09 - Dobór siłownika i zaworu. - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

Transkrypt

1 - Dobór siłownika i zaworu - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

2 OPÓR PRZEPŁYWU W ZAWORZE Objętościowy współczynnik przepływu Qn Przepływ oblicza się jako stosunek objętości w warunkach normalnych (ciśnieniu atmosferycznych oraz temp. 0 C) do czasu. Jednostką miary przepływu jest litr normalny na minutę (Nl/min) Litrem normalnym nazywamy określoną ilość sprężonego powietrza, która odpowiada objętości jaką ta ilość zajmuje przy ciśnieniu atmosferycznym. Objętość przepływu mierzona jest za pomocą standardowych urządzeń i jak już wcześniej zostało wspomniane, za pomocą parametrów takich jak: kv (l/min ) mierzonych wodą P = 1 bar Kv (m / h ) mierzonych wodą P = 1bar Cv ( USAgalon/min ) mierzonych wodą DP = 1 psi (0,07 bar) Poniższa tabela przedstawia niektóre współczynniki przeliczeniowe Qn Nominalna objętość przepływy Nl/min kv l/min Kv Współczynnik hydrauliczny m /h Cv Sp Nominalna pow. przekroju wewn, mm dp Średnica nominalna mm USA gallons/min * aby obliczyć średnicę dp (mm ) należy wyciągnąć pierwiastek kwadratowy z dp Opór przepływu Czynnik C (l/s) określa pojemność przewodu i stosunek między maksymalnym strumieniem objętości a ciśnieniem całkowitym (ISO 658). Ze względu na tarcie medium o wewnętrzne ściany przewodu powodujące spadek ciśnienia, objętość przepływu jest odwrotnie proporcjonalna do długości przewodu. Dlatego też im dłuższy przewód tym mniejszy strumień objętości. Strumie ń obję to ś ci w m sze ś ciennych / godzinę Średnica w calach Spadek ciś nienia wyrazony w Pa / 1m długo ś ci przewodu 0.8

3 DOBÓR ROZMIARU ZAWORU Wybór właściwego rozmiaru zaworu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowego sterowania i pracy urządzenia. Dlatego też konieczna jest znajomość czasu cyklu jaki ma być osiągnięty oraz wartość współczynnika T, który jest wykorzystywany jako mnożnik wcześniej wyliczonej wartości zużycia powietrza. Wynik tego równania, wyrażony w Nl/min i pomnożony przez współczynnik bezpieczeństwa x1. daje minimalną wartość strumienia objętości potrzebną do działania siłownika z daną częstotliwością (przy standardowych warunkach 6 bar zasilania oraz 5 bar na przyłączu wyjściowym). 60 T= Qn= T x Zużycie powietrza Długość cyklu Należy także upewnić się, że przewody wykorzystane do łączenia zaworu z urządzeniem zasilającym i z cylindrem nie wpływają w żaden sposób na strumień objętości. Dlatego też średnica wewnętrzna przewodu musi być co najmniej 1,5 raza większa od nominalnego rozmiaru otworu w zaworze. Również istotny jest dobór złącza, którego wewnętrzna średnica musi być równa lub większa od rozmiaru przewodu. Poniższy diagram przedstawia wartości strumienia objętości potrzebne do prawidłowego działania siłownika w zależności od jego rozmiaru, prędkości oraz zaworu.. Rozmiar przyłącza zaworu M5 G1/8 G1/4 G/8 G1/ 1.5 G/4 1 Prędkość siłownika (m/s) Ø8 Ø10 Ø1 Ø16 Ø0 Ø5 Ø Ø40 Ø50 Ø6 Ø80 Ø Ø15 Ø160 Ø00 Ø50 G Przepływ (Nl/min)

4 DOBÓR ROZMIARU SIŁOWNIKA W celu prawidłowego doboru rozmiaru siłownika konieczne jest określenie poniższych parametrów: Generowana siła: oblicza się w zależności od powierzchni tłoka i ciśnienia, które na niego działa. F= powierzchnia x ciśnienie ( kg) = (cm ) x (bar) Otrzymana wartość jest teoretyczna i musi być pomniejszona o ok % w celu skompensowania wpływu tarcia. Należy także pamiętać, że siła generowana podczas powrotu siłownika jest mniejsza ponieważ powierzchnia, na która działa ciśnienie jest zredukowana przez obecność tłoczyska. Ciężar ładunku: siła generowana przez siłownik musi mieć wystarczającą wartość aby poruszyć ładunek w wyznaczonym kierunku w określonym czasie (długość cyklu). Stosunek nie może przekroczyć 70%. wymagana siła (ciężar ła dunku) dostępna siła (teoretyczna) x = POZYCJA PRACY SIŁOWNIKA Ruch pionowy (podnoszenie): dostępna siła generowana przez siłownik musi zrównoważyć ładunek i wprowadzić go w ruch przyspieszony. Przykład: Ciężar ładunku 10 kg Ciśnienie robocze 6 bar Stosunek = 70% Przy pomocy równania stosunku RdC można obliczyć siłę potrzebną do poruszenia ładunkiem: Ładunek Siła dostępna = x = 171,4 kg Właściwie dobranym zatem będzie siłownik z średnicą tłoka D6 generujący siłę teoretyczną 187 kg. Użycie zaworów dławiąco-zwrotnych dla takiego siłownika zapewnia dobrą regulację prędkości. Jeśli prędkość jest poniżej 0mm/s trudno jest właściwie regulować ruchem. W aplikacjach o tak małej prędkości współczynnik obciążenia należy obniżyć do 50 %. W takim wypadku, lub gdy potrzebny jest ruch jednostajny, zaleca się zastosowanie hydraulicznego kontrolera prędkości. W przypadku układów, gdzie ładunek porusza się w dół zwiększa on siłę generowaną przez siłownik i należy wtedy zastosować regulatory przepływu sterujące prędkością. Ruch poziomy lub po równi pochyłej: Jeśli ładunek jest wsparty, a pozycja pracy jest pozioma, konieczne jest pomnożenie wymaganej siły przez współczynnik tarcia. Współczynnik tarcia zmienia się w zależności od materiału. Zakładając = 0.4 Ciężar ładunku: 10 kg Ciśnienie 6 bar Stosunek = 70% Przekształcając powyższe równanie można obliczyć dostępną siłę: Ładunek Dostępna siła = x x które, przy powyżej podanych warunkach wynosi 68,57 kg A zatem odpowiedni będzie siłownik o średnicy tłoka Ø40 generujący siłę teoretyczną 75, 4 kg. W przypadku ruchu po pochylni wymagana siła zwiększa się zgodnie z kątem nachylenia. Również w takim przypadku należy pomnożyć wymaganą siłę przez współczynnik tarcia. 0.40

5 Amortyzacja na końcu skoku Funkcja amortyzacji polega na pochłanianiu energii kinetycznej w celu zapobieżenia zniszczenia urządzenia poprzez uderzenie przy końcu skoku. Po prawidłowym doborze siłownika na podstawie wcześniej przedstawionych parametrów konieczna jest weryfikacja możliwości absorpcji energii kinetycznej. Za pomocą poniższej tabeli można zweryfikować dobór siłownika dla danej masy i prędkości. Założono ciśnienie zasilania = 6 bar. Średnica tłoka (mm) 1.5 Prędkość tłoka (m/s) Ø5 Ø Ø40 Ø50 Ø6 Ø80 Ø Ø15 Ø160 Ø00 Ø Masa do zamortyzowania ( kg) Obciążenie osiowe To obciążenie działające osiowo na koniec tłoczyska, mogące spowodować jego wygięcie. Wielkość wygięcia zależy od poniższych czynników: - oddziałujące obciążenie - wymiary i rodzaj tłoczyska - mocowanie siłownika. Najgorszą opcją jest mocowanie siłownika na jego końcach. Każde inne mocowanie umożliwia co najmniej 50% większe dopuszczalne obciążenie. Wyznaczając długość wyboczeniową należy wziąć pod uwagę wymiar całkowity: Ltot = + Przykład A Przykład B S K OK 0.41

6 Poniższa tabela obrazuje wartości w odniesieniu do serii siłowników ISO 1555 biorąc pod uwagę ruch wysuwającego tłoczyska oraz ciśnienie zasilające 6 bar. Wartości akceptowalne dla każdej z danych średnic to te znajdujące się pod każdą z linii danego rozmiaru. 0 średnica tłoczyska (mm) 0 Ø18 Ø16 Ø0 Ø5 Ø0 Ø Ø40 Ø Ø14 1 Ø1 0 Ø10 długość wyboczeniowa (mm) Ø8 Ø6 Ø Siła (N)