Hydraulický pohon

Hydraulika alebo hydraulický pohon je systém pohonu založený na tlakovej energii a fyzikálnej nestlačiteľnosti kvapaliny. Platí Pascalov zákon

V pomere veľkosti komponentov k prenášanému výkonu patrí medzi najvýkonnejšie a najpresnejšie. Medzi výhody patrí jednoduchosť mechanizmov, vysoká sila a presnosť pri malých rozmeroch, možnosť prenosu energie pružnými členmi, variovanie výkonu s malými stratami a vysokou účinnosťou. Medzi nevýhody takéhoto typu pohonu patrí drahá prevádzka a údržba, výkonové straty teplom, hroziaci únik kvapalín pri mechanickej poruche (môže znečistiť životné prostredie).

Využitie

Hydraulické valce sa využívajú tam, kde potrebujeme veľkú silu, a vysokú presnosť polohovania (priama úmernosť medzi vysunutím valca a objemom hydraulického média) napr.

stavebných strojoch bagroch, rýpadlách, zhŕňačoch
lietadlách - ovládanie klapiek
hydraulických lisoch
v priemyselných robotoch, a v priemyselnej automatizácii
brzdách a spojkách automobilov
spotrebiteľskej technike (jednoduché hydraulické mechanizmy)

Komponenty

Skladá sa z

čerpadla(1),
valcov(2),
hadíc(3),
ventilov(4),
akumulátora ("lopty") (5),
zbernej nádrže (6),
a riadenia(7).

Valce

Toto je hlavný prvok hydrauliky. Vykonáva lineárny pohyb, v závislosti od objemu vtlačenej kvapaliny.

Opis obrázka:

hydraulický valec so vstupmi, YA, YB,
vstupný tlak cez YA, vytláča kvapalinu cez YB a opačne
vstup kvapaliny cez YA piest valca vysúva, cez YB, piest valca zasúva

Druhy hydraulických valcov:

Klasické - jeden valec a jeden piest
Teleskopické - piest je sústava, kde širší piest je zároveň valcom pre užší piest (ako rozťahovací dalekohľad)

Hadice

Rozvádzajú tlak k hydraulickým valcom. Tlakové hadice sú zväčša gumené, spevnené oceľovým kordom, ukončené nalisovanou koncovkou so závitom. Hadice majú definovaný nominálny tlak, a maximálny ohyb.

Médium

Ako médium sa obvykle používa hydraulický olej, alebo kvapaliny na alkoholovej báze. Parametrom je nízka stlačiteľnosť, malá objemovo-tepelná rozťažnosť, nehorľavosť, antikorózne vlastnosti, viskozita, objemová hmotnosť.

Čerpadlo (pumpa)

Dodáva tlak do hydraulických valcov. Poháňaná býva elektromotorom alebo spaľovacím motorom. Podľa typu konštrukcie poznáme:

hydrodynamické
- Ozubené - pre malé výkony, zato najlacnejšie možné
Hydrostatické
- Axiálne - slabšie ale kompaktné a lacné
- Radiálne - silné, výkonné ale príliš veľké a drahé

Zubové čerpadlo

Patrí medzi najbežnejšie druhy čerpadiel. Pre čerpanie využíva priestor medzizubovej medzery ozubeného kolesa, z ktorého je kvapalina vytlačená zapadajúcim zubom protiľahlého kolesa. Ozubené kolesá po obvodove a čelných stranách tesne priliehajú na skriňu čerpadla.

Výhody:

Jednoduchá a tým lacná a bezporuchová konštrukcia

Nevýhody:

Malý výkon (malý objem)
Nízka samonasávateľnosť bez kvapaliny
Nízky tlak

Použitie:

Na jednoduché, maloobjemové čerpanie (mazanie automobilu, pohon piestov štiepačiek dreva, ovládania okien a pod.

Piestová Pumpa

Axiálna

Piesty sú uložené axiálne s hriadeľom. Konštrukcia je takto robustnejšia a lacnejšia na údržbu. Prenos tlaku je plynulý. V súčasnosti je to najbežnejšia konštrukcia.

Radiálna

Základný rozdiel oproti axiálnej je, že piesty sú radiálne k hriadeľu.

Kvapalina je nasávaná a tlačená piestami (môžu byť veľmi tenké), poháňané vačkou. Každý piest potrebuje spätné klapky, na nasávacej a výtlačnej strane. Radiálne čerpadlá sú konštrukčne náročnejšie, drahšie a náročnejšie na údržbu.

Dimenzovanie výkonu

Výkon pumpy sa dimenzuje podľa:

Požadovanej výstupnej sily
Požadovanej rýchlosti
činnej plochy valcov, ich počtu plus straty v rozvodoch tlaku.

Uvažujú sa naraz všetky už uvedené parametre.

Ventily

Ventily poznáme:

škrtiace - riadia prietok buď proporciálne alebo 0/1
prepínacie (Y-ventil) - 1-2 - prepínajú prietok zo vstupu na výstup 1 alebo 2, len málokedy (skoro nikdy) majú viac ako dva výstupy
zberné - vytvárajú logickú or funkciu
bezpečnostné - napr. samouzatvorenie pri poklese tlaku
spätné - prepúšťajú len jedným smerom

Y-Ventil v prevádzke

Ako je na obrázku nakreslené, posúvaním rozdeľovača sa prepína medzi výstupom YA a YB. Y-ventil má v sebe aj rektifikátory RA a RB na odvod jalového oleja (modrá farba), t. j. oleja, ktorý z valca musí odtiecť (inak by nemohol pracovať). RA a RB bývajú obyčajne spojené dokopy a sú napojené na zbernú nádrž.

Rozdeľovač nemusí byť len posuvný, ale aj diskový rotačný.

Ak nemáme akumulátor tlaku, tak sa jalový olej musí odstrániť ešte pred činným olejom (červená farba). Vtedy sa rektifikátory musia zapnúť ešte predtým, ináč by sme preťažili hadice.

Akumulátor

Akumuluje prebytok tlaku, a keď je málo tlaku, dodáva tlak do hydrauliky. Je to veľmi užitočná vec, ktorá chráni hadice pred preťažením.

Princíp činnosti je taký, že keď prebytok tlaku v hadiciach nemá kam ísť, tak ide do akumulátora (na obrázku). Tam sa, keď stúpa tlak, lopta stláča. Lopta je z veľmi pevnej gumy, ktorá okrem tlaku musí vydržať aj veľké prehrievanie.

Väčšinou býva tlak vzduchu v lopte ešte regulovaný (dofukovaný/vyfukovaný) a vtedy je prevádzka veľmi hladká a vôbec netrhá.

Zberná nádrž

Tu je olej ktorý pumpa čerpá do valcov a sem sa vracia jalový olej.

Pojmy

Činný olej

Olej, ktorý koná prácu

Jalový olej

Olej ktorý už dopracoval a musí byť z valcov odčerpaný.

Rektifikátor

Zariadenie na odvod jalového oleja do zbernej nádrže. V súčasnosti býva zabudovaný priamo vo ventiloch.

Činná plocha valca

Plocha piestu kolmá na os pohybu na ktorú tlačí olej pri práci. Aj keby nebola plochá ale napr vypuklá, ráta sa len tá plocha ktorá robí posun.