Υδραυλικά & Πνευματικά ΣΑΕ Εργαστηριακό μέρος του μαθήματος

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Υδραυλικά & Πνευματικά ΣΑΕ Εργαστηριακό μέρος του μαθήματος Ενότητα: Σημειώσεις Εργαστηρίου Μιχαήλ Παπουτσιδάκης Τμήμα Αυτοματισμού

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

1. Εισαγωγή... 4 2. Σκοποί ενότητας... 4 3. Εφαρμογές Πνευματικών ΣΑΕ... 5 3.1 Άσκηση 1... 5 3.1.1 Πνευματικά διαγράμματα... 6 3.1.2 Πνευματικά εξαρτήματα... 7 3.1.3 Υπολογιστικό Θέμα... 8 3.2 Άσκηση 2... 10 3.2.1 Πνευματικά κυκλώματα... 11 3.2.2 Πνευματικά εξαρτήματα... 12 3.3 Άσκηση 3... 13 3.3.1 Πνευματικά διαγράμματα... 14 3.4 Άσκηση 4... 15 3.4.1 Πνευματικά διαγράμματα... 16 3.5 Άσκηση 5... 17 3.5.1 Πνευματικά διαγράμματα... 17 3.6 Άσκηση 6... 18 3.6.1 Πνευματικά διαγράμματα... 18 4. Εφαρμογές Υδραυλικών ΣΑΕ... 19 4.1 Άσκηση 1... 19 4.1.1 Υδραυλικά διαγράμματα... 19 4.2 Άσκηση 2... 20 4.2.1 Υδραυλικά διαγράμματα... 21 4.3 Άσκηση 3... 23 4.3.1 Υδραυλικά διαγράμματα... 23

1. Εισαγωγή Το παρόν τεύχος σημειώσεων απευθύνεται στους φοιτητές που παρακολουθούν το μάθημα ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΠΕΝΥΜΑΤΙΚΑ ΣΑΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Μηχανικών Αυτοματισμού. Οι ασκήσεις λαμβάνουν χώρα στο Εργαστήριο Υδραυλικά Πνευματικά ΣΑΕ, στην αίθουσα Γ021. Κατά κανόνα οι φοιτητές εκτελούν τις ασκήσεις ατομικά, υπό την επίβλεψη των στελεχών του Εργαστηρίου. Στην περίπτωση εργαστηριακών εφαρμογών που απαιτούν ομαδική εργασία, κάθε φοιτητής αναλαμβάνει έναν αυτοτελή ρόλο. Επισημαίνεται ότι αρκετοί συνήθεις βιομηχανικοί κίνδυνοι είναι υπαρκτοί στο περιβάλλον του Εργαστηρίου και παρόντες κατά τη εκτέλεση των εργαστηριακών ασκήσεων. Οι ασκήσεις εκτελούνται σε εκπαιδευτικές διατάξεις με διαστάσεις και παραμέτρους σχετικά περιορισμένες συγκριτικά με τη βιομηχανική πράξη όχι όμως σε αβλαβή ή αμελητέα επίπεδα. Αποτελεί ευθύνη και μέριμνα όλων και του καθενός ατομικά η προστασία ανθρώπων και εγκαταστάσεων και, πρωτίστως, η προσωπική ασφάλεια. 2. Σκοποί ενότητας Σκοπός της ενότητας «Υδραυλικά Πνευματικά ΣΑΕ Εργαστηριακές Ασκήσεις» είναι οι φοιτητές που την παρακολουθούν να: γνωρίσουν σε βάθος τα γνωστικά αντικείμενα του μαθήματος Υδραυλικά Πνευματικά Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου, αποκτήσουν την εμπειρία συνδεσμολογίας υδραυλικών και πνευματικών κυκλωμάτων, αναγνωρίζουν τα βασικά εξαρτήματα από τα οποία αποτελείται ένα πνευματικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου, αναγνωρίζουν τα βασικά εξαρτήματα από τα οποία αποτελείται ένα υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου, να εφαρμόζουν τις μεθόδους και τεχνικές του αυτοματισμού για τον έλεγχο των υδραυλικών και πνευματικών συστημάτων ελέγχου, ώστε αυτά να λειτουργούν με αποτελεσματικότητα και ασφάλεια.

3. Εφαρμογές Πνευματικών ΣΑΕ 3.1 Άσκηση 1 Με βάση τα διαγράμματα 1α, 2α, και τα εικονιζόμενα παραπλεύρως στοιχεία να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα κυκλώματα ελέγχου εμβόλου απλής ή διπλής ενέργειας µε τις ακόλουθες ρυθμίσεις. 1. Έμβολο διπλής ενέργειας a. Αύξηση ταχύτητας προς Α+ και μείωση ταχύτητας προς Α-. b. Αύξηση ταχύτητας προς Α- και μείωση ταχύτητας προς Α+. c. Μείωση ταχύτητας και προς τις δύο κατευθύνσεις. d. Αύξηση ταχύτητας και προς τις δύο κατευθύνσεις. e. Μείωση δύναμης προς Α+ ώστε το έμβολο να µην ολοκληρώνει την έξοδο. f. Μείωση δύναμης προς Α- ώστε το έμβολο να µην ολοκληρώνει την είσοδο. 2. Έμβολο απλής ενέργειας. a. Αύξηση ταχύτητας προς Α- και μείωση ταχύτητας προς Α+. b. Μείωση ταχύτητας και προς τις δύο κατευθύνσεις. c. Μείωση δύναμης προς Α+ ώστε το έμβολο να µην ολοκληρώνει την έξοδο. 3. Να μελετηθεί το υπολογιστικό θέμα 3. 4. Να καταστρωθούν οι εξισώσεις δυνάμεων που καλύπτουν την κατάσταση ισορροπίας στα έμβολα απλής και διπλής ενέργειας που δεν ολοκληρώνουν την έξοδό τους λόγω μείωσης δύναμης.

3.1.1 Πνευματικά διαγράμματα 1. Έλεγχος εμβόλου απλής ενέργειας Σχήμα 1 - Έλεγχος εμβόλου απλής ενέργειας 2. Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας Σχήμα 2 - Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας

3.1.2 Πνευματικά εξαρτήματα 1. Ρυθμιστής ροής Σχήμα 3 - Ρυθμιστής ροής 2. Ρυθμιστής πίεσης Σχήμα 4 - Ρυθμιστής πίεσης 3. Βαλβίδα ταχείας ανακούφισης Σχήμα 5 - Βαλβίδα ταχείας ανακούφισης

3.1.3 Υπολογιστικό Θέμα Στο πνευματικό διάγραμμα τα στοιχεία είναι: ΕΜΒΟΛΑ: Α Β C Πραγματική δύναμη: 15 z (kp) 5 z (kp) 100 (kp) Διαδρομή: 2000mm (d/d=0,2) 200mm 500mm Χρόνος παλινδρόμησης: 10sec 5sec 5sec Ροή κιβωτίου: Πίεση λειτουργίας: 60 Παλινδρομήσεις / Ώρα 6 Bar Να υπολογιστεί η κατανάλωση αέρα σε Nlt/min και ο όγκος αεριοφυλακίου του αεροσυµπιεστή.

9 1 8 2 14 1 3 2 A 1 2 4 3 2 1 2 1 4 5 12 3 14 C 3 2 3 2 1 2 1 2 5 4 7 4 2 12 14 6 3 1 5 1 3 Σχήμα 6 - Αυτοματισμός Σταθμού Μεταφοράς: (ΚΙΝΗΣΕΙΣ: Α- Β+ C+ C- A+ B- )

3.2 Άσκηση 2 Με βάση τα διαγράμματα 2α, 2β, 2γ και 2δ να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα ακόλουθα πνευματικά κυκλώματα. 1. Ελέγχου εμβόλου διπλής ενέργειας µε επιστροφή αυτόματη όταν παραµείνει στη θέση + κάποιο χρόνο (ο χρόνος αρχίζει να μετράει µε τον τερματισμό της διαδρομής). 2. Ελέγχου εμβόλου διπλής ενέργειας µε επιστροφή αυτόματη είτε ενεργοποιήσει τερματοβαλβίδα είτε μετά από κάποιο χρόνο από την εκκίνησή του χωρίς τερματισμό της διαδρομής. 3. Έξοδος βάκτρου εμβόλου διπλής ενέργειας και επιστροφή του όταν η πίεση στον κύλινδρο φτάσει σε ορισμένη τιμή. 4. Σύστημα εκκίνησης µε 4 βαλβίδες κομβίου που να ενεργοποιείται όταν οι βαλβίδες πατιόνται ανά δύο (ζυγές ή μονές). 5. Σύστημα εκκίνησης µε 3 βαλβίδες κομβίου που να ενεργοποιείται: a. Με το σύστημα AND. b. Με το σύστημα OR. 6. Μετατροπή του κυκλώματος 2α σε ηλεκτρομαγνητικό (δίνονται τα ηλεκτρομαγνητικά εξαρτήματα).

3.2.1 Πνευματικά κυκλώματα Διάγραμμα 2α - Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας με αυτόματη επιστροφή. Σχήμα 7 - Διάγραμμα 2α - Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας με αυτόματη επιστροφή. Διάγραμμα 2β - Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας με χρονική επιστροφή. Σχήμα 8 - Διάγραμμα 2β - Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας με χρονική επιστροφή.

Διάγραμμα 2γ - Έξοδος εμβόλου απλής ενέργειας και επιστροφή όταν η πίεση τον κύλινδρο φθάσει σε ορισμένη τιμή. Σχήμα 9 - Διάγραμμα 2γ - Έξοδος εμβόλου απλής ενέργειας και επιστροφή όταν η πίεση τον κύλινδρο φθάσει σε ορισμένη τιμή. Διάγραμμα 2δ - Σύστημα OR δύο σημείων. Σχήμα 10 - Διάγραμμα 2δ - Σύστημα OR δύο σημείων. 3.2.2 Πνευματικά εξαρτήματα Σχήμα 11 Πνευματικά εξαρτήματα

3.3 Άσκηση 3 1) Με βάση το διάγραμμα 3α και το 2β της προηγούμενης άσκησης, να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα ακόλουθα κυκλώματα: 1.1) Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας που παλινδρομεί συνεχώς και σταματά σε θέση (+) µε χρήση µόνο της μιας τερματοβαλβίδας. 1.2) Ομοίως µε το 1.1 µε τη χρήση µόνο της αριστερής τερματοβαλβίδας. 1.3) Ομοίως µε το 1.1 µε τη χρήση µόνο της δεξιάς τερματοβαλβίδας. 1.4) Έλεγχος εμβόλου διπλής ενέργειας που παλινδρομεί συνεχώς και σταματά σε θέση (-) µε χρήση µόνο της αριστερής τερματοβαλβίδας. 1.5) Ομοίως µε το 1.4 µε τη χρήση µόνο της δεξιάς τερματοβαλβίδας. 1.6) Μετατροπή του κυκλώματος 3α ηλεκτροπνευματικό (δίνονται τα εξαρτήματα και το ηλεκτρικό κύκλωμα). 2) Να σχεδιαστεί σύστημα παλινδρόμησης εμβόλου µε σταμάτημα μετά από κάποιο χρόνο λειτουργίας (χρήση χρονοβαλβίδας).

3.3.1 Πνευματικά διαγράμματα Διάγραμμα 3α - Συνεχής παλινδρόμηση με σταμάτημα Α- Σχήμα 12 - Διάγραμμα 3α - Συνεχής παλινδρόμηση με σταμάτημα Α- Ηλεκτρικό κύκλωμα Σχήμα 13 Το Ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης

3.4 Άσκηση 4 1) Με βάση το διάγραμμα 4α να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα ακόλουθα κυκλώματα: 1.1) Συσχετιζόμενης κίνησης εμβόλων Α, Β συνεχούς λειτουργίας Α+ Β+ Α- Β-. 1.2) Ως ανωτέρω με κίνηση Β+ Α- Β- Α+. 1.3) Ως ανωτέρω με κίνηση Α- Β- Α+ Β+. 1.4) Ως ανωτέρω με κίνηση Β- Α+ Β+ Α-. 1.5) Ομοίως µε το 1.4 µε τη χρήση µόνο της δεξιάς τερματοβαλβίδας. 1.6) Σύστημα συσχετιζόμενης κίνησης εμβόλων Α, Β συνεχούς λειτουργίας Α+ Β+ Β- Α- με χρήση τερματοβαλβίδων μονής κατεύθυνσης λειτουργίας όπου χρειάζεται. 2) Συναρμολόγηση του κυκλώματος που εικονίζεται στο ηλεκτροπνευματικό διάγραμμα 4β.

3.4.1 Πνευματικά διαγράμματα Διάγραμμα 4α - Συσχετισμός κινήσεων Α+ Β+ Α- Β- Σχήμα 14 - Διάγραμμα 4α - Συσχετισμός κινήσεων Α+ Β+ Α- Β- Ηλεκτροπνευματικό διάγραμμα 4β - Συσχετισμός κινήσεων Α+ Β+ Α- Β- Σχήμα 15 Διάγραμμα 4β - Συσχετισμός κινήσεων Α+ Β+ Α- Β-

3.5 Άσκηση 5 1) Να συνδεθεί το πνευματικό κύκλωμα 5. Συνεχής παλινδρόμηση εμβόλων A,B με κύκλο Α+ Β+ Β- Α-, με τη μέθοδο CASCADE. 2) Να σχεδιαστεί το πνευματικό διάγραμμα: Συνεχής παλινδρόμηση εμβόλων Α, Β με κύκλο Α- Β+ Β- Α+ με τη μέθοδο CASCADE. 3.5.1 Πνευματικά διαγράμματα Διάγραμμα 5 - Συνεχής παλινδρόμηση εμβόλων A,B με κύκλο Α+ Β+ Β- Α-, με τη μέθοδο CASCADE. Σχήμα 16 - Διάγραμμα 5 - Συνεχής παλινδρόμηση εμβόλων A,B με κύκλο Α+ Β+ Β- Α-, με τη μέθοδο CASCADE.

3.6 Άσκηση 6 1) Να συνδεθεί το πνευματικό κύκλωμα του διαγράμματος 6. 2) Να προγραμματιστούν με τη βοήθεια του PLC οι παρακάτω κινήσεις: 8α: Α+ Β+ Β- Β+ Β- Α-. 8β: Α+ Β+ C+ B- A- C- 8γ: Α+ Β+ Β- C+ C- B+ B- C+ C- A- 3.6.1 Πνευματικά διαγράμματα Διάγραμμα 6 Ηλεκτροπνευματικό κύκλωμα με PLC. Σχήμα 17 - Διάγραμμα 6 - Ηλεκτροπνευματικό κύκλωμα με PLC. Πίνακας Αντιστοιχίας INPUTS OUTPUTS 01 : A 0 01 : A+ 02 : A 1 02 : B+ 03 : B 0 03 : C+ 04 : B 1 04 : C- 05 : C 0 05 : - 06 : C 1 06 : - 07 : - 07 : - 08 : - 08 : -

4. Εφαρμογές Υδραυλικών ΣΑΕ 4.1 Άσκηση 1 1) Με βάση το διάγραμμα 7 να συναρμολογηθούν τα κυκλώματα: 1.1) Ρύθμιση της ταχύτητας του εμβόλου προς την κατεύθυνση Α+. 1.2) Ως ανωτέρω προς την κατεύθυνση Α-. 1.3) Ρύθμιση της ταχύτητας των εμβόλων Α και Β προς την κατεύθυνση Α+ και Β+ µε ένα ρυθμιστή ροής. 1.4) Ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα. Οι ανωτέρω ρυθμίσεις να γίνουν με Meter In και Bleed Off. 2) Να σχεδιαστούν τα διαγράμματα των κυκλωμάτων που συναρμολογήθηκαν. 3) Να καταγραφούν τα υλικά που απαρτίζουν το κύκλωμα του διαγράμματος. 4.1.1 Υδραυλικά διαγράμματα Διάγραμμα 7 Έλεγχος υδραυλικού εμβόλου. Σχήμα 18 Διάγραμμα 7 Έλεγχος υδραυλικού εμβόλου 19

4.2 Άσκηση 2 1) Με βάση το διάγραμμα 8 να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα κυκλώματα ακολουθίας κινήσεων των εμβόλων Α και Β ή κινητήρα C: 1.1) Α+ / Β+ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.2) Α+ / Β- ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.3) Α- / Β+ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.4) Α- / Β- ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.5) Β+ / Α- ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.6) Β+ / Α- ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ 1.7) Α+ / C 2) Με βάση το διάγραμμα 9 να σχεδιαστούν και κατόπιν να συναρμολογηθούν τα κυκλώματα μειώσεως πιέσεως εμβόλων Α και Β: 2.1) ΕΞΟ ΟΣ ΕΜΒΟΛΩΝ Α ΚΑΙ Β ΜΕ ΜΕΙΩΣΗ ΠΙΕΣΕΩΣ ΕΜΒΟΛΟΥ Α. 2.2) ΕΞΟ ΟΣ ΕΜΒΟΛΩΝ Α ΚΑΙ Β ΜΕ ΜΕΙΩΣΗ ΠΙΕΣΕΩΣ ΕΜΒΟΛΟΥ Β. 2.3) ΕΞΟ ΟΣ ΕΜΒΟΛΩΝ Α ΚΑΙ Β ΜΕ ΜΕΙΩΣΗ ΠΙΕΣΕΩΣ ΕΜΒΟΛΟΥ Α ΚΑΙ Β. 3) Υπολογιστικό Θέμα: Στο υδραυλικό διάγραμμα 10 που δίνεται τα έμβολα κινούνται ετεροχρονισμένα. Να υπολογιστούν: α) Οι ροές λαδιού στις γραμμές Α και Β των εμβόλων σε lt / min. β) Η παροχή (lt / min) και η ισχύς (kw) της απαιτούμενης αντλίας. γ) Οι διάμετροι των σωλήνων Α, Β, Ρ. 20

4.2.1 Υδραυλικά διαγράμματα Διάγραμμα 8 Υδραυλικό κύκλωμα ακολουθίας εμβόλων Β+ Α+. Επιστροφή ταυτόχρονη. Σχήμα 20 - Διάγραμμα 8 Υδραυλικό κύκλωμα ακολουθίας εμβόλων Β+ Α+. Επιστροφή ταυτόχρονη. Διάγραμμα 9 Υδραυλικό κύκλωμα εξόδου εμβόλων Α και Β µε μείωση πιέσεως εμβόλου Β. Σχήμα 21 - Διάγραμμα 9 Υδραυλικό κύκλωμα εξόδου εμβόλων Α και Β µε μείωση πιέσεως εμβόλου Β. 21

Διάγραμμα 10 Υδραυλικό κύκλωμα Σχήμα 22 - Διάγραμμα 10 Υδραυλικό κύκλωμα 22

4.3 Άσκηση 3 1) Με βάση το διάγραμμα 11 να συναρμολογηθούν τα κυκλώματα διαφορικής ταχύτητας εμβόλου: 1.1) Με στραγγαλισμό εισερχόμενου λαδιού. 1.2) Με στραγγαλισμό εξερχόμενου λαδιού. 2) Να σχεδιαστούν τα διαγράμματα των κυκλωμάτων που συναρμολογήθηκαν. 3) Να σχεδιαστεί το αναγεννητικό κύκλωμα εμβόλου Α με σχέση D/d να είναι 3/1. Ποια η σχέση των χρόνων πρόωσης του εμβόλου Α συνδεδεμένου σε κύκλωμα αναγέννησης και σε συμβατικό κύκλωμα. 4.3.1 Υδραυλικά διαγράμματα Διάγραμμα 11 Υδραυλικό διάγραμμα διαφορικής ταχύτητας Σχήμα 23 - Διάγραμμα 11 Υδραυλικό διάγραμμα διαφορικής ταχύτητας Διάγραμμα 12 Κύκλωμα αναγέννησης Σχήμα 24 - Διάγραμμα 12 Υδραυλικό κύκλωμα αναγέννησης 23