NAPĘDY PŁYNOWE. Podstawy teoretyczne i metody obliczania napędów hydrostatycznych i pneumatycznych .

NAPĘDY PŁYNOWE. Podstawy teoretyczne i metody obliczania napędów hydrostatycznych i pneumatycznych . 

Spis treści 3
SPIS TREŚCI
Zestawienie podstawowych wielkości fizycznych ......................................................... 7
Przedmowa ..................................................................................................................... 9
1. PODSTAWOWE POJĘCIA ............................................................................................ 11
1.1. Warunki eksploatacji i pomiarów ............................................................................ 11
1.2. Parametry i jednostki ............................................................................................... 13
1.2.1. Definicja i jednostki ciśnienia ....................................................................... 13
1.2.2. Definicje i jednostki strumienia przepływu ................................................... 14
1.3. Wybrana terminologia ............................................................................................. 15
2. WPROWADZENIE DO NAPĘDÓW PŁYNOWYCH ........................................................ 21
2.1. Technika napędów płynowych ................................................................................ 21
2.2. Mechatronika w napędach płynowych .................................................................... 23
2.3. Rozwój napędów płynowych .................................................................................. 25
2.4. Komputerowe projektowanie napędów płynowych ................................................ 28
2.4.1. Biblioteki bloków dynamicznych .................................................................. 32
2.4.2. Biblioteki bloków hydraulicznych w środowisku Matlab/Simulink .............. 33
3. PODSTAWY TEORETYCZNE NAPĘDÓW HYDROSTATYCZNYCH ................................. 41
3.1. Charakterystyka napędów hydrostatycznych .......................................................... 41
3.2. Ciecz robocza jako nośnik energii ........................................................................... 43
3.2.1. Lepkość cieczy roboczej ................................................................................ 44
3.2.2. Gęstość cieczy roboczej ................................................................................. 48
3.2.3. Ściśliwość cieczy roboczej ............................................................................ 49
3.2.4. Właściwości cieplne cieczy roboczej ............................................................ 51
3.3. Zasada zachowania energii ...................................................................................... 52
3.3.1. Równanie zachowania energii ....................................................................... 52
3.3.2. Analogie energetyczne .................................................................................. 55
3.3.3. Akumulacja energii potencjalnej ................................................................... 59
3.3.4. Akumulacja energii kinetycznej .................................................................... 60
3.3.5. Uderzenie hydrauliczne ................................................................................. 61
3.3.6. Prawo „równowagi” w napędach hydrostatycznych ...................................... 63
3.3.7. Transformacja energii .................................................................................... 64
3.4. Zasada zachowania masy ........................................................................................ 66
3.4.1. Równanie ciągłości przepływu ...................................................................... 66
3.4.2. Przepływ związany ze ściśliwością cieczy .................................................... 70
3.5. Straty energii ........................................................................................................... 73
3.5.1. Dyssypacja energii, sprawność termiczna ..................................................... 73
3.5.2. Straty ciśnienia .............................................................................................. 77
3.5.3. Przepływ przez otwory hydrauliczne ............................................................. 83
3.5.4. Charakterystyki statyczne oporów czynnych ................................................ 87
4 Spis treści
3.6. Zasada zachowania pędu ........................................................................................ 92
3.6.1. Siła hydrodynamiczna .................................................................................. 92
3.6.2. Siła hydrodynamiczna w suwaku sterującym ............................................... 94
3.7. Bilans energii ......................................................................................................... 97
3.7.1. Straty mocy napędu hydrostatycznego ......................................................... 97
3.7.2. Bilans cieplny napędu hydrostatycznego ...................................................... 102
4. PODSTAWY TEORETYCZNE NAPĘDÓW PNEUMATYCZNYCH ................................... 107
4.1. Charakterystyka napędów pneumatycznych .......................................................... 107
4.2. Podstawy fizyczne sprężonego powietrza .............................................................. 109
4.2.1. Właściwości sprężonego powietrza .............................................................. 109
4.2.2. Procesy termodynamiczne sprężonego powietrza ........................................ 115
4.2.3. Bilans energii dla siłownika pneumatycznego .............................................. 122
4.2.4. Sprężystość powietrzna (sprężyna pneumatyczna) ....................................... 126
4.2.5. Siłownik ze sprężyną pneumatyczną ............................................................ 128
4.2.6. Prędkość dźwięku w powietrzu .................................................................... 129
4.3. Zasada zachowania masy ........................................................................................ 130
4.3.1. Bilans przepływu masowego ........................................................................ 130
4.3.2. Napełnianie i opróżnianie zbiornika ............................................................. 133
4.3.3. Równanie ciągłości przepływu czynnika ściśliwego .................................... 134
4.4. Straty energii w instalacji pneumatycznej .............................................................. 135
4.4.1. Przepływ lepki powietrza ............................................................................. 135
4.4.2. Przepływ ściśliwy powietrza ........................................................................ 138
4.4.3. Straty ciśnienia w instalacji pneumatycznej ................................................. 140
4.5. Przepływ sprężonego powietrza ............................................................................. 144
4.5.1. Wypływ swobodny sprężonego powietrza ................................................... 144
4.5.2. Przepływ sprężonego powietrza przez krótki otwór ..................................... 151
4.5.3. Przepływ sprężonego powietrza przez zawory ............................................. 155
5. METODY OBLICZANIA NAPĘDÓW HYDROSTATYCZNYCH ........................................ 165
5.1. Sterowanie objętościowe ........................................................................................ 165
5.1.1. Prasa hydrauliczna ........................................................................................ 165
5.1.2. Podnośnik hydrauliczny ............................................................................... 166
5.1.3. Przekładnia hydrostatyczna o ruchu liniowym ............................................. 167
5.1.4. Przekładnia hydrostatyczna o ruchu obrotowym .......................................... 169
5.1.5. Równoległe połączenie silników hydraulicznych ......................................... 172
5.1.6. Szeregowe połączenie silników hydraulicznych .......................................... 173
5.1.7. Transformator hydrauliczny ......................................................................... 174
5.2. Sterowanie dławieniowe ........................................................................................ 176
5.2.1. Układ z dławieniem na dopływie silnika ...................................................... 176
5.2.2. Układ z dławieniem na dopływie siłownika ................................................. 178
5.2.3. Układ z dławieniem na odpływie silnika ...................................................... 180
Spis treści 5
5.2.4. Układ z dławieniem na odgałęzieniu silnika ................................................ 181
5.2.5. Układ z dławieniem na odgałęzieniu siłownika ............................................ 183
5.2.6. Sterowanie z dławieniem czynnym .............................................................. 185
5.2.7. Szeregowe połączenie oporów hydraulicznych ............................................ 188
5.2.8. Równoległe połączenie oporów hydraulicznych .......................................... 190
5.2.9. Opory hydrauliczne w półmostku hydraulicznym ........................................ 191
5.3. Obliczanie siłowników hydraulicznych ................................................................. 192
5.3.1. Sztywność komory siłownika hydraulicznego ............................................. 192
5.3.2. Częstotliwość drgań własnych siłownika serwonapędu ............................... 193
5.3.3. Amortyzacja ruchu tłoka siłownika hydraulicznego ..................................... 195
5.3.4. Siła tarcia w siłownikach hydraulicznych .................................................... 198
5.4. Dobór akumulatora hydraulicznego ....................................................................... 202
5.4.1. Dobór parametrów akumulatora gazowego .................................................. 202
5.4.2. Optymalny dobór akumulatora gazowego .................................................... 206
6. METODY OBLICZANIA NAPĘDÓW PNEUMATYCZNYCH ........................................... 211
6.1. Dobór siłownika pneumatycznego ......................................................................... 211
6.1.1. Ruch tłoka siłownika .................................................................................... 211
6.1.2. Równania ruchu tłoka siłownika .................................................................. 215
6.1.3. Sprawdzenie tłoczyska na wyboczenie ......................................................... 222
6.1.4. Obliczanie zużycia powietrza w siłownikach ............................................... 225
6.1.5. Amortyzacja ruchu tłoka siłownika pneumatycznego .................................. 228
6.2. Dobór średnicy instalacji pneumatycznej ............................................................... 230
6.3. Dobór zbiornika sprężonego powietrza .................................................................. 233
6.4. Dobór zaworów pneumatycznych .......................................................................... 237
Literatura ....................................................................................................................... 245
Streszczenia ................................................................................................................... 249