Kon Hydraulijärjestelmät

Transkriptio

1 Kon Hydraulijärjestelmät Hydraulijärjestelmän häviöiden laskenta Oheisten kuvien (2 5) esittämissä järjestelmissä voiman F kuormittamalla sylinterillä tehdään edestakaisia liikkeitä, joiden välillä sylinteri pidetään hydraulisesti paikoilleen lukittuna. Lukitus toteutetaan suuntaventtiilin keskiasennon avulla. Sylinterin liikenopeus voidaan asettaa halutulle tasolle järjestelmissä olevien virransäätöventtiilien avulla. Järjestelmissä käytettävien suuntaventtiilien ominaiskäyrästö on esitetty alla. Järjestelmissä A, C ja D (kuvat 2, 4 ja 5) käytetään G-karaa ja järjestelmässä B (kuva 3) F-karaa. Kuva 1. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö. Sylinterillä tarvittavan paineen ja tilavuusvirran määrittäminen Laske ensin sylinterin männän pinta-alat männän kummallakin puolen. Tämän jälkeen saat sylinteriin kohdistuvan voiman avulla ratkaistua sylinterillä tarvittavan paineen. Vastaavasti sylinterillä tarvittavan tilavuusvirran saat ratkaistua vaaditun liikenopeuden avulla. 1

2 Tehtävänanto Määritä eri järjestelmien tehohäviöt seuraavasti: 1. Järjestelmän A (kuva 2) tapauksessa suuntaventtiilin kaikilla kytkentäasennoilla (sylinterin +liike, -liike ja paikoilleen lukitus) 2. Järjestelmän B (kuva 3) tapauksessa suuntaventtiilin keskiasennolla 3. Järjestelmän C (kuva 4) tapauksessa sylinterin +liikkeessä, vertaa saamaasi tulosta kohdan 1 tulokseen. 4. Määritä järjestelmän A (kuva 2) tapauksessa järjestelmän lämpeneminen ja hydraulinesteen maksimilämpötila eli jäähdytystarve. Järjestelmän käyttöaika jakautuu seuraavasti: suuntaventtiili on keskiasennossa 50% käyttöajasta, suorakopin asennossa 35% käyttöajasta ja ristikopin asennossa 15% käyttöajasta (tämä on yksinkertaistus laskemista varten). Kuinka järjestelmää tai komponenttien mitoitusta tulisi muuttaa, jotta järjestelmän tehohäviöitä saataisiin vähennettyä? Alkuarvot Sylinterin männän halkaisija 63 mm Sylinterin männänvarren halkaisija 45 mm Sylinterin iskunpituus 0,8 m Kuormavoima F 60 kn Sylinterin liikenopeus +liikkeessä 0,3 m/s Pumpun tuotto (q Vp ) 100 l/min Virransäätöventtiilin virtaustien painehäviö (kompensaattorin asetus, Δp vsv ) 12 bar Virransäätöventtiilin vastaventtiilin painehäviö 6 bar/100 l/min Pumpun vastaventtiilin painehäviö pumpun tuotolla (Δp vvp ) 1,2 bar Paineenrajoitusventtiilin asetuspaine (p prv ) 280 bar Suodattimen painehäviö (oletetaan tilavuusvirtariippumattomaksi, Δp su ) 0,7 bar Lämmönvaihtimen painehäviö (oletetaan tilavuusvirtariippumattomaksi, Δp lv ) 1 bar Venttiilin painehäviöt ominaiskäyrästöstä Pumppu ja sylinteri oletetaan tässä tehtävänasettelussa häviöttömiksi. 2

3 q Vs v F p 1 p 2 q Vh q Vp Kuva 2. Järjestelmä A. Virransäätöventtiilin vastaventtiilin painehäviö Δp vv -liikkeessä Δp vv1 = 6 bar, kun q Vvv1 = 100 l/min (tunnettu painehäviön arvo) Δp vv2 =? bar, kun q Vvv2 200 l/min (sylinteristä -liikkeessä poistuva tilavuusvirta) Vvv1 q 2 vv1 ja Vvv2 q vv2 vv vv Vvv Vvv1 Δp vv2 = 24 bar Paineet ja tilavuusvirrat +liikkeessä m vsv 192 bar 12 bar 204 bar Sylinterin liikkuessa +suuntaan nopeudella 0,3 m/s, se tarvitsee tilavuusvirran q Vs = 54 l/min, jolloin pumpun tuoton ylimääräinen osa (q Vh = 46 l/min) ohjautuu virransäätöventtiilin kautta takaisin säiliöön ( Vp Vs Vh ). (A m+ = männän pinta-ala sylinterin +kammion puolella) 3

4 F Kuva 3. Järjestelmä B. F Kuva 4. Järjestelmä C. 4

5 F Kuva 5. Järjestelmä D. Ratkaisut Kysymys 1: Tehohäviöt järjestelmän A tapauksessa suuntaventtiilin kaikilla kytkentäasennoilla Suuntaventtiilin keskiasento Häviöitä aiheuttavat pumpun vastaventtiili, lämmönvaihdin ja suodatin sekä suuntaventtiili virtaussuunnassa P T. 1.1) Pumpun vastaventtiili (pumpun tuotto) Ah Vp vvp 100 1,2 bar, min 1.2) Lämmönvaihdin ja suodatin (pumpun tuotto) Ah2 Vp su lv 100 min 1.3) Suuntaventtiili P T (pumpun tuotto) Ah3 Vp PT W, 0,7 1 bar 284 W 2,2 bar, min Kokonaistehohäviö suuntaventtiilin keskiasennossa AH Ah Ah2 Ah3 367 W 5

6 Sylinterin +liike (käyttöaika tässä asennossa t 2 ) Häviöitä aiheuttavat pumpun vastaventtiili, suuntaventtiili virtaussuunnissa P A ja B T, virransäätöventtiili sekä lämmönvaihdin ja suodatin 1.4) Pumpun vastaventtiili (pumpun tuotto) Ah Ah 200 W 1.5) Suuntaventtiili P A (pumpun tuotto) Ah5 Vp PA bar min 333 W 1.6) Suuntaventtiili B T (sylinteristä poistuva tilavuusvirta) m Ah6 Vs BT 54 0,3 bar, 14 W m min 1.7) Virransäätöventtiili (tilavuusvirta sylinterille ja tilavuusvirta säiliöön) Ah7 Vs vsv Vh 2 54 min 12 bar bar min W 1.8) Lämmönvaihdin ja suodatin (sylinteristä ja virransäätöventtiilistä poistuvat tilavuusvirrat) m Ah8 Vs Vh su lv ,7 1 bar m min, 207 W Kokonaistehohäviö +liikkeessä AH2 Ah4 Ah5 Ah6 Ah7 Ah8 Sylinterin -liike (käyttöaika tässä asennossa t 3 ) Häviöitä aiheuttavat pumpun vastaventtiili, suuntaventtiili virtaussuunnissa P B ja A T, virransäätöventtiilin vastaventtiili sekä lämmönvaihdin ja suodatin 1.9) Pumpun vastaventtiili (pumpun tuotto) Ah9 Ah 200 W 1.10) Suuntaventtiili P B (pumpun tuotto) Ah10 Vp PB bar min 167 W 6

7 1.11) Suuntaventtiili A T (sylinteristä poistuva tilavuusvirta) Ah11 m Vp AT ,5 bar, 1833 W m min 1.12) Virransäätöventtiilin vastaventtiili (sylinteristä poistuva tilavuusvirta) ha12 m Vp vv bar 8000 W m min 1.13) Lämmönvaihdin ja suodatin (sylinteristä poistuva tilavuusvirta) Ah13 m Vs su lv 100, 2 0,7 1 bar 567 W m min Kokonaistehohäviö -liikkeessä AH3 Ah9 Ah10 Ah11 Ah12 Ah13 Kysymys 2: Tehohäviöt järjestelmän B tapauksessa suuntaventtiilin keskiasennolla Keskiasennon häviö = paineenrajoitusventtiilin häviö BH1 Vp prv bar W 470 kw min Kysymys 3: Tehohäviöt järjestelmän C tapauksessa sylinterin +liikkeessä 2.4) Pumpun vastaventtiili (pumpun tuotto) Ch Ah 200 W 2.5) Suuntaventtiili P A (sylinterillä tarvittava tilavuusvirta) Ch5 Vs PA 54 0,4 bar, 36 W min 2.6) Suuntaventtiili B T (sylinteristä poistuva tilavuusvirta) m Ch6 Vs BT 54 0,2 bar, 9 W m min 2.7) Virransäätöventtiili (tilavuusvirta sylinterille) Ch7 Vs vsv bar min 1080 W 7

8 2.8) Lämmönvaihdin ja suodatin (sylinteristä poistuva tilavuusvirta ja tilavuusvirta paineenrajoitusventtiilin kautta säiliöön) m Ch8 Vs Vh su lv ,7 1 bar m min, 207 W 2.9) Paineenrajoitusventtiili (sylinterillä tarpeeton pumpun tuotto) Ch9 Vh prv bar min W Kokonaistehohäviö +liikkeessä CH2 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8 Ch9 Kysymys 4: Keskimääräinen tehohäviö järjestelmän A tapauksessa, eri pituisia työvaiheita tietyssä kokonaistyöajassa Sylinteri lukittuna paikoilleen (suuntaventtiili keskiasennossa), käyttöaika t 1 Sylinterin +liike, käyttöaika t 2 Sylinterin -liike, käyttöaika t 3 Kokonaisaika = t 1 + t 2 + t 3 Järjestelmän tuottama keskimääräinen häviöteho tietyssä kokonaisajassa AHK AH1 1 AH2 2 AH