Tentamen i: Hydraulik och Pneumatik. Totalt antal uppgifter: Datum: Examinator: Hans Johansson Skrivtid:

Transkript

1 KARLSTADS UNIVERSITET Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Tentamen i: Hydraulik och Pneumatik Kod: MSGB24 Totalt antal uppgifter: Datum: Examinator: Hans Johansson Skrivtid: Jourhavande lärare: Hans Johansson, tfn, 1228 (eller ) Tillåtna hjälpmedel: Kurslitteratur: Grundläggande hydraulik, Ove Isaksson I kursen utdelat material och egna anteckningar i original. 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. Enheten för en beräknad storhet skall tydligt anges i svaret. Betygsgränser: poäng = betyg 3 = godkänt poäng = betyg poäng = betyg 5

2 Uppgifter som kräver kortare lösningar (2p/uppgift) 1. En hydraulcylinder har den invändiga diametern 60mm. Belastningen på kolvstången är 62,2 kn. Hur stort är trycket i cylindern? 2. Vad är kolvens hastighet om oljeflödet in i cylindern i uppgift 1 är 17,0 liter per minut? Inga förluster. 3. En hydraulcylinder skall förflytta en last sträckan 1,0 meter på 6,5 sekunder. Accelerationen i början av rörelsen och retardationen vid slutet av rörelsen är till beloppen lika och däremellan är hastigheten konstant 0,20 m/s. Hur stor är accelerationen och retardationen? 4. En hydraulpump levererar oljeflödet 3,7 liter/minut. Trycket över pumpen är 17 MPa. Pumpen drivs med effekten 12 kw. Hur stort är flödet, i liter per minut, om totala verkningsgraden är 0,92? 5. Din chef vill bygga en el-hydraulisk vedklyv och du har fått i uppgift att specificera komponenterna till hydraulsystemet. Vilka delar bör, minst, ingå i drivsystemet, förutom elmotor och ledningar? 6. Läckaget genom en spalt mellan två stillastående ytor har härletts till uttrycket 3 Δp b h Q =. Nämn två förutsättningar som användes för denna härledning 12 μ L 7..Den odämpade egenfrekvensen för en hydraulmotor med last är 5,0 Hz. Hur ändras egenfrekvensen om oljans tryckmodul ändras från 1600 MPa till 1100 MPa på grund av ökad luftmängd i oljan? 8. En hydrodynamisk koppling roterar med 1480 rpm och driver med effekten 75 kw. Om dimensionerna på en för övrigt helt lika koppling är 20% större, vad blir då effekten om eftersläpningen och varvtalet är oförändrat? 9. I ett hydrauliskt servosystem kan man beskriva exempelvis en positionsreglering med hjälp av ett blockschema- se fig. nedan. Komplettera blockschemat med följande begrepp: - Servoförstärkare - Mätgivare - Börvärde - Hydraulcylinder - Ärvärde - Servoventil - Reglerfel - Last (Gör uppgiften på ett inlämningsblad) 10. Två cylindrar som är märkta 1.0 och 2.0 transporterar paket i ett fallmagasin. Ett pneumatiskt schema för styrningen av cylindrarna visas där symbolerna är enligt standarden ISO Se figur nedan Uppgift: Rita ett följddiagram (väg-stegdiagram) för de båda cylindrarna efter att man har tryckt på startknappen märkt 1.2

3 Figur fråga 9 Figur fråga 10

4 Större uppgifter (5p/uppgift) 11. Ett system består av en pump, en 4/3-riktningsventil och en motor. Vilket varvtal ska pumpen ha för att få ett varvtal på n 2 = 540 rpm på motorn? Bestäm även vilket moment som kan tas ut på hydraulmotorn om elmotorn som driver pumpen har avger en effekt på P = 3 kw. Pumpdata V p = 75 cm 3 /varv n 1 =? η mp = 0,96 η tp = 0,92 Motordata V m = 75 cm 3 /varv n 2 = 540 rpm η mm = 0,93 η tm = 0, En vertikalt monterad enkelverkande hydraulcylinder skall lyfta och sänka massan m= 800 kg. För att lyfta lasten kopplas pumpen in via 3/2-ventilen och när lasten sänks töms cylindern över 2/2-ventilen. För att hastigheten vid sänkning av lasten inte skall bli för hög vill man sätta in en strypbricka i cylinderns utlopp. P Bestäm hur stort hålet i brickan ungeför bör vara om hastigheten vid sänkning av massan inte skall bli större än T ca. 0,10 m/s. Cylinderkolvens diameter är 62 mm. För de båda manövrerbara ventilerna gäller Q = k Δp, där k=3, m /( s N) Anta rimliga siffror för sånt du för övrigt behöver för att svara på frågan. A m 13. En ackumulator av blåstyp används i ett system med en hydralpump och en hydralmotor med tillfälliga flödestoppar. Minsta arbetstryck i systemet är 12 MPa. Det maximala trycket i systemet är 15 MPa. Ackumulatorns förladdningstryck är 90 % av minsta arbetstryck. Varje arbetscykel är totalt 32 sekunder lång. Principiellt kan en cykel beskrivas av att flödet är 0,12 l/s, förutom en sekund i början och en sekund i slutet då flödet är 30 l/min. Bestäm storleken på ackumulatorn om laddning och urladdning sker så snabbt att det inte hinner ske något värmeutbyte med omgivningen. Initial kompressionen sker dock så långsamt att temperaturen inte höjs under kompressionen. Börja med att rita ett hydraulschema och sedan ett flödes-tid-diagram.

5 14. Vid provkörning av en hydraulpump med deplacementet 10,0 cm 3 /varv blev flödet 9,18 liter/minut. Varvtalet var 1000 rpm, vridmomentet för att driva pumpen mättes till 34,0 Nm och trycket över pumpen var 20,0 MPa. Vid provet var oljans viskositet 0,04 Pas. Om pumpen nu skall köras med trycket 15 MPa och oljans viskositet är 0,06 Pas vid vilket varvtal blir pumpens totala verkningsgrad bäst och hur stor är då totala verkningsgraden? 15. Två cylindrar med beteckningarna C1 och C2 ska utföra sekvensen enligt följddiagrammet nedan. Vidare visas även väg-tiddiagram där kolvarna ska gå med olika hastigheter i fram- resp. backriktningen. Cylindrarna styrs av bistabila arbetsventiler av 5/2- typ. Startfunktionen S utgörs av en trycknappsstyrd 3/2- ventil med fjäderretur. Ändlägesgivarna C 1F, C 1B, C 2F och C 2B utgörs av 3/2- ventiler med fjäderretur och rullspak. Styrningen av arbetsventilerna visas med logiska uttryck nedan. Uppgift: Rita ett pneumatiskt schema med vedertagna pneumatiska symboler för cylinderstyrningen där även ska ingå en stryp-backventil för varje cylinder som ska ge den givna hastighetsprofilen.