Komponenta Vzorce a popis symbol propojení Hydraulický válec jednočinný. d: A: F s: p provoz.: v: Q přítok: s: t: zjednodušeně:

Transkript

1 Plánování a projektování hydraulických zařízení se provádí podle nejrůznějších hledisek, přičemž jsou hydraulické elementy voleny podle požadovaných funkčních procesů. Nejdůležitějším předpokladem k tomu je určení, resp. stanovení relevantních veličin spotřebičů, např. zatížení (silové zatížení, zátěžový, resp. točivý moment), pohybových funkcí (dráha, rychlost, otáčky, časový průběh) aj. Teprve potom je možné stanovit hydraulické spotřebiče (hydromotory, hydraulické válce), hnací jednotky (čerpadla s pohonem), řídicí a regulační zařízení (druhy ventilů s ovládáním) a spojovací prvky (vedení, větvení). Další vliv na výběr hydraulických zařízení a komponent mají např. hodnoty emisí hluku a posouzení tepelné bilance. Následující vzorce a tabulky jsou nezávazné a mají usnadnit přibližné dimenzování hydraulických systémů. Všeobecně Základní rovnice (se zanedbáním ztrát, statický stav) F: p: A: Q: v: V: t: s: M: síla tlak plocha objemový proud rychlost objem čas dráha (zdvih) točivý moment Hydraulický válec jednočinný dvojčinný Vyjíždění základní rovnice (rovnováha sil): d: A: F s: p provoz.: v: Q přítok: s: t: průměr pístu [mm] plocha pístu [mm 2 ] síla [N] provozní tlak [bar] pístová rychlost přitékající objemový tok [l/min] zdvih [mm] čas [s] p 3 vyplývá z odporů vedení a ventilů při Q odtok Pozor: Vezměte v úvahu možný tlakový převod! Zajíždění základní rovnice (rovnováha sil): p 1 vyplývá z odporů vedení a ventilů při Q odtok A 1: plocha pístu [mm 2 ] A 3: plocha pístního kroužku [mm 2 ] d 1: Æ pístu [mm] d 2: Æ pístnice [mm] F: síla [N] Q přítok: přitékající objemový tok [l/min] Q odtok: odtékající objemový tok [l/min] p 1: tlak na straně pístu [bar] p 3: tlak na straně pístnice [bar] s: zdvih, dráha [mm] HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5

2 Hydraulická čerpadla / hydromotory 1) Geometrický objem na otáčku (pro pístová čerpadla): Objemový proud: Hydraulické čerpadlo Střední točivý moment: Výkon: Příkon (motor) Odevzdaný výkon (čerpadlo) Hydromotor V: geometrický objem, popř. hltnost [cm 3 ] A: účinná plocha pístu [mm 2 ] h: dvojitý zdvih [mm] n: otáčky [U/min] M: střední točivý moment [Nm] p: tlak [bar] Δp: účinný tlak [bar] Q: objemový proud [l/min] P hydr: hydraulický výkon [kw] P mech: mechanický výkon [kw] η T: celková účinnost (zahrnuty volumetrické hydraulicko-mechanické ztráty) Přibližně platí: Aby bylo při objemovém proudu Q = 1 l/min dosaženo provozního tlaku p = 500 barů, je k tomu zapotřebí cca 1 kw hnacího výkonu! 1) p o vyplývá z odporů potrubí a ventilů s účinností η T 0,82 ventily rozváděče tlakové ventily proudové ventily uzavírací ventily Ztráty tlaku způsobené proudící kapalinou Tato ztráta tlaku v hydraulickém systému se skládá z: odporu ventilů odporu potrubí tvarových odporů (oblouky atd.) Tlakové ztráty Δp ventilů, které jsou vyvolávány proudící kapalinou, lze pozorovat na křivkách Δp - Q v příslušné dokumentaci. Všeobecně lze při prvním přibližném dimenzování vycházet z cca 20-30% ztráty výkonu v celkovém řízení. Příklady: cestný ventil přepouštěcí ventil regulátor průtoku tlakem otvíraný zpětný ventil 2/5 HAWE Products HAWE Hydraulik SE

3 clony (ideální, s ostrými hranami) např. násuvné clony typu EB; zpětné ventily s clonou typu BC, BE Q: objemový proud (průtok) [l/min] Δp: tlakový rozdíl mezi A a B [bar] d: průměr clony [mm] α: koeficient průtoku (cca 0,78) trubky / hadice Průměry trubek, resp. hadic mají být dimenzovány tak, aby vznikal co nejnižší průtokový odpor. λ R: koeficient odporu trubek Δp: ztráta tlaku [bar] l: délka potrubí [m] d: průměr trubek [mm] : kinematická viskozita [mm 2 /s] Q: objemový proud [l/min] Re: Reynoldsovo číslo (< 2300) v: rychlost průtoku Tvarové odpory (oblouky atd.) 90 oblouk = 0,15 přímé trubkové šroubení = 0,5 úhlové šroubení = 1,0 Δp: tlaková ztráta [bar] : koeficient odporu : kinematická viskozita [mm/s] d: průměr potrubí [mm] Ztráty únikem oleje (soustřednými (e = 0) a výstřednými mezerami) e: výstřednost [mm] Δr: rozměr mezery [mm] Δp: tlakový rozdíl [bar] d: průměr [mm] : kinematická viskozita [mm 2 /s] l: délka mezery [mm] HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5

4 Změny objemu (v důsledku zvýšení tlaku) kde Změny objemu (v důsledku zvýšení teploty) p 1: počáteční tlak [bar] p 2: konečný tlak [bar] V o: výstupní objem [l] β P: stlačitelnost Zvýšení tlaku v důsledku zvýšení teploty (bez kompenzace objemu) 1: počáteční teplota [ C] 2: konečná teplota [ C] Δ : teplotní změna [K] V o: výstupní objem [l] β T: koeficient roztažnosti Pozor: Při zvyšování teploty uzavřeného objemu oleje vzniká přetlak! (podle okolností může být nutný přepouštěcí ventil jako ochrana proti přetížení) Přibližně platí: Zvýšení teploty o 1 K způsobí zvýšení tlaku o cca 10 barů. Hydraulické akumulátory Změny stavu izotermické (pomalé) adiabatické (rychlé) Hydraulické akumulátory se používají k pokrytí určité, náhle vzniklé potřeby objemového proudu (rychlá, adiabatická změna stavu), ke kompenzaci úniků oleje, popř. k tlumení vibrací (pomalá, izotermická změna stavu). izotermická (pomalá) adiabatická (rychlá) p o: plnicí tlak plynu [bar] p 1: dolní provozní tlak [bar] p 2: horní provozní tlak [bar] V 1: výstupní objem [l] 4/5 HAWE Products HAWE Hydraulik SE

5 Kavitace Tepelná bilance Ztrátový výkon a teplota oleje Olej obsahuje při atmosférickém tlaku cca 9 objemových procent vzduchu v rozpuštěné formě. Nebezpečí kavitace vzduchových bublin vzniká při atmosférickém tlaku pod 0,2 baru. Může se vyskytovat v průběhu sání čerpadel a hydraulických válců a u extrémně škrcených míst a většinou na sebe upozorní vznikajícím hlukem. Hydraulické komponenty jsou přitom vystaveny zvýšenému opotřebení. Hydraulické ztráty výkonu u hydraulických zařízení jsou olejem a komponentami zařízení akumulovány ve formě zvýšení teploty a povrchem zařízení částečně odváděny do okolí. Přibližně se jedná o % přiváděného výkonu. Po fázi zahřívání nastane rovnováha mezi přiváděným a odváděným teplem. volně obtékaný povrch c 75 špatná cirkulace vzduchu c 120 nucené proudění vzduchu (v 2 m/s) c 40 vodní chladič c 5 P v: ztrátový výkon, převedený na teplo [kw] P hydr: hydraulický výkon [kw] Öl max: max. teplota oleje [ C] Umg: teplota okolí [ C] A: povrch zařízení (nádrže, potrubí atd.) [m 2 ] Převodní tabulka Značka Jednotka Součinitel X Jednotka Tlak p 10 bar 1 MPa 10 bar 1 bar Síla F 1 psi 0,07 bar 1 N 1 lbf 4,45 N Délka, dráha, zdvih l, s, h 1 in 25,4 mm 1 ft 304,8 mm Točivý moment M 1 Nm Výkon P 1 PS, 1 hp 0,74 kw Plocha A 1 ft mm 2 1 in 2 645,16 mm 2 Objem V 1 ft 3 28,92 l 1 in 3 l 1 UK gal 4,55 l 1 US gal 3,79 l Teploty T, 5 ( F-3/9 1 C Hmotnost m 1 lb 0,45 kg Kinematická viskozita 1 cst 1 HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5