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
Przemysł
Prasa hydrauliczna Schuler
Zastosowanie napędów hydraulicznych
Podnośnik hydrauliczny typu "żaba"
Schemat napędu hydraulicznego
P1 - moc wejściowa (moc doprowadzana do napędu),
P2 - moc wyjściowa (moc otrzymywana z napędu),
Pstr - 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) Qts [m3/s]
• chłonność rzeczywista Qs [m3/s]
• chłonność jednostkowa (geometryczna objętość robocza) qs [m3/obr]
• sprawność objętościowa
Vs  Qts
Qs
• różnica ciśnień na wejściu i wyjściu z silnika Dp [Pa]
Znając parametry silnika można obliczyć:
• prędkość obrotową silnika hydraulicznego:
n s  60  Q s  Vs [obr / min]
qs
gdzie: Qs - chłonność silnika [m3/s],
qs - chłonność jednostkowa silnika w [m3/obr],
Vs - sprawność objętościowa silnika.
• prędkość przesuwu tłoka i tłoczyska względem cylindra:
vs  Qs vs [m/s ]
A
gdzie:
A - powierzchnia czynna tłoka [m2],
Vs - sprawność objętościowa siłownika
Znając parametry silnika można obliczyć:
Q

D
p
s
Pes 
es [kW]
1000
• moc użyteczna:
gdzie: es – sprawność ogólna silnika
• moment na wale silnika:
gdzie:
• moc wyjściową siłownika:
P
M s  9550 es [ Nm]
ns
Pes – moc użyteczna silnika [kW],
ns - prędkość obrotowa silnika [obr/min]
F

v
s
s  [kW ]
Pes 
1000 es
gdzie: Fs - siła otrzymywana na tłoczysku lub nurnika siłownika [N],
vs - prędkość przesuwu tłoczyska siłownika [m/s],
es – sprawność ogólna silnika
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,
Z1, Z2 - 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,
Z1, Z2 - 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,
Z1, Z2 - 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
Jeżeli elementem wyjściowym napędu jest silnik, to parametrami
regulowanymi są:



prędkość obrotowa,
moment obrotowy,
moc.
W przypadku siłownika parametrami regulowanymi są:



prędkość liniowa,
siła,
moc.
Sterowanie prędkości obrotowej polega na zmianie:




wydajności pompy Qv,
zmianie oporów przepływu cieczy w instalacji,
zmianie jednostkowej chłonności silnika (qs m3/obr),
zmianie powierzchni czynnej tłoka (A m2) siłownika.
Podstawowy napęd hydrauliczny
ruchu postępowo-zwrotnego
1 – zbiornik,
2 – pompa wyporowa,
3 – zawór bezpieczeństwa,
4 - zawór rozdzielczy,
5 – siłownik,
6 – filtr.