Hydraulika siłowa. Piotr Sobczyk

przy wstępnym określeniu zapotrzebowania na moc i założeniu zerowych strat w układzie hydraulicznym szczegóły budowy i wielkości elementów układu hydraulicznego nie mają znaczenia. To obciążenie układu i moc dostarczana przez układ do tego obciążenia determinują moc dostarczaną do układu. Moc dostarczana do układu nie znika. Przybiera jedynie inną postać i jest przenoszona przez układ lub tracona na skutek strat w poszczególnych elementach układu (rys. 1.11).

      Rys. 1.10.

      Moc wejściowa Pwe dostarczana jest do układu w formie energii elektrycznej:

      – P_e to moc elektryczna dostarczana do silnika elektrycznego;

      – pomiędzy silnikiem a pompą znajduje się wał, który przekazuje moc mechaniczną P_m od silnika do pompy;

      – pompa przekształca energię mechaniczną w energię hydrauliczną; moc z pompy dostarczana jest do siłownika właśnie w postaci mocy hydraulicznej P_h;

      – w siłowniku energia hydrauliczna jest zamieniana z powrotem w energię mechaniczną P_m.

      Moc wyjściowa Pwy z układu to moc mechaniczna siłownika P_m. Jeżeli zakładamy brak strat, jest ona równa mocy wejściowej Pwe.

      Rys. 1.11.

      Załóżmy, że układ przesuwa pewien element z mocą równą 5 kW, a moc tracona w układzie hydraulicznym to 1 kW. Napędzanie układu (pompy) silnikiem elektrycznym o mocy 2 kW nie zda egzaminu, ponieważ obciążenie tego silnika będzie za duże. Natomiast użycie silnika elektrycznego o mocy 15 kW nie oznacza, że taką moc będzie on oddawał do układu. Odda dokładnie tyle, ile będzie potrzebował nasz układ (5 kW + 1 kW). Czyli taki silnik byłby przewymiarowany dla naszego układu i jego użycie byłoby nieekonomiczne, ponieważ odda jedynie małą część swojej mocy nominalnej.

      a) Jak wspomniano, przy założeniu zerowych strat w układzie hydraulicznym moc wejściowa Pwe do układu będzie równa mocy wyjściowej Pwy. Dlatego szczegóły budowy układu hydraulicznego nie są konieczne do jej wyznaczenia. Moc będzie jedynie zmieniać swą postać, natomiast jej wartość pozostanie stała.

      Poszukiwana moc silnika elektrycznego musi być co najmniej równa mocy mechanicznej potrzebnej do rozłupania drewna przy podanych w zadaniu założeniach. Możemy ją łatwo obliczyć, znając siłę F i prędkość v, z jaką rozłupywane będzie drewno:

      , siła F jest równa sile ciężkości, która działałaby na ładunek o masie m: F = m · g

      Po podstawieniu do wzoru:

      b) Sprawność układu równa 0,7 oznacza, że tylko 70% mocy pobieranej przez układ hydrauliczny z silnika elektrycznego jest dostarczana do ładunku jako moc Pwy. Brakująca część, a więc 30% Pwe jest tracona bezpowrotnie w układzie na skutek strat.

      A zatem do układu należy dostarczyć odpowiednio wyższą moc, aby sam układ zadziałał na łupany klocek z odpowiednią mocą. Przy sprawności układu na poziomie 70%:

      Warto zapamiętać!

      Właśnie sprawność układu równą 0,7 można przyjąć do wstępnych, przybliżonych obliczeń mocy układu. Wielkość ta musi być oczywiście zweryfikowana w toku późniejszych obliczeń.

      2. Lepkość, dobór średnicy przepływu, prędkość cieczy, przecieki i opory

      2.1. Pompa hydrauliczna wymaga oleju klasy ISO VG 46. Do napełnienia układu dostarczono olej, o którym wiadomo, że jego gęstość wynosi 860 , a lepkość dynamiczna w temp. 40℃ jest równa 0,04 Pa · s. Czy układ można napełnić tym olejem?

      2.2. Na rysunku 2.1 przedstawiono wykres lepkości dwóch olejów hydraulicznych w zależności od ich temperatury (podziałka logarytmiczna).

      a) Która z cieczy charakteryzuje się wyższym wskaźnikiem lepkości VI?

      b) Która z cieczy powinna zostać wybrana do pracy w układzie hydraulicznym, w którym temperatura oleju zmienia się od 0 do 60℃?

      Rys. 2.1.

      2.3. Dwa jednakowe układy hydrauliczne zostaną wkrótce wysłane do klientów. Jeden z nich będzie pracował w hali produkcyjnej w Polsce, drugi natomiast zostanie wysłany do odbiorcy, który umieści go na pokładzie statku pływającego po Morzu Barentsa. Oba układy będą uruchamiane sporadycznie, na krótki czas. Czy ze względu na jednakową budowę układów należy je również napełnić jednakowym typem oleju?

      2.4. Przedni amortyzator motocykla został napełniony olejem klasy 15W. Producent zaleca olej klasy 5W. Jak taka zmiana wpłynie na tłumienie amortyzatora?

      2.5. Dwa oleje hydrauliczne klasy ISO VG150 zostały przebadane w laboratorium. W jednym z badań określono lepkość kinematyczną w zależności od temperatury oleju (w temp. -20℃, 40℃ i 100℃). Uzyskano wyniki dla oleju A: 37000 cSt, 150 cSt, 15 cSt, dla oleju B: 11000 cSt, 150 cSt, 20 cSt. Który z olejów ma wyższy wskaźnik lepkości VI?

      2.6. Pompa tłoczy olej z . Olej przepływa z takim natężeniem przez przewód o średnicy wewnętrznej mm. Oblicz prędkość przepływu.

      2.7. Olej przepływa przez rurociąg, którego średnica wewnętrzna zmniejsza się z 30 mm do 15 mm.

      a) Jak zmieni się prędkość przepływu oleju po zmianie średnicy rurociągu?

      b) Jak zmieni się natężenie przepływu oleju po zmianie średnicy rurociągu?

      2.8. W układzie hydraulicznym (rys. 2.2) zastosowano 3 różne średnice przewodów mm, mm, mm. Pompa dostarcza olej z natężeniem przepływu . Zakładamy, że w układzie nie występują straty, a zawór przelewowy pozostaje zamknięty.

      a) Oblicz natężenie przepływu w poszczególnych liniach a, b oraz c.

      b) Którą ze średnic należy zastosować odpowiednio: w linii ssawnej (a), ciśnieniowej (b), zlewowej (c)?

      Rys. 2.2.

      2.9. Na rysunku 2.3 przedstawiono schemat układu hydraulicznego. Dobierz odpowiednie średnice przewodów. Prędkość cieczy w przewodzie ssawnym nie powinna przekraczać 1,9 , w przewodzie tłocznym 4 , a w przewodzie zlewowym 2 . Pompa dostarcza olej z natężeniem przepływu . Powierzchnie robocze siłownika: , .