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 Σ Δpi = Σ Rh . Qj i=1,m

i=1,m 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

lineární hydromotor

zdroj

nádrž

návratové

potrubí

řízení

(rozvaděče)

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: zubová

lamelová

pístová axiální

pístová radiální

šroubová

zubová čerpadla

Pro vyšší tlak jsou

čerpadla zapojena

do série (vícestupňová).

Zubová čerpadla

jsou nejčastějšími

zdroji tlak. kapaliny.

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).

zubové lamelové

zubové lamelové

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)

Regulační čerpadlo radiální

vstup kapaliny z nádrže

výstup tlakové kapaliny

Vstup a výstup kapaliny je řízen samočinnými (zpětnými) ventily

Regulace je provedena změnou excentricity statoru S,

což způsobí změnu zdvihu pístů v rotoru R. Posouvá

se stator, o jehož činnou plochu se opírají písty.

Q = i . . h . n . ηV π . d2

4

S – stator

R – rotor

Č – pevný čep

Pístové čerpadlo neregulační

(stálá excentricita = stálý zdvih

pístů).

Q = i . . h . n . ηV π . d2

4

Radiální pístové čerpadlo (hydromotor)

Průtočné množství Q [ mm3 . min-1 ] je dáno výrazem

i počet válců v tělese

d průměr pístu [ mm ]

h zdvih pístu [ mm ]

n frekvence otáčení [ min-1 ]

ηV účinnost objemová

u regulačního čerpadla je

regulace provedena změnou

zdvihu, tj. změnou excentricity

Radiální neregulační

pístové čerpadlo

Pístový rotační hydrogenerátor (čerpadlo) nebo hydromotor axiální

Hydromotor a čerpadlo mají stejnou konstrukci. Jsou řešeny i jako regulační (regulace množství).

Neregulační axiální pístové čerpadlo

Konstrukce axiálních hydromotorů

osový řez

Izometrický pohled s řezem

Regulační axiální pístové čerpadlo (hydromotor)

při regulování průtočného množství

se mění úhel sklonu opěrné desky

vůči osám válců

A B

C

A natáčí se těleso s válci

B opěrná deska

C jen opěry pístů

Regulační axiální pístové čerpadlo (hydromotor)

otočné těleso

osa otáčení tělesa

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.

Tlak ve výstupu kolísá jen

nepatrně.

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.

Jedno činné vřeteno a jedno těsnící vřeteno,

možné jsou i další varianty. Smysl otáčení opačný.

Schéma hydrostatického převodu s přestavitelným (regulačním) 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

akumulátor

asynchronní elektromotor pohonu čerpadla

nádrž • čerpadlo

• filtry

• přepouštěcí ventil

• akumulátor

• nádrž

Hydraulický pracovní válec (lineární hydromotor)

těsnění pryžovými O kroužky

Hydraulické pracovní válce Jihostroj Velešín

Síla vyvozená na píst F = S . p

S = π . d2 / 4

Hydraulický válec AMP Hydraulika

Hydr. válec HM 1.2 fy Šafránek

Konstrukce rozvaděče 5/2 s

elektromagnetickým ovládáním

P přívod od čerpadla; A,B odvod k válcům; T,R odvod

do nádrže

Obr.: Pivoňka ,J.Tekutinové mechanismy.1987.624 s.Praha:SNTL.

elektromagnet

ovládání

„šoupátko“

značení ve schématu

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)

Rozváděč

Komplexní zdroj

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 je v neutrální poloze

a je blokován pohyb pístu.

Přepouštěcí ventil

nádrž

filtr

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.

použití klínu

pastorek s hřebenem

ELO TOMAN s.r.o.

prvky hydraulických

obvodů

kostka

hydromotor

čerpadlo válec

hadice

rozvaděče

propojky filtr

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