...
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:
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:
v= männän nopeus
A= sylinterin pinta-ala (A1 tai A2 riippuen liikesuunnasta)
Hydraulimoottorin mitoitus perustuu yhtälöön:
Vk = kierrostilavuus
Δp= paine-ero moottorin yli
Hydraulimoottorin tilavuusvirran tarve saadaan:
Volumetrisella hyötysuhteella (ηv) 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:
n = pumpun käyttömoottorin pyörimisnopeus
...
12.6 Tarvittava akseliteho
Pumpun akselitontarve akseliton tarve saadaan yhtälöstä:
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.
...
Järjestelmän luonnollinen jäähdytys voidaan laskea:
α = lämmönsiirtokerroin (oletus 3...8W/(m2KK))
ΔT= lämpötilaero järjestelmän ja ympäristön välillä (K)
...
Kun järjestelmän toiminta on vaihtelevaa, koostuen erilaisista jaksoista, lasketaan syntyvä keskimääräinen häviöteho seuraavasti:
Termit Ph1 jne. ovat jaksojen t1, t2, ... aikana syntyviä häviöitä. Kokonaisaika tkokon koko työkiertoon kuluva aika.
...
Sopiva putki voidaan valita esimerkiksi kuvan 12.1 taulukosta tai putkivalmistajien luetteloista. Putkikoko ilmoitetaan kuvan 1 taulukosta valittuna: 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.
kuva Kuva 12.1
12.10 Lopullinen hydraulikaavio ja osaluettelo
...