EN
V predchádzajúcom článku sme diskutovali o systémoch hydraulických čerpadiel a ich celkovom pracovnom princípe. Krátko na zopakovanie, hydraulický systém je technológia pohonu, ktorá prenáša energiu pomocou kvapaliny ako média. Premieňa mechanickú energiu elektrického motora na tekutinovú energiu, ktorá je následne prenášaná k vykonávacím komponentom prostredníctvom kvapaliny. Hlavné komponenty hydraulického systému zahŕňajú hydraulické čerpádla, vykonávacie komponenty (hydraulické motory), ventily a nádrže na olej.
Tento článok sa bude zaoberať hydraulickými čerpadlami a hydraulickými motormi a vysvetlí, ako spolu pracujú v hydraulickom systéme. Začneme s hydraulickým čerpadlom.
Klasifikácia hydraulických motorov
Hydraulické motory sa zvyčajne delia do dvoch hlavných kategórií:
Nízkoobrátkové vysokomomentové (LSHT) hydraulické motory
Vysokoobrátkové nízkomomentové (HSLT) hydraulické motory
Použitie nízkoobrátkového hydraulického motora umožňuje systému dosiahnuť vyšší krútiaci moment pri nižších otáčkach. V rámci týchto dvoch kategórií ich možno ďalej rozdeliť podľa konštrukcie na ozubené motory, lopatkové motory a piestové motory. Piestové motory možno ďalej rozdeliť na axiálne piestové motory a radiálne piestové motory.
Klasifikácia hydraulických čerpadiel
Bežné typy hydraulických čerpadiel zahŕňajú:
1. Podľa schopnosti regulácie prietoku:
Regulačné čerpadlá — Výstupný prietok možno upraviť podľa potreby
Čerpadlá s pevným objemovým výkonom — Výstupný prietok je konštantný
2. Podľa štruktúry: Ozubené čerpadlá, Lamelové čerpadlá, Piestové čerpadlá
Ozubené čerpadlá: Malé rozmery, jednoduchá štruktúra, nízke požiadavky na čistotu oleja a nízka cena; však hriadeľ čerpadla je výrazne ovplyvnený nevyváženými silami, trpí silným opotrebovaním a má veľký objem úniku.
Lamelové čerpadlá: Možno rozdeliť na jednočinné a dvojčinné typy. Majú rovnomerný prietok, hladký chod, nízku hlučnosť a vyšší tlak a objemovú účinnosť v porovnaní s ozubenými čerpadlami, avšak ich štruktúra je zložitejšia ako u ozubených čerpadiel.
Piestové čerpadlá: Vysoká objemová účinnosť, nízky únik, schopnosť prevádzky pri vysokom tlaku, čo ich robí vhodnými pre veľký výkon hydraulických systémov. Avšak majú zložitú štruktúru, vysoké požiadavky na materiály a presnosť obrábania, vysokú cenu a tiež vysoké požiadavky na čistotu oleja.
Zloženie hydraulických čerpadiel
Hydraulické čerpadlá sa zvyčajne skladajú z troch hlavných častí: spojok, nádrží na hydraulický olej a filtrov.
Spojky
Hnací hriadeľ hydraulického čerpadla neznesie radiálne ani axiálne sily, preto nie je povolené priamo inštalovať remenice, ozubené kolieska alebo reťazovky na konci hriadeľa. Zvyčajne je hnací hriadeľ spojený s hriadeľom pohonnej jednotky cez spojku.
Ak z dôvodu výroby prevyšuje koaxialita čerpadla a spojky štandard, a počas montáže dôjde k odchýlke, so zvyšovaním otáčok čerpadla sa bude zvyšovať odstredivá sila, čo môže spôsobiť deformáciu spojky. Táto deformácia ďalej zvyšuje odstredivú silu, čím vzniká zlý kruh, ktorý nakoniec vedie k vibráciám a hluku, čo ovplyvňuje životnosť čerpadla. Okrem toho aj faktory, ako napríklad uvoľnené kolíky spojky alebo opotrebované gumové krúžky, ktoré sa včas nevymenia, ovplyvnia prevádzku čerpadla.
Hydraulická olejová nádrž
Hlavné funkcie nádrže na hydraulický olej v hydraulickom systéme sú: uchovávanie oleja, odvádzanie tepla, oddeľovanie vzduchu obsiahnutého v oleji a odstraňovanie peny.
Pri výbere nádrže na olej je najprv potrebné zvážiť jej kapacitu: pre mobilné zariadenia sa vo všeobecnosti odporúča 2 až 3-násobok maximálneho prietoku čerpadla, pre pevné zariadenia potom 3 až 4-násobok. Po druhé, treba zvážiť úroveň oleja v nádrži: keď sú všetky hydraulické valce systému plne vysunuté, hladina oleja v nádrži nesmie byť pod minimálnou hladinou; keď sa valce zasunú, hladina nesmie presiahnuť maximálnu hladinu. Nakoniec, treba zvážiť štruktúru nádrže: bafly v tradičných nádržiach nedokážu účinne usadzovať nečistoty, preto by mala byť inštalovaná zvislá baflová stena pozdĺž pozdĺžnej osi nádrže. Medzi touto baflovou stenou a koncovou doskou nádrže by mala byť medzera, ktorá umožní komunikáciu priestorov na oboch stranách bafly. Prívodné a odvodné prípojky hydraulického čerpadla sa umiestňujú na konci bafly, ktorý nie je spojený, čím sa dosiahne maximálna vzdialenosť medzi prívodom a spiatočným olejom. Súčasne môže nádrž aj lepšie odvádzať teplo.
Olejový filter
Všeobecne majú kontaminácie s veľkosťou častíc menšou ako 10 μ m malý vplyv na čerpadlo, ale keď veľkosť častíc presahuje 10 μ m, najmä ak prekračuje 40 μ m, výrazne ovplyvňujú životnosť čerpadla. Tuhé kontaminujúce častice v hydraulickom oleji ľahko zrýchľujú opotrebovanie povrchov relatívne sa pohybujúcich súčastí vo vnútri čerpadla. Preto musí byť inštalovaný olejový filter na zníženie stupňa kontaminácie oleja. Odporúčaná filtračná presnosť je nasledovná: 10~15 μ m pre axiálne piestne čerpadlá, 25 μ m pre lopatové čerpadlá a 40 μ m pre ozubové čerpadlá. Použitie vysokopresných olejových filtrov môže výrazne predĺžiť životnosť hydraulických čerpadiel.
Funkcia hydraulických motorov
Hydraulický motor je vykonávací prvok, ktorý premení tlakovú energiu kvapaliny na mechanickú energiu, výstupný krútiaci moment a otáčavý pohyb a zaujíma dôležité miesto v hydraulických systémoch.
Hydraulické motory sa zvyčajne delia na dva typy: nízky krútiaci moment a vysoký krútiaci moment. V posledných rokoch, s neustálym vývojom hydraulických technológií smerom k vysokému tlaku a vysokej výkonnosti a so stúpajúcim záujmom o ochranu životného prostredia, sa od hydraulických aktuátorov vyžadujú vlastnosti ako nízka hlučnosť, nízke znečistenie a hladký chod. Preto sa motory s vysokým krútiacim momentom stali jedným z vývojových trendov.
Z hľadiska prevodu energie sú hydraulické čerpadlá a hydraulické motory navzájom prepojené hydraulické komponenty: ak do ľubovoľného hydraulického čerpadla privádzame pracovnú kvapalinu, môže sa tak premeniť na prevádzkový režim hydraulického motora; naopak, ak sa hlavná os hydraulického motora otáča vonkajším krútiacim momentom, môže byť tiež prevedená do prevádzkového režimu hydraulického čerpadla. Dôvodom je, že majú rovnaké základné konštrukčné prvky: tesniacu a obdobia premenlivý objem a príslušný mechanizmus rozvodu oleja.
Úloha hydraulických čerpadiel v hydraulických systémoch
Jednoducho povedané, hydraulické čerpadlo je zariadenie, ktoré mení mechanickú energiu na hydraulickú energiu. Hydraulické prevodové systémy využívajú rôzne typy hydraulických čerpadiel na prekonávanie zaťaženia a dosiahnutie výkonu.
Napríklad v hydraulických pohonoch, ako sú bagre, má hydraulické čerpadlo za úlohu zabezpečiť tlak potrebný na zdvihanie vozidiel alebo ťažkých predmetov. Väčšina ťažkej stavebnej techniky je vybavená hydraulickými čerpadlami, ktoré sú kľúčovými komponentmi hydraulických systémov.
Okrem veľkého vybavenia sa používajú aj menšie hydraulické čerpadlá na napájanie rôznych hydraulických nástrojov, ako sú rezné nástroje, lisy, hydraulické píly atď. Všetky tieto nástroje závisia na efektívnej prevádzke hydraulických čerpadiel.
Rozdiely medzi hydraulickými čerpadlami a bežnými čerpadlami
Najväčší rozdiel medzi hydraulickými čerpadlami a bežnými čerpadlami spočíva v ich pracovných metódach. Bežné čerpadlá zvyčajne udržiavajú konštantný prietok kvapaliny, zatiaľ čo prietok hydraulických čerpadiel je úzko prepojený s tlakom zaťaženia.
Ďalej sa líšia aj svojimi funkciami: hydraulické čerpadlá musia prekonať tlak generovaný zaťažením systému, zatiaľ čo bežné čerpadlá sú zodpovedné len za nepretržité dopravovanie alebo cirkuláciu kvapaliny.
Funkcia hydraulického motora
Hydraulický motor je otáčavý pracovný člen, tiež známy ako rotujúci aktuátor. Jeho hlavnou funkciou je premeniť hydraulickú energiu na mechanickú energiu na pohon zaťaženia.
Výkon hydraulického motora je určený poklesom tlaku a prietokom hydraulického oleja. Inými slovami, výkon hydraulického motora je priamo úmerný jeho otáčkam.
Princíp spolupracovania hydraulických čerpadiel a hydraulických motorov
Po pochopení funkcií hydraulických čerpadiel a hydraulických motorov sa pozrime, ako spolu v systéme pracujú:
Najprv hydraulické čerpadlo premení mechanickú energiu hnacieho motora (napríklad elektrického motora alebo dieselového motora) na hydraulickú energiu, ktorá existuje vo forme tekúcej hydraulického oleja.
Následne hydraulický motor prijme hydraulickú energiu vygenerovanú hydraulickým čerpadlom a premení ju späť na mechanickú energiu, ktorá sa používa na pohon zaťaženia a vykonanie práce.
Po dokončení tohto procesu premeny hydraulickým motorom má celý systém potrebnú mechanickú energiu na vykonávanie úloh. Hydraulické systémy sú široko využívané v našom každodennom živote; napríklad výťahy, čerpadlá na palivo a zábavové zariadenia všetky závisia od spolupôsobenia hydraulických čerpadiel a hydraulických motorov.
Často kladené otázky (FAQ)
1. Aký je rozdiel medzi hydraulickým čerpadlom a hydraulickým motorom?
Odpoveď: Hydraulické čerpadlo premení mechanickú energiu na hydraulickú energiu (tlakovú kvapalinu), zatiaľ čo hydraulický motor premení hydraulickú energiu späť na mechanickú energiu (krútiaci moment a otáčavý pohyb).
2. Aké sú hlavné typy hydraulických motorov?
Odpoveď: Hydraulické motory sú hlavne rozdelené do dvoch kategórií:
Níkotoré vysokomomentové motory (LSHT)
Vysokootáčkové nízkomomentové motory (HSLT)
Okrem toho, podľa štruktúry zahŕňajú ozubené motory, lopatové motory a piestne motory (vrátane osých a radiálnych piestových typov).
3. Aké sú bežné typy hydraulických čerpadiel a ich metódy klasifikácie?
Odpoveď: Hydraulické čerpadlá sa bežne klasifikujú nasledovnými dvoma spôsobmi:
Nastaviteľnosť prietoku: Premenné čerpadlá (nastaviteľné) a pevné čerpadlá (konštantný prietok)
Štruktúrny typ: Ozubené čerpadlá, lopatové čerpadlá, piestne čerpadlá.
Zubové čerpadlá: malá veľkosť, jednoduchá štruktúra, nízka cena, ale vysoké opotrebenie a úniky.
Lopatkové čerpadlá: rovnomerný tok, hladký chod, nízka hlučnosť, vyššia účinnosť ako u zubových čerpadiel, ale zložitejšia štruktúra.
Piestové čerpadlá: vysoká objemová účinnosť, nízke úniky, schopnosť prevádzky pri vysokom tlaku, vhodné pre vysokovýkonové systémy, ale vysoká cena a vysoké požiadavky na čistotu oleja.
4. Aké sú zložky hydraulického čerpadlového systému?
Odpoveď: Hydraulický čerpadlový systém zvyčajne obsahuje:
Spojku (spája hnaciu hriadeľ a hriadeľ čerpadla)
Nádrž na hydraulický olej (na uchovávanie oleja, odvod tepla, oddeľovanie vzduchu a odstraňovanie peny)
Filter (zníženie pevných znečisťujúcich častíc v oleji)
Na zabezpečenie spoľahlivosti systému je nevyhnutné zabezpečiť správne zarovnanie spojky, vhodnú kapacitu a štruktúru nádrže a výber filtrov s príslušnou presnosťou.
5. Akú úlohu má hydraulický motor v systéme?
Odpoveď: Hydraulický motor prijíma kvapalinu pod tlakom, premení hydraulickú energiu na mechanickú energiu a vydáva krútiaci moment a rotačný pohyb. Jeho výkon závisí od poklesu tlaku kvapaliny a prietoku, takže keď sa prietok alebo tlak zmení, výstup motora sa zmení príslušne.
6. Ako spolu pracujú hydraulické čerpadlá a hydraulické motory?
Odpoveď: V hydraulickom systéme:
Hydraulické čerpadlo premení mechanickú energiu poskytovanú hnacím strojom (napríklad elektrickým motorom alebo dieselovým motorom) na energiu kvapaliny.
Hydraulický motor prijíma túto kvapalinu pod tlakom a premení ju späť na mechanickú energiu, ktorá poháňa zaťaženie.
Touto konverziou energie môže systém dosiahnuť požadovaný mechanický výstup.
7. Prečo je čistota oleja a filtračná schopnosť tak dôležitá v hydraulických systémoch?
Odpoveď: Tuhé častice v hydraulickom oleji (obzvlášť tie väčšie ako 10 μ m, najmä väčšie ako 40 μ m) môže zhoršiť opotrebovanie vnútorných komponentov čerpadiel a motorov, čím sa zníži účinnosť a životnosť. Inštalácia filtrov s vhodnou presnosťou (napr. 10-15 μ m pre axiálne piestne čerpadlá, 25 μ m pre lamelové čerpadlá, 40 μ m pre ozubené čerpadlá) môže efektívne zabezpečiť spoľahlivosť systému.
8. Ak moje hydraulické čerpadlo vydáva hluk alebo vibrácie, čo by som mal skontrolovať?
Odpoveď: Bežné príčiny zahŕňajú:
- Nesúosústredenosť medzi čerpadlom a spojkou/hriadeľom
- Rýchlosť alebo zaťaženie presahujúce menovité hodnoty
- Nasávanie vzduchu alebo kavitáciu v sacom potrubí
- Nedostatočnú čistotu oleja alebo nesprávne množstvo/typ oleja
- Opotrebovanie alebo poškodenie spojky alebo vnútorných komponentov čerpadla
Riešenie týchto problémov pomáha znížiť hluk, vibrácie a predĺži životnosť čerpadla.
9. Vyvolá hydraulické čerpadlo tlak v systéme?
Odpoveď: Vlastne nie úplne. Hlavnou funkciou hydraulického čerpadla je vytvárať prietok; tlak vzniká až vtedy, keď tento prietok narazí na odpor v systéme (napríklad zaťaženie, ventily alebo aktuátory). Preto nie je presné pripisovať tvorbu tlaku výlučne čerpadlu.
10. Aké sú metriky účinnosti pre hydraulické čerpadlá a motory?
Odpoveď: Kľúčové metriky účinnosti zahŕňajú:
- Objemová účinnosť: Skutočný prietok ÷ Teoretický prietok
- Mechanická/hydraulická účinnosť: Teoretický krútiaci moment ÷ Skutočný krútiaci moment (alebo súvisiace mechanické straty)
- Celková účinnosť: Objemová účinnosť × Mechanická/hydraulická účinnosť