Hydraulic Calculation Examples

September 22, 2017 | Author: Heikki Aalto | Category: N/A
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Hydraulic calculations Mobile Machines IHA‐2307

Janne Uusi‐Heikkilä janne.uusi‐[email protected]

Behaviour of simplified hydraulic power transmission The figure presents simplified hydraulic  power transmission. The figure shows  two main parts and auxiliary pump. Parameters of the system: 3 6 Hydraulic pump:  Vp  80 10 m /rev η vol  90 % Electric motor: n m  1000 rev/min

η tot  89 %

Hydraulic motor: η mec  87%

η vol  93% Overall pressure loss in pipelines is 8 bar. Total efficiency of the system is 60 %  (including electric motor).

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Behaviour of simplified hydraulic power transmission State of the system: 1. Relative displacement of the pump is  se to be 50 %. 2. Constant load of the hydraulic motor  is 12kW. 3. Efficiencies is assumed to be constant  on the operating range. Calculate: a) Outlet pressure of main pump b) Flow rate Q1 c) Load when pressure relief valve  opens d) Displacement of the motor when  rotational speed of the motor is 200  rpm e) Supply power of electric motor f) Mechanical efficiency of the main  pump

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Behaviour of..: a) Outlet pressure of main pump Q p  50 %  n  Vp  ηvol rev 80 l cm³ l   0.9  36  600 Q p  0.5 1000 s min min 1000 rev

Pressure at inlet of the  motor: p inlet 

P Q p  η mec  η vol

12 103W   247 bar m ³ 600 10 -6  0.93  0.87 s

Outlet pressure of pump: 247 bar + 8 bar = 255 bar IHA‐2307

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Behaviour of..: b) Flow rate Q1 Leak flow Q1: Leakage of the pump: Q pl  (1  η vol )  50%  n  Vp cm³ rev  (1  0.9)  0.5 1000  80 rev min l 4 min

Leakage of the motor: Q ml  (1  η vol )  Q p  (1  0.93)  36

l l  2.52 min min

Total leakage: Ql = Qpl + Qml = (4 + 2.52) l/min =  6.52 l/min IHA‐2307

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Behaviour of..: c) Load when pressure relief valve opens

Maximum of the pressure on the out let of the  pump is 270 bar. ‐> pressure difference over the motor can be:  270 bar – 8 bar = 262 bar

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Behaviour of..: d) Displacement of the motor when  rotational speed of the motor is 200 rpm

Flow equation m  C m  nm  Vm Q p η vol Vm 

Q p η vol nm

36 l

 0.93 % min Cm  200 rev min  167 cm³ rev

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Behaviour of..: e) Supply power of electric motor Total efficiency of the  hydraulic system was 60 % 12 kW Pp   20 kW 60 %

20 kW Pem   22.5 kW 89 %

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Behaviour of..: f) Mechanical efficiency of the main pump

Equation of power and torque P  M  ω,

M

and to numbers Mp 

η mec   

Pp ωp

 0.5  Δp 

Vp



p  C η mec 1

2π η mec

0.5  Δp  Vp  ω p P  2π 0.5  Δp  Vp  n p  2π P  2π 0.5  255 10 5 Pa  80 10 6 m ³

 85%

20 103W  60 s

rev

1000 rev

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Variable displacement pump is used to control fixed  displacement motor

Properties of the pump Vp  164 10 6 m 3 /rev n  25 rev/s (constant, fixed to electric motor) λ p  0.9 10 6 m 3 /(s  bar)  mec  85%

Properties of the motor Vm  65 10 6 m 3 /rev λ m  0.9 10 6 m 3 /(s  bar) η mec  85% J m  1.0 kg  m 2 IHA‐2307

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Variable displacement pump is used to control fixed  displacement motor Compressibility of the fluid and  pressure losses  in the pipe line  are neglected. Calculate: a) acceleration of the hydraulic  motor, when it’s rotational  speed is 33 rev/s and pump  displacement is 60 %. b) required power of electric  motor when system state is  same than in question a).

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Variable disp..: a) acceleration of the hydraulic motor, when it’s  rotational speed is 33 rev/s and pump displacement is 60 %. Q  n p Vp  λ p Δp  n m Vm  λ m Δp Δp 

Mm

n p Vp n mVm (λ p  λ m )



25  0.6 164 10 6  33  65 10 6 (0.9  0.9) 10

6

 178bar

dω m J dt

2π  M m Vm Δp 2π η m_mec  Δp  Vm

η m_mec  dω m  dt

J  2π

0.85 178 105  65 10 6 rad   156 2 2π 1.0 s IHA‐2307

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Variable disp..: b) required power of electric motor when  system state is same than in question a).

ΔpQ Pem  ηp_tot Δp  (n p Vp ηp_vol ) ηp_tot Δpn p Vp  ηp_mec 178 105  25  0.6 164 10 6  0.85  51.4kW

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One former exam question: There is below the hydraulic diagram of the hydrostatic power transmission  (a closed loop hydraulic system). Name the numbered components of the  hydraulic system and explain their operation in the system briefly.

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