Pneumaatika ja hüdraulika alused - ekursus

Hüdrosüsteemide olulised omadused

Hüdraulikal baseeruvatele süsteemidele on iseloomulik et:

- suhteliselt väikeste seadmetega on võimalik tekitada suuri jõude (pöördemomente);

- tööorganite liikumist on võimalik alustada täiskoormusel;

- selliste parameetrite nagu liikumis-, pöörlemiskiirus, pöördemoment ning jõud sujuv reguleerimine on lihtsalt teostatav (nii suletud või avatud süsteemi korral);

- süsteeme on lihtne kaitsta ülekoormuse vastu;

- mugav reguleerida nii kiireid kui ka aeglasi liikumisi;

- energia akumuleerimise võimalus kasutades gaasi;

- võimalus luua lihtsaid juhtimis-süsteeme;

- võimalus muundada hüdroenergiat mehaaniliseks ruumiliselt jaotatult.

Hüdrosüsteemi struktuur

Esiteks toimub hüdrosüsteemis mehaanilise energia muundamine hüdrauliliseks. See energia kantakse üle hüdrauliliselt, kasutades selleks tagasisidega või tagasisideta hüdrosüsteeme. lõpuks muundatakse hüdroenergia tagasi mehaaniliseks energiaks.

Energia muundamine

Mehaanilise energia muundamisel hüdroenergiaks on kasutusel hüdropumbad ja vastupidises suunas hüdrosilindrid ja –mootoreid.

Energia reguleerimine

Hüdroenergiat ning koos sellega võimsust kantakse üle vedelikurõhuga või vedeliku voolamisega. Neid parameetreid on võimalik muuta kasutades reguleeritavaid pumpi või reguleerimisventiilide, seda nii tagasisideta- kui ka tagasisidega süsteemides.

Energia ülekanne

Hüdraulilistes süsteemides toimub energia ülekanne torustikes ja lõdvikutes voolava hüdrovedeliku abil.

Lisaseadmed

Lisaks loetletud komponentidele vajatakse hüdrosüsteemis mitmeid lisaseadmeid nagu reservuaarid hüdroenergia salvestamiseks, filtrid, jahutit, soojendit ja mõõte- ning testimisseadmeid.

Koormates käsipumpa jõuga F1 tekitatakse silindris rõhk p, mille väärtus saadakse Jagades jõu F1 suuruse kolvi pindalaga A1 (p=F1/A1).

Mida suurem on jõud kolvile seda suurem tekitatud rõhk.

Rõhk kasvab ainult väärtuseni, mis on vajalik selleks, et ületada jõud, mis on vajalik teise kolvi liikumahakkamiseks.

(F2 = p x A2).

Kuni see jõud püsib konstantne, siis rõhk p enam ei kasva ja sõltub ainult vedeliku voolamist takistavast hõõrdejõust.

Teise kolvi liikumiskiirus sõltub pumba poolt tekitatud vedeliku vooluhulgast. Mida kiiremini pumbatakse seda kiiremini liigub teine kolb.

Rakendades sama põhimõtet teistele hüdrokomponentidele, mis:

- juhivad silindri liikumissuunda (suunaventiilid),

- mõjutavad silindri liikumiskiirust (vooluventiilid),

- piiravad silindri poolt arendatavat jõudu (rõhuventiilid),

- väldivad passiivses olekus süsteemi iseeneslikku tühjenemist läbi pumba (mittetagasivoolu ventiilid),

- varustavad hüdrosüsteemi surve all oleva vedelikuga (hüdropumbad)

saame koostada erineva otstarbega hüdrosüsteeme.

Järgnevalt koostame ja esitame etappide kaupa lihtsa hüdrosüsteemi, kasutades skeemil DIN 1219 tingmärke.

1. Etapp

Hüdropumpa (1) käivitatakse elektri- või sisepõlemismootoriga. Reservuaarist (2) pumbatakse töövedelik hüdropumbaga läbi torustiku ja komponentide hüdrosilindrisse (5). Niikaua kuni puudub takistus vedeliku voolamisele liigub töövedelik vabalt.

Töövedeliku voolamist takistavaks faktoriks on silinder (5), mis paikneb torustiku lõpus. Kui töövedelik on täitnud silindri hakkab rõhk süsteemis kasvama väärtuseni, kus ületatakse kolvi takistusjõud ja kolb hakkab liikuma. Kolvi liikumissuunda muudetakse suunaventiiliga (6).

Süsteemi tühjenemist läbi pumba seisatud olekus välditakse mittetagasivooluventiiliga (3).

2. Etapp

Selleks et kaitsta hüdrosüsteemi tekkida võivate ülerõhkude ja seega ka ülekoormuse eest, tuleb piirata. maksimaalset töörõhku hüdrosüsteemis.

Selleks kasutatakse rõhupiirajat (4). Rõhupiirajas (sele 2.21) olev vedru sulgeb vedeliku voolu läbi klapi surudes klapi oma pesasse. Torustikus olev rõhk avaldab mõju klapi pinnale A. Rõhu tõustes süsteemis suureneb klapi poolt vedrule avaldatav jõud.

Jõu F = p  A jõudes väärtuseni, mis ületab vedru elastsusjõu avab klapp töövedelikule tagasivoolu reservuaari, vältides sellega rõhu edasist tõusu süsteemis.

3. Etapp

Selleks et reguleerida kolvi (5) liikumiskiirust on vajalik süsteemi täiendada võimalusega reguleerida silindrisse juhitava töövedeliku vooluhulka. Selleks otstarbeks kasutatakse vooluventiili (7).

Vooluventiiliga saab vähendada toru ristlõikepindala. Ristlõikepindala vähe-nedes väheneb ka silindrisse juhitava töövedeliku vooluhulk ja kolb liigub aeglasemalt. Liigne vedelik juhitakse läbi rõhuregulaatori tagasi reservuaari.

Antud süsteemis on tegemist järgmiste rõhkudega:

- Rõhuregulaatori (4) poolt hoitav rõhk pumba (1) ja drosseli (7) vahel

- kolvi koormusest tingitud rõhk drosseli (7) ja silindri (5) vahel.