Kon-41.3023 HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA
Päivän teemat Toimilaitteiden - liikesuunnan ohjaus? - liikenopeuden ohjaus? - voiman ohjaus? Mistä riittävästi voimaa ohjaukseen? Onko venttiileistä vain iloa?
VENTTIILIT Ohjaavat hydraulista tehoa (= q V p) Paineen ohjaus/säätö: - toimilaitteista saatavat voimat ja momentit Tilavuusvirran suuruuden ohjaus/säätö - toimilaitteiden nopeudet Tilavuusvirran suunnan ohjaus - toimilaitteiden liikesuunnat Paineventtiilit Virtaventtiilit Suuntaventtiilit
Rakenteet q V Keskitysurat q V q V q V Ohjausreuna Rengasurat q V Rakennetyypit: - istukka - luisti
Venttiilirakenteet Signaalirakennetyypit: - normaalisti avoin - normaalisti suljettu
Kokoluokat NS = nimelliskoko (Nominal Size) / NG (Nenngrö e) Ilmaisee venttiiliin kytkettävän poikkileikkaukseltaan pyöreän virtauskanavan (putki tai letku) likimääräisen sisähalkaisijan yksikössä [mm] Yleisimmät koot 6, 10, 16, 25 ja 32
Suuntaventtiilit Ohjaavat tilavuusvirran suuntaa Sulkuventtiilit Vastaventtiilit Varsinaiset suuntaventtiilit Sulkuventtiilit - joko sallitaan tai estetään virtaus Vastaventtiilit - sallitaan virtaus toiseen suuntaan ja estetään vastakkaiseen suuntaan Varsinaiset suuntaventtiilit - virtaustilanteiden monipuolisempi hallinta
Suuntaventtiilit Sulkuventtiilit Sulkuventtiilit a b Sallitaan tai estetään virtaus c d
Suuntaventtiilit Vastaventtiilit q V Vastaventtiilit Sallitaan virtaus yhteen suuntaan ja estetään toiseen suuntaan b f c d a e
Suuntaventtiilit Vastaventtiilit A X A X Ohjausmäntä B B p Kara X A B Ohjausmäntä qv Esiohjauskara qv Pääkara Ohjatut vastaventtiilit Sallitaan virtaus yhteen suuntaan ja estetään toiseen suuntaan, mutta voidaan sallia myös normaalisti estettyyn suuntaan p X Y A B q V q V
Suuntaventtiilit Vastaventtiilit Ohjatut vastaventtiilit b a
Suuntaventtiilit Vastaventtiilit Vaihtovastaventtiilit C A C B Virtausuunta määräytyy korkeimman tulolinjan paineen perusteella A B
Suuntaventtiilit Suuntaventtiilien nimeäminen A A AB P PT PT A B A B X P T Y P X Y T Liitäntöjen määrä / Kytkentäasentojen määrä
Suuntaventtiilit A B P T Karatyypit T A P B A P T T A P
Suuntaventtiilit Ohjaukset Mekaaninen Lihas Paine Sähkö a b c e f g d h Monostabiili Bistabiili
Suuntaventtiilit Kytkentäesimerkkejä a b c d e f
Suuntaventtiilit Kytkentäominaisuudet Positiivinen peitto Kytkentäaika Karan peitot Karan muotoilu T A P B Paine-esiavaus Paluu-esiavaus Negatiivinen peitto T A P B a b c Nollapeitto T A P B
Suuntaventtiilit Suoraanohjaus / Esiohjaus Suoraanohjattu = yksiasteinen Esiohjattu = moniasteinen (yleensä 2 tai 3) Tarvittavat ohjausvoimat kasvavat tilavuusvirran kasvun myötä Esiohjaus = ohjaussignaalin hydraulinen vahvistaminen Nimelliskoko Normaali käyttöalue l/min Maksimi läpäisykyky l/min Ohjaustapa Rakenne NS 6 0 20 25 suoraanohjattu istukka NS 10 10 30 36 suoraanohjattu istukka NS 6 0 30 60 suoraanohjattu luisti NS 10 20 60 100 suoraanohjattu luisti NS 10 20 80 160 esiohjattu luisti NS 16 50 200 400 esiohjattu luisti NS 25 100 500 700 esiohjattu luisti NS 32 250 800 1100 esiohjattu luisti
Suuntaventtiilit Esiohjaus, jousikeskitys
Suuntaventtiilit Esiohjaus, painekeskitys Keskityssignaalin vahvistaminen
Suuntaventtiilit Esiohjatun venttiilin kytkentäaika A B A e B e P X Y T
Suuntaventtiilit AB p [bar] 14 12 10 8 PT P T B P P A T A B T Suuntaventtiilin käyttöalue 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 q V Tilavuusvirta Painehäviö Ohjausteho [l/min] p [bar] 400 300 250 200 150 100 50 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 q V [l/min]
PAINEVENTTIILIT Ohjaavat/säätävät painetta Ohjaavat järjestelmää painesignaalin perusteella Paineen ohjaus/säätö: - järjestelmän paineen rajoittaminen - osajärjestelmän paineen rajoittaminen Järjestelmän ohjaus paineen perusteella - toiminnan sekvenssointi - pumpun kuormituksen pienentäminen - kuorman hallinta
Paineventtiilit Rakenteet q V q V q V q V Rakennetyypit: - istukka - luisti
Paineventtiilit Signaalirakenne Signaalirakennetyypit: - normaalisti avoin - normaalisti suljettu
Paineventtiilit Suoraanohjaus / Esiohjaus Suoraanohjattu = yksiasteinen Esiohjattu = moniasteinen (yleensä 2 tai 3) Tarvittavat ohjausvoimat kasvavat tilavuusvirran kasvun myötä Esiohjaus = ohjaussignaalin hydraulinen vahvistaminen qv qv
Paineventtiilit Ohjaukset ja ohjausjousitilan paineettomuus Ulkoinen vuotokanava Sisäinen ohjauskanava Sisäinen vuotokanava Ulkoinen ohjauskanava
Paineventtiilit Paineenrajoitusventtiili Rajoittaa järjestelmän maksimipainetason m p Järjestelmän maksimipaine T 1 2 3 4 5 Suojaa hydraulijärjestelmän ja siihen kiinnitetyt rakenteet 6 t
Paineventtiilit Paineenrajoitusventtiili Asetuspaine Avautumispaine p o p a p p o p c Ideaalisen paineenrajoitusventtiilin ominaiskäyrä Sulkeutumispaine p c q V p [bar] 45 p [bar] 40 250 Suoraanohjattu paineenrajoitusventtiili 35 30 25 20 15 10 5 0 0 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 100 q V [l/min] 200 150 100 50 q V [l/min]
Paineventtiilit Paineenrajoitusventtiili p [bar] Esiohjattu paineenrajoitusventtiili 250 200 150 100 50 0 0 100 200 q Voe q V 300 [l/min]
Paineventtiilit Paineenrajoitusventtiili Usean painetason toteuttaminen 1.1 3.3 3.2 3.1 2.3 2.2 2.1
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili Rajoittaa osajärjestelmän painetason eli alentaa osajärjestelmän paineen pääjärjestelmän painetta matalammalle tasolle järjestelmän eri osiin mahdollista saada useita eri painetasoja 2-tieventtiili 3-tieventtiili - sisältää paineenrajoitustoiminnon
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili 2-tieventtiili Ensiöjärjestelmään m p Järjestelmän maksimipaine Ensiöjärjestelmän paine Paineenalennusventtiilin asetuspaine 1 2 3 4 t
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili 3-tieventtiili Ensiöjärjestelmään m p Järjestelmän maksimipaine Ensiöjärjestelmän paine Paineenalennusventtiilin asetuspaine 1 2 3 4 t
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili Y 2-tie Suoraanohjatut paineenalennusventtiilit A B A B Y 3-tie
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili p [bar] 160 120 80 40 0 3-tie -4-2 0 2 4 6 8 10 B T A B q V Suoraanohjattu paineenalennusventtiili Paineenrajoitustoiminto Paineenalennustoiminto [l/min] 210 150 75 25 Asetuspaine
Paineventtiilit Paineenalennusventtiili 2-tie p [bar] 200 150 100 50 0 0 10 20 30 q V 3-tie [l/min] Esiohjatut paineenalennusventtiilit
Paineventtiilit Paine-eroventtiili ja painesuhdeventtiili A A B Vakio paine-ero liitäntöjen välillä B Vakio painesuhde liitäntöjen välillä A Y A Y B B
Paineventtiilit Paineohjausventtiili Ohjaa järjestelmän toimintaa painesignaalin perusteella Sisäisesti ohjattu venttiili Ulkoisesti ohjattu venttiili
Paineventtiilit Paineohjausventtiili Sisäisesti ohjattu venttiili 2.1 1.1 1.2 p Järjestelmän maksimipaine Plusliike 2.2 Venttiilin 2.2 asetuspaine 3.1 1 2 3 t
Paineventtiilit Paineohjausventtiili Ulkoisesti ohjattu venttiili 1.1 1.2 2.1 2.2 p Järjestelmän 2 maksimipaine Plusliike Järjestelmän 1 maksimipaine 3.2 Venttiilin 2.2 avautumispaine 3.1 1 2 t
Paineventtiilit Paineohjausventtiili Suoraanohjattu paineohjausventtiili Esiohjattu paineohjausventtiili
Paineventtiilit Kevennysventtiili Ohjaa pumpun tuoton suuntaa painesignaalin perusteella eli keventää (vähentää) järjestelmän käyttötehoa m p Järjestelmän maksimipaine 4.1 Paine pumpun 1.1 lähtöliitännässä 3.1 1.1 5.1 2.1 Paine pumpun 2.1 lähtöliitännässä 1 2 3 t
Paineventtiilit Kevennysventtiili A X B Suoraanohjattu kevennysventtiili X A B Esiohjattu kevennysventtiili
Paineventtiilit Kevennysventtiili Esiohjattu paineenrajoitusventtiili - Kevennysventtiili A B A B
Paineventtiilit Kevennysventtiili Esiohjattu paineakun latausventtiili
Paineventtiilit Kevennysventtiili Paineakun latausventtiili m p Järjestelmän maksimipaine Plusliike Paine sylinterissä Latausventtiilin asetuspaine Paine pumpun lähtöliitännässä t
Paineventtiilit Vastapaineventtiili Tuottaa negatiiviselle kuormalle hydraulisen vastakuorman ja mahdollistaa kuorman hallinnan Sisäisesti ohjattu venttiili Ulkoisesti ohjattu venttiili Sisäisesti ja ulkoisesti ohjattu venttiili
Paineventtiilit Vastapaineventtiili Sisäisesti ohjattu venttiili
Paineventtiilit Vastapaineventtiili Ulkoisesti ohjattu venttiili
Paineventtiilit Vastapaineventtiili Sisäisesti ja ulkoisesti ohjattu venttiili M
Paineventtiilit Vastapaineventtiili Suoraanohjattu vastapaineventtiili
VIRTAVENTTIILIT Ohjaavat/säätävät tilavuusvirtaa Tilavuusvirran ohjaus/säätö: - toimilaitteiden liikenopeuksiin vaikuttaminen - komponenttien omiin sisäisiin toimintoihin vaikuttaminen
Virtaventtiilit Kuristus Toimintaperiaate p1 2 - p = p qv qv p1 p2 q V q V p p
Virtaventtiilit Toimintaedellytys q V [l/min] 12 q V1 10 8 q V2 6 q V2 4 2 q V3 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tilavuusvirran venttiiliohjaus edellyttää vaihtoehtoisen virtauskanavan olemassaoloa q V1 t [s] q V3
Virtaventtiilit Kuristustyypit Laminaarinen Turbulenttinen q V p 1 d p 2 q V d p1 p2 l l q V D 4 H 128 l p 1 p 2 q V C q D 4 2 H 2 p 1 p 2
Virtaventtiilit Venttilien kuristusmuotoja q V q V x x A A max 1,0 0,8 q V x 0,4 0,2 q V 0,6 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 x x max max
Virtaventtiilit Toimilaitteen nopeuden ohjaus c a b Kuristuksen vaihtoehtoiset sijoituspaikat d f e Esim. plusliikkeen mukaisesti nimettynä a, d = tulokanava b, e = paluukanava c, f = rinnakkaiskanava
Virtaventtiilit Toimilaitteen eri liikesuuntien nopeuksien erillinen ohjaus Plusliike Miinusliike c c a b a b
Virtaventtiilit Vastusventtiilit p 2 v F a) c) F p b) p 1-2 1 q V v p p p 2 p 1 Toimilaitteen liikenopeus riippuu kuormituksesta t
Virtaventtiilit Vastusventtiilit
Virtaventtiilit Vastusventtiilit
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 2-tieventtiili 3-tieventtiili - sisältää paineenrajoitustoiminnon
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 2-tieventtiili p 2 p 3 v F a) F b) p p 2 -p 3 p p 2 1 p 3 p 1 c) q V v t Toimilaitteen liikenopeus ei riipu kuormituksesta
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 2-tieventtiili Painekompensaattori Mittakuristin A Täydellinen piirrosmerkki B A p 1 p p 2 3 B Yksinkertaistettu piirrosmerkki A B
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 2-tieventtiili
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit Säätötoiminnon reunaehdot q V 0 p min p max p
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 3-tieventtiili p 3 v F a) F p 2 p p1 -p 3 p 1 b) p 1 p 3 c) q V v Toimilaitteen liikenopeus ei riipu kuormituksesta t
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 3-tieventtiili Mittakuristin A p 1 Painekompensaattori p 3 B Täydellinen piirrosmerkki A T B p 2 T Yksinkertaistettu piirrosmerkki A T B
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 3-tieventtiili
Virtaventtiilit Virransäätöventtiilit 3-tieventtiili Esiohjattu
Virtaventtiilit Virranjakoventtiilit Yksitoimiset - virtaus vain yhteen suuntaan Yksitoimiset - säädetty virtaus yhteen suuntaan, vapaa virtaus vastakkaiseen suuntaan Kaksitoimiset - säädetty virtaus molempiin suuntiin
Virtaventtiilit Virranjakoventtiilit Yksitoiminen p 4 Painekompensaattori A p 5 B Täydellinen piirrosmerkki A B p 3 P p 2 p 1 Yksinkertaistettu piirrosmerkki A B Mittakuristimet P P
Virtaventtiilit Virranjakoventtiilit F A A B F B Toimilaitteiden nopeudet yhtäsuuret
Virtaventtiilit Virranjakoventtiilit Säätötarkkuuden tilavuusvirtariippuvuus q V [%] 4 3 2 1 0 50 60 70 80 90 100 q Vmax [%]
Päivän teemat kerraten Toimilaitteiden - liikesuunnan ohjaus? - liikenopeuden ohjaus? - voiman ohjaus? Onko venttiileistä muiden ohjaustoimintojen toteuttajiksi? Tarvittavan ohjausvoiman tuottaminen? Virtaventtiileissäkö haittapuolia? Karatyyppien ominaisuudet?