Konsp_Siłowniki.pdf

Siłowniki

1.Zasadadziałaniaisystematykakonstrukcji

Siłownik,nazywanywliteraturzetakŜecylindremhydraulicznym,jestsilnikiemwyporowym.

Jegocechąszczególnąjestto,Ŝeenergiaciśnienia,zakumulowanawdoprowadzonymdosiłownika

ciekłym czynniku roboczym jest zamieniona na energię mechaniczną ruchu postępowozwrotnego

tłokanadrodzezwanejskokiem.PrzekazywanieenergiinapędzanemuurządzeniumoŜesięodbywać

zapomocątłoczyska,nurnikalubinnegoelementumaszynowego.

Podziałsiłownikówzuwaginaichkonstrukcjęprzedstawiononarysunku1.

2.Stratyisprawności

Wsiłownikuwystępująnastępującestraty(podobniejakwpompach):

objętościowe(związanezprzeciekamiczynnikaroboczego),

Konspekt:Siłowniki

Rys.1Siłowniki:a,bnurnikowy,c,djednostronnegodziałania,eteleskopowy,fdwustronnego

działaniazjednostronnymtłoczyskiem,g,hztłoczyskiemdwustronnym,iztłokamiprzeciwbieŜnymi,

kdwukomorowy,ltrójpołoŜeniowy,mzębatkowy,nśrubowy,oztłokiemwahliwym

hydrauliczne(stratyciśnieniaprzyprzepływieolejuwkanałachsiłownika)

orazmechaniczne(związaneztarciemmechanicznymtłokaitłoczyskawdławnicy).

Sprawnośćcałkowita(ogólna)siłownikawyraŜastosunekmocyoddawanejnatłoczyskuN 2 domocy

doprowadzonejzczynnikiemroboczymN 1 dosiłownika

C =η

gdzie:

⋅

[kW];pstrataciśnienianasiłowniku,Q rz rzeczywistenatęŜenieprzepływu,

2 10 [kW],P rz rzeczywistasiłanatłoczysku,νprędkośćtłoczyska[m/s].

SprawnośćobjętościowąsiłownikawyraŜastosunekchłonnościteoretycznejQdochłonności

rzeczywistejQ rz

−3

⋅

rz ⋅

η .

Chłonnośćrzeczywistajestwiększaodteoretycznejowartośćprzeciekówwystępującychnatłoku

(przeciekiwewnętrzne),wdławnicyinapołączeniuelementówkorpususiłownikaoraznakróćcach

przyłączeniowych(przeciekizewnętrzne).Przeciekizewnętrznewsiłownikusąpraktycznie

niedopuszczalnezuwaginaochronęśrodowiskanaturalnego.

Nowoczesneuszczelnienia(elastomery)pozwalająnaprawiecałkowiteuniknięcieprzecieków

wewnętrznych.

SprawnośćhydraulicznomechanicznazdefiniowanajestjakostosuneksiłyrzeczywistejP rz

uzyskiwanejnatłoczyskudosiłyteoretycznejP(bezstrat):

hm =η .

P rz

SprawnośćcałkowitąsiłownikamoŜnateŜwyrazićiloczynemsprawnościobjętościowejihydrauliczno

mechanicznej

⋅= .

Wprzypadkugdysprawnośćobjętościowasiłownikaη V =1(przeciekiolejupraktycznieniewystępują)

tosprawnośćcałkowitajestrównasprawnościhydraulicznomechanicznej

⋅

η = .

Wnowoczesnychkonstrukcjachsiłownikówsprawnościobjętościoweihydraulicznesąbardzo

wysokie(bliskiejedności)aduŜyudziałwstratachmająstratymechaniczne.Sprawnośćmechaniczna

siłownikówzawierasięwprzedziale0.850.98ijestzaleŜnaodrodzajuuszczelnieńzastosowanychw

siłownikuorazciśnieniapracysiłownika.JestonarównieŜwiększadlaruchupchanianiŜdlaruchu

wsuwaniawsiłownikachdwustronnegodziałaniazjednostronnymtłoczyskiem.

DuŜesiłownikimająwiększesprawnościcałkowiteniŜsiłownikimniejsze.JesttorównieŜ

charakterystycznedlawszystkichinnychurządzeń.

C η

3. Zasadydoborusiłowników

AlgorytmdoborusiłownikazaleŜyoddanychwyjściowych.Najczęściejdanesą:

zadaniejakiemaspełniaćsiłownikwmaszynie,urządzeniu,

wymagana maksymalna siła uŜyteczna, zmiany siły na drodze ruchu tłoczyska, wymagane

przyspieszeniaruchów,

drogasiłownikaiczasyruchówroboczych,

Napodstawiezadaniajakiemaspełniaćsiłownikdobieramyjegotypisposóbmocowaniasiłownika

orazsposóbpołączeniatłoczyskazurządzeniem.

SiłowniknaleŜytakdobrać,abypokonaćobciąŜeniezewnętrzneP rz pochodząceodmaszynyroboczej

(iewentualniezapewnićodpowiednieprzyspieszenieruchu,jeślisiładziałanatłokodpoczątkuruchu).

Konspekt:Siłowniki

Zakładającmaksymalneciśnieniepwukładzie(jakiemoŜezapewnićgenerator)iznającsprawność

całkowitąsiłownikaη c moŜnaobliczyćwymaganąpowierzchnięczynnątłokaSzzaleŜności:

⋅ = .

Powierzchniaczynnadlasiłownikazdwustronnymtłoczyskiemwynosi:

S −

⋅

(

)

gdzie:Dśrednicatłoka,dśrednicatłoczyska.

Wprzypadkusiłownikadwustronnegodziałaniazjednostronnymtłoczyskiempowierzchniaczynna

przywysuwaniutłokajestokreślonanastępująco:

S ⋅

= π

aprzywsuwaniutłoczyskajakdlasiłownikazdwustronnymtłoczyskiem.

ZpowierzchniczynnejobliczasięśrednicętłokaiprzyjmujenajbliŜsząjegowartość(większą)

znormalizowanąorazznormalizowanąśrednicętłoczyska.

ŚrednicętłoczyskanaleŜysprawdzićnawyboczeniewgwzoruEuleralubTetmajeraw

zaleŜnościodsposobumocowaniasiłownikaiprowadzeniatłoczyskaorazodsmukłościsiłownika(czy

jestonawiększaczymniejszaodsmukłościgranicznejmateriałutłoczyska).Zalecasięprzyjmować

współczynnikbezpieczeństwanawyboczeniex=3.

SkoksiłownikaustalasięnapodstawiedroginajakiejsiłaP rz mabyćrealizowana.Skoki

siłownikówsąznormalizowane.

Znając średnicę tłoka (z obliczonej powierzchni S tłoka) oraz skok i sposób zabudowy

siłownikawmaszynieroboczejmoŜnadobraćzkataloguodpowiednitypsiłownika.

Jeśli podane są czasy ruchów siłownika, to z poniŜszych zaleŜności moŜna wyznaczyć

wymagane natęŜenie przepływu i dobrać pompę o odpowiedniej wydajności. Dla siłownika z

dwustronnymtłoczyskiemczasyruchówwobukierunkachsątakiesameiwynoszą:

t = ,

gdzie:Hskoksiłownika,

v = prędkośćtłoczyska,QnatęŜenieprzepływu,Spowierzchnia

czynnatłoka.

Dlasiłownikadwustronnegodziałaniazjednostronnymtłoczyskiemprędkośćwysuwaniatłoczyska

jestmniejszaniŜdlaruchuwsuwania(wynikatozróŜnychpowierzchniczynnychtłokadlaobu

kierunkówruchu).NaleŜyteŜsprawdzićdlaprzyjętegosiłownika,czyprędkościtłoczyskasą

mniejszeoddopuszczalnychpodawanychprzezproducentówsiłowników.

4.Hamowaniedobiegutłoka

W końcowej fazie ruchu siłowników zachodzi niebezpieczeństwo uderzenia tłoka o denka

zamykające komorę roboczą cylindra. Uderzenia te byłyby tym groźniejsze, im większe masy są

związaneztłoczyskiemorazimwiększesąprędkościtłoka.Wceluwyeliminowaniaewentualności

występowaniatychuderzeńnaleŜydokonaćzmniejszeniaprędkościtłokadozerawkońcowejfazie

jegoskokuzanimosiągniesweskrajnepołoŜenie.

Wyhamowanie tłoka jest konieczne przy jego prędkościach v ≥ 0,1 m/s, a najczęściej

stosowanesposobyhamowaniato:

dławieniewszczeliniepierścieniowejwykonanejwdenkachsiłownika,

zawórdławiącyumieszczonywdenku,

zawórdławiącyumieszczonynazewnątrzsiłownika.

Konspekt:Siłowniki

= π

Rys.2Sposobyhamowaniadobiegutłoka:a,b–przezdławieniewszczeliniepierścieniowej,c–zaworu

dławiącegowdenku,d–zaworudławiącegopozasiłownikiem

4. Uszczelnienia

Siłownik moŜe spełniać właściwie swoją rolę w układzie tylko wówczas, gdy będzie

utrzymywałpełnąszczelnośćzarównozewnętrzną,jakiwewnętrzną.Wyciekizewnętrzneczynnika

roboczego mogą występować w połączeniach denek z cylindrem oraz w dławnicy tłoczyska lub

nurnika.OnieszczelnościachwewnętrznychmoŜnanatomiastmówićprzytłokuoddzielającymobie

komoryroboczesiłownika.

Zewzględunarodzajpracyuszczelnieniadzielisięnauszczelnieniaspoczynkowe,zwanetakŜew

literaturze statycznymi, i na uszczelnienia ruchowe. Uszczelnienia spoczynkowe występują w

siłownikach przy uszczelnianiu denek, nieruchomo w cylindrze osadzonych tulei prowadzących

tłoczysko,atakŜeprzyuszczelnianiuprzyłączy.

W obecnie produkowanych siłownikach stosuje się prawie wyłącznie uszczelnienia za pomocą

pierścienisamouszczelniającychzarównowprzypadkupołączeńspoczynkowych,jakiruchowych.

Samouszczelniającedziałaniepierścienipoleganaichdeformacjipodwpływemciśnieniaidocisku

do powierzchni uszczelnianych tym większym, im wyŜsze jest ciśnienie czynnika. Pierścienie

samouszczelniające wykonuje się z gumy olejoodpornej, często wzmacnianej tkaniną, oraz z

tworzyw sztucznych róŜnego rodzaju, aby mogły spełnić róŜnorodne wymagania wynikające z

warunkóweksploatacji.

Narys.3przedstawionoprzykładyrozwiązańwęzłówuszczelniającychpołączeńspoczynkowychza

pomocą pierścieni o przekroju okrągłym, typu „O” oraz tkaninowogumowych pierścieni

rowkowych z gumowym pierścieniem podporowym. Pierścień o przekroju okrągłym musi być

zabudowany z pewnym zaciskiem wstępnym, który zaleŜnie od miejsca zabudowy moŜe być

osiowy(rys.3a,b)lubpromieniowy(rys.3c,d).Rowkiiwytoczeniapodpierścieńmusząbyćwięc

poprawniezwymiarowane.Zabudowapierścieniawgrys.3bjestkorzystniejsza,poniewaŜpozwala

osiągnąć większe dokładności wymiarów rowka oraz dlatego, Ŝe odkształcenia śrub mocujących

denkodocylindraniewywierajątakszkodliwegowpływunapracępierścienia,jakwprzypadku

zabudowywgrys.3a.Zabudowapierścieniazgodniezrys.3cjestnajkorzystniejsza.Wcylindracho

większych średnicach, dla których tolerancje wykonania są większe, moŜe jednak wystąpić zbyt

duŜy luz między uszczelnianymi powierzchniami. Luz ten moŜe ulegać jeszcze dalszemu

Konspekt:Siłowniki

zwiększeniunaskutekspręŜystychodkształceń cylindra.Pierścieńznajdującysiępoddziałaniem

ciśnieniabędziewówczaswpychanywszczelinęimoŜeulecszybkiemuuszkodzeniu.

Niebezpieczeństwo to usuwa pierścień rozpręŜny z tworzyw sztucznych najczęściej teflonowy

współpracującyzezwykłympierścieniemtypuO,odcinającmudostępdoszczeliny(rys.3d).Węzeł

uszczelniającywgrys.3eznajdujerównieŜzastosowaniejakouszczelnieniezewnętrznychpowierzchni

tuleiprowadzącychtłoczyskolubnurnik.

Na rys.3e, f podano przykłady połączeń spoczynkowych cylindra z denkiem, uszczelnionych

tkaninowogumowymipierścieniamirowkowymi.Właściwypierścieńuszczelniającyjestuzupełniony

dodatkowym pierścieniem podporowym, słuŜącym do rozpierania warg pierścienia właściwego i

zwiększeniawtensposóbichdociskudopowierzchniuszczelnianych.PierścieńpodporowymoŜebyć

luźny lub wulkanizowany z pierścieniem rowkowym. Oba pierścienie tworzą uszczelnienie mało

wraŜliwenazmianyluzówmiędzyłączonymielementamiidlategonadająsiędosiłownikówoduŜych

średnicachoraznaraŜonychnaczęsteuderzeniowewzrostyciśnieńzjakiminaleŜysięliczyćnp.w

cięŜkich maszynach roboczych. Na rys.4 zestawiono typowe przykłady uszczelnień tłoczysk

proponowaneprzezfirmęMARTINMERKELKG.Pierścieńwgrys.4a,zmetalowympierścieniem

podporowym, jest stosowany obecnie bardzo rzadko. Zadaniem pierścienia podporowego miało być

bowiem przeciwstawienie się cofaniu pierścienia właściwego przy ruchu powrotnym tłoczyska.

PoniewaŜ i w tej fazie pracy siłownika w cylindrze panuje nadciśnienie, wynikające z oporów

przepływuczynnika,wystarczającedotego,abyzapobieczabieraniupierścieniaprzeztłoczysko,więc

stosowanie pierścieni podporowych nie znajduje uzasadnienia. Obecnie produkowane pierścienie

rowkowe są tak ukształtowane, Ŝe równieŜ podczas rozruchu nie ma niebezpieczeństwa uszkodzeń

tylnejczołowejjegopowierzchniwwynikuuderzeńodnocylindra.

Współczesny pierścień rowkowy tego typu przedstawiono na rys.4b. Wykonuje się go zwykle z

jednorodnegoelastomeruidobrzepracujeonnawetprzywyŜszychciśnieniach.Pierścieńwgrys.4cw

tylnej części wzmocniono tkaniną, w wyniku czego stał się bardziej odporny na niszczące

oddziaływanieszczelin.CzęśćtylnauszczelkispełniatakŜerolęzasobnikasmaru,poprawiającwarunki

współpracy pierścienia uszczelniającego z powierzchnią tłoczyska. Współcześnie najczęściej jednak

stosujesiętkaninowogumowepierścienierowkowezgumowympierścieniempodporowym.Docisk

wstępnydopowierzchniuszczelnianychzapewniaodczołapierścieńpodporowy,znajdującysiępod

naporem czynnika roboczego. W cięŜkich warunkach eksploatacji cylindrów, wyraŜających się

wyŜszymi od normalnych temperaturami, powtarzającymi się okresowo uderzeniowymi wzrostami

ciśnień,przyduŜychczęstotliwościachwłączeniaorazprzywiększychprędkościachtłoka,pierścienie

rowkowe mogą okazać się mało trwałe. W tych wypadkach znacznie lepiej sprawdzają się

Konspekt:Siłowniki

Rys.3 Uszczelnienia spoczynkowe w siłownikach: ad – pierścieniami o przekroju okrągłym, e,f –

pierścieniamirowkowymi

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: