Priručnik iz hidraulike – Osnovi hidraulike

Pun kolor, 126 strana A4.

Autor: Dragan Lišanin

* dobitnik zlatne plakete Nikola Tesla
* vlasnik dela patentnog prava
za dalekometnu pušku cal. 12,7 mm (Black Arow)

Sadržaj:

1. Uvod – osnovne funkcije hidrauličkog sistema ___________________________ 7
1.1 Transformacija mehaničke u hidrauličku energiju _______________________________ 8
1.2 Transformacija hidrauličke u mehaničku energiju _______________________________ 8
1.3 Zaštita pumpe od neželjene promene smera zbog preopterećenja____________________ 9
1.4 Zaštita pumpe i hidrauličkog sistema od preopterećenja pritiskom __________________ 10
1.5 Funkcija zaustavljanja ili usmeravanja protoka ulja ______________________________ 10
1.6 Funkcija regulacije brzine protoka ulja _________________________________________ 11
1.7 Funkcija održavanja čistoće ulja_______________________________________________ 11
2. Merne jedinice – konverzija __________________________________________ 12
2.1 Osnovne jedinice (masa, pritisak, sila) __________________________________________ 12
2.2 Jedinice koje se koriste u hidraulici – metrička konverzija _________________________ 13
2.3 Jedinice koje se koriste u hidraulici – anglosaksonska konverzija ___________________ 13
2.4 Tabela anglosaksonskih dužinskih mera ________________________________________ 13
2.5 Konverzija metričkih mera u anglosaksonske ____________________________________ 13
2.6 Konverzija anglosaksonskih mera u metričke ____________________________________ 14
2.7 Navoji i identifikacija navoja _________________________________________________ 15
2.7.1 Veličina, smer i početak navoja _______________________________________________________ 15
2.7.2 Osnovne karakteristične veličine navoja ________________________________________________ 16
2.7.3 Tipovi navoja ____________________________________________________________________ 16
2.7.3.1 M – ISO metrički navoj _____________________________________________________________________ 17
2.7.3.2 NPT – cevni navoj (Američki standardni konusni cevni navoj) _______________________________________ 17
2.7.3.3 G/R/RP – Vitvordov navoj (BSPP/BSPT) ________________________________________________________ 18
2.7.3.4 UNC/UNF – Ujedinjeni nacionalni navoj _______________________________________________________ 18
2.7.4 Navoji koji se obično koriste u hidraulici i njihove karakteristike ____________________________ 19
2.7.4.1 Navoji – metrički __________________________________________________________________________ 19
2.7.4.2 Navoj – navrtka (jota) ______________________________________________________________________ 20
2.7.4.3 Navoji – colovni ___________________________________________________________________________ 20
2.7.4.4 Navrtke – dimenzije (OK) ___________________________________________________________________ 20
3. Osnove inženjerske mehanike _________________________________________ 21
3.1 Osnovni translacioni i rotacioni odnosi _________________________________________ 21
3.2 Momenti inercije različitih geometrijskih tela ____________________________________ 21
4. Osnovi snage fluida _________________________________________________ 22
4.1 Hidrostatika _______________________________________________________________ 22
4.2 Hidrodinamika _____________________________________________________________ 24
4.3 Hidraulički otpori ___________________________________________________________ 24
4.3.1 Protok kroz otvore (suženja) ____________________________________________________ 25
4.3.2 Protok kroz prigušnicu _________________________________________________________ 25
4.4 Serijska i paralelna kola hidrauličkih otpora (analogije elektrotehnici) _______________ 26
4.5 Unutrašnja curenje u hidrauličkim elementima – drenaža (gap flows – leakages) _______ 27
5. Hidraulički fluid ____________________________________________________ 28
5.1 Važna svojstva hidrauličkog fluida (ulja) _______________________________________ 28
5.2 Zaptivni elementi ___________________________________________________________ 29
5.3 Ostala svojstva mineralnih ulja (HLP) __________________________________________ 29
5.4 Viskozitet (viskoznost) _______________________________________________________ 29
5.4.1 Odnos viskozitet – pritisak kod mineralnih ulja __________________________________________ 31
5.5 Sposobnost apsorpcije vazduha hidrauličkih fluida i aeracije u hidrauličkim sistemima _ 31
5.5.1 Aeracija u hidrauličkim sistemima ____________________________________________________ 31
5.5.2 Sposobnost upijanja vazduha hidrauličkih fluida _________________________________________ 32
5.6 Promene zapremine i gustine _________________________________________________ 32
5.7 Uticaj visokog vazdušnog pritiska okoline na hidraulički fluid ______________________ 32
5.7.1 Uticaj nadmorske visine na rad hidrauličkog sistema ______________________________________ 32
6. Cevi, cevni priključci i hidraulički razdelnici ____________________________ 33
6.1 Gubitak pritiska u ravnim cevima _____________________________________________ 33
6.2 Gubitak pritiska u cevnim priključcima i hidrauličkim razdelnicima ________________ 34
6.3 Matematičko određivanje unutrašnjih prečnika cevi ___________________________ 34
6.4 Grafičko odredivanje unutrašnjih prečnika cevi _________________________________ 35
6.4.1 Grafičko odredivanje unutrašnjeg prečnika cevi na osnovu protoka i brzine strujanja _____________ 35
6.4.2 Grafičko odredivanje unutrašnjeg prečnika izraženo u „crticama“ (obeležavanje creva) __________ 35
6.5 Matematičko određivanje dozvoljenih pritisaka / debljina zidova prema DIN i DNV ___ 37
6.5.1 Za statički napon (prema DIN 2413 I) __________________________________________________ 37
6.5.2 Za dinamički napon (prema DIN 2413 III) ______________________________________________ 37
6.5.3 Prema DNV pravilima (Det Norske Veritas – Pravila za brodove Pt.4 Ch.6 Sec.6) _______________ 38
6.6 Grafičko odredivanje debljine zida cevi u odnosu na pritisak i prečnik _______________ 38
6.7 Označavanje creva __________________________________________________________ 39
6.7.1 Creva i cevi – paralela ______________________________________________________________ 39
6.7.2 Nazivni prečnici creva SRPS EN 857:2016 ______________________________________________ 39
6.7.3 Nazivni prečnici cevi SRPS EN 10305 _________________________________________________ 40
6.8 Minimalni radijusi savijanja cevi ______________________________________________ 41
7. Pumpe i motori ____________________________________________ 42
7.1 Hidrauličke pumpe ______________________________________________________ 42
7.1.1 Vrste hidrauličkih pumpi ____________________________________________________________ 42
7.2 Hidraulički motor ____________________________________________________ 44
7.2.1 Vrste hidrauličkih motora ___________________________________________________________ 44
8. Ventili __________________________________________________ 45
8.1 Opis ventila – uvod__________________________________________________________ 45
8.1.1 Vrste hidrauličkih ventila ___________________________________________________________ 46
8.2 Montažne površine za regulacione ventile prema uputstvu 1504401 i 150 10372 _______ 47
8.3 Montažne površine za ventile pritiska prema ISO 6264 i ISO 578 ___________________ 48
8.3.1 Ugradbene mere hidrauličkih blokova __________________________________________________ 49
8.3.2 Dimenzije O prstena prema nazivnoj meri hidrauličkih blokova ______________________________ 49
8.3.3 Dimenzije otvora za priključke _______________________________________________________ 50
8.4 Proporcionalni razvodni ventili ________________________________________ 50
8.4.1 Proračun protoka proporcionalnih ventila _______________________________________________ 52
8.4.2 Konverzija nazivnog protoka: proporcionalni ventil u servo ventil ____________________________ 52
8.4.3 Maksimalni protok za različite nominalne veličine regulacionih ventila ________________________ 52
8.5 Ketridž (cartridge) ventili ______________________________________________ 53
8.5.1 Šematski prikaz i dizajn portova (otvora na ventilu) i kontrolnih površina ______________________ 53
8.5.2 Osnovne šeme kola ________________________________________________________________ 53
8.5.3 Otvaranje i zatvaranje ketridž ventila __________________________________________________ 53
8.5.4 Odnos površine i pritisaka otvaranja ___________________________________________________ 54
8.5.5 Ketridž ventili sa komandnim vodom – aktivni dizajn _____________________________________ 54
8.5.6 Uticaj brzine otvaranja i zatvaranja na dimenzionisanje otvora za ketridž ventile_________________ 55
8.6 Primeri za lako određivanje nominalnih protoka proporcionalnih ventila ____________ 56
8.6.1 Simetrični cilindri – izvlačenje i uvlačenje sa pozitivnim opterećenjem ________________________ 57
8.6.2 Simetrični cilindri – izvlačenje i uvlačenje sa negativnim opterećenjem________________________ 58
8.6.3 Diferencijalni cilindri – izvlačenje sa pozitivnim potiskujućim opterećenjem ___________________ 59
8.6.4 Diferencijalni cilindri – uvlačenje sa pozitivnim potiskujućim opterećenjem ____________________ 60
8.6.5 Diferencijalni cilindri – izvlačenje sa negativnim vučnim opterećenjem _______________________ 61
8.6.6 Diferencijalni cilindri – uvlačenje sa negativnim potiskujućim opterećenjem ___________________ 62
8.6.7 Hidraulički motor sa pozitivnim opterećenjem ___________________________________________ 63
8.6.8 Hidraulički motor sa negativnim opterećenjem ___________________________________________ 64
9. Hidraulički cilindri __________________________________________ 65
9.1 Proračun cilindara __________________________________________________________ 65
9.1.1 Simetrični cilindar sa duplom klipnjačom ___________________________________ 65
9.1.2 Klipni cilindar (plunžerski, eng. „plunger”) ___________________________________ 66
9.1.3 Diferencijalni cilindar (cilindar sa jednom klipnjačom) ___________________________ 67
9.1.4 Diferencijalni cilindar (cilindar sa jednom klipnjačom) u regenerativnom krugu _________________ 68
9.1.5 Cilindri sa oprugom za vraćanje _______________________________________________ 69
9.1.6 Teleskopski-cilindar _______________________________________________________ 69
9.1.7 Određivanje važnih parametara za primenu cilindara ______________________________________ 69
9.1.8 Izračunavanje dimenzija cilindra (primer: Parker cilindri serije HMI) _________________________ 72
9.1.9 Dijagram selekcije klipnjače i moguće kombinacije provrta i šipki ___________________________ 73
9.1.10 Izvijanje ________________________________________________________________________ 74
9.2 Konstrukcija cilindra _______________________________________________________ 75
9.2.1 Konstrukcija sa zateznim vijcima _____________________________________________________ 75
9.2.2 Konstrukcija sa vijcima na oba kraja cilindra ____________________________________________ 75
9.2.3 Načini pričvršćivanja cilindara _______________________________________________________ 76
9.2.4 Prigušivanje u krajnjim položajima ____________________________________________________ 77
9.3 Zaptivni elementi (montaža – demontaža, materijal) ______________________________ 78
9.3.1 Primer br.1 – klip i klipnjača su posebni delovi ___________________________________________ 78
9.3.2 Primer br.2 – klip i klipnjača su jedan deo _______________________________________________ 79
9.3.3 Primer br.3 – teleskopski, plunžerski, (eng. „plunger”) – klipni, jednosmerni cilindar _____________ 80
9.3.4 Materijal zaptivki i karakteristike _____________________________________________________ 82
9.3.5 Ugradbene mere i način obeležavanja nekih od zaptivki ____________________________________ 83
9.3.6 Način montaže i demontaže O prstena _________________________________________________ 84
10. Akumulatori hidraulički _______________________________________ 86
10.1 Približan proračun veličine akumulatora ______________________________________ 89
10.2 Veličine Parker akumulatora (u litrima) prema seriji ____________________________ 90
11. Filteri i klase čistoće fluida ______________________________________ 91
11.1 Beta (β) odnos i efikasnost filtriranja hidrauličkih filtera _________________________ 91
11.2 Pad pritiska u hidrauličkim filterima __________________________________________ 92
11.3 Minimalne klase čistoće _____________________________________________________ 92
11.4 Poređenje klasa čistoće fluida prema ISO, SAE i NAS ____________________________ 93
11.4.1 Uticaj test prašine na klase čistoće: ACFTD i ISO MTD __________________________________ 93
11.4.2 NAS 1638 ______________________________________________________________________ 94
11.4.3 SAE AS4059 ____________________________________________________________________ 94
11.4.4 ISO 4406 _______________________________________________________________________ 95
12 Jedinice snage i hidraulički sistemi ____________________________________ 96
12.1 Proračun snage za kombinaciju elektromotor – pumpa / hidro motor _______________ 96
12.2 Veličine, nazivne snage, dizajn i vrste instalacija elektro motora ___________________ 96
12.3 Toplotno zračenje rezervoara za ulje i gubitak snage _____________________________ 97
12.3.1 Gubitak snage ___________________________________________________________________ 97
12.3.2 Rasipanje snage kroz termalno zračenje rezervoara za ulje _________________________________ 97
12.3.3 Izmenjivač toplote ___________________________________________________________ 98
12. 4 Veličina rezervoara ____________________________________________________ 98
12.5 Kavitacija ________________________________________________________________ 98
12.5.1 Dokaz moguće kavitacije __________________________________________________________ 98
12.5.2 Mikro dizel efekt _________________________________________________________________ 99
12.6 Pritisci – kompresija i dekompresija ___________________________________________ 99
12.6.1 Porast pritiska prema Joukowski teoriji o iznenadnoj izolaciji hidrauličke linije ________________ 99
12.6.2 Porast pritiska prema Joukowski teoriji o pojačanoj izolaciji hidrauličkog voda ________________ 99
13. Elektrohidraulika __________________________________________________ 100
13.1 Prirodne ugaone frekfencije komponenti hidrauličkog sistema _____________________ 100
13.1.1 Hidraulički kapacitet ______________________________________________________________ 100
13.1.2 Preporuke za izračunavanje prirodne frekfencije kod mineralnih ulja _________________________ 101
13.1.3 Pokretna masa ___________________________________________________________________ 101
13.1.4 Prirodna ugaona frekfencija simetričnog dvostrukog cilindra _______________________________ 102
13.1.5 Prirodna ugaona frekfencija klipnog (plunžerski, eng. „plunger”) cilindra ____________________ 103
13.1.6 Prirodna ugaona frekfencija cilindra sa jednom klipnjačom (diferencijalni cilindar) _____________ 104
13.1.7 Prirodna ugaona frekfencija hidrauličkog motora ________________________________________ 105
13.1.8 Prirodna ugaona frekfencija hidrauličkog akumulatora ____________________________________ 106
13.2 Određivanje daljnjih dinamičkih karakteristika aktuatora zbog prirodne frekfencije _ 106
13.2.1 Približavanje minimalnog mogućeg vremena odziva za ubrzanje i usporavanje _________________ 106
13.2.2 Približan minimalni hod za ubrzanje i usporavanje _______________________________________ 106
13.2.3 Približno kritično ubrzanje / usporenje ________________________________________________ 106
13.3 Proračun elektrohidrauličkih zatvorenih sistema ________________________________ 107
13.3.1 Efikasnost petlje _________________________________________________________________ 107
13.3.2 Proračun optimalne efikasnosti petlje _________________________________________________ 107
13.3.3 Približavanje mogućeg opsega tačnosti parametara sistema kada se koriste P-kontroleri __________ 108
14. Početna operacija i rešavanje problema u hidraulici _____________________ 109
14.1 Šema za rešavanje problema u hidrauličkim sistemima ___________________________ 109
14.2 Problemi u hidrauličkim sistemima pri polazanim operacijama ____________________ 112
14.2.1 Preterana buka u sistemu ___________________________________________________________ 112
14.2.2 Nema pritiska ili je pritisak nedovoljan ________________________________________________ 113
14.2.3 Pulsacije pritiska ili fluktuacije protoka _______________________________________________ 113
14.2.4 Mali ili ne postojeći protok _________________________________________________________ 113
14.2.5 Visoka temepratura ulja ____________________________________________________________ 114
15. Prilog 1 – Reference za sekcije ________________________________________ 115
15.1 Prilog A: ζ vrednosti za spojnice i priključke ___________________________________ 115
15.1.1 Individualni koeficijenti gubitka pritiska ζ za cevne priključke _____________________________ 115
15.1.2 Koeficijenti gubitka pritiska ζ za krivine i tačke preseka u hidrauličkim razvodnicima ___________ 116
15.2 Prilog B: Određivanje unutrašnjih prečnika prema maksimalnom protoku __________ 117
15.3 Prilog C: Određivanje dozvoljenih radnih pritisaka / debljina zida cevi _____________ 118
15.4 Prilog D: Smanjenje pritiska na dozvoljenim radnim temperaturama _______________ 119
15.5 Prilog E: Izbor filtera _______________________________________________________ 119
15.6 Prilog F: Približno određivanje klase čistoće ___________________________________ 122
15.7 Prilog G: Produženje životnog veka hidrauličkih komponenti poboljšanjem čistoće ulja 124
15.8 Prilog H: Produženje radnog veka hidrauličkih komponenti pri smanjenju vode u ulju 124

Detaljno prelistavanje knjige: