Napędy hydrauliczne IV sem wykłady - Mechatronika

Transkrypt

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Materiały dydaktyczne
Napędy hydrauliczne
Semestr IV
Wykłady
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
1
Temat 1 (3h): Podstawowe rodzaje napędowych układów hydraulicznych
Zagadnienia:
A. Systematyka hydraulicznych układów napędowych
B. Pompy i silniki hydrauliczne
C. Osprzęt
Zagadnienie 1.A: Systematyka hydraulicznych układów napędowych
1. Co to jest napęd hydrostatyczny
Hydrauliczny układ napędowy to instalacja której zadaniem jest przeniesienie energii
mechanicznej od źródła do odbiornika za pośrednictwem cieczy roboczej. Zasadniczą rolę odgrywa
tutaj ciecz, która jest akumulatorem i nośnikiem energii. Wykorzystując równanie Bernoulliego można
założyć, że energia całkowita cieczy w ruchu ustalonym ma wartość stałą i składa się z trzech
składników: energii potencjalnej, energii ciśnienia i energii kinetycznej:
ρVgh + pV + ρVν2/2 = const
gdzie: ρ- gęstość cieczy
V- objętość cieczy
g- przyspieszenie ziemskie
h- wysokość położenia
p- ciśnienie cieczy
v- prędkość cieczy
ρVgh- energia potencjalna cieczy
pV- energia ciśnienia cieczy
ρVv2/2- energia kinetyczna cieczy
Energia potencjalna wykorzystana jest w energetyce wodnej, energia kinetyczna w napędach
hydrokinetycznych a energia ciśnienia w napędach hydrostatycznych omawianych na przedmiocie
„Napędy hydrauliczne”.
2
2. Co to jest układ hydrauliczny
Zgodnie z ogólnie przyjętą nomenklaturą instalacja to zespół maszyn urządzeń i rurociągów
tworzących ciąg technologiczny. Zatem przez napęd hydrauliczny rozumiemy instalację, w której
dowolny rodzaj energii (zazwyczaj jest to energia mechaniczna ruchu obrotowego) zamieniany jest w
sposób kontrolowany na energię ciśnienia cieczy, a następnie przenoszony wraz ze strumieniem cieczy
i ponownie zamieniany na energię mechaniczną – rys.1.1.
3. Czym różnią się otwarty i zamknięty układ hydrauliczny
Istnieje wiele kryteriów podziału układów hydraulicznych Najważniejsze z nich to rola
zbiornika w cyrkulacji cieczy. Zbiornik układu hydraulicznego zawsze pośredniczy, w mniejszym lub
większym stopniu, w przepływie cieczy cyrkulującej między pompą i silnikiem. W zależności od
tego jaki strumień cieczy przepływa przez zbiornik układy hydrauliczne dzieli się na otwarte i
zamknięte- rys.1.2.
W układzie otwartym cały strumień cieczy generowany przez pompę i przenoszący energię do
silnika hydraulicznego spływa do zbiornika po oddaniu energii ciśnienia w silniku.
W układzie zamkniętym przez zbiornik przepływa wyłącznie strumień równy przeciekom
wewnętrznym oraz upustom elementów układu hydraulicznego, ponieważ strumień generowany przez
pompę wraca na jej stronę ssącą bez pośrednictwa zbiornika, po oddaniu energii ciśnienia w silniku.
Przecieki wewnętrzne układu oraz upusty cieczy odprowadzane do zbiornika muszą być uzupełniane
w sposób ciągły podczas pracy instalacji przez zawory dopełniające zlokalizowane na ssaniu pompy
głównej układu. Uzupełnianie cieczy może odbywać się dzięki zasysaniu cieczy przez pompę główną
układu lub dzięki wtłaczaniu cieczy pod ciśnieniem wytwarzanym przez pomocniczą pompę
dopełniającą. Upust cieczy z obiegu do zbiornika realizowany jest przez rozdzielacze sterowane
różnicą ciśnień strony tłocznej i ssawnej pompy głównej. Zadaniem zaworów upustowych jest ciągła
wymiana cieczy w obiegu głównym wynikająca z konieczności utrzymania optymalnej temperatury.
Ciecz upuszczana do zbiornika oddaje ciepło podczas kontaktu z jego ścianami.
3
Rys.1.1 Budowa hydraulicznego układu napędowego i transformacja energii
Rys. 1.2. Układ hydrauliczny otwarty i zamknięty
4. Czym charakteryzują się układy hydrauliczne i jak wygląda ich systematyka
Podstawową zaletą układów hydraulicznych jest wysoki wskaźnik przenoszonej mocy do
objętości i masy potrzebnych urządzeń oraz precyzyjna zmiana parametrów ruchu niedostępna w
innych rozwiązaniach napędów. Podstawową wadą układów hydraulicznych jest niższa sprawność
4
całkowita w porównaniu z pozostałymi rozwiązaniami napędów. Pozostałe zalety i wady układów
hydraulicznych przedstawiono na rys. 1.3.
Kolejne kryterium podziału układów hydraulicznych wynika z rodzaju i zakresu ruchu silnika
hydraulicznego przekazującego energię mechaniczną do odbiornika. Zgodnie z wcześniejszymi
informacjami mamy więc do czynienia z napędem postępowo zwrotnym realizowanym za pomocą
siłownika lub obrotowym realizowanym przez silnik. W specjalnych rozwiązaniach możliwa jest
również wzajemna zamiana ruchu postępowo- zwrotnego na ruch obrotowy. W takich układach skok
siłownika wykonującego ruch postępowo- zwrotny jest naturalnie ograniczony, co limituje również
zakres ruchu obrotowego. Jeżeli ruch obrotowy odbywa się w sposób nieograniczony, wówczas napęd
obrotowy nazywany jest przekładnią. Na rys.1.4 przedstawiono układ otwarty z napędem postępowozwrotnym oraz układ zamknięty z napędem obrotowym o ruchu nieograniczonym, czyli przekładnię.
Rys.1.3 Cechy układu hydraulicznego
Kolejny podział układów hydraulicznych wynika z liczby i natężenia przepływu
zainstalowanych pomp i silników. Hydrauliczne układy napędowe dzielą się w związku z tym na
jedno lub wielopompowe oraz jedno lub wielosilnikowe. Pompy mogą mieć w ramach tego samego
układu stałą lub zmienną wydajność a silniki stałą lub zmienną chłonność, zależnie od przeznaczenia.
5
Kolejne kryterium podziału dotyczy układów hydraulicznych wielosilnikowych i wynika ze
sposobu powiązania jednego lub kilku źródeł zasilania z poszczególnymi odbiorami. Zasilanie może w
związku z tym mieć charakter indywidualny, grupowy lub centralny jak przedstawiono to na rys.1.4.
Rys.1.4. Przykłady zasilania w układach hydraulicznych z wieloma odbiornikami
Przy zasilaniu indywidualnym każdy silnik zasilany jest przez oddzielną pompę. Przy
zasilaniu grupowym klika odbiorów zasilanych jest przez jedno źródło obsługiwane przez jedną lub
kilka pomp. W przypadku zasilania centralnego wszystkie odbiory podłączone są do jednego źródła
obsługiwanego przez kilka pomp. Wydajność źródła zasilania dopasowana jest automatycznie do
liczby i chłonności pracujących odbiorów a bateria akumulatorów stanowi rezerwę wydajności źródła
w stanach przejściowych.
Rys.1.5. Sposoby regulacji prędkości silnika
6
Ostatnim kryterium podziału hydraulicznych układów napędowych jest sposób sterowania i
regulacji prędkości odbiorników.
Prędkość robocza silnika zależy od natężenia zasilającego go
strumienia cieczy roboczej- rys.1.5.
Sterowanie i regulacja dławieniowa wykorzystuje pompy o stałej wydajności współpracujące
z zaworami sterującymi natężeniem przepływu. Zadaniem zaworów sterujących jest odprowadzenie
do zbiornika części strumienia wytworzonego przez pompę, przy jednoczesnym zapewnieniu ciśnienia
niezbędnego do pokonania obciążenia zewnętrznego silnika, związanego z odbiornikiem energii
mechanicznej.
Odprowadzenie części strumienia do zbiornika powoduje zmniejszenie natężenia
przepływu cieczy docierającej do silnika, co pozwala na regulację prędkości. Regulacja odbywa się
kosztem strat wynikających z energii strumienia odprowadzonego do zbiornika. Dlatego regulacja
dławieniowa stosowana jest najczęściej w hydraulicznych układach napędowych małej lub średniej
mocy pracujących w sposób przerywany, przy niewielkich współczynnikach czasu włączenia. W
zależności od miejsca montażu zaworu dławiącego przepływ układy z regulacją dławieniową dzieli się
na szeregowe i równoległe. W szeregowym układzie dławieniowym element dławiący przepływ
umieszczony jest w linii łączącej pompę, silnik i zbiornik. W równoległym układzie dławieniowym
element dławiący umieszczony jest w linii równoległej do linii w której zamontowany jest silnik.
Dalszy podział układów dławieniowych wynika z miejsca montażu elementu dławiącego w stosunku
do silnika. Jeżeli element dławiący znajduje się przed silnikiem, wówczas układ określa się jako
sterowany szeregowo z dławieniem na wejściu. Jeżeli element dławiący znajduje się za silnikiem
wówczas sterowany jest szeregowo z dławieniem na wyjściu. Przedstawiony na rys. 1.6 układ
dławieniowy jest układem szeregowym z dławieniem na wyjściu.
Sterowanie i regulacja objętościowa wykorzystuje pompy o zmiennej wydajności regulowanej
za pomocą zmiany geometrycznej objętości roboczej oraz silniki o zmiennej chłonności realizowanej
w analogiczny sposób. W układach tych do odbiornika dociera cały strumień generowany przez źródło
zasilania a więc pomijając straty objętościowe samych elementów, regulacja odbywa się bez strat
charakterystycznych dla regulacji dławieniowej. Układy z regulacją objętościową zużywają więc
mniej energii napędowej lecz ze względu na stopień skomplikowania elementów instalacji są droższe,
cięższe i objętościowo większe.
Jeżeli układ sterowania prędkością umożliwia dodatkowo stabilizację prędkości silnika
wówczas nazywany jest układem z automatyczną regulacją prędkości. Do stabilizacji prędkości w
układach
hydraulicznych
dławieniowych
wykorzystuje
się,
zamiast
zwykłych
elementów
dławieniowych, wielodrogowe regulatory przepływu.
7
W układach hydraulicznych z regulacją objętościową stabilizację prędkości silnika uzyskuje
się dzięki zastosowaniu elementów nastawczych pomp i silników sterowanych sygnałem sprzężenia
zwrotnego w postaci natężenia przepływu lub ciśnienia. Dzięki zastosowaniu układu sprzężenia
zwrotnego mogą one dodatkowo realizować określony program sterowania silnikiem w zależności od
warunków podyktowanych jego obciążeniem. Ogólną systematykę układów hydraulicznych ze
względu na sposób automatycznej regulacji prędkości odbiornika przedstawiono na rys.1.6.
Rys. 1.6. Ogólna systematyka układów hydraulicznych
Zagadnienie 1B: Pompy i silniki hydrauliczne
5. Jakie rodzaje pomp stosowane są w układach hydraulicznych
Elementem wejściowym układu hydraulicznego jest zgodnie z rys.1.1. pompa wyporowa
napędzana silnikiem elektrycznym lub spalinowym o mocy N1, wytwarzającym moment obrotowy M1
przy prędkości obrotowej wału ω1. Pompa jest generatorem energii hydraulicznej cieczy a jej moc
hydrauliczna NH1 uzyskiwana jest dzięki podniesieniu ciśnienia cieczy o wartość ∆p1 przy przepływie
cieczy wynoszącym Q1. Pompa ta nosi nazwę pompy głównej układu hydraulicznego, gdyż poza nią w
instalacji mogą znajdować się pompy pomocnicze realizujące dodatkowe zadania wynikające z
rodzaju układu lub potrzeb napędu.
8
W wyniku strat hydraulicznych i objętościowych ciecz dopływająca do elementu wyjściowego
układu posiada niższą energię hydrauliczną NH2 wynikającą z dostępnego natężeniu przepływu Q2 i
dysponowanego spadku ciśnienia ∆p2. Elementem wyjściowym może być silnik realizujący ruch
obrotowy lub siłownik realizujący ruch postępowo- zwrotny. Często nie rozróżnia się formalnie tych
elementów nazywając je po prostu silnikiem hydraulicznym, tak jak na rysunku 1.2, realizującym
określony rodzaj ruchu. Silnik zamienia energię hydrauliczną cieczy NH2 na energię mechaniczną
przekazując odbiornikowi moc mechaniczną N2 przy założonych parametrach ruchu obrotowego w
postaci momentu M2 i prędkości ω2, lub ruchu postępowego w postaci siły F i prędkości V.
Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych głównych i pomocniczych pomp wyporowych
stosowanych w hydraulicznych układach napędowych. Podstawowy podział na pompy rotacyjne i
tłoczkowe wynika z charakteru ruchu wykonywanego przez elementy wyporowe pompy a dalsza
systematyka wynika ze szczegółów konstrukcji – rys.1.7.
Rys. 1.7. Systematyka pomp wyporowych stosowanych w układach hydraulicznych.
Jeżeli pompa posiada stałą geometryczną objętość roboczą (w przypadku pomp tłoczkowych
jest to objętość skokowa) wówczas nazywana jest pompą o stałej wydajności, ponieważ jej wydajność
zależy wyłącznie od prędkości obrotowej wału napędowego. Pompy o stałej wydajności stosowane w
układach hydraulicznych to pompy zębate i śrubowe. Pozostałe rodzaje pomp występują w obu
wersjach, to znaczy ze stałą i zmienną wydajnością. O zmiennej wydajności mówi się wtedy, gdy
pompa posiada możliwość regulacji geometrycznej objętości roboczej, czyli jej wydajność może być
regulowana przy stałej prędkości obrotowej wału napędowego.
9
Rys.1.8 Charakterystyka i symbole graficzne pomp wyporowych
Pompy zębate, śrubowe oraz tłoczkowe rzędowe produkowane są w wersjach z jednym
kierunkiem tłoczenia. Pozostałe pompy są budowane w obu wersjach, to znaczy ze stałym lub
zmiennym kierunkiem tłoczenia. Zmiana kierunku tłoczenia pomp może być realizowana najprościej
przez zmianę kierunku obrotów wału napędowego. Pompy takie nazywane są pompami o zmiennym
kierunku tłoczenia i zmiennym kierunku obrotów. Konstrukcja niektórych pomp pozwala jednak na
zmianę kierunku tłoczenia pompy przy zachowaniu stałego kierunku obrotów wału napędowego.
Pompy te nazywane są pompami o zmiennym kierunku tłoczenia. Charakterystykę pomp wynikającą z
tych kryteriów wraz z symbolami graficznymi przedstawiono na rys. 1.8.
Dalsze podziały pomp wynikają z liczby niezależnych strumieni cieczy roboczej
generowanych przez pompę oraz liczby stopni ciśnienia montowanych wewnątrz jednej obudowy.
Pompy nazywa się wówczas wielostrumieniowymi przy połączeniu równoległym dwóch lub więcej
zespołów wyporowych oraz wielostopniowymi przy połączeniu szeregowym tych elementów.
Szczegóły konstrukcyjne budowy oraz zagadnienia dotyczące strat, sprawności hydraulicznej i
mechanicznej oraz kształtu charakterystyk teoretycznych i rzeczywistych pomp stosowanych w
hydraulicznych układach napędowych omówione zostały szczegółowo w literaturze przedmiotu [i]
10
6. Jakie rodzaje silników stosowane są w układach hydraulicznych
Silniki hydrauliczne spełniają w układzie zadania odwrotne do pomp a ich systematyka może
być identyczna. Istnieją jednak problemy praktyczne w postaci niskiego momentu obrotowego
dostępnego przy małych prędkościach obrotowych, lub zbyt wysokiego momentu rozruchowego,
decydujące o ograniczonym zastosowaniu niektórych rodzajów pomp jako silników. O zamienności
pomp i silników hydraulicznych według systematyki przedstawionej na rys. 7 można mówić
wyłącznie przy wysokich prędkościach obrotowych. Przy niskich prędkościach obrotowych
obowiązuje schemat podziału silników hydraulicznych przedstawiony na rys. 1.9.
Rys.1.9. Systematyka wolnoobrotowych silników hydraulicznych [1]
Podobnie jak pompy, silniki mogą posiadać stałą lub zmienną objętość roboczą, którą określa
się jako chłonność. W przypadku silnika o stałej chłonności jego prędkość zależy wyłącznie od
natężenia przepływu cieczy roboczej, a przy zmiennej chłonności prędkość silnika może ulegać
zmianie niezależnie od natężenia przepływu. Regulacja chłonności może być stopniowa lub płynna.
Regulację płynną uzyskuje się w silnikach szybkoobrotowych a stopniową w silnikach
wolnoobrotowych. Regulacja stopniowa polega na wyłączeniu części cylindrów z pracy. W silnikach
jednorzędowych regulacja ta jest możliwa w przypadku konstrukcji wielokrotnego działania a w
silnikach wielorzędowych odbywa się przez wyłączenie całego rzędu cylindrów.
11
Rys.1.10 Charakterystyka i symbole graficzne silników hydraulicznych
Konstrukcja wielokrotnego działania polega na tym, że każdy aktywny zespół wyporowy
wykonuje więcej niż jeden cykl roboczy podczas jednego obrotu wałka wyjściowego silnika. Silniki
hydrauliczne mogą mieć stały lub zmienny kierunek obrotów wałka wyjściowego realizowany przez
zmianę kierunku zasilania. Osobną grupę stanowią silniki wahadłowe. Są one połączeniem siłownika z
tłoczyskiem w formie listwy zębatej napędzającej przez przekładnię wałek wyjściowy silnika. Kąt
obrotu wałka silnika wahadłowego ograniczony jest skokiem siłownika i przełożeniem przekładni
zębatej. Silniki wahadłowe są więc silnikami niepełnoobrotowymi. Charakterystykę i symbole
graficzne silników hydraulicznych przedstawiono na rys. 1.10
Szczegóły konstrukcyjne budowy i sposobu regulacji chłonności oraz zagadnienia dotyczące
strat, sprawności hydraulicznej i mechanicznej oraz kształtu charakterystyk teoretycznych i
rzeczywistych silników stosowanych w hydraulicznych układach napędowych omówione zostały
szczegółowo w literaturze przedmiotu [1].
7. Jakie rodzaje siłowników stosowane są w układach hydraulicznych
Oddzielną grupą elementów wyjściowych układu hydraulicznego są odbiorniki energii
ciśnienia o ruchu posuwisto- zwrotnym, nazywane popularnie siłownikami lub cylindrami
hydraulicznymi- rys.1.11.
12
Podstawowy podział siłowników wynika z rodzaju elementu przekazującego energię.
Rozróżnia się w związku z tym siłowniki nurnikowe i tłokowe. Kolejnym kryterium podziału jest
liczba ruchów roboczych elementu. W siłownikach jednostronnego działania ruch roboczy wywołany
jest ciśnieniem cieczy roboczej a ruch powrotny obciążeniem zewnętrznym. W siłownikach
dwustronnego działania ruch wysuwowy i powrotny wywołany jest działaniem ciśnienia cieczy
roboczej podawanej odpowiednio na obie strony tłoka. Dalsza systematyka siłowników dwustronnego
działania wynika ze szczegółów budowy pokazanych na rysunku 1.11.
Osobną grupę stanowią wspomniane wcześniej w systematyce silników hydraulicznych
siłowniki zamieniające ruch posuwisto- zwrotny na ograniczony ruch obrotowy za pośrednictwem
przekładni zębatej lub śrubowej.
Rys.1.11 Systematyka i schemat budowy siłowników
Bezpośrednią zamianę energii ciśnienia na moment obrotowy, bez pośrednictwa przekładni,
uzyskuje się w siłownikach toroidalnych. Zakres obrotu takiego siłownika zależy generalnie od liczby
komór roboczych i jest zawsze nieco mniejszy od kąta wynikającego z podziału geometrycznego kata
pełnego na liczbę komór. Zagadnienia dotyczące szczegółów budowy, strat, sprawności oraz zasad
doboru siłowników omówiono szczegółowo w literaturze [1]
13
Zagadnienie 1C: Osprzęt
8. Co to jest i z czego składa się układ sterowania
Pomiędzy pompą i silnikiem hydraulicznego układu napędowego znajduje się układ
sterowania decydujący o dopasowaniu energii wejściowej i wyjściowej instalacji- rys.1.12. W skład
układu sterowania wchodzą elementy sterujące przepływem i ciśnieniem cieczy lub odpowiadające za
nastawę wydajności pomp i chłonności odbiorników. Są to różnego rodzaju zawory. Pozwalają one na
uruchomienie, zatrzymanie zmianę prędkości i kierunku ruchu odbiornika. Układ hydrauliczny jest
wyposażony dodatkowo w zawory bezpieczeństwa, zawory zwrotne i przełączające spełniające
zadania wynikające z przeznaczenia i charakteru pracy odbiornika energii. Zawory sterujące
odprowadzają część cieczy przewodem obejściowym do zbiornika, lub ustalają ciśnienie potrzebne do
wysterowania elementów odpowiedzialnych za nastawę chwilowej wydajności i chłonności pomp i
odbiorników, w zależności od przyjętego sposobu regulacji prędkości. Konieczność regulacji powstaje
w stanach przejściowych pracy instalacji kiedy wydajność pompy jest wyższa od chłonności
odbiorników, ciśnienie tłoczenia pompy jest wyższe niż wymagane przez odbiornik, lub odbiornik
zostaje przeciążony.
9. Jak wygląda systematyka zaworów hydraulicznych
Systematykę zaworów hydraulicznych przedstawiono na rys. 1.13. Podział na cztery
podstawowe grupy wynika z rodzaju kontrolowanego parametru. Rozróżnia się w związku z tym
zawory sterujące: kierunkiem przepływu, ciśnieniem przepływu, natężeniem przepływu oraz
przekaźniki ciśnieniowe i czasowe. Dalszy podział poszczególnych grup zaworów wynika z
możliwości funkcjonalnych. W przypadku zaworów sterujących przepływem istotna jest liczba dróg
dopływu i wypływu, liczba możliwych stanów czyli położeń oraz sposób zmiany stanu, czyli rodzaj
sterowania zaworem. Rozróżnia się w związku z tym zawory dwudrogowe czyli posiadające jeden
dopływ i jeden odpływ oraz zawory wielodrogowe. Ze względu na liczbę stanów zawory dzieli się na
dwupołożeniowe i wielopołożeniowe. Liczbę dróg i stanów rozdzielcza podaje się często w formie
ilorazu X/Y, gdzie X oznacza liczbę dróg a Y liczbę stanów.
14
Rys.1.12 Sposób dopasowania energii produkowanej i pobieranej w układzie hydraulicznym
Zawory mogą być przesterowane mechanicznie, elektromagnetycznie oraz z wykorzystaniem
energii ciśnienia cieczy roboczej czyli hydraulicznie. Stosuje się również sterowanie alternatywne z
wykorzystaniem więcej niż jednego sposobu przełączania zaworu. Symbole graficzne wybranych
zaworów i rozdzielaczy z wyjaśnieniem szczegółów budowy przedstawiono na rys. 1.14.
Rys.1.13 Systematyka zaworów hydraulicznych
15
Szczegóły budowy i zasady działania oraz charakterystykami przekroju przepływu w funkcji
przemieszczenia elementu sterującego przedstawiono szerzej w literaturze przedmiotu [1].
10. Co to są i do czego służą akumulatory hydrauliczne
Poszczególne elementy układu połączone są rurociągami o odpowiednich średnicach i
własnościach mechanicznych wynikających z prędkości przepływu i ciśnienia cieczy. Elementem
instalacji mogą być również akumulatory magazynujące energię ciśnienia cieczy która następnie może
być wykorzystana do napędu odbiornika lub na potrzeby układu sterowania. Akumulatory przejmują
chwilowe nadwyżki energii ciśnienia i oddają je w podczas deficytu wynikającego z bilansu
zapotrzebowania odbiorników i zdolności wytwarzania energii przez pompę w układach z wieloma
odbiornikami. W cyklu ładowania akumulatora energia ciśnienia cieczy zamieniana jest na energię
ciśnienia gazu a w cyklu rozładowania odwrotnie. Zasadniczy podział akumulatorów wynika z rodzaju
elementu oddzielającego przestrzeń gazową i cieczową . Rozróżnia się w związku z tym akumulatory
tłokowe i akumulatory z elastyczną przegrodą. Te ostatnie dzielą się na membranowe i pęcherzowe.
Rys.1.14 Symbole graficzne wybranych zaworów i rozdzielaczy
11. Jakie elementy armatury stosowane są w układach hydraulicznych
Filtry
i
wymienniki
ciepła
odpowiadają
za
utrzymanie
prawidłowych
własności
fizykochemicznych cieczy oraz pozwalają na przedłużenie okresu jej eksploatacji. Ważnym
16
elementem armatury każdego układu hydraulicznego jest zbiornik w którym magazynowana jest ciecz
robocza powracająca z odbiornika po oddaniu energii ciśnienia i skąd następnie pobierana jest przez
pompę. Poza magazynowaniem cieczy zbiornik pełni rolę wymiennika ciepła i odpowiada za
wydzielanie się powietrza oraz cząsteczek zanieczyszczeń z cieczy przed kolejnym cyklem roboczym.
17
Temat 2 (4h): Teoretyczne podstawy pracy napędów hydraulicznych
1. Na jakiej podstawie określa się wymagane ciśnienie w instalacji hydraulicznej?
Wartość ciśnienia w instalacji można dobrać na podstawie orientacyjnych danych dotyczących
podobnych układów – rys. 2.1 lub w oparciu o obliczenia- rys. 2.2. Ponadto, określone ciecze robocze
mają praktyczne limity ciśnienia roboczego.
Rys. 2.1 Typowe ciśnienia występujące w układach hydraulicznych
Dobór ciśnienia w oparciu o obliczenia wymaga uwzględnienia obciążenia zewnętrznego i
sprawności elementu wykonawczego.
18
Rys. 2.2 Wpływ ciśnienia roboczego na pracę instalacji
Zgodnie z rys. 2.2 podwyższenie ciśnienia w instalacji pozwala na zmniejszenie elementów
instalacji oraz średnic rurociągów kosztem zwiększenia przecieków i sprawności wewnętrznej
urządzeń, przyspieszonego zużycia ściernego elementów i degradacji cieczy roboczej, pogorszenia
własności dynamicznych układu spowodowanych ściśliwością cieczy oraz większej emisji hałasu.
2. Na jakiej podstawie określa się natężenie przepływu w instalacji?
Jak wynika z rys. 2.2 wysokość ciśnienia w instalacji wpływa, przy okręconych parametrach
elementów wykonawczych, również na natężenie przepływu. Zwiększenie natężenia przepływu w
wyniku dopasowania wydajności lub chłonności urządzeń do założeń projektowych względnie doboru
wielkości konstrukcyjnej powoduje zwiększenie prędkości i strat
przepływu, które rosną
proporcjonalnie do kwadratu prędkości.
3. Jakie parametry siłownika bierze się pod uwagę podczas jego doboru?
Zasady doboru siłownika wyjaśnia rys. 2.3. Parametry podlegające analizie to przebieg
wartości sił, droga i prędkość ruchu oraz ciśnienie robocze i ewentualnie wyboczenie siłownika.
19
Rys. 2.3 Parametry doboru siłownika
4. Jakie parametry bierze się pod uwagę podczas doboru silnika hydraulicznego?
Parametry silnika hydraulicznego brane pod uwagę prezentuje rys. 2.4
5. Jaki jest zakres wykorzystania i parametry eksploatacyjne różnych rodzajów silników
hydraulicznych?
O zakresie wykorzystania silnika decyduje chłonność właściwa, zakres prędkości i ciśnień
roboczych, stopień pulsacji ciśnienia, poziom emisji hałasu oraz sprawność ogólną, co wyjaśnia rys.
2.5
Rys. 2.4 Parametry doboru silnika hydraulicznego
20
Rys. 2.5 Cechy eksploatacyjne silników hydraulicznych
6. Jakie przesłanki decydują o wyborze rodzaju układu hydraulicznego
Wybór pomiędzy układem otwartym i zamkniętym zależy od szeregu parametrów
uwzględnionych na rys. 2.6.
7. Jakie cechy decydują o wyborze rodzaju zasilania indywidualnego w układzie hydraulicznym?
Cechy układów zasilanych pompą o stałej i zmiennej wydajności lub pompą
wielostrumieniową przedstawiono na rys. 2.7.
Rys. 2.6 Kryteria wyboru rodzaju układu hydraulicznego
21
Rys. 2.7 Cechy decydujące o wyborze rodzaju zasilania indywidualnego
8. Jakie cechy decydują o sposobie zasilania grupowego odbiorników?
Cechy układów zasilanych grupowo pompami o stałej i zmiennej wydajności lub pompą
wielostrumieniową z akumulatorami przedstawiono na rys. 2.8.
9. Jakie parametry bierze się pod uwagę podczas doboru pompy hydraulicznej?
Parametry pompy hydraulicznej brane pod uwagę prezentuje rys. 2.9.
10. Jaki jest zakres wykorzystania i parametry eksploatacyjne różnych rodzajów silników
hydraulicznych?
O zakresie wykorzystania pompy decyduje wydajność właściwa, zakres prędkości i ciśnień
roboczych, stopień pulsacji ciśnienia, poziom emisji hałasu oraz sprawność ogólną, co wyjaśnia rys.
2.10
22
Rys. 2.8 Cechy decydujące o wyborze rodzaju zasilania centralnego
Rys. 2.9 Parametry doboru pompy hydraulicznej
23
Rys. 2.10 Cechy eksploatacyjne pomp hydraulicznych
24
Temat 3 (3h): Regulacja mocy i prędkości roboczej w napędowych układach hydraulicznych
1. Jakie rodzaje sterowania i regulacji dławieniowej prędkości odbiornika stosowane są w
hydraulicznych układach napędowych?
Nastawa dławieniowa prędkości odbiornika polega na zmianie strumienia cieczy roboczej na
dopływie lub odpływie z odbiornika, ewentualnie strumienia równoległego do płynącego przez
odbiornik.
Rys.3.1 Systematyka układów sterowania i regulacji dławieniowej
Jeżeli dławienie dotyczy strumienia przed lub za odbiornikiem wówczas układ hydrauliczny
nazywa się szeregowym układem regulacji dławieniowej. W przypadku dławienia strumienia
równoległego do płynącego przez odbiornik układ hydrauliczny nazywa się równoległym układem
regulacji dławieniowej- rys. 3.1.
Jeżeli natężenie przepływu dławionego strumienia podlega dodatkowo stabilizacji, wówczas
układ hydrauliczny nazywa się układem regulacji i stabilizacji prędkości odbiornika.
2. Jaki jest wpływ lokalizacji zaworu dławiącego przed lub za odbiornikiem na pracę układu z
dławieniem szeregowym?
25
Oba układy są identyczne pod względem zasady działania, sprawności i przebiegu charakterystyk
regulacyjnych, jednak różnią się pod względem własności eksploatacyjnych, co wyjaśnia rys. 3.2.
Rys.3.2 Wpływ lokalizacji zaworu dławiącego na własności układu hydraulicznego
3. Jak kształtują się charakterystyki regulacyjne szeregowych i równoległych układów regulacji
dławieniowej?
Charakterystyki regulacyjne układów regulacji dławieniowej przedstawiają zależność
względnej prędkości odbiornika w przypadku siłowników oraz względnego natężenia przepływu w
przypadku silników od względnego przekroju przepływu zaworu dławiącego i względnego obciążenia
odbiornika. Rys. 3.3 przedstawia charakterystyki regulacyjne układu szeregowego a rys. 3.4 układu
równoległego. W obu wypadkach odbiornik zasilany jest strumieniem cieczy zależnym od przekroju
przepływu elementu dławiącego fd. Symbol fdo oznacza maksymalny przekrój przepływu elementu
dławiącego.
3. Jakie rodzaje sterowania i regulacji objętościowej prędkości odbiornika stosowane są w
hydraulicznych układach napędowych?
Sterowanie i regulacja objętościowa może mieć charakter ciągły i skokowy. W pierwszym
przypadku zmianie ulega wydajność generatora lub chłonność odbiornika albo zmianie podlegają oba
26
parametry a układ nazywa się przekładnią hydrostatyczną. Przy regulacji skokowej włączane lub
wyłączane są
w obieg, w zależności od zapotrzebowania odbiorników, sekcje pompy
wielostrumieniowej lub pompy o różnych wydajnościach. Systematykę układów z regulacją ciągłą
prędkości przedstawiono na rys. 3.5 a przykład trzystopniowej regulacji prędkości odbiornika na
rysunku 3.6.
Rys.3.3 Charakterystyki regulacji szeregowej układów z różnymi rodzajami odbiorników
Rys.3.4 Charakterystyki regulacji równoległej układów z różnymi rodzajami odbiorników
27
Strumień dopływający do silnika przekładni hydrostatycznej zależy od nastaw parametrów
wydajności generatora i odbiornika. Ciśnienie w linii zasilającej odbiornik zależy od momentu jakim
jest obciążony. Po przekroczeniu ciśnienia pmax nastawionego na zaworze maksymalnym ZM linia
zasilająca jest odciążona do zbiornika a prędkość odbiornika spada do zera.
Strumień dopływający do odbiornika zasilanego przez kilka pomp zależy od przesterowania
rozdzielaczy R1 i R2 w linii zasilania. Może być równy wydajności każdej z pomp lub ich sumie,
dzięki czemu uskakuje się trzy poziomy prędkości ruchu odbiornika. Zawory maksymalne ZM1 i ZM2
odprowadzają ciecz z linii zasilającej odbiornika po przekroczeniu ciśnienia wynikającego z
maksymalnego momentu obciążającego silnik.
Rys.3.5 Rodzaje przekładni hydrostatycznych
Rys. 3.6. Układ skokowej regulacji objętościowej prędkości silnika
28
4. Jak wyglądają charakterystyki regulacyjne przekładni hydrostatycznych
W przekładni z nastawną pompą jej wydajność zależy od parametru regulacyjnego εp który
przyjmuje wartości z przedziału (0;1). Prędkość obrotowa silnika ns jest, przy stałych wartościach
wydajności właściwej pompy qp, chłonności właściwej silnika qs oraz stałej prędkości obrotowej
pompy np, liniową zależnością jej parametru regulacyjnego εp- rys. 3.7. Przełożenie przekładni „i” jest
przy stałych wartościach wydajności i chłonności właściwej urządzeń odwrotnie proporcjonalne do
parametru regulacyjnego pompy, a jej obrazem jest fragment hiperboli równoosiowej. Moc
teoretyczna Nsmax przenoszona przez przekładnię jest linową zależnością parametru regulacyjnego
pompy. Moment wyjściowy teoretyczny przekładni Msmax nie zależy ani od parametru regulacyjnego
ani od prędkości silnika, lecz wyłącznie od obciążenia zewnętrznego. Przekładnia hydrostatyczna z
nastawną pompą nazywana jest również przekładnią stałego momentu. Pozostałe oznaczenia
stosowane na rysunku: ηsmh – sprawność mechaniczno- hydrauliczna silnika, ηvp – sprawność
objętościowa pompy, ηvs – sprawność objętościowa silnika.
Rys. 3.7 Charakterystyki regulacyjne przekładni hydrostatycznej z pompą o zmiennej wydajności (przekładni
stałego momentu)
W przekładni z nastawnym silnikiem i pompą o stałej wydajności chłonność silnika zależy od
parametru regulacyjnego εs który przyjmuje wartości z przedziału (0;1). Prędkość obrotowa silnika ns
29
jest, przy stałych wartościach wydajności właściwej pompy qp, chłonności właściwej silnika qs oraz
stałej prędkości obrotowej pompy np, odwrotnie proporcjonalna do parametru regulacyjnego silnika a
jej obrazem jest fragment hiperboli równoosiowej - rys. 3.8. Przełożenie przekładni „i” jest przy
stałych wartościach wydajności i chłonności właściwej urządzeń wprost proporcjonalne do parametru
regulacyjnego silnika, a jej obrazem jest linia prosta przechodząca przez początek układu
współrzędnych. Moment wyjściowy teoretyczny przekładni Msmax jest przy stałym obciążeniu
zewnętrznym liniową funkcją parametru regulacyjnego silnika. Moc teoretyczna Nsmax przenoszona
przez przekładnię nie zależy parametru regulacyjnego silnika i jest stała w całym zakresie jego
zmiany. Przekładnia hydrostatyczna z nastawną pompą nazywana jest również przekładnią stałej
mocy.
Rys. 3.8 Charakterystyki regulacyjne przekładni hydrostatycznej z silnikiem o zmiennej wydajności
(przekładni stałej mocy)
Przekładnia z nastawną pompą i nastawnym silnikiem może być sterowania sekwencyjnie lub
równocześnie. Przy sterowaniu sekwencyjnym najpierw zmianie ulega parametr regulacyjny pompy
od εp=0 do εp=1 przy stałej wartości parametru regulacyjnego silnika εs=1, a następnie zmianie ulega
parametr regulacyjny silnika od εs=1 do εsmin.
30
Rys. 3.9 Charakterystyki regulacyjne przekładni hydrostatycznej z nastawną pompą i nastawnym
silnikiem sterowanej sekwencyjnie.
Charakterystyki przekładni sekwencyjnej stanowią połączenie charakterystyki przekładni
stałego momentu (lewa część rys. 3.9) i przekładni stałej mocy (prawa część rys 3.9).
Przy sterowaniu równoczesnym zmianie ulegają oba parametr regulacyjne. Zmienia się
zarówno nastawa wydajności pompy jak i nastawa chłonności silnika. Relacja pomiędzy nastawami
zależy od programu realizowanego przez przekładnię. Najczęściej przyjmuje się, że εp + εS = 1 a
charakterystykę takiej przekładni przedstawiono na rys 3.10.
31
Rys.3.10 Charakterystyki regulacyjne przekładni z równoczesna nastawą obu parametrów regulacyjnych
Charakterystyki zewnętrzne przekładni hydrostatycznych przedstawiono na rys. 3.11.
Rys. 3.11 Charakterystyki zewnętrzne przekładni hydrostatycznych
32
Temat 4 (3h): Podstawowe układy hydrauliczne elektrohydraulicznych maszyn sterowych,
sterów strumieniowych, śrub nastawnych
1. Jak zbudowany jest układ hydrauliczny maszyny sterowej z pompami o zmiennej wydajności i
zmiennym kierunku tłoczenia ?
Układ hydrauliczny maszyny sterowej z pompami głównymi o zmiennej wydajności i
zmiennym kierunku tłoczenia jest najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem. Składa się z dwóch
identycznych zespołów pompowych, układów sterowania i cylindrów hydraulicznych zmieniających
wychylenie płetwy sterowej. Zespoły siłowe mogą pracować oddzielnie, wówczas jeden z nich jest
jednostką rezerwową, lub jednocześnie kiedy potrzebna jest większa wydajność instalacji warunkująca
odpowiednią prędkość zmiany położenia płetwy sterowej. Jeden z zespołów przedstawiono na rys. 4.1.
W skład zespołu napędowego wchodzą pompa główna i pompa dopełniająca PD o stałej wydajności,
napędzane tym samym silnikiem elektrycznym. Zespół pompowy zostaje połączony z cylindrem
hydraulicznym po przesterowaniu rozdzielacza ZO ciśnieniem wytwarzanym przez pompę
dopełniającą. Zawory ręczne ZR służą do odcinania odpowiedniej gałęzi instalacji w przypadku awarii
lub wycieków. Pompa dopełniająca jest zabezpieczona przed przeciążenie zaworem maksymalnym
ZN. Podczas pracy pompy głównej sterowany różnicą ciśnień zawór upustowy ZU odprowadza do
zbiornika część oleju wracającego z siłownika a pompa dopełniająca wprowadza do obiegu
zamkniętego nową porcje oleju przez zawory zwrotne. Zawory bezpieczeństwa ZB, wspólne dla obu
zespołów hydraulicznych, zabezpieczają pompy główne przed przeciążeniem.
Rys. 4.1 Układ hydrauliczny maszyny sterowej z pompą o zmiennej wydajności i zmiennym kierunku tłoczenia
33
Pompa dopełniająca pełni jednocześnie rolę pompy filtrującej ciecz roboczą. Nastawa
kierunku i wydajności tłoczenia pompy głównej zależy od sposobu sterowania. Przy sterowaniu
nadążnym nastawa N zależy od różnicy sygnałów pochodzących z kolumny sterowej WZ i układu
sprzężenia zwrotnego SZ informującego położeniu płetwy sterowej. Nastawa pompy maleje do zera
jeżeli różnica tych sygnałów wynosi zero, czyli płetwa osiągnęła wartość zadaną położenia. Przy
sterowaniu przyciskowym pompa pracuje w wybranym kierunku do czasu zwolnienia odpowiedniego
przycisku na kolumnie sterowej.
2. Jak zbudowany jest układ hydrauliczny steru strumieniowego?
Układ hydrauliczny steru strumieniowego składa się z zespołu siłowego w skład którego
wchodzi pompa główna PG o stałej wydajności i jednym kierunku tłoczenia, układ sterowania oraz
siłownik wykonawczy decydujący o kącie wychylenia płatów śruby steru strumieniowego. Kierunek
zmiany nastawy kata natarcia płatów zależy od położenia sterowanego elektrycznie rozdzielacza RG
decydującego o wyborze komory aktywnej A lub B przekładni steru a prędkość tej zmiany od nastawy
regulowanych zaworów dławiących ZD na wypływie z komory pasywnej przekładni wychylenia
płatów. Pompa opróżniająca PO służy do opróżnienia korpusu przekładni steru strumieniowego
podczas okresowej wymiany oleju. Zbiornik grawitacyjny ZG zapewnia poprzez przewód R
nadciśnienie potrzebne do smarowania przekładni i łożysk steru oraz smarowania i uszczelnienia wału
śruby steru.
Rys. 4.2 Układ hydrauliczny steru strumieniowego
34
Zbiornik powinien być usytuowany na odpowiedniej wysokości nad lustrem wody. Rurociąg
przelewowy S łączy zbiornik grawitacyjny ze zbiornikiem zespołu hydraulicznego. W położeniu
środkowym rozdzielacza RG pompa główna jest w pełni odciążona do zbiornika a w każdym z
położeń roboczych zabezpieczona jest zaworem bezpieczeństwa ZB. Cały strumień oleju powracający
z instalacji oczyszczany jest przez filtr spływowy.
3. Jak zbudowany jest układ hydrauliczny śruby nastawnej?
Układ hydrauliczny śruby nastawnej składa się z dwóch identycznych pomp głównych P1 i P2
pracujących niezależnie lub równocześnie, układu sterowania, siłownika przekładni śruby oraz
zbiornika grawitacyjnego ZG zapewniającego smarowanie podczas normalnej pracy i dodatkowo
ciśnienie w stanach awaryjnych. Pompy główne są pompami o stałym kierunku i wydajności
tłoczenia. Pompa pomocnicza P3 również o stałej wydajności i jednym kierunku tłoczenia służy do
utrzymania poziomu w zbiorniku grawitacyjnym. Sterowany różnicą ciśnień lub dźwignią zawór
proporcjonalny RG decyduje o natężeniu i kierunku przepływu oleju do komór nastawczych A i B
przekładni płatów śruby. Zawór proporcjonalny sterowany jest przez zespół sterowanych elektrycznie
rozdzielaczy R1- R4. W przypadku awarii układu zdalnego sterowania kat płatów śruby może być
ustawiony ręcznie za pomocą dźwigni rozdzielacza RG. Olej powracający z przekładni śruby
chłodzony jest w wymienniku ciepła. Pompy zabezpieczone są przed przeciążeniem za pomocą
zaworów ZB. Czystość cieczy w instalacji zapewniają filtry ssawne pomp a filtr ochronny zabezpiecza
zespół rozdzielaczy i zawór proporcjonalny przed skutkami awarii pomp.
Rys. 4.3 Układ hydrauliczny śruby nastawnej
35
Temat 5 (2h): Filtry i filtracja czynnika roboczego w układach hydraulicznych
1.Jaki jest cel stosowania filtrów w układach hydraulicznych
Jednym z warunków zachowania własności eksploatacyjnych cieczy roboczej w układzie
hydraulicznym jest utrzymanie jej parametrów fizykochemicznych na odpowiednim poziomie.
Istotnym parametrem jest czystość cieczy roboczej. Czystość cieczy hydraulicznej określana jest
zestawem liczb niosących informację o liczbie zanieczyszczeń większych od unormowanych średnic
zawartych w próbce cieczy. Zadaniem filtrów zamontowanych w układzie hydraulicznych jest
oddzielenie ze strumienia cieczy cząsteczek zanieczyszczeń stałych a w przypadku cieczy HLPD
zawierających dodatki dspergująco- myjące, również produktów jej starzenia.
2. Gdzie montowane są filtry w układach hydraulicznych
Lokalizacja i nazewnictwo filtrów wynika z funkcji jaką mają spełniać w instalacji- rys. 5.1.
Rys.5.1. Rodzaje filtrów stosowanych w układzie hydraulicznym
36
3. Jakie są zadania prawidłowo dobranych filtrów w układach hydraulicznych
Dzięki utrzymaniu własności fizykochemicznych cieczy na odpowiednim poziomie filtry zapobiegają
zakłóceniom w pracy instalacji i przedłużają żywotność jej elementów- rys 5.2
4. Jakie zadania pełni filtr po stronie ssawnej pompy w układzie hydraulicznych otwartym
Teoretycznie filtr ssawny powinien chronić cały układ hydrauliczny, jednak jego lokalizacja
narzuca pewne warunki i ograniczenia- rys. 5.3
5. Jakie zadania pełni filtr wysokociśnieniowy po stronie tłocznej pompy głównej w układzie
hydraulicznym otwartym
Teoretycznie filtr po stronie tłocznej pompy głównej chroni wszystkie elementy układu
sterowania, ale jego lokalizacja niesie pewne ograniczenia- rys. 5.4. Filtr ten pracuje przy pełnym
ciśnieniu roboczym wytwarzanym przez pompę główną układu.
Rys. 5.2 Zadania filtrów w układzie hydraulicznym
37
Rys.5.3 Cechy filtra ssawnego w układzie hydraulicznym otwartym
6. Jaką rolę pełni filtr spływowy w układzie hydraulicznym otwartym?
Filtr spływowy w układzie hydraulicznym otwartym filtruje cały strumień cieczy powracający
z instalacji, co pozwala zachować wymaganą czystość cieczy w zbiorniku, przy prawidłowo
dobranych i stosowanych filtrach oddechowym i wlewowym zbiornika. Podobnie jak w innych
przypadkach lokalizacji istnieją jednak pewne ograniczenia i uwarunkowania jego eksploatacji- rys.
5.5.
7. Kiedy stosuje się układ niezależnej filtracji?
Układ niezależnej filtracji jest alternatywą dla filtra spływowego przy dużych natężeniach
przepływu cieczy roboczej. Wykazuje szereg zalet z których najważniejsze to możliwość czyszczenia i
kontroli temperatury cieczy roboczej niezależnie od stanu pracy obwodu głównego- rys. 5.6. Układ
niezależnej filtracji stosuje się zarówno w otwartych jak i zamkniętych układach hydraulicznych.
38
Rys.5.4 Cechy filtra tłocznego w układzie hydraulicznym otwartym
Rys.5.5 Cechy filtra spływowego w układzie hydraulicznym otwartym
39
8. W jaki sposób montuje się filtry w układach hydraulicznych zamkniętych?
Podstawowym rodzajem filtra w układzie hydraulicznym zamkniętym jest filtr tłoczny
niskociśnieniowy montowany w układzie pompy dopełniającej instalację główną- rys. 5.7. Pompa
dopełniająca uzupełnia przecieki wewnętrzne układu zamkniętego lub dodatkowo kompensuje
strumień cieczy wracający do zbiornika przez zawory upustowe, których zadaniem jest zapewnienie
wymiany cieczy w obwodzie głównym, celem utrzymania optymalnej temperatury.
9. W jaki sposób określa się efektywność przegrody filtracyjnej?
Efektywność filtrowania w układach hydraulicznych mierzona jest współczynnikiem βxorys.5.8. Określa on iloraz liczby cząsteczek zanieczyszczeń o średnicy większej od xo wyrażonej w µm
na wejściu do filtra i na wyjściu z niego. Współczynnik ten pozwala na bardzo przejrzystą
interpretacje skuteczności działania filtra. Przykładowo: β3=100 oznacza, że na 100 cząsteczek
zanieczyszczeń o średnicy 3µm które znajdują się w cieczy przed filtrem tylko jedna przejdzie przez
przegrodę filtracyjną (100/1).
Rys.5.6 Cechy układu niezależnej filtracji
40
Rys.5.7 Cechy filtra tłocznego niskociśnieniowego w układzie hydraulicznym zamkniętym
10. Jak wygląda systematyka filtrów ze względu na zadanie w układzie hydraulicznym?
Podział na filtry ochronne i robocze wynika z podstawowego zadania spełnianego przez te
elementy instalacji. Zadaniem filtrów ochronnych, zgodnie z nazwą, jest ochrona wrażliwych
elementów instalacji przed skutkami zanieczyszczenia cieczy np. wskutek awarii pomp lub silników.
Zadaniem filtrów roboczych jest utrzymanie stanu czystości cieczy roboczej w całej instalacji na
poziomie wymaganym przez producentów urządzeń. Wynikają stąd określone własności obu rodzajów
filtrów opisane na rys. 5.9.
Rys.5.8 Cechy filtra tłocznego niskociśnieniowego w układzie hydraulicznym zamkniętym
41
Rys.5.9 Cechy filtrów ochronnych i roboczych
11. Jakie są kryteria doboru filtra do instalacji?
Podstawowe cechy filtra hydraulicznego to jego wielkość konstrukcyjna, dokładność
filtrowania (βxo) oraz sposób wykonania (materiały, złącza, elementy dodatkowe itp.). Podczas doboru
filtra istotne są kryteria przedstawione na rys. 5.10.
12. Co to jest czystość cieczy roboczej w układzie hydraulicznym?
Zgodnie z normą ISO czystość cieczy to liczba kodowa określająca zawartość zanieczyszczeń
stałych o określonej średnicy w próbce badanej cieczy. Czystość określa się kodem dwucyfrowym dla
metod mikroskopowych oraz trzycyfrowym dla automatycznych liczników cząsteczek zanieczyszczeń.
Podstawą określenia stanu czystości jest sporządzenie rozkładu granulometrycznego cieczy i na tej
podstawie określenie liczby cząsteczek zanieczyszczeń o średnicy większej niż 5 i 15 µm w metodach
mikroskopowych lub większej od 4, 6 i 14 µm w metodach liczników cząsteczek. Liczba cząsteczek w
poszczególnych grupach jest podstawą przyznania kodu klasy czystości- rys. 5.11.
42
Rys.5.10 Kryteria doboru filtrów do instalacji.
Rys.5.11. Procedura wyznaczania klasy czystości cieczy
13. Co to jest proces płukania instalacji i od czego zależy czas płukania?
Płukanie instalacji hydraulicznej to proces odfiltrowania cząsteczek zanieczyszczeń obecnych
w instalacji za pomocą agregatu pompowego i zespołu filtrów o odpowiedniej zdolności pochłaniania
zanieczyszczeń. Przed płukaniem demontuje się wkłady wszystkich wrażliwych elementów instalacji
43
takich jak zawory proporcjonalne lub serwozawory. Proces płukania połączony jest z bieżącą kontroli
stanu czystości cieczy. Podczas płukania początkowo obserwuje się wzrost a potem stopniowy spadek
liczby zanieczyszczeń w cieczy. Proces płukania przerywany jest po osiągnięciu wymaganego
poziomu czystości cieczy- rys. 5.12. Minimalny czas płukania zależy od wielu parametrów opisanych
na rysunku, lecz generalnie jest uzależniony od relacji objętości zbiornika układu hydraulicznego do
wydajności agregatu płuczącego.
Rys.5.12. Zmiana czystości cieczy podczas płukania
44

Napędy hydrauliczne IV sem wykłady - Mechatronika

Transkrypt

Podobne dokumenty

Akademia Morska Szczecin Łukasz Nozdrzykowski

Wyjątkowa zasada działania