12. Hydraulické pohony ↔
Převádí tlakovou energii hydraulické kapaliny na pohyb
↔ Při přeměně energie dochází ke ztrátám – ztrátová energie se mění na teplo Rozdělení: a) válce ↔ výsledkem je přímočarý pohyb b)
hydromotory
↔
otáčivý (rotační) pohyb
c)
kyvné pohony
↔
kývavý pohyb (otáčivý v určitém úhlu)
12.1. Hydraulické válce ↔ Používají se k vyvození přímočarého (lineárního) pohybu ↔
Minimální stlačitelnost kapaliny umožňuje použít ve válcích vysoké tlaky (desítky MPa) a tím vyvinout velké síly
↔ Válce jsou robustní - musí mít velkou pevnost (pístní tyče válců se musí kontrolovat na pevnost ve vzpěru) ↔ Síla působící na píst válce s plochou S při tlaku kapaliny p je: F=p*S ↔ Rychlosti pohybu válců jsou menší, ale rovnoměrnější (oproti pneumatice) ↔
Známe-li požadovanou rychlost pístu v a jeho plochu S, pak objemový průtok kapaliny Q=S*v (viz fyzikální základy) Pozn. Velikosti válců se pohybují až do průměru 1 m a do zdvihu 10 m
12.1.1. Jednočinné válce ↔ Tak kapaliny působí jen na jednu stranu pístu => používá se pro pracovní pohyby v jednom směru ↔
Zpátky vrací píst pružina - pokud stačí malá síla nebo tíha zvedaného břemene, popř. vlastního pístu (válec musí být ve svislé poloze) Použití jednočinného válce - upínání
Zvedák
Plunžr
Teleskop
Zvláštní provedení válců u zvedáků: ↔ prodloužený píst bez pístní tyče (plný píst) a) Plunžr ↔ má jednodušší konstrukci, je pevný ve vzpěru ↔ výsuvný válec - několik pístů s různým průměrem zasunutých v sobě b) Teleskop
↔ velký zdvih a zároveň malá délka zasunutého válce ↔
nevýhoda - s menším průměrem vnitřnějšího pístu se zmenšuje působící síla a zvětšuje rychlost pístu
12.1.2. Dvojčinné válce ↔ Tak kapaliny působí na obě strany pístu => používá se pro pracovní pohyby v obou směrech
Hydraulika 07
Dvojčinný válec
Části dvojčinného válce
1z9
a) Válce s jednostrannou pístní tyčí Části: ↔
na strany pístu působí různé síly vlivem rozdílné plochy S1 a S2=> píst je vysouván větší silou (větší plocha pístu)
1 píst
↔
zároveň je rychlost pohybu je při vysouvání menší (větší plocha) a při zasouvání větší (použití např. u vodorovné obrážečky)
↔ obsahuje v drážkách těsnění a vodící kroužky 2 pístnice ↔ pístní tyč - je jen na jedné straně pístu, na konci má závit, příp. oko 3 válec
↔ vlastní trubka válce
4 hrdla
↔ vstup a výstup kapaliny
5 víka
↔ dno + hlava - víko u pístní tyče obsahuje těsnění a vodící + stírací kroužky
6 oka ↔ mívají naklápěcí kluzná ložiska Varianta zapojení - válec s obtékáním (diferenciální válec): ↔ slouží pro stejnou rychlost pohybu pístu v obou směrech a stejné síly působící na píst ↔ Poměr ploch pístů musí být 2:1 (pístnice má větší průměr než u běžného válce) Vysouvání pístu – 3/2-cestný ventil je otevřený - na obě strany pístu působí stejný tlak, ale plocha pístu S2
↔ na straně pístnice je menší – poloviční (o pístnici) – tedy síla je menší a píst se vysouvá, kapalina se přepouští (obtéká) před čerpadlo – průtok se zvětší o přepouštěnou kapalinu = zvětší se rychlost vysouvání ↔
Zasouvání pístu – ventil je zavřený – tlak působí jen na stranu pístu s pístnicí a zasouvá píst, kapalina z druhé strany pístu se vrací do nádrže
Zapojení válce s obtékáním
Symetrický válec
Servoválec
Sériový válec
b) Válce s oboustrannou pístní tyčí (symetrické válce) ↔ Pístnice je na obou stranách pístu ↔ Plochy pístu jsou stejné => rychlost pohybu je v obou směrech stejná, působící síla je taky stejná ↔ Válec snese větší radiální zatížení (kolmé na podélnou osu) - díky oboustrannému uložení pístní tyče ↔ Nevýhoda - větší délka válců c) Sériové válce (tandemy) ↔ dva válce za sebou, pístní tyč je společná ↔ nabízí zvětšení síly při stejném průměru válce (zvětší se plocha, na kterou působí kapalina)
Hydraulika 07
2z9
d) Servoválce ↔
slouží k přesnému nastavení polohy
↔
jsou řízeny elektrohydraulickým ventilem namontovaným přímo ve válci
↔
mají odměřování polohy válce (snímač pro zpětnou vazbu)
12.2. Hydraulické motory ↔ Mění tlakovou energii kapaliny na rotační pohyb (principem jsou opakem čerpadel) ↔ Konstrukcí a rozdělením jsou obdobné čerpadlům ↔ Umožňují velké točivé momenty i při nízkých otáčkách ↔ Jsou menší než výkonově odpovídající elektromotory ↔ Použití např. jako pohony pásových vozidel, nářadí, stolů Pozn. Příbuzná zařízení jsou vodní turbíny ve vodních elektrárnách (Peltonova, Francisova, Kaplanova)
12.2.1. Rozdělení hydromotorů Pístový axiální
Příklad použití - posun stolu
Zubový
a) Pístové motory ↔ Např. axiální pístové motory se šikmou osou (osa pohybu pístů je přibližně v ose otáčení hnané hřídele) ↔ tlak kapaliny působí na písty (1), které přes kulové čepy (2) roztáčí kruhovou desku (3) ↔ jsou tiché, mají rovnoměrný chod, umožňují použít vysoké tlaky ↔ mají velký rozběhový moment (těžký rozběh) b) Rotační motory ↔ spoluzabírající ozubená kola, jsou bezúdržbové, zabírají malý prostor 1. Zubové
2. Lamelové
↔
mají větší hlučnost, těžký rozběh (velký rozběhový moment - potřebují velký tlak), menší účinnost (velké tření)
↔ lamely musí být přitlačovány pružinami nebo tlakem kapaliny ↔ použití pro větší objemy, mají rovnoměrný chod, malou hlučnost
3. Šroubové ↔ použití jako průtokoměry
12.2.3. Připojení hydromotoru Otevřený hydrookruh
Hydraulika 07
Uzavřený hydrookruh
Varianta s válcem
3z9
a) Otevřený okruh: 1 čerpadlo 2
tlačí kapalinu jen jedním směrem (stačí levnější čerpadlo bez nastavování směru průtoku - např. pístové)
↔
třípolohový cestný ventil
↔ nastavuje směr otáčení motoru, případně klidovou polohu
3 hydromotor
↔ otáčky se řídí otáčkami čerpadla
4 přetlakové ventily
↔ chrání před přetížením
↔ kapalina se vrací z motoru do nádrže, kde se chladí a čistí filtry od nečistot většina probíraných hydraulických schémat jsou otevřené okruhy b) Uzavřený okruh: 1 čerpadlo ↔ umožňuje změnu směru proudění (např. zubové) 2 hydromotor
↔ směr otáčení motoru se mění podle směru proudění kapaliny
3 zpětné ventily
↔ slouží pro vyrovnávání ztrát průsakem - kapalina se přes ně nasává z nádrže
↔ kapalina koluje mezi čerpadlem a hydromotorem (nevrací se do nádrže) ↔ není potřeba cestný ventil – změna směru otáčení motoru je rychlejší ↔ okruh umožňuje dodávat hydromotoru větší tlaky, v okruhu stačí méně kapaliny ↔ nevýhoda - kapalina se víc zahřívá a dřív stárne, nemá kdy se pročistit - musí se chladit a častěji vyměňovat ↔ použití např. pro pohony u pásové dopravní techniky
12.3. Kyvné pohony Křídlový kyvný pohon
Hřebenový kyvný pohon
1 křídlo
1 pastorek
2 přepážka s přívody kapaliny
2 píst s hřebenem
Použití: Pohon kyvných mechanizmů s rozsahem otáčení (kývání) od 50° do 360° - uzavírání, otevírání nebo ↔ přestavování klapek, pro pohyby částí transportních zařízení, uchopování a upínání předmětů Varianty: také lopatkové - kapalina působí na plochu křídla (lopatky, lamely) spojeného s křídlové kyvné ↔ hřídelí, varianta s dvoustrannou lopatkou (s větším momentem, ale menším kyvem) a) motory ↔ výhody: nemají mechanický převod, jednoduchost b)
hřebenové kyvné ↔ píst pohybuje s hřebenem, který přes ozubení otáčí pastorkem motory ↔ umožňují dosáhnout větších kroutících momentů
Hydraulika 07
4z9
Opakování - hydraulické pohony
13. Hydraulické ventily ↔
Principiálně jsou obdobné pneumatickým, ale jsou robustnější (větší tlaky)
13.1. Cestné ventily (rozváděče) ↔
Mění směr proudění kapaliny a tím směr pohybu pístů ve válcích Značka
Název ventilu 3/2 - ventil
Použití jednočinné válce
4/2 - ventil dvojčinné válce, směr otáčení hydromotorů 5/2 - ventil 4/3, 5/3 - ventil s aretovanou polohou
prostřední poloha pro zablokování pístu (hydromotoru)
4/3, 5/3 - ventil s plovoucí polohou
prostřední poloha pro volný pohyb pístu (hydromotoru)
Provedení 4/2 ventilu s pákou
Cesty P
Provedení 5/2 ventilu s elmg. ovládáním
přívod od čerpadla
A,B odvod k válcům T,R odvod do nádrže Ovládání cestných ventilů: ruční - pákou bez aretace/s aretací, nožní - pedálem, pružinou, strojní - dojezd na dřík, a) Mechanické ↔ kladku Hydraulika 07
5z9
b) Hydraulické ↔ přesun šoupátka tlakem kapaliny c) Elektrické
↔ elektromagnetem, servomotorem
13.2. Zpětné (blokovací, jednosměrné) ventily ↔
Propouštějí kapalinu jen v jednom směru, v opačném směru průtok blokují Řez zpětným ventilem
Ochrana čerpadla
Zpětný ventil s odblokováním
Hydraulický zámek
Obtok filtru
uzavírací 1 kulička nebo kužel 2 pružina Použití: ochrana ↔ čerpadla
↔ ochrana proti přetížení čerpadla (vracení kapaliny a roztočení čerpadla obráceně) zpětný ventil s odblokováním tlakem kapaliny ↔
zajištění ↔ polohy válce (aretace)
↔
např. u zvedáku - cestný ventil nemusí kvůli průsaku pístu šoupátka udržet válec při zatížení v nastavené poloze - zpětný ventil je pojistka proti klesnutí
↔
pro zasunutí válce (cestný ventil vlevo) je zpětný ventil odblokován pístem napojeným na tlakovou kapalinu (vstup Z)
Hydraulický zámek - pro udržení válce v libovolné poloze (i při poruše hydrauliky) ↔ ↔ dvojice blokovacích zpětných ventilů ve společném pouzdře ↔ tlakový přítok na jednu stranu pístu odblokuje odtok kapaliny z druhé strany pístu
↔ obtok znečištěného filtru
13.3. Průtokové (škrtící) ventily Mění průtok kapaliny zúžením průtočného průřezu
↔
↔ Používají se pro řízení rychlosti válců nebo otáček hydromotorů Rozdělení: ↔ Pevné ventily ↔ mají neměnné zúžení – provedení podle délky zúžení jako tryska nebo clona ↔
Stavitelné ventily
↔
mají nastavitelné zúžení - varianty: jehlový ventil se stavěcím šroubem nebo pístový ventil s otočným tvarovaným pístem
Stavitelný jehlový škrtící ventil
Stavitelný pístový škrtící ventil
1 škrtící jehla 1 tvarovaný píst 2 průtočný průřez 3 závit šroubu 2 přestavovací kolečko 4 těsnění
13.3.1. Řízení rychlosti pohonů a) Škrcení v přívodu v obou směrech jen při vysouvání
Hydraulika 07
b) Škrcení v odtoku v obou směrech jen při vysouvání
6z9
a)
Škrcení přívodu
Škrcení b) odtoku
↔
Zvýšeným tlakem je namáháno jen vedení mezi čerpadlem a průtokovým ventilem - šetří se těsnění pístů, píst je náchylnější ke zpětnému pohybu
↔
Pokud je potřeba rychlé zasouvání válce (neřízené) = škrcení jen v 1 směru – použije se zpětný škrtící ventil (obr. vpravo)
↔
Na píst působí plný tlak oleje – větší zatížení těsnění, není potřeba přidržování válců proti zpětným pohybům
↔ Pro rychlé zasouvání válce se použije opět zpětný škrtící ventil
13.4. Tlakové ventily 13.4.1. Tlakové omezovací ventily ↔
omezují maximální tlak před ventilem (chrání před přetlakem) - také se říká přepouštěcí, pojistné, přetlakové, bezpečnostní Řez ventilem
Ochrana před přetlakem
1
kužel
2
šroub
3
pružina
Posloupnost pohybů válců
Použití: ↔ ochrana hydraulického zařízení před přetlakem ↔
dosažení posloupnosti pohybu válců - jedním válcem se výrobek upne, poté po zvýšení tlaku v rozvodu tlakový ventil pustí kapalinu k druhému válci, který upnutý polotovar tvaruje
13.4.2. Tlakové regulační ventily (redukční) ↔
udržují konstantní tlak za ventilem - také se říká redukční ventily
↔
použití - omezení přítlačné síly válce při upínání tenkostěnných výrobků Řez ventilem
Omezení síly válce
1 píst - otevírá a uzavírá průtok kapaliny 2 řídící vedení - přivádí kapalinu zespodu na píst 3 šroub s pružinou
14. Hydraulická zařízení 14.1. Hydraulický zvedák ↔ Zvedák se používá pro zvedání těžkých břemen - nosnost až stovky tun - je založen na Pascalově zákonu
Hydraulika 07
7z9
↔
Příbuzná zařízení - nůžkový zvedák (zvedací plošina) - nůžkový pákový mechanismus s hydraulickými válci, vertikální lis Nožní zvedák
Motorový zvedák
Lis
Části nožního zvedáku: A páka B
píst čerpadla
↔
zvětšuje sílu na pístu čerpadla (v závislosti na své délce) - kývavý pohyb se vyvozuje ručně nebo nohou přes pedál (pružina zajišťuje zpětný pohyb)
↔ má menší plochu - vytlačuje kapalinu pod píst zvedáku, je veden ve válci
C píst zvedáku ↔
má větší plochu - zvedá břemeno (síla působící na píst zvedáku je větší než síla na pístu čerpadla - úměrně poměru ploch pístů), válec zvedáku je jednočinný
D
zpětné ventily
↔ zajišťují průtok kapaliny jen jedním směrem
E
uzavírací ventil
↔ po jeho otevření píst zvedáku klesá - kapalina se vrací do nádrže
F nádrž ↔ zásoba kapaliny Praktická provedení zvedáku: ↔ přenosný zvedák ↔
panenka - automobilní zvedák
↔ paletovací vozík ↔ kombinace zvedáku a pojízdného vozíku Vylepšená varianta - motorový zvedák: 1 čerpadlo ↔ poháněné motorem - nahrazuje ruční pohon 2 škrtící ventil
↔ řídí rychlost zvedání
3 cestný ventil
↔ rozváděč - přepíná spouštění/zvedání
4 píst zvedáku ve válci 5 přetlakový ventil
↔ chrání před vysokým tlakem, který by poškodil zařízení při dojetí pístu
14.2. Hydraulické zařízení pro upínání nebo tvarové lisování ↔
Hydraulika 07
slouží např. pro upínání součástí nebo pro tvarové lisování plechů Hydraulické zařízení s dvojčinným válcem
8z9
1
nádrž
2
čerpadlo
3
filtr
4
manometr
5
sací potrubí
6
tlakové potrubí
7
odpadní potrubí
8
zásobník
9
přetlakový ventil
10
zpětný ventil
11
4/2 - cestný ventil
12
škrtící zpětný ventil
13
dvojčinný válec
Součástí potrubí jsou hadice, spojky, odbočky, armatury (uzavírací ventily), odvzdušňovací ventily umožňují odstranit vzduch z oleje - olej obsahující vzduch je stlačitelnější a v rozvodu pak není možno dosáhnout požadovaného tlaku Čerpadlo spolu s motorem, nádrží, manometrem, filtrem a přetlakovým ventilem bývá provedeno jako celek - tzv. hydraulický agregát Detail nádrže: Nádrž (tank, vana) slouží jako zásoba hydraulické kapaliny, pro ochlazování kapaliny, usazování nečistot 1a
větrací otvor pro vyrovnání přetlaku/podtlaku
1b
plnící otvor se sítkem
1c
olejoznak - ukazatel úrovně hladiny
1d
přepážky pro uklidnění hladiny
Hydraulika 07
9z9
