Kon-41.3023 HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA
Sarja 5 6 Kon-41.3023 HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA Hydraulipumput Toimilaitteet Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Päivän teemat Järjestelmälle tilavuusvirtaa, mutta miten? Miten nesteeseen sidotun hydraulisen tehon saa hyödynnettyä? Voiko nesteeseen sidottua energiaa varastoida? Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 HYDRAULIPUMPUT Muuntavat mekaanisen tehon hydrauliseksi tehoksi Hydrostaattiset pumput tuottavat tilavuusvirtaa, eivät painetta Yksisuuntaiset Kaksisuuntaiset Vakiotilavuuksiset Säätötilavuuksiset Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Rakenteet Yleisimmät rakennetyypit: - hammaspyörä - siipi - ruuvi - mäntä Kaikki toimivat syrjäytysperiaatteella Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Syrjäytysperiaate x qV Vaiheet: Nesteen virtaus siirtokammioon - imujakso Nesteen virtaus siirtokammiosta - painejakso Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirran ohjaus x qV Paineohjaus eli venttiiliohjaus qV x Virtausaukko qV Pakko-ohjaus Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirran ohjaus Paineohjaus eli venttiiliohjaus x qV x qV x qV Hydraulipumput x qV Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirran ohjaus Pakko-ohjaus x x qV qV 180° 180° x qV Hydraulipumput x qV Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirtavärähtely qV Pumpun tilavuusvirta qV Painejakso 1 Imujakso Yksittäinen mäntä 2 3 4 5 Yksittäiset männät Jaksottainen toiminta syynä tilavuusvirtavaihteluun Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Kavitaatio pumpuissa Syy: Pumpun imukanavan kitka- ja kertavastushäviöt Nesteen paine laskee alle höyrystymispaineen osa nesteestä höyrystyy höyrystynyt neste paineistuu pumpussa höyrykuplat romahtavat äkillisesti paineiskuja materiaalivaurioita, melua Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Teoreettinen tuotto q V, teor n Vk Kierrostilavuus Vk [m3/r] cm3/r = 10-6 m3/r Pyörimisnopeus n [r/s] r/min = 1/60 r/s q V, teor Vrad 2 Vrad n Vk 2 Hydraulipumput Kulmanopeus [rad/s] Radiaanitilavuus Vrad [m3/rad] Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet q V, tod Todellinen tuotto n Vk v Vuodot – volumetrinen hyötysuhde v [%] 100 v [%] 80 v 100 80 60 60 n= vakio 40 40 p= vakio 20 20 0 0 0 Hydraulipumput p 0 n Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Teoreettinen tuotto - Todellinen tuotto qV qV p= vakio Teoreettinen tilavuusvirta 1 Todellinen tilavuusvirta 2 0 0 Hydraulipumput n = vakio n 0 0 p Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Pumpun vuotovirtaukset Sisäinen vuoto Kokoonpuristuvuus Imutilavuusvirta I P Tehollinen tuotto SÄÄDIN Ulkoinen vuoto Säätötilavuusvirta Kotelovuoto L Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet p Vk 2 Tteor Teoreettinen käyttömomentti p Vk Ttod Todellinen käyttömomentti 2 Kitkat – hydromekaaninen hyötysuhde hm [%] 100 hm [%] 80 60 hm hm 100 80 60 n = vakio 40 40 p = vakio 20 20 0 0 0 Hydraulipumput p 0 n Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Teoreettinen käyttömomentti - Todellinen käyttömomentti T T Todellinen käyttömomentti 2 Teoreettinen käyttömomentti 1 p = vakio n = vakio 0 0 Hydraulipumput p 0 0 n Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Teoreettinen käyttöteho Pteor Ptod Todellinen käyttöteho qV p qV p t t v hm 100 [%] 100 v 80 hm 60 t [%] hm 80 v 60 t 40 40 n = vakio 20 0 0 Hydraulipumput p = vakio 20 p 0 0 n Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Teoreettinen käyttöteho - Todellinen käyttöteho P 2 1 n = vakio 0 Hydraulipumput 0 p Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Eri rakennetyyppien vertailu t [%] 100 90 Mäntäpumppu 80 Hammaspyöräpumppu 70 Siipipumppu 60 n = vakio 50 0 10 Ruuvipumppu 20 30 40 p [MPa] Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Pumpun ominaiskäyrästö qV 300 [l/min] 250 3000 r/min 2000 r/min 80% 200 140 kW 100 kW 80 kW 60 kW 40 kW 20 kW 90% 85% 150 100 75% 50 1000 r/min 0 0 10 20 30 40 p [MPa] Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet v Pumpun hyötysuhteiden paine-pyörimisnopeusriippuvuus hm t Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Säätötilavuuksisten pumppujen kierrostilavuusasetuksen vaikutus hyötysuhteisiin 100 [%] v 80 60 t 40 p = vakio n = vakio hm 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vk [%] Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppujen ominaisuudet Hyötysuhteisiin vaikuttavia tekijöitä hm 30 v 25 [%] 20 hm v 15 10 5 0 1 1: paine 4: lämpötila Hydraulipumput 2 3 4 2: kierrostilavuus 5: pumppuyksilö 5 6 3: pyörimisnopeus 6: neste Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Hammaspyöräpumput - ulkoryntöiset - sisäryntöiset Ruuvipumput Siipipumput - siivet pyörivässä roottorissa - siivet pyörimättömässä staattorissa Mäntäpumput - rivimäntäpumput - radiaalimäntäpumput - aksiaalimäntäpumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Hammaspyöräpumput F qV Ulkoryntöiset - kaksipyöräiset - monipyöräiset Hydraulipumput Käyttävä pyörä qV F Käytetty pyörä Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Hammaspyöräpumput qV qV Sisäryntöiset - erottajalla varustettu pumppu - hammasrengas- eli gerotorpumppu Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Hammaspyöräpumput Suoritusarvot Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n t 0.8 – 0.93 500 – 5000 r/min Painealue max. p 14 – 21 (– 32) MPa - riippuu vuotojen ja radiaalivoimien kompensoinneista Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Ruuvipumput Ruuvien määrä - yksiruuviset - kaksiruuviset - kolmiruuviset Hydraulipumput Kokonaishyötysuhde max. t 0.7 – 0.8 Pyörimisnopeusalue n 30000 r/min Painealue max. p 14 – 20 MPa Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Siipipumput e e= 0 -e qV qV Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Siipipumput Fr P Fk Fp Siivet pyörivässä roottorissa - yksikammioiset Hydraulipumput T F Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Siipipumput P qV qV T Siivet pyörivässä roottorissa - kaksikammioiset Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Siipipumput T P P T Siivet kiinteässä staattorissa Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Siipipumput Suoritusarvot Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n t 0.8 – 0.92 600 – 2500 r/min Painealue max. p 7 – 14 (– 18) (– 21 – 28) MPa - riippuu vuotojen ja radiaalivoimien kompensoinneista sekä kammioiden määrästä Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput x qV - rivimäntäpumput - radiaalimäntäpumput - aksiaalimäntäpumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Pumpputyypit Mäntäpumput Sarja 5 6 Rivimäntäpumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Radiaalimäntäpumput - sisäiset virtauskanavat - ulkoiset virtauskanavat Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Radiaalimäntäpumput - sisäiset virtauskanavat - ulkoiset virtauskanavat Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Fr Fp A p Aksiaalimäntäpumput - staattoriaksiaalipumput - suoraroottoripumput - kulmaroottoripumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Aksiaalimäntäpumput - staattoriaksiaalipumput - suoraroottoripumput - kulmaroottoripumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Fp A p Aksiaalimäntäpumput - staattoriaksiaalipumput - suoraroottoripumput - kulmaroottoripumput Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumpputyypit Mäntäpumput Suoritusarvot Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n t 0.8 – 0.9 300 – 8000 r/min Painealue max. p 20 – 35 (– 45) (– 70) (– 250) MPa - riippuu rakennetyypistä sekä mäntävoimien vastaanottomekanismeista Hydraulipumput Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 HYDRAULIMOOTTORIT Muuntavat hydraulisen tehon mekaaniseksi tehoksi Yksisuuntaiset Kaksisuuntaiset Vakiotilavuuksiset Säätötilavuuksiset Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Nopeusalueet ja rakenteet Nopeusalue Hidaskäyntiset Keskinopeuksiset Nopeakäyntiset r/min 1 150 10 750 300 5000 Yleisimmät rakennetyypit: - hammaspyörä - siipi - mäntä Kaikki toimivat syrjäytysperiaatteella Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Pumppu-moottorit Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirran ohjaus x Virtausaukko qV Vain pakko-ohjaus mahdollinen Vaiheet: Nesteen virtaus siirtokammioon - työjakso Nesteen virtaus siirtokammiosta - vapaajakso Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Tilavuusvirran ohjaus Pakko-ohjaus x x qV qV 180° 180° x qV Hydraulimoottorit Toimilaitteet x qV Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Käyntiinlähtöominaisuudet T [Nm] 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 n [r/min] Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Käyntiominaisuudet 60 r/min T 600 r/min 500 T 400 1500 r/min 500 T 400 0 1 400 0 t [s] T [Nm] 500 1 0 t [s] 1 t [s] 500 400 300 200 0 1000 2000 3000 n [r/min] Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Teoreettinen tilavuusvirtatarve q V, teor n Vk Kierrostilavuus Vk [m3/r] cm3/r = 10-6 m3/r Pyörimisnopeus n [r/s] r/min = 1/60 r/s q V, teor Vrad 2 Vrad n Vk 2 Hydraulimoottorit Toimilaitteet Kulmanopeus [rad/s] Radiaanitilavuus Vrad [m3/rad] Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Todellinen tilavuusvirtatarve q V, tod n Vk v Vuodot – volumetrinen hyötysuhde qV v qV 2 Todellinen tilavuusvirtatarve Teoreettinen tilavuusvirtatarve 1 p = vakio 0 0 Hydraulimoottorit Toimilaitteet n n = vakio 0 0 p Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Moottorien vuotovirtaukset Sisäinen vuoto Laajentuminen p1 Tulotilavuusvirta p2 Lähtötilavuusvirta SÄÄDIN Ulkoinen vuoto Säätötilavuusvirta Kotelovuoto L Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet 2 p teor Teoreettinen painetarve p tod Todellinen painetarve T 2 Vk 0 Hydraulimoottorit Toimilaitteet T hm hm Teoreettinen momentti Todellinen momentti 2 p = vakio n = vakio 0 Kitkat – hydromekaaninen hyötysuhde Vk T 1 T p 0 0 n Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Pteor Teoreettinen tehotarve Ptod Todellinen tehotarve qV qV p p T T t P n = vakio Kuorman tehotarve Pmek 1 T 2 n T 2 0 0 Hydraulimoottorit Toimilaitteet p Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottoreiden ominaisuudet Moottorin ominaiskäyrästö 10 T [Nm] in l/m 30 in l/m 40 in l/m 60 in l/m 70 in l/m 90 in l/m 0 1 1 in l/m 500 400 25 MPa 300 10 kW 30 kW 15 kW 92% 20 MPa 20 kW 5 kW 200 15 MPa 87% 10 MPa 82% 100 5 MPa 77% 0 0 200 400 600 800 1000 n [r/min] Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottorityypit Hidaskäyntiset moottorit LSHT Suuri kierrostilavuus - syrjäytyselementtien suuri pinta-ala - useita työjaksoja/akselin kierros Radiaalimäntämoottorit Monikammioiset siipimoottorit Orbitaalimoottorit Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n Vääntömomentti max. T Hydraulimoottorit Toimilaitteet t 0.8 – 0.92 1 – 500 (– 2400) r/min 1000 – 20000 (– 125000) Nm Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Moottorityypit Hidaskäyntiset Sarja 5 6 Radiaalimäntämoottorit - ulkoiset virtauskanavat - sisäiset virtauskanavat Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Moottorityypit Hidaskäyntiset Sarja 5 6 Monikammioinen siipimoottori Orbitaalimoottori Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottorityypit Keskinopeusalueen moottorit Gerotor- eli hammasrengasmoottorit Staattoriaksiaalimoottorit Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n Vääntömomentti max. T Hydraulimoottorit Toimilaitteet t 0.8 – 0.88 200 – 1000 (– 1500) r/min 20 – 200 (– 1200) Nm Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottorityypit Keskinopeusalue Staattoriaksiaalimoottorit qV Gerotor- eli hammasrengasmoottori qV Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottorityypit Nopeakäyntiset moottorit Ulkoryntöiset hammaspyörämoottorit Siipimoottorit Aksiaalimäntämoottorit Kokonaishyötysuhde max. Pyörimisnopeusalue n Vääntömomentti max. T Hydraulimoottorit Toimilaitteet t 0.82 – 0.9 100 – 3000 (– 6000) r/min 10 – 700 (– 3000) Nm Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Moottorityypit Nopeakäyntiset Ulkoryntöinen hammaspyörämoottori Siipimoottori Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Moottorityypit Nopeakäyntiset Sarja 5 6 Aksiaalimäntämoottorit Suoraroottorirakenteinen mäntämoottori Kulmaroottorirakenteinen mäntämoottori ”bent-axis” Hydraulimoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 HYDRAULISYLINTERIT Muuntavat hydraulisen tehon mekaaniseksi tehoksi Rakennetyypit: - yksitoimiset - kaksitoimiset Kaikki toimivat syrjäytysperiaatteella Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Terminologia pluskammio plusliike miinusliike miinuskammio iskunpituus A1 2 3 4 6 5 1. Etupääty liitäntöineen 2. Takapääty liitäntöineen 4. Mäntä 5. Männänvarsi 6. Männän tiivisteet 7. Männänvarren tiivisteet Hydraulisylinterit Toimilaitteet A3 A2 1 7 8 3. Sylinteriputki 8. Männänvarren pyyhkijärengas Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Yksitoimiset sylinterit Käyttö hydraulisesti vain yhteen suuntaan Mäntätyyppinen sylinteri Uppomäntäsylinteri Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Teleskooppisylinteri a Hydraulisylinterit Toimilaitteet b Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Kaksitoimiset sylinterit Käyttö hydraulisesti molempiin suuntiin Yksipuolinen männänvarsi Kaksipuolinen männänvarsi Symmetrinen sylinteri Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Teleskooppisylinteri hydraulicpower.fi Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet p teor, tulo Atulo Teoreettinen painetarve Teoreettinen tilavuusvirtatarve q V, tulo, teor F p lähtö Alähtö Atulo v v F A1 A3 A2 Liikenopeus v [m/s] Tehollinen mäntä-ala A [m2] Hydraulisylinterit Toimilaitteet Kuormavoima F [N] Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Todellinen tilanne F qV1 ps ps pu qV2 p3 A3 A1 p1 A2 F pu v A1 A3 Esimerkkitapaus: liike plus-suuntaan, vastustava kuorma A2 Vuodot – volumetrinen hyötysuhde v Kitkat – hydromekaaninen hyötysuhde Hydraulisylinterit Toimilaitteet hm Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Esimerkkitapaus: liike plus-suuntaan, vastustava kuorma Painetarkastelu F qV1 ps ps pu qV2 p3 A3 A1 p1 A2 F pu v A1 A3 A2 Voimayhtälö ps A1 ps A1 Hydraulisylinterit Toimilaitteet p u A3 p u A3 F F Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Voimayhtälö yleisesti (suunnasta riippumatta) p tod, tulo Atulo p tulo Atulo F F p lähtö Alähtö p lähtö Alähtö Todellinen painetarve p tod, tulo F F p lähtö Alähtö p lähtö Alähtö p tulo Atulo Atulo Hyötysuhdemuoto p tod, tulo F Atulo Hydraulisylinterit Toimilaitteet p lähtö hm Alähtö Atulo Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Tilavuusvirtatarkastelu F qV1 ps ps pu qV2 A2 p3 A3 A1 p1 Esimerkkitapaus: liike plus-suuntaan, vastustava kuorma F pu v A1 A3 A2 Todellinen tilavuusvirtatarve q V,tulo, tod Atulo v v Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Tehotarkastelu F qV1 ps ps pu qV2 p3 A3 A1 p1 Esimerkkitapaus: liike plus-suuntaan, vastustava kuorma A2 F pu v A1 A3 Ulkoisen kuorman tehotarve Hydraulisylinterit Toimilaitteet A2 Pmek F v Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden ominaisuudet Teoreettinen tehotarve Pteor q V, tulo p tulo Alähtö plähtö Atulo F v Todellinen tehotarve Ptod q V,tulo Hydraulisylinterit Toimilaitteet p tulo Alähtö p lähtö Atulo F v t Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden kuormittaminen ja nurjahdus a d b e c f Kuormitus vain männänvarren suuntaisena! Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden kuormittaminen Tuenta ja redusoitu pituus lR = 2l Hydraulisylinterit Toimilaitteet lR = l lR = 12 l l l F l l F l l F l l F lR = 12 l Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden kuormittaminen Nurjahdusdiagrammi 10000 lR [mm] 220 180 160 140 125 110 90 70 56 45 36 28 2 F E I C n l R2 1000 500 Männänvarren halkaisija 5000 200 1 5 10 35 p [MPa] Hydraulisylinterit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Sylintereiden päätyasentovaimennus Liikenopeuksilla > 0.1 m/s Vastaventtiili Vastaventtiili Kartiourat v Kuristus v 0 0 0 Hydraulisylinterit Toimilaitteet t0 t 0 t0 t Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 VÄÄNTÖMOOTTORIT Muuntavat hydraulisen tehon mekaaniseksi tehoksi Kiertymiskulma rajoitettu, yleensä < 360 Rakennetyypit: - siipi - mäntä Kaikki toimivat syrjäytysperiaatteella Kokonaishyötysuhde max. Vääntömomentti max. T Vääntömoottorit Toimilaitteet t 0.6 – 0.86 10000 – 20000 (– 300000) Nm Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Siipirakenne Siipi qV Vääntömoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Mäntärakenne Vaihdetyyppi: Ruuvivaihde Kampimekanismi Hammasvaihde Vääntömoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Mäntärakenteiset Sarja 5 6 Ruuvivaihde Kampimekanismi Hammasvaihde Vääntömoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Mäntärakenteiset Sarja 5 6 Ruuvivaihde Kampimekanismi Hammasvaihde Vääntömoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Mäntärakenteiset Sarja 5 6 Ruuvivaihde Kampimekanismi Hammasvaihde Vääntömoottorit Toimilaitteet Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 PAINEAKUT Varastoivat hydraulista energiaa Kaasuventtiili Kaasu p1 p3 p2 p3 Neste p2 Q Paineakut Q Q Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Rakenteet ja ominaisuudet Rakennetyypit: - Rakkoakku - Kalvoakku - Mäntäakku Nimellistilavuudet V 0.1 – 600 10-3 m3 Purku- ja lataustilavuusvirrat max. qV Paineakut 120 – 140 10-3 m3/s Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakkurakenteet Kaasuventtiili Rakko Lautasventtiili Rakkoakku Kalvoakku Mäntäakku Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakkurakenteet Kaasuventtiili Kalvo Sulkuläppä Rakkoakku Kalvoakku Mäntäakku Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakkurakenteet Kaasuventtiili Mäntä Rakkoakku Kalvoakku Mäntäakku Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakun käyttösovelluksia Esimerkkejä: Tilavuusvirtalähde Paineen ylläpito Tilavuusvirtavaihteluiden tasaus Paineiskujen vaimentaminen Energiavarasto poikkeustilanteiden varalle Järjestelmän ulkopuolisen energian varastointi Tilavuudenmuutosten tasaaminen Toimilaitteiden iskumaisten kuormien vaikutusten tasaus Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakun käyttösovelluksia Tilavuusvirtalähde Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakun käyttösovelluksia Paineen ylläpito Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakun käyttösovelluksia Tilavuusvirtavaihteluiden tasaus qV Paineakut qV Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Paineakun käyttösovelluksia 1.000 Q Esimerkki: Tilavuusvirtavaihteluiden tasaus 0.100 0.010 suppressor accumulator 0.001 0 50 100 150 200 250 300 350 f [Hz] 1 Läpivirtausvaimennin 3 2 5 4 Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Paineakun käyttösovelluksia Sarja 5 6 Paineiskujen vaimentaminen Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Paineakun käyttösovelluksia Sarja 5 6 Energiavarasto poikkeustilanteiden varalle Paineakut Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Paineakun käyttösovelluksia Sarja 5 6 Järjestelmän ulkopuolisen energian varastointi Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä Sarja 5 6 Päivän teemat kerraten Pumpun tehtävä hydraulijärjestelmässä? Hydraulisen tehon muuttaminen - pyöriväksi liikkeeksi? - suoraviivaiseksi liikkeeksi? Hydrostaattisten tehonmuuntimien toimintaperiaate? Paineakun käyttömahdollisuudet? Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
© Copyright 2024