Maszyny hydrauliczne - Hydraulic machinery

Prosty obwód hydrauliczny z otwartym środkiem .
Koparka ; główna hydraulika: siłowniki wysięgnika, napęd obrotowy, wentylator chłodnicy i napęd gąsienicowy
Podstawowe cechy zastosowania hydrauliki w porównaniu z mechaniką do zwiększania/zmniejszania siły i momentu obrotowego w przekładni.

Maszyny hydrauliczne do wykonywania pracy wykorzystują płynny płyn . Częstym przykładem są ciężkie pojazdy budowlane . W tego typu maszynach płyn hydrauliczny jest pompowany do różnych silników hydraulicznych i cylindrów hydraulicznych w całej maszynie i jest pod ciśnieniem zgodnie z występującym oporem. Płyn jest sterowany bezpośrednio lub automatycznie przez zawory sterujące i rozprowadzany przez węże, rury lub rury.

Układy hydrauliczne, podobnie jak układy pneumatyczne , opierają się na prawie Pascala, które mówi, że każde ciśnienie przyłożone do płynu wewnątrz układu zamkniętego będzie przenosić to ciśnienie równomiernie wszędzie i we wszystkich kierunkach. Układ hydrauliczny wykorzystuje w ściśliwe cieczy jako płynu, a nie ściśliwy gazu.

Popularność maszyn hydraulicznych wynika z bardzo dużej ilości mocy, która może być przekazywana przez małe rurki i węże elastyczne, a także dużej gęstości mocy i szerokiej gamy siłowników, które mogą wykorzystać tę moc, oraz ogromnego zwielokrotnienia sił, które można to osiągnąć, stosując naciski na stosunkowo duże obszary. Jedną wadą w porównaniu z maszynami wykorzystującymi koła zębate i wały jest to, że każde przeniesienie mocy powoduje pewne straty spowodowane oporem przepływu płynu przez rurociąg.

Historia

Joseph Bramah opatentował prasę hydrauliczną w 1795 roku. Pracując w sklepie Bramaha, Henry Maudslay zaproponował pakowanie w kubki ze skóry. Ponieważ przyniosła doskonałe wyniki, prasa hydrauliczna ostatecznie wyparła młot parowy do kucia metalu.

Aby dostarczyć moc na dużą skalę, która była niepraktyczna dla poszczególnych maszyn parowych, opracowano układy hydrauliczne stacji centralnej. Siła hydrauliczna była wykorzystywana do obsługi dźwigów i innych maszyn w portach brytyjskich i innych częściach Europy. Największy system hydrauliczny znajdował się w Londynie. Moc hydrauliczna była szeroko wykorzystywana w produkcji stali Bessemer . Hydraulika była również wykorzystywana do wind, do obsługi śluz kanałowych i obrotowych odcinków mostów. Niektóre z tych systemów pozostawały w użyciu aż do XX wieku.

Harry Franklin Vickers został nazwany przez ASME „ojcem hydrauliki przemysłowej” .

Mnożenie siły i momentu obrotowego

Podstawową cechą układów hydraulicznych jest możliwość zastosowania zwielokrotnienia siły lub momentu obrotowego w łatwy sposób, niezależnie od odległości między wejściem a wyjściem, bez konieczności stosowania przekładni mechanicznych lub dźwigni, poprzez zmianę powierzchni efektywnych w dwóch połączonych cylindrach lub efektywne przemieszczenie (cm3/obr) pomiędzy pompą a silnikiem. W normalnych przypadkach przełożenia hydrauliczne są połączone z przełożeniem siły mechanicznej lub momentu obrotowego w celu uzyskania optymalnych konstrukcji maszyn, takich jak ruchy wysięgnika i napędy gąsienicowe dla koparki.

Przykłady
Dwa połączone ze sobą cylindry hydrauliczne

Cylinder C1 ma promień jednego cala, a cylinder C2 ma promień dziesięciu cali. Jeśli siła wywierana na C1 wynosi 10 lbf , siła wywierana przez C2 wynosi 1000 lbf, ponieważ C2 ma sto razy większą powierzchnię ( S  = π r ²) niż C1. Wadą tego jest to, że musisz przesunąć C1 o sto cali, aby przesunąć C2 o jeden cal. Najczęstszym zastosowaniem jest klasyczny podnośnik hydrauliczny, w którym cylinder pompujący o małej średnicy jest połączony z cylindrem podnoszącym o dużej średnicy.

Pompa i silnik

Jeśli hydrauliczna pompa rotacyjna o pojemności skokowej 10 cm3/obr jest podłączona do hydraulicznego silnika obrotowego o wydajności 100 cm3/obr, moment obrotowy wału wymagany do napędzania pompy wynosi jedną dziesiątą momentu obrotowego dostępnego na wale silnika, ale prędkość wału (obr/min) dla silnika jest również tylko jedną dziesiątą prędkości wału pompy. Ta kombinacja jest w rzeczywistości tym samym rodzajem mnożenia siły, jak w przykładzie z cylindrem, tylko że siła liniowa w tym przypadku jest siłą obrotową, zdefiniowaną jako moment obrotowy.

Oba te przykłady są zwykle określane jako przekładnia hydrauliczna lub przekładnia hydrostatyczna z pewnym hydraulicznym „przełożeniem”.

Obwody hydrauliczne

Obwód hydrauliczny to system składający się z połączonych ze sobą dyskretnych elementów, które transportują ciecz . Celem tego systemu może być kontrola przepływu płynu (jak w sieci rurek chłodziwa w układzie termodynamicznym) lub kontrola ciśnienia płynu (jak we wzmacniaczach hydraulicznych). Na przykład, maszyny hydrauliczne wykorzystuje obwodów hydraulicznych (w którym płyn hydrauliczny jest popychany, pod ciśnieniem, za pośrednictwem pomp hydraulicznych , przewodów, rur, przewodów, silników hydraulicznych , siłowników hydraulicznych , i tak dalej), aby przejść ciężkie ładunki. Podejście opisujące układ płynów w kategoriach elementów dyskretnych jest inspirowane sukcesem teorii obwodów elektrycznych . Tak jak teoria obwodów elektrycznych działa, gdy elementy są dyskretne i liniowe, teoria obwodów hydraulicznych działa najlepiej, gdy elementy (elementy pasywne, takie jak rury lub linie przesyłowe lub elementy aktywne, takie jak zasilacze lub pompy ) są dyskretne i liniowe. Zwykle oznacza to, że analiza obwodu hydraulicznego działa najlepiej w przypadku długich, cienkich rurek z oddzielnymi pompami, jakie można znaleźć w systemach przepływu procesów chemicznych lub urządzeniach w mikroskali.

Obwód składa się z następujących elementów:

Aby płyn hydrauliczny działał, musi przepływać do siłownika i/lub silników, a następnie wracać do zbiornika. Płyn jest następnie filtrowany i ponownie pompowany. Ścieżka płynu hydraulicznego nazywana jest obwodem hydraulicznym, którego istnieje kilka rodzajów.

  • Obwody otwarte centrum wykorzystują pompy, które zapewniają ciągły przepływ. Przepływ jest zawracany do zbiornika przez otwarty środek zaworu sterującego ; to znaczy, gdy zawór sterujący jest wyśrodkowany, zapewnia otwartą drogę powrotną do zbiornika i płyn nie jest pompowany do wysokiego ciśnienia. W przeciwnym razie, jeśli zawór sterujący zostanie uruchomiony, kieruje płyn do iz siłownika i zbiornika. Ciśnienie płynu wzrośnie, aby sprostać wszelkim oporom, ponieważ pompa ma stałą wydajność. Jeśli ciśnienie wzrośnie zbyt wysoko, płyn wraca do zbiornika przez zawór bezpieczeństwa . Kilka zaworów sterujących może być ustawionych szeregowo [1] . Ten typ obwodu może wykorzystywać niedrogie pompy o stałej wydajności.
  • Zamknięte obwody centralne dostarczają pełne ciśnienie do zaworów sterujących, niezależnie od tego, czy którykolwiek z zaworów jest uruchomiony, czy nie. Pompy zmieniają natężenie przepływu, pompując bardzo mało płynu hydraulicznego, dopóki operator nie uruchomi zaworu. Dlatego suwak zaworu nie wymaga otwartej środkowej drogi powrotu do zbiornika. Wiele zaworów można podłączyć równolegle, a ciśnienie w układzie jest jednakowe dla wszystkich zaworów.
Obwody z pętlą otwartą i zamkniętą

Obwody otwartej pętli

Otwarta pętla: wlot pompy i powrót silnika (przez zawór kierunkowy) są podłączone do zbiornika hydraulicznego. Termin pętla odnosi się do sprzężenia zwrotnego; bardziej poprawny termin to otwarty kontra zamknięty „obwód”. Obwody otwarte centrum wykorzystują pompy, które zapewniają ciągły przepływ. Przepływ jest zawracany do zbiornika przez otwarty środek zaworu sterującego; to znaczy, gdy zawór sterujący jest wyśrodkowany, zapewnia otwartą drogę powrotną do zbiornika i płyn nie jest pompowany do wysokiego ciśnienia. W przeciwnym razie, jeśli zawór sterujący zostanie uruchomiony, kieruje płyn do iz siłownika i zbiornika. Ciśnienie płynu wzrośnie, aby sprostać wszelkim oporom, ponieważ pompa ma stałą wydajność. Jeśli ciśnienie wzrośnie zbyt wysoko, płyn wraca do zbiornika przez zawór bezpieczeństwa. Wiele zaworów sterujących może być ustawionych szeregowo. Ten typ obwodu może wykorzystywać niedrogie pompy o stałej wydajności.

Obwody zamkniętej pętli

Pętla zamknięta: Powrót silnika jest podłączony bezpośrednio do wlotu pompy. Aby utrzymać ciśnienie po stronie niskiego ciśnienia, obwody wyposażone są w pompę zasilającą (mała pompa zębata), która dostarcza schłodzony i przefiltrowany olej na stronę niskiego ciśnienia. Obwody zamknięte są zwykle stosowane w przekładniach hydrostatycznych w zastosowaniach mobilnych. Zalety: Brak zaworu kierunkowego i lepsza reakcja, obwód może pracować przy wyższym ciśnieniu. Kąt obrotu pompy obejmuje zarówno dodatni, jak i ujemny kierunek przepływu. Wady: Pompy nie można w prosty sposób wykorzystać do innych funkcji hydraulicznych, a chłodzenie może stanowić problem z powodu ograniczonej wymiany przepływu oleju. Systemy z obiegiem zamkniętym dużej mocy zazwyczaj muszą mieć „zawór płuczący” zamontowany w obwodzie w celu wymiany znacznie większego przepływu niż podstawowy przepływ wycieku z pompy i silnika, w celu zwiększenia chłodzenia i filtrowania. Zawór płuczący jest zwykle zintegrowany z obudową silnika, aby zapewnić efekt chłodzenia oleju, który wiruje w samej obudowie silnika. Straty w obudowie silnika spowodowane wirowaniem oraz straty w łożyskach kulkowych mogą być znaczne, ponieważ prędkości silnika osiągną 4000-5000 obr./min, a nawet więcej przy maksymalnej prędkości pojazdu. Przeciek oraz dodatkowy przepływ spłukiwania muszą być dostarczane przez pompę zasilającą. Duża pompa ładująca jest zatem bardzo ważna, jeśli przekładnia jest zaprojektowana do wysokich ciśnień i wysokich prędkości obrotowych silnika. Wysoka temperatura oleju jest zwykle głównym problemem podczas używania przekładni hydrostatycznych przy dużych prędkościach pojazdu przez dłuższy czas, na przykład podczas transportu maszyny z jednego miejsca pracy na drugie. Wysokie temperatury oleju przez długi czas drastycznie skrócą żywotność przekładni. Aby utrzymać niską temperaturę oleju, należy obniżyć ciśnienie w układzie podczas transportu, co oznacza, że ​​minimalna przemieszczenie silnika musi być ograniczone do rozsądnej wartości. Zalecane ciśnienie w obwodzie podczas transportu wynosi około 200-250 bar.

Systemy z zamkniętą pętlą w sprzęcie mobilnym są zwykle używane do transmisji jako alternatywa dla transmisji mechanicznych i hydrodynamicznych (konwerterów). Zaletą jest bezstopniowe przełożenie przekładni (bezstopniowa zmiana prędkości/momentu obrotowego) oraz bardziej elastyczne sterowanie przełożeniem w zależności od obciążenia i warunków pracy. Przekładnia hydrostatyczna jest generalnie ograniczona do około 200 kW maksymalnej mocy, ponieważ całkowity koszt staje się zbyt wysoki przy większej mocy w porównaniu z przekładnią hydrodynamiczną. Na przykład duże ładowarki kołowe i ciężkie maszyny są zwykle wyposażone w przekładnie konwertorowe. Ostatnie osiągnięcia techniczne przekładni konwertorowych poprawiły wydajność, a rozwój oprogramowania poprawił również charakterystyki, na przykład wybieralne programy zmiany biegów podczas pracy i więcej stopni biegów, nadając im charakterystykę zbliżoną do przekładni hydrostatycznej.

Systemy stałego ciśnienia i load-sensing

Przekładnie hydrostatyczne do maszyn do robót ziemnych, takich jak ładowarki gąsienicowe, są często wyposażone w oddzielny „ pedał calowy ”, który służy do tymczasowego zwiększenia obrotów silnika wysokoprężnego przy jednoczesnym zmniejszeniu prędkości pojazdu w celu zwiększenia dostępnej mocy hydraulicznej do pracy hydraulika przy niskich prędkościach i zwiększenie siły pociągowej. Funkcja ta jest podobna do zatrzymania przekładni konwertera przy wysokich obrotach silnika. Funkcja calowa wpływa na ustawioną charakterystykę przełożenia „hydrostatycznego” w zależności od prędkości obrotowej silnika wysokoprężnego.

Systemy stałego ciśnienia (CP)

Zamknięte obwody środkowe występują w dwóch podstawowych konfiguracjach, zwykle związanych z regulatorem pompy o zmiennej wydajności, która dostarcza olej:

  • Systemy stałego ciśnienia ( system CP), standardowe . Ciśnienie pompy jest zawsze równe ustawieniu ciśnienia dla regulatora pompy. To ustawienie musi obejmować maksymalne wymagane ciśnienie obciążenia. Pompa dostarcza przepływ zgodnie z wymaganą sumą przepływu do odbiorców. System CP generuje duże straty mocy, jeśli maszyna pracuje z dużymi wahaniami ciśnienia obciążenia, a średnie ciśnienie w systemie jest znacznie niższe niż ustawienie ciśnienia dla regulatora pompy. CP ma prostą konstrukcję i działa jak system pneumatyczny. Nowe funkcje hydrauliczne można łatwo dodać, a system reaguje szybko.
  • Systemy stałe ciśnienie (CP-System), bez obciążenia . Taka sama konfiguracja podstawowa, jak w przypadku „standardowego” systemu CP, ale pompa jest rozładowywana do niskiego ciśnienia gotowości, gdy wszystkie zawory znajdują się w położeniu neutralnym. Nie tak szybka reakcja jak w przypadku standardowych CP, ale żywotność pompy jest wydłużona.

Systemy Load-sensing (LS)

Systemy wykrywania obciążenia ( system LS) generują mniejsze straty mocy, ponieważ pompa może zmniejszyć zarówno przepływ, jak i ciśnienie, aby spełnić wymagania obciążenia, ale wymaga większego dostrojenia niż system CP pod względem stabilności systemu. System LS wymaga również dodatkowych zaworów logicznych i zaworów kompensacyjnych w rozdzielaczach, dlatego jest technicznie bardziej złożony i droższy niż system CP. System LS generuje stałą stratę mocy związaną ze spadkiem ciśnienia regulacji dla regulatora pompy:

Średnia wynosi około 2 MPa (290 psi). Jeśli przepływ pompy jest wysoki, dodatkowe straty mogą być znaczne. Strata mocy wzrasta również, jeśli ciśnienia obciążenia są bardzo zróżnicowane. Obszary cylindrów, przemieszczenia silnika i mechaniczne ramiona reakcyjne muszą być zaprojektowane tak, aby odpowiadały ciśnieniu obciążenia w celu zmniejszenia strat mocy. Ciśnienie pompy jest zawsze równe maksymalnemu ciśnieniu obciążenia, gdy kilka funkcji jest uruchamianych jednocześnie, a pobór mocy pompy jest równy (maks. ciśnienie obciążenia + Δ p LS ) x suma przepływu.

Pięć podstawowych typów systemów load-sensing

  1. Detekcja obciążenia bez kompensatorów w zaworach kierunkowych. Hydraulicznie sterowana pompa LS.
  2. Wykrywanie obciążenia z kompensatorem poprzedzającym dla każdego podłączonego rozdzielacza . Hydraulicznie sterowana pompa LS.
  3. Detekcja obciążenia z kompensatorem za każdym podłączonym rozdzielaczem . Hydraulicznie sterowana pompa LS.
  4. Detekcja obciążenia z kombinacją kompensatorów dopływowych i dolnych . Pompa LS sterowana hydraulicznie.
  5. Wykrywanie obciążenia ze zsynchronizowaną, sterowaną elektrycznie wydajnością pompy i sterowaną elektrycznie

obszar przepływu zaworu zapewniający szybszą reakcję, zwiększoną stabilność i mniejsze straty w systemie. Jest to nowy typ systemu LS, jeszcze nie w pełni rozwinięty.

Z technicznego punktu widzenia kompensator montowany na wylocie w bloku zaworowym może być fizycznie montowany „na wylocie”, ale działa jako kompensator na wylocie.

Typ systemu (3) ma tę zaletę, że aktywowane funkcje są synchronizowane niezależnie od wydajności pompy. Relacja przepływu między 2 lub więcej aktywowanymi funkcjami pozostaje niezależna od ciśnień obciążenia, nawet jeśli pompa osiągnie maksymalny kąt obrotu. Ta cecha jest ważna w przypadku maszyn, które często pracują z pompą przy maksymalnym kącie obrotu iz kilkoma aktywowanymi funkcjami, które muszą być zsynchronizowane z prędkością, np. w przypadku koparek. Z systemem typu (4), funkcje z up-stream kompensatory mają pierwszeństwo. Przykład: funkcja kierowania dla ładowarki kołowej. Typ systemu z kompensatorami na dole ma zwykle unikalny znak towarowy w zależności od producenta zaworów, na przykład „LSC” (Linde Hydraulics), „LUDV” ( Bosch Rexroth Hydraulics) i „Flowsharing” (Parker Hydraulics) itp. Nie ustanowiono oficjalną ustandaryzowaną nazwę dla tego typu systemu, ale Flowsharing jest dla niego nazwą powszechną.

składniki

Pompa hydrauliczna

Eksplodowała widoku zewnętrznego pompy zębatej.

Pompy hydrauliczne dostarczają płyn do elementów układu. Ciśnienie w układzie rozwija się w reakcji na obciążenie. Dlatego pompa o parametrach znamionowych 5000 psi jest w stanie utrzymać przepływ przy obciążeniu 5000 psi.

Pompy mają gęstość mocy około dziesięć razy większą niż silnik elektryczny (objętościowo). Są napędzane silnikiem elektrycznym lub silnikiem, połączone za pomocą kół zębatych, pasów lub elastycznego sprzęgła elastomerowego w celu zmniejszenia wibracji.

Typowe typy pomp hydraulicznych do zastosowań w maszynach hydraulicznych to;

  • Pompa zębata : tania, trwała (zwłaszcza w formie g-rotor), prosta. Mniej wydajne, ponieważ mają stałą (stałą) wyporność i nadają się głównie do ciśnień poniżej 20 MPa (3000 psi).
  • Pompa łopatkowa : tania i prosta, niezawodna. Dobry dla wyższego przepływu przy niskim ciśnieniu wyjściowym.
  • Osiowa pompa tłokowa : wiele z nich jest wyposażonych w mechanizm o zmiennym wydatku, w celu zmiany przepływu wyjściowego w celu automatycznej kontroli ciśnienia. Istnieją różne konstrukcje osiowych pomp tłokowych, w tym tarcza skośna (czasami określana jako pompa zaworowa) i kula kontrolna (czasami określana jako pompa z płytą wahliwą). Najczęściej spotykana jest pompa tarczy sterującej. Tarcza skośna o zmiennym kącie powoduje, że tłoki wykonują ruch posuwisto-zwrotny na większą lub mniejszą odległość na obrót, umożliwiając zmianę natężenia przepływu wyjściowego i ciśnienia (większy kąt przemieszczenia powoduje wyższe natężenie przepływu, niższe ciśnienie i odwrotnie).
  • Pompa tłokowa promieniowa : zwykle stosowana do bardzo wysokiego ciśnienia przy małych przepływach.

Pompy tłokowe są droższe niż pompy zębate lub łopatkowe, ale zapewniają dłuższą żywotność przy wyższym ciśnieniu, z trudnymi płynami i dłuższymi cyklami pracy ciągłej. Pompy tłokowe stanowią połowę przekładni hydrostatycznej .

Zawory regulacyjne

zawory sterujące na podnośniku nożycowym

Kierunkowe zawory sterujące kierują płyn do żądanego siłownika. Zwykle składają się ze szpuli wobudowie żeliwnej lub stalowej . Szpula przesuwa się do różnych pozycji w obudowie, a przecinające się rowki i kanały kierują płyn w oparciu o położenie szpuli.

Szpula ma centralną (neutralną) pozycję utrzymywaną sprężynami; w tej pozycji płyn zasilający jest zablokowany lub wraca do zbiornika. Przesunięcie szpuli w jedną stronę kieruje płyn hydrauliczny do siłownika i zapewnia drogę powrotną od siłownika do zbiornika. Gdy szpula zostanie przesunięta w przeciwnym kierunku, tory zasilania i powrotu są zamieniane. Gdy suwak może powrócić do położenia neutralnego (środkowego), ścieżki przepływu siłownika są zablokowane, blokując go w tej pozycji.

Kierunkowe zawory sterujące są zwykle zaprojektowane tak, aby można je było ustawiać w stos, z jednym zaworem dla każdego cylindra hydraulicznego i jednym wlotem płynu zasilającym wszystkie zawory w stosie.

Tolerancje są bardzo wąskie, aby poradzić sobie z wysokim ciśnieniem i uniknąć wycieków, szpule zwykle mają luz z obudową mniejszy niż jedna tysięczna cala (25 µm). Blok zaworowy zostanie zamontowany do ramy maszyny w trzech punktach , aby uniknąć zniekształcenia bloku zaworowego i zakleszczenia wrażliwych elementów zaworu.

Stanowisko szpula mogą być uruchamiane za pomocą dźwigni mechanicznych, hydraulicznych pilotażowego ciśnieniem lub elektromagnesów , które popychają szpulę w lewo lub prawo. Uszczelka pozwala część szpuli wystawać na zewnątrz obudowy, gdzie jest ona dostępna do siłownika.

Główny blok zaworowy jest zwykle stosem gotowych kierunkowych zaworów sterujących wybranych na podstawie przepustowości i wydajności. Niektóre zawory są zaprojektowane jako proporcjonalne (natężenie przepływu proporcjonalne do położenia zaworu), podczas gdy inne mogą być po prostu włącz-wyłącz. Zawór sterujący jest jedną z najdroższych i najbardziej wrażliwych części obwodu hydraulicznego.

  • Zawory bezpieczeństwa są stosowane w kilku miejscach w maszynach hydraulicznych; na obwodzie powrotnym, aby utrzymać niewielkie ciśnienie w hamulcach, przewodach sterujących itp. Na cylindrach hydraulicznych, aby zapobiec przeciążeniu i pęknięciu przewodu/uszczelki hydraulicznej. Na zbiorniku hydraulicznym, aby utrzymać niewielkie nadciśnienie, które wyklucza wilgoć i zanieczyszczenia.
  • Regulatory ciśnienia redukują ciśnienie zasilania płynami hydraulicznymi w zależności od potrzeb w różnych obwodach.
  • Zawory sekwencyjne sterują sekwencją obwodów hydraulicznych; na przykład w celu zapewnienia pełnego wysunięcia jednego cylindra hydraulicznego przed rozpoczęciem suwu drugiego. Obwody hydrauliczne mogą automatycznie wykonywać sekwencję operacji, takich jak trzykrotne załączanie i ponowne zamykanie, a następnie zablokowanie reklozera z przerywaniem oleju .
  • Zawory wahadłowe zapewniają logikę lub funkcję.
  • Zawory zwrotne zaworami jednokierunkowymi, umożliwiającymi ładowanie akumulatora i utrzymywanie ciśnienia po wyłączeniu maszyny.
  • Zawory zwrotne sterowane pilotemzaworami jednokierunkowymi, które można otworzyć (w obu kierunkach) przez sygnał ciśnienia obcego. Na przykład, jeśli ładunek nie powinien już być utrzymywany przez zawór zwrotny. Często obce ciśnienie pochodzi z drugiej rury podłączonej do silnika lub cylindra.
  • Zawory równoważące są w rzeczywistości specjalnym rodzajem zdalnie sterowanych zaworów zwrotnych. Podczas gdy zawór zwrotny jest otwarty lub zamknięty, zawór równoważący działa trochę jak pilot sterowany przepływem.
  • Zawory nabojowe są w rzeczywistości wewnętrzną częścią zaworu zwrotnego; są one gotowymi komponentami z ustandaryzowaną kopertą, dzięki czemu można je łatwo wypełnić zastrzeżonym blokiem zaworowym. Są dostępne w wielu konfiguracjach; on/off, proporcjonalny, upustowy itp. Zazwyczaj wkręca się w blok zaworowy i jest sterowany elektrycznie, aby zapewnić funkcje logiczne i automatyczne.
  • Bezpieczniki hydrauliczne są wbudowanymi urządzeniami zabezpieczającymi zaprojektowanymi do automatycznego zamykania linii hydraulicznej, jeśli ciśnienie jest zbyt niskie, lub bezpiecznego odpowietrzania płynu, jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie.
  • Zawory pomocnicze w złożonych układach hydraulicznych mogą mieć bloki zaworów pomocniczych do obsługi różnych zadań niewidocznych dla operatora, takich jak ładowanie akumulatora, działanie wentylatora chłodzącego, zasilanie klimatyzacji itp. Zazwyczaj są to zawory niestandardowe zaprojektowane dla konkretnej maszyny i mogą składać się z metalowy blok z wywierconymi portami i kanałami. Zawory nabojowe są wkręcane w porty i mogą być sterowane elektrycznie za pomocą przełączników lub mikroprocesora, aby w razie potrzeby kierować moc płynów.

Siłowniki

Zbiornik

Zbiornik płynu hydraulicznego zawiera nadmiar płynu hydraulicznego, aby dostosować się do zmian objętości spowodowanych: wydłużeniem i kurczeniem się cylindra, rozszerzaniem i kurczeniem na skutek temperatury oraz nieszczelnościami. Zbiornik został również zaprojektowany, aby pomóc w oddzielaniu powietrza od płynu, a także działać jako akumulator ciepła w celu pokrycia strat w systemie, gdy używana jest moc szczytowa. Inżynierowie projektanci są zawsze pod presją zmniejszania wielkości zbiorników hydraulicznych, podczas gdy operatorzy urządzeń zawsze doceniają większe zbiorniki. Zbiorniki mogą również pomóc w oddzieleniu brudu i innych cząstek stałych od oleju, ponieważ cząstki zazwyczaj osadzają się na dnie zbiornika. Niektóre konstrukcje zawierają dynamiczne kanały przepływu na ścieżce powrotnej płynu, które pozwalają na mniejszy zbiornik.

Akumulatory

Akumulatory są powszechną częścią maszyn hydraulicznych. Ich funkcją jest magazynowanie energii za pomocą gazu pod ciśnieniem. Jeden typ to rura z pływającym tłokiem. Po jednej stronie tłoka znajduje się ładunek sprężonego gazu, a po drugiej płyn. Pęcherze są używane w innych projektach. Zbiorniki przechowują płyn systemowy.

Przykładowe zastosowania akumulatorów to zasilanie awaryjne układu kierowniczego lub hamulców lub działanie jako amortyzator w obwodzie hydraulicznym.,

Płyn hydrauliczny

Znany również jako płyn do ciągnika, płyn hydrauliczny to żywotność obwodu hydraulicznego. Zwykle jest to olej naftowy z różnymi dodatkami. Niektóre maszyny hydrauliczne wymagają płynów ognioodpornych, w zależności od ich zastosowania. W niektórych fabrykach, w których przygotowywana jest żywność, ze względów bezpieczeństwa i higieny jako płyn roboczy stosuje się olej jadalny lub wodę.

Oprócz przenoszenia energii, płyn hydrauliczny musi smarować elementy, zawieszać zanieczyszczenia i opiłki metalowe w celu transportu do filtra i dobrze funkcjonować w temperaturze kilkuset stopni Fahrenheita lub Celsjusza.

Filtry

Filtry są ważną częścią układów hydraulicznych, która usuwa niepożądane cząstki z płynu. Cząsteczki metalu są nieustannie wytwarzane przez elementy mechaniczne i muszą być usuwane wraz z innymi zanieczyszczeniami.

Filtry mogą być umieszczone w wielu lokalizacjach. Filtr może znajdować się pomiędzy zbiornikiem a wlotem pompy. Zablokowanie filtra spowoduje kawitację i ewentualnie awarię pompy. Czasami filtr znajduje się między pompą a zaworami sterującymi. Taki układ jest droższy, ponieważ obudowa filtra jest pod ciśnieniem, ale eliminuje problemy z kawitacją i chroni zawór sterujący przed awariami pompy. Trzecia wspólna lokalizacja filtra znajduje się tuż przed wejściem linii powrotnej do zbiornika. Ta lokalizacja jest stosunkowo niewrażliwa na zablokowanie i nie wymaga obudowy ciśnieniowej, ale zanieczyszczenia, które dostają się do zbiornika ze źródeł zewnętrznych, nie są filtrowane, dopóki nie przejdą przez system przynajmniej raz. Filtry są używane od 7 mikronów do 15 mikronów w zależności od klasy lepkości oleju hydraulicznego.

Rury, rury i węże

Rury hydrauliczne to precyzyjne rury stalowe bez szwu, specjalnie wyprodukowane dla hydrauliki. Rury mają standardowe rozmiary dla różnych zakresów ciśnień, o standardowych średnicach do 100 mm. Rury dostarczane są przez producentów w długościach 6 m, oczyszczone, naoliwione i zaślepione. Rury są połączone różnymi rodzajami kołnierzy (zwłaszcza dla większych rozmiarów i ciśnień), stożkami/nyplami do spawania (z uszczelką o-ring), kilkoma rodzajami połączeń kielichowych i pierścieniami zacinającymi. W większych rozmiarach stosuje się rury hydrauliczne. Bezpośrednie łączenie rur przez spawanie jest niedopuszczalne, ponieważ nie można skontrolować wnętrza.

Przewód hydrauliczny jest używany w przypadku, gdy standardowe przewody hydrauliczne nie są dostępne. Generalnie są one używane do niskiego ciśnienia. Można je łączyć za pomocą połączeń gwintowanych, ale zwykle za pomocą spoin. Ze względu na większe średnice rura po spawaniu może być zwykle kontrolowana wewnętrznie. Czarna rura jest nieocynkowana i nadaje się do spawania .

Wąż hydrauliczny jest klasyfikowany według ciśnienia, temperatury i kompatybilności płynów. Węże są używane, gdy nie można użyć rur lub rurek, zwykle w celu zapewnienia elastyczności obsługi lub konserwacji maszyny. Wąż zbudowany jest z warstw gumy i stali. Gumowe wnętrze otoczone jest wieloma warstwami tkanego drutu i gumy. Zewnętrzna strona jest odporna na ścieranie. Promień gięcia węża hydraulicznego jest starannie zaprojektowany w maszynie, ponieważ awarie węża mogą być śmiertelne, a naruszenie minimalnego promienia gięcia węża spowoduje awarię. Węże hydrauliczne na ogół mają okucia ze stali kształtowanej na końcach. Najsłabszą częścią węża wysokociśnieniowego jest połączenie węża z złączką. Kolejną wadą węży jest krótsza żywotność gumy, która wymaga okresowej wymiany, zwykle co pięć do siedmiu lat.

Rury i przewody rurowe do zastosowań hydraulicznych n są wewnętrznie naoliwione przed uruchomieniem systemu. Zazwyczaj rury stalowe są malowane na zewnątrz. Tam, gdzie używane są kielichy i inne złącza, farba jest usuwana pod nakrętką i jest to miejsce, w którym może rozpocząć się korozja. Z tego powodu w zastosowaniach morskich większość rur jest wykonana ze stali nierdzewnej.

Uszczelki, kształtki i połączenia

Elementy układu hydraulicznego [źródła (np. pompy), elementy sterujące (np. zawory) i siłowniki (np. cylindry)] wymagają połączeń, które będą zawierać i kierować płyn hydrauliczny bez wycieków lub utraty ciśnienia, które powoduje ich działanie. W niektórych przypadkach komponenty mogą być skręcane razem z wbudowanymi ścieżkami płynów. Jednak w większej liczbie przypadków do kierowania przepływu z jednego komponentu do drugiego używa się sztywnych rurek lub elastycznych węży. Każdy komponent ma punkty wejścia i wyjścia dla danego płynu (nazywane portami) o rozmiarze zgodnym z przewidywaną ilością płynu, który przez niego przepłynie.

Istnieje wiele znormalizowanych metod mocowania węża lub rurki do elementu. Niektóre są przeznaczone do łatwości użytkowania i obsługi, inne są lepsze do wyższych ciśnień w układzie lub kontroli wycieków. Najpopularniejszą metodą, ogólnie rzecz biorąc, jest zapewnienie w każdym elemencie portu z gwintem wewnętrznym, na każdym wężu lub rurze nakrętki uwięzionej z gwintem wewnętrznym i użycie oddzielnego łącznika adaptera z dopasowanymi gwintami zewnętrznymi do połączenia tych dwóch. Jest funkcjonalny, ekonomiczny w produkcji i łatwy w obsłudze.

Okucia służą kilku celom;

  1. Do łączenia komponentów z portami o różnych rozmiarach.
  2. Aby połączyć różne standardy; Np. piastę O-ring do JIC lub gwint rurowy do uszczelnienia czołowego.
  3. Aby umożliwić prawidłową orientację komponentów, w zależności od potrzeb wybiera się złączkę 90°, 45°, prostą lub obrotową. Są zaprojektowane tak, aby można je było ustawić we właściwej orientacji, a następnie dokręcić.
  4. Włączenie sprzętu grodziowego do przepuszczania płynu przez ścianę blokującą.
  5. Wtyk montażu mogą być dodawane do maszyny bez zmian węży lub zaworów

Typowa maszyna lub ciężki sprzęt może mieć tysiące uszczelnionych punktów połączeń i kilka różnych typów:

  • Złączki rurowe , złączka jest wkręcana do oporu, co utrudnia prawidłowe ustawienie kątowego złączki bez nadmiernego lub niedokręcania.
  • Wtopka O-ringu, złączka jest wkręcana w piasty i orientowana w zależności od potrzeb, dodatkowa nakrętka dokręca złączkę, podkładkę i o-ring na miejscu.
  • Złączki kielichowe to uszczelki dociskowe typu metal-metal odkształcone nakrętką stożkową i wciśnięte w połączenie kielichowe.
  • Uszczelnienie czołowe , kołnierze metalowe z rowkiem i uszczelką o-ring są ze sobą połączone.
  • Uszczelnienia belek są kosztownymi uszczelnieniami typu metal-metal, stosowanymi głównie w samolotach.
  • Uszczelki zaciskane , rury są połączone z kształtkami, które są zaprasowane na stałe. Stosowany głównie w samolotach.

Uszczelnienia elastomerowe (pierścienie O-ring i uszczelnienie czołowe) są najczęstszymi typami uszczelnień w ciężkim sprzęcie i są w stanie niezawodnie uszczelnić ciśnienie płynu 6000+ psi (40+ MPa ).

Zobacz też

Referencje i uwagi

  • Analiza systemu zasilania hydraulicznego, A. Akers, M. Gassman i R. Smith, Taylor & Francis, Nowy Jork, 2006, ISBN  0-8247-9956-9

Zewnętrzne linki