Introduktionsuppgifter till kurserna. Hydraulik och Pneumatik & Fluidmekanisk Systemteknik

Transkript

1 Introduktionsuppgifter till kurserna Hydraulik och Pneumatik & Fluidmekanisk Systemteknik Liselott Ericson Uppgift 0.1 Figurerna nedan visar en skarpkantad hålstrypning med arean A. Flödeskoefficient C q kan antas vara 0,67 och oljans densitet 870 kg/m 3. Nedan följer några olika frågeställningar. a. Om strypningens diameter är 2 mm och trycket innan strypningen är 20 MPa. Ledningen efter strypningen är kopplad till tank. Hur stort är flödet q 1 respektive q 2? b. Om trycket före strypningen är 30 MPa och flödet är 120 l/min. Hur stor ska strypningens diameter vara för att trycket efter strypningen ska vara 10 MPa, d.v.s. är EJ kopplad till tank? Vad är tryckfallet över strypningen? c. Ledningen efter strypningen kopplas till tank. Flödet genom strypningen är 120 l/min. Hur stor ska strypningens diameter minst vara för att trycket innan strypningen inte ska överstiga 30 MPa? d. Vad blir inloppstrycket om flödet ökar med 10 % d.v.s. till 132 l/min i uppgift c? e. Beräkna den hydrauliska effektförlusterna genom strypningen i uppgift c och d.

2 Uppgift 0.2 Figuren nedan visar en cylinder med en massa. På cylinderstången verkar en massa på 1 ton. Kolvarean A k är 5 cm 2 och A s /A k = 0,5. Cylindern kan antas förlustfri. a. Gör en kraftjämvikt på kolven. Beräkna tycket p in om kolvstångssidan är kopplad till tank. b. Lyfthastigheten ska vara 0,3 m/s. Hur stort inflöde krävs? Vad blir utflödet? c. Man vill öka lyfthastigheten till 0,5 m/s genom att minska kolvarean. Vilken area krävs för att uppnå den önskade lyfthastigheten med bibehållet inflöde samt vilket tryck p in krävs för att lyfta lasten? Kolvstångssidan är kopplad till tank. d. Beräkna den hydrauliska ineffekten som krävs för att lyfta massan i uppgift c? e. Beräkna den mekaniska uteffekten? Skiljer sig ineffekten och uteffekten? Varför/varför inte?

3 Uppgift 0.3 Figuren nedan visar index för en pump. Pumpen roterar med varvtalet 1500 varv/min och har fast deplacement, ε p =1. a. Vilket flöde levererar pumpen om deplacementet är 60 cm 3 /varv? Pumpens volymetriska verkningsgrad är 0,90. b. Beräkna axelmomentet för att trycket 30 MPa ska kunna levereras. Pumpens hydraulmekaniska verkningsgrad är 0,85. c. Vad är pumpens totalverkningsgrad? d. Beräkna den hydrauliska uteffekten? e. Beräkna den erforderliga mekaniska ineffekten på två olika sätt?

4 Uppgift 0.4 Figuren nedan visas index för en variabel motor. Motorn roterar med 1500 rpm. a. Den hydraulmekaniska verkningsgraden är 0,92 och det tillgängliga inloppstrycket är 20 MPa. Hur stort motordeplacement krävs för att utmomentet ska vara minst 100 Nm? Avrunda till närmsta tiotal. b. Det uppmätta/effektiva inflödet vid fullt deplacement är 63 l/min, övriga parametrar som a. Vad är den volymetriska verkningsgraden? c. Vilket ställtal behövs för att utmomentet 100 Nm ska erhållas? Vad blir effektiva flödet med det nya ställtalet? Antag att verkningsgraderna inte ändras. d. Beräkna den mekaniska uteffekten vid utmomentet 100 Nm. e. Beräkna den hydrauliska ineffekten i samma punkt som d. f. Beräkna motorns totalverkningsgrad på två olika sätt.

5 Uppgift 0.5 En transmission består av en variabel pump som driver en variabel motor. Deplacementet på pumpen är 80 cm 3 /varv och motorn har deplacement 120 cm 3 /varv. Maximal tryckdifferens mellan hög- och lågtryckssidan är p=36 MPa. Dieselmotorn, angivet med M i figuren, som driver pumpen har den maximala effekten 60 kw och konstant varvtal n p = 1500 varv/min. Motorns minställtal är ε m,min = a) Börja med att skissa ställtal som funktion av hydraulmotorvarvtal. 5b) Beräkna ställtalet på pumpen när maximal in-effekt kan börja överföras till hydraulmotorn. 5c) Beräkna motorvarvtalet, n m, vid punkten i 5b. 5d) Beräkna maximalt motorvarvtal. 5e) Beräkna trycket vid maximalt motorvarvtal. 5f) Beräkna hydraulmotorns motormoment vid maximalt varvtal. 5g) Beräkna hydraulmotorns maximala motormoment. 5h) Visa schematiskt i diagram hur ställtal, tryck och hydraulmotormoment ändras inom varvtalsintervallet 0 n m n m,max. Ange var ovanstående beräknade värden i diagrammet.

6 Svar: 0.1a q 1 = 27 l/min, q 1 = q 2 0.1b d = 4,2 mm, Δp=20 MPa 0.1c d > 3,8 mm 0.1d p = 36,3 MPa 0.1e c) P = 60 kw, d) P = 80 kw 0.2a p in = 19,6 MPa 0.2b q in = 9 l/min, q ut = 4.5 l/min 0.2c A k = 3e-4 m 2, p in = 32,7 MPa 0.2d P in = 4,9 kw 0.2e P ut = 4,9 kw, förlustfritt 0.3a q ep = 81 l/min 0.3b M in = 337 Nm 0.3c η tot = 0, d P in = 40,5 kw 0.3e P ut = 52,9 kw 0.4a D m = 40 cm 3 /varv 0.4b η vm = 0,95 0.4c ε m = 0,85, q em = 53,8 l/min 0.4c P ut = 15,7 kw 0.4d P in = 17,9 kw 0.4e η tot = 0,88 0.5a Se föreläsningsanteckningar 0.5b ε pn = 0,83 0.5c n mn = 833 varv/min 0.5d n m,max = 4000 varv/min 0.5e p min = 30 MPa 0.5f M m,min = 143 Nm 0.5g M m,max = 688 Nm 0.5h Se föreläsningsanteckningar