EN
V prejšnjem članku smo razpravljali o sistemih hidravličnih črp in njihovem splošnem delovnem načelu. Kratko ponovitev: hidravlični sistem je pogonska tehnologija, ki prenaša energijo s tekočino kot prenosnim sredstvom. Pretvori mehansko energijo električnega motorja v tekočinsko energijo, ki se nato prenaša do izvršnih komponent prek tekočine. Glavne sestavine hidravličnega sistema vkljujo hidravlične črpe, izvršne komponente (hidravlične motornike), ventile in rezervoarje za olje.
Ta članek se bo osredotočil na hidravlične črpalke in hidravlične motorje ter pojasnil, kako delujejo skupaj v hidravličnem sistemu. Začeli bomo s hidravlično črpalko.
Klasifikacija hidravličnih motorjev
Hidravlični motorji so na splošno razdeljeni na dve glavni kategoriji:
Nizkoobratni visokomomentni (LSHT) hidravlični motorji
Visokoobratni nizkomomentni (HSLT) hidravlični motorji
Izbira nizkoobratnega hidravličnega motorja omogoča sistemu, da pri nižjih hitrostih oddaja višji navor. Znotraj teh dveh kategorij jih je mogoče dodatno razvrstiti po strukturi na zobniške motornice, lamelne motornice in batne motornice. Batne motornice se lahko nadaljnje razdelijo na aksialne batne motornice in radialne batne motornice.
Klasifikacija hidravličnih črpalk
Pogoste vrste hidravličnih črpalk vključujejo:
1. Po možnosti prilagajanja pretoka:
Spremenljive črpalke — Iztok lahko prilagodite po potrebi
Črpalke s stalnim iztiskom — Iztok je konstanten
2. Po zgradbi: Zobniški črpalke, Lopatne črpalke, Batne črpalke
Zobniške črpalke: Majhne v velikosti, preprosta zgradba, nizke zahteve za čistost olja in nizka cena; vendar pa je gred črpalke močno izpostavljena neravnovesnim silam, trpi hud obrab in ima velik iztok.
Lopatne črpalke: Lahko delimo na enojno delovalne in dvojno delovalne. Imajo enakomeren tok, gladko obratovanje, nizek hrup ter višji tlak in prostorninsko učinkovitost v primeri s zobniškimi črpalkami, vendar pa imajo bolj zapleteno zgradbo kot zobniške črpalke.
Batne črpalke: Visoka prostorninska učinkovitost, nizek iztok in lahko obratujejo pri visokem tlaku, zaradi česar so primerne za hidravlične sisteme velike moči. Imajo pa zapleteno zgradbo, visoke zahteve za materiale in natančnost obdelave, visoko ceno ter tudi visoke zahteve za čistost olja.
Sestava hidravličnih črpalk
Hidravlične črpalke so praviloma sestavljene iz treh glavnih delov: sklopke, rezervoarja za hidravlično olje in filtrov.
Stikalci
Pogonski vrat hidravlične črpalke ne more prenašati radialnih ali aksialnih sil, zato ni dovoljeno neposredno namestiti jermenice, zobnika ali verižnika na konec vratila. Praviloma je pogonski vrat povezan s pogonskim vratilom črpalke prek sklopke.
Če zaradi proizvodnih razlogov kolinearnost črpalke in sklopke presega standard in pride do odstopanja med sestavljanjem, se ob povečevanju hitrosti črpalke poveča tudi centrifugalna sila, kar lahko povzroči deformacijo sklopke. Ta deformacija še dodatno poveča centrifugalno silo, kar ustvari neskončno zanko in končno vodi do vibracij in hrupa, ki vplivata na življenjsko dobo črpalke. Poleg tega bodo tudi dejavniki, kot so ohlapni spone sklopke in obrabljeni gumijasti obročki, ki jih pravočasno ne zamenjajo, vplivali na delovanje črpalke.
Hidravlični olajni rezervoar
Glavne funkcije hidravličnega oljnega rezervoarja v hidravličnem sistemu so: shranjevanje olja, razprševanje toplote, ločevanje zraka, vsebovanega v olju, ter odstranjevanje peno.
Pri izbiri rezervoarja za olje je prva pomislek njegova zmogljivost: pri mobilni opremi je to navadno 2–3-kratna največja pretokovna hitrost črpalke, pri fiksni opremi pa 3–4-kratna. Drugič, je treba upoštevati nivo olja v rezervoarju: ko so vsi hidravlični valjci sistema v popolnosti raztegnjeni, nivo olja v rezervoarju ne sme biti pod najnižjo dovoljeno ravnijo; ko se valjci skrčijo, pa nivo ne sme preseči najvišje dovoljene ravni. Nazadnje, je treba upoštevati tudi konstrukcijo rezervoarja: pregrade v tradicionalnih rezervoarjih ne omogočajo učinkovitega usedanja umaznine, zato je treba vzdolž vzdolžne osi rezervoarja namestiti navpično pregrado. Med to pregrado in končno ploščo rezervoarja mora biti reža, ki omogoča komunikacijo prostorov na obeh straneh pregrade. Vhodni in izhodni priključki hidravlične črpalke se uredijo na koncu pregrade, ki ni povezan, kar zagotovi največjo možno razdaljo med vhodom in vrnitvijo olja. Hkrati lahko rezervoar na ta način tudi bolje oddaja toploto.
Oljasti filter
Najsplošneje rečeno, onesnaževala s velikostjo delcev manjšo od 10 μ m imajo majhen vpliv na črpalko, ko pa je velikost delcev večja od 10 μ m, še posebej, če presega 40 μ m, to znatno vpliva na življenjsko dobo črpalke. Trdni delci onesnaževal v hidravličnem olju lahko pospešijo obrabo površin med seboj premikajočih delov znotraj črpalke. Zato je treba namestiti oljni filter, da se zmanjša stopnja onesnaženosti olja. Priporočena natančnost filtracije je naslednja: 10~15 μ m za aksialne batne črpalke, 25 μ m za krilne črpalke in 40 μ m za zobniške črpalke. Uporaba visokonatančnih oljnih filtrov lahko znatno podaljša življenjsko dobo hidravličnih črpalk.
Funkcija hidravličnih motorjev
Hidravlični motor je izvršni element, ki tlak energijo tekočine pretvori v mehansko energijo, pri čemer oddaja navor in vrtenje ter ima pomembno vlogo v hidravličnih sistemih.
Hidravlični motorji so na splošno razdeljeni na dva tipa: nizkotenzorske in visokotenzorske. V zadnjih letih, z neprestanim razvojem hidravlične tehnologije proti visokemu tlaku in visoki moči ter z naraščanjem pozornosti do okolja, se od hidravličnih izvršilnih mehanizmov pričakujejo lastnosti kot so nizek hrup, nizka onesnaženje in gladko delovanje. Zato so visokotenzorski motorji postali eden izmed razvojnih trendov.
Z vidika pretvorbe energije so hidravlične črpalke in hidravlični motorji obrnljivi hidravlični elementi: če v poljubno hidravlično črpalko dovodimo delovno teko, jo lahko pretvori v delovno stanje hidravličnega motorja; obratno, ko se glavno gredo hidravličnega motorja vrti z zunanjim navorom, jo lahko prav tako pretvori v delovno stanje hidravlične črpalke. To je zato, ker imajo enake osnovne strukturne elemente: tesnilno zaprt in občasno spremenljiv volumen ter ustrezen mehanizem za razdelitev olja.
Vloga hidravličnih črp v hidravličnih sistemih
Preprosto povedano, hidravlična črpna je naprava, ki pretvarja mehansko energijo v hidravlično energijo. Hidravlični prenosni sistemi uporabljajo različne vrste hidravličnih črp za premagovanje obremenitev in doseganje moči.
Na primer, v hidravličnih pogonskih sistemih, kot so bagri, hidravlična črpna zagotavlja tlak, potreben za dvig vozil ali težkih predmetov. Večina težke gradbene opreme je opremljena s hidravličnimi črpami, ki so temeljni sestavni deli hidravličnih sistemov.
Poleg velike opreme obstajajo tudi manjše hidravlične črpe, ki napajajo različna hidravlična orodja, kot so rezilna orodja, prese, hidravlične žage itd. Vsa ta orodja se zanašajo na hidravlične črpe za učinkovito delovanje.
Razlike med hidravličnimi črpami in navadnimi črpami
Največja razlika med hidravličnimi črpami in navadnimi črpami leži v njihovih načinih delovanja. Navadne črpe običajno ohranjajo stalni tok tekočine, medtem ko je hitrost toka hidravličnih črp tesno povezana s tlakom obremenitve.
Še naprej se razlikujejo v svojih funkcijah: hidravlične črpe morajo premagati tlak, ki ustvarja obremenitev sistema, medtem ko so navadne črpe odgovorne le za neprekinjeno prevozovanje ali kroženje tekočine.
Funkcija hidravličnega motorja
Hidravlični motor je rotacijski izvršilni element, tudi znani kot rotacijski aktuator. Njegova glavna funkcija je pretvorba hidravlične energije v mehansko energijo za pogon obremenitve.
Izstopna moč hidravličnega motorja je določena s padcem tlaka in hitrostjo toka hidravličnega olja. Z drugimi besedami, izstopna moč hidravličnega motorja je neposredno sorazmerna s hitrostjo njegove vrtenja.
Načelo sodelovanja hidravličnih črp in hidravličnih motorjev
Ko razumemo funkcije hidravličnih črpalk in hidravličnih motorjev, si oglejmo, kako delujejo skupaj v sistemu:
Najprej hidravlična črpalka pretvori mehansko energijo prvotnega gonilnika (na primer električnega motorja ali dizelskega motorja) v hidravlično energijo, ki obstaja v obliki tekočega hidravličnega olja.
Nato hidravlični motor prejme hidravlično energijo, ustvarjeno s strani hidravlične črpalke, in jo ponovno pretvori v mehansko energijo, ki se uporablja za pogon obremenitve pri opravljanju dela.
Po tem pretvorbenem procesu, ki ga izvede hidravlični motor, celoten sistem razpolaga s potrebno mehansko energijo za izvajanje nalog. Hidravlični sistemi so v našem vsakdanjem življenju pogosto prisotni; na primer dvigala, gorivne naprave in zabaviščne naprave vse zanesemo na sodelovanje hidravličnih črpalk in hidravličnih motorjev.
Pogosta vprašanja (FAQ)
1. Kaka je razlika med hidravlično črpalko in hidravličnim motorjem?
Odgovor: Hidravlična črpalka pretvarja mehansko energijo v hidravlično energijo (podprtim fluid), medtem ko hidravlični motor pretvarja hidravlično energijo nazaj v mehansko energijo (navor in vrtenje).
2. Katere so glavne vrste hidravličnih motorjev?
Odgovor: Hidravlični motorji so predvsem razdeljeni na dve kategorije:
Nizko-vrtljajni visoko-navorni (LSHT) motorji
Visoko-vrtljajni nizko-navorni (HSLT) motorji
Poleg tega, glede na zgradbo, vkljujijo zobniške motore, lopatne motore in batne motore (vključno z osnimi in radialnimi batnimi tipi).
3. Katere so pogoste vrste hidravličnih črpalk in njihovi načini razvrščanja?
Odgovor: Hidravlične črpalke se pogosto razvršča na naslednja dva načine:
Spremenljivost pretoka: Spremenljive črpalke (regulirajoče) in stalne črpalke (neregulirajoče)
Vrsta zgradbe: Zobniške črpalke, lopatne črpalke, batne črpalke.
Zobniški črpalki: majhne dimenzije, preprosta zgradba, nizka cena, vendar veliko obrabo in puščanje.
Lopaticne črpalke: enakomeren tok, gladko delovanje, nizek hrup, višja učinkovitost kot zobniške črpalke, vendar zapletena zgradba.
Batne črpalke: visoka prostorninska učinkovitost, majhno puščanje, lahko delujejo pri visokem tlaku, primerni za sisteme z visoko močjo, vendar visoka cena ter visoke zahteve glede čistosti olja.
4. Kateri so sestavni deli hidravličnega sistema črpalke?
Odgovor: Hidravlični sistem črpalke splošno vključuje:
Spojko (povezuje gonilni val in val črpalke)
Rezervoar za hidravlično olje (za shranjevanje olja, odvajanje toplote, ločevanje zraka in odstranjevanje pen)
Filter (zmanjšuje trdne onesnaževalne delce v olju)
Za zagotavljanje zanesljivosti sistema je potrebno zagotoviti pravilno poravnavo spojke, ustrezno zmogljivost in zgradbo rezervoarja ter izbiro filtrov z ustreznimi natančnostmi.
5. Katero vlogo ima hidravlični motor v sistemu?
Odgovor: Hidravlični motor prejme tekočino pod tlakom, pretvori hidravlično energijo v mehansko energijo ter odda navor in vrtenje. Izboljšana moč je odvisna od padca tlaka tekočine in pretoka, zato se ob spremembi pretoka ali tlaka tudi izhod motorja ustrezno spremeni.
6. Kako hidravlične črpalke in hidravlični motorji delujejo skupaj?
Odgovor: V hidravličnem sistemu:
Hidravlična črpalka pretvori mehansko energijo, ki jo zagotavlja pogonski stroj (npr. električni motor ali dizelski motor), v tekočinsko energijo.
Hidravlični motor prejme to tekočino pod tlakom in jo ponovno pretvori v mehansko energijo za pogon obremenitve.
S to pretvorbo energije lahko sistem doseže zahtevan izhod mehanske energije.
7. Zakaj je čistost olja in filtracija tako pomembna v hidravličnih sistemih?
Odgovor: Trdni delci v hidravličnem olju (zlasti tisti večji od 10 μ m, še posebej večji od 40 μ m) lahko poslabi obrabo notranjih komponent črp in motorjev, kar zmanjša učinkovitost in življenjsko dobo. Namestitev filtrov z ustrezno natančnostjo (npr. 10-15 μ m za aksialne batne črpalke, 25 μ m za lopataste črpe, 40 μ m za zobniške črpe) učinkovito zagotavlja zanesljivost sistema.
8. Če moja hidravlična črp zveni ali vibrira, kaj naj preverim?
Odgovor: Pogosti vzroki vkljujno:
- Nepravilna poravnava med črp in spojko/vratilom
- Hitrost ali obremenitev, ki presega nazivne vrednosti
- Vzdušitev ali kavitacija v sesalnem vodu
- Slaba čistost olja ali napačna količina/vrsta olja
- Obraba ali poškodba spojke ali notranjih komponent črpe
Reševanje teh težav pomaga zmanjšati hrup, vibracije in podaljšati življenjsko dobo črpalke.
9. Ali hidravlična črpalka »ustvarja« tlak v sistemu?
Odgovor: Pravzaprav ne povsem. Primarna funkcija hidravlične črpalke je ustvarjanje pretoka; tlak nastane šele, ko ta tok naleti na upor v sistemu (npr. obremenitev, ventile ali aktuatorje). Zato ni natančno pripisovati ustvarjanje tlaka izključno črpalki.
10. Katere metrike učinkovitosti obstajajo za hidravlične črpalke in motorje?
Odgovor: Ključne metrike učinkovitosti vključujejo:
- Volumetrična učinkovitost: Dejanski pretok ÷ Teoretični pretok
- Mehanska/hidravlična učinkovitost: Teoretični navor ÷ Dejanski navor (ali povezan s strojnimi izgubami)
- Splošna učinkovitost: Volumetrična učinkovitost × Mehanska/hidravlična učinkovitost