EN
V předchozím článku jsme rozebírali systémy hydraulických čerpadel a jejich celkový pracovní princip. Stručně k shrnutí: hydraulický systém je pohonná technologie, která přenáší energii pomocí kapaliny jako média. Přeměňuje mechanickou energii elektrického motoru na kapalinovou energii, která je následně přenášena k pracovním částem prostřednictvím kapaliny. Hlavní součásti hydraulického systému zahrnují hydraulická čerpadla, pracovní části (hydraulické motory), ventily a olejové nádrže.
Tento článek se bude zabývat hydraulickými čerpadly a hydraulickými motory a vysvětlí, jak spolu v hydraulickém systému pracují. Začneme s hydraulickým čerpadlem.
Klasifikace hydraulických motorů
Hydraulické motory jsou obecně rozděleny do dvou hlavních kategorií:
Nízkootáčkové vysoce točivé (LSHT) hydraulické motory
Vysokoobrátkové nízkotočivé (HSLT) hydraulické motory
Výběr nízkootáčkového hydraulického motoru umožňuje systému vyvíjet vyšší točivý moment při nižších otáčkách. Uvnitř těchto dvou kategorií lze dále dělit podle konstrukce na ozubené motory, lopatkové motory a pístové motory. Pístové motory lze dále rozdělit na axiální pístové motory a radiální pístové motory.
Klasifikace hydraulických čerpadel
Běžné typy hydraulických čerpadel zahrnují:
1. Podle možnosti regulace průtoku:
Čerpadla s proměnným výkonem — Výstupní tok lze upravit podle potřeby
Čerpadla s pevným zdvihem — Výstupní tok je konstantní
2. Dle konstrukce: Ozubené čerpadlo, Čerpadlo s výstředníkem, Pístové čerpadlo
Ozubená čerpadla: Malá velikost, jednoduchá konstrukce, nízké požadavky na čistotu oleje a nízká cena; nicméně hřídel čerpadla je vystavena velkým nevyváženým silám, náchylná k silnému opotřebení a má velkou únikovost.
Čerpadla s výstředníkem: Lze rozdělit na jednočinná a dvojčinná. Mají rovnoměrný tok, plynulý chod, nízkou hlučnost a vyšší tlak a objemovou účinnost ve srovnání s ozubenými čerpadly, ale jejich konstrukce je složitější než u ozubených čerpadel.
Pístová čerpadla: Vysoká objemová účinnost, nízká únikovost a schopnost provozu za vysokého tlaku, vhodná pro hydraulické systémy s velkým výkonem. Mají však složitou konstrukci, vysoké požadavky na materiál a přesnost obrábění, vysokou cenu a také vysoké požadavky na čistotu oleje.
Složení hydraulických čerpadel
Hydraulické čerpadlo se obecně skládá ze tří hlavních částí: spojky, nádrže na hydraulický olej a filtrů.
Spojky
Hřídel hydraulického čerpadla nemůže odolávat radiálním ani axiálním silám, proto není dovoleno přímo instalovat řemenice, ozubená kola nebo ozubené řetězovky na konec hřídele. Obvykle je pohybová hřídel spojena s hřídelí čerpadla prostřednictvím spojky.
Pokud z výrobních důvodů překračuje souosestřednost čerpadla a spojky normu a během montáže dojde k odchylce, s rostoucími otáčkami čerpadla se zvyšuje odstředivá síla, což může způsobit deformaci spojky. Tato deformace dále zvyšuje odstředivou sílu, čímž vzniká špatný cyklus, který nakonec vede ke vibracím a hluku, což ovlivňuje životnost čerpadla. Kromě toho faktory, jako jsou uvolněné kolíky spojky a opotřebované pryžové kroužky, které nejsou včas nahrazeny, také ovlivňují provoz čerpadla.
Nádrž na hydraulický olej
Hlavními funkcemi nádrže na hydraulický olej v hydraulickém systému jsou: uchovávání oleje, odvádění tepla, oddělování vzduchu obsaženého v oleji a odstraňování pěny.
Při výběru nádrže na olej je nejprve třeba zvážit její kapacitu: u mobilního zařízení obvykle činí 2–3násobek maximálního průtokového množství čerpadla a u pevného zařízení 3–4násobek. Dále je třeba zvážit hladinu oleje v nádrži: když jsou všechny hydraulické válce systému plně vysunuty, hladina oleje v nádrži nesmí klesnout pod minimální hladinu; když se válce zasunou, hladina nesmí překročit maximální hladinu. Nakonec je třeba zvážit konstrukci nádrže: přepážky v tradičních nádržích nemohou efektivně usazovat nečistoty, proto by měla být nainstalována svislá přepážka podélnou osou nádrže. Mezi touto přepážkou a koncovou deskou nádrže musí být mezera, která umožní komunikaci mezi prostory na obou stranách přepážky. Vstupní a výstupní připojení hydraulického čerpadla jsou umístěna na konci přepážky, který není spojen, čímž se dosáhne maximální možné vzdálenosti mezi sacím a zpátečným olejem. Současně může nádrž také lépe odvádět teplo.
Olejový filtr
Obecně má kontaminanty s velikostí částic menší než 10 μ m mají malý vliv na čerpadlo, ale když je velikost částic větší než 10 μ m, zejména přesahuje-li 40 μ m, výrazně to ovlivňuje životnost čerpadla. Tuhé kontaminující částice v hydraulickém oleji mohou zrychlit opotřebení povrchů relativně se pohybujících částí uvnitř čerpadla. Proto musí být instalován olejový filtr, který sníží míru znečištění oleje. Doporučená filtrační přesnost je následující: 10~15 μ m pro axiální pístová čerpadla, 25 μ m pro lopatková čerpadla a 40 μ m pro ozubená čerpadla. Použití vysokopřesných olejových filtrů může výrazně prodloužit životnost hydraulických čerpadel.
Funkce hydraulických motorů
Hydraulický motor je pracovní člen, který přeměňuje tlakovou energii kapaliny na mechanickou energii, výstupem je točivý moment a rotační pohyb a má důležité postavení v hydraulických systémech.
Hydraulické motory jsou obecně rozděleny do dvou typů: nízkomomentové a vysokomomentové. V posledních letech, s průběžným vývojem hydraulické technologie směrem k vysokému tlaku a vysokému výkonu a s rostoucím důrazem na ochranu životního prostředí, jsou na hydraulické akční členy kladeny požadavky na vlastnosti jako nízká hlučnost, nízká zátěž životního prostředí a hladký chod. Proto se vysokomomentové motory staly jedním z vývojových trendů.
Z hlediska přeměny energie jsou hydraulická čerpadla a hydraulické motory vzájemně obrátitelné hydraulické součásti: přiváděním pracovní kapaliny do jakéhokoli hydraulického čerpadla lze jej převést do provozního režimu hydraulického motoru; naopak, pokud je hlavní hřídel hydraulického motoru otáčen vnějším točivým momentem, lze jej rovněž převést do provozního režimu hydraulického čerpadla. To je způsobeno, že mají stejné základní strukturní prvky: těsně uzavíratelný a periodicky proměnný objem a odpovídající rozvodový mechanismus oleje.
Role hydraulických čerpadel v hydraulických systémech
Jednoduše řečeno, hydraulické čerpadlo je zařízení, které přeměňuje mechanickou energii na energii hydraulickou. Hydraulické převodové systémy využívají různé typy hydraulických čerpadel k překonání zatížení a dosažení výkonu.
Například v hydraulických pohonných systémech, jako jsou bagry, hydraulické čerpadlo zajišťuje tlak potřebný ke zvedání vozidel nebo těžkých předmětů. Většina těžké stavební techniky je vybavena hydraulickými čerpadly, které jsou klíčovými součástmi hydraulických systémů.
Kromě velkého vybavení existují také menší hydraulická čerpadla používaná k napájení různých hydraulických nástrojů, jako jsou nástroje na řezání, lisy, hydraulické pily atd. Tyto nástroje všechny spoléhají na hydraulická čerpadla k efektivnímu provozu.
Rozdíly mezi hydraulickými čerpadly a běžnými čerpadly
Největší rozdíl mezi hydraulickými čerpadly a běžnými čerpadly spočívá v jejich způsobu práce. Běžná čerpadla obvykle udržují konstantní tok kapaliny, zatímco průtok hydraulických čerpadel je úzce spojen s tlakem zatížení.
Dále se liší jejich funkce: hydraulická čerpadla musí překonávat tlak vyvolaný zatížením systému, zatímco běžná čerpadla mají za úkol pouze neustále přepravovat nebo cirkulovat kapalinu.
Funkce hydraulického motoru
Hydraulický motor je rotační pohonná součástka, také známá jako rotační aktuátor. Jeho hlavní funkcí je přeměna hydraulické energie na mechanickou energii pro pohon zatížení.
Výstupní výkon hydraulického motoru je určen poklesem tlaku a průtokem hydraulického oleje. Jinými slovy, výstupní výkon hydraulického motoru je přímo úměrný jeho otáčkám.
Princip spolupráce hydraulických čerpadel a hydraulických motorů
Poté, co jsme pochopili funkce hydraulických čerpadel a hydraulických motorů, podívejme se, jak spolu v systému pracují:
Nejprve čerpadlo přeměňuje mechanickou energii hnacího stroje (například elektrického motoru nebo dieselového motoru) na hydraulickou energii, která existuje ve formě proudícího hydraulického oleje.
Následně hydraulický motor přijímá hydraulickou energii vygenerovanou hydraulickým čerpadlem a přeměňuje ji zpět na mechanickou energii, která slouží k pohonu zatížení a vykonávání práce.
Po dokončení tohoto přeměnového procesu hydraulickým motorem má celý systém k dispozici mechanickou energii potřebnou k provádění úloh. Hydraulické systémy jsou široce využívány v našem každodenním životě; například výtahy, čerpací stanice paliv a atrakce v zábavních zařízeních všechny spoléhají na společnou činnost hydraulických čerpadel a hydraulických motorů.
Často kladené otázky (FAQ)
1. Jaký je rozdíl mezi hydraulickým čerpadlem a hydraulickým motorem?
Odpověď: Hydraulické čerpadlo přeměňuje mechanickou energii na hydraulickou energii (tlakovou kapalinu), zatímco hydraulický motor přeměňuje hydraulickou energii zpět na mechanickou energii (krouticí moment a otáčivý pohyb).
2. Jaké jsou hlavní typy hydraulických motorů?
Odpověď: Hydraulické motory jsou hlavně rozděleny do dvou kategorií:
Nízkorychlostní vysoce točivé (LSHT) motory
Vysokorychlostní nízkotočivé (HSLT) motory
Dále, podle konstrukce, zahrnují ozubené motory, lopatkové motory a pístové motory (včetně osových a radiálních pístových typů).
3. Jaké jsou běžné typy hydraulických čerpadel a jejich způsoby klasifikace?
Odpověď: Hydraulická čerpadla jsou obvykle klasifikována následujícími dvěma způsoby:
Nastavitelnost průtoku: Proměnná čerpadla (nastavitelná) a pevná čerpadla (konstantní průtok)
Typ konstrukce: Ozubená čerpadla, lopatková čerpadla, pístová čerpadla.
Ozubená čerpadla: Malá velikost, jednoduchá konstrukce, nízká cena, ale vysoký opotřebení a únik.
Lopatová čerpadla: Rovnoměrný tok, hladký chod, nízká hlučnost, vyšší účinnost než ozubená čerpadla, ale složitější konstrukce.
Pístová čerpadla: Vysoká objemová účinnost, nízký únik, schopnost pracovat za vysokého tlaku, vhodná pro vysokovýkonové systémy, ale vysoká cena a vysoké požadavky na čistotu oleje.
4. Z jakých součástí se skládá hydraulické čerpadlové soustava?
Odpověď: Hydraulické čerpadlové soustava obecně zahrnuje:
Kuplice (spojení hnací hřídele a hřídele čerpadla)
Nádrž na hydraulický olej (uskladnění oleje, odvádění tepla, oddělování vzduchu a odstranění pěny)
Filtr (snížení pevných nečistot v oleji)
Pro zajištění spolehlivosti systému je nutné zajistit správné zarovnání kuplice, vhodnou kapacitu a konstrukci nádrže na olej a výběr filtrů s příslušnou přesností.
5. Jakou roli hraje hydraulický motor v systému?
Odpověď: Hydraulický motor přijímá kapalinu pod tlakem, přeměňuje hydraulickou energii na energii mechanickou a vytváří točivý moment a otáčivý pohyb. Jeho výkon závisí na tlakovém spádu kapaliny a na průtoku, takže když se průtok nebo tlak mění, mění se také výkon motoru.
6. Jak spolu pracují hydraulická čerpadla a hydraulické motory?
Odpověď: V hydraulickém systému:
Hydraulické čerpadlo přeměňuje mechanickou energii poskytovanou hnacím motorem (například elektrickým motorem nebo dieselovým motorem) na energii kapaliny.
Hydraulický motor přijímá tuto kapalinu pod tlakem a přeměňuje ji zpět na mechanickou energii pro pohon zatížení.
Prostřednictvím této přeměny energie může systém dosáhnout požadovaného mechanického výkonu.
7. Proč je čistota oleje a filtrace tak důležitá v hydraulických systémech?
Odpověď: Tuhé částice v hydraulickém oleji (zejména ty větší než 10 μ m, obzvláště větší než 40 μ m) může zhoršit opotřebení vnitřních komponent čerpadel a motorů, což snižuje účinnost a životnost. Montáž filtrů s vhodnou přesností (např. 10–15 μ m pro axiální pístová čerpadla, 25 μ m pro lamelová čerpadla, 40 μ m pro ozubená čerpadla) může efektivně zajistit spolehlivost systému.
8. Pokud mé hydraulické čerpadlo vydává hluk nebo vibrace, co bych měl zkontrolovat?
Odpověď: Běžné příčiny zahrnují:
- Nesouosost mezi čerpadlem a spojkou/hřídelem
- Otáčky nebo zatížení překračující jmenovité hodnoty
- Nasátí vzduchu nebo kavitace v sacím potrubí
- Špatná čistota oleje nebo nesprávné množství/typ oleje
- Opotřebení nebo poškození spojky nebo vnitřních komponent čerpadla
Řešení těchto problémů pomáhá snížit hlučnost, vibrace a prodloužit životnost čerpadla.
9. Vytváří hydraulické čerpadlo ve systému tlak?
Odpověď: Ve skutečnosti ne zcela. Hlavní funkcí hydraulického čerpadla je vytvářet průtok; tlak vzniká až tehdy, když tento průtok narazí na odpor v systému (např. zatížení, ventily nebo akční členy). Proto není přesné přisuzovat vytváření tlaku výhradně čerpadlu.
10. Jaké jsou metriky účinnosti pro hydraulická čerpadla a motory?
Odpověď: Mezi klíčové metriky účinnosti patří:
- Objemová účinnost: Skutečný průtok ÷ Teoretický průtok
- Mechanická/hydraulická účinnost: Teoretický točivý moment ÷ Skutečný točivý moment (nebo související s mechanickými ztrátami)
- Celková účinnost: Objemová účinnost × Mechanická/hydraulická účinnost