Pneumatiska systemlösningar

Transkript

1 TMHP0 Fluidmekaisk Systemtekik Peumatiska systemlösigar Frå komressor till cylider Fluida och mekatroiska system IEI/Liköigs uiversitet

2 Peumatiska system - Tryckluftsrod., distributio och förbrukare Productio Distributio Peumatic systems Co m - res sor Co oler Reservoir Shu t-off valves Service uits

3 Termodyamiska sambad för tryckluft Ideala gaslage: V = m R T [J] = absolut gastryck, [Pa] V = gasvolym [m 3 ] m = gases massa, [kg] R = gaskostat=87 [J/kg/K] T = absolut gastemeratur, [K] Polytrosambad: V = V = olytroexoet, [-] Isetroisk rocess (förlustfri adiabatisk rocess): ==,4: Temeratursambad: V = V ' (% $ % " & # = T Kyleffekter säker olytroexoete. =,5 valigt värde. Normaltillståd, NTP: T 0 = 93 K och 0 =,0 bar (00 kpa) T ( ) & ' % # $ / "

4 Termisk systemverkigsgrad T 3 = T =,4 =,5 e/c = W t,full-res exa / W t,isetroic com =,0 (isothermal comressio) ) / ( 3 / " # $ $ $ % & ' ' ( ) * * +, = - c e T T /

5 Total systemverkigsgrad - Adiabatisk komressio och fulltrycksexasio c e c v s m em tot /,, " " " = =,4 =,5 " # $ % & ' ( ( ( ) * + + +, -. / / = 0,08 0,96,5, c 6 v El-motor efficiecy: em = 0,9, Mechaical system efficiecy: m,s = 0,80, Volumetric eff. sigle-stage isto com: v,c ) / ( 3 / " # $ $ $ % & ' ' ( ) * * +, = - c e T T / T 3 = T

6 Exemel å eumatikalikatioer Festo mobil eumatik Festo idustriell automatio Peumatisk robot: Festo Robotio (You Tube)

7 Peumatiska aktuatorer Peumatikcylider med styrvetil, ädlägesdämig och ibyggda ädlägesgivare (ISO-stadard) Kolvstågslös cylider Kortslagig cylider Motorer med mekaisk växel Peumatisk muskel

8 Peumatiska vetiler Tryckreglerig med tryckregulator (tryckreducerigsvetil) Flödesstyrig (hastighetsstyrig) med stryig Vetilblock El-styrda vetiler Dämare för returluft

9 Vakuum-tekik Vakuumlyft Ejektor-ehet (Bosch Rexroth) Ejektor

10 Vetilstyrda eumatiksystem Komoetkarakteristik: b- och C-värde T U stream ressure cotrol valve Flow meter Volymflöde (NTP) q = C " K t. = Comoet uder test b, C $ # ", + ) * /, b, b ( & ' Dow stream ressure cotrol valve för / för % Peumatisk koduktas: C, [liter/(sbar)], (NTP) Temeraturkorrektio: K t = T0 / T, T0 = 93 K / - b > b

11 Flödeskarakt.- eumatiska komoeter C. Volymflöde q [NTP] kostat, varierar Överkritisk strömig Uderkritisk strömig Vetilstryig b, C q ) ( kostat, varierar 0 0 =b. Tryck = Kritiskt tryckförhållade b: 0 <= b <= 0,58 Normaltillståd, NTP: T 0 = 93 K och 0 =,0 bar (= a )

12 Flödeskarakteristik för seriekolade eumatiska komoeter Sök b s, C s - Föreklade sambad ger = 3 Cs i= C 3 i C s < C imi b s = " C s i= " b C i i b s < b imi q = C " s K s t (NTP)

13 Vetilstyrd cylider Tryck- och hastighetskarakteristik Vetilflöde: Cyliderflöde: q = C " " q = A v a Max cyliderkolvhastighet: v max = C A a " =,0 ; a b a = 00 kpa =,0 bar

14 Vetilstyrd cylider Reducerad kolvhastighet C, b ) ( Cyl. A ) ( ) ( C, b a 0 A A v - v + Dislacemet/Time-diagram Cyl. A 0 C 3, b 3 a Atag att de vetilstryigar som geomströmmas av cyliders returflöde (utlosstryigar) bestämmer max kolvhastighet för båda rörelseriktigara. Atag att stryigaras koduktaser är lika: C = C = C 3 = C Vid lus-slaget fis två seriekolade utlosstry-igar med koduktasera C = C 3 = C, vilket ger v + max C3 = A a = C a /3 A För mius-slaget gäller e utlosstryig med koduktasera C = C, vilket ger v " C a C a + max = = v A A max v < max

15 Tidsfördröjig av eumatiska sigaler A A v - v + Time delay uit Volume v c ) ( Time delay adj. Volume ressure ( v ) versus commad ressure ( c ) c, v c v bar 0 Time

16 Cyliderkrafter A A F F ) ( a ) ( ) ( A s a A ( A " A ) F A " A " = a A " A = a F

17 Peumatisk effekt Ideal gas: Normal -effekt: V = m R T V = q N = ormalflöde, [m 3 /s] (NTP) 0 =,0 bar och " 0 =,3 kg/m 3 m Gaskost. R = 87 J/(kg K) m P N = " R " T = q " 0 Kostat temeratur, T = T 0 = 93 K, ger effekte: m = m R T " PN = qn " 0 0

18 Peumatisk eergi Eergi = Effekt *tid, [Ws, Nm, J] Totala aktuatoreergi: PN PA #" t E PA =, PA Eergiförbrukig för eumatisk cylider: " EPA = s Vtot = s d BL 4 d = kolvdiameter, [m], s = matigstryck [Pa], B L = slaglägd, [m], = atal slag [-] Komressoreergi: E = / K E PA tot # tot = total systemverkigsgrad

19 Alikatio Peumatisk styrig av sågkliga

20 " % Sabbare cykel med två-tryck system E-tryck system 7, Voltage (V) 5,5 Pi ( bar=0,5v) Velocity m/s=4v Pout 0 0 0, 0,4 0,6 0,8, Time (s) Två-tryck system 7,5 Velocity (m/s=4v) $ % Voltage (V) 5,5 Pout Pi ( bar=0,5v) # $ $ % 0 0 0, 0,4 0,6 0,8, Time (s)

21 Peumatisk cylider med ädlägesdämig Justerbar stryig

22 Två-stegs kolvkomressor med mellakylare Two comressor stages Pisto rod Cetrifugal uloader Oil level idicator Itercooler Overhug crakshaft Slash lubricatio

23 Utlostemeratur för kolvkomressor (Tryckförhållade: / = ) T = T ' % & $ " # T = 70 o C T = 5 o C

24 Skruvkomressorer, Atlas Coco

25 Volymetrisk verkigsgrad för kolvkomressor. 0,7 Fler-stegs komressio - lika tryckförhållade för steg: & $ % +... = ; = bar, = + = sluttryck # & 3# = + [bar]; Ex : $ = 9[bar] " % " Volymetrisk verkigsgrad för steg: vtot = v " v "..." v

26 Högtrycks-komressorer, bar, stegs kolvkomressorer, (J.A. Becker, Bauer) J.A. Becker ' % & Tryckförhållade 3 steg: 3 4 = = 4 ; 3 3 = sluttryck $ Tryckförh. " = 350bar = # steg 7,05 Totalverkigagrad: elmotor-komressor = 80 bar: # tot 0,0 = 350 bar: # tot 0,065

27 Sekvesstyrig eligt Kaskad-metode Väg - tid - diagram Peumatisk lösig Reducerad hastighet (Utlosstryig) Gru I Gru II Sigalledigar (mie) Samtliga kvittessigaler (a 0, a, b 0, b ) måste utyttjas.

28 Peumatisk sekvesstyrig Väg/tid-diagram för sekvesstyig av 3 cylidrar, A, B och C. Koligsschema eligt Kaskadmetode. Samtliga kvittessigaler (a 0, a, b 0, b, c 0, c ) måste utyttjas.

29 Distribuerat eumatiksystem, Iteract, Hoerbiger- Origa