Kurs PM: HYDRAULIK & PNEUMATIK, MSGB24, 7,5hp, läsperiod 1, 2011

Transkript

1 Kurs PM: HYDRULIK & PNEUMTIK, MSGB24, 7,5hp, läsperiod 1, 2011 Kau Kursen examineras på följande sätt: 1. Teori. Skriftlig tentamen 3,5 hp. Betyg; U, 3, 4 eller 5. (Förra årets tenta, se bilaga) 2. Konstruktionsuppgift 3 hp För godkänd konstruktionsuppgift krävs en godkänd skriftligt rapport som inlämnats för bedömning senast fredag Rapporten skall lämnas in till Studentcentrums expedition. Dessutom skall en muntlig redovisning göras Laborationer 1 hp: Resultaten från laboration 2 skall dokumenteras i en skriftlig rapport senast Laborationsrapporten skall lämnas in till Studentcentrums expedition för granskning och bedömning. Laborationsrapporten bedöms som underkänd (U) eller godkänd (G). KURSPROGRM Kapitel och övningsuppgiftsnummer hänvisar till kursboken: OBS att giltigt schema är det som publiceras på kurstorget Kurslitteratur: Ove Isaksson, GRUNDLÄGGNDE HYDRULIK, Luleå Tekniska Universitet vecka dag Va. 4 26/1,ons F1 27/1,tors F2 & Ö1 Va. 5 3/2, tor F3 & Ö2 4/2, fred F4 Va. 6 9/2, ons F5 10/2, tors F6 & Ö3 Va. 7 17/2, tors F7 & Ö4 18/2, fred F8 Va. 8 24/2, tors F9 25/2, fred F10 & Ö5 Va 9 3/3, tors F11& Ö6 4/3, fred F12 Teori / Lärare Inledning Hydraulvätskan och dess egenskaper MiÅs & HJo/1D340, Grundläggande strömningslära HJo/1D236, Grundläggande strömningslära HJo/1D236, Övningar ngulära pumpar och motorer HJo/21347, Riktningsventiler MiÅs/1D315, Hydraulcylindrar & Tätningar Övningar MiÅs/1D327, Tryckventiler, Flödesventiler MiÅs /1D328, ckumulatorer MiÅs/21341, Hydrostatiska system + Dataprogram HJo/MiÅs/1D328, (-1600 datas) Konstruktionsuppgift HJo/MiÅs/1D327, Proportional- och Servoventiler HJo/1D315, Pneumatik HJo/21341, Kap/ sid. Gemensam övning Kap 1, Kap 2,3 Kap 3 2.1, 2.9, 3.7 Kap 4 Kap , 5.6 Lämpliga Övningsuppgifter Eventuellt ytterligare uppgifter väljs beroende på intresse och behov. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.7 Laboration 1 (HJo/MiÅs) , 3.8, , 5.2, 5.4, 5.6 Kap 6, 7 Laboration Kap 7, Kap Dataprogr Kap 10, 11 Kap , , Självstudier av kap 11

2 Forts. Kursprogram för HYDRULIK & PNEUMTIK, MSGB24, läsperiod 1, 2011 Kau vecka dag Va 10 10/3, tors F13 11/3, fred F14 & Ö7 Va 11 17/3, tors F15 & Ö8 18/3, fred F16 Va 12 23/3, onsd F17 24/3, tors F18 & Ö9 Va 13 tisd 29/ Teori rb med konstruktionsuppgiften HJo/MiÅs/21341, rb med konstruktionsuppgiften HJo/MiÅs/1D341, Dynamisk analys HJo/21341, Dynamisk analys HJo/21341, Kopplingar och momentomvandlare HJo/21347, Redovisning konstruktionsuppgift MiÅs/ HJo/21341, Kap/ sid. Kap 10 Kap 12 Kap 12 Gemensa m övning Lämpliga Övningsuppgifter Kap , 13.2, 13.3 Skriftlig tentamen, Tillåtna hjälpmedel: Kurslitteratur, i kursen utdelat material och egna anteckningar i egna handskrivna orginal+ Räknedosa. Laboration 1 Laborationen kan mera ses som en demonstration och prova på av laborationsutrustningen. Tider för detta bokas på schema som skickas runt på lektionstid. Två lektionstimmar och två laborationsgrupper (2 ggr 4 pers) per tillfälle. Laboration 2 Laboration 2 får göras efter det att man deltagit i laboration 1. Tider bokas på särkilt schema som skickas runt på lektionstid. Maximalt 4 personer per laborationsgrupp. Räkna med att en för- eller eftermiddag behöver ägnas åt laborerandet för att få tid till bl.a. diskussioner i gruppen. Ingen lärarhandledning kommer att finnas under laborerandet. En rapport skall skrivas gemensamt av gruppdeltagarna och lämnas in på studentcentrum för bedömning.

3 KRLSTDS UNIVERSITET Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Kau Tentamen i: Hydraulik och Pneumatik Kod: MSGB24 Totalt antal uppgifter: Datum: Examinator: Hans Johansson Jourhavande lärare: Hans Johansson, tfn, 1228 Skrivtid: Tillåtna hjälpmedel: Kurslitteratur, i kursen utdelat material och egna anteckningar. Valfria formelsamlingar Räknedosa Övriga upplysningar: För full poäng på en uppgift krävs att lösningen går att följa på ett logiskt sätt, att lösningen är korrekt och läslig samt att eventuella antaganden och approximationer har motiverats. Betygsgränser: poäng = betyg 3 = godkänt poäng = betyg poäng = betyg 5

4 Kau Uppgifter som kräver kortare lösningar (2p/uppgift) 1 En hydraulcylinder skall belastas med 20 kn. Hur stor behöver cylinderns diameter vara om trycket är begränsat till 120 bar och verkar på den sida av kolven där ingen kolvstång finns? 2 En hydraulmotor accelererar en last under 3 s med konstant vinkelacceleration på 0,12 radianer/s 2. Därefter retarderas lasten med konstant retardation 0,20 radianer/s 2 till stillestånd. Beräkna hur många varv motorn roterat. 3. En hydraulcylinder med genomgående kolvstång har den invändiga cylinderdiametern 125 mm och kolvstångsdiametern 90 mm. Vilket oljeflöde krävs för att kolvstången skall gå med 0,14 m/s om cylinderns verkningsgrad antas vara 100%? 4. En hydraulmotor belastas med momentet 235 Nm och tryckfallet över anslutningsportarna till motorn är 18MPa. Hur stort deplacement har motorn om motorn driver med konstant varvtal och den mekaniska verkningsgraden är 0, En hydraulcylinder har den invändiga cylinderdiametern 185 mm och oljevolymen på den trycksatta sidan är 12 liter. Den trycksatta sidan finns på kolvsidan utan kolvstång. Hur stor sträcka rör sig kolven om belastningen på cylindern ökar med 350 kn och systemets ekvivalenta tryckmodul är 1100 MPa? 6. Tryckfallet över en ventil är uppmätt till 0,87 MPa vid oljeflödet 9,0 liter per minut genom ventilen. Vad bör flödet genom ventilen vara vid tryckfallet 1,15 MPa?. 7. Olja läcker genom en cirkulär spalt mellan en slid och ett ventilhus. Slidens diameter är 10 mm och den ligger koncentriskt med det radiella spelet 0,0080 mm i ventilhusets hål. Spaltens längd är 20 mm. Tryckskillnaden över spalten, p 1 p 2, är 140 bar. Sliden står stilla i förhållande till ventilhuset och 1,50 cl olja läcker genom spalten per minut. Vad är oljans viskositet? p1 p p φ Hur är sambandet mellan en hydraulmotors mekaniska verkningsgrad och motorns viskösa friktionstal? Förklara dina beteckningar. 9. När används normalt pilotstyrda ventiler? 10. En hydrodynamisk koppling roterar med 550 rpm och kan driva med det maximala momentet 1275 Nm. Om nu varvtalet ändras till 725 rpm, vad blir då maximala momentet?

5 Kau Uppgifter som kräver något längre lösningar (5p/uppgift) 1. Banden på ett litet bandfordon drivs av hydraulmotorer. En motor på vartdera bandet. Tryckbegränsningsventilen i hydraulsystemet är inställd på 120 bar. Drivhjulen har diameter 0,28 meter. a/ Om vi vill ha dragkraften 1,2 kn på horisontellt underlag vilket deplacement skall då hydraulmotorerna ha om den mekaniska verkningsgraden antas vara 96% i motorerna? Drivhjul Dragkraft b/ Vad blir fordonets hastighet om pumpen som är direktkopplad till motorn har deplacementet 11,3 cm 3 /varv, pumpens varvtal är 2400 rpm, pumpen och hydraulmotorn har lika volymetrisk verkningsgrad 97% och hydraulmotorns deplacement är som beräknat i a/? m 2. En vertikalt monterad enkelverkande hydraulcylinder skall lyfta och sänka massan m= 1300 kg. För att lyfta lasten kopplas pumpen in och när lasten sänks töms cylindern över den reglerbara strypningen. Bestäm cylinderns kolvdiameter om maximalt oljetryck är 45 bar och cylindern antas bete sig idealt. Bestäm också inom vilka gränser k skall kunna regleras om sänkningshastigheten skall kunna regleras mellan 0,05 m/s till maximalt 0,15 m/s och strypningen antas ha karakteristiken Q = k Δp. P T P B 3. En ackumulator av blåstyp används i ett system med tillfälliga flödestoppar. Minsta arbetstryck i systemet är 10 MPa. Det maximala trycket bestäms av en cylinder med innerdiameter 90 mm som ska orka lyfta en last på 130 kn. ckumulatorns förladdningstryck är 90 % av minsta arbetstryck. Varje arbetscykel är 30 sekunder lång. Största delen av cykeln är flödet 0,4 l/s, förutom en sekund i början och en sekund i slutet då flödet bestäms av att en annan cylinder med innerdiametern 50 mm ska skjutas ut med hastigheten 0,02 m/s. Bestäm storleken på ackumulatorn om laddning och urladdning sker adiabatiskt /n=1,4). Initial kompressionen sker dock isotermiskt (n=1).

6 Kau 4. En hydraulmotor drivs av en pump som ger det konstanta flödet 220 liter/minut och har den totala verkningsgraden 94%. Två olika driftfall förekommer. I första driftfallet belastas hydraulmotorn med 770 Nm och maximalt möjligt varvtal. I det andra driftfallet skall både momentet och varvtalet på hydraulmotorn halveras jämfört med första driftfallet. För att kunna variera varvtalet är två olika lösningar under övervägande. : en tvåports flödesregulator B: en treports flödesregulator. Q p = 220 lit/min η tp = 0,94 p t 1 2 V m = 0,32 lit/varv η vm = 0,97 η mm = 0,95 M m B Bestäm systemets totala verkningsgrad, från pumpaxel till motoraxel, för vart och ett av de två driftfallen och för de två varianterna av flödesregulatorer. nta att tryckbegränsningsventilen är inställd på ett tryck som är 15% högre än erforderligt tryck för att driva motorn i första driftfallet. 5. Två pneumatikcylindrar C1 och C2 styrs av bistabila 5/2- arbetsventiler. Vid cylindrarnas ändlägen sitter givare monterade som är av 3/2- typ med fjäderretur (C 1F, C 2B osv). Förloppet startas med impulsstart av en startventil S (3/2 med fjäderretur) ett minne i form av en bistabil 5/2 ventil finns också- se pnumatikschemat nedan. a/ nge de logiska uttrycken för ventilsignalerna V C1 +, V C1 -, V C2 +, V C2 - som styrs av S, C 1F, C 2F, C 2B, M samt M se schemat b/ Rita följddiagram som visar sekvensen hos cylinderrörelserna sedan man tryckt på startknappen S.