1. No category

Kon-41.3023 Hydrauliikka ja pneumatiikka
Tyypillisiä hydrauliikan tenttikysymyksiä kurssin historian varrelta
A. YLEISTÄ
A1.
Mikä on differentiaalikytkentä? Mihin sitä käytetään ja mitkä ovat sen edut ja haitat? Piirrä
selostustasi tukevia kuvia.
A2.
Tee selkoa hydraulijärjestelmän häviöistä. Mitkä tekijät aiheuttavat häviöitä, ja mistä nämä
tekijät riippuvat?
A3.
Selosta seuraavia ilmiöitä, mitä niillä tarkoitetaan, mistä ilmiöt johtuvat/riippuvat ja mitkä
ovat niiden vaikutukset?
a) kavitaatio
b) paineisku
A4.
Tee selkoa paineiskusta, sen syistä, vaikutuksista ja miten siihen voidaan vaikuttaa.
A5.
Selosta seuraavia kohtia lyhyesti:
a) miten virtauslaji vaikuttaa hydraulijärjestelmässä syntyviin häviöihin?
b) mitä tarkoitetaan viskositeetilla ja mitkä tekijät vaikuttavat viskositeettiin?
A6.
Vastaa seuraaviiin kohtiin:
a) mitä viskositeetilla ilmaistaan, mistä viskositeetti riippuu ja miten viskositeetti vaikuttaa
hydraulijärjestelmän toimintaan?
b) minkälaisia nesteitä hydraulijärjestelmissä käytetään ja mitkä ovat nesteiden tehtävät?
A7.
Mitä tarkoitetaan viskositeetilla ja mikä merkitys viskositeetilla on järjestelmän toimintaan?
Selosta lisäksi viskositeettiin vaikuttavia tekijöitä.
A8.
Selosta nesteen viskositeetin vaikutusta hydraulijärjestelmän kokonaishyötysuhteeseen ja sen
osatekijöihin.
A9.
Selosta viskositeetin vaikutuksia
Havainnollista selostustasi graafein.
hydraulijärjestelmän
ominaisuuksiin
ja
toimintaan.
A10. Selosta nesteen virtausta putkessa, putkivirtauksen ominaisuuksia (virtauslajit ja häviöt) ja
näihin vaikuttavia tekijöitä.
B. NESTEET
B1.
Mitkä ovat hydraulinesteen tehtävät ja minkälaisia nesteitä järjestelmissä käytetään?
B2.
Mitkä ovat hydraulinesteen tehtävät hydraulijärjestelmässä? Mitä seikkoja tulee ottaa
huomioon valittaessa hydraulijärjestelmän nestettä?
B3.
Selosta hydraulinesteen valintaprosessia, mitä seikkoja/kriteereitä on otettava huomioon ja
missä järjestyksessä?
B4.
Selosta hydraulinesteen tehtäviä hydraulijärjestelmässä. Tee selkoa myös syistä miksi nesteitä
lisäaineistetaan (tavoitteet ja vaikutukset?).
1
C. PUMPUT, MOOTTORIT, SYLINTERIT JA VÄÄNTÖMOOTTORIT
C1.
Mihin perustuu hydraulijärjestelmän energiaa muuntavien (mekaaninen energia
hydraulinen energia, tai hydraulinen energia
mekaaninen energia) komponenttien toiminta?
Selvitä toimintaperiaate ja piirrä selostustasi tukevia kuvia.
C2.
Tee selkoa hydraulipumpun/-moottorin kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavista tekijöistä. Mistä
nämä tekijät ovat riippuvaisia? Havainnollista riippuvuutta diagrammein.
C3.
Selosta lyhyesti hydrostaattisten pumppujen toimintaperiaate. Listaa myös pumppujen eri
rakennetyypit.
C4.
Hydraulipumpputyypit, selosta kunkin tyypin rakennetta ja toimintaperiaatetta lyhyesti.
C5.
Hydraulimoottorit.
a) Minkälaisiin luokkiin hydraulimoottorit ryhmitellään pyörimisnopeutensa perusteella?
b) Mitä tarkoitetaan hydraulimoottoreiden yhteydessä termeillä käyntiominaisuudet ja käyntiinlähtöominaisuudet?
C6.
Tee selkoa hydraulisylintereistä. Minkälaisia rakennetyyppejä käytetään ja mitkä tekijät vaikuttavat sylinterin ominaisuuksiin? Piirrä selostustasi tukevia kuvia.
C7.
Mitä tarkoitetaan päätyasentovaimennuksella, missä, miksi ja milloin sitä käytetään ja mikä on
sen toimintaperiaate?
C8.
Hydraulimoottorit, selosta kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä ja näiden riippuvuutta
moottorin toimintapisteestä. Tue selostustasi riippuvuutta havainnollistavin diagrammein.
C9.
Hydraulimoottorit.
a) Selosta lyhyesti hydrostaattisten hydraulimoottorien toimintaperiaate.
b) Mitä tarkoitetaan hydraulimoottoreiden yhteydessä termeillä käyntiominaisuudet ja käyntiinlähtöominaisuudet?
D. VENTTIILIT
D1.
Selosta hydrauliventtiileissä käytettävien karatyyppien rakenteet, edut ja haitat (piirrä rakennekuvat).
D2.
Miten eroavat toisistaan luisti- ja istukkarakenteinen venttiili, minkälaisia ominaisuuksia
kumpaankin tyyppiin liittyy? Piirrä selostustasi tukevia kuvia.
D3.
Mitä etuja saavutetaan käyttämällä venttiileissä esiohjausta suoraanohjauksen sijasta? Selosta
esiohjauksen idea ja saavutetut edut käyttämällä esimerkkiventtiilinä joko paineenrajoitusventtiiliä tai suuntaventtiiliä.
D4.
Selosta suuntaventtiilien ohjaustapoja sekä pienten että suurten venttiilien osalta. Piirrä
selostustasi tukevia kuvia.
D5.
Minkälaisia vastaventtiileitä on olemassa? Selosta eri tyyppejä ja niiden toimintaa ja käyttöä
piirissä (piirrä esimerkkipiiri). Piirrä myös vastaventtiilien piirrosmerkit.
D6.
Selosta paineventtiilien käyttöä ja tehtäviä hydraulijärjestelmissä ja esitä esimerkit kolmen eri
paineventtiilin käytöstä (piirrä toimintaa havainnollistavat piirikaaviot).
D7.
Selosta minkälaisiin tehtäviin paineventtiileitä käytetään hydraulijärjestelmissä. Esitä lisäksi
esimerkit (piirikaavio, toimintaselostus) kahden erilaisen paineventtiilin käytöstä.
D8.
Selosta suoraanohjatun ja esiohjatun paineenrajoitusventtiilin erot ja miten erot ilmenevät
hydraulijärjestelmän toiminnassa.
2
D9.
Selosta esiohjatun paineenrajoitusventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä
venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki.
D10. Selosta vastapaineventtiilin toimintaperiaate sekä käyttötarkoitus. Piirrä selostuksesi tueksi
sekä venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki.
D11. Selosta esiohjatun paineenalennusventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä
venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki.
D12. Selosta hydraulisen paineenalennusventtiilin toimintaperiaate. Mikä toiminnallinen ero on 2tie- ja 3-tiepaineenalennusventtiileillä? Esitä venttiilisymboleita käyttäen kuinka esiohjattuun
paineenalennusventtiiliin saadaan kaksi vaihtoehtoista esiohjausta.
D13. Selosta esiohjatun sekvenssiventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin
rakennekuva että piirrosmerkki.
D14. Selosta vapaakiertoventtiilin toimintaa ja tehtävää hydraulijärjestelmässä. Piirrä selostuksesi
tueksi venttiilin rakennekuva, piirrosmerkki ja jokin ko. venttiilin sovellustapa.
D15. Selosta esiohjatun vapaakiertoventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä
venttiilin rakennekuva että piirrosmerkki.
D16. Selosta virtaventtiilien käyttöä toimilaitteiden liikenopeuden ohjauksessa. Esitä kolme ohjaustapaa ja selosta niiden etuja/haittoja sekä soveltuvuutta erilaisiin toimintaolosuhteisiin.
D16b. Piirrä yhden toimilaitteen hydraulijärjestelmä ja esitä tavat, joilla toimilaitteen nopeutta
voidaan säätää virtaventtiiliä käyttämällä. Selosta myös kuinka erityyppisten virtaventtiilien eli
joko vastusventtiilien tai virransäätöventtiilien käyttö vaikuttaisi järjestelmän ominaisuuksiin
esittämilläsi nopeudensäädön eri tavoilla.
D17. Mihin hydraulijärjestelmissä käytetään virtaventtiileitä, minkälaisia virtaventtiileitä on
olemassa ja mihin kutakin niistä voidaan käyttää? Piirrä selostustasi tukevia kuvia.
D18. Virtaventtiilit. Minkälaisia virtaventtiileitä hydraulijärjestelmissä käytetään ja miten ne eroavat
toisistaan? Esitä kunkin virtaventtiilin osalta piiriesimerkki, ja selosta minkälaisessa
tilanteessa ko. venttiiliä voidaan käyttää ja miten venttiilin ominaisuudet vaikuttavat piirin
toimintaan.
D19. Virtaventtiilit. Tee selkoa eri venttiilityyppien toimintaominaisuuksista (sisäistä rakennetta ei
tarvitse kuvata). Esitä lisäksi kaikki tavat ohjata kaksitoimisen sylinterin toisen liikesuunnan
nopeutta (piirrä esimerkkipiiri) ja selosta tapojen ominaisuudet/soveltuvuus eri tilanteisiin.
D20. Esitä kolme tapaa sijoittaa oheisen kuvan piiriin yksi (1) vastusvastaventtiili siten, että
vastuksen säätäminen vaikuttaa molempien liikesuuntien nopeuksiin.
D21. Millainen on rakenteeltaan vastusventtiili, miten se toimii ja mihin sitä käytetään? Piirrä selostustasi tukeva periaatekuva säädettävästä vastusventtiilistä
D22. Selosta oheisen piirin toimintaa seuraavien tekijöiden kannalta: paineet, tilavuusvirrat ja
häviötehot, kun sylinterin kuormitus vaihtelee oheisen kuvaajan mukaisesti. Hahmottele
paineiden, tilavuusvirran ja häviötehon muutokset vastaavanlaisiin diagrammeihin.
D23. Miten vastusventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän toimintaan? Piirrä
oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa vastusventtiilin ja selosta sen vaikutuksia.
D24. Mikä rakenteellinen ero on vastusventtiilien ja virransäätöventtiilien välillä? Miten tämä ero ilmenee venttiilien toimintaominaisuuksissa?
3
D25. Mikä rakenteellinen ero on vastusventtiilien ja virransäätöventtiilien välillä? Miten tämä ero ilmenee venttiilen toimintaominaisuuksissa? Piirrä esimerkkipiiri, joka sisältää pumpun, sylinterin ja sitä ohjaavan suuntaventtiilin sekä sijoita siihen jompikumpi edelläminituista
virtaventtiileistä siten, että venttiili vaikuttaa sylinterin kummankin liikesuunnan nopeuteen.
D26. Piirrä yhden toimilaitteen järjestelmä ja esitä tavat, joilla järjestelmään sijoitetun toimilaitteen
nopeutta voidaan säätää virtaventtiiliä käyttämällä. Selosta myös kuinka erityyppisten
virtaventtiilien eli joko vastusventtiilien tai virransäätöventtiilien käyttö vaikuttaisi
järjestelmän ominaisuuksiin esittämilläsi nopeudensäädön eri tavoilla.
D27. Millainen on rakenteeltaan virransäätöventtiili (piirrä periaatekuva), miten se toimii ja mihin
sitä käytetään? Millaisia virransäätöventtiileitä on olemassa?
D28. Selosta 2-tievirransäätöventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin
rakennekuva että piirrosmerkki.
D29. Miten eroavat toisistaan 2-tie- ja 3-tievirransäätöventtiilit (rakenne, ominaisuudet)? Voidaanko
toinen korvata toisella sijoituspaikasta riippumatta?
D30. Selosta 3-tievirransäätöventtiilin toimintaperiaate. Piirrä selostuksesi tueksi sekä venttiilin
rakennekuva että piirrosmerkki.
D31. Käytössäsi on yksi virransäätöventtiili, jolla sinun tulisi säätää sylinterin liikenopeutta molempiin suuntiin. Esitä kolme tapaa toteuttaa piiri.
D32. Miten 2-tievirransäätöventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän
toimintaan? Piirrä oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa ko. venttiilin ja selosta sen
vaikutuksia.
D33. Miten 3-tievirransäätöventtiilin sijaintipaikan valinta vaikuttaa hydraulijärjestelmän
toimintaan? Piirrä oheiseen piiriin ne paikat, joihin voisi sijoittaa ko. venttiilin ja selosta sen
vaikutuksia.
D34. Esitä kolme (3) tapaa ohjata toimilaitteen nopeutta. Ohjausten tulee olla periaatteeltaan
erilaisia ja perustua hydraulisiin komponentteihin. Piirrä kaaviokuvat jokaisesta tavasta ja
selosta kunkin toimintaa lyhyesti.
E. PAINEAKUT
E1.
Tee selkoa paineakuista (-varaajista). Miksi paineakkuja käytetään, mihin niiden toiminta
perustuu sekä minkälaisiin tarkoituksiin paineakkuja käytetään (piirrä kaaviokuvat!) ?
E2.
Tee selkoa paineakkujen rakenteista ja soveltamistavoista (esitä kolme käyttöesimerkkiä piirikaavion ja toimintaselostuksen muodossa).
E3.
Selosta kaasu/neste-tyyppisen paineakun toimintaperiaate. Esitä lisäksi kolme tapaa käyttää
paineakkua hydraulijärjestelmässä (esitä toimintaa havainnollistavat piirikaaviot).
E4.
Hydraulisten paineakkujen käyttö.
a) Luettele eri akkutyypit/rakenteet.
b) Esitä kolme erilaista paineakkujen käyttösovellusta, piirrä piirikaaviot!
F. SUODATTIMET
F1.
Luettele hydraulijärjestelmissä käytettävät suodatintyypit ja selosta suodatuksen merkitystä
piirin toiminnan kannalta.
F2.
Selosta suodattimien käyttöä hydraulijärjestelmissä. Mainitse vähintään kolme suodatinta ja
kerro miten sijoitat ne järjestelmään (piirrä esimerkkipiiri, johon sijoitat suodattimet).
4
F3.
Suodatus. Miksi suodatusta tarvitaan, miten suodattimien sijoitus vaikuttaa suodatuksen tehokkuuteen ja miten suodattimien suodatuskyky ilmaistaan (3 tapaa)?
F4.
Suodatus hydraulijärjestelmässä.
a) Mikä on suodatuksen merkitys hydraulijärjestelmässä?
b) Miten suodattimen suodatusaste ilmaistaan (3 tapaa)?
c) Piirrä esimerkkipiiri ja sijoita piiriin neljä eri (!) suodatinta.
F5.
Suodatus hydraulijärjestelmässä.
a) Mikä on suodatuksen merkitys hydraulijärjestelmässä eli miksi nestettä tulee suodattaa?
b) Miten suodattimen suodatusaste ilmaistaan (3 tapaa)?
c) Mitä tarkoitetaan epäpuhtausluokalla ja miten se määritetään?
F6.
Tee selkoa suodattimien merkityksestä hydraulijärjestelmässä, sijoita lisäksi kuvan 4 piiriin
imusuodatin ja painesuodatin. (Irroita tämä sivu, kirjoita siihen nimesi ja liitä muihin vastauspapereihisi).
F7.
Tee selkoa suodattimien merkityksestä hydraulijärjestelmässä, sijoita lisäksi kuvan 4 piiriin
painesuodatin ja paluusuodatin. (Irroita tämä sivu, kirjoita siihen nimesi ja liitä muihin
vastauspapereihisi).
F8.
Mistä hydraulijärjestelmän sisältämät epäpuhtaudet ovat lähtöisin? Minkälaisia epäpuhtauksia
järjestelmissä on ja miten erityyppiset epäpuhtaudet vaikuttavat järjestelmään?
F9.
Luettele hydraulijärjestelmän epäpuhtauslähteet sekä järjestelmässä käytettävät suodatintyypit.
F10. Mitä tarkoitetaan puhtausluokalla, miten se määritetään ja millä perusteella luokka valitaan?
G. JÄÄHDYTTIMET JA LÄMMITTIMET
G1.
Selosta hydrauliikassa käytettäviä jäähdyttimiä (rakenteet). Minkä vuoksi jäähdyttimiä käytetään. Piirrä selostustasi tukevia kuvia.
G2.
Selosta lämmittimien käyttöä hydraulijärjestelmissä. Mitkä seikat vaativat lämmittimien
käyttöä tietyissä järjestelmissä. Miten lämmittimien käyttö piirissä tulisi järjestää?
H. SÄILIÖ
H1.
Luettele nestesäiliön tehtävät hydraulijärjestelmässä ja selosta lyhyesti mitä osia tyypilliseen
hydraulinestesäiliöön kuuluu.
5
L. LASKUTEHTÄVÄT
L1. Kuvan 1 mukaista järjestelmää käytetään kaksikerroksisessa veturitallissa. Veturi nostetaan alatasolta ylätasolle alustalla, jota liikuttaa neljä rinnankytkettyä sylinteriä. Oikealle raiteelle veturi
ohjataan pyörittämällä alustaa hydraulimoottorilla. Nostovaihe ja pyöritysvaihe tapahtuvat aina
eriaikaisesti. Laske:
a) kuinka suuri on veturin nostonopeus?
b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on asetettava, jotta nostovaihe
tapahtuisi suurimmalla mahdollisella nopeudella?
c) kuinka suuri on moottorin pyörimisnopeus?
d) kuinka suuri on suurin järjestelmän käytön aikana tarvittava teho pumpun akselilla?
Nostettavan veturin massa nostoalustoineen m = 300 000 kg. Alustan pyörittämiseen tarvittava
vääntömomentti T = 400 Nm. Sylinterit ovat keskenään samanlaisia, mäntä dm = 200 mm,
männänvarsi dmv = 140 mm, hyötysuhteet hm,s = 0.92 ja v,s = 1.0.
Hydraulimoottorin kierrostilavuus Vk,m = 150 cm3/r, hyötysuhteet hm,m = 0.96 ja v,m = 0.91.
Pumpun kierrostilavuus Vk,p = 60 cm3/r, hyötysuhteet hm,p = 0.85 ja v,p = 0.90. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1000 r/min.
Suodattimen painehäviö on 3 bar tilavuusvirralla 50 l/min.
Kuva 1.
6
p
[bar]
A B
A B
P T
P T
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tilavuusvirta
Kuva 1b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt
7
90
100
qV / [l/min]
L2. Kuvan 2 mukaisella järjestelmällä käytetään kahta kuljetuslinjaa. Tavallisesti linjojen keskinäinen nopeus saa olla erisuuri, mutta nyt linjoja käyttävien hydraulimoottorien halutaan pyörivän
yhtäsuurella nopeudella (suuntaventtiili kytkettynä asentoon B).
Laske:
a) kuinka suureksi säätövastuksen virtausaukon halkaisija dk (ympyrämäinen aukko) on
asetettava, jotta vaadittu tilanne saavutetaan?
b) kuinka suurella nopeudella moottorit tällöin pyörivät?
c) kuinka suuri on pumpun tällöin tarvitsema akseliteho?
Hydraulimoottori 1: Vk,m1 = 125 cm3/r, hyötysuhteet hm,m1 = 0.96 ja v,m1 = 0.88, moottoria kuormittaa momentti Tm1 = 190 Nm.
Hydraulimoottori 2: Vk,m2 = 50 cm3/r, hyötysuhteet hm,m2 = 0.91 ja v,m2 = 0.92, moottoria kuormittaa momentti Tm2 = 60 Nm.
Pumppu: Vk,p = 70 cm3/r, hyötysuhteet hm,p = 0.94 ja v,p = 0.95. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1500 r/min.
Paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädetty arvoon 150 bar. Säätövastukselle Cq = 0.7.
Nesteen tiheys = 860 kg/m3.
1
2
A
0
B
Kuva 2.
8
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tilavuusvirta
Kuva 2b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
9
90
100
qV / [l/min]
L3. Laske kuinka suuri osuus (%) pumpun tuotosta virtaa kuristimen dk1 kautta, kun kuvassa 3
olevan paineenmuuntimen männät liikkuvat oikealle.
dk1 = 2 mm, dk2 = 2.5 mm, dk3 = 1.5 mm ja dk4 = 4 mm.
As1 = 8 10-3 m2 ja As2 = 6 10-3 m2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton.
Cq = 0.7 ja = 860 kg/m3.
d k2
As1
As2
d k3
qV2
d k4
d k1
qV1
Kuva 3.
Vaihtoehtoisia kysymyksiä samaan kuvaan:
L3b. Laske kuinka kuristus dk1 tulee mitoittaa, jotta pumpun tuotto qV,p jakautuisi kahteen yhtä suureen osavirtaukseen qV,1 ja qV,2 silloin kun kuvassa 3 olevan paineenmuuntimen männät
liikkuvat oikealle.
dk2 = 4 mm, dk3 = 1 mm ja dk4 = 2 mm.
As1 = 8 10-3 m2 ja As2 = 1 10-3 m2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton.
Cq = 0.7 ja = 860 kg/m3.
L3c. Kuvassa 3 olevan paineenmuuntimen männät liikkuvat tarkasteluhetkellä oikealle. Laske kuinka
suureksi paineenmuuntimen pinta-ala As1 tulee mitoittaa, jotta pumpun tuotto qV,p tarkasteluhetkellä jakautuisi kahteen osavirtaukseen qV,1 ja qV,2, joiden suhde on qV,1/qV,2 = 0.75.
dk1 = 2 mm, dk2 = 4 mm, dk3 = 1 mm ja dk4 = 1 mm.
As2 = 1 10-3 m2, paineenmuunnin on kitkaton ja vuodoton.
Cq = 0.7 ja = 860 kg/m3.
10
L4. Kuvan 4 esittämällä järjestelmää käytetään vuoriteollisuudessa kivilevyjen paloitteluun. Sahattava, esikäsitelty kivilevy nostetaan sylintereillä oikealle sahauskorkeudelle ja lukitaan paikoilleen suuntaventtiilillä. Tämän jälkeen käynnistetään saha eli timanttilaikalla varustettu hydraulimoottori. Sahauksen jälkeen saha pysäytetään ja kivilevy päästetään laskeutumaan alas (omalla
painollaan).
Laske:
a) kivilaatan suurin mahdollinen nousunopeus
b) sahan suurin mahdollinen pyörimisnopeus
c) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta edellä mainitut
nopeudet saavutetaan ?
d) kuinka suuri on järjestelmän hyötysuhde parhaimmillaan ?
Sylinterit: mäntä dm = 63 mm, männänvarsi dmv = 45 mm, hm,s = 0.95, v,s = 1.0.
Hydraulimoottori: Vk,m = 50 cm3/r, hm,m = 0.92, v,m = 0.9.
Pumppu: Vk,p = 20 cm3/r, hm,p = 0.88, v,p = 0.97.
Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1433 r/min.
Kivilaatan massa on 10000 kg, sahauksen aiheuttama kuormamomentti moottorille on 150 Nm.
Kuva 4.
11
p
[bar]
A B
A B
P T
P T
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
P-T-A-B
2
0
0
10
20
Tilavuusvirta
30
40
qV / [l/min]
Kuva 4b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt
12
L5. Kuvan 5 esittämällä piirillä käytetään kahta hydraulimoottoria, jotka puolestaan pyörittävät leikkuuteriä. Moottorin 2 kuormamomentti T2 = 700 Nm pysyy vakiona, mutta moottorin 1 kuormamomentti T1 vaihtelee oheisen diagrammin mukaisesti. Moottoreiden pyörimis-nopeuksien tulisi
olla yhtäsuuria aikavälillä t1 - t2. Laske kuinka suureksi poikkileikkaukseltaan ympyrämäisen
kuristuksen halkaisija on tällöin asetettava, jotta nopeusvaatimus toteutuu.
Ajanhetkellä t3 moottorin 1 kuormamomentti saa maksimiarvonsa. Laske moottorien pyörimisnopeudet aikavälillä t3 - t4, kun kuristuksen asetus pidetään ennallaan. Laske myös järjestelmän
tehontarve pumpun akselilla kuormituksen ollessa suurimmillaan.
Vk,m1 = 140 cm3/r, hm,m1 = 0.95, v,m1 = 0.92.
Vk,m2 = 600 cm3/r, hm,m2 = 0.97, v,m2 = 0.9.
Pumppu: Vk,p = 1000 cm3/r, hmp = 0.94, v,p = 0.91.
Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1500 r/min.
Hydraulimoottorit:
Vk,m1
= 860 kg/m3, Cq = 0.7.
T1
[Nm]
420
Vk,m2
350
Vk,p
t0 t1
Kuva 5.
13
t2 t3
t4
t5
L6. Kuvan 6a esittämällä piirillä käytetään säätötilavuusmoottoria. Järjestelmän paine on säädetty
arvoon 290 bar. Laske:
a) mikä on hydraulimoottorin pyörimisnopeusalue?
b) kuinka suuri momentti hydraulimoottorista saadaan ko. alueella?
c) muinka suuri teho tarvitaan pumpun käyttämiseksi ko. alueella?
Järjestelmän komponenteista tiedetään seuraavaa:
Pumppu:
Kierrostilavuus Vk,p = 130 cm3/r
Hyötysuhteet hm,p = 0.9, v,p = 0.98
Pumppua käyttävän polttomoottorin pyörimisnopeus np = 1750 r/min
Hydraulimoottori: Kierrostilavuus Vk,m = 56 - 160 cm3/r
Hyötysuhteet riippuvat säädetystä kierrostilavuudesta kuvan 6b mukaisesti.
Kuva 6a.
100
m
[%]
hm,m
90
80
70
v,m
60
50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Vk,m / [%]
Kuva 6b.
14
L7. Kuvan 7 esittämällä piirillä käytetään rinnankytkettyjä hydraulimoottoria sekä sylinteriä. Kun
sylinteri on pysähdyksissä eli plus-asentoon ajettuna, tulee vakiomomentilla 200 Nm kuormitetun moottorin pyöriä nopeudella 500 r/min, nopeuden säätö toteutetaan kuristuksella. Laske
kuinka suureksi kuristuksen ympyrämäisen virtausaukon halkaisija tulee säätää, jotta haluttu
pyörimisnopeus saavutetaan.
Kuristuksen säädön jälkeen sylinteri ajetaan miinus-asentoon eli järjestelmän lähtötilaan, jonka
jälkeen suuntaventtiilin asennon vaihdolla lähdetään uudelleen plus-liikkeeseen. Laske kuinka
suurella nopeudella sylinteri liikkuu ja kuinka suurella nopeudella moottori pyörii sylinterin liikkeen aikana.
Hydraulimoottori: Vk,m = 80 cm3/r, hm,m = 0.96, v,m = 0.92.
Pumppu: Vk,p = 45 cm3/r, hm,p = 0.90, v,p = 0.97. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1500 r/min.
Sylinteri: männän dm = 63 mm, männänvarren dmv = 45 mm, hm,s = 0.95, v,s = 1.0, sylinteriä kuormittava massa m = 3000 kg.
= 860 kg/m3, Cq = 0.611.
m
300 bar
Kuva 7.
15
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
Tilavuusvirta
Kuva 7b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
16
70
80
qV / [l/min]
L8. Kuvan 8 esittämällä piirillä käytetään hydraulimoottoria rajoitetulla kiertymiskulma-alueella.
Laske mikä on suurin mahdollinen hydraulimoottorin pyörimisnopeus ja kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta moottori pyörisi suurimmalla mahdollisella pyörimisnopeudellaan.
Hydraulimoottori: Vk,m = 60 cm3/r, hm,m = 0.95, v,m = 0.92. Moottoria kuormittaa vakiomomentti 180 Nm
Pumppu: Vk,p = 22 cm3/r, hm,p = 0.94, v,p = 0.91. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1500 r/min.
Sylinteri: männän dm = 100 mm, männänvarren dmv = 70 mm, hm,s = 1.0, v,s = 1.0.
Vastuksen ympyrämäisen virtausaukon halkaisija dk = 4 mm. Muuta: = 860 kg/m3, Cq =
0.611.
Kuva 8.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
Tilavuusvirta
Kuva 8b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
17
70
80
qV / [l/min]
L9. Kuvan 9 esittämässä piirissä kahdella toisiinsa mekaanisesti kytketyllä sylinterillä liikutellaan
kuormavaunua, joka kulkee kiskoilla. Laske
a) kuinka suurella nopeudella vaunu voi liikkua oikealle?
b) kuinka suurella nopeudella vaunu voi liikkua vasemmalle?
c) kuinka suuri voima sylinteriyhdistelmästä saadaan liikuttaessa oikealle?
d) kuinka suuri voima sylinteriyhdistelmästä saadaan liikuttaessa vasemmalle?
Hydraulipumppu: Vk,p = 166 cm3/r, hm,p = 0.90, v,p = 0.92.
Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1500 r/min.
Sylinteri S1: männän dm1 = 63 mm, männänvarren dmv1 = 30 mm,
Sylinteri S2: männän dm2 = 100 mm, männänvarren dmv2 = 65 mm,
= 860 kg/m3.
= 1.0,
hm,s2 = 1.0,
hm,s1
= 1.0.
v,s2 = 1.0.
v,s1
m
S1
S2
150 bar
Kuva 9.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
40
80
120
160
200
240
Tilavuusvirta
Kuva 9b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
18
280
320
qV / [l/min]
L10. Kuvan 10 esittämällä piirillä käytetään erään suositun huvipuiston uusinta kieputinta, joka on
kytketty hydraulimoottorin M2 akselille. Laske
a) mikä on moottorin M2 suurin pyörimisnopeus?
b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin PRV avautumispaine tulee asettaa, jotta moottori
M2 pyörisi suurimmalla nopeudellaan, kun moottorin akselikuorma T on 2000 Nm?
c) mikä on hydraulijärjestelmän kokonaishyötysuhde laskettuna pumpun P1 tarvitseman
akselitehon ja moottorilta M2 saatavan akselitehon perusteella?
Pumppu P1: Vk,p1 = 100 cm3/r, hm,p1 = 0.93, v,p1 = 0.97.
Pumppu P2: Vk,p2 = 20 cm3/r, hm,p2 = 0.94, v,p2 = 0.95.
Hydraulimoottori M1: Vk,m1 = 75 cm3/r, hm,m1 = 0.96, v,m1 = 0.92.
Hydraulimoottori M2: Vk,m2 = 500 cm3/r, hm,m2 = 0.98, v,m2 = 0.90.
Moottorin M1 vuodot ovat täysin ulkoisia, muiden komponenttien vuodot ovat täysin sisäisiä.
Pumppua P1 käyttävän sähkömoottorin np1 = 1500 r/min. Muuta: = 860 kg/m3, Cq = 0,7.
P2
M1
M2
T
PRV
P1
Kuva 10.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Tilavuusvirta
Kuva 10b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
19
140
160
qV / [l/min]
L11. Kuvan 11 esittämällä piirillä nostetaan kahta massaa. Selvitä sylinterien toimintajärjestys ja
laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin asetuspaine tulee säätää, jotta
kuormat saadaan nostettua. Laske myös sylintereiden liikenopeudet massoja nostettaessa.
Sylinterit:
S1; männän halkaisija ds1 = 80 mm, männänvarren halkaisija dmv1 = 50 mm, m1 = 5000 kg.
S2; männän halkaisija ds2 = 63 mm, männänvarren halkaisija dmv2 = 45 mm, m2 = 3000 kg.
Sylinterit oletetaan vuodottomiksi ja kitkattomiksi, sylinterien iskunpituudet ovat yhtäsuuret.
Pumppu: Vk,p = 75 cm3/r, v,p = 0.9, hm,p = 0.95. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus np = 1500 r/min.
Suuntaventtiilin häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon.
Vastusvastaventtiilin kuristus dk = 3 mm.
Cq = 0.7, = 860 kg/m3.
m1
S2
S1
m2
Kuva 11.
20
L12. Kuvan 12 esittämällä piirillä nostetaan massoja kolmella sylinterillä. Järjestelmän työkierto on
seuraavanlainen: Alussa kaikki massat ovat alhaalla ja suuntaventtiilit keskiasennoissaan. Ensin
nostetaan massa m1 sylinterillä S1 kytkemällä suuntaventtiili SV1 ao. asentoon. Massan m1
noustua ylös palautetaan suuntaventtiili SV1 keskiasentoon. Tämän jälkeen nostetaan massat m2
ja m3 sylintereillä S2 ja S3 kytkemällä suuntaventtiili SV2 ao. asentoon. Massojen noustua ylös
palautetaan suuntaventtili SV2 keskiasentoon.
Laske kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on säädettävä, jotta kaikki
massat saataisiin nousemaan. Häviöistä on huomioitava SV-venttiilien häviöt ja sylinterien
kokonaishyötysuhteet.
Massat m1 = m2 = 8000 kg ja m3 = 13000 kg.
Sylinterit: männän d1 = 100 mm, männänvarren d2 = 70 mm, kokonaishyötysuhde
Suuntaventtiilit ovat samanlaisia, ominaiskäyrä on esitetty alla.
m2
S1
m3
S2
m1
SV1
S3
SV2
60 l/min
LA
TC
Kuva 12.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tilavuusvirta
Kuva 12b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt
21
90
100
qV / [l/min]
t
= 0.95.
L13. Kuvan 13 piirillä käytetään ketjukuljetinta. Kuljettimen liikesuuntaa ohjataan suuntaventtiilillä,
jonka ominaiskäyrä on esitetty alla. Hydraulimoottoria kuormittava vääntömomentti on
suurimmillaan 5000 Nm ja moottorin pyörimisnopeuden halutaan olevan 30 r/min.
3
Moottori: Vk,m = 2500 cm /r, hm,m = 0.90 ja v,m = 0.83 (moottorin vuotojen oletetaan olevan täysin ulkoisia).
Pumppu: v,p = 0.95 ja hm,p = 0.80. Pumpun käyttömoottorin pyörimisnopeus on 1500 r/min.
Järjestelmän putkien, suodattimen sekä vastaventtiilien häviöt oletetaan merkityksettömiksi.
Laske
a) tarvittava pumpun radiaanitilavuus Vrad,p
b) tarvittava pumpun käyttömoottorin teho Pkm
LA
TC
Kuva 13.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tilavuusvirta
Kuva 13b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
22
90
100
qV / [l/min]
L14. Kuvan 14 mukaisella järjestelmällä siirretään teho diesel-moottorilta kuljetuslavetin pyörille.
Tietyssä ajotilanteessa hydraulimoottoria kuormittaa momentti Tm = 8000 Nm moottorin pyöri3
misnopeuden ollessa nm = 120 r/min. Moottorin kierrostilavuus Vm,k = 2474 cm /r ja hydromekaaninen hyötysuhde hm,m = 0.90 ja volumetrinen v,m = 0.96. Järjestelmän pumppu on säätötilavuuspumppu, jonka hydromekaaninen hyötysuhde hm,p = 0.80 ja volumetrinen v,p = 0.85.
Diesel-moottorin pyörimisnopeus on tässä ajotilanteessa 1600 r/min. (Syöttöpumppua, venttiileitä ja putkistovarusteita ei tarvitse ottaa huomioon)
Laske
a) hydraulimoottoria kuormittava mekaaninen teho
b) hydraulimoottorilla tarvittava hydraulinen teho
c) mainitussa ajotilanteessa tarvittava pumpun kierrostilavuus
d) diesel-moottorilta vaadittava teho
Kuva 14.
23
L15. Kuvan 15 esittämällä järjestelmällä sekä nostetaan että lasketaan massoja, joiden paino on
suurimmillaan 1100 kg. Nostettavat massat on työkierron aikana pysäytettävä eri korkeuksille ja
tällöin sylinterin tulee pysyä tarkasti paikoillaan. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi järjestelmään on asennettu ohjattu vastaventtiili, sillä suuntaventtiilin vuodot aiheuttaisivat sylinterin
ryömimisen. Ohjatulla vastaventtiilillä on kuitenkin taipumus värähtelyyn massoja laskettaessa
ja tällöin massat tulevat alas nykien. Tilanne korjataan sijoittamalla järjestelmään säätövastus,
jonka avulla nykimisilmiö saadaan poistettua.
Laske kuinka suuri saa säätövastuksen (ympyrämäinen) halkaisija suurimmillaan olla, jotta suurimmatkin kuormat saadaan laskettua tasaisesti alas. Sylinteri: männänhalkaisija d1 = 63 mm,
männänvarren halkaisija d2 = 40 mm, kitkat ja vuodot oletetaan merkityksettömiksi.
3
Säätövastuksen Cq = 0.7. Nesteen = 860 kg/m . Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 15 l/min.
Suuntaventtiilin ja putkiston häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon.
m
Kuva 15.
24
L16. Kuvan 16 esittämässä järjestelmässä pystyyn asennetun sylinterin annetaan nousta kuormittamattomana yläasentoon pumpun käynnistämisen jälkeen. Pumppu, jonka tuotto on 20 l/min,
pidetään tämän jälkeen jatkuvasti käynnissä. Laske kuinka suurella voimalla sylinteriä voidaan
tässä tilanteessa kuormittaa ilman, että se lähtee laskeutumaan ala-asentoonsa.
Sylinterin männän halkaisija d1 = 40 mm, männänvarren halkaisija d2 = 28 mm, sylinterin
kitkat ja vuodot oletetaan merkityksettömiksi.
3
dk1 = 1 mm, dk2 = 2 mm, dk3 = 1.5 mm, dk4 = 2.5 mm, Cq = 0.7 ja = 860 kg/m .
dk2
dk3
dk1
dk4
Kuva 16.
25
L17. Kuvan 17 järjestelmällä siirretään massaa ylös ja alas. Nostovaihe tapahtuu sulkemalla sulkuventtiili ja käynnistämällä pumppu. Massa lasketaan pysäyttämällä pumppu ja avaamalla sulkuventtiili. Laske kuinka suureksi säätövastuksen virtausaukon halkaisija dk2 on säädettävä, jotta
massan laskeutuminen yläasennosta ala-asentoon kestäisi 10 s.
Järjestelmästä tiedetään:
Kuristusten virtausaukot ovat poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä, dk1 = 0.5 mm. Sylinterin
iskunpituus ls = 500 mm, mäntä d1 = 63 mm ja männänvarsi d2 = 40 mm. Sylinterin nostama
massa m = 3000 kg. Putkisto ja sulkuventtiili oletetaan häviöttömiksi.
3
Cq = 0.7 ja = 860 kg/m .
m
dk1
Kuva 17.
26
dk2
L18. Laske mikä on kuvan 18 mukaisen järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaineeksi
vähintään asetettava, jotta sylinteri saavuttaa liikenopeuden v = 1 m/s.
Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja kitkattomaksi. Putkiston häviöt oletetaan
merkityksettömiksi. Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 180 l/min.
2
3
F = 10 kN, A1 = 0.003 m , A2 = 0.5 A1, dk1 = 7 mm, dk2 = 10 mm, Cq = 0.7 ja = 860 kg/m .
v
A1
F
A2
dk1
dk2
Kuva 18.
L19. Laske kuinka suuri sylinterin nopeus voidaan kuvan 19 mukaisessa järjestelmässä saavuttaa, kun
sylinteriä ajetaan ulos (+ liike). Mitoita lisäksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine siten,
että kyseinen liikenopeus saavutetaan myös silloin, kun sylinteriin kohdistuu kuorma F.
Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 180 l/min. Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja
kitkattomaksi sekä suuntaventtiili häviöttömäksi.
2
2
3
F = 10 kN, A1 = 0.003 m , A2 = 0.001 m , dk = 10 mm, Cq = 0.6 ja = 860 kg/m .
A1
F
A2
dk
Kuva 19.
27
L20. Kuvan 20 esittämässä järjestelmässä sylinterin tulee tehdä plusliike nopeudella v = 0.5 m/s.
Laske kuinka suuri voima F voidaan tällöin saada sylinteristä.
Järjestelmän pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 50 l/min. Sylinteri oletetaan vuodottomaksi ja
2
2
3
kitkattomaksi. A1 = 0.003 m , A2 = 0.001 m , dk = 2 mm, Cq = 0.7 ja = 860 kg/m .
v
A1
F
A2
dk
Kuva 20.
L21. Kuvan 21 mukaisessa järjestelmässä ovat kaikki kuristukset dk1, dk2, dk3 ja dk4 poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä ja muilta ominaisuuksiltaan paitsi kooltaan samanlaisia. Kuristukset 1, 2 ja 4 ovat vakiokokoisia: dk1 = 4 mm, dk2 = 8 mm ja dk4 = 5 mm.
Laske kuinka suureksi säätökuristuksen 3 virtausaukon halkaisija on säädettävä, jotta pumpun
tuotto jakautuisi kuvaan merkityssä putkiristeyksessä kahteen yhtäsuureen osaan kun suuntaventtiilin asento vaihdetaan ja sylinteri tekee plusliikkeen.
Tilavuusvirtamittareiden, suuntaventtiilin ja sylinterin toiminnat oletetaan häviöttömiksi.
Sylinterin männänhalkaisija d1 = 63 mm ja männänvarren halkaisija d2 = 30 mm.
dk2
Putkiristeys
dk3
dk1
dk4
Kuva 21.
28
L22. Laske kuvan 22 esittämän piirin pumpun tuotto, kun tiedetään, että paineenrajoitusventtiilin
kautta virtaa 10 l/min.
Paineenrajoitusventtiilin ominaiskäyrä on ohessa. Poikkileikkaukseltaan ympyrämäisten kuris3
tusten tiedot ovat: dk1 = 2 mm, dk2 = 3 mm. Cq = 0.6 ja = 860 kg/m .
dk1
30
p
[bar]
dk1
dk2
20
10
0
10
20
qV [l/min]
Kuva 22.
L23. Laske kuristuksen 3 ( dk3) kautta kulkevan tilavuusvirran suuruus kuvan 23 piirissä, kun tiedetään, että paineenrajoitusventtiilin kautta virtaa 25 l/min.
Paineenrajoitusventtiilin ominaiskäyrä on esitetty ohessa. Poikkileikkaukseltaan ympyrämäisten
kuristusten tiedot ovat: dk1 = 2 mm, dk2 = 3 mm, dk3 = 1 mm, dk4 = 1.5 mm. Cq = 0.6 ja =
3
860 kg/m .
p
[bar]
20
10
0
10
20
30
40
qV [l/min]
Kuva 23.
29
dk2
dk3
dk1
dk4
L24. Laske tilavuusvirta kuvan 24 kuristuksien läpi. Poikkileikkaukseltaan ympyrämäisten kuristusten
3
tiedot ovat : dk1 = 1 mm, dk2 = 2 mm. Cq = 0.6 ja = 860 kg/m .
Paineenrajoitusventtiilin asetuspaine on 20 bar, venttiilin toiminta oletetaan ideaaliseksi.
dk1
dk2
Kuva 24.
L25. Kuvan 25 mukaisessa järjestelmässä tutkitaan virtauksien jakautumista. Kaikki kuristukset ovat
poikkileikkaukseltaan ympyrämäisiä ja muilta ominaisuuksiltaan paitsi kooltaan samanlaisia.
Kuristukset 1, 2 ja 4 ovat vakiokokoisia: dk1 = 4 mm, dk2 = 8 mm ja dk4 = 5 mm.
Laske kuinka suureksi säätökuristuksen 3 virtausaukon halkaisija on säädettävä, jotta pumpun
tuotto jakautuisi kuvaan merkityssä putkiristeyksessä tasan kahteen yhtäsuureen osaan.
dk2
Putkiristeys
dk1
dk3
dk4
Kuva 25.
30
L26. Kuvan 26 esittämää piiriä käytetään erään pienoissukellusveneen ajovoimansiirrossa (telaketjuilla varustettu prototyyppimalli). Hydraulimoottorit on kytketty pyörittämään telapyöriä,
moottoreiden kierrostilavuudet Vk,m1 ja Vk,m2 ovat yhtäsuuret.
a) selosta venttiilin 1 merkitys piirissä sekä venttiilin toiminta eri kuormitustilanteissa
b) selosta venttiilin 2 merkitys
c) johda yhtälöt järjestelmän paineelle p1 venttiilin 1 kummassakin asennossa ajovastusmomentin Tav funktiona (Tav = T2 + T3). Kuormitus jakautuu tasaisesti moottorien kesken. Venttiileiden ja putkiston häviöitä ei tarvitse ottaa huomioon.
Vk,m1
1
2
Vk,m2
p1
pprv
Vk,p
Kuva 26.
31
L27. Kuvan 27 mukaisella järjestelmällä käytetään kolmea ketjukuljetinta, joista kullakin on oma
hydraulimoottorinsa. Moottoreita kuormittavat vääntömomentit ovat T1 = 1500 Nm, T2 = 700
3
3
Nm ja T3 = 300 Nm. Moottoreiden kierrostilavuudet ovat Vk,m1 = 1000 cm /r, Vk,m2 = 1000 cm /r
3
ja Vk,m3 = 500 cm /r. Moottoreiden v = 0.90 ja hm = 0.85, moottoreiden 1 ja 3 vuodot ovat
täysin sisäisiä ja moottorin 2 vuodot täysin ulkoisia. Järjestelmän pumppu tuottaa
vakiotilavuusvirran 8 l/min. Järjestelmässä oleva säätökuristus on poikkileikkaukseltaan
3
ympyrämäinen ja halkaisijaltaan dk = 0.5 mm. Cq = 0.7 ja = 860 kg/m .
Laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on vähintään asetettava, jotta venttiili pysyisi kiinni järjestelmän toimiessa edellä mainituilla kuormituksilla.
Laske lisäksi kunkin moottorin pyörimisnopeus.
T1
T2
2
1
Kuva 27.
32
T3
3
L28. Kuvan 28 piirillä käytetään ketjukuljetinta. Tietyssä käyttötilanteessa hydraulimoottoria kuormittaa 1350 Nm suuruinen vääntömomentti moottorin pyörimisnopeuden ollessa 255 r/min. Moot3
torin kierrostilavuus on 600 cm /r. Moottorin ominaiskäyrä on esitetty alla. Järjestelmän
pumpun volumetrinen hyötysuhde v,p = 0.90 ja hydromekaaninen hm,p = 0.80. Pumpun
3
radiaanitilavuus on 22 cm /rad. Venttiilit, suodatin ja putkisto oletetaan häviöttömiksi.
Laske/määritä seuraavat tiedot:
a) moottorin tarvitsema teoreettinen tilavuusvirta qV,m,teor
b) moottorin tarvitsema teoreettinen paine-ero pm,teor
c) moottorin tarvitsema todellinen tilavuusvirta qV,m,tod
d) moottorin tarvitsema todellinen paine-ero pm,tod
e) moottorin antama todellinen teho Pm,tod
f) moottorin kokonaishyötysuhde t,m ko. toimintapisteessä
g) moottorin antama teoreettinen teho Pm,teor ko. toimintapisteessä
h) moottorin volumetrinen hyötysuhde v,m ko. toimintapisteessä
i) moottorin hydromekaaninen hyötysuhde hm,m ko. toimintapisteessä
j) pumpun tuottama teoreettinen tilavuusvirta qV,p,teor
k) pumpun käyttämiseksi tarvittama akseliteho Pp,aks
l) riittävän tilavuusvirran takaava alin pumpun pyörimisnopeus np
Kuva 28.
Kuva 28b. Hydraulimoottorin ominaiskäyrästö
33
L29. Kuvan 29 mukaisessa järjestelmässä hydraulimoottorilla käytetään lauhdevesipumppua, jonka
tuottoa säädetään kuristuksen avulla. Kuristuksen poikkileikkaukseltaan ympyrämäisen virtausaukon halkaisijaa voidaan säätää välillä dklv = 5 - 30 mm (tällöin laudevesimäärä vaihtelee vastaavasti qV,lvmin - qV,lvmax). Laske kuinka suureksi järjestelmän paineenrajoitusventtiilin
avautumispaine tulee säätää, jotta qV,lvmax olisi mahdollisimman suuri.
3
Järjestelmän pumppu: Vk,p = 200 cm /r, v,p = 0.90 ja hm,p = 0.85, pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1500 r/min.
3
Hydraulimoottori: Vk,m = 125 cm /r, v,m = 0.80 ja hm,m = 0.95, vuodot ovat täysin ulkoisia.
3
Lauhdevesipumppu: Vk,lv = 1200 cm /r, v,lv = 0.87 ja hm,lv = 0.7.
Hydraulimoottoria ohjaavan suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty alla. Lauhdutin ei aiheuta
3
merkittävää painehäviötä. Cq = 0.7 ja vesi = 1000 kg/m .
dklv
Lauhdutin
LA
TC
Kuva 29.
A B
P T
p
[bar]
14
P
A
B
T
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
40
80
120
160
200
240
280
320
Tilavuusvirta
Kuva 29b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
34
360
400
qV / [l/min]
L30. Kuvan 30 mukaisella järjestelmällä käytetään kallioporaa. Poraa pyörittävän hydraulimoottorin
3
kierrostilavuus Vk,m = 150 cm /r, v,m = 0.80 ja hm,m = 0.90, moottorin vuodot ovat täysin ulkoi3
sia. Järjestelmän pumpun kierrostilavuus on säädettävä Vk,p = 75 - 250 cm /r, hyötysuhteiden
arvot riippuvat kierrostilavuudesta allaolevan kuvan mukaisesti. Pumppua käyttävän polttomoottorin pyörimisnopeus nsm = 1500 r/min.
Moottoria ohjaavan suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty alla. Pumpun jälkeen olevan
vastaventtiilin painehäviö on 5 bar tilavuusvirralla 100 l/min. Järjestelmän suodattimen painehäviö on 2 bar tilavuusvirrasta riippumatta.
Laske kuinka suuri teho porasta suurimmillaan saadaan.
150 bar
LA
TC
p
100
[%]
90
hm,p
80
70
v,p
60
50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Vk,p / [%]
Kuva 30.
35
A B
P T
p
[bar]
14
12
Painehäviö
10
B
T
P
A
P
T
8
6
4
2
0
0
40
80
120
160
200
240
280
320
Tilavuusvirta
Kuva 30b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
36
360
400
qV / [l/min]
L31. Kuvan 31 mukaisella järjestelmällä nostetaan massoja kahdella erisuurella hydraulimoottorilla
(akseleille on kytketty vaijerikelat). Nostovaihe käynnistetään kytkemällä suuntaventtiilin vasemmanpuolinen "koppi".
Selosta nostovaiheen tapahtumat ja laske massojen nousunopeudet. Laske lisäksi sekä painemittarin näyttämät että pumpun tarvitsemat akselitehot nostovaiheen aikana ja massojen paikoillaanpidon (suuntaventtiili keskiasennossa) aikana. Moottorien vuodot ovat täysin ulkoisia.
Moottorien tekniset tiedot, kuormat ja kelojen halkaisijat ovat:
3
Vk,m1 = 160 cm /r, v,m1 = 0.90 ja hm,m1 = 0.85, m1 = 50 kg, d1 = 0.5 m.
3
Vk,m2 = 260 cm /r, v,m2 = 0.90 ja hm,m2 = 0.85, m2 = 150 kg, d2 = 1.0 m.
3
Pumppu: Vk,p = 6 cm /r, v,p = 0.95 ja hm,p = 0.9. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1000 r/min.
Vk,m1
d1
m1
Vk,m2
d2
m2
290 bar
Kuva 31.
37
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tilavuusvirta
Kuva 31b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
38
9
10
qV / [l/min]
L32. Kuvan 32 mukaisella järjestelmällä nostetaan massoja kahdella erisuurella hydraulimoottorilla
(akseleille on kytketty vaijerikelat). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla suuntaventtiilin asento.
Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä
paine sekä pumpun tuottama hydraulinen teho noston eri vaiheissa. Laske lisäksi massojen
nousunopeudet.
Moottorien tekniset tiedot, kuormat ja kelojen halkaisijat ovat:
3
Vk,m1 = 160 cm /r, v,m1 = 0.95 ja hm,m1 = 0.85, m1 = 50 kg, d1 = 0.5 m.
3
Vk,m2 = 260 cm /r, v,m2 = 0.95 ja hm,m2 = 0.85, m2 = 150 kg, d2 = 1.0 m.
Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min.
Vk,m2
d2
m2
Vk,m1
d1
m1
250 bar
Kuva 32.
39
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tilavuusvirta
Kuva 32b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
40
9
10
qV / [l/min]
L33. Kuvan 33 esittämällä järjestelmällä nostetaan massoja sekä hydraulisylinterillä että hydraulimoottorilla (moottorin akselille on kytketty vaijerikela). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla
suuntaventtiilin asento.
Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä
paine noston eri vaiheissa sekä massojen nousunopeudet.
Moottorin tekniset tiedot, kuorma ja kelan halkaisija ovat:
3
Vk,m = 160 cm /r, v,m = 0.95 ja hm,m = 0.85, m2 = 150 kg, d = 0.5 m.
Sylinterin tekniset tiedot ja kuorma ovat:
Männänhalkaisija dm = 100 mm ja männänvarren halkaisija dmv = 50 mm,
oletetaan merkityksettömiksi, m1 = 8000 kg.
Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 6 l/min.
m1
Vk,m
d
m2
290 bar
Kuva 33.
41
hm,s
= 0.90, vuodot
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tilavuusvirta
Kuva 33b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
42
9
10
qV / [l/min]
L34. Kuvan 34 esittämällä järjestelmällä nostetaan massoja sekä hydraulisylinterillä että hydraulimoottorilla (akselilla vaijerikela). Nostovaihe käynnistetään vaihtamalla suuntaventtiilin asento.
Selosta piirin toiminta nostovaiheessa ja laske seuraavat asiat:
a) pumpun jälkeen olevan painemittarin näyttämä massoja nostettaessa
b) suurin nostovaiheen aikana tarvittava pumpun akseliteho
Moottorin tekniset tiedot, kuorma ja kelan halkaisija ovat:
3
Vk,m = 160 cm /r, t,m = 0.81 ja hm,m = 0.85, m2 = 150 kg, d = 0.5 m. Moottorin vuodot ovat
täysin ulkoisia.
Sylinterin tekniset tiedot ja kuorma ovat:
Männänhalkaisija dm = 100 mm ja männänvarren halkaisija dmv = 50 mm, hm,s = 0.90, vuodot
oletetaan merkityksettömiksi, m1 = 8000 kg.
3
Pumppu: Vk,p = 5 cm /r, v,p = 0.80 ja hm,p = 0.90, pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1500 r/min.
m1
Vk,m
d
m2
290 bar
Kuva 34.
43
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tilavuusvirta
Kuva 34b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
44
9
10
qV / [l/min]
L35. Kuvan 35 esittämän järjestelmän työkierron yksi vaihe kuuluu seuraavasti: kytkettäessä suuntaventtiilin SV1 oikea "koppi", lähtee sylinteri liikkeelle plus-suuntaan. Sylinterin tultua päätyasentoonsa annetaan ohjausimpulssi suuntaventtiilille SV2, jolloin moottori lähtee pyörimään.
Laske edelläkuvatun vaiheen osalta seuraavat seikat:
a) sylinterin liikenopeus vsyl+
b) suurin sylinteristä saatava voima Fsyl,max
c) hydraulimoottorin pyörimisnopeus nhm
d) suurin moottorista saatava momentti Thm,max
Laitteiston tiedot:
Sylinteri: mäntä dm = 63 mm ja männänvarsi dmv = 40 mm.
3
Hydraulimoottori: Vk,m = 500 cm /r.
Sekä sylinteri että moottori oletetaan häviöttömiksi.
Suuntaventtiilin SV1 ominaiskäyrä on esitetty alla.
Suuntaventtiilin SV2 painehäviö tilavuusvirralla 20 l/min on 1 bar (läpäisyasento).
Vastaventtiilit: painehäviöt tilavuusvirralla 80 l/min ovat kummallakin 2 bar.
Paluusuodatin: painehäviö tilavuusvirrasta riippumatta 1 bar.
Paineenrajoitusventtiili: avautumispaine 200 bar (toiminta oletetaan ideaaliseksi).
Pumppu: vakiotuotto 80 l/min.
F
SV2
SV1
200 bar
Kuva 35.
45
Vk,m
Tv
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
Tilavuusvirta
60
70
80
90
qV / [l/min]
Kuva 35b. Suuntaventtiilin SV1 ominaiskäyrästö
46
100
L36. Kuvan 36 mukaista järjestelmää käytetään merenpohjaan sijoitettavien kaivostukikohtien osakokoonpanossa. Asennettavaa osaa nostetaan kahden sylinterin liikuttamalla asennusalustalla, jota
taas puolestaan voidaan pyörittää hydraulimoottorilla. Nostovaihe ja pyöritysvaihe tapahtuvat
eriaikaisesti.
Laske:
a) kuinka suuri on osan maksimi nostonopeus?
b) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on asetettava, jotta nostovaihe
tapahtuisi suurimmalla mahdollisella nopeudella?
c) kuinka suuri on hydraulimoottorin pyörimisnopeus?
d) kuinka korkea on järjestelmän paine asennusalustaa pyöritettäessä?
e) kuinka suuri on suurin järjestelmän käytön aikana tarvittava teho pumpun akselilla?
Nostettavan osan massa asennusalustoineen m = 60 000 kg. Alustan pyörittämiseen tarvittava
vääntömomentti T = 130 Nm. Sylinterit ovat samankokoisia, männän halkaisija dm = 200 mm,
männänvarren halkaisija dmv = 140 mm, hm,s = 0.92 ja v,s = 1.0.
Hydraulimoottorin kierrostilavuus Vk,m = 115 cm3/r, hm,m = 0.96 ja v,m = 0.91.
Pumpun kierrostilavuus Vk,p = 42 cm3/r, hm,p = 0.85 ja v,p = 0.90. Pumppua käyttävän sähkömoottorin pyörimisnopeus nsm = 1000 r/min.
Suodattimen painehäviö on 3 bar tilavuusvirralla 50 l/min.
Kuva 36.
47
p
[bar]
A B
A B
P T
P T
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
Tilavuusvirta
Kuva 36b. Suuntaventtiilien ominaiskäyrästöt
48
70
80
qV / [l/min]
L37. Laske kuvan 37 järjestelmän hydraulimoottorista saatavat maksimi vääntömomentti, pyörimisnopeus sekä teho.
Pumppu: qV,teor = 200 l/min, hm,p = 0.80, v,p = 0.95.
Hydraulimoottori: Vk,m = 110 cm3/r, hm,m = 0.85, v,m = 0.90.
Poikkileikkaukseltaan ympyrämäinen kuristus dk = 10 mm.
Suodattimen painehäviö on 0.5 bar tilavuusvirralla 100 l/min.
3
Cq = 0.6, = 875 kg/m .
200 bar
Kuva 37.
L38. Laske kuvan 38 järjestelmän maksimi kuormannostokyky.
Hydraulimoottori: Vk,m = 16 cm3/r. Vaijerikela d = 0.8 m. Paineenrajoitusventtiili on säädetty
arvoon 150 bar, sen toiminnan oletetaan olevan ideaalinen. Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran
60 l/min. Suuntaventtiilin painehäviöt ovat 1 bar tilavuusvirralla 10 l/min (kumpikin virtaussuunta P
A ja B T. Vuodot ja muut häviöt voidaan jättää huomiotta.
Vk,m
d
m
150 bar
Kuva 38.
49
L39. Kuvan 39 mukaisella järjestelmällä nostetaan erisuuruisia massoja. Nostaminen tapahtuu hydraulimoottorilla, jonka akselille on kytketty vaijerikela.
Laske:
a) kuinka suureksi paineenrajoitusventtiilin avautumispaine on vähintään säädettävä, jotta
laitteella voitaisiin nostaa 5000 kg massoja
b) massan nostonopeus
3
Moottori: Vk,m = 360 cm /r, v,m = 0.96 ja hm,m = 0.90, d = 0.5 m.
Pumppu: qV,teor = 120 l/min, v,p = 0.95 ja hm,p = 0.80.
Suuntaventtiili: painehäviö kaikissa virtaussuunnissa on 2.5 bar tilavuusvirralla 60 l/min.
Vastaventtiili: painehäviö on 2 bar tilavuusvirralla 60 l/min.
3
= 860 kg/m .
Vk,m
d
m
Kuva 39.
50
L40. Laske kuinka suureksi kuvan 40 esittämän järjestelmän paineenrajoitusventtiilin avautumispaine
on vähintään asetettava, jotta järjestelmällä voidaan nostaa kuorma, jonka suuruus on 5000 kg.
Sylinterin männänvarren puolelle tuleva tilavuusvirta on 50 l/min, sylinterin männän halkaisija
dm = 63 mm, männänvarren halkaisija dmv = 45 mm. Pumpun jälkeen olevan vastaventtiilin
painehäviö on 1 bar.
m
Kuva 40.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Tilavuusvirta
Kuva 40b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
51
140
160
qV / [l/min]
L41. Laske kuvan 41 esittämän järjestelmän maksimi kuormannostokyky.
Sylinterin männän halkaisija dm = 63 mm, männänvarren halkaisija dmv = 45 mm. Pumppu
tuottaa vakiotilavuusvirran 120 l/min. Toiminnaltaan ideaalinen paineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 140 bar. Suuntaventtiilin painehäviöt ovat kaikissa virtaussuunnissa 2 bar tilavuusvirralla 60 l/min. Pumpun jälkeen oleva vastaventtiili aiheuttaa 4 bar painehäviön. Suodatin
aiheuttaa 1 bar painehäviön tilavuusvirralla 120 l/min.
m
Kuva 41.
52
L42. Kuvan 42 esittämällä järjestelmällä käytetään tavaranosturia. Laske laitteen maksimi kuormannostokyky.
Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 80 l/min.
Suuntaventtiilin painehäviöt tilavuusvirralla 40 l/min ovat: pP A = 4 bar, pP
= 3 bar, pB T = 2 bar.
2
Sylinteri: A1 = 2 A3 = 100 cm .
Toiminnaltaan ideaalinen paineenrajoitusventtiili on säädetty arvoon 100 bar.
Vastusvastaventtiilin ja putkiston painehäviöitä ei tarvitse ottaa huomioon.
m
A3
A1
100 bar
80 l/min
Kuva 42.
53
B
= 6 bar, pA
T
L43. Kuvan 43 mukaisella järjestelmällä käytetään hissiä, jolla nostetaan kappaleita lattiatasosta
koneistuskeskuksen työpöydälle. Nostonopeutta voidaan säätää kuristuksella.
Laske mikä on sylinterin nostonopeus, kun tilanne on seuraava:
Nostettava massa m = 5000 kg. Sylinterin männän halkaisija dm = 63 mm, männänvarren
halkaisija dmv = 40 mm. Säätövastuksen kuristuksen halkaisija (poikkileikkaus ympyrämäinen)
dk = 3 mm. Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 90 l/min. Toiminnaltaan ideaalinen paineen3
rajoitusventtiili on säädetty arvoon 190 bar. Cq = 0.611, = 860 kg/m .
Edellyttääkö saavutettu sylinterin liikenopeus päätyasentovaimennuksen käyttöä?
m
Kuva 43.
54
L44. Kuvan 44 mukaisen järjestelmän molemmilla sylintereillä nostetaan 5000 kg suuruisia massoja.
Laske kuinka suureksi tulee paineenrajoitusventtiilin asetusarvo vähintään säätää, jotta massat
voidaan nostaa. Laske lisäksi sylintereiden liikenopeudet nostovaiheessa.
Sylinterit ovat samanlaisia, männän halkaisija dm = 63 mm, männänvarren halkaisija dmv = 45
mm. Pumppu tuottaa vakiotilavuusvirran 60 l/min. Suuntaventtiilin ominaiskäyrä on esitetty
alla. Pumpun jälkeen olevan vastaventtiilin painehäviö on 1 bar. Muita häviöitä ei tarvitse ottaa
huomioon.
m
m
Kuva 44.
A B
P T
p
[bar]
14
P
B
A
T
B
T
P
A
P
T
12
Painehäviö
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Tilavuusvirta
Kuva 44b. Suuntaventtiilin ominaiskäyrästö
55
140
160
qV / [l/min]
3
L45. Kuvan 45 järjestelmän hydraulimoottorin kierrostilavuus on 200 cm . Moottoria kuormittaa 500
Nm suuruinen vääntömomentti. Moottorin pyörimisnopeutta säädetään ohivirtauskanavaan sijoitetulla kuristuksella.
Laske mikä on moottorin pyörimisnopeus, kun pumppu tuottaa tilavuusvirran 10 l/min.
Poikkileikkaukseltaan ympyrämäisen kuristuksen halkaisija on 1 mm. Cq = 0.611,
3
kg/m . Moottorin v,m = 0.95 ja hm,m = 0.90.
= 860
200 bar
Kuva 45.
L46. Kuvan 46 sylinterillä käytetään nostolavaa. Kun lava on yläasennossaan ja kuormattuna 20 000
kg kuormalla, katkeaa sylinteriin tuleva letku. Laske kuinka kauan kestää sylinteriltä liikkua alaasentoon ja millä nopeudella liike tapahtuu, kun männän halkaisija on 200 mm, männänvarren
halkaisija on 110 mm, iskunpituus on 3 m.
Cq = 0.6,
3
= 860 kg/m . Letkun sisähalkaisija on 1/2".
m
Kuva 46.
56