hidraulički prijenos energije

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

Mehanički - preko poluga, vratila i osovina

Nedostaci:- veće udaljenosti izvora energije do njenog korištenja- česta izmjena smjera i pravaca kretanja - kada potrebno osigurati kontinuirano kretanje- kada je potrebno mijenjati opterećenje i smjer kretanja

Električni

Prijenos fluidimaHidraulički

Ulje, voda, ostale tekućinePneumatski

Zrak, ostali plinovi

• Prijenos energije (snage)


HidraulikaHidraulika je znanost koja se bavi tehničkom primjenom hidromehanike

Uljna hidraulika Uljna hidraulika dobila je naziv zbog primjene ulja kao medija za prijenos snage i informacija

hidraulička energija je sekundarna energija, što znači da za njeno korištenje moramo imati primarni pogon – električni ili dieselski.


- primjena: za postupno i lagano, pravocrtno ili kružno kretanje radnog organa stroja (npr: rad. org. buldozera, skrepera, utovarača, bagera, za dizanje sanduka kamiona, itd.)

- posebno pogodan kod velikih strojeva (potrebna velika snaga uz sporo pokretanje)


HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE

a) Hidrostatički prijenos energije - ulje pod visokim pritiskom pokreče mehaničke dijelove stroja

b) Hidrodinmički prijenos energije - za prijenos energije koristi se brzina odnosno kinetička energija hidrauličkog ulja- ima prednost pred hidrostatičkim samo kod velikih snaga


• Prednosti hidrauličkog prijenosa energije:1 prijenos velikih sila s postrojenjem malih gabarita,2 prijelaz s velikih na male brzine bez posebnih stupnjevitih prijenosnika,3 kontinuirana regulacija brzine preko prigušnica i regulatora protoka, te kontinuirana regulacija pritiska (0-1500 okretaja/min.),4 lako ograničenje, prijenos i registriranje iznosa sila ostvarenih u hidrauličkom sustavu (putem manometra i tlačnih prekidača)5 laka promjena smjera kretanja u sustavu zbog relativno malih masa pogonskih elemenata (ne dolazi do udarnih opterećenja sustava tj. stroja)


• Prednosti hidrauličkog prijenosa energije (nastavak):

6 lak prijelaz s okretnog na translatorno (pravocrtno) kretanje

7 mogućnost automatizacije cijelog sustava (+ automatsko pravovremeno isključenje mehanizma pri pojavi preopterećenja),

8 tihi rad, jednostavna, sigurna i kompaktna konstrukcija strojeva (smanjena njihova masa za oko 20-25% u usporedbi sa strojevima na električni ili diesel pogon)

9 velika ekonomičnost hidrauličkog sustava (velika učinkovitost strojeva s obzirom na cijenu)

Kompresibilnost plinova

Kompresibilnost tekućina

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike


Vijčana hidraulička dizalica

Tlak ovisi o sili opterećenja


Tlak ovisi o otporu

Pascalov zakon

Djelujemo li na tekućinu u ravnoteži izvana nekom silom F, tada se taj vanjski tlak širi u tekućini jednako na sve strane.

F


F F

P1 P2S1 S2

F – silaS – površinaP - tlakS

FP



A B

A=20 daN S1= 20 cm2

B= 5 daN S1= 5 cm2

S1 S2P1 P2

barSAP 1

2020

1

1

barSBP 1

55

2

2

Ako je S1 = S2 tada vrijedi d2=d1

d1/d2 = S2 / S1

S1

S1

S2

S2


1

221

sdsd

S – površina klipad – hod klipa

Hod klipa obrnuto je proporcionalan površini klipa


vStdS

tVQ

Q – protokV – volument - vrijemev – brzinaS – površina klipad – hod klipat - vrijeme

Zadatak

Zadano:Q=60 l/min; S=100cm2; Hod klipa d=1250 mm; Otpor R=10000 daN

Traži se: Potrebni tlak u cilindru da se savlada otpor R?

Koja će pri tome biti brzina pomicanja klipa?

Koliko je vremena potrebno za ukupni hod klipa?

Koliki mora biti pritisak ventila A ako je otpor R 28000 daN?

Q1 = Q2 = 60 L/minS1 = 100 cm2S2 = 50 cm2

smSQv /1,0

100660

1

11

smSQv /2,0

50660

2

22

Utjecaj površine klipa na brzinu

S1

S2

Q1

Q2

v1

v2


Osnovni parametri uljno-hidrauličkog sustava: 1.Radni medij (fluid)Uloga fluida: a) prijenos energije

b) podmazivanjec) odvođenje topline i zaštita od korzije

voda - najekonomičniji fluid, ne zapaljiv, ekološki prihvatljiv ali primjena ograničena obzirom na nepovoljna svojstva – temperatura isparavanja, ledište, korozivnost, maziva svojstva

- hidraulička (mineralna) ulja ili vodene emulzije


•Viskoznost je svojstvo tekućina i plinova, a odnosi se na veličinu unutarnjeg trenja između čestica te drugih međumolekularnih sila.

- posljedica viskoznosti fluida: gubitak mehaničke energije i raspodjela brzine fluida

- ulja visoke viskoznosti pružaju velik otpor strujanju; ulja srednje i male viskoznosti znatno pokretljivija

-viskoznost hidrauličkog ulja: dovoljno visoka da se procurivanje u sustavu smanji na minimum, ali ne previsoka (kako ne bi uzrokovala velike gubitke energije)

ovisi o: temperaturi, brzini, pritisku i gustoći fluida (opada porastom temperature, a raste povećanjem brzine, pritiska i gustoće)


Izražavanje viskoznosti (mjeri se viskozimetrom):a)apsolutnom viskoznošću ili dinamička mjera otpornosti tekućine prema tečenju ili plina prema gibanju.Jedinica za dinamičku viskoznost μ je Pas.

b) kinematički koeficijent viskoznosti ν predstavlja odnos koeficijenta viskoznosti i gustoće fluida

Jedinica za kinematsku viskoznost u c-g-s sustavu je Stockes (St); vrlo često se upotrebljava, a iznosi:

1 St = 10-4 m2/s1 cSt = 1 mm2/s = 10-6 m2/s

ν = μ / ρ m2/s


Temperatura(ºC)

Relativna viskoznost(Engler stupnjevi)

Apsolutna viskoznost(Centistoke stupnjevi - cSt)

020305080

100

5017115

2,51,85

38012485381710

Tablica 1. Viskoznost hidrauličkog ulja u ovisnosti o temperaturi

c) U praksi je ponekad u uporabi i relativna viskoznost, omjer vremena istjecanja određene količine vode i mjerenog fluidaRelativna viskoznost se mjeri Englerovim viskozimetrom, a izražava u °E (Englera).


Indeks viskoznosti - broj koji pokazuje ovisnost viskoznosti o promjeni temperature (što je viši, to je stabilnija viskoznost fluida)- potrebno koristiti fluid visokog indeksa viskoznosti (kako bi stroj ispravno funkcionirao i pri višim i nižim temperaturama)

Specifična gustoća fluida- omjer gustoće fluida i gustoće vode- specifčna gustoća ulja: 0,85 do 0,9

Temperatura zapaljenja (plamište), temperatura zamrzavanja (ledište), indeks kiselosti, stabilnost, sposobnost podmazivanja,...


2. Pritisak i protok

- pritisci u hidrauličkom sustavu: 25 do 300 bar (at),

- protoci ovise o sastavu i pritiscima fluida

- o pritisku i protoku ovise sila i brzina unutar sustava:

F = p S v = Q/S

- primjena viših pritisaka ekonomična do određene granice (viši pritisci omogućuju primjenu cilindara manjeg poprečnog presjeka, F = p S)


3. Gubici

3.1. Gubici uslijed trenja (linijski gubici) - gubici uslijed trenja prilikom strujanja fluida kroz cjevovod- ovise o: viskoznosti i brzini strujanja fluida (hidrauličkog ulja),

promjeru i dužini cijevi, te hrapavosti unutrašnjih stijenki cijevi


3.2. Gubici uslijed lokalnog poremećaja toka (lokalni gubici) - gubici uslijed lokalnih poremećaja (promjena poprečnog presjeka toka, promjena smjera toka uslijed oblika cijevi (koljena i sl.)


3.3. Gubici protoka zbog procurivanja- nepropusnost hidrauličkih komponenti pod pritiscima postiže

se posebnim brtvilima ili preciznim spajanjem pomičnih dijelova

- izvjestan prostor je potreban za podmazivanje, tako da procurivanje nikad nije u potpunosti spriječeno.

- procurivanje uzrokuje pad brzine, a time i pad snage: S = F v = P Q

Q2 = Q1 – (QA+QB+QC)

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

hidrauličkapumpa

pogonski motor

spremnik za ulje

distribucijski element(razvodnik)

uljni hladnjak

hidraulički cilindar

(pravocrtno gibanje)

hidraulički motor(rotacijsko gibanje)

filter


Tlačne pumpe s rotirajućim elementima

zupčaste krilne vijčane

Tlačne pumpe s osclilirajućim elementima

redne klipne aksijalne klipne radijalne klipne

Prednosti:- jednostavna konstrukcija- laka zamjena dijelova- mala osjetljivost na nečistoće u ulju- širok raspon brzina- širok raspon viskoznosti radnog fluida

Nedostaci:- visok šum i pluzacije- mali stupanj iskorištenja - mala trajnost

Radni pritisak: 50-70 barBroj okretaja: 1500 min-1

Ukupni stupanj iskorištenja: 0,65

Zupčaste pumpe s vanjskim ozubljenjem

PUMPE S ROTIRAJUĆIM ELEMANTIMA

Prednosti:-Tiši rad u odnosu na pumpe s zupčaste pumpe s vanjskim ozubljenjem

Nedostaci:Složenija konstrukcija

Zupčaste pumpe s unutarnjim ozubljenjem

KučišteZupčanik s vanjskim ozubljenjem (pogonski)

Zupčanik s unutarnjim ozubljenjem

Pregrada


Krilne pumpe

- rotor s pomičnim krilcima ekscentrčno postavljen u nepokretnom kućištu

Prednosti:- vrlo miran i tihi rad- mogućnost regulacije protoka promjenom ekcentriciteta- protok ulja bez pulzacija

Nedostaci:- osjetljivost na tlačne udare (lom krilaca rotora)

Radni pritisak: 100 barBroj okretaja: 1500 min-1



Vijčane pumpe

Izvedba:2, 3, 4 ili 5 vretena

Prednosti:- siguran, miran i bešuman rad- protok ulja bez pulzacija- ravnomjeran pogonski moment

Nedostaci:- osjetljivost na veliki podpritisak u usisnom vodu (dolazi do šuma i

vibracija)- gubici zbog zračnosti relativno su veliki



Vretena

Rotor


Aksijalne klipne pumpe s nagnutom pločom PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA

Rotacijom pogonskog vratila pokreće se i cilindarski blok obzirom da su mehanički vezani. Klipovi su zglobno spojeni s nagnutom pločom. Obzirom da je ploča nagnuta pod određenim kutem, određen broj klipova se uvlači a ostatak izvlači.U fazi izvlačenja povećava se radni prostor te se uslijed stvorenog potlaka tekučina usisava, a kada se cilindar uvlači, smanjuje se volumen radne komore te se tekućina potiskuje pod tlakom. Kapacitet aksijalno klipnih pumpi ovisi o: broju klipova, površini klipa, dužini hoda klipa i broju okretaja.

Princip rada

Prednosti:- miran i bešuman rad (do 200 bar)- jednostavno reguliranje protoka (preko kuta nagiba bloka odnosno ploče)- robusnost konstrukcije i sigurnost u radu

Nedostaci:- tehnološka kompliciranost (mnogo spojeva, zglobnih ležajeva)

Radni pritisak: 200 bar (a), 150 bar (b)Broj okretaja: 1500 min-1


Aksijalne klipne pumpe s nagnutim cilindarskim blokom

PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA

Radijalne klipne pumpe

- radijalno postavljeni klipovi u odnosu

na osovinu s ekscentrima

Prednosti:- postizanje vrlo visokih pritisaka- mogućnost regulacije protoka promjenom ekscentra- visok stupanj iskorištenja- manja osjetljivost na nečistoće u ulju u odnosu na aksijalne klipne pumpe

Nedostaci:- većih dimenzija od aksijalnih klipnih pumpi, zbog radijalnog rasporeda klipova



PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA


Radni (izvršni) elementi

a) hidraulički radni cilindri (pravocrtno gibanje): S = F v (sila brzina) Mogu biti - jednoradni - dvoradni

b) hidraulički motori (rotacijsko gibanje): S = T v (zakretni moment brzina tj. br. okretaja u minuti)


Hidraulički cilindri su radni odnosno izvršni elementi koji pretvaraju energiju stlačenog ulja u mehanički rad

Podjele cilindaraPrema načinu djelovanja cilindri se mogu podijeliti na:– jednoradni– dvoradni

Hidraulički cilindri


.Jednoradni (b): pod pritiskom ulja klip izlazi iz cilindra, pri čemu se opruga skuplja, a nakon toga se opruga nastoji izdužiti i pod njenim pritiskom klip se vraća natrag

Kod jednoradnih cilindara ulje pod tlakom dovodi se samo s jedne strane klipa koji vrši koristan rad samo u jednom smjeru.

JEDNORADNI CILINDRI

Jednoradni (a): pod pritiskom ulja koje se dovodi u donji dio cilindra, klip se izvlači iz cilindra, a vraća se natrag sam uslijed opterećenja na gornju njegovu plohu

Povratno kretanje ostvaruje se (a) težinom tereta ili (b) oprugom.


Jednoradni teleskoski clindri koriste se kad je potreban dugi hod klipnjače. Oni se sastoje od više cilindara koji su smješteni jedan unutar drugog, pa se izvlače kližući jedan po drugome

JEDNORADNI CILINDRI

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustavaDVORADNI CILINDRI

Izvlačenje postiže dovođenjem ulja u središnji dio cilindra, a njihovo vraćanje u cilindar dovođenjem ulja u krajnje dijelove cilindra

Dvoradni: ulje pod pritiskom dovodi se u jedan kraj cilindra i klip izlazi iz cilindra, a vraća se natrag u cilindar dovođenjem ulja u suprotan kraj cilindra

Dvoradni cilndar a) s jedinim klipom b) s dva klipa

a) b)

A BB

http://static.howstuffworks.com/flash/standard_hydraulic.swf

http://static.howstuffworks.com/flash/standard_hydraulic.swf

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustavaDVORADNI CILINDRI

Dvoradni teleskopski cilindar

konstrukcija cilindra primjenjuje se za prijenos pravocrtnog gibanja u rotacijsko putem zupčanika i nazubljene letve


Radni cilindri

jednoradni dvoradni

Uljno-hidraulički radni cilindri

Documents

hidraulički prijenos energije