LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA TENTAMEN () IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 1. a) Seriekolade stryningar Figuren visar tre () seriekolade stryningar ed lika stryarean A s,14 10 -. Inlostrycket till den första stryningen är 1 180 bar och utlostrycket efter den tredje stryningen är T 0. Flödeskoefficienten för resektive stryning är C q 0,7 och oljedensiteten är ρ 890 kg/. Beräkna ellantrycken och sat flödet q 1 geno stryningarna. (4) b) Konstantflödesu ed tryckbegränsningsventil Figuren visar en konstantflödesu, so levererar flödet q 0 liter/in och har totalverkningsgraden η t 0,9 (antas oberoende av trycknivå). Tryckbegränsningsventilen, so bestäer utryck, har variabelt öningstryck ref och dess karakteristik visas i figuren.. Beakta att lastflödet q L kan variera ino intervallet, 0 < q L < q och beräkna uens iala ineffekt, P in då tryckbegränsningsventilen är inställd å öningstrycken ref 10 MPa resektive 0 MPa. () c) Startoent för hydraulotor ed fast delaceent En hydraulotor ed fast delaceent, D 70 c /varv, körs ed en standardolja. Vid tryckdifferensen Δ 5 MPa och varvtalet n 0 varv/in, ger otorn startoentet M 0 N. Geno byte av hydraulolja reduceras de relativa startfriktionsförlusterna (M f0 /M,teor ) ed 0% jäfört ed ovanstående driftfall. Vilket startoent (M 0 ) kan förväntas ed den nya oljan (Δ 5 MPa)? ()
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA TENTAMEN () IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18. a) Hydraulvätskors viskositetsindex Viskositetsindex (VI) för hydraulvätskor ligger ino intervallet 100 < VI < 00. Beskriv kvalitativt innebörden av lågt resektive högt VI-värde. () b) Parallellstyrning av hydraulcylindrar I ett hydraulsyste används två () ekaniskt saankolade hydraulcylindrar, so flödesdelare för att arallellköra två () vertikalonterade cylindrar, vilka belastas ed krafterna F 1 F 70 kn. Alla cylindrarna har lika kolvareor, A 5,0 10 -. Cylindrarna har friktionsförluster, so ger verkningsgraden, η c 0,95 (för resektive cylinder). Sänkhastigheten är v s 0,0 /s. Beräkna trycket ( s ) och flödet (q s ) so genereras vid lastsänkning då cylindrarna drivs av krafterna (F 1 och F ). Beskriv kvalitativt hur cylindrarnas fjädring (vid belastningsändring) åverkas av kolvarnas osition? (4) c) Konstanttryckreglerad variabel u ed ackuulator Figuren visar en hydraulisk försörjningsenhet so består av en konstanttryckreglerad u, en ackuulator och en tryckbegränsningsventil sat en lastflödescykel (q L ). Beräkna uens flöde, q sat ackuulatorns oljevoly, ΔV so krävs för att kunna urea den givna lastflödescykeln (q L ) utan uehåll ellan cyklerna. (4)
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA TENTAMEN 4 () IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18. Lastkännande syste ed fast resektive variabel u Figur visar förenklade sybolschean för två lastkännande hydraulsyste, ett syste ed konstantflödesu och ett syste ed variabel lastkännande u. Båda systeen driver en lyftlast so ger kraften F 45 kn. Lastflödet är q L 0 liter/in. Cylindern har kolvarean A,8. 10 - och trycket å kolvstångssidan är försubart likso friktionskraften. I konstantflödessysteet är q 75 liter/in och den lastkännande shuntventilen ger ett utryck so är,0 MPa högre än lasttrycket L. I systeet ed variabel u är utrycket,5 MPa högre än lasttrycket L. och uens flöde är q 75 liter/in. I båda systeen sker lasttryckavkänningen via anöverventilen so är av tyen slutet-centru. a) Systeens hydrauliska effektförluster Beräkna de hydrauliska effektförlusterna (ej uförluster) hos resektive syste sat visa i flödes/tryck-diagra, hur förlusterna fördelas i de två systeen. (5) b) Togångsförluster vid stängda anöverventiler Jäför kvalitativt (ed ekvationer och text) togångsförlusterna hos de två systeen alltså då anöverventilerna är stängda (x v 0, q L 0). () c) Flödeskarakteristik för anöverventilerna Visa ed ekvationer huruvida anöverventilens flöde (q L ) är lastberoende eller inte i de två lastkännande systeet. ()
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA TENTAMEN 5 () IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 4. Hydrostatiska fordonstransissioner ed två otorer Figuren nedan två olika transissionskoncet (I och II) so båda har en variabel u och två hydrauliskt arallellkolade variabla otorer. Den väsentliga skillnaden ellan transissionerna är att i (I) styrs otorställtalen lika ( ) och varvtalen är lika (n ), edan otorställtalen ( 1 och ) i transission (II) styrs individuellt. I båda systeen har askinerna lika delaceent, D D 1 D 110.10 - /varv. Max uvarvtal är n 000 r och utväxlingen i syste II är U n 0 /n. Motorernas inställtal är in 0,0, 1in 0,0 och in 0. Max tryckdifferens i transissionerna är Δ 40 MPa. Transissionernas förlustfria varvtalsutväxling är: n n I D ( D + D ) 1 n n II D D + 1 1 D U a) Transissionernas uställtal då ineffekt unås Beräkna förlustfritt transissionsuarnas (I och II) ställtal N då deras överförda effekt når värdet P in 15 kw. () b) Transissionens TR-värde (Theoretical Range) Beräkna transissionernas (I och II) teoretiska varvtalsförhållande ino vilket effekten P in kan överföras, alltså beräkna TR n /n N. c) Ineffektens inverkan å TR-värdet Hur åverkas transissionernas TR-värde o iala ineffekten sänks? () (1)
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA TENTAMEN () IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 5. a) Max lyfthastighet för vertikalonterad neuatisk cylinder Nedanstående figur visar en enkelverkande neuatikcylinder so belastas vertikalt ed assan M. Cylindern, so antas förlustfri, har kolvarean A 1,9. 10 -. Den -ortsventil so styr cylinderrörelsen försörjs ed ett konstant tryck s 800 kpa. Ventilstryningen har värdena, C 1 5,0 10-9 /(Pa s) och b 1 0,0. Ogivningstrycket är a 100 kpa och luftens teeratur är 9 K. Beräkna den största assa (M ) so cylindern klarar att lyfta. Beräkna lyfthastighet, v + då assan M 0, M. (4) b) -stegs kolvkoressor Figuren visar en -stegs kolvkoressor ed sluttrycket 4 18 bar. Koressorn är diensionerad så att varje steg har lika tryckförhållande. Beräkna tryckförhållandet / 1. Varför bör varje koressorsteg diensioneras för lika tryckförhållande? () c) Sekvensstyrning av neuatikcylindrar Två dubbelverkande neuatikcylindrar, A och B, skall sekvensstyras, enligt nedanstående väg-tid-diagra. Cylindrarna skall försörjas ed tryckstyrda 4/-ventiler och deras ändlägen känns av ed ekaniskt styrda /-ventiler. Syboler för ventilerna visas nedan. Rita ett kolingsschea för sekvensen enligt det givna väg-tid-diagraet. Systeet ska innehålla en Start/Sto-ventil so för varje aktivering kör cykeln en gång. ()
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA Lösningar till tentaen 1 (5) IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN - TMHP0 1. a) Seriekolade stryningar Data: A s,14 10 -, 1 180 bar, T 0, C q 0,7 och ρ 890 kg/. Beräkna ellantrycken och sat flödet q 1. Flödessaband för stryningarna (A s ): q1 Cq As ( 1 ) Cq As ( ) Cq As ( T ) lika tryckfall över varje ρ ρ ρ 180 stryning, 1 T Δ. T 0 ger Δ 1 0 bar. Däred blir 1 Δ 10 bar och Δ 0 bar. Flödet q 1 blir: q1 C A ( Δ) 0,7,14 10,0 10,44 10-4 /s. q s ρ 890 (4) b) Konstantflödesu ed tryckbegränsningsventil Data: q 0 liter/in, η t 0,9, ref 10 MPa res 0 MPa. 0 < q L < q. Beräkna ueffekt för ref 10 MPa res 0 MPa. q ref 10 MPa och q L 0 ger 15 MPa och Pin 1,7 kw. η q ref 0 MPa och q L 0 ger 5 MPa och Pin 7,8 kw. η c) Startoent för hydraulotor ed fast delaceent Data: D 70 c /varv, Δ 5 MPa och n 0 varv/in, ger M 0 N. D Motorns startoent vid n 0: M 0 η h0 π Δ. FS ger ed 1,0 och π M 0 n 0, η h0 1 k 1 M f 0 / M 0, teor, alltså: k 1 0,0. D Δ Ny olja ger 0% reduktion av k, alltså k Ny 0,7 0,0 0,14 D 70 10 Nytt startoent: M 0 Δ(1 k Ny) 5 10 (1 0,14) 40 N. π π () t t ()
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA Lösningar till tentaen (5) IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18. a) Hydraulvätskors viskositetsindex Beskriv kvalitativt innebörden av lågt resektive högt VI-värde (100 < VI < 00): Lågt VI innebär att vätskans viskositet ändras kraftigt ed teeraturen. Passar i syste ed relativt konstant ogivningste. Högt VI innebär att vätskans viskositet ändras lite ed teeraturen. Krävs i syste ed varierande ogivningste. () b) Parallellstyrning av hydraulcylindrar Data: A 5,0 10 -, F 1 F 70 kn, η c 0,95 och v s 0,0 /s. Beräkning av s : 1 A F 1 ηc, A F ηc och s A 1 Aη c + Aη c ger trycket, ( F + F ) 1 s ηc. Nueriskt: A s (70 + 70) 10 5,0 10 0,95 1, MPa. Beräkning av q s : q A v q A v och qs q1 + q Avs,0 10 - /s. 1 s, s V ΔF Cylindrarnas fjädring: Δ x. Volyerna ed trycken 1 resektive är β A e konstanta oberoende av kolvositionerna och åverkar alltså inte fjädringen. (4) c) Konstanttryckreglerad variabel u ed ackuulator Beräkna q och ackuulatorns ΔV för den givna lastflödescykeln. Lastflöde: q + L q qack och ack La q ΔV / t. Max uflöde edellastflödet, ql,1t10 + ( ql,5 ql,1)( t10 t) / 1 10 + 4 4/ alltså q qledel 1,8 liter/s. t 10 10 ql, 5 ql,1.8 5 1,8 Ackuulatorflöde: q ack 1, liter/s. Vilket ger ackuulatorns oljevoly: Δ V q ack t La 1, (10,8) 5,1 liter. (4)
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA Lösningar till tentaen (5) IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18. Lastkännande syste ed fast resektive variabel u Data: A,8. 10 -, F 45 kn, q L 0 l/in, q q 75 l/in, Δ LSF,0 MPa, Δ LSV,5 MPa. a) Systeens hydrauliska effektförluster Lasttryck: F A 45 10 /,8 10 1,1 MPa. L / Putryck: L +Δ LS. Fast u F 18,1 MPa. Variabel u V 18, MPa. Ventilförluster: Fast u P ff q L Δ LSF + ( q q L ) F. Nueriskt: [ 0,0 + ( 75 0) 18,1] 1 10 / 0000 P 4,4 kw. ff Variabel u q Δ [ 0,5] 1 10 / 0000 P,5 kw. fv L LSV Visa i flödes/tryck-diagra hur förlusteffekten fördelas å de olika ventilerna. b) Togångsförluster vid stängda anöverventiler Togångsförluster då q L 0: För x v 0 känner anöverventilerna av tanktrycket, vilket ger utrycket, Δ LS. Beaktas enbart ventilförluster fås: Fast u P q Δ [ 75,0] 1 10 / 0000 ff LSF,5 kw. (5) Variabel u P q Δ [ q 0] [ 0,5] 1 10 / 0000 fv LSV 0 kw. c) Flödeskarakteristik för anöverventilerna För båda systeen gäller att utrycket följer sabandet, L +Δ LS, alltså är ventiltryckfallet - L Δ LS konstant, vilket ger ventilflödet q L C w x q v ρ ( ΔLS ) Kv xv. Ventilflödet är således lastoberoende! () ()
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA Lösningar till tentaen 4 (5) IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 4. Hydrostatiska fordonstransissioner ed två otorer n n I D ( D + D ) 1 n n II D D + 1 1 Data: D D 1 D 110.10 - /varv, n 000 r, U n 0 /n, in 0,0, 1in 0,0, in 0 och Δ 40 MPa.. a) Transissionernas uställtal då ineffekt, P in 15 kw unås Teoretiskt ueffekt vid ineffekt: P D n Δ, vilket ger ställtalet N so, N D P n in Δ in N. Saa betingelser gäller för syste (I) och (II). D U 15 10 0 P in 15 kw ger nueriskt: N, I N, II 0,85. 110 10 000 40 10 () b) Transissionens TR-värde (Theoretical Range) TR n /n N. Ställtal-otorvarvtal: N och 1 ger n N. 1 och in ger n. Trans. (I): TR Trans. (II): I TR D n in ( D 1 + D ) 1 1, TR I 5,87. n N ND N in 0,85 0, ( D + D ) ( D 1 D 1 ) II 1in ( D 1) 1+ U ND N 1in, + D U 1+ TR II 17, 0,85 0, () c) Ineffektens inverkan å TR-värdet TR-värde då ineffekt sänks? En inskning av P in innebär att N och n N inskar, alltså ökar TR. (1)
LINKÖPINGS TEKNISKA HÖGSKOLA Lösningar till tentaen 5 (5) IEI TMHP 0 Fluida och Mekatroniska Syste 011-0-18 5. a) Max lyfthastighet för vertikalonterad neuatisk cylinder Data: A 1,9. 10 -, s 800 kpa, C 1 5,0 10-9 /(Pa s), b 1 0,0, a 100 kpa och T 9 K. Beräkning av M : Kraftjävikt: s ger M A A + M g () a ( 800 100) 1,9 10 10 g Lyfthastighet v + då M 0,M. Flödessaband: M 0,M ger + q C ω A v 1 s a + A 1 0,M M 0 A ( ) s a (1) 140 kg., vilket ger, 9 + 5,0 10 800 10 100 10 vilket ger v 0,85 /s. 40 10 1,9 10 b) -stegs kolvkoressor g v C A + 1 s ω 1 0 g 40 kpa. 40/800 0, b1 ω 1 1,0, 4 18 bar och lika tryckförhållande gäller.. (4) 4 4 18 steg ed lika tryckförh. 1,. 1 1 1 Lika tryckförhållande över varje steg ger in koressionsarbete och volyetrisk verkningsgrad. c) Sekvensstyrning av två dubbelverkande neuatiska cylindrar, A och B Given sekvens Kretsschea 1/ 1/ () ()