100367258

Page 1


SPISTREŚCI

1.Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siłaiciśnienie,jednostki,

2.Lepkość,dobórśrednicyprzepływu,prędkośćcieczy,przeciekiiopory

3.Siłowniki–prędkośćwysuwu,dobórśrednicy,przeciekiwewnętrzne, współczynniksprężystościobjętościowej,siłownikispecjalne

4.Pompy.Dobór,sprawność,mocmechanicznaihydrauliczna,stałaizmienna

5.Zawory.Zaworysterująceciśnieniem,zaworysterującenatężeniemprzepływu, łączeniezaworówdławiących,obliczanieustawieńzaworów,siłyhydrodynamiczne

7.Akcesoria–zbiorniki,chłodnice,filtry,akumulatory

Piotr Sobczyk

Moim Rodzicom i Kasi

Projektokładkiistrontytułowych PrzemysławSpiechowski

Ilustracjanaokładce FrankL.Junior/Shutterstock

Wydawca AdamFilutowski

Koordynatords.redakcji RenataZiółkowska

Redaktor MieczysławaKompanowska

Produkcja MariolaGrzywacka

Łamanie EwaSzelatyńska,ScanSystem.pl

Książka,którąnabyłeś,jestdziełemtwórcyiwydawcy.Prosimy,abyśprzestrzegałpraw,jakieimprzysługują. Jejzawartośćmożeszudostępnićnieodpłatnieosobombliskimlubosobiścieznanym.Aleniepublikujjej winternecie.Jeślicytujeszjejfragmenty,niezmieniajichtreściikonieczniezaznacz,czyjetodzieło. Akopiującjejczęść,róbtojedynienaużytekosobisty.

Szanujmycudząwłasnośćiprawo. Więcejnawww.legalnakultura.pl PolskaIzbaKsiążki

Copyright©byWydawnictwoNaukowePWNSA Warszawa2015

ISBN:978-83-01-18283-0 WydanieI

WydawnictwoNaukowePWNSA 02-460Warszawa,ul.GottliebaDaimlera2 tel.226954321;faks226954288 Infolinia801333388

e-mail:pwn@pwn.com.pl;www.pwn.pl

Drukioprawa:OSDWAzymutSp.zo.o.

SPISTREŚCI

1.Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siłaiciśnienie,jednostki,

2.Lepkość,dobórśrednicyprzepływu,prędkośćcieczy,przeciekiiopory

3.Siłowniki–prędkośćwysuwu,dobórśrednicy,przeciekiwewnętrzne, współczynniksprężystościobjętościowej,siłownikispecjalne

4.Pompy.Dobór,sprawność,mocmechanicznaihydrauliczna,stałaizmienna

5.Zawory.Zaworysterująceciśnieniem,zaworysterującenatężeniemprzepływu, łączeniezaworówdławiących,obliczanieustawieńzaworów,siłyhydrodynamiczne

7.Akcesoria–zbiorniki,chłodnice,filtry,akumulatory

ODAUTORA

PrzekazujęPaństwuksiążkę,którejcelemjestpomocwzrozumieniulubprzypomnieniu podstawhydrostatyki,zwanejrównieżhydraulikąsiłową.

Książkakoncentrujesięnapodstawachhydrostatykiijestnapisanaprostymjęzykiem,comanaceluzwiększeniejejprzystępności.Podczaspracywrolinauczyciela akademickiegozauważyłem,żetoproblemywzrozumieniupodstawowychi–jakbysię mogłowydawać–oczywistychzagadnieńczęstostojąnaprzeszkodziewzrozumieniu zasaddziałaniaukładówhydrostatycznych.

Adresatamipublikacjisąstudencikierunków,którychprogramystudiówprzewidująprzedmiotyzwiązanezhydrostatyką.Książkamaimpomóczrozumiećpodstawy hydraulikisiłowejorazzachęcić(aniezniechęcić)dodalszejnaukiipogłębianiawiedzywtejfascynującejdziedzinie.Adresujęjątakżedoinżynierów,którzywswojej codziennejpracyrzadkomajądoczynieniazdyscypliną,jakąjesthydraulikasiłowa, alechcielibyprzypomniećsobiejejzasadniczezagadnieniaorazsposóbprowadzenia podstawowychobliczeń.

Dokażdegozadaniazamieściłemodpowiedźorazrozwiązanie,którewsposóbskrótowywyjaśniatokrozumowaniaprowadzącydouzyskaniawyniku.Matoumożliwić indywidualnąnaukęprzyrozwiązywaniuzadań.Zewzględunaformułęorazobjętość książkiniebyłomożliwepełneopisaniekażdegozzagadnieńteoretycznych.Rozwiązaniamająbyćjedyniepodpowiedziąipomocąwchwilizwątpienia,niemająjednak naceluzastąpieniapodręcznikateoretycznego.

Nakońcuksiążkiznajdująsięmateriałypomocniczeorazwzory,razemzprzykłademzadania,wktórymdanywzórzostałużyty.

Wprzypadkutrudnościzrozwiązaniemktóregośzzadańlubewentualnychwątpliwościmożliwyjestkontaktzautorem:hydrostatyka.zadania@gmail.com

PODZIĘKOWANIA

Dziękujęwszystkimosobom,któremiałyswójwkładwpowstanietejksiążki.

Osobą,bezktórejudziałuksiążkatazpewnościąbyniepowstała,jestprof.Karl-Erik RydbergzLinkopingsUniversitet.Dziękujęmuzazaufanie,przekazaniebezcennej wiedzyorazmożliwośćwspółpracy,podczasktórejpojawiłsiępomysłnaniniejszą książkę.Dziękujętakżezapomocwopracowaniuzakresuksiążkiiudostępnieniemi materiałów,zktórychkorzystałemprzypisaniuksiążki.

Chciałbymrównieżpodziękowaćdr.inż.MarkowiŁutowiczowizAkademiiMarynarkiWojennejwGdyni,dr.inż.LeszkowiOsieckiemuzPolitechnikiGdańskiej, prof.ZenonowiJędrzykiewiczowiorazdr.JerzemuStojkowizAkademiiGórniczo-HutniczejwKrakowiezapomocwokreśleniuzakresumateriałuzawartegowksiążce orazzaichsugestieipropozycjedotyczącezadań.

DziękujęfirmieParkerHannifinzazgodęnawykorzystaniewksiążcemateriałów pomocniczychorazpomocwwydaniuksiążki.WszczególnościdziękujęPanuRadosławowiBudziarzowiorazPanuMirosławowiWójcikowi.

DziękujębardzoPaniKatarzynieWłodarczykiPanuAdamowiFilutowskiemuzwydawnictwaPWNzaichcierpliwośćorazprzeprowadzeniemnieprzezproceswydawniczy.DziękujęrównieżPaniomMieczysławieKompanowskiejorazKatarzynieSoboń zaredakcjętekstu.

NakońcuchciałbympodziękowaćdrKatarzynieKwaśnejzapomocwpracynad książką,motywacjędopracyorazzajejcodziennewsparcie.

POJĘCIAPODSTAWOWE – GĘSTOŚĆ, CIŚNIENIEHYDROSTATYCZNE,SIŁAICIŚNIENIE, JEDNOSTKI,ENERGIA,MOC,PRACA

1.1. Narysunku1.1przedstawionotrzyzbiornikiwypełnionetymsamymolejemdo podanejwysokości.Zbiornikitesąodkryte,anapowierzchnięolejudziałaciśnienie atmosferyczne pa = 1013hPa.Temperaturapowietrzawynosi23◦ C.Wymiaryzbiorników(wmetrach)zostałyprzedstawionenarysunku.Wktórymzbiornikuciśnienie cieczyprzydniebędzienajwyższe?

Rys.1.1.

1.2. Obliczciśnieniewzględnepanującenadniezbiorników(rys.1.1a, b i c), jeżeliwypełnionesąodpowiedniowodą(ρa = 1000kg/m 3 , ha = 2m),olejem (ρb = 870kg/m 3 , hb = 2m),benzyną(ρc = 700kg/m 3 , ha = 2m).

1.3. Obliczwysokośćsłupawody(ogęstości ρ = 1000kg/m 3 )wzbiornikuprzedstawionymnarysunku1.2.

Zbiornikjestszczelniezamkniętyodgóry.Ponadpowierzchniącieczywzbiornikuznajdujesiępróżnia.Natomiastjegodolnaczęśćjestotwartaizanurzonawcieczy,która mabezpośrednikontaktzatmosferą(podciśnieniem pa = 1013hPa).

1.4. Narysunku1.3przedstawionozbiornikoleju,doktóregosąprzyłączonedwie pompy.Zewzględunabrakmiejscajednązpompumieszczonoponadzbiornikiem. Oblicz(względneorazbezwzględne)ciśnieniahydrostatyczneolejuuwlotudoobu

Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siła…

Rys.1.2.

Rys.1.3.

pomp.Pomińoporyprzepływuwrurachprowadzącychdopomp.Szczegółowedane: gęstośćoleju ρ = 870kg/m 3 ,ciśnienieatm. pa = 1013hPa,wymiary: a = 1m, b = 0,5m, c = 4,5m,lepkośćoleju υ = 32cSt.

1.5. WłaścicielmotocyklaposiadamanometrwyskalowanywMPa.Instrukcjaobsługi motocyklapodaje,żetylnekołotegopojazdupowinnobyćnapompowanedociśnienia p = 2,5bar.Jakąwartośćwskażemanometrprzywłaściwymciśnieniupowietrzawtylnymkole?

1.6. PrzeliczpodanewielkościnaodpowiadająceimwartościwPa,m,m /s,m 3 /s, m2 ,m 3 : p = 245bar, V 1 = 32l, b = 13mm, V 2 = 2000cm 3 , v = 23km /h, Q1 = 67l /min, A = 1300mm 2 , Q2 = 120dm 3 /min.

1.7. Narysunku1.4przedstawionodwasiłownikihydrauliczne.Dolnekomoryobusiłownikówsąwypełnioneolejemipołączonezesobąprzewodemhydraulicznym.Dzięki temuolejmożepomiędzynimiswobodnieprzepływać.Siłownikisąobciążoneładunkamiomasach m1 = 1000kgi m2 = 4000kg.Średnicetłokówwynosząodpowiednio d 1 = 50mmoraz d 2 = 100mm.Ciśnienieatmosferyczne Pa = 1013hPa.Tłokisiłownikówpozostająwspoczynku.Pomiństraty(przecieki,tarcie). Wktórymsiłownikubędziewyższeciśnienie? Rys.1.4.

1.8. Narysunku1.5przedstawionosiłownikihydraulicznezróżnieukształtowanymi tłokami.Ciśnienieolejuwewszystkichsiłownikachjestidentyczne.Tłokipozostają wspoczynkuisąobciążonesiłami F.Którazsił F manajwiększąwartość?Wymiary: D = 100mm, d = 50mm, a = 80mm, b = 80mm, c = 20mm, e = 10mm, f = 70mm.

Rys.1.5.

1.9. Zbiornikolejupewnegosystemuhydraulicznegomakształtprostopadłościanu owymiarachpodstawy50 × 50orazwysokości60cm.Przeduruchomieniemsystemu zbiorniknależynapełnićolejemogęstości ρ = 870kg/m 3 ilepkości υ = 42cStdo wysokości h = 450mm(oddnazbiornika).Ciśnienieatmosferyczne pa = 1013hPa.

a)Obliczpotrzebnąobjętośćolejuwlitrach.

b)Obliczmasęoleju,któryznajdziesięwzbiorniku.

1.10. Siłownikhydraulicznyprzedstawionynarys.1.6a maunieśćciężaromasie m = 250kg,zjednostajnąprędkością v = 0,2m /snawysokość h = 3m.

Ciśnienie p1 = 100bar,ciśnienie p2 = 0(względne).

Rys.1.6.

a)Obliczmocpotrzebnądowykonaniatejoperacji(pomijającstraty).

b)Jakąpracęwykonasiłownikprzyuniesieniuciężarunawysokość h?

Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siła…

1.11. Silnikhydraulicznyjestsprzężonyzbębnemwciągarkiużywanejdowciągania ładunkuomasie m = 250kgzjednostajnąprędkością v = 0,2m /s(rys.1.6b).

a)Jakąmocmusioddawaćsilnikhydrauliczny(pomijającstraty),abyunieśćładunek ztakąprędkością?Średnicabębnawciągarki d = 120mm,momentbezwładności bębna I = 0,0486kg · m 2 ,ciśnienieolejuwukładzie p = 153bar.

b)Ileenergiinależyzużyć,abyunieśćładunekczteryrazynawysokość h = 3m?

1.12. Narysunku1.7przedstawionouproszczonyschemathydraulicznyłuparkido drewna.Mechanizmdziałaniałuparkipoleganawysuwaniutłoczyskasiłownikahydraulicznego,któredociskadrewnodoostrza.Wzależnościodkształtuostrzaklocekdrewna pękanadwielubwięcejczęści.

Rys.1.7.

a)Jakamusibyćminimalnamocsilnikaelektrycznego(pomijającwszelkiestraty), abydrewnobyłołupaneznaciskiemrównymmaks.1,2t,naodcinku s = 300mm, wczasie t = 6s?Założeniadotycząceukładuhydraulicznego:ciśnienieoleju pmax = 150bar,jedensiłownikośrednicyroboczej d = 50mm,lepkośćoleju υ = 32cSt.

b)Obliczpotrzebnąminimalnąmocwejściową,gdysprawnośćcałkowitaukładu wynosi70%.

Odpowiedzi:

1.1. Ciśnieniasąjednakowe

1.2. pa = 19,6kPa, pb = 17kPa, pc = 13,7kPa

1.3. h = 10, 3m

1.4. pdolna = 105,5kPa, pgórna = 67,1kPa

1.5. 0,25MPa

1.6. p = 24,5MPa, v = 6,38m /s, V 1 = 0,032m 3 , V 2 = 0,002m 3 , Q1 = 0,001117m 3 /s, Q2 = 0,002m 3 /s, b = 0,013m, A = 0,0013m 2

1.7. Jednakowe

1.8. Jednakowe

1.9. a) V = 112,5l;b) m = 97,9kg

1.10. a) P = 490W;b) W = 7357J

1.11. Takjakwzad.1.12

1.12. a)588W;b)840W

Rozwiązania:

1.1. Ciśnieniehydrostatyczne p jestwywołanenaciskiemsłupacieczy.Ciśnienieto jestzależneodwysokościsłupacieczy h nadwybranympunktem,gęstościcieczy ρ iprzyspieszeniaziemskiego g oddziałującegonaciecz(grawitacji).

Jakwidać,przyjednakowejgęstościcieczywewszystkichzbiornikachciśnieniehydrostatycznenadniezbiornikazależyjedynieodwysokościsłupatejcieczy.Niezależy onoodilości(objętości)cieczyznajdującejsięponaddnemzbiornikaaniodkształtu zbiornika(wielkościpowierzchnilustracieczy,powierzchnidna).

1.2. Wysokość h jestjednakowawewszystkichtrzechprzypadkach,taksamojakprzyspieszenieziemskie g.Zmieniasięjedyniegęstośćcieczy.Korzystajączewzoruużytego wzad.1.1,obliczamykolejno:

pa = 2 · 1000 · 9,81 = 19620Pa = 19,6kPa

pb = 2 · 870 · 9,81 = 17069Pa = 17kPa

pc = 2 · 700 · 9,81 = 13734Pa = 13,7kPa

Sątociśnieniawzględne,awięcmierzonewzględemciśnieniaotoczenia(wtym przypadkuciśnieniaatmosferycznego,któreprzyjmujemyjakorównezeru).Wobliczeniachukładówhydraulicznychnajczęściejprzyjmujemyciśnienieatmosferyczne równezeru.

Byobliczyćciśnieniebezwzględne(względempróżni),należałobydodaćdowynikówwartośćciśnieniaatmosferycznegooddziałującegonapowierzchnięcieczy.

1.3. Wpoprzednichzadaniachzbiornikibyłyodkryte.Napowierzchnięcieczywzbiornikuoddziaływałociśnienieatmosferycznepowietrza.Wtymprzypadkuzbiornikjest szczelniezamkniętyodgóry,aprzestrzeńnadpowierzchniącieczywypełniapróżnia. Wiemy,żepanującetamciśnieniebezwzględnewynosizero,natomiastbezwzględne ciśnienieatmosferycznenazewnątrzzbiornika1013hPa. Zbiornikjestodspoduotwartyipłytkozanurzonywcieczy(patrzrys.1.2).Ciecz zezbiornikaniewypływa,lecztworzysłupopewnejwysokości h.Dziejesiętak,ponieważciśnienieatmosferyczneoddziałujenapowierzchnięcieczyotaczającąpodstawę

Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siła…

zbiornikai„wciska”cieczdozbiornikaprzezotwartedno.Taksamojakpopijaneprzez słomkęnapoje.

Ciśnieniewewnątrzzbiornika(próżnia)mawzględemciśnieniaatmosferycznego wartośćujemnąrówną 1013hPa(ciśnieniewzględne),dlategonazywanejestpodciśnieniem.

Naszymzadaniemjestznalezieniewysokościsłupacieczy h (odległościpomiędzy powierzchniącieczywewnątrzzbiornikaapowierzchniącieczyotaczającejzbiornik).

Wiemyjuż,żeciśnieniehydrostatycznezależymiędzyinnymiodwysokościsłupa cieczy.Wtymprzypadkuznamyciśnieniehydrostatyczne p uwlotudozbiornika(musi byćonorówneciśnieniuatmosferycznemu)oraznapowierzchnicieczywewnątrzzbiornika(wynosizero).

Korzystajączewzoruzzad.1.1,obliczamywysokośćsłupacieczy: h = p ρ · g h = 101300 1000 · 9,81 = 10,3m

Wartozapamiętać!

Ciśnienieatmosferyczne(podciśnieniewzbiorniku)jestwstaniewytworzyćsłup wodyowysokościok.10m.Oznaczato,żewytwarzającpróżnię,możnazassać wodę(np.zestudni)właśniedowysokości10m.Przywiększychróżnicachpoziomówkoniecznesąinnerozwiązania.

1.4. Ciśnieniauwlotówdoobupompzależąodichpołożeniawzględempowierzchni olejuwzbiorniku.Tenpoziomprzyjmujemyjakopoziomzerowy(obliczamyciśnienie względne).Imniżejpodpowierzchniąznajdziesiępompa,tymwyższeciśnienie,wysokośćsłupacieczybędzierosnąć.Odwrotnie,imwyższepołożeniepompy,tymciśnienie będzieniższe,ponieważwysokośćsłupacieczymaleje.Ponadpowierzchniązbiornika mawartośćujemną(względemciśnieniaatmosferycznego).

Korzystajączdanychprzedstawionychnarysunku1.3,obliczamyteodległościdla obupomp:

h1 = a b = 1 0,5 = 0,5m , dlapompydolnej.

h2 = (a b) c = (1 0,5) 4,5 = 4m , dlapompygórnej.

Ciśnieniehydrostatycznepowstałenaskutekoddziaływaniasłupacieczy:

p1 = h1 · ρ · g, dlapompydolnej.

p2 = h2 · ρ · g, dlapompygórnej.

Ciśnieniabezwzględne(absolutne)uwlotudoobupomptosumaciśnieniaatmosferycznego pa oddziałującegonaolejwzbiornikuorazciśnieniahydrostatycznego(odpo-

wiednio p1 oraz p2 )powstałegonaskutekróżnicypoziomówpomiędzypowierzchnią olejuapompami:

pb1 = pa + p1 = 105, 5kPa ≈ 1,05bar , dlapompydolnej.

pb2 = pa + p2 = 67,1kPa ≈ 0,67bar , dlapompygórnej.

Ciśnieniepanująceuwlotudopompyjestmniejszeodciśnieniaatmosferycznego. Wielepompmaokreśloneminimalneciśnienieolejuuwlotu,np.0,8bar.Wtymprzypadkuciśnieniebyłobyzaniskie,nawetprzyzerowychstratachciśnieniapowodowanych przezprzepływoleju.Najprawdopodobniejdoprowadziłobytodokawitacjiizniszczeniapompy.Wrzeczywistościnależywziąćpoduwagęrównieżspadkiciśnieniaoleju wprzewodziessawnympompy,cododatkowopogarszasytuację.

Wartozapamiętać!

Niewłaściwepołożeniepompywzględemzbiornikamożespowodowaćpoważne konsekwencjewfunkcjonowaniuukładu.

1.5. Ciśnienie2,5bar,wyrażonewMPabędziewprzybliżeniurówne:0,25MPa.

1.6. Daneobliczeniowebardzoczęstoniesąpodanewjednostkachpodstawowych układuSI.Dlategonależybyćostrożnymizawszesprawdzać,czywartośćużytado obliczeńjestpodanawewłaściwychjednostkach.

Ciśnienie:

BarnienależydojednostekSI,alejestpowszechniestosowanywkatalogachkomponentówhydraulikisiłowej,obliczeniachinamanometrach.

245bar ≈ 24, 5MPa

Wartozapamiętać! 1bar ≈ 100kPa

Prędkość:

Ponieważjesteśmyprzyzwyczajenidookreślaniaprędkościwkm /h,prędkośćpodana wtychjednostkachjestdlanasłatwiejszadowyobrażenia.Należyjednakpamiętać owłaściwychjednostkachużytychwobliczeniach. 1km = 1000m , 1h = 3600s, x km h = x · 1000 3600 m s = x · 1 3,6 m s , y m s = y · 3,6 km h 23km /h = 6,38m /s

Wartozapamiętać! 10km /h ≈ 3m /s

Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siła…

Natężenieprzepływu:

Natężenieprzepływunajczęściej podajesięwlitrachnaminutę(l /min),aniewmetrachsześciennychnasekundę(m 3 /s).Podobniejakwpoprzednichprzykładachnależy pamiętać,abyniestosowaćtychwartościbezmyślnie.

1l = 0,001m 3 , 1min = 60s, x l min = x 0,001 60 m 3 s = x 60000 m 3 s

67l /min = 0,001117m 3 /s

1.7. Ponieważsiłownikipozostająwspoczynku,aichkomoryroboczesązesobąpołączone,ciśnieniewnichmusimiećjednakowąwartość.

1.8. Ponieważśrednicesiłownikówiciśnieniaoleju p sąjednakowe,równieżsiły F są jednakowe.Kształttłokaniemaznaczenia,liczysięjedyniepowierzchniaroboczajego przekroju A. F = p · A

Kształttłoka1możesprawiaćwrażenie,żewartośćsiły F 1 jestinnaodwartościsiły F 2 . Ciśnienieoddziałujenatłokprostopadledojegościanek,awięcwtymprzypadku niepionowoiwgórę(wkierunkudziałaniasiły),leczpodkątem,downętrzatłoka (rys.1.8).Jednakpoobliczeniupowierzchnistożkaiskładowejdziałającejprostopadle wkierunkuruchuotrzymamysiłę F 1 równąsile F 2

Rys.1.8.

Rys.1.9.

Podobniewprzypadkutłoka3.Tuolejznajdujesięwewnątrztłokaioddziałujena jegodnowkierunkuprzeciwnymdosiły F 3 .Jednakolejpodtłokiemoddziałujena jednakowąpowierzchnięztakimsamymciśnieniemiprzeciwnymzwrotem(rys.1.9). Przezco,równieżwtymprzypadku(jakteżwpozostałych),kształttłokaniezmienia wartościsiły F 3 .

1.9. a)Objętośćolejubędzierównaobjętościczęścizbiornikawypełnionejprzezolej. Jejwymiaryto50 × 50 × 45cm.Dlategoobjętośćolejujestrówna112,5l.

b)Znającgęstośćolejuijegoobjętość,obliczamymasęolejuwzbiorniku.

m = ρ · V = 870 · 0,1125 = 97,9kg

1.10. a)Moctoprędkośćwykonywaniapracy.Podczasunoszeniaładunkupracęwykonujesiłarównaciężarowiładunku(pomijamystratyizakładamystałąwartośćsiły).

P = F · v P = m · g · v = 490W [P] = kg · m s2 · m s = kg m 2 s3 = J s = W

Takąmocmusidostarczyćukładhydraulicznydoładunku,abygounieść.Szczegóły budowyukładuniemająwpływunamocniezbędnądouniesieniaładunku.Zależyona odsamegoładunkuiparametrówjegopodnoszenia.Natomiastmocdostarczonado układuhydraulicznegozależyjużodjegobudowyigenerowanychwnimstrat.

b)Pracawykonanaprzypodnoszeniuładunkuzsiłą F nawysokość h: W = F · h = m · g · h = 7357J .

1.11. a)Wtymprzypadkumamydoczynieniazruchemobrotowym.Pracawykonywanajestprzezmomentobrotowydostarczanyprzezsilnikhydrauliczny.Wielkość momentuzależyodsiłyiramienia,najakimtasiłaoddziałujenawałsilnika(promień bębnawciągarki r).

M = m · g · r

Pracajestwykonywanazprędkościąkątową ω równąprędkościkątowejwałusilnika hydraulicznegoibębnawciągarki.Istniejezwiązekpomiędzyprędkościąkątowąwciągarkiaprędkościąliniową,zjakąwciąganajestlina. ω = v r

Korzystamyzewzorunamocwruchuobrotowymjednostajnym: P = M · ω = m · g · r · v r = m · g · v

b)Energiazużytaprzypodniesieniuładunkubędzierównaenergiipotencjalnej,jaką nabędzieładunek.

E = m · g · h

Ponieważmasaładunku,wysokośćiprędkośćpodnoszeniasąidentycznejakwzad.1.10, równieżniezbędnamocorazwykonanapracamusząodpowiadaćtymobliczonym wzad.1.10(pomijamywszelkiestraty).

1.12. Bywyznaczyćmoc Pwe ,którąsilnikelektrycznydostarczydoukładu,musimy poznaćmoc Pwy dostarczanąprzezukładdoobciążeniaorazstratypowstałepodrodze (patrzrys.1.10).Układniemożepobraćmocywiększejodswojegozapotrzebowania.

Pojęciapodstawowe–gęstość,ciśnieniehydrostatyczne,siła…

Rys.1.10.

Dlategoprzywstępnymokreśleniuzapotrzebowanianamocizałożeniuzerowych stratwukładziehydraulicznymszczegółybudowyiwielkościelementówukładuhydraulicznegoniemająznaczenia.Toobciążenieukładuimocdostarczanaprzezukładdo tegoobciążeniadeterminująmocdostarczanądoukładu.Mocdostarczanadoukładu nieznika.Przybierajedynieinnąpostaćijestprzenoszonaprzezukładlubtraconana skutekstratwposzczególnychelementachukładu(rys.1.11).

Mocwejściowa Pwe dostarczanajestdoukładuwformieenergiielektrycznej: – Pe tomocelektrycznadostarczanadosilnikaelektrycznego; –pomiędzysilnikiemapompąznajdujesięwał,któryprzekazujemocmechaniczną Pm odsilnikadopompy; –pompaprzekształcaenergięmechanicznąwenergięhydrauliczną;moczpompydostarczanajestdosiłownikawłaśniewpostacimocyhydraulicznej Ph ; –wsiłownikuenergiahydraulicznajestzamienianazpowrotemwenergięmechaniczną Pm

Mocwyjściowa Pwy zukładutomocmechanicznasiłownika Pm .Jeżelizakładamy brakstrat,jestonarównamocywejściowej Pwe .

Rys.1.11.

Załóżmy,żeukładprzesuwapewienelementzmocąrówną5kW,amoctracona wukładziehydraulicznymto1kW.Napędzanieukładu(pompy)silnikiemelektrycznymomocy2kWniezdaegzaminu,ponieważobciążenietegosilnikabędziezaduże. Natomiastużyciesilnikaelektrycznegoomocy15kWnieoznacza,żetakąmocbędzieonoddawałdoukładu.Oddadokładnietyle,ilebędziepotrzebowałnaszukład (5kW + 1kW).Czylitakisilnikbyłbyprzewymiarowanydlanaszegoukładuijego użyciebyłobynieekonomiczne,ponieważoddajedyniemałączęśćswojejmocynominalnej.

a)Jakwspomniano,przyzałożeniuzerowychstratwukładziehydraulicznymmocwejściowa Pwe doukładubędzierównamocywyjściowej Pwy .Dlategoszczegółybudowy

układuhydraulicznegoniesąkoniecznedojejwyznaczenia.Mocbędziejedyniezmieniaćswąpostać,natomiastjejwartośćpozostaniestała.

Pwe = Pe = Pm = Ph = Pm = Pwy

Poszukiwanamocsilnikaelektrycznegomusibyćconajmniejrównamocymechanicznejpotrzebnejdorozłupaniadrewnaprzypodanychwzadaniuzałożeniach.Możemyją łatwoobliczyć,znającsiłę F iprędkość v,zjakąrozłupywanebędziedrewno:

Pwy = F · v = F · s t ,siła F jestrównasileciężkości,któradziałałabynaładunek omasie m: F = m · g

Popodstawieniudowzoru:

b)Sprawnośćukładurówna0,7oznacza,żetylko70%mocypobieranejprzezukład hydraulicznyzsilnikaelektrycznegojestdostarczanadoładunkujakomoc Pwy .Brakującaczęść,awięc30% Pwe jesttraconabezpowrotniewukładzienaskutekstrat.

Azatemdoukładunależydostarczyćodpowiedniowyższąmoc,abysamukład zadziałałnałupanyklocekzodpowiedniąmocą.Przysprawnościukładunapoziomie70%: skoro Pwy = 0,7Pwe , to: Pwe = Pwy 0,7 ≈ 840W

Wartozapamiętać!

Właśniesprawnośćukładurówną0,7możnaprzyjąćdowstępnych,przybliżonych obliczeńmocyukładu.Wielkośćtamusibyćoczywiściezweryfikowanawtokupóźniejszychobliczeń.

Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.
100367258 by WN PWN - Issuu