Hydraulické mechanismy Plynulá regulace rychlosti, tlumení rázů a možnost vyvinutí velikých sil jsou přednosti hydrauliky. Hydraulické mechanismy jsou typu: hydrostatické (princip -- Pascalův zákon) hydrodynamické (proud kapaliny při změně směru) Problémy hydrauliky souvisí s potřebnou vysokou přesností prvků a čistotou hydraulické kapaliny. Vyšší cena však dává dokonalejší zařízení – snadná a širokorozsahová regulace rychlosti a sil.
Hydrostatické mechanismy Jsou vytvářeny obvody obsahující zdroje (čerpadla, akumulátory), filtry, nádrže, škrticí ventily, přepouštěcí ventily, hydromotory (lineární = válec s pístem, rotační), rozvaděče (stavebnicové). Čerpadlo je označováno také jako hydrogenerátor. Tlak v kapalině se šíří všemi směry a síla na plochu je dána součinem F1 = S1 . p a F2 = S2 . p . Funkční schémata hydraulických obvodů obsahují značky pro uvedené prvky a pro spoje. Spoje jsou vedeny potrubím se šroubeními nebo hydraulickými hadicemi. Aby bylo zabráněno úniku používané hydraulické kapaliny (ropný olej), jsou ve spojích různá těsnění (manžety, O kroužky aj., pryžové, plastové).
Hydrostatické mechanismy Používají hydraulické kapaliny jako médium – viskózní kapaliny (na bázi minerálních olejů) pro mazání komponent a odolnost korozi atd. Proudění ve kanálech a hadicích je laminární. Analogie s Kirchhoffovy a Ohmovým zákonem v elektrotechnice. Pro ztrátu tlaku Δp, průtočné množství Q a hydraulický odpor Rh platí: Δp = Rh . Q
Σ Qi = 0
i=1,m
Σ Δpi i=1,m
= Σ Rh . Qj j=1,n
Turbulence nastává ve škrtících orgánech, při vtoku a výtoku do válců, nádrží, v rozváděčích a jiných řídících prvcích (hranové škrcení). Výkon hydromotoru (obdobně i příkon čerpadla)
P=Q.p.η
Q je množství kapaliny [m3. s-1], p je tlak [Pa] a η je účinnost [%], výkon P je ve [W].
Zdroje tlakové kapaliny (čerpadla, hydrogenerátory):
objemové (pístové, zubové aj.) hydrodynamické (odstředivé aj.)
Hydrogenerátory a hydromotory obvykle pracují na stejném principu. Některé konstrukce umožňují upravovat průtočné množství (regulovat).
Součásti hydrostatických mechanismů Hydrostatické mechanismy jsou sestavovány jako hydraulické obvody. Jejich součástí jsou zdroje, spoje, řídící jednotky, výstupní mechanismy (hydromotory) a další součásti pro udržení provozuschopnosti. Jako pracovní média jsou používány hydraulické kapaliny na bázi ropných olejů, pro velké hydraulické kovací a jiné lisy jsou to kapaliny na bázi vody. Hydrostatické obvody jsou vytvářeny zčásti ze stavebnicových prvků, které nabízejí úzce specializovaní výrobci a dodavatelé. Lze rozlišovat základní celky:
o zdroje o řídící jednotky o hydromotory
Zdroje jsou celky tvořené čerpadly, filtry, nádrží, akumulátory a dalšími prvky pro rozvod a řízení průtoku aj. Hydrostatické mechanismy pracují s tlaky řádově 5 až 15 MPa. Vyšší tlaky dovolují konstrukci s malými rozměry (síla na píst o průměru 40 mm je cca 6 až 18 kN).
Schéma jednoduchého hydraulického obvodu
řízení (rozvaděče)
návratové potrubí
lineární hydromotor
zdroj nádrž
Hydrogenerátory (čerpadla) jsou v provedení bez regulace nebo s regulací průtočného množství. Obvykle jsou součástí zdroje tlakové kapaliny spolu s nádrží, filtry a dalšími prvky (diagnostika). Ve zdrojích tlakové kapaliny jsou požívána objemová čerpadla:
Pro vyšší tlak jsou čerpadla zapojena do série (vícestupňová).
zubová čerpadla
Zubová čerpadla jsou nejčastějšími zdroji tlak. kapaliny.
zubová lamelová pístová axiální pístová radiální šroubová
Zubová a lamelová čerpadla Patří mezi objemová čerpadla. Tlak závisí na přesnosti provedení, neboť je omezen možnostmi těsnění kol či lamel v tělesech. Lamely jsou vysouvány tlakem pružin z rotoru, ve kterém jsou posuvně uloženy v drážkách. Pro dosažení vyššího tlaku jsou čerpadla řazena do série (kola na týchž hřídelích).
Regulační lopatkové čerpadlo (hydromotor) Změnou excentricity rotoru v tělese se mění prostor uzavíraný mezi lopatkami a rotorem a tělesem a reguluje se tak průtočné množství (u hydromotoru i směr otáčení)
Pístové čerpadlo radiální (s více válci) vstup kapaliny z nádrže
Vstup a výstup kapaliny je řízen samočinnými (zpětnými) ventily
Q=i. výstup tlakové kapaliny
π . d2
4
. h . n . ηV
Regulační čerpadlo radiální
Regulace je provedena změnou excentricity rotoru v tělese a způsobí změnu zdvihu pístů.
Radiální pístové čerpadlo (hydromotor) Průtočné množství Q [ mm3 . min-1 ] je dáno výrazem Q=i.
π . d2
4
i d h n ηV
. h . n . ηV
počet válců v tělese průměr pístu [ mm ] zdvih pístu [ mm ] frekvence otáčení [ min-1 ] účinnost objemová
u regulačního čerpadla je regulace provedena změnou zdvihu, tj. změnou excentricity
Pístový rotační hydrogenerátor (čerpadlo) nebo hydromotor axiální Hydromotor a čerpadlo mají stejnou konstrukci. Jsou řešeny i jako regulační (regulace množství).
osový řez
Izometrický pohled s řezem
Konstrukce axiálních hydromotorů
Regulační axiální pístové čerpadlo (hydromotor) A
B
při regulování průtočného množství se mění úhel sklonu opěrné desky vůči osám válců A natáčí se těleso s válci B opěrná deska C jen opěry pístů C
Regulační axiální pístové čerpadlo (hydromotor) osa otáčení tělesa otočné těleso
Čerpadla vřetenová (šroubová)
Drážky závitů fungují jako uzavřené komory přenášející kapalinu ze vstupu do výtlaku.
Mohou mít jedno nebo více vřeten (šroubů) s drážkami ve šroubovicích.
Vřetenová (šroubová) čerpadla Drážky vytvářejí komory (350°), které se při otáčení vřeten posouvají k výstupu. Čerpadlo má velmi klidný chod, ale vysoký tlak zatěžuje nerovnoměrně vřeteno a jeho uložení.
Schéma hydrostatického převodu s přestavitelným čerpadlem
Nejjednodušší obvod s regulačním čerpadlem a neregulovaným hydromotorem dává spojitou regulaci frekvence otáčení. Obvod může být tzv. uzavřený (bez nádrže).
Akumulátory
Akumulátory slouží k pokrytí zvýšené potřeby tlakové kapaliny bez čerpadla. Může tak být snížen potřebný příkon čerpadla – čerpadlo a jeho motor mohou být menší a v letecké technice lehčí.
Typy akumulátorů: se závažím (pístové) s pružinami (pístové) s pneumatickou pružinou (vakové)
Akumulátory jsou součástí zdroje tlakové kapaliny a umožňují např. konat rychlé pohyby s malou silou jako jsou přísuvy, nastavení polohy aj.
vakový akumulátor
Komplexní jednotka zdroje
nádrž
• • • • •
čerpadlo filtry přepouštěcí ventil akumulátor nádrž
asynchronní elektromotor pohonu čerpadla akumulátor
Hydraulický pracovní válec (lineární hydromotor) Síla vyvozená na píst
F=S.p
S = π . d2 / 4
Hydraulické pracovní válce Jihostroj Velešín
těsnění pryžovými O kroužky
Hydraulický válec
AMP Hydraulika
Hydr. válec HM 1.2 fy Šafránek
Obvykle mají 2 nebo 3 polohy (neutrál). Počet přípojek je tzv. počet cest, tedy rozvaděč dvojcestný nebo trojcestný.
Hydraulické schéma jednotky rozvaděčů
čtyřcestné třípolohové rozvaděče
Rozvaděč fy Hydracol s.r.o. RS 16 D Jedno-, dvoj-, trojcestný (i více), počet poloh 2, 3 nebo více. Střední poloha (neutrál) může být automaticky vracena (pružinou) po skončení účinku přesouvací síly.
Odpady netěsnostmi jsou svedeny zpět do nádrže.
Značky používané ve funkčních schématech hydraulických obvodů Hydraulické obvody jsou řešeny pro jednoduché pohony s ručním řízením i pro obvody složité.
Často je hydraulika kombinována elektrickým ovládáním.
Pracovní válec (lineární hydromotor)
Jednoduchý hydraulický obvod pro ruční ovládání pohybu pístu v pracovním válci (vpřed a vzad). Řízení je řešeno ručním rozváděčem se 3 polohami a 2 cestami.
Rozváděč
Rozváděč je v neutrální poloze a je blokován pohyb pístu.
Komplexní zdroj
Přepouštěcí ventil filtr
nádrž
použití klínu
Sílu vyvinutou hydraulickým válcem je možno zvětšit pákou, klínem, kolenovým mechanismem aj. Zvětšení síly je spojeno se zkrácením dráhy.
Místo rotačního hydromotoru (vhodný pro vyšší frekvence otáčení) lze změnit posuvný pohyb lineárního hydromotoru na rotaci pastorkem a hřebenem, šroubem a maticí, pákou aj.
pastorek s hřebenem
ELO TOMAN s.r.o. prvky hydraulických obvodů
válec
čerpadlo
hadice
filtr propojky hydromotor
rozvaděče kostka
HYDRACOL s.r.o. řídící prvky umístěné a propojené v kostce
Hydraulický obvod – provedení se zdrojem a řídícími prvky. Stavebnicové řešení sestavení pomocí dodávaných prvků (rozvaděče a další).
REROSA
rozvaděč
škrticí ventil
Hadice (Hydraulika Šfránek s.r.o.)
Řídící obvody sestavené na zdroji
Akumulátory
