Transcript GÉPIPARI AUTOMATIZà Là S II_3e_hidr

GÉPIPARI
AUTOMATIZÁLÁS II.
3. előadás
HIDRAULIKA
HIDRAULIKA







Valamilyen munkafolyadék által létrehozott erők és mozgások
összessége.
A hidraulikus rendszerekben az energiaközvetítő közeg
FOLYADÉK.
Görög eredetű szó
HYDOR (jelentése víz) + AULOS (jelentése cső)
Az első hidraulikával foglakozók görög tudósok voltak
pl.: Heron, Archimédes, Ktesibios
Az ókori görgök kizárólag a vizet használták munkafolyadékként.
Ma elsősorban ásványi olaj alapú hidraulika folyadékokat
használunk.
HIDRAULIKA ALKALMAZÁSI
TERÜLETEI

Alapvetően megkülönböztetünk telepített és mozgó hidraulikus
berendezéseket.
Telepített hidraulika
alkalmazási területei
 Gyártó és szerelőgépek
 Szállítópályák
 Emelő és szállító
eszközök
 Prések
 Fröccsöntő gépek
 Felvonók
stb.
Mozgó hidraulika
alkalmazási területei
 Építőgépek
 Önürítő gépjárművek,
markolók rakodógépek
 Emelő és szállító
eszközök
 Mezőgazdasági gépek
stb.
Hidraulika összehasonlítása más
technikákkal

Pneumatika

Mechanika

Elektrotechnika, elektronika
Hidraulika összehasonlítása más
technikákkal
Környezeti
hatások
Energia
tárolhatósága
Energiaszállítás
ELEKTROTECHNIKA
HIDRAULIKA
PNEUMATIKA
Robbanásveszély,
bizonyos területen
hőmérséklet érzéketlen
Hőmérsékletingadozásokra érzékeny
Szivárgások esetén
környezetszennyező
és tűzveszélyes.
Robbanásbiztos,
hőmérsékletérzékeny
Szivárgások esetén
nincs környezetkárosító hatása.
Nehéz, csak kis
mennyiségben (elem,
akku)
Korlátozott, gázok
segítségével
Könnyű
(légtartályban)
Korlátlan,
energiaveszteséggel
100 m-ig az
áramlási sebesség:
v = 2–6 m/s;
a jelsebesség: 1000
m/s
1000 m–ig az
áramlási sebesség:
v = 20–40m/s;
a jelsebesség: 20–
40m/s
Hidraulika összehasonlítása más
technikákkal
ELEKTROTECHNIKA
Munkavégző
sebesség
Energiaellátás
költségei
Lineáris
mozgás
Forgómozgás
Csekély
0,25
:
HIDRAULIKA
PNEUMATIKA
v = 0,5 m/s
v = 1,5 m/s
Magas
Igen magas
1
:
2,5
Nehéz és drága, kis erők,
a sebesség szabályozása
csak nagy ráfordítással
Egyszerű,
munkahengerekkel a
sebesség jól
szabályozható
igen nagy erők
Egyszerű,
munkahengerekkel
korlátozott erők,
a sebesség erősen
terhelésfüggő
Egyszerű,
nagy teljesítményű lehet
Egyszerű,
nagy
forgatónyomaték
alacsony ford. szám
Egyszerű,
csak kis
teljesítmény, nagy
fordulatszám
Hidraulika összehasonlítása más
technikákkal
Pozicionálási
pontosság
Erők
ELEKTROTECHNIKA
HIDRAULIKA
PNEUMATIKA
 1 - nél is jobb
A ráfordításoknak
megfelelően  1
megvalósítható
Terhelésváltozás
nélkül ~0,1 mm
Nem terhelhető túl,
a rákapcsolt mechanikus
tagok miatt rossz
hatásfok, igen nagy erők
realizálhatók
Túlterhelésbiztos,
600 bar –ig lehetséges a rendszernyomás, és igen nagy
erők hozhatók létre:
F  3000 kN
Túlterhelésbiztos,
az erőket a levegő
nyomása és a
hengerátmérő
korlátozza:
F  30 kN 6 bar – ig
Hidraulika előnye, hátránya

Előnyök:





Kis elemek alkalmazásával
nagy erők átvitele
Megbízható pozicionálás
Terhelésfüggetlen mozgás,
mivel a folyadékok csak
csekély mértékben
összenyomhatók
Sebességek egyszerűen
beállíthatók
Kedvező a hőelvezetés

Hátrányok:




A kifolyt olaj szennyezi a
környezetet, tűz- és
balesetveszélyes
Szennyeződésre érzékeny
Hőmérsékletérzékeny
(viszkozitás)
Kedvezőtlen hatásfok
(csősúrlódás)
A hidraulika fizikai alapjai
HIDROMECHANIKA
HIDROSZTATIKA
HIDRODINAMIKA
/Nyugvó folyadék
mechanikája/
/Áramló folyadék
mechanikája/

Pascal törvénye
Erő

Newton törvénye

Nyomási energia
Energiaváltozás

Mozgási energia
Hidrosztatikus nyomás
A hidrosztatikus nyomás alatt azt a nyomást értjük ami a folyadék
belsejében jön létre. A hidrosztatikus nyomás a folyadékoszlop
magasságtól valamint a folyadékoszlop súlyától függ.
ps =  * g * h




ps: hidrosztatikus nyomás [Pa]
: a folyadék sűrűsége [kg/m3]
g: nehézségi gyorsulás: 9,81 [m/s2]
h: a folyadékoszlop magassága [m]
Pascal törvénye
Az „A” felületre ható „F” erő hatására zárt edényben lévő
folyadékban „p” nyomás keletkezik, mely az egész
folyadékmennyiségben fellép.
F
p
A



P: nyomás [Pa]
F: erő [N]
A: felület [m2]
Hidraulikus erőátvitel
F1
p1 
A1
F2
p2 
A2
p1  p 2
Az erőátviteli áttétel:
F1
F
 2
A1 A 2
F1 A1

F2 A 2
Útátalakítás
V1  s1 * A1
V2  s 2 * A 2
V1  V2
Elmozdulás áttétel:
s1 * A1  s 2 * A 2
s1 A 2

s 2 A1
Nyomás átalakítás
F1  p1 * A1
F2  p 2 * A 2
F1  F2
Nyomás áttétel:
p1 * A1  p 2 * A 2
p1 A 2

p 2 A1
Térfogatáram
Térfogatáram alatt azt a folyadékmennyiséget értjük, amely
időegység alatt egy csövön átáramlik.
Hidraulikában a térfogatáram jele: Q
Térfogatáram meghatározása:



V
Q
t
Q: térfogatáram [m3/s]
V: térfogat [m3]
t: idő [s]
Térfogatáram
A csőben áramló folyadék sebessége:
s
v
t

s
t
v
v: a folyadék áramlási sebessége: [m/s]
s: a cső adott szakaszának hossza [m]
t: az „s” út megtételéhez szükséges idő [s]
Az „s” hosszúságú csőben átáramlott folyadék mennyisége:
V  A *s
V: elmozdulási térfogata [m3]
s: a cső adott szakaszának hossza [m]
A: a cső keresztmetszete [m2]
Behelyettesítve a térfogatáram összefüggésébe:
V A *s
Q 
s
t
v
Q  A*v
Q: térfogatáram [m3/s]
v: a folyadék áramlási sebessége: [m/s]
A: a cső keresztmetszete [m2]
Kontinuitás tétele
A folyadék térfogatárama egy cső bármely keresztmetszetében
azonos.
Q1  A1 * v1; Q 2  A 2 * v 2 ; Q3  A 3 * v3
Q1  Q 2  Q3
A1 * v1  A 2 * v 2  A3 * v3  ....
Hidrosztatika összefüggései


Hidrosztatikus nyomás:
ps =  * g * h
Pascal törvénye:
F
p
A
p
F1 F2

 áll.
A1 A2

F1 A1

F2 A2

Hidraulikus erőáttétel:

Hidraulikus elmozdulás
áttétel:
V  s1 * A1  s2 * A2  áll. 
s1 A2

s2 A1
Nyomásáttétel:
F  p1 * A1  p2 * A2  áll. 
p1 A2

p2 A1

Hidrodinamika összefüggései

Térfogatáram
(időegység alatt átáramló
folyadékmennyiség):

Térfogatáram a csőkeresztmetszet
és az áramlási sebesség
függvényében:

Kontinuitás tétele:
Q
V
t
Q  A*v
Q  A1 * v1  A2 * v2  A3 * v3  ....  áll.
Gyakorló feladatok
1. Feladat
Egy hengert 100 bar nyomással működtetünk, a henger dugattyú felülete 7.85 cm2. Mekkora az
elérhető maximális erőhatás?
2. feladat
Egy emelővel 15 kN terhet kell felemelni, a rendszer nyomása 60 bar. Mekkorának kell lenni a
dugattyú átmérőjének?
3. feladat
Számítsuk ki, hogy 0.36 m3/h térfogatáram mekkora térfogatot tölt meg 18 másodperc alatt?
4. Feladat
Egy gépjárműemelővel személyautót kell felemelni, melynek tömege
1500 kg.
a. Mekkora legyen az F erő a dugattyúnál, ha A1 = 0.4 dm2,
A2 = 0.12 [m2]?
b. Mekkora legyen az A2 dugattyú felülete, ha csak 100 N erő áll
rendelkezésre?
Gyakorló feladatok
5. feladat
Mekkorának kell lenni annak a cső belső átmérőjének, amelyben 4 liter/perc térfogatárammal 3
m/s sebesség érhető el?
6. feladat
Mekkora térfogatáram szükséges ahhoz, hogy a 60 mm átmérőjű dugattyú a 40 cm-es utat 12
másodperc alatt tegye meg?
7. feladat
Számoljuk ki milyen áramlásfajták jönnek létre az A1,
A3, A4 keresztmetszetekben!
Adatok:
v1 = 1 m/s; v3 = 5 m/s; v4 = 100 m/s;
d1 = 10 mm; d3 = 5 mm; d4 = 1 mm
 = 40 mm2/s
Áramlásfajták
Lamináris
- A folyadékrészecskék
rendezett hengeres
rétegben mozognak
Turbulens
- A részecskék nem
rendezetten mozognak.
Áramlásfajták
Reynolds-féle szám:
v*d
Re 

Re: Reynolds szám
v: a folyadék áramlási sebessége [m/s]
d: a cső belső átmérője [m]
n: kinematikai viszkozitás [m2/s]
Egyenes cső esetén:
az áramlás lamináris, ha Re<2300
az áramlás turbulens, ha Re>2300
Kritikus áramlási sebesség:
Re krit * 
v kritikus 
;
d
2300 * 
egyenes cső esetén : v kritikus 
d
Köszönöm a figyelmet!