INTERNACIONALNI UNIVERZITET U TRAVNIKU

MAINSKI FAKULTETSEMINARSKI RAD

Hidraulini pogon : Upravljane brzinom izvrnog motoraMENTOR: prof.dr. Zdravko BoikoviPREDMET: Pneumatika i HidraulikaSTUDENT:Amar Ibri Travnik , januar 2016SADRAJ

Stranica

1.Uvod...............................................................................................................3

2.Hidraulini pogon s otvorenim optokom..........................................................33.Hidraulini pogon s zatvorenim optokom.........................................................44.Paralelni spoj pumpi........................................................................................ 55.Upravljanje brzinom diferencijalnog cilindra.....................................................66.Upravljanje pomou prigunih ventila...............................................................77.Upravljanje pomou regulatora protoka............................................................88.Blokiranje cilindra.............................................................................................119.Sinkronizacija gibanja izvrnih elemenata..........................................................1310.Sklopovi s hidraulikim akumulatorom............................................................1411.Sklop za pokretanje diesel motora...................................................................1612.Hidraulika prea.............................................................................................1713. Zakljuak - Platforma za podizanje............ ......................................................1814. Literatura.........................................................................................................19UvodUpravljanje hidraulikom energijom moe biti priguno i volumensko. Upravljanje priguivanjem je jednostavno, ali skop ano sa znatnim energetskim gubicima. Pri volumenskom upravljanju protok pumpe se podeava (p romjenom radnog volumena ili broja okretaja) potrebama izvrnog hidrauli kog motora.

Hidrauliki pogon s otvorenim optokom (Sl. 1.1). Hidrauliki fluid protjee uvijek u istom smjeru, od spremnika preko pumpe i motora nazad u spremnik. Ventil za ogranienje tlaka titi instalaciju od prekomjernog tlaka i ujedno odvodi prekomjerni fluid u spremnik uz priguivanje (gubitak energije) . Ugradnjom hidraulikog akumulatora gubici se donekle smanjuju, jer se prekomjerni fluid i energija pumpe prikupljaju u akumulatoru u vrijeme dok je razvodnik u zatvorenom (srednjem) poloaju. Ako se ti gubici ele izbje i, koristi se pumpa promjenljivog kapaciteta (volumensko upravljanje). Akumulator titi sustav o d tlanih udara i pokriva vrna optereenja. Unutar hidraulikog kruga potrebno je ugraditi i filtar za ulje.

Sl. 14.1 Hidrauliki pogon s otvorenim optokom Sl. 14.2 Hidrauliki pogon sa zatvorenim optokom

Hidrauliki pogon sa zatvorenim optokom (Sl. 14.2). Hidrauliki fluid optjee kroz zatvoreni krug od pumpe do hidraulikog motora i natrag. Fluid za rad hidraulikog motora dobavlja pumpa promjenljivog kapaciteta, a njen protok se prilagoava potrebama tog motora. Potreban je i pomoni hidrauliki sustav za nadopunjavanje volumenskih gubitaka. Nadopunjavanje se uvijek vri u povratni vod (nii tlak). Pomoni sustav se sastoji od pumpe za nadopunjavanje (mali kapacitet), ventila za ogranienje tlaka, dva nepovratna ventila i filtra (nije prikazan na slici). U zatvorenom sustavu motor mora imati jednaku potronju ulja pri radu u oba smjera (npr. cilindar s prolaznom klipnjaom). Oba voda tite se od prekomjernog tlaka pomo u ventila za ogranienje tlaka s izlazom spojenim na povratni vod. Ako se na mjestu pumpe i potroa a koriste reverzibilni (pumpa-motor) strojevi, mogua je zamjena funkcije hidraulikog motora i pumpe. To omoguuje ostvarivanje funkcije koenja. Budui da je u zatvorenom optoku motor uvijek hidrauliki 'upet', mogu je pogon i koenje u oba smjera (etverokvadrantni pogon).

Ako se kao hidrauliki motor koristi diferencijalni cilindar koji nema jednaki protok u tlanom i povratnom vodu, umjesto zatvorenog koristi se hidrauliki pogon s poluotvorenim (tj. poluzatvorenim) optokom (Sl. 14.3). Pri izvlaenju klipnjae (ulijevo), zbog nedovoljnog protoka opada tlak u povratnom vodu (opasnost od kavitacije u pumpi). Manjak fluida nadoknauje se tada kroz nepovratni ventil. Pri uvlaenju klipnjae (udesno) otvara se pod utjecajem tlaka nepovratni ventil s hidraulikim deblokiranjem, pa se njime viak fluida odvodi u spremnik.

Sl. 14.3 Hidrauliki pogon s poluotvorenim optokom

Upravljanje brzine izvrnog motora

Paralelni spoj pumpi

Pogonska jedinica koja se sastoji od vie pumpi raz liitog kapaciteta u paralelnom spoju omoguava variranje brzine izvrnog motora, tako da se po jedine pumpe iskljuuju odn. ukljuuju (varira se ukupni protok). Pumpe mogu biti gonjene istim elektromotorom, pri emu se sukladno potrebnom protoku neke od njih razvodnim prekidaima spajaju na ulaze izvrnih hidromotora (optere uju se), a neke su rastereene spajanjem na spremnik (prazni hod pumpe). Npr. kombinacijama 2 razliite pumpe mogue je ostvariti 3 razliita ukupna protoka, pomou 3 pumpe 7 protoka itd.

Daljnju mogunost predstavlja koritenje visokotla ne i niskotlane pumpe u paralelnom spoju (Sl. 14.4). Dok je izvrni hidromotor optere en manjim silama, opskrbljuju ga obje pumpe (poveani protok i brzina hidromotora). Za svladavanje poveanog optereenja hidromotora potreban je i poveani tlak. Niskotlanu pumpu tada se moe automatski rasteretiti i spojiti sa sp remnikom pomou ventila za ogranienje tlaka, tako da samo visokotlana pumpa opskrbljuje hidromotor, to uz smanjeni ukupni protok daje i manju brzinu izvrnog motora pri poveanom optereenju. Takoer vrijedi uoiti da su u neutralnom poloaju razvodnika pumpe rastereene (tlani vod je kratko spojen na spremnik).

Sl. 14.4 Spoj za ubrzanje kretanja s pumpom niskog tlaka

Upravljanje brzinom diferencijalnog cilindra

Spoj cilindra prikazan Sl. 14.5 na osigurava jednaku brzinu kretanja klipa diferencijalnog cilindra u oba smjera pod uvjetom da odnos korisnih povrina klipa iznosi S1:S2 = 2:1. Povrina S2 neprestano je pod tlakom napajanja. Za vrijeme kretanja unazad (ulijevo) brzina klipnjae iznosi

v = Q/S2.(14.1)

Za vrijeme kretanja unaprijed (udesno) protok iznosi

Q1 = vS1 = Q + Q2 = Q + vS2,

pa slijedi

v = Q/(S1-S2) = Q/S2.(14.2)

Spoj prikazan na Sl. 14.6 naziva se spoj s ubrzanim kretanjem diferencijalnog cilindra. Kretanje prema nazad i brzo kretanje prema naprijed imaju jednake brzine (kao u prethodnom sluaju). Normalno kretanje prema naprijed (razvodni poloaji V1:0 i V2:1) je dvostruko sporije

v = Q/S1 = 0,5Q/S2.

Sl. 14.5 Diferencijalni cilindar s jednakom brzinom kretanja

Sl. 14.6 Diferencijalni cilindar s ubrzanim kretanjem

Upravljanje pomou prigunih ventila

Sl. 14.7 a) prikazuje usporavanje gibanja klipnjae hidraulikog cilindra pomou prigunih ventila spojenih u seriju s cilindrom.

Potpunim otvaranjem prigunog ventila dobiva se najvea brzina klipnjae, a pritvaranjem se ta brzina smanjuje. Priguno-n epovratni (jednosmjerni) ventili priguuju fluid na izlasku iz cilindra (u p ovratnom vodu), pa sustav radi s protutlakom, to je naj e e povoljnije, npr. kod rada s dranjem tereta. Razl ika tlaka (priguivanje) na prigunom ventilu pove ava se otprilike proporcionalno kvadratu protoka odn. brzine klipnjae. Smanjenjem optereenja smanjuje se razlika tlaka u cilindru i poveava protok kroz cilindar, a time se poveava i pad tlaka na prigunici. Neutralizirajui na taj nain dio smanjenog pada tlaka na cilindru, prigunica u izvjesnoj mjeri smanjuje protok (i brzinu cilindra).

Sl. 14.7 b) prikazuje usporavanje gibanja klipnjae hidraulikog cilindra pomou prigunog ventila spojenog paralelno s cilindrom. Uz potpuno otvoreni priguni ventil klipnjaa ima najmanju brzinu, a maksimalna brzina dobiva se potpunim zatvaranjem ventila.

Sl. 14.7 Usporavanje klipnjae pomou prigunih ventila a) u serijskom spoju b) u paral elnom spoju

Na prigunim ventilima pretvara se energija pumpe u toplinu. Dakle, gubi se energija uz istovremeno tetno zagrijavanje radnog fluida. N amjetena povrina prigunog otvora je konstantna, pa se promjenom tlaka u sustavu mijenja brzina klipnjae, to ograniava primjenu upravljanja pomou prigunih ventila. Kontinuirano upravljanje priguenjem i/ili regulacija brzine kretanja klipa moe se ostvariti proporcionalnim ili servo-ventilima.

Upravljanje pomou regulatora protoka

Nuan uvjet za konstantnu brzinu kretanja klipa je konstantan protok. On se moe osigurati ugradnjom regulatora protoka. U principu time se ponitava djelovanje promjene optereenja na brzinu klipnjae. Regulator protoka moe se priklju iti u seriju ili paralelno (u obilazni vod 'bypass') s cilindrom. Regulator protoka moe u oba sluaja biti dvograni ili trograni. Da se smanji regulacijsko odstupanje, sustav regulator cilindar treba imati to ve u mehaniku krutost (krute cijevi, to manji volumen radnog fluida odn. regulator postavljen u blizini cilindra). Prilikom pokretanja (ukljuivanja) regulator je u principu otvoren (nema razlike tlaka na tlanoj vagi), to dovodi do skokovitog pokretanja.

Sl. 14.8 a) prikazuje regulator protoka serijski ugraen u tlani vod. Klip nije hidrauliki uklijeten, to dovodi do skokovitog kretanja u sluaju bez optereenja. Ovaj spoj se primjenjuje kad optereenje djeluje samo u jednom smjeru. Ugradnjom regulatora u povratni vod postie se hidrauli ko uklijetenje, pa tada gotovo izostaju promjene brzine zbog promjene optereenja. Graetzov spoj regulatora (Sl. 14.9) osigurava djelovanje regulatora u oba smjera kretanja. U sluaju motora koji ima isti radni volumen u oba smjera (npr. cilindar s prolaznom klipnjaom) ovaj spoj osigurava istu brzinu kretanja u oba smjera.

Sl. 14.8 b) prikazuje paralelni spoj regulatora i cilindra. Takva regulacija protoka nije pretjerano tona, ali djeluje jednako pri kretanju klipnjae u oba smjera.

Sl. 14.8 Regulator protoka u a) serijskom b) paralelnom spoju s cilindrom

Zadaci upravljanja tlaka mogu biti:

zatita hidraulikog sustava od preoptereenja (sigurnosni ventil)

ogranienje tlaka na vie razina

sniavanje tlaka

hidrauliko protu-dranje.

Za zatitu od preoptereenja ventil za ogranienje tlaka (sigurnosni) ugrauje se paralelno tla ni prikljuak ventila spaja se na tlani vod a izlazni se kratko spaja na spremnik. Za zatitu pumpe (obavezno) ugra uje se neposredno iza pumpe, a za zatitu nekog (izvrnog) elementa, spaja se neposre dno ispred tog elementa (takvim spojem moe se rjeavati i slu aj kada je potrebno smanjenje tlaka za izvrni elem ent

npr. spoj na jedan od vodova cilindra u cilju sma njenja tlaka pri hodu u jednom smjeru). Za zatitu izvrnih elemenata od udara tla ka koristi se hidrauliki akumulator.koji se spaja paralelno s elementom. Pumpa se od povratnog udara tlaka redovito titi nepovratnim ventilom koji se ugrauje serijski iza pumpe.

Za ogranienje tlaka na vie razina mogue je na tlani vod paralelno spojiti vie razliitih ventila za ogranienje tlaka (Sl. 14.10).Tada se ispred ventila (serijski) postavlja razvodni prekida kojim se dati ventil daljinski ukljuuje ili iskljuuje. Tlak se odrava na razini koju doputa najslabiji od ukl juenih ventila za ogranienje tlaka.

Sl. 14.10 Ogranienje tlaka na vie razina

Sl. 14.11 a) prikazuje cilindar upravljan dvostupanjskim 4/2 razvodnikom. Pomou ventila za snienje tlaka reducira se tlak fluida kojim se aktivira glavni razvodnik, tj. upravljaki (pilot) razvodnik razvodi fluid nieg tlaka. Sl. 14.11 b) pokazuje kako se moe smanjiti tlak pri kretanju klipnja e (gornji cilindar) samo u jednom smjeru (prema naprijed odn. udesno). Pri kretanju unazad oba cilindra napajaju se pod punim tlakom. Naravno, ako se eli reducirati tlak napaja nja jednog cilindra (u oba smjera), treba svaki cilindar upravljati putem zasebnog razvodnika.

Sl. 14.11 Sniavanje tlaka a) predupravljanog razvo dnika b) cilindra

Blokiranje cilindra

Blokiranje klipnjae u eljenom poloaju ostvaruje se tako da se onemo gui istjecanje hidraulikog fluida. Moe se ostvariti razvodnikom sa sjedi tima i zatvorenim prikljucima cilindra u neutralnom poloaju (npr. Sl. 1.1).

Sl. 14.12 a) prikazuje dranje u zadanom poloaju tereta koj i djeluje silom uvijek u istom smjeru i svojim pritiskom uzrokuje poveanje tlaka zarobljenog fluida. Istjecanje fluida pod tlakom tu se onemoguava ugradnjom 'blokirajueg' nepovratnog ventila s tlanim deblokiranjem (C) u povratni vod.

Sl. 14.12 Blokiranje cilindra a) u jednom smjeru b) u oba smjera

U seriju s tim ventilom potrebno je ukljuiti i 'potporni' tlani ukljuni ventil (B) koji se otvara pri tlaku koji je bar 10% vei nego to je potrebno za dranje tereta. To se naziva hidrauliko podupiranje ili protu-dranje. Tek kad na suprot nu stranu klipa djeluje radni tlak, svladava se ovo 'pred-naprezanje' i omoguava uvlaenje klipnjae. U seriju se moe ugraditi jo i priguni ventil (A) kojim se usporava kretanje (esto sputanje) tereta. U neutralnom poloaju razvodnik mora imati kratko spojene izlazne kanale, kako bi se u tom poloaju onemogu ila deblokada 'blokirajueg' ventila.Sl. 14.12 b) prikazuje izvedbu blokade kretanja klipnjae u oba smjera ugradnjom blokirajueg ventila u oba voda. Time hidrauliki sustav postaje krut i osjetljiv na vanjsko optereenje.

Sinkronizacija gibanja izvrnih elemenata

Sinkronizacija gibanja izvrnih elemenata predstavl ja relativno sloen problem. Najvea tonost postie se koritenjem proporcionalnih ventila i elektro-hidraulikih sustava. Sinkronizacija se moe izvesti mehaniki i hidrauliki. Najjednostavniji nain mehanike sinkronizacije (Sl. 14.13) ostvaruje se mehanikim krutim povezivanjem vie klipnja a hidraulikih cilindara. Time se osigurava tona sinkronizacija, ali nesimetrino optereenje moe izazvati probleme.

Sl. 14.13 Mehanika sinkronizacija

Hidraulika sinkronizacija moe se izvesti na vie na ina. Najjednostavniji nain je serijsko povezivanje vie cilindara ( Sl. 14.14 a). Protok u svim vodovima mora biti meusobno jednak. Zato se serijsko povezivanja primjenjuje iskljuivo za simetrine motore (koji u oba smjera imaju isti radni volumen, npr. cilindri s prolaznom klipnjaom). Gubici istjecanja i promjena stlaivosti fluida dovode do gubitka sinkronizacije, zato je potrebno ugraditi sklop kojim se nadzire i automatski korigira kretanje cilindara, tako da se prema potrebi fluid dodaje u spojnu cijev (izmeu cilindara) ili oduzima iz nje.Paralelno povezivanje cilindara moe se izvesti kor itenjem regulatora protoka. Ispred svakog prikljuka svakog cilindra potrebno je ugraditi regulator protoka pranjenja cilindra i paralelno s njime nepovratni ventil koji dozvoljava strujanje u suprotnom smjeru (za punjenje cilindra). Jednostavnije se isti rezultat postie ugradnjom ventila za raspodjelu protoka (Sl. 14.14 b). Zbog gubitaka istjecanja i promjenljive stlaivosti fluida i u paralelnom spoju dolazi do pogreke sink ronizacije koja se s vremenom poveava. Zato je i ovdje potrebna regulacija sinkroniziranog hoda. Mjere se meusobna odstupanja hoda sinkroniziranih motora, pa se ta odstupanja ponitavaju pomou odgovarajuih ventila i/ili pumpi.

Sl. 14.14 Hidraulika sinkronizacija a) serijski spoj b) paralelni spoj cilindara

Sklopovi s hidraulikim akumulatorom

Karakteristina je ugradnja hidraulikog akumulatora paralelno s pumpom (Sl. 1.1). Takav sklop pumpa-akumulator esto se koristi za pogon veeg broja hidraulikih motora. U trenucima maksimalne potronje, u takvom spoju akumulator moe pokriti razliku potrebnog protoka i kapaciteta pumpe (vrna optereenja). Time se dobiva mogunost ugradnje slabije pumpe (kapaciteta manjeg od maksimalne mogue potronje).Sl. 14.15 prikazuje sklop za punjenje hidraulikog akumulatora [16] koji se sastoji od pumpe konstantnog protoka, akumulatora i ventila za punjenje akumulatora (prikazan pravokutnikom crta-toka). Sklop se primjenjuje u situacijama u kojima je potreban priblino konstantan tlak napajanja, a prisutne su relativno velike oscilacije potrebnog protoka hidraulikog fluida. Ventil za punjenje zapravo je dvopoloa jni (on/off) regulator, tako da tlak neprekidno oscilira izmeu minimalne p1 i maksimalne namjetene vrijednosti p2.Kad tlak sustava padne ispod minimalne namjetene v rijednosti (p