Hidraulika lexikon

Hidraulika

Mondhatnánk fennkölten  a hidraulika a gazdasági élet mozgatórugója, ami kis túlzással igaz is. Nehéz lenne bármilyen ipari, mezőgazdasági, hadászati, vegyipari, stb. területet mondani, ahol az emberi munkát ne segítenék, ill. helyetesítenék hidraulikus berendezések.

A hidraulikus körfolyamatok szabványát a DIN ISO 1219 előírás tartalmazza. Ez a DIN szabványnak a szimbólumokat, jelöléseket egyértelműen meghatározza, s a gépgyártok, tervezők számára kötelezővé teszi.

Mire is használható egy hidraulika rendszer – nevezhetjük hidraulikus körfolyamatnak – egyik részén közölt mechanikai energiát az áramló közeg egy másik részébe elviszi, kis energia veszteség árán. Ideális esetben a mechanikus (Pm) és a hidraulikus (Ph) teljesítmény összetevői között egyenlőség van.

Ph=Pm  (mechanikai energia = hidraulikus energia)

Boncolgassuk az egyenletet egy egyszerű körfolyamat esetében, mely egy tartályból, szivattyúból, irányító elemekből, munkahengerből, csővezetékekből áll. Az energia bevitel a szivattyú tengelyén, a munkavégzés a munkahenger dugattyúján történik.

 

Hidromotorok

A hidromotorok munkavégző elemek, melyek a hidraulikus energiát mechanikai energiává alakítják át és forgómozgást hoznak létre. A hidromotorok alkalmazása lehetővé teszi hajtás átvitelét mechanikai kapcsolat nélkül.

Feladatuk:

Energiatárolás (nyomáshullámokból elnyelt energia)

Nyomáscsúcsok mérséklése (tompítja a nyomáshullám hatását)

Mechanikus ütések csökkentése (hidraulikus ütések)

Résveszteség pótlása (nyomáscsökkenéskor kinyit a hidroakkumulátor, plusz folyadék – nyomás kerül a rendszerbe)

Térfogatváltozás kompenzálása (csúcsfelhasználás)

Lüktetés csökkentése (hidraulikus rezgés)

Vezérlőfolyadék biztosítása

 

Szerkezeti kialakítás:

Súlyterhelésű

Rugóterhelésű

Gázterhelésű / hidropneumatikus

Gáz és folyadék közti elválasztóelemmel:

-dugattyús

-tömlős

-membrános

 

Beépítési előírások:

-Szivattyú és akkumulátor közé visszacsapó szelepet kell építeni

-Manométerrel kell ellátni

-nyomáshatárolót kell alkalmazni

-elzáró szelvényt kell beépíteni, de nem a nyomáshatároló és az akkumulátor közt

 

Hidraulika szivattyúk

A hidraulikus berendezés szivattyúja a hajtómotor mechanikus energiáját hidraulikus energiává alakítja át. A szivattyú az általa beszívott olajat a vezetékrendszerbe továbbítja.

Hidraulika szivattyúk feladata a mechanikai energiát hidraulikussá, a forgatónyomatékot nyomássá, a fordulatszámot pedig térfogatárammá alakítsák. Sokféleképpen lehet őket osztályozni. A kiszorításos elven működőek a fogaskerekes, szárnylapátos, dugattyús. Nézzünk egy elméleti működést sémát; a szivattyú tengely forgatására a szivattyúházában lévő, tengelyre erősített fogaskerék elfordul, ehhez a fogaskerékhez a fogazatával megegyezően kapcsolódik egy másik fogaskerék, melyet elfordít. A házban kialakított szívócsatornán keresztül a ház oldalához simulva elfordul, s a fogágyában, – mintegy beszívva – szállítja az olajat. Amikor a szállított olajjal telített fogárokba a másik fogaskerék fogazata belemegy, akkor kipréseli a fogágyból az olajat (hiszen az olaj összenyomhatatlan, és kell neki a hely:) a nyomócsatornába. Az alumíniumházas fogaskerekes szivattyúk elterjedését egyszerű szerkezete, alacsony ára tette lehetővé. Itt érdemes megemlíteni, általában a fogaskerekes szivattyúk elromlása a ház elkopásából ered, amit igen költséges javítani, ezért ha valaki fogaskerekes szivattyúnk felújítására vállalkozik, mindig fogadjuk fenntartással, annál is inkább hiszen alacsony új ára nem is indokolja a javítgatását.

A hidraulikus rendszerekben az alapvető irányítástechnikai feladatokat a működtetett rendszer igényei határozzák meg. Mozgás irányítására az útváltók, erő, ill. nyomaték változtatására a nyomásirányítók, zárószelepek, a mozgásjellemzők beállítására pedig az áramirányítók.

 

Útváltók

Az útváltók a konstrukciós kialakításuktól függetlenül az áramlási utak (csatorna, csatlakozó nyílás) és a működési helyzetek számával jelölik. Ennek megfelelően egy négycsatornás, kétállású útváltó szelep 4/2, „D” tolattyú. Csatornaszámok: 2,3,4,6 ; kapcsolási pozíciók száma: 2, 3, (4 – a negyedik helyzet általában az úszó helyzet). Az útváltó szelepekben a mozgó elem szerint lehetnek tolattyúsak, ülékesek (golyós). Legelterjedtebb a tolattyús, melyek lehetnek arányos és diszkrét működésűek. A diszkrét működésnél a különböző kapcsolási helyzetek között, nincs szabályzásra lehetőség. Az arányos szelepeknél az átváltást szinte fokozatmentessé tudjuk tenni. Gyakorlatban ez azt jelenti, hogy egy útváltószelep tolattyúja arányosan mozgatható egy irányító karral. Azaz ha az irányítókart csak félig nyomom meg, akkor a tolattyú is csak a fele útját teszi meg, ha csak az egyharmadáig, akkor a tolattyú is csak az egyharmadát teszi meg. Elméleti működési példája rendkívül egyszerű, de gyakorlati megvalósítása korántsem: az irányítókar elmozdulását egy pótméterrel elektromos jellé alakítják, a jel a tolattyú végén lévő mozgatótekercsben mágneses erőteret hoz létre, mely kényszerkapcsolaton keresztül magával viszi a tolattyút. Az útváltók működtetése lehet közvetlen (pl. kézikar) vagy elővezérelt (pl. hidraulikus).

Működtetés:

-közvetett

-közvetlen

-áramló folyadék által

 

Szabályozás hatása:

-egyirányú – visszacsapó szelepek

-többirányú – útváltók

 

Működtetési módok:

-manuális

-elektromágneses

-hidraulikus rásegítés

-pneumatikus

 

Kialakítások:

 

Ülékes

-szivárgásmentes zárás

-max nyomás 630 bar

-kapcsoláskor negatív átfedés

-záróelem:

- golyó

-kúpos kialakítású alkatrész / csap

kör keresztmetszeten fekszik fel

 

Tolattyús

-Egyszerű szerkezeti kialakítás – hengeres tolattyú, ház, egyszerű gyártás

-Nagy kapcsolási teljesítmény (kapcsolás / min)

-Jó nyomáskiegyenlítési képesség

-Csekély veszteségek (henger – hengerpersely közt rés, tolattyún belül az olaj a tömítőanyag, Δp – részveszteség, - minimalizált rések - csekély)

-Kapcsolási képek széles választéka – váll, ház kialakítások, csatornák száma

 

Nyomásirányítók

A nyomásirányítók a hidraulikus rendszerekben a nyomás értékét egy előre meghatározott módon befolyásolják. Működtetésüket tekintve arányos, értéktartó szabályozók, alapjelük a rugóerő, szabályozott jelük a nyomásviszony, melyet a fojtási keresztmetszet változtatásával módosíthatunk. Hasonlóan az útváltókhoz lehetnek tolattyúsak és ülékesek. Funkcionálisan lehetnek nyomáshatárolók, nyomáskapcsolók, nyomáscsökkentők, nyomásviszony-állandósító.

 

Áramirányítók

Az áramirányítók feladata a térfogatáram irányítása. Fő szerkezeti elemük az állandó vagy változtatható áramlási keresztmetszet. Rendeltetésük szerint fojtók, fékezőszelepek, áram állandósítók lehetnek.

 

Zárószelepek

A zárószelepekre jellemző, hogy egy szelepülékre való teljes felfekvéssel zárják el az áramlási csatornát. Funkciójukat tekintve visszacsapószelep, zuhanásgátló, vezérelt visszacsapó lehetnek.

A hidraulikus körfolyamatok lehetnek nyitottak, zártak, ill. félig zártak.

Nyitott körfolyamatról akkor beszélhetünk, ha a tartályban lévő folyadék felszíne a légköri levegőnyomással érintkezik. Vagyis a tartályban lévő levegő és a környezeti levegő között nyomáskülönbség nincs, ez biztosítja a szivattyú zavartalan működését.

Nyitott körfolyamat pl. a tápegységek, szerszámgépek, mobil gépek, különböző erőgépek kialakítása.

 

Hidraulikus körfolyam:

Olyan körfolyam, amelynek segítségével hidraulikus munkavégzők által hidraulikai munkát mechanikai munkává alakítunk át.

Hidraulikus energia átalakítása mechanikai energiává:
Szivattyú szállítja a fluidumot, előállítja a hidraulikus energiát, amit a körfolyamban elhelyezett munkavégzők mechanikai energiává, mozgássá alakítanak. Ez lehet egyenes vonalú (munkahengerek) mozgás vagy forgó mozgás (hidromotor).

Hidraulikus körfolyam részei:

Energia átalakítók
Irányítókészülékek
Kiegészítő berendezések
Munkafolyadékok

 

Főköri (soros) szabályozás:

A főköri szabályozásnál a hidromotorhoz jutó térfogatáramot csökkentjük, amit egy változtatható keresztmetszetű fojtóval valósítunk meg. Ez esetben maximális fordulatszámnál a fojtószelep teljesen nyitva van, ahogy zárjuk el a fojtási keresztmetszetet, csökken a térfogatáram, ezáltal a hidromotor fordulatszáma is. Mivel a szivattyú állandó mennyiséget szállít, a rendszernyomásnak el kell érnie azt az értéket, amikor kinyit a nyomáshatároló és a fordulatszám-szabályozás a szabályozási tartományban történik. Ezzel a megoldással nagy lesz a rendszernyomás, a rendszerterhelés, több energia befektetése szükséges, rossz a hatásfok és a nyomáshatárolót is terheli, mivel az túlfolyóként működik.

 

Mellékköri (párhuzamos) szabályozás:

A mellékköri sebességvezérlés kedvezőbb. Ebben az esetben is a hidromotorba jutó fluidum mennyiségét, a térfogatáramot csökkentjük, csak itt a fojtószele párhuzamosan van kötve a hidromotorral. Maximális fordulatszámnál a fojtószelep teljesen zárva van, így az egész térfogatáram a hidromotoron halad keresztül. Ha nyitjuk a fojtószelepet, a térfogatáram megoszlik, egy része a fojtón át távozik és a hidromotorba belépő térfogatáram csökken, emiatt a fordulatszám is. A hidromotor és a fojtószelep ellenállása azonos, a két ágban a nyomás azonos. Ez mindenképp szükséges, ugyanis a folyadék mindig a kisebb ellenállás (nyomás) irányába halad. Ha az egyik ágban kisebb lenne a nyomás, az összes folyadék arra haladna. Ez esetben nem szükséges, hogy kinyisson a nyomáshatároló, kisebb a rendszernyomás, kevesebb energia befektetése szükséges, jobb a hatásfok.

 

Szűrők feladata

Szűrési eljárások

Engedélyezett szemcsemérettől függ

3-1000 μm – legdurvább, ipari szint (jelölés: FF-GF)

0-0,001 μm – ozmózis ( sejt ) szűrés

Szerves / szervetlen: textil / papír

Centrifugálszűrő: traktorokban: szennyeződés kifele – iszap formájában lefolyik

 

Szennyeződések a rendszerbe juthatnak:

- munkahenger rúdja

- légzőnyíláson át

- olajcserénél

 

Külső - kezdeti szennyeződések: Vágásnál bent marad a fémforgács

Belső szennyeződések:

-belső kopó elemek miatt

-belső szűrők

-javításból, szerelésből

-tömítések levált darabjai

-korrózió

 

Szűrési eljárások:

-Gravitációs (leülepszik)

-Nyomószűrők (nyomás, szitán át)

-Centrifugálszűrő (traktorokban: szennyeződés kifele – iszap formájában lefolyik)

-Szűrőprések (mechanikusan összenyomják, szilárd anyagból kipréselik a folyadékot)

-Felületi szűrők (felületen a nagy részecske fent marad, többször használható)

-Mélységi szűrők (szűrő belsejében is marad szennyeződés, eldobható)

 

Szűrési finomság megválasztása:

Fogaskerékszivattyú: ISO 19/16 (20 μm-ig) (ISO: részecskék száma, mérete / 100 ml)

Szervoszelep: ISO 16/13 (5 μm-ig)

 

Főáramköri szűrés:

- Visszafolyó ági szűrő

- Betöltő – és szellőzőszűrő

- Szívószűrő

- Magasnyomású szűrő

 

Mellékáramköri szűrő

 

Kavitációs kopás:  Csővezeték belsejében a csatlakozási pontoknál belső keresztmetszet-változás van. Itt a sebesség nő, a nyomás változik. Amikor a munkafolyadék túllép a keresztmetszeten, kitágul, gázbuborékok képződnek, a következő keresztmetszetcsökkenésnél a gázbuborékok összeroppannak – ütések a felszínre.

 

Munkahengerek:

Dugattyús energiaátalakítók, hidraulikus energiát alakítanak mechanikai energiává, egyenes vonalú elmozdulássá.

Munkahenger részei:
- henger
- dugattyú
- dugattyúrúd
- tömítések

Munkahengerek rendszerezése:

 

Munkahengerek:
- Dugattyús: - Egyszeres működésű: - búvár dugattyús
                                                                - tárcsás
                       - Kettős működésű: - egyoldali rúdkivezetésű
                                                           - kétoldali rúdkivezetésű
- Teleszkópos: - Egyszeres működésű
                          - Kettős működésű

 

Teleszkópos munkahenger

Jellemzői: - kis méretek
                   - nagy lökethossz
                   - a löket mentén változó ( csökkenő ) erőkifejtés

 

Hidraulika olaj

Feladatai:
Erő-és nyomásátvitel (fő feladat)
Kenés (súrlódás, kopás csökkentése)
Temperálás (helyileg fellépő hőhatások csökkentése)
Szerkezeti elemek tisztítása

Jellemzők:

Sűrűség:

850 – 910 kg/m3 (15oC, 1 bar)

 

Viszkozitás

Egymás melletti folyadék-rétegek kölcsönös lamináris elmozdulása során fellépő belső ellenállás, súrlódás. Eltérő hőmérsékleten a folyadék viselkedését mutatja meg.

Hőmérséklet csökken: -viszkozitás nő

                                    -áramlási ellenállás nő

Hőmérséklet nő: -viszkozitás csökken

                            -felülethez való tapadás – kenőképesség csökken

                            -résveszteség nő

Optimális üzemelési tartomány: ν = 16-68 mm2/s

 

Nyíróstabilitás

mennyire nehéz 2 mozgó elemet / lemezt elmozdítani a folyadékban

 

Kenési- és kopásgátló tulajdonságok

kopás nő:

-magas p – réteg nem alakul ki: EP adalék

- nem megfelelő olajellátás

- nem megfelelő mozgási sebességek (lassú – berágódik, gyors – réteg nem alakul ki, maródásos kopás)

- súrlódásos kopás – részecskék a folyadékban

- kavitációs – légbuborékok – ütés

- korróziós kopás – munkahenger rúdján korrózió, beviszi a rendszerbe

 

Hővel szembeni ellenállóság

Az olaj öregedése intenzívebb sűrű hőmérséklet-változásnál. 80 oC felett nem szabad tartósan üzemeltetni. Hűtők alkalmazása.

 

Oxidációstabilitás (öregedésállóság)

Magától tönkremegy, gyantaréteg képződik – nyílásokat tömíti, akadályozza szelepműködést.

Lassítható: - ne kapjon sok oxigént

                     -fénytől védik

                     -adalékok

                     -korróziómentes anyagok

 

Összenyomhatóság

200 bar felett, ν változik

β – összenyomhatósági tényező: nyomásváltozás hatására mekkora térfogatváltozás jön létre. Irányértékei 100 bar-onként:

-ásványi olajok: 0,7-0,8 %

-víz: 0,45 %

Befolyásolja:

-fajta

-hőmérséklet

-nyomásnövekedés

 

Elektromos szervószivattyú

Az elektrohidraulikus szervokormány, mint rendszer angol rövidítése EHPS (Electro-Hydraulic Power Steering),
német megnevezése die Elektro-Hydraulische Servolenkung. Miért született meg ez a megoldás? Ha egy új vagy módosított rendszer azzal a reménnyel kecsegtet, hogy vele csökkenteni lehet a tüzelõanyag fogyasztást, növeli a biztonságot, és elektronikus felügyelet alá vonható, valamint gazdaságosan elõállítható, akkor azt alkalmazni kell. Az elektrohidraulikus szervokormány megfelel a fenti követelményeknek, így nem csoda, hogy alkalmazása rohamosan terjed. Nézzük tételesen is a vele elérhetõ elõnyöket.

Az EHPS elõnyei

A gépkocsi vezetõjének komfortjavulást kell éreznie, mivel városi manõverezésnél, tolatásnál fokozottan könnyû járású a kormány. Ez nem jelenti egyben azt, hogy nagy gépjármûsebességnél ne lenne biztonságos, mert ekkor erõteljesen lecsökken a rásegítés (nem lehet könnyen félrerántani a kormányt). A nyomásfokozó szervoszivattyú
gyújtásráadás után alapjáraton állandóan forog, de csak akkor pörög fel, ha arra szükség van. A hagyományos, ékszíjhajtású szivattyú ezzel szemben, ha nincs is rá szükség, a fordulatszámmal arányos teljesítményt vesz le a motorról, pl. nagy sebességû autópálya üzemben (nagy nyomást természetesen neki sem kell ilyenkor létrehoznia, de
nagy a fordulatszáma). Így könnyen belátható, hogy az EHPS a motor tüzelõanyag-fogyasztására is jótékony hatású.
Átlagosan, autópálya, város, elõvárosi forgalmi feltételek mellett 0,2 liter/100 km tüzelõanyag-fogyasztás megtaka-
rítást mondanak. A szivattyú teljesítményfelvétele – ugyanezen menetállapot-sorozatban a motor által állandóan hajtott szivattyúnál átlagban 450 watt, az EHPS-nél 100 watt alatt marad.

Új rendszerelemek

Ami új ebben a rendszerben, az a kormánytengely-elfordulás jeladó. Ennek jelsorozatából számítható ki a kormánytengely-elfordítás (szög) sebessége. Szükség van még a motorfordulatszám és a gépjármûsebesség jelére is, melyet egy meglévõ, más rendszerhez tartozó jeladó szolgáltat. Ezen információk CAN-buszon jutnak el a szervokormány ECU-ba. Az elektromos szervoszivattyú egységben található ECU a villanymotor fordulatszámát a bemenõ jeleknek,az igényeknek egfelelõen jellegmezõadatok kiolvasásával vezérli, így állítva be a szükséges hidraulikafolyadék térfogatáramot. Minél nagyobb a kormányelfordítási (szög) sebesség, annál nagyobb lesz a szivattyú fordulatszáma.

 

Turbó feltöltő! Miért jó ha van turbó feltöltő a gépkocsiban?

A turbófeltöltők manapság elterjedt kiegészítőknek számítanak az autósiparban. A turbófeltöltőt olyan gépjárművekbe alkalmazzák, ahol megnövelt teljesítményre van szükség ugyanazon hengerűrtartalom (lökettérfogat) mellett. A turbófeltöltős motoroknak jobb a káros anyag kibocsátásuk is! Az eszköz szerepe, hogy több levegőt jutasson a hengerbe, mint amit a motor be tudna szívni.

Szívó motorok:

A legtöbb benzines gépkocsi szívó motorral van ellátva, ez azt jelenti, hogy a levegőt a dugattyúk mozgásából adódó szívóhatás jutatja a hengerekbe.

Turbó feltöltős motorok:

Még a szívó motor szívja a levegőt a hengerbe, addig a turbó feltöltővel ellátott motor befújja. Ezt úgy tudja megtenni, hogy megnöveli a levegő nyomását a szívó oldali részben (szívócsonkban) így gyakorlatilag betódul a levegő a hengerbe. Mivel több levegő jut a hengerbe, ezért több üzemanyagot is tudunk adni a motornak, ezáltal nagyobb teljesítményre tehetünk szert ugyan akkora hengerűrtartalom mellett.

Működési elmélet:

A turbófeltöltő feladata a levegő összesűrítése a szívó oldali részben. Elhelyezkedése a levegőszűrő ház és a szívócsonk között található a kipufogó csonk közelében. A szerkezetet a kiáramló kipufogógázt hajtja, mégpedig úgy hogy egy turbinalapátot forgat. A turbinalapát egy tengelyre van rögzítve, aminek a másik végén szintén egy hasonló lapát helyezkedik el. Még az egyik lapátot a kipufogógáz hajtja, addig a másik lapát összesűríti a levegőt. Az összesűrített levegő betódul a hengerfejben lévő nyitott szívószelepeken keresztül a hengerekbe.

Turbófeltöltős motorokat főleg dízel gépjárművekbe alkalmazzák a nagyobb teljesítmény és kedvezőbb káros anyag kibocsátás érdekében.

A turbó feltöltős motorok hátránya, hogy mivel a kipufogó gáz hajtja, így nem reagál elég gyorsan a gyorsítások alkalmával (még nincs megfelelő nyomású kipufogógáz, addig nincs mi hajtsa a turbinát). Idő kell még észhez tér. A megfelelő turbónyomást dízel motorokon 2.000 -2.500 f/min fordulat között éri el, benzineseken 3.500 f/min körül, ezért addig lomhának érezzük többnyire a gépkocsit.

A mérnökök sokat gondolkodtak azon, hogy lehetne megoldani azt, hogy alacsonyabb fordulatszámon is kellő nyomatékunk, teljesítményünk legyen. Az egyik megoldást a kompresszoros motor volt. A kompresszoros feltöltőket a főtengely hajtja így nem kell megvárni még megindul a kipufogógáz. Hátránya viszont az, hogy kialakítása súlyos, helyigényes és magas fordulaton túl sok súrlódási hőt termel. Ezért ezt a rendszert kisfordulatú motoroknál alkalmazzák inkább.

A másik jó megoldás, ami szóba jött a dupla turbó felszerelése. Két turbót szerelnek a gépkocsi motorjára. Az egyik alacsony fordulatszámon biztosít megfelelő nyomást, a másik pedig magasabb fordulatszámon. Ezzel kiküszöbölhető a gépkocsi lustasága alacsony fordulaton és megőrizhető a nagy teljesítmény magasabb fordulatszám tartományban. Hátránya az, hogy költséges, mivel két darab turbóra van szükségünk ez esetben.

A közútra szánt benzines gépkocsikba többnyire nem szerelnek turbó feltöltőt csak a sport modellekbe, mert feltöltő nélkül is tudnak olyan teljesítményt produkálni, ami a hétköznapi közlekedéshez elegendő. A dízel gépkocsikat felszerelik turbófeltöltővel, mivel a nélkül nem tudnának megfelelő teljesítményt elérni, csak a hengerűrtartalom növelésével.

 

Fülkebillentő munkahengerek és pumpák

Ezek leggyakoribb meghibásodási fajtái:

  1. emelő henger olajfolyás, rúdelhajlás
  2. kézipumpa olajfolyás, nem szállít
  3. hidraulikuscsővezeték szakadás