Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 1 z 9 11. Hydraulické pohony Převádí tlakovou energii hydraulické kapaliny na pohyb Při přeměně energie dochází ke ztrátám ztrátová energie se mění na teplo Rozdělení: a) válce výsledkem je přímočarý pohyb b) hydromotory otáčivý (rotační) pohyb c) kyvné pohony kývavý pohyb (otáčivý v určitém úhlu) 11.1. Hydraulické válce Používají se k vyvození přímočarého (lineárního) pohybu Minimální stlačitelnost kapaliny umožňuje použít ve válcích vysoké tlaky (desítky MPa) a tím vyvinout velké síly Válce jsou robustní - musí mít velkou pevnost (pístní tyče válců se musí kontrolovat na pevnost ve vzpěru) Síla působící na píst válce s plochou S při tlaku kapaliny p je: F=p*S Rychlosti pohybu válců jsou menší, ale rovnoměrnější (oproti pneumatice) Známe-li požadovanou rychlost pístu v a jeho plochu S, pak objemový průtok kapaliny Q=S*v (viz fyzikální základy) Pozn. Velikosti válců se pohybují až do průměru 1 m a do zdvihu 10 m 11.1.1. Jednočinné válce Tak kapaliny působí jen na jednu stranu pístu => používá se pro pracovní pohyby v jednom směru Zpátky vrací píst pružina - pokud stačí malá síla nebo tíha zvedaného břemene, popř. vlastního pístu (válec musí být ve svislé poloze) Použití jednočinného válce - upínání Zvedák Plunžr Teleskop Zvláštní provedení válců u zvedáků: a) Plunžr b) Teleskop prodloužený píst bez pístní tyče (plný píst) má jednodušší konstrukci, je pevný ve vzpěru výsuvný válec - několik pístů s různým průměrem zasunutých v sobě velký zdvih a zároveň malá délka zasunutého válce 11.1.2. Dvojčinné válce nevýhoda - s menším průměrem vnitřnějšího pístu se zmenšuje působící síla a zvětšuje rychlost pístu Tak kapaliny působí na obě strany pístu => používá se pro pracovní pohyby v obou směrech Dvojčinný válec Části dvojčinného válce
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 2 z 9 a) Válce s jednostrannou pístní tyčí Části: 1 píst na strany pístu působí různé síly vlivem rozdílné plochy S 1 a S 2 => píst je vysouván větší silou (větší plocha pístu) zároveň je rychlost pohybu je při vysouvání menší (větší plocha) a při zasouvání větší (použití např. u vodorovné obrážečky) obsahuje v drážkách těsnění a vodící kroužky 2 pístnice pístní tyč - je jen na jedné straně pístu, na konci má závit, příp. oko 3 válec vlastní trubka válce 4 hrdla vstup a výstup kapaliny 5 víka dno + hlava - víko u pístní tyče obsahuje těsnění a vodící + stírací kroužky 6 oka mívají naklápěcí kluzná ložiska Symetrický válec Sériový válec Servoválec b) Válce s oboustrannou pístní tyčí (symetrické válce) Pístnice je na obou stranách pístu Plochy pístu jsou stejné => rychlost pohybu je v obou směrech stejná, působící síla je taky stejná Válec snese větší radiální zatížení (kolmé na podélnou osu) - díky oboustrannému uložení pístní tyče Nevýhoda - větší délka válců c) Sériové válce (tandemy) dva válce za sebou, pístní tyč je společná nabízí zvětšení síly při stejném průměru válce (zvětší se plocha, na kterou působí kapalina) d) Servoválce slouží k přesnému nastavení polohy jsou řízeny elektrohydraulickým ventilem namontovaným přímo ve válci mají odměřování polohy válce (snímač pro zpětnou vazbu) 11.2. Hydraulické motory Mění tlakovou energii kapaliny na rotační pohyb (principem jsou opakem čerpadel)
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 3 z 9 Konstrukcí a rozdělením jsou obdobné čerpadlům Umožňují velké točivé momenty i při nízkých otáčkách Jsou menší než výkonově odpovídající elektromotory Použití např. jako pohony pásových vozidel, nářadí, stolů Pozn. Příbuzná zařízení jsou vodní turbíny ve vodních elektrárnách (Peltonova, Francisova, Kaplanova) 11.2.1. Rozdělení hydromotorů Pístový axiální Příklad použití - posun stolu Zubový a) Pístové motory Např. axiální pístové motory se šikmou osou (osa pohybu pístů je přibližně v ose otáčení hnané hřídele) tlak kapaliny působí na písty (1), které přes kulové čepy (2) roztáčí kruhovou desku (3) jsou tiché, mají rovnoměrný chod, umožňují použít vysoké tlaky mají velký rozběhový moment (těžký rozběh) b) Rotační motory 1. Zubové 2. Lamelové spoluzabírající ozubená kola, jsou bezúdržbové, zabírají malý prostor mají větší hlučnost, těžký rozběh (velký rozběhový moment - potřebují velký tlak), menší účinnost (velké tření) lamely musí být přitlačovány pružinami nebo tlakem kapaliny použití pro větší objemy, mají rovnoměrný chod, malou hlučnost 3. Šroubové použití jako průtokoměry 11.2.3. Připojení hydromotoru Otevřený hydrookruh Uzavřený hydrookruh Varianta s válcem a) Otevřený okruh: 1 čerpadlo 2 třípolohový cestný ventil tlačí kapalinu jen jedním směrem (stačí levnější čerpadlo bez nastavování směru průtoku - např. pístové) nastavuje směr otáčení motoru, případně klidovou polohu
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 4 z 9 3 hydromotor otáčky se řídí otáčkami čerpadla 4 přetlakové ventily chrání před přetížením kapalina se vrací z motoru do nádrže, kde se chladí a čistí filtry od nečistot většina probíraných hydraulických schémat jsou otevřené okruhy b) Uzavřený okruh: 1 čerpadlo umožňuje změnu směru proudění (např. zubové) 2 hydromotor směr otáčení motoru se mění podle směru proudění kapaliny 3 zpětné ventily slouží pro vyrovnávání ztrát průsakem - kapalina se přes ně nasává z nádrže kapalina koluje mezi čerpadlem a hydromotorem (nevrací se do nádrže) není potřeba cestný ventil změna směru otáčení motoru je rychlejší okruh umožňuje dodávat hydromotoru větší tlaky, v okruhu stačí méně kapaliny nevýhoda - kapalina se víc zahřívá a dřív stárne, nemá kdy se pročistit - musí se chladit a častěji vyměňovat použití např. pro pohony u pásové dopravní techniky 11.3. Kyvné pohony Křídlový kyvný pohon Hřebenový kyvný pohon 1 křídlo 1 pastorek 2 přepážka s přívody kapaliny 2 píst s hřebenem Použití: Pohon kyvných mechanizmů s rozsahem otáčení (kývání) od 50 do 360 - uzavírání, otevírání nebo přestavování klapek, pro pohyby částí transportních zařízení, uchopování a upínání předmětů Varianty: a) b) křídlové kyvné motory hřebenové kyvné motory také lopatkové - kapalina působí na plochu křídla (lopatky, lamely) spojeného s hřídelí, varianta s dvoustrannou lopatkou (s větším momentem, ale menším kyvem) výhody: nemají mechanický převod, jednoduchost píst pohybuje s hřebenem, který přes ozubení otáčí pastorkem umožňují dosáhnout větších kroutících momentů
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 5 z 9 Opakování - hydraulické pohony 12. Hydraulické ventily Principiálně jsou obdobné pneumatickým, ale jsou robustnější (větší tlaky) 12.1. Cestné ventily (rozváděče) Mění směr proudění kapaliny a tím směr pohybu pístů ve válcích Značka Název ventilu Použití 3/2 - ventil jednočinné válce 4/2 - ventil 5/2 - ventil dvojčinné válce, směr otáčení hydromotorů 4/3, 5/3 - ventil s aretovanou polohou 4/3, 5/3 - ventil s plovoucí polohou prostřední poloha pro zablokování pístu (hydromotoru) prostřední poloha pro volný pohyb pístu (hydromotoru) Provedení 4/2 ventilu s pákou Cesty Provedení 5/2 ventilu s elmg. ovládáním P přívod od čerpadla A,B odvod k válcům Ovládání cestných ventilů: T,R odvod do nádrže a) Mechanické ruční - pákou bez aretace/s aretací, nožní - pedálem, pružinou, strojní - dojezd na dřík,
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 6 z 9 kladku b) Hydraulické přesun šoupátka tlakem kapaliny c) Elektrické elektromagnetem, servomotorem 12.2. Zpětné (blokovací, jednosměrné) ventily Propouštějí kapalinu jen v jednom směru, v opačném směru průtok blokují Řez zpětným ventilem Ochrana čerpadla Zpětný ventil s odblokováním Hydraulický zámek Obtok filtru 1 uzavírací kulička nebo kužel 2 pružina Použití: ochrana čerpadla zajištění polohy válce (aretace) ochrana proti přetížení čerpadla (vracení kapaliny a roztočení čerpadla obráceně) zpětný ventil s odblokováním tlakem kapaliny např. u zvedáku - cestný ventil nemusí kvůli průsaku pístu šoupátka udržet válec při zatížení v nastavené poloze - zpětný ventil je pojistka proti klesnutí pro zasunutí válce (cestný ventil vlevo) je zpětný ventil odblokován pístem napojeným na tlakovou kapalinu (vstup Z) Hydraulický zámek - pro udržení válce v libovolné poloze (i při poruše hydrauliky) dvojice blokovacích zpětných ventilů ve společném pouzdře obtok znečištěného filtru 12.3. Průtokové (škrtící) ventily Rozdělení: tlakový přítok na jednu stranu pístu odblokuje odtok kapaliny z druhé strany pístu Mění průtok kapaliny zúžením průtočného průřezu Používají se pro řízení rychlosti válců nebo otáček hydromotorů Pevné ventily Stavitelné ventily mají neměnné zúžení provedení podle délky zúžení jako tryska nebo clona mají nastavitelné zúžení - varianty: jehlový ventil se stavěcím šroubem nebo pístový ventil s otočným tvarovaným pístem Stavitelný jehlový škrtící ventil Stavitelný pístový škrtící ventil 1 škrtící jehla 2 průtočný průřez 3 závit šroubu 4 těsnění 1 tvarovaný píst 2 přestavovací kolečko
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 7 z 9 12.4. Tlakové ventily 12.4.1. Tlakové omezovací ventily omezují maximální tlak před ventilem (chrání před přetlakem) - také se říká přepouštěcí, pojistné, přetlakové, bezpečnostní Řez ventilem Ochrana před přetlakem Posloupnost pohybů válců 1 kužel 2 šroub Použití: 3 pružina ochrana hydraulického zařízení před přetlakem dosažení posloupnosti pohybu válců - jedním válcem se výrobek upne, poté po zvýšení tlaku v rozvodu tlakový ventil pustí kapalinu k druhému válci, který upnutý polotovar tvaruje 12.4.2. Tlakové regulační ventily (redukční) udržují konstantní tlak za ventilem - také se říká redukční ventily použití - omezení přítlačné síly válce při upínání tenkostěnných výrobků Řez ventilem 1 píst - otevírá a uzavírá průtok kapaliny Omezení síly válce 2 řídící vedení - přivádí kapalinu zespodu na píst 3 šroub s pružinou 13. Hydraulická zařízení 13.1. Hydraulický zvedák Zvedák se používá pro zvedání těžkých břemen - nosnost až stovky tun - je založen na Pascalově zákonu Příbuzná zařízení - nůžkový zvedák (zvedací plošina) - nůžkový pákový mechanismus s hydraulickými válci, vertikální lis Nožní zvedák Motorový zvedák Lis Části nožního zvedáku: A páka zvětšuje sílu na pístu čerpadla (v závislosti na své délce) - kývavý pohyb se vyvozuje
ručně nebo nohou přes pedál (pružina zajišťuje zpětný pohyb) B píst čerpadla C píst zvedáku D zpětné ventily E uzavírací ventil má menší plochu - vytlačuje kapalinu pod píst zvedáku, je veden ve válci má větší plochu - zvedá břemeno (síla působící na píst zvedáku je větší než síla na pístu čerpadla - úměrně poměru ploch pístů), válec zvedáku je jednočinný zajišťují průtok kapaliny jen jedním směrem po jeho otevření píst zvedáku klesá - kapalina se vrací do nádrže F nádrž zásoba kapaliny Praktická provedení zvedáku: přenosný zvedák panenka - automobilní zvedák paletovací vozík kombinace zvedáku a pojízdného vozíku Vylepšená varianta - motorový zvedák: 1 čerpadlo poháněné motorem - nahrazuje ruční pohon 2 škrtící ventil řídí rychlost zvedání 3 cestný ventil rozváděč - přepíná spouštění/zvedání 4 píst zvedáku ve válci 5 přetlakový ventil chrání před vysokým tlakem, který by poškodil zařízení při dojetí pístu Výpočty hydraulického zvedáku v rovnováze Výpočty hydraulického zvedáku za pohybu 13.2. Hydraulické zařízení pro upínání nebo tvarové lisování slouží např. pro upínání součástí nebo pro tvarové lisování plechů Hydraulické zařízení s dvojčinným válcem 1 nádrž 2 čerpadlo 3 filtr 4 manometr 5 sací potrubí 6 tlakové potrubí 7 odpadní potrubí 8 zásobník 9 přetlakový ventil 10 zpětný ventil 11 4/2 - cestný ventil 12 škrtící zpětný ventil 13 dvojčinný válec Součástí potrubí jsou hadice, spojky, odbočky, armatury (uzavírací ventily), odvzdušňovací ventily - umožňují odstranit vzduch z oleje - olej obsahující vzduch je stlačitelnější a v rozvodu pak není možno dosáhnout požadovaného tlaku Čerpadlo spolu s motorem, nádrží, manometrem, filtrem a přetlakovým ventilem bývá provedeno jako Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 8 z 9
Mechatronika - Hydraulika - otázka 7 9 z 9 celek - tzv. hydraulický agregát Detail nádrže: Nádrž (tank, vana) slouží jako zásoba hydraulické kapaliny, pro ochlazování kapaliny, usazování nečistot 1a 1b 1c 1d větrací otvor pro vyrovnání přetlaku/podtlaku plnící otvor se sítkem olejoznak - ukazatel úrovně hladiny přepážky pro uklidnění hladiny