Module OKATL1 dictaat aandrijvingen pneumatiek.pdf Pneumatiek & Hydrauliek simulatie practicum Copyright F.W.Weeda jan 2008 VAKOMSCHRIJVING Modulecode: TTIT-OKATL1 Docent: F.W.Weeda datum: jan 2008 Moduletitel: practicum aandrijftechniek (pneumatiek / hydrauliek) Leerjaar: H4, H2 Omschrijving: Inleidend simulatie practicum pneumatiek en hydrauliek. Aan de hand van de software pakketen Fluidsim pneumatiek en Fluidsim hydrauliek worden een aantal besturingsopdrachten uit gevoerd. Tevens wordt in deze module het toepassingsverschil tussen pneumatische en hydraulische toepassing uitgelegd. Ook wordt het verschil tussen open en gesloten hydraulische systemen uitgelegd en met de pakketten gesimuleerd. Er wordt ook aandacht besteed aan conditionering apparatuur voor pneumatische en hydraulische installaties. Indien mogelijk wordt ook aan de berekeningen van pompen, motoren, leidingen en ventielen bij hydraulische systemen gedaan pneumatiek analyseren. Lesplanning Lesweek 1 : inleiding en voorbeelden Fluidsim pneumatiek analyseren Lesweek 2: pneumatische schema in Fluidsim pneumatiek maken en simuleren Lesweek 3: Opdracht pneumatiek (lopende band) en dat in Fluidsim pneumatiek simuleren Lesweek 4: inleiding hydrauliek en voorbeelden Fluidsim hydrauliek analyseren Lesweek 5: opdracht open hydraulisch systeem(gelijkloop cilinders en hefwerktuig) en dit in Fluidsim hydrauliek simuleren Lesweek 5: opdracht gesloten systeem hydraulisch systeem (kabelhaspel) en dit in Fluidsim hydrauliek simuleren Lesweek 6: opdracht open systeem hydraulisch systeem (pers )en gesloten systeempompsysteem met berekening en dit in Fluidsim hydrauliek simuleren. Lessweek7: Uitloop Ingangseisen:Module Abbtt1 (propedeuse Havo), Mcdel, voorkennis MBO wtb mechaniseren en installeren. Leerdoelen:De student inzicht geven in pneumatische en hydraulische schematische componenten, schema's en systemen Toetsing: practicum opdrachten Studiemateriaal: Dictaat en presentatie 1
Vergelijk Pneumatiek /Hydrauliek Wanneer een hydraulisch en een pneumatisch systeem met elkaar vergeleken wordt,kunnen een aantal punten duidelijk worden onderscheiden. Deze verschillen houden veelal verband met het medium (olie of lucht) en de druk. Belangrijkste verschillen. Pneumatisch systeem. Hydraulisch systeem. 1. Lage drukken (tot 1 MPa = 10 kg/cm2).1. Hogedrukken 40 t/m 300 MPA 2. Lucht is samendrukbaar. 2. Olie is nagenoeg niet samendrukbaar. 3. Retour(ontluchting)naar buitenlucht. 3. Retour naar tank of zuigzijde van de pomp. 4. Smering noodzakelijk. 4. Geen aparte smering nodig. 5. Lichte constructie. 5. Zware constructie tengevolge van de toegepaste hoge drukken. 6. Relatief goedkoop. 6. Relatief duur. 7. Grof regelbaar. 7. Fijn regelbaar. 8. Kracht en eventueel besturingen 8. Hoofdzakelijk voor kracht uitoefening 9. Lekleidingen. http://www.pneumatica.be/ http://home.wxs.nl/~brink494/frm_nl.htm Pneumatische schakeling http://www.pneumatica.be/ 2
Besturingen http://www.pneumatica.be/ Kracht, pneumatisch of hydraulisch Besturing, PLC, Logische poorten, pneumatisch hydraulisch, elektrisch, microprosessor, pc, touchscreen, scada, hmi Signaalgevers pneumatisch, hydraulisch elektrisch en conditionering pneumatisch, hydraulisch Pompen en motoren http://www.fluidsim.de/fluidsim/index4_e.htm 3
Cilinders http://www.pneumatica.be/ Ventielen http://www.pneumatica.be/ 4
Regelkleppen Conditionering/ pneumatiek Smeertoestel, Filter,Waterafscheider, manometer verwarmingstoestel compressor http://www.pneumatica.be/ Hydrauliek Filter, manometer, pomp, overdrukventiel, reservoir, accumulator, terugslagklep http://www.fluidsim.de/fluidsim/index4_e.htm 5
Open en gesloten hydraulisch systeem Hydraulische installaties worden onderscheiden in twee basissystemen: 1. het open systeem; blz 24 t/m 29 dictaat 2. het gesloten systeem. blz 30 t/m 33 dictaat Het open systeem dankt zijn naam aan het feit, dat de retourolie wordt afgevoerd naar een reservoir. De pompen betrekken hun olie uit dit reservoir. Er is dus sprake van een buffervoorraad olie. Meestal pomp en cilinders Het gesloten systeem wordt zo genoemd, omdat de pomp zijn olie rechtstreeks uit de retourleiding betrekt. Retourleiding en zuigleiding zijn dus één en dezelfde leiding. Bij dit systeem zal men meestal ook wel een reservoir aantreffen, maar dat heeft dan een geheel andere functie. nl. Lekverliezen op te vangen Meestal Pomp en motortoepassing Drukverliezen 6
Open Hydraulisch systeem zie dictaat open systemen blz 24 ev en accumulator blz 33 ev Gesloten hydraulisch systeem met vulpomp of hogedrukpomp,spoelventiel, en hydromotor met 2 draairichtingen http://home.wxs.nl/~brink494/gslsys1.htm rondpompen http://home.wxs.nl/~brink494/gslsys0.htm 7
Hydraulische formules Fluidsim Festo 8
Fluidsim 1 Festo Bestaande bestand ophalen..start het pakket op. Open het te kiezen bestand via de optie file open of het open bestand icoontje. Ga naar de optie afspelen (gesloten pijltje ) voor de simulatie. Druk op de knoppen van de bedieningsventielen om de simulatie te starten. Door op de boxjes, in het werkveld, te klikken kan men instellingen veranderen. Bekijk en analyseer de controle werking van cilinders, ventielen, relais en tekst labels Nieuw bestand openen. Ga naar New bestand Plaats de symbolen in het werkvel en maak de verbindingen tussen de symbolen. De symbolen kunnen in het werkvel gekopieerd of gesleept worden. Een extra verbindingslijn T-connectie maak je door op de betreffende aansluitlijn te klikken en naar het aansluitpunt van het symbool te gaan, A voor actuator, V voor ventiel, S voor singaalgever, Y voor uitgang enz. Raadpleeg de Help optie, contens (F1), Introduction to Simulating and Creating Circuits en daarna, Creating new Circuit Diagrams. Hier vindt men de allereerste uitleg van het pakket Of voor help de optie Didactics- en dan Tutorial Simuleer de opgave. Demo versie http://www.fluidsim.de/fluidsim/index4_e.htm Opdracht 1 pneumatiek Oefening 1 Bekijk de voorbeeld opgaven A_6_11.CT, demo_01.ct, TP101_16.ct, demo_09.ct, dida_109.ct, TP201_09.ct, TP202_04.ct, TP202_04l.ct analyseer de werking en simuleer dit in Fluidsim. Vragen: waarvoor gebruikt men een a)2/2 ventiel en wat betekenen deze getallen? b) 3/2 ventiel? c) 4/2 ventiel? d) 5/2 of 5/3 ventiel? e) Waarom wordt bij een And functie vaak een and-ventiel gebruikt en niet twee ventielen in serie geplaatst en bij een Of functie een of-ventiel en niet twee ventielen parallel? 9
Opdracht 2 pneumatiek Opdracht: Bouw deze schakeling in Fluidsim en bouw de schakeling daarna om met een EN-ventiel en voeg er smoorventielen, verzorgingsapparatuur bij en een stroomkringschema. Simuleer dit in Fluidsim. Volgorde uitgaan en ingaan van de cilinder A+B+C+B-A-C- Opdracht 3 pneumatiek (Thuis besturing en cilinders bepalen en op het practicum in fluidsim inbrengen.) Een doos met een HDD en Dvd recorder met de afm 50x40x16 cm en een gewicht van 6,3 kg wordt uit een tussenstation (magazijn) op een lopende band gevoerd zie de figuren naar een station waar de dozen op een pallet gestapeld worden. Maak de besturing van de transportband waarbij u zelf de benodigde schakelaars als detectie en eindmelders mag kiezen. Maak deze besturing van de verschillende lopende band onderdelen in FluidSim pneumatiek en bepaal het type cilinder per onderdeel. Denk bij het bepalen van de type cilinder aan de afmeting en slag van de cilinder en aan de kracht(en) op de cilinder. De verschillende figuren laten de principe werking zien. Opdracht: - bepaald de benodigde cilinder per lopende band onderdeel op kracht en slag en zoek deze op op de site van Festo of zijn concurrenten. - - Maak een vrijlichaamschema (VLS) van de verschillenden deelopdrachten en situaties - teken het pneumatische schema voor de verschillende onderdelen - Maak het WST-diagram voor het bepalen van de besturingsformules voor de cilinders voor het stroomkringschema of pneumatisch schema. - Verwerk het in een klein worddocument 10
Opdracht 1 hydrauliek open systeem Bekijk en simuleer de voorbeeld opdrachten TP501_18.ct entp601_05b.ct, uit Fluidsim hydrauliek,. Speel hierbij met de snelheid, druk en kracht. Wat zijn de invloeden daarop? Opdracht 2a hydrauliek open systeem schema autolaadkraan Bekijk en analyseer de werking van de autolaadkraan. Teken en simuleer het onderstaande schema in Fluidsim hydrauliek. Verander het getekende 7/3 stuurventiel voor een 4/3 ventiel en stuur de kipper en een ander ventiel naar keuze aan. Welke problemen kunne optreden bij gelijkloop cilinders zoals bij cilinders nr 6. Is dat hier ook erg? Hoe zou men de verschillen in wrijvingsweerstand in de verschillende cilinders en leidingen kunnen compenseren? Zie blz 34 en 35 dictaat 11
In de figuur is tot slot van het onderwerp gesloten hydraulische systemen het schema van een aandrijving van een kabelhaspel weergegeven. - Beantwoordt u de hierna volgende vragen. - En teken het vereenvoudigde schema nr 13. 1. Waarvoor dient het spoelblok C? Zie o.a. blz 40 ev dictaat 2. Welke functies hebben D en E? 3. Wat zijn de 'functies van pompen F en G? 4. Hoe kan er olie in of uit het circuit (hoofd) komen of verdwijnen? Waar? 5 Waarom zou men een oliefilter in de zuig- of persleiding of alle beide willen plaatsen? PS als in het pakket de dubbelwerkende pomp niet aanwezig is teken deze dan met 2 enkelwerkende met terugslagklep. Of met een enkelwerkende met een 4/2 stuurventiel dit is goedkoper. Opgave 2b kabelhaspel aandrijving. gesloten systeem Opdracht 3a hydrauliek 12
Opdracht 3a vervolg Opgave 3a hydrauliek Installatiebeschrijving. (Zie bijlage). Een perscilinder A met doorlopende zuigerstang dient om bussen in tandwielen te persen. De vierstanden cilinder B dient zodanig te werken, dat automatisch achteréénvolgens de werkstukken 1, 2, 3 en 4 afgewerkt worden. De vierstanden cilinder B mag uitsluitend kunnen werken als de perscilinder A in de bovenste stand staat, waarbij gebruik moet worden gemaakt van het 2/2 ventiel C, dat bediend wordt door de doorlopende zuigerstang van cilinder A. De accumulator dient om bij elektrische stroomuitval de perscilinder A in de bovenste stand te brengen en de vierstanden cilinder B in de beginstand ter~g te brengen, dus werkstuk 1 onder cilinder A. Nadat de vierstanden cilinder B in beginstand is teruggekomen zal, bij elektrische stroomuitval, de accumulator ontladen worden via de ventielen D en E. De accumulator mag alleen energie afgeven als er sprake is van elektrische stroomuitval, maar de accumulator moet wel opgeladen worden, nadat de elektromotor gestart is. De persdruk van cilinder A moet ten opzichte van de maximale pompdruk instelbaar zijn. De beide cilinders, waaruit cilinder B bestaat, moeten differentiaal geschakeld worden. Opdracht 1. Completeer aan de hand van de bovenstaande gegevens het hydraulisch schema, waarbij de leidingloop bij voorkeur aan de linkerzijde, de bovenzijde en de rechterzijde getekend dient te worden. Er behoeven geen eindschakelaars of andere elektrische voorzieningen getekend te worden. Alle standen, dus zowel de uiterste twee standen van cilinder A als de vier standen van cilinder B worden door eindschakelaars gesignaleerd. Deze eindschakelaars zorgen samen met een elektrische schakelkast voor het automatisch bedrijf van de machine. Aan het einde van de bewegingscyclus, wanneer de beide cilinders A en B weer in de getekende stand zijn gekomen, wordt de houder met de hand gelost en geladen, waarbij de pomp drukloos moet blijven draaien totdat opnieuw aan de volgende cyclus begonnen wordt. Maak de opgave in Fuidsim hydraulic Opdracht 2. Vul het blokschema in, door een bekrachtigde spoel met "X" aan te geven. Gegevens perscilinder A. stangdiameter: 50 mm Ø. maximaal vereiste perskracht: 100 kn. mechanisch rendement: 94%. perssnelheid: 10 cm/minuut. maximalewerkdruk: 200 bar. Opdracht 3. 1. Bereken de boring van cilinder A. s= F/Aeff, Anut=Aeff/η, Anut= π/4(d2 -d2) 2. Wat zal de werkelijke boring worden? (vraag 1 afronden) 3. Bepaal aan de hand van de werkelijke boring de werkelijke pompopbrengst uitsluitend voor cilinder A. Anut (gecorrigeerd met de werkelijke afgeronde boring)* v pers Opdracht 4. Beantwoord de volgende vraag en verklaar uw antwoord: zijn de leidingverliezen tussen de pomp en cilinder A belangrijk voor de uiteindelijke perskracht? Van de vierstanden cilinder B hebben beide gedeelten een ϕ van 2. Opdracht 5. Hoe verhouden zich de snelheden van in- en uitgaande slag. Opdracht 6 Simuleer de opgave in Fuidsim. Opdracht 3b berekening componenten antwoorden Voor een speciale bewerkingsmachine is nodig: 1. Een niet omkeerbare rotatiebeweging; 2. Een groot toerental bereik; 3. Een snelle toeren wisseling (geprogrammeerd); 4. De toerentallen moeten reproduceerbaar zijn. Het schema op de bijlage geeft de hydraulische uitvoering. De vierstromen-pomp heeft de volgende theoretische vloeistof stroom verhouding: Pomp 2 heeft 2 x de pomp opbrengst van pomp 1; Pomp 4 heeft 4 x de pomp opbrengst van pomp 1; Pomp 8 heeft 8 x de pomp opbrengst van pomp 1. Vraag 1: Hoeveel toerentallen heeft de machine? Door de ventielen A t/m E 'in een bepaalde volgorde te bekrachtigen, worden de toerentallen gewijzigd. Vraag 2: Neem onderstaande grafiek over op uw uitwerkpapier en geef in de grafiek aan, in welke volgorde de ventielen A t/m E moeten worden bekrachtigd om een juiste (oplopende) toerenreeks te verkrijgen. Als gegeven is: Pomp I slagvolume = 3,3 cm3/omw. theoretisch; Pomp 11 slagvolume = 6,35 cm3/omw. theoretisch; Pomp 111 slagvolume = 12,7 cm3/omw. theoretisch; Pomp IV slagvolume = 26,4 cm3/omw. theoretisch. Zie voor de pomprendementen en voor het hydromotorrendement de grafiek Elektomotor toerental - 1450 omw/min. De hydromotor heeft een slagvolume van 190 cm3/omw. theoretisch op de bijlage. Vraag 3: Bereken het laagste toerental van. de hydromotor (bij belasting p = 150 bar). Vraag 4: Bereken het hoogste toerental van de hydromotor (bij belasting p = 200 bar). In de retourleiding zijn opgenomen: 1. retourfilter; 2. een injecteur met hulp reservoir (de injecteur vervangt een voedingpomp); 3. koeler. De leidingverliezen zijn nihil. De uitlaatdruk van de hydromotoris en blijft tijdens bedrijf 10 bar. De inlaatdruk van de injecteur is 9 bar. De uitlaatdruk van de injecteur is 5 bar.2 De koeler heeft een drukverschil van 3 bar. Vraag 5: Hoe groot is het drukverschil over de retourfilter? Vraag 6: Hoe hoog is de inlaatdruk van de pompen? Vraag 7: Hoe groot is het afgegeven vermogen van de elektromotor bij het laagste toerental van de hydromotor als de pompdruk 150 kgf/cm2 is? (zie rendementen grafiek) Vraag 8: Hoe groot is het afgegeven vermogen van de elektromotor bij het hoogste toerental van de hydromotor als de pompdruk nu 200 kgf/cm2 is? (zie rendementen grafiek) Vraag 9: Hoe groot is het koppel (draaimoment) van de hydromotor als de pompdruk 200 bar is? (bij het hoogste toerental)(leiding verliezen nihil) Vraag 10a:Waarom is er een accumulator in het systeem opgenomen? Vraag 10b:Waarom is er een terugslagklep bij de hydromotor geplaatst? 13
Opdracht 3b berekening componenten vervolg Opdracht 3b berekening componenten vervolg 14
Voorbeeld hydraulisch schema mobiele kraan schema mobielekraan.jpg Benaming schema mobielkraan 15
Literatuurlijst / Links: pneumatiek: http://pneumatiek-perslucht.startpagina.nl/ http://www.boschrexroth.com/country_units/europe/netherlands/nl/producten_systemen/brp/index.jsp http://www.festo.com/inetdomino/nl/nl/company_portal_nl.htm http://www.fluidsim.de/fluidsim/index4_e.htm http://www.festo-didactic.com/int-en/ (kies hieruit de optie services of learning systems en daaruit de optie software..) http://www.pneumatica.be/ http://www.sauer-danfoss.com/ http://www.ascojoucomatic.nl/ http://www.norgrenpneumatiek.nl (martonair) http://www.bustechnologie.nl/default_new.htm http://www.ideoma.nl/bibliotheken.htm http://www.cadcollege.com/tools/symbolen/nen3348.htm www.it.fnt.hu.nl/~fweeda Hydrauliek: http://hydrauliek.startpagina.nl/ http://www.boschrexroth.com/business_units/bri/en/downloads/index.jsp http://www.boschrexroth.com/country_units/europe/netherlands/nl/cad_files_2006/index.jsp;jsessionid=baclkfqhbkzjt7tbhqucr http://home.wxs.nl/~brink494/frm_nl.htm http:/nl.wikipedia.org/ Boeken: Rovc cursus hydraulische systeem techniek Informatie voor de werktuigbouwkunde van hr W. Kok en anderen Poly-technisch zakboek Hydrauliek, JJ van der Wulp, M Blokzijl Hydrauliek en Pneumatiek voor mobiel werktuigen, M.J. van de Velde Digitale schakelingenvoor de Werktuigbouwkundigen, T.C Balder Schema lezen Pneumatiek J.Vinke Pneumatiek besturingen, JC de Waal, M. Blokzijl Digitale besturingstechniek, J.Schoute,M. Schut Inleiding tot de Automatisering voor het technisch hoger onderwijs, Drost, Ouwehand 16