Issuu on Google+

B

Jørn Kenneth Andersen, Eyolf Herø, Rune Mathisen, Svein Olaf Michelsen, Rolf Rønning

FA K TA B O K

Det er også en egen oppgavebok til denne boka.

Boka er en del av TIP-serien fra Gyldendal Undervisning som samlet sett dekker de tre programfagene i læreplanen til utdanningsprogrammet Vg1 Teknikk og industriell produksjon.

Te kn i ske t j e n e st e r

HMS (helse, miljø og sikkerhet) er sentralt gjennom hele boka. Der det er aktuelt, er det satt inn viktige påminnelser for et godt HMS-arbeid både på skolen og i industrien.

Andersen, Herø, Mathisen Michelsen, Rønning

Boka er delt inn i fire deler: Maskinelementer og montering, elektroteknikk, styringsteknikk og kjemiprosess. Den gir en grunnleggende innføring i disse emnene. Det er lagt stor vekt på mange og gode illustrasjoner som skal vise det teksten beskriver.

Vg1 Teknikk og industriell produksjon

FA KTAB O K


4

INNHOLD

DEL 1: MASKINELEMENTER OG MONTERING 7 Måling og oppmerking 8 Oppmerking 9 Måling 11 Måleverktøy 12 Maler og lærer 17 Elektroniske og optiske måleapparater 20 Vedlikehold av måleverktøy 21 Toleranser og pasninger 23 Generelle toleranser 24 Pasninger 26 Benkarbeid og håndverktøy 29 Arbeidsbenken 30 Håndverktøy 30 Skruverktøy 31 Tenger 36 Sakser 37 Avtrekkere (terser) 38 Slagverktøy 38 Sager og filer 39 Fetemetoder 41 Gjenger, skruer og muttere 42 Gjengesystemer 43 Å finne gjengetypen 47 Gjengeverktøy 48 Skruetyper 50 Fasthetsklasser og merking 52 Reparasjon av gjenger 54 Skruesikringer 54 Montering og demontering av skruer og muttere 55 Kiler 56 Friksjonsforbindelser 59 Liming av maskinelementer 60 Limtyper 62 Aksler og overføringselementer 64 Aksler 65 Reimoverføringer 67 Beregninger for reimoverføringer 69 Kjeder 71 Tannhjulsoverføringer 73 Vaieroverføringer 77 Kjettingoverføringer 77

Lagre

80 Glidelager 81 Rullingslager 84 Andre lagre 91 Tetningsutstyr 93 Pakninger 94 Tetningsringer 95 Andre tetningsmidler 97 Belger 97 Rør og røranlegg 99 Røranlegg 100 Rørmaterialer 101 Rørdeler 102 Slanger og slangeforbindelser 102 Kapping og bøying av rør 103 Festing av rør 106 Montasjeplanlegging 109 Monteringsmåter 110 Reparasjoner og vedlikehold 112 Vedlikehold av verktøy 114 Smøreutstyr 114 DEL 2: ELEKTROTEKNIKK

119

Elektrisitet 120 Produksjon av strøm og spenning 122 Vekselspenning og vekselstrøm 123 Likespenning og likestrøm 125 Motstand mot elektrisk strøm – resistans 126 Måleinstrumenter 128 Ledere 131 Elsikkerhet 134 Førstehjelp 136 Serie- og parallellkobling av belastninger 139 Seriekobling 140 Kirchhoffs lover 141 Parallellkobling 143 Effekt 149 Hva er effekt? 150 Og hva er energi? 151 Elektrisk strøm, og vann som strømmer 152 Omforming av effektformelen 155


INNHOLD

5

\\

Batteri og batteridrift Batteriet Miljømerking av batterier

160 161 165

Motorer, generatorer og transformatorer Likestrømsmotorer Vekselstrømsmotorer Virkningsgrad Generatorer Transformatorer

167 168 172 175 177 178

Arbeidsenheter 236 Motor 239 Pumper 241 Akkumulator 246 Slanger 247 Hydrauliske skjema og koblinger 249 Vedlikehold og reparasjonsarbeid 255 Automatisering 256 Logiske funksjoner 259 PLS – programmerbare logiske styringer 267 CNC 271

DEL 3: STYRINGSTEKNIKK

183

DEL 4: KJEMIPROSESS

Instrumenter for måling av effekt

158

Elektriske styringer 184 Elektromagneten 185 Relé 186 Kontaktor 186 Motorvern 187 Sikringer 187 Brytere 187 Motorstyring 188 Pneumatikk 190 Komprimering av luft 191 Kompressorer 195 Trykktanken 197 Anlegget i verkstedet 198 Sylinderen 200 Stempelkraft til en sylinder 204 Pneumantiske styringsenheter 207 Ventilsymboler 208 Styring av ventiler 210 Ventiltyper 213 Slanger, rør og koblinger 215 Pneumatiske motorer 216 Grunnleggende kretser 217 Vedlikehold 222 Feilsøking på anlegg 223 Arbeid på hydrauliske anlegg 226 Hydraulikk 225 Arbeid på hydraulosk anlegg 226 Hydraulikkaggregat 227 Hydraulikkolje 228 Styringsenheter 230

277

Prosessforståelse 278 Hva er en prosess? 279 Pådrag og utganger 281 Prosessforstyrrelser 283 Hva er kvalitet? 284 Reguleringsteknikk 287 Grunnprinsipper for regulering 288 Reguleringssløyfer 290 Det vanligste pådragsorganet: reguleringsventilen 293 P&ID 294 Instrumentering og måleteknikk Det generelle måleinstrumentet Instrumentsignaler og justering Trykkmålinger Temperaturmålinger

297 298 300 302 305

Kjemiteknikk 309 Mer om trykk og temperatur 310 Faseoverganger 315 Den ideelle gassloven 317 Pumping og kompresjon 321 Strømning i rør 324 Kjemi 326 Å lære seg kjemi 327 Atomer og grunnstoffer 327 Kjemiske bindinger 333


Hydr a uli k k Mål Etter at du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

• kjenne til bruksområder for hydrauliske kretser • kjenne til hvordan et hydraulisk aggregat fungerer • kunne koble opp og utføre feilsøking i enkle hydrauliske anlegg • få kjennskap til farer ved bruk av hydraulikk • kjenne til navn på komponentene i et enkelt hydraulikkanlegg • ha kunnskap om hydrauliske slanger, pumper og arbeidsenheter

Innledning Ordet hydraulikk kommer opprinnelig fra ordet «hydro» som betyr vann. I hydraulikksystemer bruker vi hydraulikkolje eller hydraulikkvæske til å styre en mekanisk prosess ved hjelp av styringsenheter. I motsetning til luft kan ikke oljen komprimeres. Det betyr at vi får et svært stabilt system. Oljen hindrer også korrosjon i det hydrauliske systemet. Hydraulikk brukes til blant annet: • styring av sylindere til anleggsmaskiner, løfteutstyr, vedkløyvere, roboter og undervannskonstruksjoner • kraftoverføring på kjøretøy • styringssystem på større båter • fjernstyring av undervannsventiler • støtdemping på kjøretøy og maskiner • hjelpekraft (servo) på styring og bremser på kjøretøy Trykket i en hydraulisk krets kan komme opp i over 300 bar i høytrykksanlegg. Til sammenligning bruker vi ofte et trykk på 6–8 bar i pneumatiske anlegg. Lufttrykket i et dekk er vanligvis under 3 bar på en personbil.

.


226

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Arbeid på hydrauliske anlegg Siden trykket kan bli så stort, må vi ta noen hensyn. Dersom det oppstår lekkasjer i rør, slanger eller annet hydraulisk utstyr som det går hydraulikkolje igjennom, utgjør dette en fare. Man kan da risikere at en stråle av hydraulikkoljen trenger igjennom huden hvis man kommer i nærheten. Det kan også hende at en slange eller et rør plutselig går i stykker fordi man bruker utstyret feil, eller man har montert en slange eller annet utstyr som ikke tåler trykket.

HMS Følg alltid monteringsanvisninger og spesifikasjoner fra leverandørene ved montering av hydraulisk utstyr. Dersom man løfter noe tungt ved hjelp av en hydraulikksylinder, skal man legge noe under lasten før man demonterer slikt utstyr. Da vil ikke lasten presse oljen tilbake i systemet. Vi kan godt kalle dette for en trykkavlastning. Dette er viktig å huske hvis man skal arbeide med en gravemaskin, kran eller annet løfteutstyr. Ved uforsiktig bruk av høytrykksutstyr kan det skje at hydraulikkoljen trenger gjennom huden. En slik kontakt med produktet krever øyeblikkelig legebehandling. (Castrol)


hydraulikk

227

\\

Hydraulikkaggregat Som kraftforsyning til mange typer hydrauliske anlegg brukes et aggregat som har til oppgave å produsere hydraulisk trykk. Aggregatet består av: 1 Tank 2 Oljenivåindikator med termometer 3 Luftfilter 4 Returfilter 5 Manometer 6 Trykktilkoblingsnippel 7 Pumpebærer 8 Hydraulikkpumpe med fast slagvolum 9 Trykkbegrensingsventil 10 Av- og på-bryter med motorvern 11 Trefaset elektromotor 12 Tilkoblingsledning, 5-polet 13 Tilkoblingsnippel til tank 14 Innstilling for trykkbegrensingsventilen 15 Skrue for oljetapping 16 Koblingsboks

5 13

8

13

6

7

14

11 3

8

16 4

2

15

10

9

12

1

M

Aggregatet er et komplett system som man kobler til en trefaset strømkontakt. Aggregatet leverer hydraulikkolje under trykk, som kan brukes til forskjellige verktøy eller i hydrauliske systemer, for eksempel en vedkløyver. Slike aggregater finnes i flere forskjellige størrelser. Det finnes også andre typer hydrauliske kraftforsyninger. En traktor har som regel et innebygget aggregat der kjøretøyets motor er drivkraften til hydraulikkpumpa. Dermed kan man koble til forskjellig utstyr som er beregnet for landbruk, og som inneholder forskjellige typer hydrauliske arbeidsenheter. Et eksempel på dette kan være en dumperhenger eller en tømmerkran.


228

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Betjeningsspaker Foto: Nokka

Hydraulikksentral for ekstern hydraulikk. her kan det også tilpasses til styring av dobbelsvirkende sylinder på lasteapparat eller til hydraulisk motor

Omstilling fra enkelt- til dobbeltvirkende funksjon Oljeuttak for bruk til enkelt- eller dobbeltvirkende arbeidsenhet Trykkrør til ekstern hydraulikk Trykkrør til MP gir

Oljeuttak for girkasse

Trykkrør til IPTO clutch Trykkreduksjonsventil

IPTO clutch brems

Tannhjulspumpe Drivreim

IPTO clutch

Drivaksel inn Stempelpumpe/ aksialpumpe

Tømmerkran som blir drevet og styrt av hydraulikk.

Sil/filter

Et enkelt hydraulisk anlegg på en traktor.

Hydraulikkolje Oljen som brukes i hydrauliske anlegg, er delt inn i forskjellige kvaliteter og viskositeter. Oljens viskositet sier noe om hvor tykk oljen er. En tykk olje har et høyt tall. ISO 46 er tykkere enn ISO 32 cSt. I enkelte tilfeller kan 10W-40 motorolje til bilmotor brukes, forutsatt at den ikke inneholder tilsetningsstoffer som kan forårsake korrosjon og kavitasjon. Det anbefales likevel at en hydraulikkvæske brukes, og at valget er basert på ISO-klasser. Disse væskene inneholder ikke skadelige tilsetningsstoffer som kan forårsake skade på komponenter, og er utformet for å arbeide innenfor et bestemt temperaturområde.


hydraulikk

Betegnelse

Egenskaper

H

Mineralolje uten tilsetninger

HL

Olje som brukes ved trykk opp til 200 bar

HLP

Olje som brukes ved trykk over 200 bar

HV

Olje som kan brukes der temperaturen varierer mye

HD

Hydraulikkolje for mobilt utstyr som motvirker korrosjon og garanterer flyt selv ved lave temperaturer

HF

Hydraulikkolje med høy viskositet som motstår rust og kavitasjon

HP

Hydraulisk girolje som tåler svært høyt trykk

HT

Hydraulikkolje til bruk ved høy temperatur

\\

Hydraulikkoljer

Kavitasjon vil si at det dannes luftbobler i væsken på grunn av store trykkvariasjoner. Når disse luftboblene sprekker mot en overflate, forårsaker de stor slitasje på overflaten.

Hvis oljen er utsatt for høye temperaturer, kan det være nødvendig med en oljekjøler. Dersom oljen blir utsatt for kalde omgivelser, eller ved oppstart av en maskin, benyttes ofte en oljevarmer for å få oljen mer tyntflytende. Ved 40–60 °C driftstemperatur fungerer det hydrauliske anlegget best. Dersom viskositeten til hydraulikkvæsken er for høy, vil det føre til dårlig mekanisk effektivitet på grunn av økt friksjon under oppstart, og det kan føre til kavitasjon i systemet. For at komponentene i et hydraulisk anlegg skal fungere godt, må væsken ha god smøreevne, riktig viskositet og skille seg fra vann slik at ikke delene i anlegget ruster. Væsken bør heller ikke danne for mye skum som gir luft i systemet. Dette kan forårsake ulyder. Kontakt produsenten av det hydrauliske utstyret for å få informasjon om hva slags olje som skal benyttes.

HMS I hydrauliske kretser som er i spesielt varme omgivelser, må det brukes hydraulikkolje som ikke er brennbar.

229


230

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Styringsenheter Hydrauliske prosesser styres av ventiler som blir betjent • manuelt • elektromekanisk (solenoid) • pneumatisk (trykkluft) • hydraulisk Ventilene skiller seg fra pneumatiske ventiler i form av at de er mer robuste. De hydrauliske symbolene forstås på samme måte som de pneumatiske når man leser et skjema. Vi snakker fortsatt om flytretning, porter og funksjoner. Det som er annerledes i den hydrauliske kretsen, er at returen av olje går tilbake til tanken. I pneumatiske anlegg går luften ut i friluft.

Retningsventiler Ventiler brukes for å regulere og kontrollere en krets. En retningsventil er en ventil som regulerer hvor hydraulikkvæsken skal strømme. Ofte beskrives en slik ventil med to tall: antall porter og antall mulige posisjoner, for eksempel har en 4/3-ventil fire porter og tre mulige posisjoner. II

0

I

A

B

P

T

Stempel Fjær

to es :F

to Fo

Enkel 4/3-ventil med hurtigkobling for slanger

T A P B Stem Sylindrisk spiralspennstift Eksenterkam

Figuren viser en enkel 4/3-ventil med hurtigkoblinger for slanger. Denne har fire porter og tre posisjoner, en spak til å styre hvilken posisjon ventilen skal stå i, og fjærretur. Dette viser også symbolet.


3_4_2_3

3_5_15b

3_4_4i

hydraulikk

• • •

3_4_2_3

3_5_15b

3_4_4i De fire portene har følgende bokstaver: A B

A og B er tilkobling til arbeidsenhet (sylinder, motor osv.) Y P T P er tilkobling for trykk (pressure) T er retur til tank 3_5_6b

3_4_2_4 3_5_15d 3_4_2_3

3_5_15b

3_4_4i A

B

P

T

3_4_2_4

Y

4/3-veis

231

\\

2/2-veis

3/2-veis

3_5_15d

3_5_6b

A B 3_5_15b Tabellen under viser noen av de3_4_4i mest vanlige ventiltypene innenfor I A B hydraulikk. Disse har påmontert en eller annen form for styring. En P T Y returfjær er også en styring, fordi den «styrer» ventilen i retur. 3_5_15f P

T

3_5_6d 3_5_6b Symbol

Bilde

A

Type

3_4_2_5 3_4_2_3 3_4_2_4 3_4_2_5

B

4/2-ventil med elektrisk styring og fjærretur

I P

3_5_15d

Grunnsymboler

A

T

B

3_5_15f

Y P 3_5_6d

T

3_5_15d

3_5_6b A B A

B

P

T

P

T

3_4_2_1 3_5_15f

3_5_6f 3_5_6d B I A P

B I

T P

A P

4/3-ventil med fjærretur til midtstilling der trykkport (P) er stengt

3_4_2_1

T

3_5_6f A B 3_5_6d B T

4/3-ventil med fjærretur3_5_15f til resirkulerende midtstilling

I

I

3_4_2_2

3_5_6h P

T

3_4_2_1

3_5_6f

B Retningsventilene i tabellen kan Aogså haI andre styringer enn det som er vist. 4/3-ventilen med håndstyrt spak og fjærretur kan også P AT B leveres med elektrisk styring i hver ende. I 3_4_2_2

3_5_6h P

3_4_2_5

4/3-ventil med håndstyrt spak og fjærretur

I I

A

3_4_2_6 3_4_2_4

3_4_2_6 3_4_2_7 3_4_2_5

3_4_2_6 3_4_2_7

3_4_2_8 3_4_2_6 3_4_2_7

3_4_2_8

T

3_4_2_1 Maksimal belastning på de ventilene som her er vist, ligger på 120 3_5_6f B bar, og arbeidstrykket er 60 bar. AOljen som benyttes, skal være I mineralsk med en viskositet på 22cSt (se beskrivelse av olje og P T viskositet). 3_4_2_2

3_4_2_7

3_4_2_8

3_5_6h

Flere ventiler med symboler finner du i Verkstedhåndboka. A

B I

P

T

3_4_2_8


232

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Volumstrømventil En volumstrømventil (strupeventil) regulerer hvor mye hydraulikkvæske som passerer gjennom den. Det gjør at trykket kan reguleres ned slik at man får et lavere trykk på utgående port enn på inngående. Denne ventilen kan for eksempel brukes der man ønsker lavere hastighet på en sylinder eller en hydraulisk motor.

Roterende knott

Symbol for jevn trykkreduksjon

Strupespindel

o est :F o t Fo

Volumstrømventil

A

B

Strupeåpning

A

B

Symbol for varierbar trykkreduksjon

Ventilhus

På siden av ventilen (se bildet) står symbolet for hvilken type ventil det er. Dette er en volumstrømregulator med varierbar volumstrøm.

Trykkreduksjonsventil Denne ventilen plasseres i innløpet til den delen av det hydrauliske anlegget som vi ønsker å ha mindre trykk i (trykkreduksjon). Ventilen er normalt åpen, men den lukker mer og mer når det nærmer seg det trykket vi har stilt ventilen inn på. Stempel

Fjær

Justeringskrue

A

o est :F

to Fo

Trykkreduksjonsventil

A P

T P

T


hydraulikk

Oljens flytretning er fra P til A. Etter hvert som trykket ved port A øker, blir stempelet trykket mot fjæra (2) inntil forbindelsen mellom P og A blir tettet av stempelet (1). Hvis trykket på port A øker enda mer, vil stempelet gå videre til det åpner for forbindelsen mellom A og T. Fjærkraften kan endres ved å skru på justeringsskruen og dermed justere trykket.

Eksempel på bruk av trykkreduksjonsventil En forstyrt trykkreduksjonsventil kan komme til nytte på følgende måte når vi har behov for to forskjellige trykk på samme system: C1

C2

Drivtrykk: 60 bar

3

N

4 Y

A P B T

2

A P B T

B A

P

60 bar

T 1

På figuren er retningsventilen til høyre (4) aktivert, og sylinderen (C2) går i plussretning. Arbeidstrykket er på 60 bar. Oljen strømmer gjennom trykkreduksjonsventilen (3) og den samme retningsventilen til sylinderens (C2) plusskammer fordi trykkbegrensingsventilen (2) er stengt. Etter hvert har stempelet kommet til fullt utslag og stopper. Dermed stopper volumstrømmen til sylinderen opp, og pumpetrykket stiger til trykkbegrensingsventilens innstillingstrykk på 150 bar. Det går nå gjennomløp til tanken gjennom trykkbegrensingsventilen. Trykkreduksjonsventilen er nesten stengt for gjennomstrømning fra B til A, og derfor kommer ikke trykket inn til sylinder C2 over 80 bar. Dermed blir oljestrømmen fra B til A tilsvarende volumstrømmen over den forstyrte trykkreduksjonsventilen.

\\

233


234

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Trykkbegrensingsventil Trykkbegrensingsventilen begrenser trykket på port P til den innstilte verdien sammenlignet med trykket på T. Når trykket blir større enn fjærkraften i ventilen, tenker vi oss at pila går opp i høyde med P og T. Dermed blir det forbindelse mellom trykk (P) og retur (T). Det vil si at hvis trykket øker inne i ventilen slik at kjeglen presser fjæra tilbake, slippes oljen gjennom til T. Fjærtrykket reguleres på justeringsskruen (rattet). Oljen flyter gjennom sperreventilen dersom trykket ved port T er større enn ved port P. Tilbakeslagsventil Dempingstempel Lukkekjegle Ventilsete

P

T to: Fo

sto Fe

P

T

Trykkbegrensingsventil

Den forstyrte trykkbegrensingsventilen har en annen funksjon. Den kan begrense mye større trykk enn den direktestyrte trykkbegrensingsventilen. Trykket står på port P mellom begge nåldysene (3 og 7) og ventilsetet (4). Trykket i fjærkammeret er det samme som trykket ved T. Hvis kraften på konusen for tetting (5) overstiger fjærkraften, åpnes retur til tanken. Oljen som strømmer, gjør da at trykket i fjærkammeret (2) synker på grunn av de to dysene. Stempelet (1) skyves da mot fjæra på grunn av forskjell i trykket og åpner fra P til T.


hydraulikk

Stempel Fjærkammer Nåldyse Ventilsete Konus for tetting P

P

T

Hovedkontrollbøssing Flytkontrolldyse

to es :F

T

to Fo

Forstyrt trykkbegrensingsventil

Tilbakeslagsventil En tilbakeslagsventil sørger for at væsken bare kan gå én vei gjennom kretsen. Tilbakeslagsventilen kan være fjærbelastet slik at den bare åpner når trykket når en bestemt verdi. Fjær

A

Kule

Ventilhus

B

Denne tilbakeslagsventilen har to tilkoblinger der A er til venstre (han) og B er til høyre (hun).

Tilbakeslagsventil

\\

235


236

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Arbeidsenheter Sylinder (aktuator) Hovedfunksjonen til en sylinder (aktuator) er å utøve en kraft på et objekt og dermed bevege det. En sylinder består vanligvis av et stempel med en stempelstang plassert inne i en sylinder. Stempelet drives av trykkforskjellen på hver side av stempelet og kraften på enden av stempelstanga. Kraften kan være noe som skal løftes, trekkes eller skyves av sylinderen. Skal vi regne ut sylinderens volum, benytter vi formelen: V=A·s p · D2      , Arealet (A) regnes først ut: A = ​  _____ 4 der D er stempelets diameter i millimeter (mm) eller centimeter (cm).

E k se mpe l En sylinder har diameter på 50 mm og slaglengde på 100 mm. Vi regner i cm fordi vi da lett kan få svaret i bar ved å dele med 10. p · D2 __________ 3,14 · 52  ​  = ​   ​ =       19,6 cm2 A = ​ ______ 4 4 V = A · s = 1962,5 · 10 = 196 cm3

Dersom man skal regne ut volumet på den siden der stempelstanga sitter (minuskammeret), må vi trekke fra arealet av stempelstangas tverrsnitt ved utregningen av arealet. 2 1

F

A1 A2

A1 er arealet av hele stempelets overflate i mm2 A2 er arealet av stempelstanga i tverrsnittet målt i mm2


hydraulikk

Kraft Kraften i plussretning er når stempelstanga går ut, og da regner vi med hele arealet. F=p·A der F er kraft, p er trykk og A er arealet. Kraften i minusretning blir noe mindre på grunn av stempelstanga som opptar noe av arealet: F = p · (A1 – A2) Hvis vi skal løfte en vekt på 500 kg, kan vi regne ut trykket vi trenger å løfte med når vi bruker sylinderen i eksempelet over: Først regner vi ut F som er vekten i kg ganger 9,81. F = 500 ∙ 9,81 = 4905 N 4905 F Trykket, p = __    ​   ​ som gir p = _____ ​    ​= 250 N/cm3 = 25 bar A 19,6 3_5_15b

3_4_4i

3_4_2_3

F er kraften i N (Newton) p er trykket i N/cm2 3_5_15b

3_4_4i A

B

P

T

3_4_2_3 3_4_2_4

Y

3_5_15d

3_5_6b 3_4_4i A

3_5_15b B

Y P

T

3_5_15d

3_5_6b A

B I A

P

B T

3_5_15f

Y P

3_5_6d

T

Dobbeltvirkende sylinder

3_4_2_3 Tandemsylinder med 3_4_2_4 stempelstang ut i begge ender. 3_4_2_5 Lineær sylinder med angitt lengde for arbeidsområde. 3_4_2_4

3_4_2_5

3_5_15d

3_5_6b

Noen avA deB mest vanlige sylinderne I P

T

3_5_15f

3_5_6d A

3_4_2_6 3_4_2_5

B A

P

B

I

T P

I

T

3_5_6f 3_5_6d

3_4_2_1 3_5_15f

3_4_2_6 3_4_2_7

\\

237


238

DEL 3

1

STYRINGSTEKNIKK

2

3

4

5

6

7 8 9

Hydraulikksylinderen er bygget opp med deler som skal tåle langt større trykk enn den pneumatiske sylinderen. Delene kan bestilles som et reparasjonssett. I dette tilfellet består sylinderen av: 1 plusskammer 2 stempelpakning 3 stempel 4 minuskammer 5 stempelstang 6 sylinderrør 7 stempelstangfôring 8 stempelstangpakning 9 avskraper Pakningen (8) er den som står imot trykket og tetter for oljen, mens avskraperen sørger for at det ikke kommer støv og skitt inn. Pakningene kan ha mange forskjellige utforminger i tverrsnittet for å tåle mer trykk eller på annen måte fungere hensiktsmessig i forhold til hva den hydrauliske sylinderen skal brukes til. Sylinderen kan festes med forskjellige slags festeinnretninger.


hydraulikk

Støtdemperprinsippet En støtdemper er også en form for sylinder der oljen i sylinderen bremses igjennom små hull som den skal igjennom. Dette gir en treg bevegelse. Dersom det oppstår lekkasje, vil oljen passere igjennom alternative veier eller lekke ut og derfor virke svært dårlig.

Øvre feste

Stempelstang

Olje

Reservesylinder Trykkrør

Baseventil

Nedre feste

Motor I motsetning til sylinderen vil en motor utøve et moment og skape rotasjon av hydraulisk trykk. En pumpe og en motor har i prinsippet lik konstruksjon; mens en motor skaper moment, skaper en pumpe trykk fra moment. Det finnes flere typer motorer som er bygd opp på forskjellige måter. Motorer som er mye brukt, er stempelmotorer og motorer med utvendig eller innvendig fortanning. Det viktigste å tenke på når man skal velge motor, er hvor stor kraft som skal overføres i rotasjonsretningen (moment), og hvor stort arbeidstrykk som kreves til dette.

\\

239


240

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

I likhet med for eksempel en elektromotor er vi avhengig av en kraftkilde for at hydraulikkmotoren skal skape rotasjon. Kraften hentes fra det hydrauliske aggregatet enten det er stasjonært (fast montert) eller mobilt (flyttbart eller i kjøretøy) eller direkte fra en justerbar stempelpumpe. Trykket som driver motoren, kommer da fra en pumpe som igjen drives av en elektromotor eller tilsvarende. Trykket blir overført med slanger eller rør som går fram til motoren.

1

7 6

to: Fo

3 5 5

sto Fe

2

4

4

3

7

1 2 3 4 5 6 7

Tilkoblingsport Vekselventil Gir med utvendig tannhjul Kardangaksel Drivaksel med kollektordel Motorhus med pilotkanaler Stasjonært gir med innvendige tannhjul

Motoren på bildet er beregnet til et arbeidstrykk på 60 bar, og kan benyttes ved trykk opp til 120 bar. Hydraulisk olje under trykk blir koblet til tilkoblingsporten (1) og blir ført inn mellom tannhjulene (3 og 7). Dette gjør at tannhjulene blir presset i rotasjonsretning. Motoren kan kjøres i begge rotasjonsretninger.

Symbol


hydraulikk

\\

241

Hydrauliske motorer til drift av kjøretøy Drivaksel og inn Hydrauliske stempelmotorer brukes mye på traktorer Styrespak arbeidsmaskiner til framdrift av selve kjøretøyet. Trykket fra stempelpumpa øker eller avtar fordi stillingen på skråplata (se avsnittet om stempelpumpe) kan justeres med en styrespak. Dermed fungerer systemet som en trinnløs motor.

Skråplata på pumpa har da justerbar vinkel og mens motoren har fast stilling på skråplata. Skråstilt monteringsramme Bøyelige hydraulikkslanger

Drivaksel inn Styrespak

Hydraulisk pumpe Hydraulisk stempelmotor

Hydraulisk pumpe Hydraulisk dermed slaglengde, stempelmotor

Styrespak

Pumpe med variabel skråskive

Arbeidsaksel ut Motor med Lavtrykk skråskive i til pumpe fast stilling

Høytrykk til motor

Pumpe med variabel skråskive

Motor med Lavtrykk skråskive i til pumpe fast stilling

Høytrykk til motor

Pumper

Fremover

Bøyelige slanger

Arbeidsaksel ut

Styrespak

Skråstilt monteringsramme Bøyelige hydraulikkslanger

Fremover

Fristilling Høytrykk

Lavtrykk

Bakover

Bøyelige slanger

Legg merke til de svarte pilene inne i sirkelen som peker fra senter og ut mot selve sirkelen. Disse står motsatt vei dersom de skal forestille en motor. DenFristilling gjennomgående pila betyr justerbar eller variabel. Høytrykk

Lavtrykk

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet og flyt i en retning.

Bakover

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet og flyt i to retninger.

Vanlige symboler for hydraulisk pumpe

Hydraulisk pumpe med variabel kapasitet og flyt i en retning.

Hydraulisk pumpe med variabel kapasitet og flyt i to retninger.

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet og flyt i en retning, med 2 rotasjonsretninger


242

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Pumpe med innvendig fortanning I prinsippet er denne pumpetypen blant annet brukt i motorer til kjøretøy for å drive motorolje gjennom kanaler og ut til alle smøresteder. Pumpa passer godt til et arbeidstrykk på 60 bar, og kan gi helt opp i 120 bar. Spalten mellom tennene i tannhjulene transporterer væsken på begge sider av halvmånen til utløpssiden når disse roterer. Væsken presses ut av pumpehuset når tannhjulene glir sammen igjen. Denne innvendig fortannede tannhjulspumpen har en ytre rotor (oransje) som drar med seg det innvendige tannhjulet kalt Idler (vist i hvitt). Gerotorpumpa er et alternativ til denne pumpetypen hvis man vil ha en pumpe med mindre støy.

Tannhjulspumper En pumpetype som har vært på markedet i svært lang tid er tannhjulspumpa. Dette er fortrengningspumper som presser oljen fra inngangsporten mellom tennene i pumpa og ut gjennom en utløpsport. Her skiller vi mellom: • Tannhjulspumpe med innvendig fortanning • Tannhjulspumpe med utvendig fortanning Tannhjulspumpe med innvendig fortanning I prinsippet er denne pumpetypen blant annet brukt i motorer til kjøretøy for å drive motorolje gjennom kanaler og ut til alle smøresteder. Spalten mellom tennene i tannhjulene transporterer væsken på begge sider av halvmånen til utløpssiden når disse roterer, og væsken presses ut av pumpehuset når tannhjulene glir sammen igjen. Denne innvendig fortannede tannhjulspumpen har en ytre rotor (oransje) som drar med seg det innvendige tannhjulet kalt Idler (vist i hvitt).

Tannhjulspumpe med innvendig fortanning


hydraulikk

\\

Tannhjulspumpe med utvendig fortanning En tannhjulspumpe med utvendig fortanning består av to tannhjul, der det ene drives rundt av en drivaksel. Når dette blir satt i drift ved at en motor dreier på drivakselen, følger det andre tannhjulet med rundt. Det roterer da i motsatt retning. Når hydraulikkolje fylles inn gjennom innsugsporten, blir den presset ut gjennom en trykkport av tannhjulene når pumpa er i drift. Pumpehus Innsugingsport Tannhjul drift

Drivaksel Tetningsring Monteringsflens Trykkport Bøssinger Pakning

Tannhjulspumpe med utvendig fortanning

Tannhjul

Skruer

Aksialstempelpumpe I det siste har regulerbare pumper blitt mer og mer vanlig. En aksialpumpe har stempler til å pumpe opp trykket med, kan reguleres på vinkelen og dermed gi større slag på stemplene. Dette gir større slaglengde og dermed større trykk. For å vise dette på en bedre måte kan vi se litt på en figur: Vmaks Aksel Slaglengde

Swashplate

Stempel

Sylindertønne

Figuren viser hvordan en aksialstempelpumpe kan justeres ved hjelp av aksial forskyvning. Det vil si at swashplata (skråskiva) har justerbar vinkel. Sylindertønna er drevet av akslingen som går gjennom et hull i skråplata. Dermed roterer sylindertønna mens slaglengden på stempelet øker jo større vinkelen på skråplata er. Med større slaglengde på stemplene økes trykket på oljen som blir pumpet ut, og med mindre slaglengde minskes trykket ut fra pumpa.

Aksialstempelpumpe

243


244

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Når plata står rett opp og ned, kommer det ikke trykk ut, men pumpa kan fremdeles gå. Vinkelen på skråplata justeres vanligvis med en hydraulisk sylinder som er innebygd i pumpehuset. Styringen kan også være elektronisk. Slike pumper egner seg godt til løfteutstyr på blant annet mobilkraner. De kan også være nyttige for å øke hastigheten på en vinsj. I prinsippet er pumpetypen ofte brukt på høytrykksspylere for vann. Aksialpumper finnes også som skråblokkpumper der selve pumpehuset står i en fast vinkel.

Lamellpumpe Lamellpumper (vingepumper) har vært mye brukt i servo, som er en kraftforsterkning til for eksempel styring av kjøretøy. Ulempen med denne pumpetypen er at de kan avgi noe spon fra lamellplatene. I prosesser der en sylinder kjøres helt ut, kan lamellpumpa slippe på grunn av lamellplatene, noe som gjør at stempelet i sylinderen som drives ut, ikke så lett låser seg fast mekanisk. Denne pumpetypen brukes mest på mindre pumper.

Tank/reservoar

Returport Lamell Rotor

Trykkport Overtrykksventil


hydraulikk

\\

Eksempler på bruk av pumper og sylindere i en gravemaskin Pumper

Plassering

Pumpetype

Maks volumstrøm

Innstilling av overtrykksventil

Hovedsystem

2 Variable stempelpumper

490 l/min

320 bar/350 bar

Sving

2 Variable stempelpumper

450 l/min

260 bar

Pilot

Tannhjulspumpe

90 l/min

41 bar

Sylindere

Boring i mm

Slaglengde i mm

Bom

180

1415

Hoved

152

1953

Stick

220

1855

Bucket

178

1810

Bottom dump

160

275

Hydrauliske pumper, reguleringsventiler og hydrauliske tanker er plassert tett sammen for å redusere lengden på rør og slanger. Volumstrøm Volumstrøm er hvor mye olje som pumpes inn i en sylinder i løpet av en viss tid. Formelen for volumstrøm er: V · 60    ​    q = _______ 1000 · t q står for volumstrøm i liter per minutt (l/min), V er sylindervolumet målt i kubikkcentimeter (cm3), og t er tiden i sekunder (s).

245


246

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Akkumulator En akkumulator er en tank med en gass, ofte innkapslet i en blære, som fungerer som et lager for trykk. Ved sykliske arbeidsprosesser vil man bruke en akkumulator for raskt å kunne fordele oljen der den trengs. Man ønsker også å bruke en akkumulator for å fjerne forstyrrelser på linja, og da fungerer akkumulatoren som en demper. 1

2

3 4 5 6

7

8

1

0

2

Fot o

: Fe

sto

P

Akkumulator

1 2 3 4 5 6 7 8

T

Gassventil Trykkbeholder Sperreblokk Trykktilførsel Manometer (trykkmåler) 3/3-ventil med spak Trykkbegrensingsventil Tanktilkobling

Trykkbeholderen (2) blir fylt opp via port (4) når ventilen (6) er åpen. Gassen, som er adskilt fra den hydrauliske væsken, kondenserer i denne prosessen. Hvis trykket på port (4) åpner, vil den kondenserte gassens volum utvide seg og fortrenge væsken som er lagret i trykkbeholderen. Den lagrede væsken tilsvarer endringen i gassvolumet mellom nedre og nåværende arbeidstrykk. Arbeidstrykket kan leses av på manometeret (5). Trykkbegrensingsventilen (7) beskytter trykkbeholderen mot for stort trykk (overbelastning). Fyllingstrykket til beholderen kan kontrolleres og/eller endres på ventilen (1) ved hjelp av fyllings- og testutstyr.


hydraulikk

\\

247

Slanger Hydraulikkslanger velges ut ifra • hvor stort trykk de skal tåle • hvor høy temperatur de er utsatt for • lengden på slangen • hva slags væske som skal gå i den, og hva slags kjemikalier den eventuelt utsettes for på utsiden • om de skal kunne kobles raskt til og fra (hurtigkoblinger)

to: Fo

Installasjon Galt

Riktig

Kommentar

v

r r min. r min.

v

r

r min. r min.

v v

r

r min. r min.

d

r min.

v

r

r min. r r min.

r min.

v

v

r

r min. r min.

d

d r min. d 1,5 d r min. 1,5 d r min. r min. 1,5 1,5 d d r min.

r min.

v

r

d d

r min.r min.

r min. r min. d

d

1,5 d

Unngå kontakt med deler som kan forårsake slitasje. Hvis slangen skal være i bevegelse, er det viktig å tilpasse riktig slangelengde for å unngå strekk og slitasje.

slitasje slitasje

v

r r min. r min.

v

r min. r min.

v v

slitasje

r

slitasje slitasje

slitasje slitasje

min. dist. min. dist. min.min. dist.dist.

r min.

v

r

r min.

v

r

Slangen må ikke bøyes rett etter koblingen.

1,5 d 1,5 d

slitasje slitasje

slitasje slitasje slitasje

Bruk riktig valg av koblinger for å unngå for liten bøyeradius.

1,5 d

r min.r min.

r

Unngå torsjonsvridning av slangeenheten. Hvis bevegelige deler kan forårsake vridning, er det viktig å unngå det ved hjelp av riktig installasjon.

Kilde: TESS

Koblingskategorier og valg

sto Fe


248

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Kilde: TESS

Kilde: TESS


hydraulikk

\\

249

Hydrauliske skjema og koblinger Hydrauliske anlegg består av forskjellige sammensetninger av styringsenheter og arbeidsenheter der det er arbeidsenheten som skal utføre arbeidet. Når vi skal beregne et slikt anlegg, må vi derfor ta hensyn til hvor stor kraft som skal belaste arbeidsenheten. I avsnittet om sylinderen foretok vi utregninger av kraft, og i avsnittet om motoren ble ordet dreiemoment nevnt. Pumpa som skal levere nok trykk til å utføre arbeidet, må så dimensjoneres (beregnes) ut fra behovet til arbeidsenheten. Så skal ventiler, filter, oljekjøler/-varmer, slanger og koblinger velges og vurderes ut fra behov. På figuren ser vi en enkel kobling der en sylinder skal drives av en 4/3-ventil som er styrt av en spak med returfjær til stengt midtstilling.

En enkel skisse over de forskjellige delene i et hydraulisk anlegg (venstre) og samme krets framstilt skjematisk

Oljen renses av et filter før den går gjennom pumpa og videre til ventilen. Når spaken skyves mot venstre, vil den høyre firkanten i ventilsymbolet stå ved linjene inn og ut. Da vil oljen strømme inn gjennom minuskammeret ved stempelstanga og skyve stempelet i sylinderen mot venstre. Oljen som skyves framover i sylinderen, blir ført tilbake til tanken via ventilen. Studer pilene (flytretningen) for å forstå symbolet.


250

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Når spaken ikke håndteres, går ventilen i midtstilling og stenger for gjennomstrømning. Ved betjening mot høyre vil firkanten til venstre stå ved linjene, og oljen strømmer gjennom ventilen til plusskammeret i sylinderen slik at sylinderen går i plussretning. Retur av olje til tanken strømmer fra minuskammeret gjennom ventilen.

Krets i en gravemaskin På en gravemaskin brukes hydraulikk til å styre grabben som brukes til å grave med. Dette er selve «spaden» på gravemaskinen. Hydraulikktrykket kommer fra oljepumpa som blir drevet av motoren. Oljen som blir pumpet inn i systemet, kommer fra en hydraulikktank i gravemaskinen. Under graving betjenes spaken inne i gravemaskinen. Når spaken ikke betjenes, står 4/3-ventilen i midtstilling og stenger for hydraulikkoljen (markert med gult). Da vil grabben stå i ro. Grabb på gravemaskin

Sylinder

Styreventil Stopp-posisjon Symbol til styreventil Oljetank

Pumpe

Når spaken trekkes mot operatøren i gravemaskinen, vil den venstre delen av ventilsymbolet (markert gul) være i funksjon. Hydraulikkoljen pumpes dermed inn i framgavlen på den hydrauliske sylinderen som styrer grabben. Dette fører til at grabben åpner seg fordi sylinderen går i minusretning.


hydraulikk

Grabb på gravemaskin

Sylinder

Styreventil Åpne grabb Symbol til styreventil Pumpe

Oljetank

Dersom grabben skal drives ned i bakken for å grave, betjenes spaken forover. Det fører til at den høyre delen av 4/3-ventilen (markert gul) er i funksjon og fører hydraulikkoljen inn på sylinderens bakgavl. Sylinderen går i plussretning og skyver grabben framover til den lukkes. Grabb på gravemaskin

Sylinder

Styreventil Lukket grabb Symbol til styreventil Oljetank

Pumpe

Sylinderen kan også stanses i en vilkårlig stilling, og sylinderen «låses» slik at den ikke mister kraften. Kretsen som styrer grabben, kan da skisseres slik med en oljetank, en hydraulikkpumpe, en 4/3-retningsventil, en tilbakeslagsventil som åpner for oljeretur til tanken dersom ventilen ikke betjenes, og en dobbeltvirkende sylinder som styrer grabben.

\\

251


252

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Grabb på gravemaskin

Sylinder

A

Slide S

B

Retningsventil  P

T

M

Pumpe Oljetank

T

Hydraulisk jekk Å løfte tunge gjenstander er av og til nødvendig. Når man skifter hjul på bilen, kan det være nyttig med en hydraulisk jekk. Oppgaven til jekken er å utføre et tungt løft ved å bruke håndkraft uten særlig anstrengelse. Når kraften fra stempelet i S1 skyver hydraulikkolje over i sylinder S2, utgjør det en liten bevegelse på S2 i forhold til S1. I prinsippet er trykket på hver kvadratmillimeter flate like stort på begge sider.

Kraft fra stempel Kraft fra sylinder

Kraft fra last

F1 Radius r1 Pumpe

F2

S1 h1

Hydraulisk jekk

Radius r2 Rør

S2 h2


hydraulikk

Trykket regnes ut ved å bruke formelen F p = __ ​     A p er trykket i N/cm2 A er arealet i cm2 = π · r2 F er kraften i Newton (N)

E k s em p e l Vi skal regne ut løftekraften på S2 når kraften vi utøver mot stempelet i pumpa ved sylinderen S1 er 800 N (ca. 82 kg) og arealet til stempelet er 2,5 cm² (A1). Arealet til stempelet i sylinderen S2 er 14 cm² (A2). Vi skal også regne ut hvor mye S2 beveger seg når S1 går 10 cm nedover. Vi begynner med å finne trykket i systemet: F1 800  ​ = 320 N/cm2 = 32 bar ​      p = ​ ___  ​ = _____ 2,5 A1 Trykket i systemet er 32 bar, og det overføres til det andre stempelet. Løftekraften på S2 blir da: F2 = p · A2 = 320 · 14 = 4480 N (1 newton (N) = 9,81 kg) 4480    = 457 kg   4480 N utgjør dermed ______   9,81 Vi kan også regne ut hvor mye S2 vil bevege seg oppover, når vi skyver S1 ned 10 cm. Siden volumet av oljen som forskyves, er det samme i begge sylindrene, kan vi si at V1 = V2. Det kan vi også skrive slik h1 · A1 = h2 · A2 Vi snur på denne formelen og finner h2:

h1 · A1 _________ 10 · 2,5 h2 = ​ _______  ​ =  ​    = ​      1,78 cm A2 14 Hvis vi skyver S1 10 cm nedover, vil altså S2 bevege seg 1,78 cm

\\

253


254

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

oppover.

Hydrauliske bremser På kjøretøyer er det vanlig med hydrauliske bremser, og ofte med to kretser slik at hvis en krets ikke virker, er det fremdeles bremsekraft fra den andre. Prinsippet er likt som for jekken vi så på, fordi det er et lite stempel som skyver hydraulikkolje over til bremsekalipperen der stemplene lager friksjonskraft mot bremseskiva. Kraften mot bremseskiva og hvor mye stemplene beveger seg, kan regnes ut på samme måte som for en jekk. Det er denne friksjonen som bremser kjøretøyet. På en motorsykkel er pedalen byttet ut med en bremsehendel, og den gjør samme nytte.


hydraulikk

Vedlikehold og reparasjonsarbeid Dårlig vedlikehold fører til feil og av og til til svikt i hydrauliske systemer, og dermed høye kostnader. Derfor er det viktig at de som skal utføre vedlikehold og reparasjoner på anlegg, kan tilby et servicepersonell med lang erfaring og god kompetanse innen faget hydraulikk. Vi skiller mellom • forebyggende vedlikehold • reparasjonsarbeid på grunn av driftsstans Forebyggende vedlikehold er et tilpasset opplegg med jevnlig utførelse av vedlikehold etter en bestemt plan. Periodisk kontroll tas gjerne flere ganger i året. Bedrifter som selger det hydrauliske utstyret, tilbyr ofte en vakttelefon med mulighet for utrykking ved driftsstans. Det er da viktig for denne bedriften å ha rikelig med deler på lager og et eget verksted for reparasjoner som ikke kan utføres på stedet. Hvis du under drift eller inspeksjon oppdager noen feil, mangler eller slitasje, må du • umiddelbart slå av den hydrauliske kretsen • undersøke årsaken og rette på feilen • erstatte eventuelt defekte komponenter Feil på hydrauliske anlegg koster norsk næringsliv store beløp hvert eneste år, enten det skyldes dårlig vedlikehold eller annen type svikt. Det er derfor viktig at systemet har disse egenskapene: • Riktig konstruksjon til formålet • Driftssikkert og med lang levetid • Service- og vedlikeholdsvennlig • Brukervennlig og funksjonelt • Stillegående • Høy virkningsgrad og lang levetid • Trygt med hensyn til sikkerhet og HMS • Fritt for lekkasjer • God dokumentasjon

\\

255


256

DEL 3

STYRINGSTEKNIKK

Feilsøking Feil

Årsak

Tiltak

Ikke trykk på anlegget.

Pumpa som er koblet til motoren, er ikke i gang.

Slå på hovedbryteren.

Koblinger er vanskelige eller umulige å få på plass.

Trykket ble ikke avlastet.

Løs opp trykket.

Feil kobling av slanger.

Les skjema og koble opp på nytt.

Strupeventilen er stengt.

Åpne strupeventilen.

Hydraulikkpumpa er ikke slått på.

Slå på hovedbryteren eller start motoren som driver pumpa.

Sylinder går verken ut eller inn ved betjening av ventil.

Tett filter. For lavt trykk

Feil dimensjon på slanger, rør eller rørdeler. Slitasje eller defekt pumpe

Ulyd i hydraulikkpumpa.

Tomt for hydraulikkolje.

Kontroller og fyll på riktig olje.

Vann i oljen på grunn av kondens.

Oljeskift nødvendig.

Mediet i systemet drypper eller svetter i bakkant av hylsa. Dette kan oppstå ved feil installasjon eller ved for mye/ lite pressing. Drypp/svetting fra slangekobling.

Fleksing og trekking i slangeinstallasjonen kan også redusere tettheten ved hylse.

Uansett grunn til problem, slangen byttes.

Velg en slange som er kompatibel med mediet.

Slangen kan være for kort. Mediet ikke kompatibelt med slangens innergummi.

Korrosjon i kobling.

Koblingen har vært utsatt for omgivelser som har forårsaket rust. Kjemikalier, gjødsel, fuktighet og saltvann kan være årsaken til rust. De fleste koblinger er produsert av karbonstål og har zinkbelegg som har god motstandsdyktighet mot korrosjon. ISO 9227 krever at gjenstanden skal klare 96 timer i saltvannspray.

Koblinger skiftes ut. Velg annen materialkvalitet, eksempelvis AISI 316, SMO og Duplex.

Blæredannelse i yttergummi.

Blærer kommer til syne i yttergummi. Væske/gass vil trenge seg gjennom innertuben, for så å legge seg mellom slangens armering og yttergummi. Gass er et vanlig problem.

Bytt slangen til en som er bedre egnet til mediet. Er det komprimert gass, må slangen prikles.

Lekkasje ved gjenge eller pakkflate på grunn av ødelagt eller mistet o-ring. Ødelagt gjenge eller pakkflate. Gjenger som ikke passer sammen. Lekkasje ved gjenge eller pakkflate.

Forskjellig grader på pakkflate.

Over- og undertetting /feil moment.

1. Løsne komponenter 2. Mange koblinger har o-ring. Mangler denne, må den settes inn. Er det en o-ring der, må den inspiseres. Sjekk om o-ring er forenlig med mediet som går i installasjonen, byttes om nødvendig. 3. Sjekk pakkflatene. Alle sår og arr kan forårsake lekkasje. Om koblingen er satt på feil eller skeivt, kan gjengene ha blitt ødelagt. Bytt om nødvendig. Det er mulig å skru sammen gjenger som i utgangspunktet ikke passer sammen. Benytt riktig utstyr for å identifisere de komponentene som passer sammen. 4. Bruk rett tiltrekningskraft (moment)


OPPS U MME RI NG ■

Et hydraulikkaggregat er et komplett system

Hydraulisk olje har egenskaper som gjør at vann ikke blandes med oljen, og er klassifisert etter hvor mye trykk og temperatur det hydrauliske anlegget arbeider med.

som brukes til å pumpe hydraulikkolje inn i et hydraulisk anlegg.

Hydrauliske anlegg kan arbeide med et trykk på over 300 bar og kan derfor utgjøre en risiko.

Anleggsmaskiner har innebygde hydrauliske anlegg som får trykk fra en pumpe som drives av kjøretøyets motor.

Tannhjulspumper, stempelpumper (aksialpumper) og lamellpumper er de mest vanlige pumpene.

Det finnes ventiler som styres manuelt, elektromekanisk (solenoid), pneumatisk (trykkluft) eller hydraulisk.

Hydraulikkmotorer har ofte samme oppbygging som pumpene, forskjellen er at pumpen drives for eksempel av en elektrisk motor, mens hydraulikkmotoren blir drevet av trykket fra hydraulikkpumpa.

Ventiler har ofte 3 stillinger som i en 4/3 ventil, der midtstillingen er «hvilestilling».

På grunn av sikkerheten brukes trykkbegrensingsventiler for at ikke trykket skal overstige det som anlegget tåler.

Hydraulikk brukes blant annet i anleggsmaskiner, løfteutstyr, vedkløyvere, roboter og undervannskonstruksjoner, kraftoverføring på kjøretøy, styringssystem på større båter, støtdemping og servo (hjelpekraft) til bremser og styring på kjøretøy.

K ON T RO LLSP Ø RSM ÅL 1 Hva er forskjellen på hydraulikk og pneumatikk?

c. En lamellpumpe

2 Hva menes med et hydraulikkaggregat?

12 Hva er en akkumulator?

3 Hvor stort trykk kan forekomme i hydrauliske 13 kretser? 14 4 Nevn noen eksempler på maskiner eller utstyr der man bruker hydraulikk. 15 5 Hvorfor bruker vi filter fra hydraulikktanken?

Hvordan virker en støtdemper? Hvor stort volum har en sylinder med diameter 45 mm og slaglengde på 150 mm? Hvilke kriterier velger vi en hydraulikkslange ut fra?

8 Hva er hensikten med oljekjølere og oljevarmere?

16

9 Når bruker man en volumstrømventil?

a. Hvor stør kraft får vi på løftesylinderen?

10 Hvorfor bruker vi en trykkbegrensingsventil i hydrauliske anlegg?

b. Hvor mye utgjør dette i kg?

6 Hvilke egenskaper bør en hydraulikkolje ha? 7 Hva menes med kavitasjon?

11 Forklar virkemåten til: a. En tannhjulspumpe b. En aksialstempelpumpe

En jekk er utstyrt med en pumpe der stempelet (S1) har et areal på 3 cm2. Kraften vi bruker på pumpa er 600 N. Arealet til stempelet på løftesylinderen (S2) er på 20 cm2.

c. Hvor langt beveger løftesylinderen seg for hver gang vi skyver S1 8 cm inn? 17 Hva slags ventil og sylinder blir brukt på gravemaskinen i dette kapitlet?


PROSESSFORSTÅELSE

\\

Instr umentering og måleteknikk Mål Etter at du har gjennomgått dette kapitlet, skal du •

kjenne til den grunnleggende oppbyggingen og virkemåten til måleinstrumenter

forstå hva trykk er, og hvordan det kan måles

forstå hva temperatur er, og hvordan den kan måles

Innledning For å kunne regulere industrielle prosesser er vi helt avhengige av å måle hva som skjer. Tenk deg at du kjører en bil, og at speedometeret ikke virker. Da er det ikke så enkelt å holde riktig fart! Presise målinger av temperaturen i en reaktor, trykket i en kompressor eller nivået i en tank kan være avgjørende for om vi klarer å produsere det rette produktet. Det er også viktig med pålitelige målinger for at vi skal kunne operere fabrikken på en sikker måte.

297


298

DEL 4

KJEMIPROSESS

Det generelle måleinstrumentet De fleste typer industrielle måleinstrument kan beskrives på en enkel og skjematisk måte, uansett hva slags instrument det er snakk om. En type måleinstrument som du sikkert kjenner godt fra før, er et «gammeldags» termometer. Det består av et tynt rør som er delvis fylt med en væske. Når temperaturen endrer seg, vil også tettheten til væsken endres. Da endrer volumet til væsken seg også. Dermed vil væskesøylen i termometeret stige eller synke i takt med temperaturen. På siden av det tynne røret er det festet en skala, slik at du kan lese av temperaturen. Denne skalaen kan ikke endres på, så det er ikke mulig å justere målingen om den viser feil. «Gammeldags» termometer

I prosessindustrien overvåkes prosessen vanligvis fra et sentralt plassert kontrollrom. Det ville vært uhensiktsmessig om operatørene måtte gå rundt i fabrikken og lese av alle målinger. Dessuten er vi interessert i å behandle målingene maskinelt, de er en del av et automatisert styresystem. Derfor må alle målinger omformes til et elektrisk signal, slik at signalet kan overføres i kabler. Et typisk måleinstrument i prosessindustrien vil derfor bestå av et måleelement og en omformer. På omformeren er det også mulighet for nullpunkt- og områdejustering. Vårt generelle instrument kan da tegnes slik: Måleelement

Omformer Signal

Prinsipp for et måleinstrument

Nullpunktjustering (z)

Områdejustering (s)

Om vi sammenlikner dette skjemaet med vår manuelle temperaturmåling, er det termometeret som er måleelementet. I hodet vårt gjør vi om avlesningen til noe vi kan forstå, fordi vi vet at høyden på væskesøylen tilsvarer en viss temperatur. Hjernen vår er altså omformeren.


INSTRUMENTERING OG MÅLETEKNIKK

\\

299

Om vi vet at termometeret vårt viser feil, kan vi også foreta en målejustering i hodet vårt.

Et måleinstrument består av et måleelement og en signalomformer med nullpunkt- og områdejustering.

Nå er det ikke slik at det ikke finnes måleinstrumenter med manuell avlesning i prosessindustrien. Tvert imot finnes det mange av dem. Men disse brukes som regel ikke for å regulere prosessen, som oftest brukes de bare for kontroll av målingene som inngår i det automatiske styresystemet.

Foto: Yara

Foto: Yara


300

DEL 4

KJEMIPROSESS

Instrumentsignaler og justering Den vanligste metoden for å overføre signaler fra instrumenter i prosessindustrien er å bruke et elektrisk signal der strømmen varierer mellom 4 og 20 mA (milliampere). Tenk deg at termometeret ditt går fra –30 °C til +50 °C. Da vil en temperatur på –30 °C tilsvare et elektrisk signal med strømstyrke på 4 mA. Når temperaturen blir +50 °C, vil det tilsvare et signal på 20 mA.

Termoelement Målepunkt

Fe

t1 = 150 °C

CuNI

8.008 mV

Måleomformer –

12 mA

+ 8.008 mV

t1 = 150 °C

Null

Omr.

12 mA – +

Måleinstrument med et elektrisk signal

En annen måte å formulere dette på er å si at målesignalet går fra 0 til 100 %. Da tilsvarer 0 % den nederste grensen av måleområdet (som her er –30 °C), og 100 % tilsvarer den øvre grensen av måleområdet (som her er +50 °C). Eksempler på ulike temperaturer og tilhørende elektriske signaler vises i tabellen på neste side.


INSTRUMENTERING OG MÅLETEKNIKK

Temperatur (°C)

Signal (mA)

Signal (%)

–30

4

0,00

–25

5

6,25

–20

6

12,50

–15

7

18,75

–10

8

25,00

–5

9

31,25

0

10

37,50

5

11

43,75

10

12

50,00

15

13

56,25

20

14

62,50

25

15

68,75

30

16

75,00

35

17

81,25

40

18

87,50

45

19

93,75

50

20

100,00

Den vanligste måten å overføre instrumentsignaler på er å bruke et elektrisk signal der strømstyrken varierer mellom 4 mA og 20 mA.

Når vi gjør en nullpunktjustering av instrumentet, betyr det at vi setter det til å gi et 4 mA-signal for den laveste verdien instrumentet skal måle. For termometeret vårt betyr det at vi stiller instrumentet til å gi et 4 mA-signal ved –30 °C. Områdejusteringen foregår på den måten at vi setter hvor stor avstand det er mellom minste og største verdi for instrumentet. I termometereksemplet vårt er området på 80 °C (fra –30 °C til +50 °C).

Instrumenter må nullpunktjusteres og områdejusteres.

\\

301


302

DEL 4

KJEMIPROSESS

Trykkmålinger Du har sikkert fylt luft i et dekk, og vet at du kan justere hvor høyt trykket skal være. Men har du tenkt på hva trykk egentlig er?

Trykkmåling

Hva er trykk?

Foto: Roar Lindefjeld/ Statoil

Har du prøvd å gå oppå snøen? Da har du sikkert opplevd at snøen ikke bærer deg, og du synker nedi. Kroppen din virker med en så stor kraft ned mot snøen at den ikke klarer å holde deg oppe. Du kan regne ut hvor stor kraft (F) kroppen din virker med ned mot bakken, ved å gange vekten din (m) med tyngdeakselerasjonen (g), som er tilnærmet lik 9,8 m/s2. F=m·g Dersom du for eksempel veier 60 kg, blir kraften: kg · m m F = 60 kg · 9,8 ___ ​  2   ​= 588 ______ ​        s s2


INSTRUMENTERING OG MÅLETEKNIKK

Kraft har enheten newton (N), og i eksemplet over regnet vi ut at kraften som virket fra kroppen mot bakken, var 588 N. Men det var jo trykket vi skulle regne ut, hva har det med kraft å gjøre? Trykk (p) er kraft (F) som virker på et gitt areal (A), og arealet mellom deg og bakken er det samme som arealet av skosålen din.

Trykk er definert som kraft delt på areal: F p = ___ ​      A

La oss tenke oss at du bare har én fot i bakken, og at arealet av skosålen er 0,015 m2. Da kan vi regne ut trykket som virker mot bakken: Enheten for trykk er pascal (Pa), og trykket fra foten ned mot bakken er altså 39 200 Pa. Vanlig løssnø klarer ikke å motstå dette trykket, og dermed synker du nedi. Men om du tar på deg ski, går det som regel bra! Det er fordi skiene har et mye større areal enn skoene. Da blir trykket mot snøen mindre (forsøk å regne det ut). I industrien kan det ofte være interessant å vite trykket mellom to faste legemer (slik som i eksemplet med foten og snøen), men det er også svært nyttig å kunne måle trykket fra gasser og væsker mot veggene i rør og tanker.

Hvordan instrumentet er bygd opp Vi tar utgangspunkt i det generelle instrumentet som ble beskrevet tidligere i dette kapitlet. Da husker du kanskje at instrumentet må ha et måleelement og en omformer. Måleelementene finnes i flere ulike typer, men en vanlig måte å lage dem på er å bruke noe som beveger seg når trykket øker. Tenk deg at du blåser opp en ballong. Når du blåser, utvider ballongen seg. Det er fordi trykket inne i ballongen blir høyere enn trykket på utsiden.

\\

303


304

DEL 4

KJEMIPROSESS

På samme måte kan man lage et måleelement for trykkmåling. I figuren nedenfor tenker vi oss at vi har spent opp en membran i en liten kasse. Når trykket stiger, vil membranen bevege seg bortover. Denne bevegelsen kan vi omforme til et elektrisk signal. Vi må også nullpunktjustere og områdejustere trykkmåleren, slik som beskrevet for det generelle instrumentet. Når omformeren har gjort jobben sin, vil det laveste trykket som trykkmåleren skal måle, gi et signal på 4 mA. Det høyeste trykket vi vil at trykkmåleren skal måle, vil gi et signal på 20 mA.

Ω

4 mA

I

0

Ω 4-20 mA

Trykk

Prinsipp for trykkmåling

Nullpunktjustering

Områdejustering

Bar

1


INSTRUMENTERING OG MÅLETEKNIKK

\\

305

Temperaturmålinger Temperatur er helt sikkert noe du allerede har et forhold til. Noen ganger er det for eksempel skikkelig kaldt ute, andre ganger er det svært varmt. Men på samme måte som med trykk har du kanskje ikke tenkt så mye på hva temperatur egentlig er?

Hva er temperatur? Et badekar fylt med glovarmt vann har mye mer termisk energi enn et badekar som er fylt med kaldt vann. Det betyr at høy temperatur henger sammen med mye termisk energi, og lav temperatur er knyttet til lite termisk energi. Den termiske energien kommer av at molekyler er i bevegelse. Jo mer (og raskere) de beveger seg, desto mer termisk energi har de. Et badekar er fylt av vannmolekyler, og noen av molekylene kan til og med ha så mye energi at de fyker ut av karet og opp i lufta. Du kan se dette som vanndamp. Men temperatur er ikke helt det samme som termisk energi. Vi kan si at temperaturen er en gjennomsnittsverdi for den termiske energien til alle molekylene i en mengde av stoff. Tenk deg at du har en bøtte med vann som har temperaturen 40 °C, og et stort badekar der vannet også er 40 °C. Selv om temperaturen er den samme, er det mye mer termisk energi i badekaret. Det er fordi det er mange flere vannmolekyler i karet enn i bøtta. Tenk deg at badekaret står ute i snøen en kald vinterdag. Når temperaturen i badekaret synker, vil vannmolekylene bevege seg mindre og mindre. Til slutt beveger de seg så lite at vannet fryser til is.

Temperatur er et mål på gjennomsnittlig termisk energi til molekylene i en mengde av stoff. Temperaturen er ikke avhengig av stoffmengde eller type av stoff.

Selv om temperaturen er den samme i badekaret og bøtta, er den termiske energien større i badekaret.


306

DEL 4

KJEMIPROSESS

Termoelement En type temperaturmåler som er ganske populær i industrien, er det såkalte termoelementet. Det består av to metalltråder som er laget av ulike materialer, og som er koplet sammen i målepunktet (det punktet der vi vil måle temperaturen). De andre endene av de to metalltrådene går inn i omformeren. Dersom det er ulik temperatur i omformeren og i målepunktet, betyr det at de to metalltrådene også har forskjellig temperatur i hver ende. Da oppstår det noe som kalles termoelektrisk spenning. Siden de to trådene er laget av ulike metaller, oppstår det en liten (men målbar) spenningsforskjell mellom dem. Denne spenningsforskjellen kan vi bruke for å regne ut hva slags temperatur vi har i målepunktet.

– t1 = 150 °C

8,008 mV

12 mA

+

mV 4-20 mA

Varme

Termoelement

Nullpunktjustering

Områdejustering


INSTRUMENTERING OG MÅLETEKNIKK

Motstandstermometer Mange materialer har den egenskapen at de endrer motstand avhengig av hvilken temperatur materialet har. Dersom vi vet hvilken motstand et materiale har ved en gitt temperatur, kan vi lage oss et termometer! De fleste termometre av denne typen er laget av metallet platina. Det finnes mange ulike varianter, men den mest brukte typen kalles Pt-100. Bokstavene «Pt» står for platina, og tallet «100» betyr at denne typen termometer har en motstand på 100 ohm ved 0 °C. Når temperaturen øker, øker motstanden også. Dermed er det bare å måle motstanden og så regne om til temperatur! Helt perfekt blir det selvsagt ikke sånn helt av seg selv, så slike instrumenter har også nullpunktjustering og områdejustering. Nedenfor ser du et skjema som viser oppbyggingen av motstandstermometre. Pt-100-element

Resistansverdier 157.17 Ω Resistansverdier 157.17 Ω

t1 = 150 °C t1 = 150 °C

– + – +

Ω Ω

4-20 mA 4-20 mA

Varme Varme

Nullpunktjustering Nullpunktjustering

Områdejustering Områdejustering

12 mA 12 mA

\\

307


OPPS U MM E RI NG ■

I prosessindustrien overvåkes prosessen vanligvis fra et sentralt plassert kontrollrom.

Instrumenter må nullpunktjusteres og områdejusteres.

Målinger i prosessen omformes til et elektrisk signal, slik at signalet kan overføres i kabler.

Trykk (p) er kraft (F) som virker på et gitt areal (A).

Et måleinstrument består av et måleelement og en signalomformer med nullpunkt- og områdejustering.

Temperatur er et mål på gjennomsnittlig termisk energi til molekylene (molekylbevegelser) i en mengde av stoff.

Instrumentsignaler blir ofte omformet til et elektrisk signal der strømstyrken varierer mellom 4 mA og 20 mA.

K O N TR OLL S P Ø RS M Å L Svar på disse spørsmålene med egne ord: 1 Forklar hvordan et generelt måleinstrument er bygd opp. 2 Hvordan kan man overføre et målesignal fra et instrument? 3 Forklar hvordan en trykkmåling kan gjøres. 4 Forklar hvordan en temperaturmåling kan gjøres.


B

Jørn Kenneth Andersen, Eyolf Herø, Rune Mathisen, Svein Olaf Michelsen, Rolf Rønning

FA K TA B O K

Det er også en egen oppgavebok til denne boka.

Boka er en del av TIP-serien fra Gyldendal Undervisning som samlet sett dekker de tre programfagene i læreplanen til utdanningsprogrammet Vg1 Teknikk og industriell produksjon.

Te kn i ske t j e n e st e r

HMS (helse, miljø og sikkerhet) er sentralt gjennom hele boka. Der det er aktuelt, er det satt inn viktige påminnelser for et godt HMS-arbeid både på skolen og i industrien.

Andersen, Herø, Mathisen Michelsen, Rønning

Boka er delt inn i fire deler: Maskinelementer og montering, elektroteknikk, styringsteknikk og kjemiprosess. Den gir en grunnleggende innføring i disse emnene. Det er lagt stor vekt på mange og gode illustrasjoner som skal vise det teksten beskriver.

Vg1 Teknikk og industriell produksjon

FA KTAB O K


Tekniske tjenester