1

H

YDRAULIKA I

P

NEUMATYKA

1. Porównanie hydrauliki i pneumatyki

H

YDRAULIKA

P

NEUMATYKA

Medium robocze

ciecz

gaz (sprężone powietrze)

Ciśnienie robocze

do 40MPa

do 1MPa

Stosunek mocy do masy

najlepszy

dobry

Sprawność

Duża – woda jest nieściśliwa i potrzeba
mało pracy aby wytworzyć ciśnienie

Mała – gaz jest ściśliwy

Przesyłanie

Duża lepkość medium powoduje duże
straty na przesyle. Każda maszyna musi
mieć swój zasilacz hydrauliczny (nie
wspólny)

Możliwy przesył na duże odległości przy
małych stratach energii

Koszty budowy

Duże ciśnienia wymuszają stosowanie
stalowych rur i specjalnych przewodów
elastycznych

Łatwo budować, możemy stosować
tworzywa sztuczne

Elementy sterujące

Na suwakach potrzebna dokładność
rzędu kilku μm – duże koszty (od 600 zł
wzwyż)

Tanie (100-200 zł)

C

HARAKTERYSTYKA MEDIÓW ROBOCZYCH

:

W

ODA

O

LEJE

P

OWIETRZE



Stosunkowo

wysoka

temperatura krzepnięcia



Niska temperatura wrzenia



Słabe własności smaru



Niestosowana w układach
hydraulicznych



Łatwopalne (mieszaniny
olejowe pod wpływem
wysokiego ciśnienia – nie
stosujemy do wysokich
ciśnień, temperatur i tam
gdzie występuje
niebezpieczeństwo
pożarowe)



Stosujemy emulsje olejowo-
wodne + emulgatory



Drogie, trzeba wymieniać



Tlen powoduje utlenianie
wielu materiałów



Stosujemy azot lub argon,
najczęściej sprężone
powietrze



Tańsze



Nie musimy zapewnić
powrotu do układu

2. Podstawowe symbole w układach płynowych

Przewód roboczy, zasilania

sterowania, powrotny,

elektryczny

Elementy mechaniczne (wał,

dźwignia, tłoczysko)

Przewód sygnału sterowania,

odprowadzenia przecieków

wewnętrznych (spustowy lub

odpowietrzający), filtr,

położenie chwilowe

Wskazanie kierunku przepływu
i rodzaju płynu (niezaczerniony

to czynnik pneumatyczny

Obrysowanie dwóch lub

więcej symboli elementów

stanowiących zespół w

obrębie jednego urządzenia

Ruch prostoliniowy, kierunek

przepływu płynu przez zawory,

kierunek przepływu ciepła

2

Ruch obrotowy w określonym

kierunku

Wskazuje możliwą zmienność

albo nastawialność pompy,

sprężyny, elektromagnesu

Element elektryczny lub

przewód elektryczny

Zamknięcie kanału lub odcięcie

drogi przepływu

Oddziaływanie elektryczne

liniowe w przeciwnych

kierunkach

Wskaźnik temperatury lub

kontrola temperatury

Napęd główny

Sprężyna

Dławienie czynnika roboczego

Miejsce dla uproszczonego

symbolu zaworu zwrotnego

Przykład połączenia

przewodów lub kanałów

Skrzyżowanie przewodów lub

kanałów bez połączenia

Przewód giętki, elastyczny

(łączący części ruchome)

Odpowietrznik ciągły

Odpowietrznik chwilowy

Odpowietrznik chwilowy o

zadanej wartości

Droga wylotowa powietrza

nieprzystosowana do łącznika

Droga wylotowa powietrza z

łącznikiem

Szybkozłączka bez

mechanicznie otwieranych

zaworów zwrotnych połączona

Szybkozłączka bez

mechanicznie otwieranych

zaworów zwrotnych rozłączona

Szybkozłączka z mechanicznie

otwieranymi zaworami

zwrotnymi połączona

Szybkozłączka z mechanicznie

otwieranymi zaworami

zwrotnymi rozłączona

Łącznik kątowy obrotowy z

jednym przewodem

Łącznik kątowy obrotowy z

trzema przewodami

współśrodkowymi

3

3. Elementy w układach płynowych

S

PRĘŻARKI

:

S

PRĘŻARKA TŁOKOWA – składa się z tłoka, cylindra, korbowodu, wału korbowego, głowicy

zaworowej i głowicy korbowej. Powodują silne pulsacje powietrza, są głośne. Wyróżniamy sprężarki:



jednostopniowe – układ pionowy, typ V, typ W, typ stopniowy



wielotłokowe – typ L, typ V, typ W, typ rzędowy, boxer

S

PRĘŻARKA ŚRUBOWA – cicha praca, wyższy koszt zakupu, obfite smarowanie śruby, bezpośrednio za sprężarką

musi być urządzenie oddzielające olej (cyklon)

S

PRĘŻARKI

ROTSA

– stosowane do transportu pneumatycznego

P

RZEWODY HYDRAULICZNE – służą do łączenia poszczególnych elementów układu hydraulicznego. Rozróżnia się

przewody sztywne i giętkie:



Sztywne – łączy się nimi elementy zachowujące stałe położenie względem siebie. Są to rury metalowe bez
szwu (stalowe, mosiężne lub miedziane) lub np. kanały wykonane w kadłubach maszyn



Giętkie – służą do łączenia elementów ruchomych. Są wykonane z gumy olejoodpornej lub innych
materiałów elastycznych, wzmocnionych odpowiednimi oplotami metalowymi i płóciennymi. Przewody
elastyczne różnej długości i o różnych średnicach są produkowane z zamocowanymi na stałe końcówkami.
Umożliwia to ich łączenie z odpowiednimi elementami układu hydraulicznego

Z

ŁĄCZA – umożliwiają łączenie ze sobą przewodów oraz łączenie przewodów z elementami układu hydraulicznego.

Rozróżnia się złącza:



Nierozłączne – wszelkiego rodzaju połączenia spawane, lutowane itd. Są w nich niezbędne uszczelnienia w
postaci pierścieni gumowych lub miedzianych



Rozłączne – połączenia gwintowe i kołnierzowe.



Szybkozłączne – inaczej szybkozłącza – umożliwiają wielokrotne szybkie łączenie i rozłączanie przewodów

U

SZCZELNIENIA

:

(w przypadku ruchu obrotowego)

U

SZCZELNIENIA PROMIENIOWE – uszczelnienia na obwodzie wału – wykonywane przez dotarcie współpracujących

ze sobą powierzchni cylindrycznych oraz za pomocą metalowych pierścieni rozprężnych lub gumowych o przekroju
kołowym.

U

SZCZELNIENIA OSIOWE – uszczelnienia na powierzchni czołowej wału (czołowe) – działają na zasadzie docisku

czołowego dwóch pierścieni uszczelniających, obracających się względem siebie.

U

SZCZELNIENIA ZA POMOCĄ PIERŚCIENI SAMOUSZCZELNIAJĄCYCH – ostatnio prawie wyłącznie stosowane w

połączeniach spoczynkowych i ruchowych. Ich działanie polega na deformacji pod wpływem ciśnienia i docisku.
Pierścienie samouszczelniające wykonywane są z tworzyw sztucznych lub gumy olejoodpornej, często wzmocnionej
tkaniną.

4

Z

BIORNIKI – zasilają hydrauliczny układ napędowy. Dla zapewnienia prawidłowej pracy układu hydraulicznego

pojemność zbiornika powinna być kilkakrotnie większa niż wynika to z wydajności pompy.

C

HŁODNICE – oddają do otoczenia ciepło wywiązujące się w układzie hydraulicznym. Rozróżnia się chłodnice:



Powietrzne – odpływ powietrza może być naturalny lub sztuczny (wymuszony – wywołany przez dmuchawę)



Wodne – czynnikiem chłodzącym jest ciecz (zwykle woda). Ciecz chłodząca najczęściej przepływa wewnątrz
wężownicy umieszczonej w zbiorniku cieczy roboczej. W urządzeniach trakcyjnych wężownica, przez którą
przepływa ciecz robocza jest umieszczona wewnątrz chłodnicy wodnej silnika spalinowego napędzającego
maszynę roboczą lub pojazd mechaniczny

F

LITRY

(

PODZIAŁ

):

Z

E WZGLĘDU NA MIEJSCA OSADZANIA SIĘ

ZANIECZYSZCZEŃ

:

Z

E WZGLĘDU NA OBCIĄŻENIE UKŁADU

:



Powierzchniowe

–

siatkowe,

oczkowe

i szczelinowe



Wgłębne – wykonane w postaci sprasowanego
runa włókien z różnych materiałów (włókna
metalowe, celulozowe, z tworzyw sztucznych
lub szklane) – włókna te są chaotycznie
pomieszane ze sobą i mają zróżnicowaną
grubość. Pochłanialność tego rodzaju wkładów
filtracyjnych jest bardzo duża



Niskociśnieniowe (zlewowe)



Wysokociśnieniowe (tłoczne)

Dodatkowo:



Wlewowe – służą do napełniania zbiornika
cieczą o odpowiedniej czystości



Ssawne – instalowane na wejściu ssawnego
pompy

W większości filtrów właściwy układ filtracyjny jest uzupełniany wkładami magnetycznymi. Czasem w zbiorniku
montuje się tzw. świece magnetyczne dla wyłapywania drobnych zanieczyszczeń ferromagnetycznych powstałych w
wyniku zużycia ściernego współpracujących części.

A

KUMULATORY HYDRAULICZNE – są to urządzenia służące do gromadzenia (akumulowania) energii ciśnienia cieczy.

Stosowane są do:



Uruchamiania roboczych urządzeń układu hydraulicznego



Pokrywania krótkotrwałego zwiększonego zapotrzebowania na czynnik roboczy (chwilowe szczyty poboru
energii)



Instalacji gdzie zapotrzebowanie na energię hydrauliczną jest tylko okresowe (zbędne staje się stosowanie
dużych pomp, których wydajność jest wykorzystana tylko w krótkich okresach



Tłumienia uderzeń i zmniejszania wahań ciśnienia w obwodach hydraulicznych



Łagodzenia pulsacji ciśnienia panujących w pompach wyporowych



Stabilizacji wydajności

5

Rodzaje akumulatorów:



Sprężynowy – gromadzi energię na zasadzie odkształcania elementu sprężystego – najczęściej w postaci
sprężyny z drutu stalowego. Pod naporem cieczy o wysokim ciśnieniu tłok ustępuje, ściskając sprężynę, a
cylinder wypełnia się cieczą. Ruch powrotny tłoka odbywa się pod działaniem siły sprężyny



Ciężarowy – zadanie sprężyny spełnia odpowiedni obciążnik działający na tłoczysko tłoka lub nurnika



Gazowy przeponowy – gromadzi energię sprężając gaz (najczęściej powietrze), działa więc podobnie jak
sprężynowy, lecz zadanie sprężyny spełnia powietrze

4. Pompy

P

OMPA HYDRAULICZNA – zamienia energię mechaniczną dostarczoną przez silnik napędowy (spalinowy,

elektryczny) na energię hydrauliczną zawartą w czynniku roboczym tłoczonym do instalacji pod odpowiednim
ciśnieniem i z odpowiednią wydajnością.

Podział pomp hydraulicznych:

Pompy

Pompy wyporowe

O ruchu

postępowo-

zwrotnym (tłok,

nurnik, przepona)

O ruchu

obrotowym (koło

zębate, wirnik)

O ruchu

obiegowym

O ruchu obrotowo-

zwrotnym (tłok

skrzydełkowy)

O ruchu

oscylacyjno

obrotowym

Pompy wirowe

Krętne

Odśrodkowe

Helikoidalne

Diagonalne

Śmigłowe

Odwracalne

Krążeniowe

Z bocznymi

kanałami

Z pierścieniem

wodnym

6

P

OMPY ŁOPATKOWE – osadzone są w wirniku, który jest umiejscowiony mimośrodowo wewnątrz korpusu pompy.

Łopatki są rozpierane w kierunku korpusu za pomocą sprężyn. W czasie obrotu wirnika, łopatki zagarniają ciecz z
komory ssawnej do przestrzeni międzyłopatkowej przenosząc ją do komory tłocznej pompy. Stosowane wyłącznie do
pompowania czystych i samosmarujących cieczy o temperaturze do 90

o

C (delikatna konstrukcja), głównie w

napędach hydraulicznych podnośników, siłowników, pras, hamulców, obrabiarek itp.

P

OMPY ZĘBATE – pompy o stałej wydajności. Cechują się prostą konstrukcją i dużą niezawodnością. Charakterystyka

wydajności jest pulsacyjna. Pulsację jednak można zmniejszyć stosując koła zębate z zębami śrubowymi. Sprawność
pomp zębatych zależy od temperatury cieczy ponieważ wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się lepkość cieczy.

P

OMPY GEROTOROWE – szczególny rodzaj pomp o zazębieniu wewnętrznym. Konstrukcja tych pomp zapewnia

stabilny wydatek bez pulsacji ciśnienia, niski hałas oraz łatwość zasysania płynów, co pozwala na ich zastosowanie w
układach cyrkulacyjnych. Niskie ciśnienie nominalne zapewnia ich długą żywotność.

P

OMPA WIELOTŁOCZKOWA PROMIENIOWA

:

Schemat działania:

1 – wałek napędowy,
2 - blok cylindrowy,
3 – tłoczek,
4 – tłoczysko,
5 – przegub uniwersalny,
6 – tarcza oporowa,
7 - wychylna tarcza oporowa wirująca,
8 – wychylna tarcza oporowa niewirująca,
9 – zawory zwrotne

5. Siłowniki

S

IŁOWNIKI TŁOKOWE

J

EDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA

D

WUSTRONNEGO DZIAŁANIA

7

S

IŁOWNIKI NURNIKOWE JEDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA

S

IŁOWNIKI PRZEPONOWE

J

EDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA

D

WUSTRONNEGO DZIAŁANIA

S

IŁOWNIKI TELESKOPOWE

J

EDNOSTRONNEGO DZIAŁANIA

D

WUSTRONNEGO DZIAŁANIA

8

W

IELKOŚCI CHARAKTERYZUJĄCE SILNIKI

HYDRAULICZNE

:



Chłonność teoretyczna (idealna – bez
przecieków) Q

n

[m

3

/s]



Chłonność rzeczywista Q

r

[m

3

/s]



Chłonność jednostkowa (geometryczna
objętość robocza) q

s

[m

3

/obr]



Sprawność objętościowa



Różnica ciśnień na wejściu i wyjściu z silnika Δp
[Pa]

S

POSOBY STEROWANIA SIŁOWNIKIEM

:



Mechanicznie – dźwignią



Mechanicznie – rolką



Ręcznie – przyciskiem



Elektrycznie



Za pomocą przycisku nożnego

Z

NAJĄC PARAMETRY SILNIKA MOŻNA OBLICZYĆ

:



Prędkość obrotową silnika hydraulicznego

Q

s

– chłonność silnika[m

3

/s]

Q

s

– chłonność jednostkowa silnika [m

3

/obr]

η

Vs

– sprawność objętościowa



Prędkość przesuwu tłoka i tłoczyska względem
cylindra

A – powierzchnia czynna tłoka [m

2

]

η

vs

– sprawność objętościowa siłownika



Moc użyteczną

η

es

– sprawność ogólna silnika



Moment na wale silnika

P

es

– moc użyteczna silnika [kW]

n

s

- prędkość obrotowa silnika [obr/min]

6. Zawory

Z

ASADA DZIAŁANIA SUWAKOWEGO ZAWORU ROZDZIELCZEGO

:

S

1

, S

2

– kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym

P – kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym
Z

z

, Z

2

– kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem

cieczy roboczej

P

ODZIAŁ ZAWORÓW

:

Z

AWORY STERUJĄCE

KIERUNKIEM PRZEPŁYWU

Z

AWORY STERUJĄCE

CIŚNIENIEM

Z

AWORY STERUJĄCE

NATĘŻENIEM PRZEPŁYWU

ZAWORY STERUJĄCE INNE



Rozdzielacze
suwakowe,
obrotowe, zaworowe



Zawory zwrotne



Zawory przełączające



Zawory odcinające



Zawory maksymalne
(przelewowe,
bezpieczeństwa,
kolejnościowe)



Regulatory

ciśnienia

(redukcyjne,
różnicowe,
proporcjonalne)



Zawory dławiące



Regulatory przepływu



Synchronizatory



Zawory dozujące



Przekaźniki ciśnienia

9

O

DMIANY KONSTRUKCYJNE ZAWORÓW HYDRAULICZNYCH

:

Rozdzielacz suwakowy

Rozdzielacz zaworowy

Rozdzielacz obrotowy

Zawór zwrotno-dławiący –
ogranicza

przepływ,

efektem

jest

spadek

ciśnienia (ale nie służy do
regulowania ciśnienia)

Suma logiczna

Iloczyn logiczny

Zawór pneumatyczny

grzybkowy 3/2

(niżej otwarty)

Monostabilny

(aby

utrzymać położenie trzeba
cały

czas

utrzymywać

ciśnienie)

Bistabilny (będzie

podtrzymywał ostatnią

pozycję)

Sterowanie bezpośrednie

Zawór pneumatyczny 5/2

10

7. Schematy hydrauliczne

11

8. Charakterystyka hydrauliki



Zdecydowanie wyższe moce (wyższe ciśnienie)



Ciecz mało ściśliwa – nie ma konieczności wykonywania dodatkowej siły



Lepsza energetycznie niż pneumatyka



Najczęściej stosowane oleje ze względu na:



Wysoką temperaturę wrzenia



Niską temperaturę krzepnięcia



Dobre własności smarne



Nie stosujemy w hutnictwie i górnictwie (rozpylony w powietrzu olej grozi wybuchem)



Temperatura 45 – 65

o

C – zapewnia dobrą pracę układu (duża lepkość powoduje straty, mała – przecieki)



Zanieczyszczenia w wyniku reakcji z oleju z elementami, w efekcie zużycia



Nie można stosować uszczelnień podatnych



Ciasne pasowania



Stosowanie filtrów:



Po stronie ssawnej – im dokładniejszy filtr tym większe opory



Po stronie tłoczącej – wymaga układu bocznikującego otwierającego się gdy filtr przestanie być
drożny



Na spływie – stosowane gdy podczas pracy coś dostanie się do układu



Na by-pasie – konieczność stosowanie dodatkowej pompy

C

ZŁONY W UKŁADACH HYDRAULICZNYCH

:



Człon napędowy (silniki, siłowniki)



Obszar sterowania (zawory różnego rodzaju)



Agregat – zasilanie (pompy, zbiornik)

S

TEROWANIE PRĘDKOŚCIĄ W UKŁADZIE HYDRAULICZNYM

:

W

OBU KIERUNKACH

W

JEDNYM KIERUNKU

N

IEZALEŻNIE OD OBCIĄŻENIA

USTAWIENIA PRĘDKOŚCI W OBU

KIERUNKACH

Zawór dławiący w gałęzi spływu

Zawór jednostronnego dławienia

między cylindrem a rozdzielaczem

Dwudrogowy regulator przepływu

na spływie