Hüdraulika, Pneumaatika Arvestustöö Nr. 1 vastused (1)

Hüdraulika, Pneumaatika
Arvestustöö Nr. 1
1. Hüdroajami mõiste ja põhilised komponendid.
Hüdroajamis toimub energia ülekandmine vedeliku abil ja ajami lõpplülis vedeliku hüdraulilise energia muutmine mehaaniliseks energiaks, mida kasutatakse seadmes kasuliku töö tegemiseks.
Hüdroajami põhikomponendid: - paak töövedeliku tarvis, - pump koos pumba ajamiga, - süsteemi kaitseseadmed, mis väldivad ülekoormuse ja süsteemi iseenesliku tühjenemise pumba mootori seiskumisel (kaitseklapp, vastuklapp), - reguleerimisseadmed kolvi liikumiskiiruse ja süsteemis toimiva rõhu reguleerimiseks ( drossel , rõhu regulaator ),
- juhtimisseadmed silindri juhtimiseks (jaotur)
- hüdrosilinder mehaanilise energia saamiseks,
- süsteemi abiseadmed ( filter , torustik ).
2/3. Hüdroajami mehaanilise ja mahulise kasuteguri mõiste.
Mehaaniline kasutegur mõjutab pumbalt saadavat rõhku ja sellega seadmelt saadava jõu suurust. Mahuline kasutegur mõjutab pumba vooluhulka ja selle kaudu hüdroajamilt saadava liikumise kiirust.
*kaod hõõrdumisele pumbas, klappides, silindrites ja hüdromootoris, neid kadusid iseloomustatakse ajami mehaanilise kasuteguriga
*kaod sisemistele ja välisleketele, mida iseloomustatakse ajami mahulise kasuteguriga
4. Hüdroajami kasutamist soosivad asjaolud .
Hüdroajami kasutamist soosib : on lihtne saada nii kulgevat kui pöörlevat liikumist,
- võib saada suuri jõude ja jõumomente suhteliselt väikeste ja kergete komponentide abil,
- jõu, jõumomendi ja liikumiskiiruse reguleerimine on lihtne ja realiseeritav odavate vahenditega,
- ajami ülekoormusi saab vältida,
- koosneb enamuses standardsetest komponentidest, mis lühendab ajami projekteerimise ja valmistamise tähtaegu,
- lihtne on rakendada ajami elektrilist juhtimist, mis võimaldab ajami laialdast kasutamist automaatjuhtimise korral,
- ühtlane liikumine ja täpne positsioneerimine ,
- võime startida suurtel koormustel,
- hea soojusvahetus .
5. Hüdroajami kasutamist piiravad asjaolud.
Hüdroajami puudustena tuleb nimetada:
- tuleohtlikus töövedeliku või tema aurude lekkimisel,
- töövedeliku tundlikus saastumise suhtes,
- temperatuuri ja rõhu mõju töövedeliku viskoossusele,
- suhteliselt madal kasutegur.
6. Hüdrostaatilise rõhu mõiste, tema allikad ja omadused.
Hüdrostaatiliseks rõhuks nimetatakse rõhku, mis mõjub vedeliku sees.
Rõhk vedelikus võib olla esile kutsutud kahel põhjusel:
- hüdrostaatiline rõhk on tingitud vedeliku oma kaalust ,
- hüdrostaatiline rõhk on tingitud vedeliku vabale pinnale mõjuvatest välisjõududest.
Hüdrostaatiline rõhk on sellisel juhul arvutatav valemiga: p = hg N/m2, kus p - hüdrostaatiline rõhk vaadeldavas vedeliku punktis, N/m2, h - vaadeldava punkti kaugus vedeliku pinnast vertikaalsuunas, m, - vedeliku tihedus, kg/m3, g - raskuskiirendus , 9,81m/s2.
pinnale mõjub välisrõhk, siis rõhk vedeliku sees on selle välisrõhu võrra suurem (joon. 3).
Joonis 3 Sellisel juhul: p = p0+hg N/m2, kus p0 - vedeliku vabale pinnale mõjuv väline ülerõhk, N/m2 . Antud juhul arvutatav kui kolvi abil vedelikule tekitatud rõhk. po=F/A(Pa)
7)Rõhu mõõtühikud, nende dimensioonid, tähised.
SI mõõtühikute süsteemis on rõhu põhiühikuks paskal, mille tähis on Pa. 1 Pa = 1 N/m2.: kilopaskal, 1 kPa = 103 Pa ja megapaskal, 1 MPa = 106 Pa
Laialdaselt kasutatakse mittesüsteemset ühikut baar , tähisega bar. 1 bar = 105 Pa Baar sobib hästi rõhkude skaalasse olles arvuliselt lähedane õhurõhule ja asendades senist tehnikas kasutatud rõhuühikut tehniline atmosfäär (at). 1 at = 1 kgf/cm2 = 0,981 bar.
1 mm Hg =1 torr (Tr) , millimeetrit elavhõbeda sammast, 1 torr = 133,3 Pa. 1 mm H2O, millimeetrit veesammast, 1mm H2O = 9,81 Pa.
Tollisüsteemi kasutavates maades on enamlevinud rõhuühikuks psi. 1 psi = 1 lbf/in2 = 1 jõunael/ruuttollile. 1 bar 14,5 psi.
8) Selgitage mõisted: absoluutne rõhk, alarõhk, ülerõhk.
0-lugemiks on rõhk p = 0. Sellise skaala järgi mõõdetud rõhku nimetatakse absoluutseks rõhuks. Relatiivse skaala 0-lugemiks on õhurõhk. Õhurõhust suuremat rõhku nimetatakse ülerõhuks. Seda rõhku näitavad manomeetrid, mistõttu nimetatakse teda ka manomeetriliseks rõhuks. Õhurõhust väiksemat rõhku nimetatakse alarõhuks e vaakumiks. Alarõhku mõõdetakse vaakummeetriga.
9) Vedelik ja mehaaniliste manomeetrite töötamise põhimõtteline erinevus. Võrdle neid oma täpsuse ja kasutamis mugavuse järgi.
Vedelikmanomeetrite töö põhineb hüdrostaatilise rõhu omadusel, et vedelikule tekitatud rõhk antakse edasi igas suunas võrdse jõuga. Üldjuhul on vedelikmanomeetri põhiosaks läbipaistvast materjalist toru, milles oleva vedeliku rõhk tasakaalustab mõõdetava vedeliku rõhu. Vedelikmanomeetrid näitavad alati tegelikku rõhku, mis on oluline mõõtmise täpsuse seiskohalt. Nende peamiseks puuduseks on piiratud mõõtepiirkond, sest nad sobivad vaid suhteliselt väikeste rõhkude mõõtmiseks. Mõõdetava rõhu suurust piirab tema tasakaalustamiseks vajaliku vedelikusamba pikkus s.o manomeetritoru pikkus.
Mehaaniliste manomeetrite töö põhineb rõhu poolt tekitatud deformatsiooni mõõtmisel. Põhimõttel: mida suurem on rõhk, seda suurem on tema poolt tekitatud deformatsioon . Taoline mõõtmismeetod eeldab mõõtmisvigade, mis on tingitud ülekande deformeeritav element - manomeetri näidik ebatäpsusest, aga ka deformeeritava elemendi " väsimisest", teket. Vastutusrikastel seadmetel ( survemahutid , katlaseadmed jne) töötavaid mehaanilisi manomeetreid tuleb perioodiliselt kontrollida. Mehaaniliste manomeetrite eelisteks on nende töökindlus, väikesed gabariidid, võimalus mõõta suuri rõhkusid ja paigutada manomeeter seadmel mugavalt jälgitavasse kohta.
10) Töövedeliku ülesanded hüdroajamis.
Töövedelikud on hüdroajamis energiakandjateks. Töövedelikuga kandub pumba poolt vedelikule antud hüdrauliline energia vedeliku vooluhulga ja rõhu näol hüdrosilindrisse või hüdromootorisse, kus see muudetakse kolvi sirgjoonelise liikumise või mootori väljuva võlli pöörlemise mehaaniliseks energiaks.
*Töövedelik määrib hüdroajami elemente,
*Töövedelik kannab soojusena eraldunud energia tema tekkimise kohast ära, seega jahutab ajamit
*Töövedelik summutab rõhu kõikumistest tingitud vibratsioone
*Töövedelik kaitseb süsteemi elemente korrosiooni eest
*Töövedelik peseb süsteemi
*Töövedelik edastab juhtimissignaale, olles oluline infokanal seadmete automaatjuhtimise korral.
11) Tõõvedelike liigid, nende lühike iseloomustus. Mida peab silmas pidama konkreetse seadme hüdroajami hooldamisel?
Mineraalõlid. Mineraalõlid on hüdroajamites kõige enam kasutatavad vedelikud. Nad ei ole kasutatavad tule– ja plahvatusohtlikes tingimustes. Maksimaalne kasutustemperatuur 60…90C, hangumistemperatuur -12…-70C.
Sünteetilised hüdrovedelikud. Sünteetilised hüdrovedelikud toodetakse eteenist, mis on nafta destilleerimise produkt . Tootmise käigus saab vedelikule anda täpselt soovitud omadused, mistõttu neil on tunduvalt paremad omadused kui mineraalõlidel. Neil on kõrge viskoossusindeks, nad taluvad kõrgeid temperatuure , nende hangumistemperatuur on madal ja kasutusiga suur. Maksavad palju.
Taimsetele õlidele põhinevad hüdrovedelikud. Taimsetele õlidele põhinevad hüdrovedelikud on omadustelt lähedased mineraalõlidele, kuid neil on paremad määrivad omadused ja nende viskoossus sõltub rõhust vähem kui mineraalõlidel. Samal ajal on madalatel temperatuuridel nende omadused nigelamad võrreldes mineraalõlidega. Nad on keskkonnasõbralikumad.
Mittesüttivad hüdrovedelikud. Mittesüttivaid hüdrovedelikke kasutatakse ajamites, mis töötavad tule- ja plahvatusohtlikes ruumides. Mittesüttivate vedelike omadused on muutuvad suurtes piirides ja nende tihedus on suurem, kui õlidele baseeruvatel vedelikel .
Hüdroajamis kasutatav vedelik peab vastama seadme tehnilises juhendis toodud tingimustele vedeliku liigi ja viskoossuse osas. Mingil juhul ei tohi segada eri liiki vedelikke!
12) Töövedelike saastumise põhjused ja saastumise mõju süsteemile. (beeta)arv..mis see?
Intensiivne hapendumine-töövedeliku reageerimine õhuhapnikuga(nim. ka vananemiseks) Halvenevad määrivad omadused ja tekiv vaigutaoline aine. Vananemist sodustavad kõrge töötemp. vedeliku õhusisaldus ja kokkupuude mõnede metallidega, nt vasega. Vask toimib katalisaatorina.
Põhjused: töövedeliku vananemine
Süsteemis valmistamisel sisse jäänud praht , mis ei eemaldu pesemisel
Elementide kulumise ja korrosiooniproduktid
Väliskeskonnast tulev saaste mis pääseb vedelikku tihendite, kolvivarre või vedeliku paagi kaudu, kui paagil puudub tuulutusava filter
Pumpades, hüdroajamites ja torudes tekkivad osakesed kulumise tagajärjel lähevad vedeliku sisse. See omakorda kulutab pumpasid ja ajameid veelgi. Filtrid ummistuvad . β - arv näitab mitu korda väheneb filtri läbimisel tähistatud suurusega osakeste arv vedelikus.
13) Hüdrofiltrites kasutatavad filtrimaterjalid, nende puhastusvõime. Pind- ja mahtfiltri mõiste.
Enamlevinumateks filtermaterjalideks on:
-roostevaba terasvõrk. Materjal on kasutusel pindfiltrites ja võib olla mitmekordse kasutusega. Filterelemendi saastumise korral võib teda pesemise teel puhastada ja uuesti kasutada. Sellised filtrid tagavad filtreerimispuhtuse 25...40 μm.
- tsellulooskiud - (paber-)filtrid. Filtrid on ühekordse kasutusega ja tagavad filtreerimispuhtuse kuni 10 μm. On vaja teada, et paberfiltrid ei sobi kasutamiseks vee alusel valmistatud töövedelike puhul, sest nad lagunevad vee toimel.
- klaaskiud- ( fiiber -)filtrid. Filtrid on universaalsed ja ühekordse kasutusega. Tagavad filtreerimispuhtuse kuni 5 μm. Tselluloos - ja fiiberfiltrid on mahtfiltrid. Uuemad filtermaterjalid tagavad filtreerimispuhtuse kuni 2 μm.
Pindfilter. Filter, mille puhul filtreeritavad osakesed püütakse filtri välispinnale. Selliste filtrite hulka kuuluvad metallvõrgust elementidega filtrid.
Mahtfiltrid. Filtreeritavad osakesed peetakse kinni põhiliselt filtermaterjali sees. Võrreldes pindfiltritega on nad suurema saastemahtuvusega ja väiksema takistusega.
14) Hüdrovõimendi põhimõtteline ehitus ja töötamise põhimõte, tema kasutamise valdkonnad. Seadmelt saadava võimenduse suurust piiravad asjaolud.
Tema töö põhineb hüdrostaatilise rõhu omadusel, et vedelikule tekitatud rõhk kandub igas suunas võrdse jõuga. Põhimõtteliselt koosneb võimendi kahest erineva läbimõõduga omavahel ühendatud silindrist. Silindrites paiknevad kolvid . Kui väiksemale kolvile, mille pindala on A1 m2, rakendada jõud F1 N, siis tekitatakse vedelikus hüdrostaatiline rõhk: p =F1/A1 (Pa). Rõhk kandub teise silindrisse ja avaldab seal olevale kolvile, mille pindala on A2, jõudu: F2 = pA2 =A2F1/A1 (N). silindri pindala ja suurendades samal ajal piiramatult suurema silindri pindala võiksime saada väga suuri võimendusi.
Hüdrovõimendi puhul on tegemist lihtmehanismiga s.t., võites jõus kaotame sama palju teepikkuses. See eeldab väiksema kolvi mitmeid kordi suuremat käigupikkust võrreldes suurema silindri käiguga, mis on tehniliselt raskesti realiseeritav.
Kasutatakse nt: autode ja muude sõidukite pidurisüsteemis.
15) Millest on sõltuv silindris mõjuva rõhu suurus? Kuidas see rõhk mõjutab rõhku pumba väljundis?
Silindris mõjuva rõhu suurus on pöördvõrdeline silindri ristlõikepindalale mõjuva jõu ja selle pindalaga. Mida suurem jõud mõjub kolvi varrele, seda kõrgemat rõhku on tarvis, et silinder liikuma hakkaks. Niikaua , kuni töövedelik täidab silindrit, puudub rõhk, kuna vedelik liigub ilma takistuseta. Kui töövedelik on täitnud silindri, hakkab süsteemis olev rõhk tõusma, kuni on ületatud kolvi takistusjõud ja kolb hakkab liikuma. Rõhk pumba väljundis tuleneb pumba võimsusest, süsteemis olevast rõhust ja rõhukadudest.
16) Vooluhulga mõiste. Keskmise kiiruse mõiste. Vooluhulga seos voolukiiruse ja toru läbimõõduga.
Vooluhulgaks nimetatakse ajaühikus voolu ristlõiget läbinud vedeliku kogust.
Vooluhulga arvutamisel on vedeliku kiirusena kasutusel nn. keskmine kiirus. Keskmise kiiruse mõiste tuleneb sellest, et vedeliku voolus liiguvad vedeliku osakesed erinevates voolu osades erineva kiirusega. Tavaliselt defineeritakse vedeliku liikumise keskmist kiirust vooluhulga kaudu. Vedeliku voolu keskmiseks kiiruseks loetakse sellist vedeliku kõigi osakeste ühesugust kiirust, millega liikudes annavad nad tegelikule vooluhulgale vastava vooluhulga.
Vooluhulka arvutatakse valemiga: qV = vA m3/s, kus v - vedeliku voolukiirus, m/s, A - voolu ristlõike pindala, m2. A = (pii) D(ruut)/4
17) Torustiku läbimõõdu valik sõltuvalt lubatud töövedeliku voolukiirusest. Mis piirab töövedeliku lubatud voolukiirust torustikus?
Torustiku siseläbimõõt määratakse sõltuvalt soovitatavast vedeliku voolukiirusest .Viimasest sõltuvad rõhukaod süsteemis. Rõhukaod sõltuvad Reynoldsi arvust, millega määratakse vedeliku voolurežiim. Kriitiline väärtus Rekr= 2300 , kui Re on suurem 2300, on tegemist turbulentse voolamisega(vmax=1,2Vkesk). Kui Re on väiksemvõrdne 2300, siis on tegemist laminaarse voolamisega (vmax=2Vkesk)
18) Millest on sõltuv kolvi liikumise kiirus silindris. Kuidas toimub kolvi liikumise kiiruse reguleerimine.
Silindris liikuva kolvi kiirus võrdub sisuliselt silindri vedelikuga täitumise kiirusega ehk vedeliku voolukiirusega silindris. Seega kolvi liikumise kiirus: v1 = q1/A1
Kolvi liikumis kiirust saab muuta drosseli abil.
19) Vedeliku voolamisel esinevad voolu takistuste liigid ja neist tingitud rõhukadu mõjutavad tegurid (voolurežiim, takistustegurid, voolukiirus, torustiku ehitus, jne).
Rõhukadusid esilekutsuvad voolutakistused jagunevad kahte liiki:
- hõõrde- ehk lineaartakistused,
- kohalikud takistused.
Vedeliku voolurežiimid:
*Laminaarne e. Kihiline voolamine.
*Turbulentne e. Keeriseline.
20) Kirjeldage, millised on voolava vedeliku mehaanilise energia vormid. Nende omavaheline seos.
Energia vorme on kaks : kineetiline ja potentsiaalne energia.
Voolava vedeliku rõhk on suurem toru nendes osades, kus vedeliku kiirus on väiksem ja väiksem nendes osades, kus kiirus on suurem. Kitsamates osades, kus suureneb kiirus ja seega ka kineetiline energia, peab seetõttu vähenema potentsiaalne energia, mis sel juhul avaldub rõhumisjõus. Laiemates osades kineetiline energia väheneb ja seega potents. energia suureneb.