EN
W poprzednim artykule omówiliśmy systemy pomp hydraulicznych oraz ich ogólną zasadę działania. Dla przypomnienia, system hydrauliczny to technologia napędowa przekazująca energię za pomocą cieczy jako medium. Konwertuje ona energię mechaniczną silnika elektrycznego na energię cieczy, która następnie jest przekazywana do elementów wykonawczych przez medium ciekłe. Głównymi składnikami systemu hydraulicznego są pompy hydrauliczne, elementy wykonawcze (silniki hydrauliczne), zawory oraz zbiorniki oleju.
Ten artykuł skupi się na pompach hydraulicznych i silnikach hydraulicznych oraz wyjaśni, jak współpracują one w systemie hydraulicznym. Rozpoczniemy od pompy hydraulicznej.
Klasyfikacja silników hydraulicznych
Silniki hydrauliczne dzieli się ogólnie na dwie główne kategorie:
Silniki niskoprędkościowe wysokomomentowe (LSHT)
Silniki wysokoprędkościowe niskomomentowe (HSLT)
Wybór silnika niskoprędkościowego pozwala systemowi na uzyskanie większego momentu obrotowego przy niższych prędkościach. W ramach tych dwóch kategorii można je dodatkowo sklasyfikować ze względu na budowę na silniki zębate, silniki łopatkowe i silniki tłokowe. Silniki tłokowe można dodatkowo podzielić na silniki tłokowe osiowe i silniki tłokowe promieniowe.
Klasyfikacja pomp hydraulicznych
Do najczęstszych typów pomp hydraulicznych należą:
1. Ze względu na możliwość regulacji strumienia:
Pompy zmienne — Strumień wyjściowy można dostosować zgodnie z potrzebami
Pompy o stałej wydajności — Strumień wyjściowy jest stały
2. Według budowy: pompy zębate, pompy łopatkowe, pompy tłokowe
Pompy zębate: małe w rozmiarze, proste w budowie, niskie wymagania dotyczące czystości oleju i niskie koszty; jednak wał pompy jest silnie obciążony siłami niezrównoważonymi, ulega intensywnemu zużyciu i charakteryzuje się dużą objętością przecieków.
Pompy łopatkowe: można je podzielić na jednostronne i dwustronne. Charakteryzują się równomiernym przepływem, płynną pracą, niskim poziomem hałasu oraz wyższym ciśnieniem i wydajnością objętościową w porównaniu do pomp zębatych, ale ich budowa jest bardziej skomplikowana niż pomp zębatych.
Pompy tłokowe: wysoka sprawność objętościowa, niska utrata przecieków i możliwość pracy pod wysokim ciśnieniem, co czyni je odpowiednimi dla hydraulicznych systemów o dużej mocy. Mają jednak skomplikowaną budowę, wysokie wymagania dotyczące materiałów i dokładności obróbki, wysoki koszt oraz również duże wymagania dotyczące czystości oleju.
Skład hydraulicznych pomp
Pompy hydrauliczne składają się zazwyczaj z trzech głównych części: sprzęgieł, zbiorników na olej hydrauliczny oraz filtrów.
Sprzęgła
Oś napędowa pompy hydraulicznej nie może przenosić sił radialnych ani osiowych, dlatego nie wolno bezpośrednio montować na jej końcu przekładni pasowych, kół zębatych ani tarcz łańcuchowych. Zwykle oś napędowa jest połączona z wałem pompy za pomocą sprzęgła.
Jeśli z powodu warunków produkcyjnych współosiowość pompy i sprzęgła przekracza normy i występuje odchylenie podczas montażu, wraz ze wzrostem prędkości obrotowej pompy siła odśrodkowa będzie się zwiększać, co może spowodować odkształcenie sprzęgła. To odkształcenie dalej zwiększa siłę odśrodkową, tworząc efekt lawinowy, który ostatecznie prowadzi do drgań i hałasu, wpływając negatywnie na żywotność pompy. Dodatkowo czynniki takie jak luźne sworznie sprzęgła czy zużyte pierścienie gumowe, które nie zostały na czas wymienione, również wpływają na pracę pompy.
Zbiornik oleju hydraulicznego
Główne funkcje zbiornika oleju hydraulicznego w systemie hydraulicznym to: magazynowanie oleju, odprowadzanie ciepła, oddzielanie powietrza zawartego w oleju oraz eliminacja piany.
Podczas doboru zbiornika na olej należy przede wszystkim wziąć pod uwagę jego pojemność: dla urządzeń mobilnych wynosi ona zazwyczaj 2–3 krotność maksymalnego strumienia pompy, a dla urządzeń stacjonarnych 3–4 krotność. Po drugie, należy rozważyć poziom oleju w zbiorniku: gdy wszystkie siłowniki hydrauliczne systemu są w pełni wysunięte, poziom oleju w zbiorniku nie może być poniżej minimalnego poziomu; gdy siłowniki się chowają, poziom oleju nie może przekraczać maksymalnego poziomu. Na końcu należy wziąć pod uwagę konstrukcję zbiornika: przegrody w tradycyjnych zbiornikach nie pozwalają skutecznie sedymentować brudu, dlatego należy zamontować pionową przegrodę wzdłuż osi podłużnej zbiornika. Między tą przegrodą a płytą końcową zbiornika powinien zostać zachowany luz, umożliwiający komunikację przestrzeni po obu stronach przegrody. Przewody wlotowy i wylotowy pompy hydraulicznej należy rozmieścić po stronie przegrody, która nie jest połączona, aby odległość między olejem doprowadzanym a powrotnym była jak największa. Jednocześnie zbiornik będzie mógł również lepiej odprowadzać ciepło.
Filtr oleju
Ogólnie, zanieczyszczenia o wielkości cząstek poniżej 10 μ m mają niewielki wpływ na pompę, ale gdy wielkość cząstek przekracza 10 μ m, szczególnie powyżej 40 μ m, znacząco wpływa na czas pracy pompy. Stałe cząstki zanieczyszczeń w oleju hydraulicznym mogą przyspieszyć zużycie powierzchni części poruszających się względem siebie wewnątrz pompy. Dlatego należy zainstalować filtr oleju, aby zmniejszyć stopień zanieczyszczenia oleju. Zalecana dokładność filtracji jest następująca: 10~15 μ m dla pomp tłokowych osiowych, 25 μ m dla pomp łopatkowych i 40 μ m dla pomp zębatych. Zastosowanie wysokodokładnych filtrów oleju może znacznie wydłużyć czas pracy pomp hydraulicznych.
Funkcja Silników Hydraulicznych
Silnik hydrauliczny jest elementem wykonawczym, który przekształca energię ciśnienia cieczy na energię mechaniczną, wytwarzając moment obrotowy i ruch obrotowy, i zajmuje ważne miejsce w systemach hydraulicznych.
Silniki hydrauliczne dzieli się zazwyczaj na dwa typy: niskomomentowe i wysokomomentowe. W ostatnich latach, wraz z ciągłym rozwojem technologii hydraulicznej w kierunku wysokiego ciśnienia i dużej mocy oraz rosnącą dbałością o ochronę środowiska, stawia się coraz wyższe wymagania dla siłowników hydraulicznych pod względem takich cech jak niski poziom hałasu, niska emisja zanieczyszczeń i płynna praca. Dlatego silniki wysokomomentowe stały się jednym z kierunków rozwoju.
Z punktu widzenia przemiany energii pompy hydrauliczne i silniki hydrauliczne są odwracalnymi elementami hydraulicznymi: doprowadzenie cieczy roboczej do dowolnej pompy hydraulicznej może przekształcić ją w stan pracy silnika hydraulicznego; z kolei gdy wał główny silnika hydraulicznego jest napędzany zewnętrznym momentem obrotowym, może on również zostać przekształcony w stan pracy pompy hydraulicznej. Dzieje się tak, ponieważ posiadają one te same podstawowe elementy konstrukcyjne: uszczelnioną i okresowo zmienną objętość oraz odpowiadający jej mechanizm rozrządu oleju.
Rola pomp hydraulicznych w systemach hydraulicznych
Prostując, pompa hydrauliczna to urządzenie przekształcające energię mechaniczną w energię hydrauliczną. Systemy transmisji hydraulicznej wykorzystują różne typy pomp hydraulicznych do pokonywania obciążeń i osiągania mocy wyjściowej.
Na przykład w systemach napędowych hydraulicznych, takich jak koparki, pompa hydrauliczna odpowiada za dostarczanie ciśnienia niezbędnego do podnoszenia pojazdów lub ciężkich obiektów. Większość ciężkiego sprzętu budowlanego wyposażona jest w pompy hydrauliczne, które są kluczowymi komponentami systemów hydraulicznych.
Oprócz dużego sprzętu istnieją również mniejsze pompy hydrauliczne używane do zasilania różnych narzędzi hydraulicznych, takich jak narzędzia tnące, prasy, piły hydrauliczne itp. Wszystkie te narzędzia polegają na pompach hydraulicznych, aby działać wydajnie.
Różnice między pompami hydraulicznymi a zwykłymi pompami
Największa różnica między pompami hydraulicznymi a zwykłymi pompami polega na ich metodach działania. Zwykłe pompy zazwyczaj utrzymują stały przepływ cieczy, podczas gdy natężenie przepływu pomp hydraulicznych jest ściśle powiązane z ciśnieniem obciążenia.
Dodatkowo, ich funkcje są różne: pompy hydrauliczne muszą pokonać ciśnienie generowane przez obciążenie systemu, podczas gdy zwykłe pompy są odpowiedzialne jedynie za ciągłe przesyłanie lub cyrkulację cieczy.
Funkcja silnika hydraulicznego
Silnik hydrauliczny jest elementem napędowym obrotowym, znany również jako aktuator obrotowy. Jego główna funkcja polega na przekształcaniu energii hydraulicznej w energię mechaniczną w celu napędzania obciążenia.
Moc wyjściowa silnika hydraulicznego jest określana przez spadek ciśnienia i natężenie przepływu oleju hydraulicznego. Innymi słowy, moc wyjściowa silnika hydraulicznego jest wprost proporcjonalna do jego prędkości obrotowej.
Zasada współpracy pomp hydraulicznych i silników hydraulicznych
Po zrozumieniu funkcji pomp hydraulicznych i silników hydraulicznych, przeanalizujmy, jak działają razem w systemie:
Po pierwsze, pompa hydrauliczna przekształca energię mechaniczną z pierwotnego źródła napędu (takiego jak silnik elektryczny lub silnik wysokoprężny) na energię hydrauliczną, która istnieje w postaci przepływającego oleju hydraulicznego.
Następnie, silnik hydrauliczny odbiera energię hydrauliczną wytworzoną przez pompę hydrauliczną i przekształca ją ponownie na energię mechaniczną, która służy do napędzania obciążenia i wykonywania pracy.
Po zakończeniu tego procesu przekształcenia przez silnik hydrauliczny, cały system dysponuje niezbędną energią mechaniczną do wykonywania zadań. Systemy hydrauliczne są powszechnie stosowane w naszym codziennym życiu; na przykład windy, dozowniki paliw oraz obiekty rozrywki wszystkie opierają się na współpracy pomp i silników hydraulicznych.
Często Zadawane Pytania (FAQ)
1. Jaka jest różnica między pompą hydrauliczną a silnikiem hydraulicznym?
Odpowiedź: Pompa hydrauliczna przekształca energię mechaniczną na energię hydrauliczną (ciecz pod ciśnieniem), podczas gdy silnik hydrauliczny przekształca energię hydrauliczną z powrotem na energię mechaniczną (moment obrotowy i ruch obrotowy).
2. Jakie są główne typy silników hydraulicznych?
Odpowiedź: Silniki hydrauliczne są głównie podzielone na dwie kategorie:
Niskoprędkowe wysokomomnowe (LSHT)
Wysokoprędkowe niskomomnowe (HSLT)
Dodatkowo, ze względu na budowę, obejmują silniki zębate, silniki łopatkowe oraz silniki tłokowe (w tym osiowe i promieniowe typy tłokowe).
3. Jakie są typowe rodzaje pomp hydraulicznych i ich metody klasyfikacji?
Odpowiedź: Pompy hydrauliczne są zazwyczaj klasyfikowane w następujący sposób:
Możliwość regulacji strumienia: Pompy zmienne (regulowane) i pompy stałe (o stałym strumieniu)
Typ konstrukcji: Pompy zębate, pompy łopatkowe, pompy tłokowe.
Pompy zębate: małe rozmiary, prosta konstrukcja, niski koszt, ale duże zużycie i przecieki.
Pompy łopatkowe: równomierne przepływy, płynna praca, niski poziom hałasu, wyższa sprawność niż pompy zębate, ale bardziej skomplikowana budowa.
Pompy tłokowe: wysoka sprawność objętościowa, niskie przecieki, mogą pracować pod wysokim ciśnieniem, odpowiednie dla systemów o dużej mocy, ale wysoki koszt i wysokie wymagania dotyczące czystości oleju.
4. Jakie są składniki układu pompy hydraulicznej?
Odpowiedź: Układ pompy hydraulicznej składa się zazwyczaj z:
Sprzęgło (łączące wał napędowy i wał pompy)
Zbiornik oleju hydraulicznego (do magazynowania oleju, odprowadzania ciepła, oddzielania powietrza i usuwania piany)
Filtr (zmniejszający ilość stałych cząstek zanieczyszczeń w oleju)
Aby zapewnić niezawodność systemu, należy zadbać o prawidłowe wyśrodkowanie sprzęgła, odpowiednią pojemność i konstrukcję zbiornika oraz dobrać filtry o odpowiedniej dokładności.
5. Jaką rolę pełni silnik hydrauliczny w systemie?
Odpowiedź: Silnik hydrauliczny otrzymuje ciecz pod ciśnieniem, przekształca energię hydrauliczną na energię mechaniczną i wytwarza moment obrotowy oraz ruch obrotowy. Jego moc wyjściowa zależy od spadku ciśnienia cieczy i przepływu, dlatego, gdy przepływ lub ciśnienie ulegnie zmianie, wyjście silnika również zmieni się odpowiednio.
6. Jak współpracują pompy hydrauliczne i silniki hydrauliczne?
Odpowiedź: W systemie hydraulicznym:
Pompa hydrauliczna przekształca energię mechaniczną dostarczaną przez silnik pierwotny (np. silnik elektryczny lub silnik wysokoprężny) na energię cieczy.
Silnik hydrauliczny odbiera tę ciecz pod ciśnieniem i przekształca ją z powrotem na energię mechaniczną w celu napędzania obciążenia.
Dzięki tej konwersji energii system może osiągnąć wymaganą wydajność mechaniczną.
7. Dlaczego czystość oleju i filtracja są tak ważne w systemach hydraulicznych?
Odpowiedź: Cząstki stałe w oleju hydraulicznym (szczególnie większe niż 10 μ m, w szczególności większe niż 40 μ m) może nasilać zużycie wewnętrznych elementów pomp i silników, zmniejszając wydajność i trwałość. Zainstalowanie filtrów o odpowiedniej dokładności (np. 10-15 μ m dla pomp tłokowych osiowych, 25 μ m dla pomp łopatkowych, 40 μ m dla pomp zębatych) może skutecznie zapewnić niezawodność systemu.
8. Jeśli moja pompa hydrauliczna wydaje hałas lub wibracje, co powinienem sprawdzić?
Odpowiedź: Najczęstsze przyczyny to:
- Niewyważenie między pompą a sprzęgłem/wałem
- Przekroczenie dopuszczalnej prędkości lub obciążenia
- Zasysanie powietrza lub kawitacja w rurociągu ssawnym
- Niska czystość oleju lub niewłaściwa ilość/rodzaj oleju
- Zużycie lub uszkodzenie sprzęgła lub wewnętrznych elementów pompy
Rozwiązanie tych problemów pomaga zmniejszyć hałas, wibracje oraz wydłużyć żywotność pompy.
9. Czy pompa hydrauliczna „generuje” ciśnienie w układzie?
Odpowiedź: Właściwie nie całkowicie. Główną funkcją pompy hydraulicznej jest wytwarzanie przepływu; ciśnienie powstaje dopiero wtedy, gdy ten przepływ napotyka opór w układzie (takie jak obciążenie, zawory lub siłowniki). Dlatego niepoprawne jest przypisywanie tworzenia ciśnienia wyłącznie pompie.
10. Jakie wskaźniki sprawności istnieją dla pomp i silników hydraulicznych?
Odpowiedź: Kluczowe wskaźniki sprawności to:
- Sprawność objętościowa: Rzeczywisty przepływ ÷ Przepływ teoretyczny
- Sprawność mechaniczna/hydrauliczna: Teoretyczny moment obrotowy ÷ Rzeczywisty moment obrotowy (lub związany z utratami mechanicznymi)
- Sprawność ogólna: Sprawność objętościowa × Sprawność mechaniczna/hydrauliczna