POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
Elaborat
LABORATORIUM NAPĘDÓW I STEROWANIA HYDRAULICZNEGO I PNEUMAYTCZNEGO
Temat: Pomiar sprawności siłownika hydraulicznego.
I. Cel ćwiczenia .
Zapoznanie się z problematyką przekazywania mocy w układach hydraulicznych.
Określenie znaczenia i rodzajów strat w siłowniku hydraulicznym.
Określenie wpływu obciążenia i natężenia przepływu na prędkość rzeczywistą tłoka siłownika i jego sprawność.
II .Wstęp teoretyczny.
Jednym z podstawowych wymagań stawianych każdej maszynie posiadającej energetyczne wejścia i wyjścia jest wymaganie sprawnościowe.
Sprawność układu napędowego wyrażona jest stosunkiem mocy wyjściowej napędu do mocy pobieranej przez układ. Sprawność ta jest wyrażona zależnością:
,gdzie:
Np - moc pobierana przez układ,
Ns - moc czynna na elemencie roboczym maszyny,
Nstr - moc tracona w układzie .
W badanym przez nas elemencie - siłowniku hydraulicznym jednostronnego działania sprawność definiuje się stosunkiem mocy użytecznej na tłoku badanego siłownika do mocy doprowadzonej wraz z czynnikiem roboczym do tego siłownika.
Powyższe moce można wyrazić następująco :
,
gdzie :
F [N] - siła rzeczywista ,
vrz [m/s] - rzeczywista prędkość tłoka ,
Q i Q' [m3/s] - odpowiednie natężenie oleju doprowadzanego i wytłaczanego z siłownika,
p2 i p3 [ pa] - ciśnienia po stronie spływowej i tłoczącej siłownika .
Prędkość rzeczywistą tłoka można wyrazić dwojako :
, co daje po skojarzeniu :
gdzie:
q [m3/s] - przecieki pomiędzy cylindrem i tłokiem,
A, A1 [m2] - odpowiednie powierzchnie tłoka .
Należy również zdawać sobie sprawę iż w przypadku takiego siłownika rozpatrujemy sprawność całkowitą biorąc pod uwagę sprawność hydrauliczno- mechaniczną i sprawność objętościową .
Wprowadzając podane wcześniej zależności do wzoru na sprawność całkowitą otrzymujemy :
.
Zauważmy, że stosunek , co daje nam ostatecznie pełną i uproszczoną :
.
III. Zadania do wykonania.
Zapoznanie się z elementami stanowiska pomiarowego.
Analiza zachowania się układu nieobciążonego siłą zewnętrzną i z obciążeniem.
Graficzne określenie wpływu zmian natężenia przepływu na prędkość rzeczywistą tłoka przy obciążeniu zewnętrznym siłownika i bez.
Opracowanie wniosków z ćwiczenia.
IV. Analiza stanowiska pomiarowego.
Schemat stanowiska badawczego .
V. Wykonanie zadań ćwiczenia.
D= 50 mm - średnica tłoka
d= 16 mm - średnica tłoczyska
m=30 kg - masa ciężarka
l = 20 cm - odległość pomiarowa
Tabela pomiarowa
p3 [MPa] |
p2 [MPa] |
Q [dm3/min] |
t [s] |
m [ kg] |
0,6 |
0,32 |
2,87 |
10,25 |
0 |
0,49 |
0,36 |
2,85 |
11,83 |
0 |
0,5 |
0,3 |
2,49 |
13,76 |
0 |
0,37 |
0,25 |
1,85 |
17,61 |
0 |
0,3 |
0,2 |
1,41 |
22,2 |
0 |
0,19 |
0,15 |
0,93 |
32,97 |
0 |
0,09 |
0,15 |
0,945 |
31,47 |
30 |
0,19 |
0,2 |
1,57 |
20,25 |
30 |
0,25 |
0,22 |
2,08 |
16,48 |
30 |
0,3 |
0,24 |
2,45 |
14,33 |
30 |
0,55 |
0,39 |
4,35 |
9,12 |
30 |
Tablica wynikowa
Q [m3/s] |
P3 [pa] |
P2 [pa] |
F [N] |
vrz [m/s] |
vt [m/s] |
ηv |
ηc |
0,0000155 |
190000 |
150000 |
0 |
0,0060661 |
0,0170893 |
0,3549659 |
0,2802362 |
0,0000235 |
300000 |
200000 |
0 |
0,009009 |
0,0259096 |
0,3477094 |
0,2318063 |
3,08333E-05 |
370000 |
250000 |
0 |
0,0113572 |
0,0339949 |
0,3340854 |
0,2257334 |
0,0000415 |
500000 |
300000 |
0 |
0,0145349 |
0,0457552 |
0,317666 |
0,1905996 |
0,0000475 |
490000 |
360000 |
0 |
0,0169062 |
0,0523705 |
0,3228189 |
0,2371731 |
4,78333E-05 |
600000 |
320000 |
0 |
0,0195122 |
0,052738 |
0,3699839 |
0,1973247 |
0,00001575 |
90000 |
150000 |
294,3 |
0,0063553 |
0,0173649 |
0,3659822 |
0,262978 |
2,61667E-05 |
190000 |
200000 |
294,3 |
0,0098765 |
0,0288497 |
0,3423449 |
0,2274091 |
3,46667E-05 |
250000 |
220000 |
294,3 |
0,0121359 |
0,0382212 |
0,3175177 |
0,1978713 |
4,08333E-05 |
300000 |
240000 |
294,3 |
0,0139567 |
0,0450202 |
0,3100104 |
0,1857318 |
0,0000725 |
550000 |
390000 |
294,3 |
0,0219298 |
0,079933 |
0,274349 |
0,1674382 |
Do tabeli wynikowej dołączono wykresy.
VI. Wnioski końcowe.
W badanym układzie mogliśmy zauważyć wyraźną zależność proporcjonalną między natężeniem przepływu a prędkością rzeczywistą tłoczyska, przy czym stwierdziliśmy wyraźnie zmniejszenie prędkości rzeczywistej w stosunku do prędkości teoretycznej.
Badając sprawność wolumetryczną stwierdzono spadek sprawności wraz ze wzrostem natężenia przepływu i wzrostem obciążenia, co sugeruje niską szczelność tłoka siłownika .
Badając sprawność całkowitą siłownika hydraulicznego z niskiego jej poziomu można było potwierdzić zaznaczone wcześniej przypuszczenie o zły stanie uszczelnienia, a także można wnioskować o znacznym wpływie podnoszenia temperatury medium roboczego na jego lepkość, skłonność do kawitacji i pogorszone własności statyczne i dynamiczne.
Możemy ponadto stwierdzić, że w trakcie badań wykonano niewystarczającą ilość pomiarów z nie zadawalającą ich dokładnością, co nie pozwala na przeprowadzenie bardziej wnikliwej analizy.
7
3
