Versions Compared

Key

  • This line was added.
  • This line was removed.
  • Formatting was changed.
Comment: Migrated to Confluence 4.0

...

Suunnitteluprosessi ei myöskään aina etene niin suoraviivaisesti kuin tässä on kuvattu. Monesti on tarpeen palata taaksepäin ja muutettava aikaisemmin tehtyjä valintoja. Joskus voi olla tarpeen harkita olisiko pneumaattinen tai sähköinen ratkaisu sittenkin parempi.

12.1Lähtötietojen 1 Lähtötietojen selvittäminen

Perusteellinen alkuselvitys helpottaa ja nopeuttaa suunnittelun etenemistä. Seuraavassa on lueteltuna joitakin näistä asioista:

...

Koneet ja laitteet koostuvat usein erilaisista mekanismeista, joita tässä yhteydessä ajatellaan käytettäviksi hydraulisilla toimilaitteilla. Laitteen varsinaiset toimintavaatimukset eivät ole (aina) suoraan hydraulisten toimilaitteiden vaatimuksia. Jotta päästään mitoittamaan hydraulijärjestelmää, on mekanismeille asetetut vaatimukset siirrettävä (redusoitava) vaatimuksiksi hydraulisille toimilaitteille.
Toimilaitteille redusoidut vaatimukset ovat yksinkertaisimmillaan voiman tai vääntömomentin tarvetta sekä liikenopeuden tai pyörimisnopeuden tarvetta. Voimien ja liikkeiden redusoimisessa tarvittavia menetelmiä on käsitelty mm. statiikan, dynamiikan ja mekanismien kursseilla.
Mitoituksen kannalta on selvitettävä mikä on toimilaitteelta vaadittu suurin voima ja millaisessa tilanteessa sen tarve esiintyy. Toimilaitteelta halutun liikenopeuden aikaansaamiseksi tarvitaan tilavuusvirtaa. Virtauksen aikana syntyy painehäviöitä ja suurin mitoituspaine ei pääse toimilaitteelle asti. Toimilaitteelta saadaan yleensä suurin voima/momentti tilanteessa, jossa toimilaite on pysähtymäisillään. Tällöin painehäviöitä ei esiinny ja suurimman paineen voidaan ajatella pääsevän toimilaitteella asti. Toimilaitteiden ja mekanismien kitkat on huomioitava suunnittelussa. Koska kitkoja ei läheskään aina tunneta tarkasti, on järkevää jättää mahdollisuus lisätä toimilaitteelta saatavaa voimaa tai momenttia (esim. 20...30 %). Helpoiten tämä onnistuu mitoittamalla toimilaite niin, että järjestelmään jää paineennostovaraa.
Toimilaitteiden valinta tapahtuu joko valitsemalla alustavasti toimilaitteen koko ja laskemalla sitten tarvittava paine. Voidaan myös valita paine ja laskea sitten toimilaitteen koko. Jälkimmäisellä tavalla valitaan lähin saatavilla oleva koko (standardi koko) ja tarvittaessa paine lasketaan uudelleen.
Sylinterin mitoitus perustuu yhtälöön: Image Added
Image Added
Sylinterin standardihalkaisijoita ovat mm: 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 ja 300 mm. Myös sylinterin varren halkaisijat on standardoitu. Usein kaupallisesti hankittavissa sylintereissä tiettyä sylinterihalkaisijaa kohti on valittavissa 2...3 erilaista varren halkaisijaa.
Tarvittava tilavuusvirta saadaan: Image Added

v= männän nopeus
A= sylinterin pinta-ala (A1 tai A2 riippuen liikesuunnasta)
Hydraulimoottorin mitoitus perustuu yhtälöön: Image Added
Vk = kierrostilavuus
p Δp= paine-ero moottorin yli
Hydraulimoottorin tilavuusvirran tarve saadaan:
Image Added
Volumetrisella hyötysuhteella (vηv) huomioidaan moottorin sisäiset vuodot.
Toimilaitteisiin liittyy myös muita valintaan vaikuttavia kriteereitä. Sylinterin nurjahdustarkastelu voidaan tehdä perustuen Eulerin nurjahdustapauksiin. Usein sylinterivalmistajat ilmoittavat sallitun iskunpituuden kuormituksen funktiona. Epävarmoissa tapauksissa on parasta varmistaa asia sylinterin toimittajalta.
Hydraulimoottoreiden (ja pumppujen) akseleihin syntyvät aksiaali- ja radiaalivoimat on syytä tarkastaa, etteivät valmistajien sallitut arvot ylity. Aksiaalisia ja radiaalisia voimia syntyy ketju- ja hihnakäytöissä sekä hammaspyöräkäytöissä (erityisesti vinohammastetut pyörät).

...

Pumpun kierrostilavuus lasketaan: Image Added
 
n = pumpun käyttömoottorin pyörimisnopeus

...

12.6 Tarvittava akseliteho

Pumpun akselitontarve akseliton tarve saadaan yhtälöstä:
Image Added
Valitun käyttömoottorin on tuotettava jonkin verran (n 10 % sähkömoottoritapauksissa) suurempi teho, kuin laskettu akseliteho. Suurinta tehontarvetta määritettäessä on huomioitava, että järjestelmissä suurin paine ja -tilavuusvirta eivät esiinny välttämättä yhtaikaa. Toisaalta varsinkin työkonehydrauliikassa maksimipaineen ja -tilavuusvirran esiintyminen yhtaikaa voi vaatia kohtuuttoman suuren tehontarpeen. Tällaisia tilanteita varten säätötilavuuspumppuihin on saatavilla säätimiä, joissa rajoitetaan tehontarvetta pienentämällä automaattisesti tilavuusvirtaa paineen kasvaessa.

...

Se osa järjestelmään tuodusta tehosta, jota ei käytetä työhön, muuttuu lämpöenergiaksi. Järjestelmässä syntyvä häviöteho siirtyy nesteeseen ja nostaa sen ja komponenttien lämpötilaa. Tarkasteltaessa jatkuvasti toiminnassa olevaa järjestelmää, jossa ei ole jäähdytintä, lämpötila nousee, kunnes lämpötilaero on riittävän suuri johtamaan (säteilyttämään) pois syntyneen lämpötehon järjestelmän metallipintojen kautta. Tällaisia metallipintoja ovat mm säiliö ja putkisto. Käytännössä näin syntyvä "luonnollinen jäähdytys" pystyy poistamaan vain pieniä häviötehomääriä, sillä järjestelmän lämpötilan ei yleensä sallita nousta yli 60 C°C:n. Lämpötilan liika nousu alentaa nesteen viskositeettia, lisää vuotohäviöitä sekä heikentää nesteen voiteluominaisuuksia. Liian korkea lämpötila 80...90 C °C lyhentää tiivisteiden ja nesteen käyttöikää. Jäähdytystarpeen arviointia on vaikea tehdä tarkasti sillä lämmönsiirtokertoimia ja jäähdyttäviä pinta-aloja ei tunneta riittävällä tarkkuudella.

Järjestelmän luonnollinen jäähdytys voidaan laskea: Image Added
 
α = lämmönsiirtokerroin (oletus 3...8W/(m2KK))

TΔT= lämpötilaero järjestelmän ja ympäristön välillä (K)

...

Kun järjestelmän toiminta on vaihtelevaa, koostuen erilaisista jaksoista, lasketaan syntyvä keskimääräinen häviöteho seuraavasti: Image Added
 
Termit Ph1 jne. ovat jaksojen t1, t2, ... aikana syntyviä häviöitä. Kokonaisaika tkokon koko työkiertoon kuluva aika.

...

p=0...160 bar ja Q< 10 l/min, v 1≈1-2 m/s

p=0...160 bar ja Q> 10 l/min, v 2v  ≈2-3 m/s

p=160...400 bar ja Q< 10 l/min, v 3≈3-5 m/s

p=160...400 bar ja Q> 10 l/min, v 5v  ≈5-7 m/s

Paluuputket:

v1v ≈1-3 m/s

Imuputket:

v0v ≈0,5-1,5 m/s

Sopiva putki voidaan valita esimerkiksi kuvan 12.1 taulukosta tai putkivalmistajien luetteloista. Putkikoko ilmoitetaan kuvan 1 taulukosta valittuna: 6x1 Φ6x1 DIN 2445, jossa 6 tarkoittaa putken ulkohalkaisijaa (6 mm) ja 1 tarkoittaa putken seinämän vahvuutta (1 mm). Valinnan yhteydessä varmistetaan, että ko. putken paineenkesto on riittävä. Putken pmax oltava suurempi kuin putkessa esiintyvä maksimipaine.

Image Added
 
kuva Kuva 12.1

12.10 Lopullinen hydraulikaavio ja osaluettelo

...