 mm ja d k4 = 1 mm. s2 = m 2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton. C q =.7 ja = 86 kg/m 3. 1

11 L4. Kuvan 4 esittämällä järjestelmää käytetään vuoriteollisuudessa kivilevyjen paloitteluun. Sahattava, esikäsitelty kivilevy nostetaan sylintereillä oikealle sahauskorkeudelle ja lukitaan paikoilleen suuntaventtiilillä. ämän jälkeen käynnistetään saha eli timanttilaikalla varustettu hydraulimoottori. Sahauksen jälkeen saha pysäytetään ja kivilevy päästetään laskeutumaan alas (omalla painollaan). Laske: a) kivilaatan suurin mahdollinen nousunopeus b) sahan suurin mahdollinen pyörimisnopeus c) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta edellä mainitut nopeudet saavutetaan? d) kuinka suuri on järjestelmän hyötysuhde parhaimmillaan? Sylinterit: mäntä d m = 63 mm, männänvarsi d mv = 45 mm, hm,s =.95, v,s = 1.. Hydraulimoottori: V k,m = 5 cm 3 /r, hm,m =.92, v,m =.9. umppu: V k,p = 2 cm 3 /r, hm,p =.88, v,p =.97. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 1433 r/min. Kivilaatan massa on 1 kg, sahauksen aiheuttama kuormamomentti moottorille on 15 Nm. Kuva 4. 11

12 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 4b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt 12

13 L5. Kuvan 5 esittämällä piirillä käytetään kahta hydraulimoottoria, jotka puolestaan pyörittävät leikkuuteriä. Moottorin 2 kuormamomentti 2 = 7 Nm pysyy vakiona, mutta moottorin 1 kuormamomentti 1 vaihtelee oheisen diagrammin mukaisesti. Moottoreiden pyörimis-nopeuksien tulisi olla yhtäsuuria aikavälillä t 1 - t 2. Laske kuinka suureksi poikkileikkaukseltaan ympyrämäisen kuristuksen halkaisija on tällöin asetettava, jotta nopeusvaatimus toteutuu. janhetkellä t 3 moottorin 1 kuormamomentti saa maksimiarvonsa. Laske moottorien pyörimisnopeudet aikavälillä t 3 - t 4, kun kuristuksen asetus pidetään ennallaan. Laske myös järjestelmän tehontarve pumpun akselilla kuormituksen ollessa suurimmillaan. Hydraulimoottorit: V k,m1 = 14 cm 3 /r, hm,m1 =.95, v,m1 =.92. V k,m2 = 6 cm 3 /r, hm,m2 =.97, v,m2 =.9. umppu: V k,p = 1 cm 3 /r, hmp =.94, v,p =.91. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 15 r/min. = 86 kg/m 3, C q =.7. V k,m1 V k,m2 1 [Nm] V k,p t t1 t2 t3 t4 t5 Kuva 5. 13

14 L6. Kuvan 6a esittämällä piirillä käytetään säätötilavuusmoottoria. Järjestelmän paine on säädetty arvoon 29 bar. Laske: a) mikä on hydraulimoottorin pyörimisnopeusalue? b) kuinka suuri momentti hydraulimoottorista saadaan ko. alueella? c) muinka suuri teho tarvitaan pumpun käyttämiseksi ko. alueella? Järjestelmän komponenteista tiedetään seuraavaa: umppu: Kierrostilavuus V k,p = 13 cm 3 /r Hyötysuhteet hm,p =.9, v,p =.98 umppua käyttävän polttomoottorin pyörimisnopeus n p = 175 r/min Hydraulimoottori: Kierrostilavuus V k,m = cm 3 /r Hyötysuhteet riippuvat säädetystä kierrostilavuudesta kuvan 6b mukaisesti. Kuva 6a. m [%] 1 9 hm,m v,m V k,m / [%] Kuva 6b. 14

15 L7. Kuvan 7 esittämällä piirillä käytetään rinnankytkettyjä hydraulimoottoria sekä sylinteriä. Kun sylinteri on pysähdyksissä eli plus-asentoon ajettuna, tulee vakiomomentilla 2 Nm kuormitetun moottorin pyöriä nopeudella 5 r/min, nopeuden säätö toteutetaan kuristuksella. Laske kuinka suureksi kuristuksen ympyrämäisen virtausaukon halkaisija tulee säätää, jotta haluttu pyörimisnopeus saavutetaan. Kuristuksen säädön jälkeen sylinteri ajetaan miinus-asentoon eli järjestelmän lähtötilaan, jonka jälkeen suuntaventtiilin asennon vaihdolla lähdetään uudelleen plus-liikkeeseen. Laske kuinka suurella nopeudella sylinteri liikkuu ja kuinka suurella nopeudella moottori pyörii sylinterin liikkeen aikana. Hydraulimoottori: V k,m = 8 cm 3 /r, hm,m =.96, v,m =.92. umppu: V k,p = 45 cm 3 /r, hm,p =.9, v,p =.97. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 15 r/min. Sylinteri: männän d m = 63 mm, männänvarren d mv = 45 mm, hm,s =.95, v,s = 1., sylinteriä kuormittava massa m = 3 kg. = 86 kg/m 3, C q =.611. m 3 bar Kuva 7. 15

16 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 7b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 16

17 L8. Kuvan 8 esittämällä piirillä käytetään hydraulimoottoria rajoitetulla kiertymiskulma-alueella. Laske mikä on suurin mahdollinen hydraulimoottorin pyörimisnopeus ja kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta moottori pyörisi suurimmalla mahdollisella pyörimisnopeudellaan. Hydraulimoottori: V k,m = 6 cm 3 /r, hm,m =.95, v,m =.92. Moottoria kuormittaa vakiomomentti 18 Nm umppu: V k,p = 22 cm 3 /r, hm,p =.94, v,p =.91. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 15 r/min. Sylinteri: männän d m = 1 mm, männänvarren d mv = 7 mm, hm,s = 1., v,s = 1.. Vastuksen ympyrämäisen virtausaukon halkaisija d k = 4 mm. Muuta: = 86 kg/m 3, C q =.611. Kuva 8. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 8b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 17

18 L9. Kuvan 9 esittämässä piirissä kahdella toisiinsa mekaanisesti kytketyllä sylinterillä liikutellaan kuormavaunua, joka kulkee kiskoilla. Laske a) kuinka suurella nopeudella vaunu voi liikkua oikealle? b) kuinka suurella nopeudella vaunu voi liikkua vasemmalle? c) kuinka suuri voima sylinteriyhdistelmästä saadaan liikuttaessa oikealle? d) kuinka suuri voima sylinteriyhdistelmästä saadaan liikuttaessa vasemmalle? Hydraulipumppu: V k,p = 166 cm 3 /r, hm,p =.9, v,p =.92. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 15 r/min. Sylinteri S1: männän d m1 = 63 mm, männänvarren d mv1 = 3 mm, hm,s1 = 1., v,s1 = 1.. Sylinteri S2: männän d m2 = 1 mm, männänvarren d mv2 = 65 mm, hm,s2 = 1., v,s2 = 1.. = 86 kg/m 3. m S1 S2 15 bar Kuva 9. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 9b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 18

19 L1. Kuvan 1 esittämällä piirillä käytetään erään suositun huvipuiston uusinta kieputinta, joka on kytketty hydraulimoottorin M2 akselille. Laske a) mikä on moottorin M2 suurin pyörimisnopeus? b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin RV avautumispaine tulee asettaa, jotta moottori M2 pyörisi suurimmalla nopeudellaan, kun moottorin akselikuorma on 2 Nm? c) mikä on hydraulijärjestelmän kokonaishyötysuhde laskettuna pumpun 1 tarvitseman akselitehon ja moottorilta M2 saatavan akselitehon perusteella? umppu 1: V k,p1 = 1 cm 3 /r, hm,p1 =.93, v,p1 =.97. umppu 2: V k,p2 = 2 cm 3 /r, hm,p2 =.94, v,p2 =.95. Hydraulimoottori M1: V k,m1 = 75 cm 3 /r, hm,m1 =.96, v,m1 =.92. Hydraulimoottori M2: V k,m2 = 5 cm 3 /r, hm,m2 =.98, v,m2 =.9. Moottorin M1 vuodot ovat täysin ulkoisia, muiden komponenttien vuodot ovat täysin sisäisiä. umppua 1 käyttävän sähkömoottorin n p1 = 15 r/min. Muuta: = 86 kg/m 3, C q =,7. M1 2 M2 1 RV Kuva 1. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 1b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 19

20 L11. Kuvan 11 esittämällä piirillä nostetaan kahta massaa. Selvitä sylinterien toimintajärjestys ja laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin asetuspaine tulee säätää, jotta kuormat saadaan nostettua. Laske myös sylintereiden liikenopeudet massoja nostettaessa. Sylinterit: S1; männän halkaisija d s1 = 8 mm, männänvarren halkaisija d mv1 = 5 mm, m 1 = 5 kg. S2; männän halkaisija d s2 = 63 mm, männänvarren halkaisija d mv2 = 45 mm, m 2 = 3 kg. Sylinterit oletetaan vuodottomiksi ja kitkattomiksi, sylinterien iskunpituudet ovat yhtäsuuret. umppu: V k,p = 75 cm 3 /r, v,p =.9, hm,p =.95. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n p = 15 r/min. Suuntaventtiilin häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon. Vastusvastaventtiilin kuristus d k = 3 mm. C q =.7, = 86 kg/m 3. m 1 S 2 S 1 m 2 Kuva 11. 2

21 L12. Kuvan 12 esittämällä piirillä nostetaan massoja kolmella sylinterillä. Järjestelmän työkierto on seuraavanlainen: lussa kaikki massat ovat alhaalla ja suuntaventtiilit keskiasennoissaan. Ensin nostetaan massa m 1 sylinterillä S1 kytkemällä suuntaventtiili SV1 ao. asentoon. Massan m 1 noustua ylös palautetaan suuntaventtiili SV1 keskiasentoon. ämän jälkeen nostetaan massat m 2 ja m 3 sylintereillä S2 ja S3 kytkemällä suuntaventtiili SV2 ao. asentoon. Massojen noustua ylös palautetaan suuntaventtili SV2 keskiasentoon. Laske kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta kaikki massat saataisiin nousemaan. Häviöistä on huomioitava SV-venttiilien häviöt ja sylinterien kokonaishyötysuhteet. Massat m 1 = m 2 = 8 kg ja m 3 = 13 kg. Sylinterit: männän d 1 = 1 mm, männänvarren d 2 = 7 mm, kokonaishyötysuhde t =.95. Suuntaventtiilit ovat samanlaisia, ominaiskäyrä on esitetty alla. S1 m 2 m 3 S2 S3 m 1 SV1 SV2 L C 6 l/min Kuva 12. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 12b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt 21

22 L13. Kuvan 13 piirillä käytetään ketjukuljetinta. Kuljettimen liikesuuntaa ohjataan suuntaventtiilillä, jonka ominaiskäyrä on esitetty alla. Hydraulimoottoria kuormittava vääntömomentti on suurimmillaan 5 Nm ja moottorin pyörimisnopeuden halutaan olevan 3 r/min. Moottori: V k,m = 25 cm 3 /r, hm,m =.9 ja v,m =.83 (moottorin vuotojen oletetaan olevan täysin ulkoisia). umppu: v,p =.95 ja hm,p =.8. umpun käyttömoottorin pyörimisnopeus on 15 r/min. Järjestelmän putkien, suodattimen sekä vastaventtiilien häviöt oletetaan merkityksettömiksi. Laske a) tarvittava pumpun radiaanitilavuus V rad,p b) tarvittava pumpun käyttömoottorin teho km L C Kuva 13. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 13b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 22

23 L14. Kuvan 14 mukaisella järjestelmällä siirretään teho diesel-moottorilta kuljetuslavetin pyörille. ietyssä ajotilanteessa hydraulimoottoria kuormittaa momentti m = 8 Nm moottorin pyörimisnopeuden ollessa n m = 12 r/min. Moottorin kierrostilavuus V m,k = 2474 cm 3 /r ja hydromekaaninen hyötysuhde hm,m =.9 ja volumetrinen v,m =.96. Järjestelmän pumppu on säätötilavuuspumppu, jonka hydromekaaninen hyötysuhde hm,p =.8 ja volumetrinen v,p =.85. Diesel-moottorin pyörimisnopeus on tässä ajotilanteessa 16 r/min. (Syöttöpumppua, venttiileitä ja putkistovarusteita ei tarvitse ottaa huomioon) Laske a) hydraulimoottoria kuormittava mekaaninen teho b) hydraulimoottorilla tarvittava hydraulinen teho c) mainitussa ajotilanteessa tarvittava pumpun kierrostilavuus d) diesel-moottorilta vaadittava teho Kuva

24 L15. Kuvan 15 esittämällä järjestelmällä sekä nostetaan että lasketaan massoja, joiden paino on suurimmillaan 11 kg. Nostettavat massat on työkierron aikana pysäytettävä eri korkeuksille ja tällöin sylinterin tulee pysyä tarkasti paikoillaan. ämän vaatimuksen täyttämiseksi järjestelmään on asennettu ohjattu vastaventtiili, sillä suuntaventtiilin vuodot aiheuttaisivat sylinterin ryömimisen. Ohjatulla vastaventtiilillä on kuitenkin taipumus värähtelyyn massoja laskettaessa ja tällöin massat tulevat alas nykien. ilanne korjataan sijoittamalla järjestelmään säätövastus, jonka avulla nykimisilmiö saadaan poistettua. Laske kuinka suuri saa säätövastuksen (ympyrämäinen) halkaisija suurimmillaan olla, jotta suurimmatkin kuormat saadaan laskettua tasaisesti alas. Sylinteri: männänhalkaisija d 1 = 63 mm, männänvarren halkaisija d 2 = 4 mm, kitkat ja vuodot oletetaan merkityksettömiksi. Säätövastuksen C q =.7. Nesteen = 86 kg/m 3. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 15 l/min. Suuntaventtiilin ja putkiston häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon. m Kuva

25 L16. Kuvan 16 esittämässä järjestelmässä pystyyn asennetun sylinterin annetaan nousta kuormittamattomana yläasentoon pumpun käynnistämisen jälkeen. umppu, jonka tuotto on 2 l/min, pidetään tämän jälkeen jatkuvasti käynnissä. Laske kuinka suurella voimalla sylinteriä voidaan tässä tilanteessa kuormittaa ilman, että se lähtee laskeutumaan ala-asentoonsa. Sylinterin männän halkaisija d 1 = 4 mm, männänvarren halkaisija d 2 = 28 mm, sylinterin kitkat ja vuodot oletetaan merkityksettömiksi. d k1 = 1 mm, d k2 = 2 mm, d k3 = 1.5 mm, d k4 = 2.5 mm, C q =.7 ja = 86 kg/m 3. d k2 d k3 d k1 d k4 Kuva

26 L17. Kuvan 17 järjestelmällä siirretään massaa ylös ja alas. Nostovaihe tapahtuu sulkemalla sulkuventtiili ja käynnistämällä pumppu. Massa lasketaan pysäyttämällä pumppu ja avaamalla sulkuventtiili. Laske kuinka suureksi säätövastuksen virtausaukon halkaisija d k2 on säädettävä, jotta massan laskeutuminen yläasennosta ala-asentoon kestäisi 1 s. Järjestelmästä tiedetään: Kuristusten virtausaukot ovat poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä, d k1 =.5 mm. Sylinterin iskunpituus l s = 5 mm, mäntä d 1 = 63 mm ja männänvarsi d 2 = 4 mm. Sylinterin nostama massa m = 3 kg. utkisto ja sulkuventtiili oletetaan häviöttömiksi. C q =.7 ja = 86 kg/m 3. m d k1 d k2 Kuva

27 L18. Laske mikä on kuvan 18 mukaisen järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaineeksi vähintään asetettava, jotta sylinteri saavuttaa liikenopeuden v = 1 m/s. Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja kitkattomaksi. utkiston häviöt oletetaan merkityksettömiksi. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 18 l/min. F = 1 kn, 1 =.3 m 2, 2 =.5 1, d k1 = 7 mm, d k2 = 1 mm, C q =.7 ja = 86 kg/m 3. 1 v 2 d k1 d k2 F Kuva 18. L19. Laske kuinka suuri sylinterin nopeus voidaan kuvan 19 mukaisessa järjestelmässä saavuttaa, kun sylinteriä ajetaan ulos (+ liike). Mitoita lisäksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine siten, että kyseinen liikenopeus saavutetaan myös silloin, kun sylinteriin kohdistuu kuorma F. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 18 l/min. Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja kitkattomaksi sekä suuntaventtiili häviöttömäksi. F = 1 kn, 1 =.3 m 2, 2 =.1 m 2, d k = 1 mm, C q =.6 ja = 86 kg/m F d k Kuva

28 L2. Kuvan 2 esittämässä järjestelmässä sylinterin tulee tehdä plusliike nopeudella v =.5 m/s. Laske kuinka suuri voima F voidaan tällöin saada sylinteristä. Järjestelmän pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 5 l/min. Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja kitkattomaksi. 1 =.3 m 2, 2 =.1 m 2, d k = 2 mm, C q =.7 ja = 86 kg/m 3. 1 v 2 F d k Kuva 2. L21. Kuvan 21 mukaisessa järjestelmässä ovat kaikki kuristukset d k1, d k2, d k3 ja d k4 poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä ja muilta ominaisuuksiltaan paitsi kooltaan samanlaisia. Kuristukset 1, 2 ja 4 ovat vakiokokoisia: d k1 = 4 mm, d k2 = 8 mm ja d k4 = 5 mm. Laske kuinka suureksi säätökuristuksen 3 virtausaukon halkaisija on säädettävä, jotta pumpun tuotto jakautuisi kuvaan merkityssä putkiristeyksessä kahteen yhtäsuureen osaan kun suuntaventtiilin asento vaihdetaan ja sylinteri tekee plusliikkeen. ilavuusvirtamittareiden, suuntaventtiilin ja sylinterin toiminnat oletetaan häviöttömiksi. Sylinterin männänhalkaisija d 1 = 63 mm ja männänvarren halkaisija d 2 = 3 mm. d k2 utkiristeys d k1 d k3 d k4 Kuva

29 L22. Laske kuvan 22 esittämän piirin pumpun tuotto, kun tiedetään, että paineenrajoitusventtiilin kautta virtaa 1 l/min. aineenrajoitusventtiilin ominaiskäyrä on ohessa. oikkileikkaukseltaan ympyrämäisten kuristusten tiedot ovat: d k1 = 2 mm, d k2 = 3 mm. C q =.6 ja = 86 kg/m 3. 3 p [bar] 2 d k1 d k1 d k [l/min] q V Kuva 22. L23. Laske kuristuksen 3 ( d k3 ) kautta kulkevan tilavuusvirran suuruus kuvan 23 piirissä, kun tiedetään, että paineenrajoitusventtiilin kautta virtaa 25 l/min. aineenrajoitusventtiilin ominaiskäyrä on esitetty ohessa. oikkileikkaukseltaan ympyrämäisten kuristusten tiedot ovat: d k1 = 2 mm, d k2 = 3 mm, d k3 = 1 mm, d k4 = 1.5 mm. C q =.6 ja = 86 kg/m 3. p [bar] 2 d k2 d k1 d k3 d k q [l/min] V Kuva

30 L24. Laske tilavuusvirta kuvan 24 kuristuksien läpi. oikkileikkaukseltaan ympyrämäisten kuristusten tiedot ovat : d k1 = 1 mm, d k2 = 2 mm. C q =.6 ja = 86 kg/m 3. aineenrajoitusventtiilin asetuspaine on 2 bar, venttiilin toiminta oletetaan ideaaliseksi. d k1 d k2 Kuva 24. L25. Kuvan 25 mukaisessa järjestelmässä tutkitaan virtauksien jakautumista. Kaikki kuristukset ovat poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä ja muilta ominaisuuksiltaan paitsi kooltaan samanlaisia. Kuristukset 1, 2 ja 4 ovat vakiokokoisia: d k1 = 4 mm, d k2 = 8 mm ja d k4 = 5 mm. Laske kuinka suureksi säätökuristuksen 3 virtausaukon halkaisija on säädettävä, jotta pumpun tuotto jakautuisi kuvaan merkityssä putkiristeyksessä tasan kahteen yhtäsuureen osaan. d k2 utkiristeys d k1 d k3 d k4 Kuva 25. 3

31 L26. Kuvan 26 esittämää piiriä käytetään erään pienoissukellusveneen ajovoimansiirrossa (telaketjuilla varustettu prototyyppimalli). Hydraulimoottorit on kytketty pyörittämään telapyöriä, moottoreiden kierrostilavuudet V k,m1 ja V k,m2 ovat yhtäsuuret. a) selosta venttiilin 1 merkitys piirissä sekä venttiilin toiminta eri kuormitustilanteissa b) selosta venttiilin 2 merkitys c) johda yhtälöt järjestelmän paineelle p 1 venttiilin 1 kummassakin asennossa ajovastusmomentin av funktiona ( av = ). Kuormitus jakautuu tasaisesti moottorien kesken. Venttiileiden ja putkiston häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon. 1 V k,m1 2 V k,m2 p 1 p prv V k,p Kuva

32 L27. Kuvan 27 mukaisella järjestelmällä käytetään kolmea ketjukuljetinta, joista kullakin on oma hydraulimoottorinsa. Moottoreita kuormittavat vääntömomentit ovat 1 = 15 Nm, 2 = 7 Nm ja 3 = 3 Nm. Moottoreiden kierrostilavuudet ovat V k,m1 = 1 cm 3 /r, V k,m2 = 1 cm 3 /r ja V k,m3 = 5 cm 3 /r. Moottoreiden v =.9 ja hm =.85, moottoreiden 1 ja 3 vuodot ovat täysin sisäisiä ja moottorin 2 vuodot täysin ulkoisia. Järjestelmän pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 8 l/min. Järjestelmässä oleva säätökuristus on poikkileikkaukseltaan ympyrämäinen ja halkaisijaltaan d k =.5 mm. C q =.7 ja = 86 kg/m 3. Laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on vähintään asetettava, jotta venttiili pysyisi kiinni järjestelmän toimiessa edellä mainituilla kuormituksilla. Laske lisäksi kunkin moottorin pyörimisnopeus Kuva

33 L28. Kuvan 28 piirillä käytetään ketjukuljetinta. ietyssä käyttötilanteessa hydraulimoottoria kuormittaa 135 Nm suuruinen vääntömomentti moottorin pyörimisnopeuden ollessa 255 r/min. Moottorin kierrostilavuus on 6 cm 3 /r. Moottorin ominaiskäyrä on esitetty alla. Järjestelmän pumpun volumetrinen hyötysuhde v,p =.9 ja hydromekaaninen hm,p =.8. umpun radiaanitilavuus on 22 cm 3 /rad. Venttiilit, suodatin ja putkisto oletetaan häviöttömiksi. Laske/määritä seuraavat tiedot: a) moottorin tarvitsema teoreettinen tilavuusvirta q V,m,teor b) moottorin tarvitsema teoreettinen paine-ero p m,teor c) moottorin tarvitsema todellinen tilavuusvirta q V,m,tod d) moottorin tarvitsema todellinen paine-ero p m,tod e) moottorin antama todellinen teho m,tod f) moottorin kokonaishyötysuhde t,m ko. toimintapisteessä g) moottorin antama teoreettinen teho m,teor ko. toimintapisteessä h) moottorin volumetrinen hyötysuhde v,m ko. toimintapisteessä i) moottorin hydromekaaninen hyötysuhde hm,m ko. toimintapisteessä j) pumpun tuottama teoreettinen tilavuusvirta q V,p,teor k) pumpun käyttämiseksi tarvittama akseliteho p,aks l) riittävän tilavuusvirran takaava alin pumpun pyörimisnopeus n p Kuva 28. Kuva 28b. Hydraulimoottorin ominaiskäyrästö 33

34 L29. Kuvan 29 mukaisessa järjestelmässä hydraulimoottorilla käytetään lauhdevesipumppua, jonka tuottoa säädetään kuristuksen avulla. Kuristuksen poikkileikkaukseltaan ympyrämäisen virtausaukon halkaisijaa voidaan säätää välillä d klv = 5-3 mm (tällöin laudevesimäärä vaihtelee vastaavasti q V,lvmin - q V,lvmax ). Laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaine tulee säätää, jotta q V,lvmax olisi mahdollisimman suuri. Järjestelmän pumppu: V k,p = 2 cm 3 /r, v,p =.9 ja hm,p =.85, pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 15 r/min. Hydraulimoottori: V k,m = 125 cm 3 /r, v,m =.8 ja hm,m =.95, vuodot ovat täysin ulkoisia. Lauhdevesipumppu: V k,lv = 12 cm 3 /r, v,lv =.87 ja hm,lv =.7. Hydraulimoottoria ohjaavan suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty alla. Lauhdutin ei aiheuta merkittävää painehäviötä. C q =.7 ja vesi = 1 kg/m 3. d klv Lauhdutin L C Kuva 29. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 29b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 34

35 L3. Kuvan 3 mukaisella järjestelmällä käytetään kallioporaa. oraa pyörittävän hydraulimoottorin kierrostilavuus V k,m = 15 cm 3 /r, v,m =.8 ja hm,m =.9, moottorin vuodot ovat täysin ulkoisia. Järjestelmän pumpun kierrostilavuus on säädettävä V k,p = cm 3 /r, hyötysuhteiden arvot riippuvat kierrostilavuudesta allaolevan kuvan mukaisesti. umppua käyttävän polttomoottorin pyörimisnopeus n sm = 15 r/min. Moottoria ohjaavan suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty alla. umpun jälkeen olevan vastaventtiilin painehäviö on 5 bar tilavuusvirralla 1 l/min. Järjestelmän suodattimen painehäviö on 2 bar tilavuusvirrasta riippumatta. Laske kuinka suuri teho porasta suurimmillaan saadaan. L 15 bar C p [%] hm,p v,p V k,p /[%] Kuva 3. 35

36 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 3b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 36

37 L31. Kuvan 31 mukaisella järjestelmällä nostetaan massoja kahdella erisuurella hydraulimoottorilla (akseleille on kytketty vaijerikelat). Nostovaihe käynnistetään kytkemällä suuntaventtiilin vasemmanpuolinen "koppi". Selosta nostovaiheen tapahtumat ja laske massojen nousunopeudet. Laske lisäksi sekä painemittarin näyttämät että pumpun tarvitsemat akselitehot nostovaiheen aikana ja massojen paikoillaanpidon (suuntaventtiili keskiasennossa) aikana. Moottorien vuodot ovat täysin ulkoisia. Moottorien tekniset tiedot, kuormat ja kelojen halkaisijat ovat: V k,m1 = 16 cm 3 /r, v,m1 =.9 ja hm,m1 =.85, m 1 = 5 kg, d 1 =.5 m. V k,m2 = 26 cm 3 /r, v,m2 =.9 ja hm,m2 =.85, m 2 = 15 kg, d 2 = 1. m. umppu: V k,p = 6 cm 3 /r, v,p =.95 ja hm,p =.9. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 1 r/min. V k,m1 d 1 m 1 V k,m2 d 2 m 2 29 bar Kuva

38 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 31b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 38

39 L32. Kuvan 32 mukaisella järjestelmällä nostetaan massoja kahdella erisuurella hydraulimoottorilla (akseleille on kytketty vaijerikelat). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla suuntaventtiilin asento. Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä paine sekä pumpun tuottama hydraulinen teho noston eri vaiheissa. Laske lisäksi massojen nousunopeudet. Moottorien tekniset tiedot, kuormat ja kelojen halkaisijat ovat: V k,m1 = 16 cm 3 /r, v,m1 =.95 ja hm,m1 =.85, m 1 = 5 kg, d 1 =.5 m. V k,m2 = 26 cm 3 /r, v,m2 =.95 ja hm,m2 =.85, m 2 = 15 kg, d 2 = 1. m. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min. V k,m2 d 2 m 2 V k,m1 d 1 m 1 25 bar Kuva

40 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 32b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 4

41 L33. Kuvan 33 esittämällä järjestelmällä nostetaan massoja sekä hydraulisylinterillä että hydraulimoottorilla (moottorin akselille on kytketty vaijerikela). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla suuntaventtiilin asento. Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä paine noston eri vaiheissa sekä massojen nousunopeudet. Moottorin tekniset tiedot, kuorma ja kelan halkaisija ovat: V k,m = 16 cm 3 /r, v,m =.95 ja hm,m =.85, m 2 = 15 kg, d =.5 m. Sylinterin tekniset tiedot ja kuorma ovat: Männänhalkaisija d m = 1 mm ja männänvarren halkaisija d mv = 5 mm, hm,s =.9, vuodot oletetaan merkityksettömiksi, m 1 = 8 kg. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min. m 1 V k,m d m 2 29 bar Kuva

42 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 33b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 42

43 L34. Kuvan 34 esittämällä järjestelmällä nostetaan massoja sekä hydraulisylinterillä että hydraulimoottorilla (akselilla vaijerikela). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla suuntaventtiilin asento. Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske seuraavat asiat: a) pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä massoja nostettaessa b) suurin nostovaiheen aikana tarvittava pumpun akseliteho Moottorin tekniset tiedot, kuorma ja kelan halkaisija ovat: V k,m = 16 cm 3 /r, t,m =.81 ja hm,m =.85, m 2 = 15 kg, d =.5 m. Moottorin vuodot ovat täysin ulkoisia. Sylinterin tekniset tiedot ja kuorma ovat: Männänhalkaisija d m = 1 mm ja männänvarren halkaisija d mv = 5 mm, hm,s =.9, vuodot oletetaan merkityksettömiksi, m 1 = 8 kg. umppu: V k,p = 5 cm 3 /r, v,p =.8 ja hm,p =.9, pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 15 r/min. m 1 V k,m d m 2 29 bar Kuva

44 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 34b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 44

45 L35. Kuvan 35 esittämän järjestelmän työkierron yksi vaihe kuuluu seuraavasti: kytkettäessä suuntaventtiilin SV1 oikea "koppi", lähtee sylinteri liikkeelle plus-suuntaan. Sylinterin tultua päätyasentoonsa annetaan ohjausimpulssi suuntaventtiilille SV2, jolloin moottori lähtee pyörimään. Laske edelläkuvatun vaiheen osalta seuraavat seikat: a) sylinterin liikenopeus v syl+ b) suurin sylinteristä saatava voima F syl,max c) hydraulimoottorin pyörimisnopeus n hm d) suurin moottorista saatava momentti hm,max Laitteiston tiedot: Sylinteri: mäntä d m = 63 mm ja männänvarsi d mv = 4 mm. Hydraulimoottori: V k,m = 5 cm 3 /r. Sekä sylinteri että moottori oletetaan häviöttömiksi. Suuntaventtiilin SV1 ominaiskäyrä on esitetty alla. Suuntaventtiilin SV2 painehäviö tilavuusvirralla 2 l/min on 1 bar (läpäisyasento). Vastaventtiilit: painehäviöt tilavuusvirralla 8 l/min ovat kummallakin 2 bar. aluusuodatin: painehäviö tilavuusvirrasta riippumatta 1 bar. aineenrajoitusventtiili: avautumispaine 2 bar (toiminta oletetaan ideaaliseksi). umppu: vakiotuotto 8 l/min. F SV2 V k,m v SV1 2 bar Kuva

46 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 35b. Suuntaventtiilin SV1 ominaiskäyrästö 46

47 L36. Kuvan 36 mukaista järjestelmää käytetään merenpohjaan sijoitettavien kaivostukikohtien osakokoonpanossa. sennettavaa osaa nostetaan kahden sylinterin liikuttamalla asennusalustalla, jota taas puolestaan voidaan pyörittää hydraulimoottorilla. Nostovaihe ja pyöritysvaihe tapahtuvat eriaikaisesti. Laske: a) kuinka suuri on osan maksimi nostonopeus? b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on asetettava, jotta nostovaihe tapahtuisi suurimmalla mahdollisella nopeudella? c) kuinka suuri on hydraulimoottorin pyörimisnopeus? d) kuinka korkea on järjestelmän paine asennusalustaa pyöritettäessä? e) kuinka suuri on suurin järjestelmän käytön aikana tarvittava teho pumpun akselilla? Nostettavan osan massa asennusalustoineen m = 6 kg. lustan pyörittämiseen tarvittava vääntömomentti = 13 Nm. Sylinterit ovat samankokoisia, männän halkaisija d m = 2 mm, männänvarren halkaisija d mv = 14 mm, hm,s =.92 ja v,s = 1.. Hydraulimoottorin kierrostilavuus V k,m = 115 cm 3 /r, hm,m =.96 ja v,m =.91. umpun kierrostilavuus V k,p = 42 cm 3 /r, hm,p =.85 ja v,p =.9. umppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus n sm = 1 r/min. Suodattimen painehäviö on 3 bar tilavuusvirralla 5 l/min. Kuva

48 p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 36b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt 48

49 L37. Laske kuvan 37 järjestelmän hydraulimoottorista saatavat maksimi vääntömomentti, pyörimisnopeus sekä teho. umppu: q V,teor = 2 l/min, hm,p =.8, v,p =.95. Hydraulimoottori: V k,m = 11 cm 3 /r, hm,m =.85, v,m =.9. oikkileikkaukseltaan ympyrämäinen kuristus d k = 1 mm. Suodattimen painehäviö on.5 bar tilavuusvirralla 1 l/min. C q =.6, = 875 kg/m 3. 2 bar Kuva 37. L38. Laske kuvan 38 järjestelmän maksimi kuormannostokyky. Hydraulimoottori: V k,m = 16 cm 3 /r. Vaijerikela d =.8 m. aineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 15 bar, sen toiminnan oletetaan olevan ideaalinen. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min. Suuntaventtiilin painehäviöt ovat 1 bar tilavuusvirralla 1 l/min (kumpikin virtaussuunta ja. Vuodot ja muut häviöt voidaan jättää huomiotta. V k,m d m 15 bar Kuva

50 L39. Kuvan 39 mukaisella järjestelmällä nostetaan erisuuruisia massoja. Nostaminen tapahtuu hydraulimoottorilla, jonka akselille on kytketty vaijerikela. Laske: a) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on vähintään säädettävä, jotta laitteella voitaisiin nostaa 5 kg massoja b) massan nostonopeus Moottori: V k,m = 36 cm 3 /r, v,m =.96 ja hm,m =.9, d =.5 m. umppu: q V,teor = 12 l/min, v,p =.95 ja hm,p =.8. Suuntaventtiili: painehäviö kaikissa virtaussuunnissa on 2.5 bar tilavuusvirralla 6 l/min. Vastaventtiili: painehäviö on 2 bar tilavuusvirralla 6 l/min. = 86 kg/m 3. V k,m d m Kuva 39. 5

51 L4. Laske kuinka suureksi kuvan 4 esittämän järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on vähintään asetettava, jotta järjestelmällä voidaan nostaa kuorma, jonka suuruus on 5 kg. Sylinterin männänvarren puolelle tuleva tilavuusvirta on 5 l/min, sylinterin männän halkaisija d m = 63 mm, männänvarren halkaisija d mv = 45 mm. umpun jälkeen olevan vastaventtiilin painehäviö on 1 bar. m Kuva 4. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 4b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 51

52 L41. Laske kuvan 41 esittämän järjestelmän maksimi kuormannostokyky. Sylinterin männän halkaisija d m = 63 mm, männänvarren halkaisija d mv = 45 mm. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 12 l/min. oiminnaltaan ideaalinen paineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 14 bar. Suuntaventtiilin painehäviöt ovat kaikissa virtaussuunnissa 2 bar tilavuusvirralla 6 l/min. umpun jälkeen oleva vastaventtiili aiheuttaa 4 bar painehäviön. Suodatin aiheuttaa 1 bar painehäviön tilavuusvirralla 12 l/min. m Kuva

53 L42. Kuvan 42 esittämällä järjestelmällä käytetään tavaranosturia. Laske laitteen maksimi kuormannostokyky. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 8 l/min. Suuntaventtiilin painehäviöt tilavuusvirralla 4 l/min ovat: p = 4 bar, p = 6 bar, p = 3 bar, p = 2 bar. Sylinteri: 1 = 2 3 = 1 cm 2. oiminnaltaan ideaalinen paineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 1 bar. Vastusvastaventtiilin ja putkiston painehäviöitä ei tarvitse ottaa huomioon. m bar 8 l/min Kuva

54 L43. Kuvan 43 mukaisella järjestelmällä käytetään hissiä, jolla nostetaan kappaleita lattiatasosta koneistuskeskuksen työpöydälle. Nostonopeutta voidaan säätää kuristuksella. Laske mikä on sylinterin nostonopeus, kun tilanne on seuraava: Nostettava massa m = 5 kg. Sylinterin männän halkaisija d m = 63 mm, männänvarren halkaisija d mv = 4 mm. Säätövastuksen kuristuksen halkaisija (poikkileikkaus ympyrämäinen) d k = 3 mm. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 9 l/min. oiminnaltaan ideaalinen paineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 19 bar. C q =.611, = 86 kg/m 3. Edellyttääkö saavutettu sylinterin liikenopeus päätyasentovaimennuksen käyttöä? m Kuva

55 L44. Kuvan 44 mukaisen järjestelmän molemmilla sylintereillä nostetaan 5 kg suuruisia massoja. Laske kuinka suureksi tulee paineenrajoitusventtiilin asetusarvo vähintään säätää, jotta massat voidaan nostaa. Laske lisäksi sylintereiden liikenopeudet nostovaiheessa. Sylinterit ovat samanlaisia, männän halkaisija d m = 63 mm, männänvarren halkaisija d mv = 45 mm. umppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min. Suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty alla. umpun jälkeen olevan vastaventtiilin painehäviö on 1 bar. Muita häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon. m m Kuva 44. p [bar] ainehäviö ilavuusvirta q V / [l/min] Kuva 44b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö 55

56 L45. Kuvan 45 järjestelmän hydraulimoottorin kierrostilavuus on 2 cm 3. Moottoria kuormittaa 5 Nm suuruinen vääntömomentti. Moottorin pyörimisnopeutta säädetään ohivirtauskanavaan sijoitetulla kuristuksella. Laske mikä on moottorin pyörimisnopeus, kun pumppu tuottaa tilavuusvirran 1 l/min. oikkileikkaukseltaan ympyrämäisen kuristuksen halkaisija on 1 mm. C q =.611, = 86 kg/m 3. Moottorin v,m =.95 ja hm,m =.9. 2 bar Kuva 45. L46. Kuvan 46 sylinterillä käytetään nostolavaa. Kun lava on yläasennossaan ja kuormattuna 2 kg kuormalla, katkeaa sylinteriin tuleva letku. Laske kuinka kauan kestää sylinteriltä liikkua alaasentoon ja millä nopeudella liike tapahtuu, kun männän halkaisija on 2 mm, männänvarren halkaisija on 11 mm, iskunpituus on 3 m. C q =.6, = 86 kg/m 3. Letkun sisähalkaisija on 1/2". m Kuva