background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczn

Materiały pomocnicze do ćwiczeń 

 
Ciśnienie nazywamy granicę do jakiej dąży stosunek siły przypadającej na elementarną 
powierzchnię płynu, wg wzoru: 





=

=

=

2

m

N

Pa

dA

dF

A

F

p

 

Prawo Pascala: 
Ciśnienie w dowolnym punkcie nieruchomej cieczy jest równe sumie ciśnienia zewnętrznego 
oraz ciśnienia słupa cieczy o wysokości h, znajdującej się nad rozważanym punktem: 
 

h

p

p

γ

+

=

0

 

 

gdzie: 
p

 – ciśnienie całkowite, p

0

 

– ciśnienie zewnętrzne (np. ciśnienie atmosfery), 

γ – ciężar 

właściwy, h – wysokość słupa cieczy nad punktem badanym. 
 

Gęstość płynu:  

V

m

=

0

lim

τ

ρ

 [kg/m

3

Gdzie:  m

∆ - masa elementu płynu,  V

∆  - objętość elementu płynu. 

 

Ciężar właściwy

V

G

=

0

lim

τ

γ

 [N/m

3

Gdzie:  G

∆ - ciężar elementu płynu,  V

∆  - objętość elementu płynu. 

 

Ściśliwością cieczy

 (współczynnik ściśliwości): 

=

N

m

V

dV

dp

p

2

1

β

 

 

Moduł sprężystości

p

K

β

1

=

 

 

Rozszerzalność cieplna 





=

K

V

dV

dT

T

1

1

β

 

 

 
Prawo
 naczyń połączonych
Jeżeli połączyć ze sobą przewodem dwa naczynia wypełnione cieczą to w dowolnej poziomej 
płaszczyźnie cząstki cieczy będą poddawane jednakowemu ciśnieniu 
 
Siła naporu hydrostatycznego: 

A

z

F

s

γ

=

 

 

gdzie: z

s

 – odległość środka ciężkości, tu od zwierciadła cieczy, A – pole powierzchni 

 

Położenie siły naporu: 

A

z

I

z

z

s

x

s

N

s

+

=

 

 

gdzie 

x

 - moment bezwładności ściany względem osi x, leżącej na powierzchni cieczy 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 
Objętościowe natężenie przepływu

 

=

s

m

A

v

Q

3

 

 

  Równanie Bernoullego dla cieczy doskonałej 

 

const

g

v

p

z

E

=

+

+

=

2

2

γ

 

 

Równanie Bernoullego dla cieczy rzeczywistej 

+

+

+

=

+

+

str

h

g

v

p

z

g

v

p

z

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

α

γ

α

γ

 

str

h

 - wysokość strat na pokonanie oporów przepływu, 

α

 - współczynnik Saint Venanta (lub Coriolisa), wyraża stosunek rzeczywistej energii 

kinetycznej strumienia do obliczonej na podstawie prędkości średniej. 

 
Wysokości strat 

g

v

d

L

h

dl

2

2

λ

=

 - straty na długości prostoliniowych odcinków (wzór Darcy-Weisbacha), 

g

v

h

lok

2

2

ξ

=

 - straty lokalne, spowodowane np. zmianą średnicy.  

ξ

 - współczynnik oporów miejscowych (lokalnych), 

λ

 - współczynnik oporów liniowych. 

 
Współczynnik 

λ

−  w ruchu laminarnym (wzór Hagena-Poiseuille’a): 

Re

64

=

λ

 

−  przewody hydraulicznie gładkie (wzór Blasiusa): 

25

,

0

Re

3164

,

0

=

λ

   

−  przewody hydraulicznie szorstkie (wzór Colobrooka-White’a): 

 

+

=

d

k

71

,

3

Re

51

,

2

lg

2

1

λ

λ

 

 
Właściwości fizyczne powietrza: 
Równanie stanu gazu doskonałego:  

dla stałej ilości gazu 

2

2

2

1

1

1

T

V

p

T

V

p

=

 

p – ciśnienie, V – objętość, n – liczba moli gazu (będąca miarą liczby cząsteczek (ilości), 
rozważanego gazu), T – temperatura bezwzględna (w Kelwinach) 
R – uniwersalna stała gazowa, R=8,314 J/(mol K) 
 
Prawo Gay-Lussaca, opisuje zmianę stanu gazu w przemianie izobarycznej (stałe ciśnienie) 

 

const

T

V

=

   lub   

2

2

1

1

T

V

T

V

=

 

Prawo Boyle'a-Mariotte'a, dotyczy zmiany stanu gazu w przemianie izotermicznej (w 
stałej temperaturze) 
 

const

pV =

  lub  

2

2

1

1

V

p

V

p

=

 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 
ZADANIA DO ĆWICZEŃ 
 

Ćwiczenie 4. 

Zadanie 3.  

Układ hydrauliczny przedstawiony poniżej ma zapewnić ruch tłoka w obu kierunkach. 
Rozdzielacz dwupołożeniowy steruje kierunkiem ruchu tłoka.  
Obliczyć następujące wartości:  
1. maksymalną prędkość ruchu tłoka siłownika nieobciążonego, dla dwóch położeń 

rozdzielacza. 

2. maksymalną siłę na tłoczysku, dla położenia dwóch położeń. Uwzględnić straty na 

mierniku przepływu i rozdzielaczu wg charakterystyk producenta, inne straty pominąć. 

 
Dane: 
Ś

rednica tłoka D = 40 mm 

Ś

rednica tłoczyska d = 25 mm 

Skok siłownika L = 500 mm 
Wydajność pompy Q

p

 = 6 [litr/min]  

Ciśnienie otwarcia zaworu maksymalnego   
p

otw

 = p

maks

= 6 MPa (manometr M1) 

Lepkość cieczy v=41 mm2/s  
Temperatura pracy T=323 K 

 

 
Instrukcja do obliczeń 
Na podstawie znajomości pola powierzchni tłoka i pola powierzchni tłoczyska wyznaczyć 
wartości prędkości  ruchu tłoka ze wzorów: 

T

st

v

A

Q

=

   [m3/s] 

gdzie  Qst  

– 

chłonność siłownika równa wielkości przepływu – przy pominięciu 

strat objętościowych, 
 

– 

czynna powierzchnia tłoka, różna dla położeń rozdzielacza, 

 

v

T

 

– 

prędkość tłoka. 

Do obliczenia maksymalnej siły należy uwzględnić sposób podłączenia siłownika oraz 
wartości ciśnień. Uwzględnić spadek ciśnienia na mierniku przepływu (Rys. 1. ) oraz 
rozdzielaczu (Rys. 2.). 
Ciśnienie w przewodzie powrotnym zależy od strat w rozdzielaczu i ciśnienia na przewodzie 
zlewnym za rozdzielaczem. Przyjąć ciśnienie na wejściu do zbiornika 1 bar. Straty ciśnienia 
w przewodach pominąć 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

 

Sposób włączania w układ siłownika z jednostronnym tłoczyskiem 

a) wysuw, b) wsuw 

2

2

1

1

1

A

p

A

p

F

=

 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Q [l/min]

Spadek ciśnienia [MPa]]

 

Rys. 1. Charakterystyka spadku ciśnienia na mierniku przepływu 

 przy v=41 mm2/s, T=323 K 

 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P - A; P - B

A - T

B - T

Q [l/min]

Spadek ciśnienia [MPa]]

 

Rys. 2. Charakterystyka spadku ciśnienia na rozdzielaczu 

 przy v=41 mm2/s, T=323 K 

 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

Ćwiczenie 5. 

 
Zadanie 3. 
Wyznaczyć objętość akumulatora pęcherzowego dla następujących parametrów: 
maksymalne ciśnienie cieczy w układzie p

0max

 = 9 MPa,  

minimalne ciśnienie cieczy w układzie    p

0min

 = 4 MPa, 

wymagana użyteczna objętość cieczy      V

u

 = 3 dm

3

.  

(Wstępne ciśnienie napełnienia  p

1

 = (0,7 - 0,9) p

0min

).

 

Obliczenia wykonać analitycznie oraz dobrać z monogramu). 

m

m

u

A

p

p

p

p

V

V

max

0

1

min

0

1

=

  

V

A

 – 

objętość całkowita akumulatora, m = 1,4 – przemiana adiabatyczna, p

1

 = (0,7 ÷ 0,9) p

0min

 

 

Nomogram doboru akumulatora pęcherzowego 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

Ćwiczenie 6. 

U W A G A :    

z a s t o s o w a n e   w   ć w i c z e n i u   w y k r e s y   s ą   p r z y k ł a d o w e ,    

p r z e z n a c z o n e   d o   n a u k i   k o r z y s t a n i a   z   w y k r e s ó w .    

D o   d o b o r u   u k ł a d ó w   r z e c z y w i s t y c h   n a l e ż y   k o r z y s t a ć    

z   w y k r e s ó w   p r o d u c e n t ó w   u r z ą d z e ń .  

 

W układzie pneumatycznym przedstawionym na rysunku dobrać średnicę wewnętrzną 
przewodów. W układzie znajdują się 4 jednakowe siłowniki. Siła obciążająca jeden siłownik 
jednostronnego działania F=500 N, skok siłownika 1000 mm, tłok wykonuje 6 pełnych 
ruchów w czasie minuty. Ciśnienie robocze 6 bar, dopuszczalny spadek ciśnienia w instalacji 
0,2 bar. Całkowita długość przewodów 100m.  

 

 

Uproszczony schemat układu 

 

W układzie znajdują się (nie wszystkie zaznaczone na rysunku): 
3 trójniki, 
5 kolanek, 
1 zawór przelotowy, 
4 zawory kątowe. 
 
 
Dostępne wykonania siłowników: 

Lp. 

Średnica tłoka [mm] 

Średnica tłoczyska [mm] 

1.   

12 

2.   

25 

12 

3.   

35 

16 

4.   

42 

20 

5.   

50 

25 

6.   

70 

32 

7.   

100 

60 

 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

Długości zastępcze 

background image

WYKŁADY: Napędy i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne 

WNT, UWM w Olsztynie; 

 Jerzy Domański 

 

 

 

Wykres dobory średnicy przewodu