HIDRAVLIKA IN PNEVMATIKA(Skoraj) 100 vprašanj za teoretični del izpita

1. Kaj predstavlja izraz »fluidna tehnika«? Členitev

Fluidna tehnika – na področju strojništva za prenos, pretvarjanje in krmiljenje toka energije, krmilnih signalov in snovi s pomočjo fluidov (tekočin); odprti in zaprti tokokrogi; osnovne razlike med sestavinami in naprami hidravlike (H) in pnevmatike (P)

2. Po kakšnem principu delujejo hidravlične naprave?

Hidravlične naprave delujejo po principu gibanja in ravnotežnem stanju tekočin.

Z opisom gibanj in ravnotežnih stanj tekočin se ukvarja hidromehanika. V hidromehaniki v osnovi razlikujemo med hidrodinamičnimi in hidrostatičnimi sistemi. Pri hidromehaniki igra pomembno vlogo energija toka tekočine – njena kinetična energija, ki povzroči gibanje komponent. Hidrodinamični pogoni se odlikujejo po tem, da imajo volumski tokovi velike hitrosti. Ti volumski tokovi so praviloma občutno vrčji kot pri hidrostatičnih pogonih. Tovrstni sistemi se v glavnem uporabljajo na gradnje tovornih vozil in gradnje lokomotiv.

Glede na prepono besede »statika«, kar pomeni toliko kot veda o ravnotežnih stanjih, se hidrostatika ukvarja prav s takšnimi stanji. V hidrostatiki se pri prenosu energije ne uporablja energija toka tekočine, temveč v samem volumskem toku shranjena energija – energija tlaka. Hitrost tekočine je pri hidrostatičnih sistemih, v primerjavi s tistimi pri hidromehaniki, nizka oziroma zanemarljiva. Vsled tega se lahko pogosto upoštevajo energije toka tekočine odpovemo

3. Navedite prvi primer praktične uporabe hidrostatičnega principa! Kdo? Kdaj? Problematika?

Praktična izvedba hidrostatične stiskalnice se je pojavila šele okoli 130 let kasneje. Izdelal, patentiral (1795) in predstavil jo je Joseph Braham v Londonu.

Značilnosti:

Razmerje površin bata cca 2300 Tesnenje z usnjenimi manšetami Problem puščanja in zatikanja Slaba kvaliteta obdelave Tlako do 50 bar Hidravlična tekočina je bila voda

4. Navedite področja uporabe hidravlične in pnevmatične pogonske tehnike? Industrija

o Obdelovalni stroji in stroji za predelavo plastikeo Preoblikovalni stroji, stiskalnice, valjarne

Gradbeni stroji Gozdrarski stroji Kmetijski stroji Ostali delovni stroji Preizkuševalni stroji, off shore naprave in plovila Simulatorji, posebni efekti, zabaviščna in scenska tehnika

5. Narišite načelno zgradbo in tok moči hidravličnega/pnevmatičnega sistema!

6. Navedite prednosti in slabosti (omejitve) hidravlike! Prednosti hidravličnih sistemov:

o Možnost krmiljenja in reguliranja Krmiljenje (odprtozančno vodenje) Regulacija (zaprtozančno vodenje)

o Ugodna možnost prenosa energijeo Analogija z elektrotehnikoo Dobro časovno obnašanje (visoka dinamika hidravličnih motorjev in črpalk v primerjavi z

ostalimi vrstami izvršnih organov – aktuatorjev, zaradi malih masnih vztrajnostnih momentov)o Razmerje moč teža (prihranek na teži ni samo pomemben z gledišča varovanja okolja temveč

predvsem z vidika zmanjševanja teže – mobilna in letalska hidravlika)

o Majhna poraba prostorao Odvod toploteo Preprosta zaščita proti obremenitvio Preprost nadzoro Izvedba togih in elastičnih pogonov

Slabosti hidravličnih sistemovo Relativno visoke izgube:

Puščanje: Izguba moči zaradi puščanja Volumski pretok puščanja Razlika tlakov med dvema komorama

Tekočinsko trenjeo Občutljivost na nečistočeo Temperaturna odvisnost tekočineo Stisljivost hidravlične tekočineo Zdrso Puščanje hidravličnega sistemao Nizka življenjska doba nekaterih visoko obremenjenih gradnikov

7. Navedite prednosti in slabosti (omejitve) pnevmatike!

8. Zapišite osnovni zakon hidrostatike (izraz, pomen in enote, ki so v rabi)!

p= FA [ Nm2=Pa]

Učinek sile, ki deluje na mirujočo tekočino, v njej povzroči tlak, ki se prenaša enakomerno na vse strani in vedno pravokotno na ploskve, ki tekoči omejujejo. Velikost tlaka v tekočini je sorazmerna sili obremenitve in obratnosorazmerna velikosti ploskve na katero sila deluje

9. Kaj je transformacija sile (zapišite izraz; skica)?

10. Kaj je transformacija tlaka (zapišite izraz; skica)?

11. Zapišite osnovne zakone hidromehanike! Namen in uporaba!

Zakon o ohranitvni mase

Kontinuitetna enačba

Časovna sprememba mase tekočine v nekem volumno je enaka vsoti vseh v ta volumen vstopajočih masnih tokov zmanjšana za vsoto iz tega volumna izstopajočih tkov

Q=A i v i=konst .

Definicija je vsesplošno veljavna:

Realne in idealne fluide Stisljive in nestisljive fluide Stacionarne in nestacionarne procese Tokovne pojave z ali brez upošrevanja trenja tekočine Več- ali enodimenzionalne tokove tekočine

Bernoulijeva enačba

Celotna energija v nekem kontrolnem volumnu je, ne glede na čas opazovanja, konstantna; energija se le pretvarja iz ene oblike v drugo

p= ρ v2

2=konst .

Definicija je vsesplošno veljavna:

Realne in idealne fluide Stisljive in nestisljive fluide Stacionarne in nestacionarne procese Tokovne pojave z ali brez upošrevanja trenja tekočine Enodimenzionalne tokove, znano število vhodov in izhodov

Zakon o impulzu

Časovna sprememba impulza v nekem sistemu masnih točk je enaka vsoti vseh zunanjih sil, ki učinkujejo na sistem

12. Kakšne vrste je lahko tok medija v ceveh? (opišite in narišite) Laminarni tok

Delci tekočie se pri laminarnem toku v sosednjih plasteh premikajoče se tekočine premikajo urejeno (lat.: lamina = plast). Zato lahko predpostavljamo, da je laminarni tok zaradi tega tudi stacionaren. Vendar pa to na splošno ne velja. Tudi laminarni tok je lahko nestacionaren in eksplicitno odvisen od časa (npr. pri počasnem pospeševanju stebra tekočine). Lamiarni tok je značilen za majhne hitrosti in bolj viskozne tekoči

Zaradi prisotnosti adhezijskih sil se realna tekočina, ki se nahaja v bližini stene cevi, te orpijemlje. Zaradi te oprijemalne plasti se postopno pojavlja gradient hitrosti, ki je postavljen prečno na smer toka, tako, da se po koncu začetnega dela cevi pojavi v celoti izoblikovan laminarni tok tekočine.

Vzroki za pojav takšnega profila toka tekočine oziroma vzpostavljanja tega profila toka v začetnem delu cevi temeljijo na viskoznosti tekočine. Kljub temu pa obstajajo še druge vplivne veličine, ki vplivajo na nastanek takšnega profila laminarnega toka:

o Geometrijo cevi (dimenzijo in hrapavost notranje površine)o Hitrost toka tekočine

Črtkani poteki veljaljo za idealno izotermno spremembo stanja. Pri toku tekočine po cevi, kjer se pojavlja trenje, prihaja v bližini stene cevi do že znanega oprijemanja tekočine na steno in zaradi tega do pojava sil zaradi odporov. Ker te sile povzročajo strižne napestosti, ki se v smeri proti sredini cevi zmanjšujejo (Newtonov zakon o strižnih napestih), mora kot posledica tega, biti temperatura na sredini cevi nižja od predpostavljene pri izotermni spremembi

Kej je viskoznost, z ozirom na enačbo odvisna tudi od spremembe temperature, se tudi njena vrednost spreminja preko prečnega preseka cevi. Posledično postane hitrostni profil toka po cevi bolj ploščat. V primeru, da je potrebno določiti natančen profil hitrosti toka tekočine se mora ori izračunu upoštevati tudi vrsta spremembe stanja (izotermna ali adiabatna).

Turbolentni tok

V nasprotju z urejenim lamiranim tokom se pri turbolentnem toku pojavlja neurejeno gibanje (lat.: turbo = vrtinec). V osnovi se, še vedno aksianlo usmerjen tok tekočine, dopolnjuje s prečnim gibanjem tekočine, ki se pojavlja na vseh mestih cevi ter povzroča, da tokovnice vplivajo druga na drugo, se križajo in lokalno povzročajo male vrtince. Pri teh procesih se kinetična energija glavnega toka zaradi trenja poretvarja v notranjo energijo. Z ozirom na to je turbolentni tok nestacionaren. Deli tokovnic se časovno spreminjajo tako, da tirnice delcev tekoči in njihove tokovnice ne sovpadajo.

Pri turbolentnem toku gre dejansko za kvazi nestabilnost laminarnega stanja. Za nastanek turbolence ne obstaja nedvoumna analitična razlaga. Na prehodu z laminarnega v turbolentni tok tekočine imajo vpliv nasljednje tekočine:

o Geometrija cevi (premer, dolžina, hrapavost)o Hitrost toka tekočineo Viskoznost tekočine

Vse te vrednosti so zajete v Reynoldsovem številu, na osnovi katerega se lahko pokaže, da se pretvorba z ene vrste toka v drugo vrši pri neki kritični vrednosti Reynoldsovega števila.

13. Kaj predstavlja Reynoldds-ovo število? (enačba, uporabnost)

Odločilen vpliv za nastanek turbolentnega toka, nasljednji faktorji:

Geometrija cevi (premer, dolžina, hrapavost), Hitrost toka tekočine, Viskoznost tekočine

Vse te omenjene veličine so zajete v Reynoldsovem številu na osnovi katerega se lahko pokaže, da se pretvorba z ene vrste toka v drugo vrši pri neki kritični vrednosti Reynoldsovega števila:

Re=ρ v x lη

=vx DH

ν

Pri čemer v enačni predstavlja:

l karakteristično dolžino [m] DH hidravlični premer [m]

DH=4 x velikost pretočnega presekaobseg pretočnega preseka

=4 π r2

2πr=2 r=d

Reynoldsovo število podaja razmerje vztrajnostnih sil na enoto površine (ρ νx) z ozirom na sile viskoznosti na enoto površine.

Običajno je vrednost kritičnega Reynoldsovega števila določena na osnovi uporabe medijev z nižnjo viskoznostjo (npr. voda, zrak). Pri vrednosti Reynoldsobega števila:

Rekrit ≈2300 (velja za ravne okrogle cevi)

Dejansko pride do pretvorbe ene vrste toka v drugo (laminarni → turbolentni)

14. Navedite vzroke in mesta nastanka tokovnih izgub v cevnem omrežju! Kako jih zaznamo?

15. Opišite stisljivost hidravličnih tekočin in njen vpliv na delovanje hidravličnih naprav!

Stisljivost hidravlične tekočine povzroča vzmetno delovanje hidravličnih pogonov – blaži razne sunke in tako varuje (npr. pri orodnih strojih) orodje pred udarci.

Po drugi strani pa velika stisljivost hidravlične tekočine zaradi svojega vzmetnega obnašanja povzroča:

Nihanja in udarce v hidravličnih napravah Zakasnitve pri preklopih (potrebno upoštevati pri kratkih vklopnih časih) Neenakomerno gibanje pri nenadnih spremembah tlaka ali sile Nezaželjene pojave pri povečanju volumna hidravličnega valja zaradi elastičnosti sten valja in cevovoda

Dobro poznavanje stisljivosti in pojavov, ki izhajajo iz te lastnosti tekočine, ima velik pomen pri preračunu oziroma raziskavah: hidravličnih udarov, enakomernosti delovanja pogona, nihanj in pojavu časovnih zakasnitev hidravličnega signala pri daljinsko vodenih hidravličnih pogonih.

16. Kaj so tlačni udari? Vzroki nastanka in njihov vpliv na delovanje hidravličnega pogona

Velike težave in motnje v delovanju hidravličnih naprav lahko razen nihanj povzročajo tudi tlačni udari. Ti lahko nastanejo zaradi:

Večjega ali manjšega nihanja iztisnine črpalke Raznih impulzov, ki izhajajo iz pogona Resonance lastnih nihanj in predvsem zaradi Hitrega zapiranja in odpiranja krmilnih organov, npr. ventilov

Pod tlačnimi udari oziroma hidravličnimi udari so mišljene hitre, nenadne spremembe tlaka v hidravlični napravi, ob istočasni hitri spremembi hitrosti toka tekočine. Te spremembe so posledica pospeševanja oziroma zaviranja tekočinskega stebra in s tem povezanih mas. Velikost hidravličnega udara je odvisna od:

Velikosti spremembe hitrosti Časovnega poteka zapiranja oziroma odpiranja krmilnega organa Hitrosti širjenja tlačne motnje v cevi (hitrost zvoka) Odzivanja vgrajenih tlačnoomejevalnih ventilov

V primeru hitrega zapiranja ventila na koncu cevovoda ali naprimer obp rihodu bata v končni položaj, se tok tekočine nenadoma zaustavi. Pri tem mora kinetično energijo tekočine prevzeti sama tekočina in pa stene cevi tako, da se deformirajo. Ob stiskanju tekočine pride do povečanja tlaka – tlačni udar.

17. Kaj je viskoznost? (vrste viskoznosti, fizikalni pomen, enote, uporabnost, razredi viskoznosti mineralnih olj)

Dinamična viskoznost je pomembna veličina, ki opisuje zmožnost tekočine za prenos moči. Dinamične viskoznosti ne merimo neposredni z običajnimi viskozimetri, temveč merimo njeno razmerjen z ozirom na

gostoto tekočine. To razmerje je podano kot kinematična viskoznost tekočine: ν=ηρ

ISO razredi viskoznosti za mineralna hidravlična olja:

Razred viskoznosti Srednja vrednost kinematične viskoznosti pri 40 OC podana v [mm2/s]

ISO VG 10 10ISO VG 22 22ISO VG 32 32ISO VG 46 46ISO VG 68 68ISO VG 100 100

ISO razredi viskoznosti za težko vnetljive hidravlične tekočine

Razred viskoznosti Srednja vrednost kinematične viskoznosti pri 50 OC podana v [mm2/s]

HF .. – 1 1 do 1,5HF .. – 2 11 d o14HF .. – 4 20 do 30HF .. – 8 50 do 70

Viskoznost je zelo odvisna od temperature:

Ob povečanju temperature viskoznost upade: η=η20oC( 20T )K

[Ns /m2]

η20 dinamična viskoznost pri 20 OC [kg/m3]

T temperatura [OC]

K eksponent stopinj za temperaturo olja od 10 do 70 OC (za mineralna olja 2,08 do 2,55)

Proizvajalci mineralnih olj podajajo odvisnost kinematične viskoznosti od temperature v diagramih – Ubbelohde diagram.

Glede na temperaturo obratovanja in temperaturo okolice, lahko mineralna olja razdelimo na:

Redka olja (nizka viskoznost) za uporabo pri nizkih temperaturah okolice, npr. za zimsko obratovanje na prostem

Srednje viskozna olja za hidravlične sisteme, ki obratujejo z nižjimi tlaki Zelo viskozna olja za hidravlične sisteme, ki obratujejo z visokimi tlaki

Viskoznost je zelo odvisna od tlaka:

η ( p )=ηo eb p [Ns/m2]

η0 dinamična viskoznost pri p in T okolice [Ns/m2]

p vrednost absolutnega tlaka [bar]

b koeficient viskoznost-tlak [bar-1]

1,7 ∙10−3 za mineralna olja

3,5 ∙10−4 za HFC

2,2 ∙10−3za HFD

1,1 ∙10−3 za HETG ali HEES

Vpliv tlaka na viskoznost ni tako velik, kot je velik vpliv temperature!

18. Kaj razumemo pod izrazom lekaža oziroma puščanje? Vrste puščanja (navedite primere)!

Puščanje (oziroma lekaža) je količina tekočine, ki uhaja povsod tam, kjer se med različnimi konstrukcijskimi elementi pojavlja reža.

Puščanje se pojavlja v valjih, črpalkah, motorjih, ventilih,..., vsepovsod!

Značilno za izgube zaradi puščanja je izguba energije, mazanje komponent, hlajenje komponent, dušenje v mehanskem smislu.

Vrste puščanja:

Tok tekočine skozi ravno režo z mirujočimi stenami Tok tekočine skozi koncentrično krožno režo

Tok tekočine skozi ekscentrično krožno režo

19. Zakaj se ponavljajo tokovi v režah? (vzroki nastanaka, vrste rež)

Puščanje (oziroma lekaža) je količina tekočine, ki uhaja povsod tam, kjer se med različnimi konstrukcijskimi elementi pojavlja reža.

Puščanje se pojavlja v valjih, črpalkah, motorjih, ventilih,..., vsepovsod!

Značilno za izgube zaradi puščanja je izguba energije, mazanje komponent, hlajenje komponent, dušenje v mehanskem smislu.

Vrste puščanja:

Tok tekočine skozi ravno režo z mirujočimi stenami Tok tekočine skozi koncentrično krožno režo Tok tekočine skozi ekscentrično krožno režo

20. Kaj razumete pod pojmoma hidravlična kapacitivnost in hidravlična induktivnost?

Hidravlična induktivnost:

Vrsta shranjevalnika energije. V ta namen se v mehaniki uporabljajo vzmeti, v elektrotehniki kondenzatorji, v hidravliki pa posebni plinski akumulatorji, ki imajo veliko večjo kapacitivnost kot jo imajo naprimer hidravlične cevi ali valji.

Energija tlaka oziroma kinetična energija hidravličnega sistema se shrani kot oblika energije spremembe volumna:

p (t )= 1CH

∫t

❑

Qdt [N /m2]

Stisljivost hidravlične tekočine povzroča vzmetno delovanje hidravličnih pogonov: blaži razne sunke in tako varuje (npr. pri orodnih strojih) orodje pred udarci. Po drugi strani pa velika stisljivost hidravlične tekočine zaradi svojega vzmetnega obnašanja povzroča:

Nihanje in udarce v hidravličnih napravah Zakasnitve pri preklopih (potrebno upoštevati pri kratkih vklopnih časih) Neenakomerno gibanje pri nenadnih spremembah tlaka ali sile Nezaželjene pojave pri povečanju volumna hidravličnega valja zaradi elastičnosti sten valja ali

cevovoda

Hidravlična induktivnost:

Ko želimo, da se neko telo giblje, ga je predtem potrebno pospešiti. Za pospeševanje so potrebne določene sile – drugi Newtonov zakon

Hidravlična induktivnost določa razliko tlakov, ki je potrebna za spremembo volumskega pretoka, zaradi vztrajnosti tekočine:

LH=l ρA

=molje

A2=∆ p

Q[Ns2/m5]

Hidravlična induktivnost je obratno sorazmerna preseku → tem manjši je presek cevovoda, tem višja tlačna razlika je potrebna za pospešitev stebra tekočine. Torej: V primeru velikih hitrosti toka tekočine ne smejo biti izbrani premali premeri cevovoda!

Hidravlična induktivnost predstavlja nestacionarno stanje toka tekočine. Za pospeševanje stebra tekočine je potrebna določena energija – energija tlaka.

Tlačna energija potrebna za pospešitev stebra tekočine ne predstavlja izgube saj gre zgolj za pretvorbbo energije – energije tlaka v kinetično energijo.

21. Katere so osnovne zahteve hidravličnih tekočin? Naštejte vsaj 10 nalog

Hidravlična tekočina mora:

Imeti dober mazalni učinek, Imeti veliko trdnost mazalnega filma, Imeti primerno kemično obstojnost in stabilnost, Imeti viskoznost čim manj odvisno od temperature, Imeti ugodno viskoznost v področju obratovalnih temperatur, Imeti veliko specifično toploto, Varovati občutljive dele pred korozijo, Biti odporna proti staranju, Biti čim bolj odporna na ogenj, Imeti čim nižje strdišče

Hidravlična tekočina ne sme:

Imeti prevelike površinske napetosti, Tvoriti emulzije z veliki količinami vode (največ 1 vol. %), Pri obratovalnikih temperaturah tvoriti škodljivih par, Vsebovati prevelike količine trdnih delcev, Oksidirati ob segrevanju, niti izgubiti svojih mehanskih lastnosti, Obsorbirati zrak ali ga vsebovati, Imeti škodljivega učinka na zdravje uporabnikov

22. Katere osnovne zahteve mora izpolnjevati hidravlična tekočina?

(isto kot pri 21)

23. Navedite vrste hidravličnih tekočin z ozirom na način pridobivanja!

(61 – hp-06a_hidravlične_tekočine_1)

24. Navedite vrste hidravličnih tekočin z ozirom na način uporabe!

25. Navedite vrste mineralnih olj (oznake) in njihove osnovne lastnosti!

Vrsta mineralnega olja oziroma dodatkov Oznaka po DIN 51502 Oznaka po ISO 6743Hidravlična olja brez ddodatkov H HH

Olja z inhibitorji oksidacije in antikor. Dodatki HL HLOlja HL z izbolševalcem VI-indeksa - HR

Olja HL z dodatki za zmanjšanje obrabe HLP HMOlja HLP/HM z izboljševalcem VI-indeksa HVLP HV

Olja HM z dodatki za preprečitev stick-slipa - HG

26. Navedite vrste težko vnetljivih hidravličnih tekočin (oznake) in področja njihove uporabe!

Tekočine na vodni osnoviVrsta tekočine Sestava Področja uporabe

HFA E

Olja v vodi – emulzijaMineralno olje/sint. Ester

Koncentracija < 20%,Značilno 1% - 5%

Stiskalnice, rudniki,hidrostatični pogoni,

temp. področje: +5 – +55 OC

HFA S

Brez mineralnega olja,sintetične raztopinekoncentracija < 20%,

značilno 1% - 2%

Stiskalnice, rudniki,hidrostatični pogoni,

temp. področje: +5 – +55 OC

HFB Voda v olju – emulzijadelež miner. olja < 60%

V angleščkih premogovnikih;temp. področje: +5 – +55 OC

HFCRaztopine polimerov na vodni

osnovi (poliglikoli) delež vode najmanj 35%

Hidrostatični pogoni; najbolj razširjena težka vnetljiva tekočina

na vodni osnovi;temp. področje: -20 - +60 OC

Tekočine na sintetični osnovi (brez vsebnosti vode)Vrsta tekočine Sestava Področja uporabe

HFD R estri fosforne kislineParne turbine; jeklarska industrija

in tlačno litje; civilna letalska hidravlika

HFD S Klorirani ogljevodikiZaradi okoljevarstvenih razlogov in

toksičnosti je njihova uporaba prepovedana

HFD T Mešanice estrov fosforne kisline in kloriranih ogljikovodikov

Zaradi okoljevarstvenih razlogov in toksičnosti je njihova uporaba

prepovedana

HFD UTekočine na osnovi drugih

kemičnih spojin npr. silikonska olja in estri karbonske kisline

Hidrostatični pogoni; temperaturno področje:

-35 < +90 OC-

27. Kakšne so biološko hitreje razgradljive tekočine? Navedite vrste teh tekočin (oznake) in področja uporabe teh tekočin

Biološko hitreje razgradljive tekočine niso povsem okolju prijazne, okolje obremenjujejo le v manjšem obsegu kot npr. mineralna olja,

Razgrajevanje poteka pri biološko hitreje razgradljivih tekočinah bistveno hitreje kot pri tekočinah na osnovi mineralnih olj

Klasifikacija biološko razgradljivih hidravličnih tekočinOznaka tekočine Vrsta tekočine Področja uporabe

HETG Nativna – naravna olja, rastlinska olja, trigliceridi Predvsem na področju mobilne

hidravlike: delovni stroji oziroma pripomočki v kmetijstvu in v

gozdarstvu, ter gradbeni stroji

HEES Sintetični estriHEPG Poliglikoli

HEPR Polialfaolefini in sorodni sintetični ogljikovodiki

28. Pojasnite problematiko izbire hidravlične tekočine glede na VT odvisnost!

Da zagotovimo brezhibno delovanje črpalke, krmilnih organov, hidromotorjev in ostalih komponent čez celotno področje temperatur, moramo biti pri izbiri osnovne viskoznosti hidravlične tekočine zelo pazljivi; še posebaj to velja za mineralna olja. Glede na temperaturo obratovanja in temperaturo okolice, lahko mineralna olja razdelimo na:

Redka olja (nizka viskoznost) za uporabi pri nizkih temperaturah okolice, npr. za zimsko obratovanje na prostem

Srednje viskozna olja za hidravlične sisteme, ki obratujejo z nižjimi tlaki, Zelo viskozna olja za hidravlične sisteme, ki obratujejo z visokimi tlaki

Da hidravlična naprava po daljšem mirovanju ponovno steče, moramo pri izbiri olja paziti na najnižjo možno temperaturo okolice, na katero se olje ohladi. Meja za spodnjo dopustno viskoznost je določena z zagonsko viskoznostjo črpalke. Prevelika viskoznost povzroča pojave kavitacije in s tem polnilne izgube črpalke ter pojav hrupa, razen tega pa gosto tekoče olje povečuje izgube tlaka. Najmanjšo dovoljeno vrednost viskoznosti, ki se lahko pojavlja pri najvišjih temperaturah obratovanja, omejuje črpalka ali pa hidromotor. Prenizka viskoznost ima lahko, glede na vrsto komponente, za posledico naraščanje obrabe ali povečanje lekaže, ki se opazi na nenormalno visoki temperaturi komponente in tudi na prenizki hitrosti porabnika.

Na osnovi VT diagrama in podatkov o najbišji dopustni viskoznosti pri zagonu, ter minimalni viskoznosti pri obratovanju (tudi v odvisnosti od konstrukcije komponente) lahko za izbrano olje določimo najnižjo dopustno temperaturo Tmin,dop (za zagotovljen zagon črpalke brez pojavov kavitacije) in najvišjo dopustno temperaturo olja Tmax,dop obratovanja črpalke.

Pri snovanju naprave moramo z dodtanimi ukrepi, npr. predgrevanjem olja pred zagonom naprave in hlajenjem olja med obratovanjem skrbeti za to, da ne prekoračimo niti spodnje, niti zgornje meje nadzorovanega temperaturnega področja. Kot je razvidno s slike bi želeli imeti čim položnejše VT-krivulje (VI > 100), da bi dosegli čim širše temperaturno območje. Kot je že bilo omenjeno, se lahko to dosega z dodajanjem dodatkov, izboljševalcev indeksa viskoznosti. Ti dodatki pa imajo eno slabost: pri pojavu tangencialnih napetosti se njihova zgradba spremeni tako, da se VT obnašanje tako legiranega mineralnega olja, ponovno približa obnašanju osnovnih mineralnih olj.

29. Katere dodatke lahko imajo mineralna olja in čemu služijo?

30. Opišite vpliv prisotnosti zraka v mineranlem olju!

31. Kakšne vrste nečistoč lahko zasledimo v hidravlični tekočini?

Vrste nečistoč Vzroki nastanka

DelciOdrezki, ogorki itd.

Prah, pesekDelci obrabe

Izdelava, montaža, skladiščenje, vzdrževanje, prvi zagon, trenje

Tekočina VodaTuje tekočine

Skladiščenje, vzdrževanje, prvi zagon kombinirane naprave,

vzdrževanje

Snovi molekularnega izvoraUsedline, lak, kisline

Kovinski delcikisik

Produkti staranjaTrenje, obraba

Izločen zrak

32. Kako se podaja število in velikost delcev nečistoč? Navedite s primerom in razlago

Kontaminacija hidravlične tekočine je podana z razredi čistosti tekočine, ki podajajo nejvečjo dopustno količino delcev določene velikosti. PO standardu se koda razreda čistosti podaja s tremi razredi, za število delcev > od 4 µm > od 6 µm in > od 14 µm.

Število delcev v 100 mlRazred čistosti

Število delcev v 100 mlRazred čistosti

Več kot Do vključno Več kot Do vključno

8 000 000 16 000 000 24 2 000 4 000 12

4 000 000 8 000 000 23 1 000 2 000 11

2 000 000 4 000 000 22 500 1 000 10

1 000 000 2 000 000 21 250 500 9

500 000 1 000 000 20 130 250 8

250 000 500 000 19 65 130 7

130 000 250 000 18 32 64 6

64 000 130 000 17 16 32 5

32 000 64 000 16 8 16 4

16 000 32 000 15 4 8 3

8 000 16 000 14 2 4 2

4 000 8 000 13 1 2 1

Številčna vrednost

Velikost delcev Število delcev v 100 ml, npr.: Razred čistosti Oznaka po ISO

4406/1999

>4µm/>6µm/>14µm

18/15/11

>od 4 µm 189 547 18

>od 6 µm 22 654 15

>od 14 µm 1 629 11

V odvisnosti od vrste hidravličnih komponent se podajajo priporočila za primerne razrede čistosti. Razen občutljivosti na obrabo ima pri tem velik pomen konstrukcijsko pogojena velikost prisotnostnih rež in premer dušilnih presekov.

Vrsta hidravličnega sistema Stopnja čistosti

Občutljivi krmilni sistemi, laboratorij, letalstvo 15/13/10

Visokozmogljivi servosistemi, visokotlačni sistemi 17/15/12

Visokovredni in zanesljivi sistemi, splošna strojegradnja 18/16/13

Srednje veliki tlaki, splošna strojegranja, mobilna hidravlika 19/17/14

Nizki tlaki, splošna in težka strojegranja, mobilna hidravlika 21/19/16

Nizkotlačni sistem z veliki tolerancami 23/21/17

33. Opišite pojem »specifična toplota« medija, omenite njen vpliv in navedite priporočene vrednosti hitrosti pretakanja tekočine v hidravličnih ceveh!

Specifična toplota in sposobnost prevajanja toplote vplivata tako na povprečno temperaturo hidravlične naprave v stacionarnem stanju, kot tudi na spremembe temperature pri spreminjajočih se obremenitvah. Specifična toplota in toplotna prevodnost hidravlične tekočine sta pomembna podatka pri načrtovanju izmenjevalnika toplote.

Specifična toplota se na splošno spreminja s tmeperaturo in gostoto tekočine. Za mineralna olja znaša v grobem približku c = 2 kJ/kg K (dejansko od c = 1,89 do 2,10 kJ/kgK). Za obvladovanje velikih količin toplote v hidravličnih napravah pa je potrebna velika specifična toplota. Ker je specifična toplota olja za polovico manjša kot pri vodi, se mora neka količina olja, v primerjavi z enako količino vode, dvakrat bolj segreti, če bi naj prevzela enako količino toplote.

Pri napravah s hidravličnimi tekočinami na osnovi vode je, ob enakih obratovalnih pogojih, veliko lažje ohranjati nižje temperature kot v primeru mineralnih olj ali HFD-tekočin. To je tudi potrebno zaradi višjega uparjalnega tlaka vode.

Neugodna specifična toplota mineralnih olj je tudi eden od vzrokov, da naj temperatura v hidravlični napravi ne bi bila previsoka. Da ne pride do nepotrebnega segrevanja hidravlične tekočine je potrebno najprej poskrbeti npr. za ustrezno dimenzioniranje cevovoda in tako že v osnovi zmanjšati tlačne izgube in s tem preveliko segrevaje olja. Preseki cevi morajo biti zato dovolj veliki, hitrosti toka v ceveh pa naj ne bi prekoračila priporočenih vrednosti. Splošno velja, da naj bo hitrost tekočine v cevi manjša od 3 m/s; hitrost je sicer odvisna od tlaka in vrste cevi npr. za cevi v katerih je tlak do 60 bar okoli 4 m/s, odtočne cevi okoli 2 m/s, sesalne cevi do 1,5 m/s. Splošno bi naj glede premera cevi veljalo: čim daljša je cev oziroma več je sprememb smeri, tem večji naj bo notranji premer.

Pri kratkih izvrtinah in kanalih (npr. na ventilih, še posebej tlačnih ventilih) lahko hitrost naraste do večkratnih vrednosti. Zaželjeno je, da hitrost ne bi prekoračila priporočenih hitrosti, še posebaj to velja za odtočne cevi, ki naj omogčajo, da tekočina odteka v retevoar neovirano, brez tlaka. V nasprotnem primeru se lahko pojavijo zastojni tlaki in s tem potrebna večja pogonska moč črpalke. Prevelike hitrosti v sesalnih ceveh pa lahko povzročajo polnilne izube kar pomeni, da črpalka ne dobavlja potrebne količine tekočine, razen tega pa na netesnih mestih sesa zrak. Oba pojava imata za posledico višjo temperaturo olja in vse z njo povezane slabosti.

Pomemben je tudi koeficient toplotne prevodnosti hidravličnih olj, še posebaj za določanje oddajanja toplote v rezevoarjih in hladilnikih toplote. Ker je koeficient specifične toplotne prevodnost olja dokaj nizek (λ = 0,134 W/m K), saj znaša samo petino vrednosti, ki jo ima voda, poteka izmenjave toplote v rezervoarjih,

komponentah ali hladilnikih olja dokaj počasi. Zaradi tega (in zaradi nevarnosti pojavljanja zgoščin v olju) ne sme biti prekoračena temperatura 60 OC. Za večja segrevanja je potrebno dodatna, ustrezno dimenzionirana hladilna naprava, z ustrezno velikimi površinami za izmenjavo toplote.

34. Katera je osnovna naloga hidrostatičnih črpalk?

Primarna naloga hidravličnih črpalk je pretvorba mehanske energije v hidravlično

Levo: hidravlična črpalka; Desno: Hidravlični motor

35. Navedite vrste hidrostatičnih črpalk – delitev glede na vrsto gibanja osnovnega elementa črpalke!

Batna črpalka, zobniška črpalka

36. Kaj razumete pod pojmom »stopnja neenakomernosti črpalke«?

Poiskati takšno zasnovo črpalke, pri kateri preto tekočine ne bi polziral. V tem primeru bi morala biti vsota vseh delnih iztisnin npr. vseh batov, ki so udeleženi pri iztiskanju v vsakem trenutku konstantna in enaka. Stopnja neenakomernosti takšne črpalke bi znašala δ=0. S tem bi bila tudi frekvenca f=0 in tudi emisija hrupa povzročenega zaradi pulzacije toka ne bi nastopila.

37. Navedite vrste zobniških črpalk in njihove osnovne značilnosti! Načelno prikažite pot tekočine od sesalnega do tlačnega priključka za primer zobniške črpalke z zunanjim ozobjem!

Zobniške enote z zunanjim ozobjem, predvsem črpalke, predstavljajo glede na izvedbo najbolj razširjeno enoto za proizvodnjo hidravlične energije

Odlikuje jih:

Enostavna in robustna izvedba Cenena proizvodnja tudi pri večji natančnosti Visoka zanesljivost obratovanja Neodvisnost od položaja pri vgradnji Dobre sesalne lastnosti

Relativno mala občutljivost na umazanijo Uporaba olj s širokim področjem viskoznosti Široko področje vrtilne hitrosti (n = 1400 – 2800) Ugoden izkoristek (do 85%)

Vrste zobniških črpalk:

DUO – zobniška črpalka Črpalka z zunanjim ozobjem

o Črpalke z ravnim ozobjemo Črpalke s poševnim alu puščičastim ozobjem

Zobniške enote z notranjim ozobjemo Evolventno kratko ozobje (Eckerle)o Trohoidno ozobje (Zollern Hydraulik)o Truninger ozobje (Bucher)o Trohoidno ozobje (Heller)

Zobniške enote z zobatim obročem Vijačne črpalke Krilne enote

o Izvedba z rotirajočimi krilci in krožnim statorjemo Izvedba z rotirajočimi krilci in krivuljnim statorjemo Izvedba z mirujočimi krilci

38. Navedite vrste batnih črpalk in njihove osnovne značilnosti!

Kombinacija bata in izvrtine valjaste oblike omogoča ekonomsko ugodno izdelavo z ozkimi ujemi (med 3 in 6 µm) in s tem posredno zagotavljanje ugodnega tesnenja u majhnimi izgubami puščanja: majhne izgube ob visokih obratovalnih tlakih (do 500 bar).

Volumetrični izkoristek: 0,95 do 0,98

Batne enoteo Ročne batne črpalkeo Radialne batne enote

Radialne batne črpalke z zunanjim opiranjem Konstrukcijske posebnosti (podrobnosti) radialnih batnih črpalk z zunanjim

opiranjem Radialne batne črpalke z notranjim opiranjem

o Aksialne batne enote Aksialna batna črpalka z opletalko Aksialna batna črpalka s poševno ploščo Aksialna batna črpalka s poševno osjo

39. Navedite vrste hidravličnih motorjev – delitev!

40. Katere vrste hidravličnih valjev poznate? Navedite njihov osnovni namen in področja uporabe!

41. Navedite osnovne značilnosti valja v plunžer izvedbi, valja z enakostransko batnico, z dvostransko batnico in s teleskopskim v batom! Narišite pripadajoče simbole!

42. Načelno prikažite presek dvosmernega hidravličnega valja in poimenujte posamezne sestavne dele!

43. Navedite in skicirajte nekaj možnih primerov pritrjevanja hidravličnega valja (navedite tudi namen izbire področje uporabe pritrditve)!

44. Narišite preprosto shemo obtočnega vezja diferencialnega hidravličnega valja?

45. Navedite vrste ventilov in njihovo osnovno nalogo!

46. Kako je lahko izveden zapiralni del ventila? Razlika med izvedbama.

47. Kakšna je osnovna naloga tlačnih ventilov? Izvedbe? Simbol?

48. Kakšna je razlika med tlačno-omejevalnim ventilom in regulatorjem tlaka? Narišite oba simbola!

49. Kakšno nalogo ima prikplošni- oziroma odklošni tlačni ventil?

50. Narišite karakteristiko dobrega in slabega tlačno-omejevalnega ventila«

51. Kakšne je osnovna naloga potnih ventilov? Kakšne izvedbe razlikujemo z ozirom na izvedbo krmilnega drsnika?

52. Kaj razumete pod pojmom »prekritje« drsnika? Kakšne vrste prekritja poznate? Narišite in komentirajte!

53. Opišite možne načine vrkmiljenja (proženja) potnih ventilov, ter prikažite ustrezni simbol!

54. Kako označujemo potne ventile? Navedite primer in ga komentirajte!

55. Karišite simbol za 4/3-potni posredni vkrmiljen potni ventil! (pilotski ventil je neposredno vkrmiljen z elektromagnetom, druga stopnja ventila s hidravličnim signalom, drsnik ventila ima centrirni vzmeti).

56. Kako so izvedeno potni sedežni vintili? Narišite primer za takšne 2/2 ventil.

57. Katere vrste tokovnih ventilov poznate? Navedite njihovo nalogo!

58. Kje v hidravlični napravi lahko vgradimo tokovne ventile? Navedite posebnosti glede na vgradnjo!

59. Kakšna je razlika med enostavnim tokovnim ventilom in regulatorjem toka?

60. Kakšna je ratlika med zaslonko in dušilko? Narišite pripadajoča simbola!

61. Kakšna je razlika med preklopnim npr 4/3-potnim ventilom in enakim zvezno delujočim ventilom?

62. Katere vrste elektrihidravličnih zvezno delujočih ventilov poznate? Opišite osnovne karakteristike in delovanje takšnih ventilov!

63. V čem se razlikujeta proporcionalni ventil in servoventil? Navedite področja uporabe obeh in navedite kriterij za uporabo enega ali drugega ventila!

64. Kakšne prednosti (z ozirom na klasično tehniko) ponuja uporaba proporcionalne tehnike. Navedite področja uporabe proporcionalne oziroma servo tehnike!

65. Kakšne so razlike med proporcionalnim ventilom in servoventilom?

66. Katere skupine hidravličnih komponent spadajo pod dodatno opremo hidravlične naprave? Navedite njihovo nalogo!

67. Kakšne naloge opravlja hidravlični akumulator. Navedite vsaj 5 nalog in jih kratko komentirajte!

68. Kakšne vrste (izvedbe) hidravličnih akumulatorjev poznate? Navedite področja uporabe oziroma njihove osnovne značilnosti!

69. Opišite nači delovanja hidravličnega akumulatorja z mehom! Narišite njegova značilna stanja!

70. Čemu služijo hladilniki hidravlične tekočine (vrste, kje se montirajo, kaki jih izbiramo)?

71. Kakšna je osnovna naloga filtrov v hidravlični napravah? Na kakšne način lahki nečistoče kvarno delujejo v hidravlični napravi?

72. Na kaj je potrebno paziti pri izbri filtra? Kaj predstavlja vrednost βX? Zapišite izraz!

73. Kakšne vrste filtrov poznamo? Navedite njihovo osnovno nalogo!

74. Kje vse lahko vgradimo filter v hidravlični sistem? Poimenujte posamezno vrsto filtra!

75. Navedite osnovno nalogo in vrste tesnil! Navedite mesta vgradnje in vrsto tesnil na hidravličnem valju!

76. Vlaga in olje: izvori, posledice, ugotavljanje prisotnosti vlage v olju ter njeno izločanje.

77. Kakšne cevi lahko uporabljamo pri gradni hidravličnih krmilij? Navedite nekaj primerov pravilne in napačne montaže gibke hidravlične cevi!

78. Kaj je hidravlični agregat? Čemu služi? Katere komponente ga običajno sestavljajo – navedite jih vsaj 10!

79. Kako lahk pripravimo stisnjen zrak? Katere vrste kompresorjev poznate? Navedite njihove osnovne značilnosti!

80. Čemu potrebujemo sušilnike komprimiranega zraka? Katere principe sušenja poznate? Narišite simbol sušilnika zraka!

81. Zakaj se pri pripravi stisnjenega zraka uporabljajo tlačne posode? Kje vse jih najdemo in kašne so glede na velikost?

82. Čemu služi pripravna skupina? Katere komponente jo sestavljajo? Narišite njen simbol in ga kometirajte!

83. Čemu služi naoljevalnik zraka? Kdaj se naj oziroma naj se ne uporablja?

84. Kaj je potrebno upoštevati pri gradnji pnevmatične razdelilne mreže? Na kakšnen način dimenzioniramo cevovode= Iz kašnih materialov so?

85. Katere vrste pnevmatičnih izvršnih organov – aktuatorjev poznate?

86. Kaje je večpoložajni valj? Kaj udarni valj? Skicirajte izvedbi in navedite primere uporabe!

87. Kako delujejo in čemu se uporabljajo vakumska prijemala?

88. Kako izbiramo oziroma dimenzioniramo pnevmatični valj (npr. enosmerni)?

89. Čemu služijo pnevmatični motorji? Navedite nekaj vrst in pripadajoči simbol!

90. Narišite simbol pnevmatičnega ALI ventila, IN ventila in hitroodzračevalnega ventila! Navedite njihovo osnovno nalogo in uporabo!

91. Kakšna je razlika med primarnim in sekundarnim dušenjem? Obrazložite!

92. Kako označujemo priključke hidravličnih oziroma pnevmatičnih ventilo. Navedite oba sistema označevanja na primeru simbola?

93. Kakšna je osnovna naloga senzorjev v hidravliki in pnevmatiki? Za kakšne naloge se uporabljajo?

94. Katere vrste senzrojev potrebujemo na hidravlični napravi?

95. Navedite vsaj dva primera nepravilnega vzdrževanja hidraličnih komponent?