EN
Aiemmassa artikkelissa käsiteltiin hydraulipumppujärjestelmiä ja niiden yleistä toimintaperiaatetta. Käydään nopeasti läpi: hydraulijärjestelmä on ainetekniikka, joka siirtää energiaa nesteellä välityksellä. Se muuntaa sähkömoottorin mekaanisen energian nestemäiseksi energiaksi, joka siirretään sen jälkeen toimilaitteisiin nesteen kautta. Hydraulijärjestelmän pääkomponentit ovat hydraulipumput, toimilaitteet (hydramoottorit), venttiilit ja öljysäiliöt.
Tässä artikkelissa keskitytään hydraulipumppuihin ja hydraulimoottoreihin sekä selitetään, miten ne toimivat yhdessä hydraulijärjestelmässä. Käymme ensin läpi hydraulipumpun.
Hydraulimoottorien luokittelu
Hydraulimoottorit jaetaan yleensä kahteen pääluokkaan:
Matalan nopeuden korkeamomenttiset (LSHT) hydraulimoottorit
Korkean nopeuden matalamomenttiset (HSLT) hydraulimoottorit
Matalan nopeuden hydraulimoottorin valitseminen mahdollistaa järjestelmälle suuremman vääntömomentin tuottamisen matalammilla nopeuksilla. Näiden kahden luokan sisällä moottoreita voidaan edelleen luokitella rakenteen mukaan hammaspyörämoottoreihin, lapamoottoreihin ja pistemoottoreihin. Pistemoottorit voidaan edelleen jakaa aksiaalipistemoottoreihin ja sädepistemoottoreihin.
Hydraulipumppujen luokittelu
Yleisiä hydraulipumpputyyppejä ovat:
1. Virtauksen säätömahdollisuuden mukaan:
Muuttuvavirtauspumput — Lähtövirta voidaan säätää tarpeen mukaan
Kiinteällä siirtokertymällä varustetut pumput — Lähtövirta on vakio
2. Rakenne mukaan: Hammaspumput, Lapapumput, Syrjäpumput
Hammaspumput: Pienikokoisia, yksinkertaisia rakenteeltaan, vähemmän vaativia öljynpuhtaudelta ja halvempia; kuitenkin pumppulaitteen akseliin kohdistuu epätasainen voima, joka aiheuttaa voimakasta kulumista ja suuren vuototilavuuden.
Lapapumput: Voidaan jakaa yksinkertaisiin ja kaksinkertaisiin tyyppeihin. Niillä on tasainen virtaus, sileä käyttäytyminen, matala melu ja korkeampi paine sekä tilavuustehokkuus verrattuna hammaspumppuihin, mutta niiden rakenne on hammaspumppuja monimutkaisempi.
Syrjäpumput: Korkea tilavuustehokkuus, alhainen vuoto, ja ne voivat toimia korkeassa paineessa, mikä tekee niistä soveltuvia suuritehoisiin hydraulijärjestelmiin. Ne kuitenkin ovat rakenteeltaan monimutkaisia, vaativat tarkkuutta materiaaleilta ja koneenvalilta, ovat kalliita ja myös vaativat korkeaa öljynpuhtauden tasoa.
Hydraulipumppujen rakenne
Hydraulipumput koostuvat yleensä kolmesta pääosasta: kytkimistä, hydraulineleviisteistä ja suodattimista.
Kytkimet
Hydraulipumpun akseli ei kestä säteittäisiä tai aksiaalisia voimia, joten sitä ei saa asentaa hihnapyöriä, hammaspyöriä tai ketjupyöriä akselin päähän suoraan. Yleensä akseli yhdistetään pumpun akseliin kytkimen kautta.
Jos valmistussyistä pumpun ja kytkimen keskitys ylittää standardin ja kokoonpanossa esiintyy poikkeamaa, pyörimisnopeuden kasvaessa keskipakovoima kasvaa, mikä voi aiheuttaa kytkimen muodonmuutoksen. Tämä muodonmuutos lisää entisestään keskipakovoimaa, luoden pahenevan syklin, joka lopulta johtaa värähtelyyn ja meluun, ja vaikuttaa näin pumpun käyttöikään. Lisäksi tekijät, kuten löysät kytkimen nivelpinnat ja kuluneet kumirenkaat, joita ei vaihdeta ajoissa, vaikuttavat myös pumpun toimintaan.
Hydraulinen öljytankki
Hydraulijärjestelmän öljysäiliön päätehtävät ovat: varastoida öljyä, hajottaa lämpöä, erottaa öljissä oleva ilma ja poistaa vaahto.
Öljysäiliön valinnassa ensimmäiseksi huomioitava seikka on sen kapasiteetti: mobiililaitteissa säiliön tilavuuden tulisi yleensä olla 2–3 kertaa suurin mahdollinen pumppuvirtaama, ja kiinteissä laitteissa 3–4 kertaa. Toiseksi on huomioitava säiliön öljytaso: kun kaikki järjestelmän hydraulisylinterit ovat täysin ulosvedettyjä, öljytason tulee olla vähintään minimitasolla, ja kun sylinterit vetäytyvät, öljytason tulee pysyä enintään maksimitasolla. Lopuksi on huomioitava säiliön rakenne: perinteisten öljysäiliöiden haitteet eivät saostata likaa tehokkaasti, joten säiliön pitkittäisakelin suuntaan tulisi asentaa pystysuora haitti. Tämän haitin ja säiliön päätylevyn välillä tulisi olla rako, jotta haitin molemmilla puolilla olevat tilat viestivät keskenään. Hydraulipumpun tulo- ja lähtöportit tulisi sijoittaa haitin siihen päähän, joka ei ole yhteydessä, jolloin tulo- ja paluöljyn välinen etäisyys on mahdollisimman suuri. Samalla säiliö pystyy myös paremmin hajottamaan lämpöä.
Öljysuodatin
Yleensä epäpuhtaudet, joiden hiukkaskoko on alle 10 μ µm, eivät juuri vaikuta pumppuun, mutta kun hiukkaskoko on suurempi kuin 10 μ µm, erityisesti yli 40 μ µm, se vaikuttaa merkittävästi pumpun käyttöikään. Hydrauline öljyn kiinteät epäpuhtaudet voivat nopeuttaa suhteellisesti liikkuvien osien kulumista pumpun sisällä. Siksi öljyn suodatus on asennettava, jotta vähennetään öljyn saastumisen astetta. Suositeltu suodatustarkkuus on seuraavaa: 10–15 μ µm aksiaalipistepumppuille, 25 μ µm lapapumppuille ja 40 μ µm hammaspyöräpumppuille. Korkeatarkkuusöljynsuodattimia käyttämällä voidaan merkittävästi pidentää hydraulipumppujen käyttöikää.
Hydraulimoottorien toiminto
Hydraulimoottori on toimialaelementti, joka muuntaa nesteen paineenenergian mekaaniseksi energiaksi, tuottaen vääntömomentin ja pyörivän liikkeen, ja se nauttii tärkeää asemaa hydraulijärjestelmissä.
Hydraulimoottoreita jaetaan yleensä kahteen tyyppiin: matalavääntömomenttisiin ja korkeavääntömomenttisiin. Viime vuosina, kun hydraulitekniikka on kehittynyt kohti korkeampaa painetta ja suurempaa tehoa ja yhä enemmän huomioidaan ympäristönsuojelua, hydraulitoimilaitteilta vaaditaan ominaisuuksia kuten alhainen melutaso, vähäinen saastuttaminen ja tasainen käyttäytyminen. Siksi korkeavääntömomenttiset moottorit ovat tulleet yhdeksi kehityssuunnaksi.
Energian muuntamisen näkökulmasta hydraulipumput ja hydraulimoottorit ovat keskenään vaihtuvia hydraulikomponentteja: kaikkiin hydraulipumppuihin voidaan syöttää työnestettä, jolloin ne muuttuvat hydraulimoottorin toimintatilaan; toisaalta, kun hydraulimoottorin pääakselia pyöritetään ulkoisella vääntömomentilla, se voi myös muuttua hydraulipumpun toimintatilaksi. Tämä johtuu siitä, että niillä on samat perusrakenteelliset elementit: tiivistetty ja jaksollisesti muuttuva tilavuus sekä vastaava öljynjakomekanismi.
Hydraulipumppujen rooli hydraulijärjestelmissä
Yksinkertaisesti sanottuna hydraulipumppu on laite, joka muuntaa mekaanisen energian hydrauliseksi energiaksi. Hydraulinen siirtojärjestelmä käyttää erilaisia hydraulipumppuja voittaakseen kuormat ja saavuttaakseen tehontuoton.
Esimerkiksi kaivinkoneiden kaltaisissa hydraulijärjestelmissä hydraulipumppu vastaa ajoneuvojen tai raskaiden esineiden nostamiseen tarvittavasta paineesta. Useimmat raskaat rakennuskoneet on varustettu hydraulipumpuilla, jotka ovat hydraulijärjestelmien keskeisiä komponentteja.
Suurten laitteiden lisäksi on olemassa myös pienempiä hydraulipumppuja, joita käytetään erilaisten hydraulityökalujen toimintaan, kuten leikkuutyökaluihin, puristimiin, hydraulisahaan ym. Nämä työkalut kaikki luottavat tehokkaaseen toimintaan hydraulipumppujen avulla.
Erot hydraulipumppujen ja tavallisten pumppujen välillä
Hydraulipumppujen ja tavallisten pumppujen suurin ero on niiden toimintatavassa. Tavalliset pumput yleensä ylläpitävät vakionopeutta nesteen virtaukseen, kun taas hydraulipumppujen virtausnopeus on tiiviisti yhteydessä kuorman paineeseen.
Lisäksi niiden toiminnot eroavat toisistaan: hydraulipumput täytyy voittaa järjestelmän kuormasta aiheutuva paine, kun taas tavalliset pumput ovat vastuussa ainoastaan nesteen jatkuvasta siirtämisestä tai kiertoon.
Hydraulimoottorin toiminto
Hydraulimoottori on pyörivä toimilaitteen osa, myös tunnetaan pyörivänä toimilaitteena. Sen päätehtävä on muuntaa hydraulinen energia mekaaniseksi energiaksi, jotta kuorma voidaan saada liikkeeseen.
Hydraulimoottorin ulostuloteho määräytyy hydraulineoljyn painehäviön ja virtausnopeuden perusteella. Toisin sanoen, hydraulimoottorin ulostuloteho on suoraan verrannollinen sen kierrosnopeuteen.
Hydraulipumppujen ja hydraulimoottorien yhteistyöperiaate
Kun olemme ymmärtäneet hydraulipumppujen ja hydramoottorien toiminnot, tarkastellaan, miten ne toimivat yhdessä järjestelmässä:
Ensinnäkin hydraulipumppu muuntaa ensisijaisen voimanlähteen (kuten sähkömoottorin tai dieselmoottorin) mekaanisen energian hydrauliseksi energiaksi, joka ilmenee virtavana hydraulineona.
Sen jälkeen hydramoottori ottaa vastaan hydraulipumpun tuottaman hydraulisen energian ja muuntaa sen takaisin mekaaniseksi energiaksi, jota käytetään kuorman ajamiseen ja työn tekemiseen.
Kun tämä muuntoprosessi on saatu päätökseen hydramoottorilla, koko järjestelmällä on käytössään tehtävien suorittamiseen tarvittava mekaaninen energia. Hydraulijärjestelmiä käytetään laajalti arjessamme; esimerkiksi hissit, polttoainepumput ja huvipuistojen laitteet toimivat kaikki hydraulipumppujen ja hydramoottorien yhteistyön turvin.
Usein kysyttyjä kysymyksiä
1. Mikä on ero hydraulipumpun ja hydramoottorin välillä?
Vastaus: Hydraulinen pumppu muuntaa mekaanisen energian hydrauliseksi energiaksi (paineilmaiseksi nesteeksi), kun taas hydraulinen moottori muuntaa hydraulisen energian takaisin mekaaniseksi energiaksi (vääntömomentiksi ja pyöriväksi liikkeeksi).
2. Mitkä ovat hydraulimoottorien päätyypit?
Vastaus: Hydraulimoottorit jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan:
Matalan nopeuden korkea vääntömomentti (LSHT) -moottorit
Korkean nopeuden matala vääntömomentti (HSLT) -moottorit
Lisäksi rakenteen mukaan ne sisältävät hammasmoottorit, lapamoottorit ja säiliömoottorit (mukaan lukien akseliaaliset ja radiaaliset säiliötyypit).
3. Mitkä ovat yleiset hydraulipumppujen tyypit ja niiden luokitusmenetelmät?
Vastaus: Hydraulipumput jaetaan yleisesti seuraavasti:
Virran säädettävyys: Muuttuvavirtapumput (säädettävä) ja kiinteät pumput (vakiovirta)
Rakennetyyppi: Hammaspumput, lapapumput, säiliöpumput.
Hampumitat: pieni koko, yksinkertainen rakenne, alhainen hinta, mutta suuri kulumia ja vuotoa.
Siipimitat: tasainen virtaus, sileä käyttö, matala melu, korkeampi hyöttyvyyttä kuin hampumitat, mutta monimutkainen rakenne.
Sylinterimitat: korkea tilavuushyöttyvyys, alhainen vuoto, kykenevät toimimaan korkeassa paineessa, sopivat suuritehokkaisiin järjestelmiin, mutta korkea hinta ja tiukat vaatimukset öljynpuhtaudelle.
4. Mitä komponentteja hydraulipumppujärjestelmä sisältää?
Vastaus: Hydraulipumppujärjestelmä yleensä sisältää:
Kytkin (yhdistää akselin ja pumppuakselin)
Hydraulisäiliö (säilöi öljyä, hajottaa lämpöä, erottaa ilman ja poistaa vaahtoa)
Suodatin (vähentää kiinteitä epäpuhtaita hiukkasia öljystä)
Järjestelmän luotettavuuden varmistamiseksi on varmistettava kytkimen oikea asento, säiliön sopiva kapasiteetti ja rakenne sekä suodattimien oikean tarkkuuden valinta.
5. Mikä on hydraulimoottorin rooli järjestelmässä?
Vastaus: Hydraulimoottori saa paineistettua nestettä, muuntaa hydraulisen energian mekaaniseksi energiaksi ja tuottaa vääntömomentin sekä pyörivän liikkeen. Sen teho riippuu nesteen painehäviöstä ja virtaamasta, joten kun virtaus tai paine muuttuu, moottorin ulostulo muuttuu vastaavasti.
6. Miten hydraulipumput ja hydramoottorit toimivat yhdessä?
Vastaus: Hydraulijärjestelmässä:
Hydraulipumppu muuntaa päämoottorin (kuten sähkömoottorin tai dieselmoottorin) tarjoaman mekaanisen energian nesteenergiaksi.
Hydraulimoottori vastaanottaa tämän paineistetun nesteen ja muuntaa sen takaisin mekaaniseksi energiaksi kuorman ajamiseksi.
Tämän energiamuunnoksen kautta järjestelmä voi saavuttaa vaaditun mekaanisen tehon.
7. Miksi öljyn puhtaus ja suodatus ovat niin tärkeitä hydraulijärjestelmissä?
Vastaus: Kiinteät hiukkaset hydraulinefteissä (erityisesti ne, jotka ovat suurempia kuin 10 μ µm, erityisesti suurempia kuin 40 μ m) voi pahentaa pumppujen ja moottorien sisäisten komponenttien kulumista, mikä vähentää tehokkuutta ja käyttöikää. Suodattimien asentaminen sopivalla tarkkuudella (esim. 10–15 μ µm aksiaalipistepumppuille, 25 μ m levypumppuihin, 40 μ m gear-pumppuihin) voi tehokkaasti ylläpitää järjestelmän luotettavuutta.
8. Mikäli hydraulipumppu on kohinaa tai värisee, mitä tulisi tarkistaa?
Vastaus: Yleisiä syitä ovat:
- Pumpun ja kytkimen/akselin epäkeskkyys
- Nopeus tai kuorma ylittää nimellisarvot
- Ilman imeminen tai kavitaatio imulinjassa
- Huono öljynpuhtaus tai väärä öljyn määrä/laatu
- Kytkimen tai sisäisten pumpunkomponenttien kulumista tai vaurioita
Käsittelemällä näitä ongelmia voidaan vähentää melkoa, tärinää ja pidentää pumppuelinka.
9. Generoiko hydraulinen pumppu paineen järjestelmässä?
Vastaus: Itse asiassa ei kokonaan. Hydraulisen pumppun ensisijainen tehtävä on tuottaa virtausta; paine muodostuu vain, kun tämä virtaus kohtaa vastusta järjestelmässä (kuten kuorma, venttiilit tai toimilaitteet). Siksi ei ole tarkkaa sanoa, että paineen generointi johtuu pelkästään pumpusta.
10. Mitä hyötysuhdemittoja hydraulisille pompuille ja moottoreille on?
Vastaus: Tärkeät hyötysuhdemittarit ovat:
- Tilavuushyötysuhde: Todellinen virtaus ÷ Teoreettinen virtausnopeus
- Mekaaninen/hydraulinen hyötysuhde: Teoreettinen vääntömomentti ÷ Todellinen vääntömomentti (tai liittyvät mekaaniset häviöt)
- Kokonaishyötysuhde: Tilavuushyötysuhde × Mekaaninen/hydraulinen hyötysuhde