Napędy
hydrauliczne
Napędy
hydrauliczne
Wprowadzenie
Napędy hydrauliczne są to urządzenia służące do
przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej
wytwarzania do urządzenia napędzanego.
W napędach tych czynnikiem przenoszącym
energię jest ciecz.
Zasada działania napędu hydraulicznego jest
oparta na prawie Pascala, dotyczącym
równomiernego rozchodzenia się ciśnienia w
cieczy.
Podział napędów hydraulicznych
hydrostatyczne, których działanie opiera się na
wykorzystaniu przede wszystkim energii
ciśnienia cieczy,
hydrokinetyczne, których działanie opiera się
na wykorzystaniu energii kinetycznej cieczy.
Zastosowanie napędów hydraulicznych
Budownictwo
koparka kołowa
Zastosowanie napędów hydraulicznych
Prasa hydrauliczna Schuler
Przemysł
Zastosowanie napędów hydraulicznych
Podnośnik hydrauliczny typu "żaba"
Schemat napędu hydraulicznego
P
1
- moc wejściowa (moc doprowadzana do napędu),
P
2
- moc wyjściowa (moc otrzymywana z napędu),
P
str
- moc tracona w napędzie
Zasada działania napędu
hydrostatycznego
o ruchu postępowo-zwrotnym
1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
3 - urządzenie sterujące,
4 - cylinder hydrauliczny
Zasada działania napędu
hydrostatycznego
o ruchu obrotowym
1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
5 - silnik hydrauliczny
Zasada działania napędu
hydrostatycznego
o ruchu wahadłowym
1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
3 - urządzenie sterujące,
4 - cylinder hydrauliczny
Zalety napędów hydraulicznych
możliwość uzyskania bardzo dużych sił, przy
małych wymiarach urządzeń,
możliwość uzyskania bezstopniowej zmiany
prędkości ruchu,
możliwość użycia małych sił do sterowania pracą
ciężkich maszyn,
możliwość zdalnego sterowania,
możliwość zastosowania mechanizacji i
automatyzacji ruchów,
dużą trwałość elementów układów
hydraulicznych oraz łatwość ich wymiany.
Wady napędów hydraulicznych
trudności związane z uszczelnieniem elementów
ruchowych; wszelkie nieszczelności powodują
przedostawanie się powietrza do obiegu, a to z
kolei powoduje zakłócenia pracy układu oraz
powodują wycieki cieczy roboczej,
duże straty energii na pokonywanie oporów
przepływu.
Ciecz w hydrostatycznych układach
napędowych powinno cechować:
jak najmniejsza zmienność lepkości wraz ze
zmianą temperatury,
mała ściśliwość, a więc duży moduł sprężystości
objętościowej,
jak najwyższa temperatura zapłonu i jak
najniższa temperatura krzepnięcia,
duże ciepło właściwe, mała rozszerzalność
temperaturowa, dobra przewodność cieplna,
odporność, na pienienie się i utlenianie,
dobre własności smarne,
jednorodność struktury i trwałość chemiczna
oraz obojętność chemiczna w czasie kontaktu z
metalami i materiałami uszczelnień.
Wielkości charakteryzujące
silniki hydrauliczne
• chłonność teoretyczna (idealna – bez przecieków) Q
ts
[m
3
/s]
• chłonność rzeczywista Q
s
[m
3
/s]
• chłonność jednostkowa (geometryczna objętość robocza)
q
s
[m
3
/obr]
• sprawność objętościowa
• różnica ciśnień na wejściu i wyjściu z silnika Dp [Pa]
s
ts
Vs
Q
Q
Znając parametry silnika można
obliczyć:
• prędkość obrotową silnika
hydraulicznego:
gdzie: Q
s
- chłonność silnika [m
3
/s],
q
s
- chłonność jednostkowa silnika w [m
3
/obr],
Vs
- sprawność objętościowa silnika.
• prędkość przesuwu tłoka i tłoczyska
względem cylindra:
gdzie:
A - powierzchnia czynna tłoka [m
2
],
Vs
- sprawność objętościowa siłownika
min]
/
[obr
q
Q
60
n
Vs
s
s
s
]
m/s
[
vs
s
s
A
Q
v
Znając parametry silnika można
obliczyć:
• moc użyteczna:
gdzie:
es
– sprawność ogólna
silnika
• moment na wale silnika:
gdzie:
P
es
– moc użyteczna silnika
[kW],
n
s
- prędkość obrotowa silnika
[obr/min]
• moc wyjściową siłownika:
gdzie: F
s
- siła otrzymywana na tłoczysku lub nurnika
siłownika [N],
v
s
- prędkość przesuwu tłoczyska siłownika [m/s],
es
– sprawność ogólna silnika
]
kW
[
1000
es
s
es
p
Q
P
]
Nm
[
9550
s
es
s
n
P
M
]
kW
[
1000
es
s
s
es
v
F
P
Siłowniki
Tłokowe
Jednostronnego działania
Dwustronnego
działania
Siłowniki
Nurnikowe
Jednostronnego działania
Siłowniki
Przeponowe
Jednostronnego działania
Dwustronnego
działania
Siłowniki
Teleskopowe
Jednostronnego działania
Dwustronnego
działania
Elementy sterujące napędów
hydraulicznych
Przykłady rozwiązań zaworów
Zawór zwrotny kulkowy
1 - kulka, 7 - korpus zaworu
Przykłady rozwiązań zaworów
Zawór odcinający igłowy
4 - iglica,
5 - trzpień,
6 - uszczelnienie,
7 - korpus zaworu
Przykłady rozwiązań zaworów
Zawór bezpieczeństwa (kulkowy)
1 - kulka,
2 - sprężyna,
3 - wkręt regulacyjny,
4 - iglica,
5 - trzpień,
6 - uszczelnienie,
7 - korpus zaworu
Zasada działania
suwakowego zaworu rozdzielczego
S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,
P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,
Z
1
, Z
2
- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej
Zasada działania
suwakowego zaworu rozdzielczego
S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,
P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,
Z
1
, Z
2
- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej
Zasada działania
suwakowego zaworu rozdzielczego
S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,
P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,
Z
1
, Z
2
- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej
Osprzęt pomocniczy
w napędach hydraulicznych
Filtry
Akumulatory hydrauliczne
Zbiorniki, chłodnice
Przewody, złącza i uszczelnienia
Sterowanie napędów
hydrostatycznych
prędkość obrotowa,
moment obrotowy,
moc.
Jeżeli elementem wyjściowym napędu jest silnik, to
parametrami regulowanymi są:
W przypadku siłownika parametrami regulowanymi są:
prędkość liniowa,
siła,
moc.
Sterowanie prędkości obrotowej polega na
zmianie:
wydajności pompy Q
v
,
zmianie oporów przepływu cieczy w instalacji,
zmianie jednostkowej chłonności silnika (q
s
m
3
/obr),
zmianie powierzchni czynnej tłoka (A m
2
)
siłownika.
Podstawowy napęd hydrauliczny
ruchu postępowo-zwrotnego
1 – zbiornik,
2 – pompa wyporowa,
3 – zawór bezpieczeństwa,
4 - zawór rozdzielczy,
5 – siłownik,
6 – filtr.