P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A WYDZIAŁ BUDOWNICTWA, MECHANIKI I PETROCHEMII INSTYTUT INŻYNIERII MECHANICZNEJ LABORATORIUM NAPĘDÓW I STEROWANIA HYDRAULICZNEGO I PNEUMATYCZNEGO Instrkcja do ćwiczeń laboratoryjnych Temat: Ćwiczenie nr 7 Projekt zbiornika hydralicznego PŁOCK 2007
SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE... 3 2. CEL PROJEKTU... 4 3. ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE... 5 4. OBLICZENIA ZBIORNIKA... 6 5. ZAKRES PROJEKTU... 9 LITERATURA... 9-2 -
1. WPROWADZENIE Każdy kład hydraliczny msi osiadać zbiornik czynnika roboczego, z którego czynnik ten jest rzez omę obierany i do którego wraca o oddani energii ciśnienia w odbiornik. Pojemność, kształt i wyosażenie zbiornika zależą od wiel czynników. O ojemności zbiornika decydją rodzaj i liczba zasilanych odbiorników i konieczność zaewnienia dostatecznego chłodzenia olej w cel niedoszczenia wzrost jego temeratry onad staloną wartość, jeśli nie rzewidje się w kładzie dodatkowej chłodnicy. Przy stalani ojemności zbiornika należy również względnić konieczność ozostawania w nim olej rzez kilka mint, w cel możliwienia wydzielenia się owietrza oraz oadnięcia na dno zanieczyszczeń stałych. Całkowita ojemność zbiornika składa się z objętości martwej V min, objętości żytecznej V, objętości owietrza nad zwierciadłem V oraz objętości elementów wbdowanych w zbiornik V c, a zatem: V V + V + V + V z = min Objętość V min jest wyznaczona rzez minimalny doszczalny oziom zwierciadła cieczy H min (rys. 1). Poziom H min rzyjmje się zwykle nie mniejszy niż 100 mm, onieważ końce rzewodów ssawnego i sływowego owinny zawsze ozostawać w zanrzeni. Objętość żyteczna V w kładach naędowych z siłownikami jest wyznaczona różnicą oziomów H max i H min. Poziom H max wystąi wówczas, gdy tłoki lb nrniki zajmją w cylindrach skrajne wewnętrzne ołożenie, H min natomiast rzy ełnym skok roboczym siłowników. Różnica ta będzie największa w rzyadk siłowników jednostronnego działania. W kładach z siłownikami dwstronnego działania i z jednostronnym tłoczyskiem różnicę oziomów zwierciadła cieczy wyznaczają objętości tłoczysk. Przy stalani objętości V należy względniać stoień równoczesności działania siłowników, aby nie zależniać ojemności zbiornika od warnków, które w czasie eksloatacji kład mogą w ogóle nie wystęować. c Rys. 1. Schemat zbiornika stacjonarnego kład naędowego. - 3 -
W kładach naędowych z silnikami hydralicznymi oziom cieczy w zbiornik ozostaje stały. Objętość żyteczną V dobiera się w tym rzyadk zazwyczaj jako wielokrotność łącznej wydajności mintowej ΣQ wszystkich zasilanych ze zbiornika om. Najczęściej rzyjmje się ( ) V 2 5 [m 3 ] (1) = Qg Dobrana w ten sosób objętość Vy słży do obliczenia liczby cykli O rzetłaczania całej masy cieczy w ciąg godziny, definiowanej jako: Qg O = 60 [1/h] (2) V Im mniejsza będzie liczba O, tym dłższy będzie czas rzebywania olej w zbiornik, a tym samym będą lesze warnki do jego schładzania oraz do wydzielania się nierozszczalnego owietrza i cząstek zanieczyszczeń stałych. Graniczna wartość liczby O nie owinna być większa niż 12 15. Wartości większe niż 15 można dościć dla zbiorników w kładach naędowych samojezdnych maszyn roboczych lb rządzeń stacjonarnych o małym stoni natężenia racy. W kładach naędowych ze sterowaniem lb reglacją dławieniową liczbę O należy rzyjmować mniejszą niż 12. Objętość V części zbiornika onad maksymalnym oziomem zwierciadła cieczy wynika stąd, że wysokość odszki owietrznej nie owinna być mniejsza niż 10 15% całkowitej wysokości zbiornika. Jest ona otrzebna o to, aby łatwić rozkład iany owstającej rzy większych natężeniach rzeływ strmienia sływowego. W wysokości odszki owietrznej zbiornika samojezdnych maszyn roboczych należy względnić także możliwość wahań zwierciadła rzy jeździe o ochyłościach oraz w czasie rozrch i hamowania mechanizm jazdy. Wystęjące w czasie racy kład naędowego straty mocy zamieniają się na cieło, które odnosi temeratrę czynnika obiegowego. Jeśli kład nie jest wyosażony w chłodnicę, to zbiornik jest tym zesołem, w którym msi się dokonywać wymiana cieła między cieczą a otoczeniem. Wymiary i konstrkcja zbiornika mszą względniać także i tę jego rolę. Dobieranie ojemności zbiornika na odstawie liczby cykli rzetłaczania w ciąg godziny jest tylko rzybliżone. Nie gwarantje, że będzie zaewnione niezbędne wymagane chłodzenie kład. Zbiornik należy srawdzić, zatem od kątem równowagi cielnej, rzy zadanej różnicy temeratr czynnika roboczego i otoczenia. Straty mocy w kładzie nie są stałe. Zależą od cykl roboczego maszyny, sosob sterowania oraz od rodzaj reglacji (dławieniowej lb objętościowej) rzyjętej w kładzie naędowym. Pełny zakres obliczeń cielnych zbiornika hydralicznego zostanie rzedstawiony w kt. 4. 2. CEL PROJEKTU Celem ćwiczenia jest: zaoznanie się z bdową i zasadą fnkcjonowania zbiorników hydralicznych, zaoznanie się z metodyką obliczeń zbiorników hydralicznych, - 4 -
3. ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE Przedmiotem rojekt jest zbiornik hydraliczny dla stacjonarnego kład hydralicznego naęd siłownika dwstronnego działania. Schemat tego kład rzedstawiony został na rys. 2. 1 6 7 2 3 Rys. 2. Schemat kład hydralicznego naęd siłownika dwstronnego działania. 1 siłownik dwstronnego działania, 2 rozdzielacz czterodrogowy, trójołożeniowy, 3 filtr na zlewie, 4 zawór rzelewowy, 5 zbiornik, 6 oma, 7 silnik elektryczny. Dane do rojekt 1. Parametry stałe wydajność omy Q [m 3 /s] srawność ogólna siłownika sc 2. Parametry sw roboczego ciśnienie robocze r [Pa] srawność omy r straty ciśnienia w instalacji str1 [Pa] 3. Parametry sw owrotnego ciśnienie [Pa] srawność omy straty ciśnienia w instalacji str2 [Pa] 4. Parametry stan jałowego ciśnienie [Pa] srawność omy straty ciśnienia w instalacji str3 [Pa] 5. Pozostałe arametry czas rch roboczego t r [s] czas rch owrotnego t [s] czas stan jałowego t [s] 4 5-5 -
Wartości wyżej arametrów należy dobrać na odstawie tabeli 1 i wg algorytm odanego rzez rowadzącego zajęcia. 4. OBLICZENIA ZBIORNIKA 4.1. Objętość zbiornika wg kryterim zaotrzebowania na olej wszystkich odbiorników ( ) V 2 5 [m 3 ] = Q Srawdzenie kryterim doszczalnej liczby cykli Qg O = 60 [1/h] V 4.2.Objętość zbiornika wg kryterim cieła wydzielanego w kładzie Moc obierana rzez omę: Srawność instalacji: Srawność ogólna kład: N Sw roboczy r ir or Q r = [W] = = r r str1 r r ir sc Moc tracona w kładzie i zamieniana na cieło: N ( ) = 1 [W] tr N r or Moc obierana rzez omę: Srawność instalacji: Srawność ogólna kład: N Sw owrotny r ir o Q = [W] = = str 2 i sc Moc tracona w kładzie i zamieniana na cieło: N ( ) = 1 [W] t N o - 6 -
Moc obierana rzez omę: Srawność instalacji: Srawność ogólna kład: N r ir o Stan jałowy Q = [W] = = str3 i sc Moc tracona w kładzie i zamieniana na cieło: N ( ) = 1 [W] t N o Średnia moc tracona N ti ti N tśś = [W] t Strmień cieła oddawany rzez ścianki zbiornika z ( Tc T ) kc Az Φ = 0 [W] gdzie: k c wsółczynnik rzenikania cieła rzez ścianki zbiornika, dla stali wartość wsółczynnika wynosi: W k c = ( 10 14) 2 m K T c doszczalna maksymalna temeratra olej T 0 temeratra otoczenia, A z owierzchnia zbiornika odrowadzająca cieło do otoczenia. Aby zachowany był warnek równowagi cielnej zbiornika strmień cieła wydzielający się odczas racy kłady msi być odrowadzony do otoczenia, a więc: Φ z = N tsr Wobec tego, owierzchnia odrowadzająca cieło wyniesie: i A z = N tsr k [m 2 ] c ( T ) c T 0 Wymiary zbiornika Należy założyć, że zbiornik będzie wykonany jako rostoadłościan o odstawie kwadratowej o dłgości a i wysokości H. Wobec tego owierzchnia odrowadzająca cieło wyniesie: A z 2 = 2 a + 4 a H - 7 -
Korzystając z wartości objętości obliczonej na odstawie kt. 6.1. oraz z wartości owierzchni ze względ na równowagę cielną obliczamy otrzebne dłgość odstawy a oraz wysokość zbiornika H. Pozostałe wymiary zbiornika Pozostałe wymiary zbiornika (oznaczenia wg rys. 3) należy dobrać wg nastęjących kryteriów: h 1 = (150 200) [mm], h 2 = (0,1 0,15)H [mm], h 3 = (200 300) [mm], d = (30 60) [mm], h 4 = (1,5 2,5)d [mm], h max = H h 2 [mm], 2 3 h = hmax 3 4 h min > h 3 + h 4 Rys. 3. Schemat rojektowanego zbiornika i jego charakterystycznych wymiarów. - 8 -
5. ZAKRES PROJEKTU Projekt owinien zawierać: schemat instalacji hydralicznej, dla której rojektowany jest zbiornik, zestawienie danych do rojekt wg tabeli 1, obliczenia zbiornika wg algorytm zawartego w instrkcji, schematyczny rysnek rojektowanego zbiornika z naniesionymi wymiarami zyskanymi na odstawie obliczeń. LITERATURA: 1. J. Liski Naędy i sterowanie hydraliczne, WKiŁ, Warszawa 1981. 2. S. Stryczek Naęd hydrostatyczny. Elementy i kłady, WNT, Warszawa 2002. 3. Z. Szydelski Naęd i sterowanie hydraliczne w ciągnikach i samojezdnych maszynach roboczych. WNT, Warszawa 1980. - 9 -