Silnik hydrauliczny: urządzenie, cel, zasada działania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Mechanizmy hydrauliczne są używane przez ludzkość od czasów starożytnych w rozwiązywaniu różnych problemów ekonomicznych i inżynieryjnych. Wykorzystanie energii przepływów płynów i ciśnienia jest dziś istotne. Standardowe urządzenie silnika hydraulicznego jest obliczane na przekształcenie przetworzonej energii na siłę działającą na ogniwo robocze. Sam schemat organizacji tego procesu oraz niuanse techniczne i konstrukcyjne wykonania jednostki mają wiele różnic w stosunku do zwykłych silników elektrycznych, co znajduje odzwierciedlenie zarówno w zaletach, jak i wadach układów hydraulicznych.

Urządzenie mechanizmu

Konstrukcja silnika hydraulicznego opiera się na obudowie, jednostkach funkcjonalnych i kanałach do przemieszczania przepływów płynu. Obudowa jest zwykle montowana na nogach wsporczych lub mocowana za pomocą urządzeń blokujących z możliwością obrotu. Głównym elementem roboczym jest blok cylindrów, gdzieumieszczona jest grupa tłoków, wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne. Aby zapewnić stabilność tej jednostki, urządzenie z silnikiem hydraulicznym jest wyposażone w system stałego docisku do tarczy rozdzielczej. Funkcję tę spełnia sprężyna o skutecznym nacisku czynnika roboczego. Wał roboczy łączący silnik hydrauliczny ze sterowaniem wyjściowym realizowany jest w postaci zespołu wielowypustowego lub wpustowego. Jako akcesoria do wału można podłączyć zawory antykawitacyjne i bezpieczeństwa. Oddzielny kanał z zaworem zapewnia odpływ cieczy, a w układach zamkniętych przewidziane są specjalne obwody do płukania i wymiany mediów roboczych.

Zasada silnika hydraulicznego

Głównym zadaniem jednostki jest zapewnienie procesu przetwarzania energii krążącego płynu w energię mechaniczną, która z kolei jest przekazywana przez wał do organów wykonawczych. W pierwszym etapie pracy silnika hydraulicznego płyn wchodzi do rowka układu dystrybucyjnego, skąd przechodzi do komór bloku cylindrów. W miarę napełniania komór wzrasta nacisk na tłoki, co powoduje powstawanie momentu obrotowego. W zależności od konkretnego urządzenia silnika hydraulicznego zasada działania układu na etapie przetwarzania siły nacisku na energię mechaniczną może być różna. Na przykład moment obrotowy w mechanizmach osiowych generowany jest w wyniku oddziaływania kulistych głowic i łożysk hydrostatycznych na łożyska oporowe, przez które rozpoczyna się praca bloku cylindrów. Na ostatnim etapie się kończycykl wtrysku i wypierania ciekłego medium z grupy cylindrycznej, po którym tłoki zaczynają działać wstecznie.

Podłączanie orurowania do silnika hydraulicznego

Jako minimum, podstawowe urządzenie mechanizmu powinno zapewniać możliwość podłączenia do linii zasilającej i odpływowej. Różnice w sposobie realizacji tej infrastruktury w dużej mierze zależą od technik regulacji zaworów. Na przykład urządzenie silnika hydraulicznego koparki EO-3324 zapewnia możliwość podziału przepływów za pomocą zaworu bocznikowego. Do sterowania suwakami zaworów wykorzystywany jest układ sterowania z serwonapędem z zasilaniem z akumulatora pneumatycznego.

W konwencjonalnych obwodach stosuje się odpływowy przewód hydrauliczny, którego ciśnienie jest regulowane przez zawór przelewowy. W napędach hydraulicznych o przepływie zamkniętym do wymiany płynów roboczych w obwodzie stosowana jest szpula dystrybucyjna (zwana również myjąco-płuczącą) z zaworem przelewowym. Specjalny wymiennik ciepła i zbiornik chłodzący można zastosować jako dodatek do regulacji reżimu temperaturowego czynnika ciekłego podczas pracy silnika hydraulicznego. Urządzenie mechanizmu z naturalną regulacją skupia się na ciągłym wtrysku cieczy pod niskim ciśnieniem. Różnica ciśnień w przewodach roboczych układu hydraulicznego powoduje przesunięcie suwaka sterującego do położenia, w którym obwód niskiego ciśnienia komunikuje się ze zbiornikiem hydraulicznym poprzez zawór przelewowy.

Silniki hydrauliczne przekładni

TakSilniki mają wiele wspólnego z zespołami pomp zębatych, ale z różnicą polegającą na usuwaniu płynu z obszaru łożyska. Gdy czynnik roboczy dostanie się do silnika hydraulicznego, rozpoczyna się interakcja z przekładnią, która wytwarza moment obrotowy. Prosta konstrukcja i niski koszt wykonania technicznego sprawiły, że takie urządzenie z silnikiem hydraulicznym stało się popularne, chociaż niska wydajność (sprawność rzędu 0,9) nie pozwala na zastosowanie go w krytycznych zadaniach zasilania. Mechanizm ten jest często stosowany w obwodach sterowania osprzętem, w układach napędowych obrabiarek oraz do pełnienia funkcji korpusów pomocniczych różnych maszyn, gdzie znamionowa prędkość obrotowa roboczego zawiera się w granicach 10 000 obr/min.

Silniki hydrauliczne Gerotor

Zmodyfikowana wersja mechanizmów przekładniowych, której różnica polega na możliwości uzyskania wysokiego momentu obrotowego przy niewielkich gabarytach konstrukcji. Medium płynne obsługiwane jest przez specjalny rozdzielacz, w wyniku czego wirnik zębaty jest wprawiany w ruch. Ten ostatni pracuje na dotarciu wałka i zaczyna wykonywać ruch planetarny, który określa specyfikę silnika hydraulicznego gerotorowego, urządzenia, zasadę działania i przeznaczenie tego zespołu. Jej zakres określa wysokie zużycie energii w warunkach pracy przy ciśnieniu około 250 bar. Jest to optymalna konfiguracja dla wolnoobrotowych maszyn obciążonych, które również stawiają wymagania energetyce w zakresie kompaktowości i optymalizacji konstrukcji wogólnie.

Silniki tłokowe osiowe

Jeden z wariantów maszyny hydraulicznej z tłokiem obrotowym, który najczęściej zapewnia osiowe rozmieszczenie cylindrów. W zależności od konfiguracji mogą być rozmieszczone dookoła, równolegle lub z lekkim nachyleniem w stosunku do osi obrotu zespołu tłokowego. Urządzenie hydraulicznego silnika osiowo-tłokowego zakłada możliwość odwrotnego skoku, dlatego w układach z serwisowanymi jednostkami konieczne jest podłączenie oddzielnego przewodu spustowego. Do docelowego wyposażenia obsługującego takie silniki należą hydrauliczne napędy maszyn, prasy hydrauliczne, mobilne zespoły robocze oraz różne urządzenia pracujące z momentem obrotowym do 6000 Nm przy wysokim ciśnieniu 400-450 bar. Wielkość obsługiwanego środowiska w takich systemach może być zarówno stała, jak i regulowana.

Silniki tłokowe promieniowe

Najbardziej elastyczna i zrównoważona konstrukcja silnika hydraulicznego pod względem kontroli wysokiego momentu obrotowego. Promieniowe mechanizmy tłokowe są dostępne z pojedynczym i wielokrotnym działaniem. Te pierwsze znajdują zastosowanie w liniach ślimakowych do przemieszczania cieczy i zawiesin sypkich, a także w zespołach obrotowych przenośników produkcyjnych. Urządzenie tłoka promieniowego i zasada działania silnika hydraulicznego jednostronnego działania można odzwierciedlić w następującym cyklu funkcjonalnym: pod wysokim ciśnieniem komory robocze zaczynają działać na pięść napędową, rozpoczynając tym samym obrót wału,przekazywanie wysiłku do łącza wykonawczego. Obowiązkowym elementem konstrukcyjnym jest dystrybutor do odprowadzania i podawania cieczy sprzężony z komorami roboczymi. Systemy wielodziałania wyróżniają się właśnie bardziej złożoną i rozwiniętą mechaniką oddziaływania komór z wałem i kanałami do rozprowadzania cieczy. W tym przypadku mamy do czynienia z wyraźnym podziałem koordynacji w ramach funkcji systemu dystrybucji dla poszczególnych bloków cylindrów. Indywidualna regulacja na obwodach może być wyrażona zarówno w najprostszych poleceniach włączenia/wyłączenia zaworów, jak i w punktowej zmianie parametrów ciśnienia i objętości pompowanego medium.

Liniowy silnik hydrauliczny

Wariant wyporowego silnika hydraulicznego, który generuje tylko ruchy przychodzące. Takie mechanizmy są często stosowane w ruchomych maszynach samobieżnych – np. w kombajnie zbożowym silnik hydrauliczny wspomaga funkcję zespołów wykonawczych energią silnika spalinowego. Z głównego wału wyjściowego elektrowni energia kierowana jest na wał agregatu hydraulicznego, który z kolei dostarcza energię mechaniczną do organów zbierających ziarno. W szczególności liniowy silnik hydrauliczny może wytwarzać siły ciągnące i pchające w szerokim zakresie ciśnień i obszarów roboczych.

Wniosek

Maszyny hydrauliczne mają wiele pozytywnych punktów pracy, które przejawiają się na różne sposoby w zależności od konkretnej konstrukcji jednostki. Więc jeśliurządzenie gerotorowe silnika hydraulicznego jest proste i nie wymaga poważnych kosztów konserwacji, wówczas konstrukcje osiowe i promieniowe w nowych wersjach są bardziej zaprojektowane do osiągania wysokich momentów obrotowych i utrzymania odpowiednich wskaźników mocy, ale są droższe w utrzymaniu. W przypadku wielu uniwersalnych wskaźników istnieją generalne przewagi maszyn hydraulicznych nad urządzeniami akumulatorowymi, elektrycznymi i wysokoprężnymi, ale mają one również słabości, które wyrażają się w stosunkowo niskiej wydajności i zależności od pośrednich czynników procesu pracy. Dotyczy to wrażliwości hydrauliki na zmiany temperatury, lepkość czynnika roboczego, zanieczyszczenia itp.