Napędy

hydrauliczne

Wprowadzenie



Napędy hydrauliczne są to urządzenia służące do

przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej

wytwarzania do urządzenia napędzanego.



W napędach tych czynnikiem przenoszącym

energię jest ciecz.



Zasada działania napędu hydraulicznego jest

oparta na prawie Pascala, dotyczącym

równomiernego rozchodzenia się ciśnienia w

cieczy.

Podział napędów hydraulicznych



hydrostatyczne, których działanie opiera się na
wykorzystaniu przede wszystkim energii
ciśnienia cieczy,



hydrokinetyczne, których działanie opiera się
na wykorzystaniu energii kinetycznej cieczy.

Zastosowanie napędów hydraulicznych

Budownictwo

koparka kołowa

Zastosowanie napędów hydraulicznych

Prasa hydrauliczna Schuler

Przemysł

Zastosowanie napędów hydraulicznych

Podnośnik hydrauliczny typu "żaba"

Schemat napędu hydraulicznego

P

1

- moc wejściowa (moc doprowadzana do napędu),

P

2

- moc wyjściowa (moc otrzymywana z napędu),

P

str

- moc tracona w napędzie

Zasada działania napędu

hydrostatycznego

o ruchu postępowo-zwrotnym

1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
3 - urządzenie sterujące,
4 - cylinder hydrauliczny

Zasada działania napędu

hydrostatycznego

o ruchu obrotowym

1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
5 - silnik hydrauliczny

Zasada działania napędu

hydrostatycznego

o ruchu wahadłowym

1 - pompa,
2 - zbiornik cieczy roboczej,
3 - urządzenie sterujące,
4 - cylinder hydrauliczny

Zalety napędów hydraulicznych



możliwość uzyskania bardzo dużych sił, przy

małych wymiarach urządzeń,



możliwość uzyskania bezstopniowej zmiany

prędkości ruchu,



możliwość użycia małych sił do sterowania pracą

ciężkich maszyn,



możliwość zdalnego sterowania,



możliwość zastosowania mechanizacji i

automatyzacji ruchów,



dużą trwałość elementów układów

hydraulicznych oraz łatwość ich wymiany.

Wady napędów hydraulicznych



trudności związane z uszczelnieniem elementów
ruchowych; wszelkie nieszczelności powodują
przedostawanie się powietrza do obiegu, a to z
kolei powoduje zakłócenia pracy układu oraz
powodują wycieki cieczy roboczej,



duże straty energii na pokonywanie oporów
przepływu.

Ciecz w hydrostatycznych układach

napędowych powinno cechować:



jak najmniejsza zmienność lepkości wraz ze

zmianą temperatury,



mała ściśliwość, a więc duży moduł sprężystości

objętościowej,



jak najwyższa temperatura zapłonu i jak

najniższa temperatura krzepnięcia,



duże ciepło właściwe, mała rozszerzalność

temperaturowa, dobra przewodność cieplna,



odporność, na pienienie się i utlenianie,



dobre własności smarne,



jednorodność struktury i trwałość chemiczna

oraz obojętność chemiczna w czasie kontaktu z

metalami i materiałami uszczelnień.

Wielkości charakteryzujące

silniki hydrauliczne

• chłonność teoretyczna (idealna – bez przecieków) Q

ts

[m

3

/s]

• chłonność rzeczywista Q

s

[m

3

/s]

• chłonność jednostkowa (geometryczna objętość robocza)

q

s

[m

3

/obr]

• sprawność objętościowa

• różnica ciśnień na wejściu i wyjściu z silnika Dp [Pa]

s

ts

Vs

Q

Q





Znając parametry silnika można

obliczyć:

• prędkość obrotową silnika

hydraulicznego:

gdzie: Q

s

- chłonność silnika [m

3

/s],

q

s

- chłonność jednostkowa silnika w [m

3

/obr],



Vs

- sprawność objętościowa silnika.

• prędkość przesuwu tłoka i tłoczyska

względem cylindra:

gdzie:
A - powierzchnia czynna tłoka [m

2

],



Vs

- sprawność objętościowa siłownika

min]

/

[obr

q

Q

60

n

Vs

s

s

s









]

m/s

[

vs

s

s

A

Q

v







Znając parametry silnika można

obliczyć:

• moc użyteczna:

gdzie: 

es

– sprawność ogólna

silnika

• moment na wale silnika:

gdzie:

P

es

– moc użyteczna silnika

[kW],

n

s

- prędkość obrotowa silnika

[obr/min]

• moc wyjściową siłownika:

gdzie: F

s

- siła otrzymywana na tłoczysku lub nurnika

siłownika [N],

v

s

- prędkość przesuwu tłoczyska siłownika [m/s],



es

– sprawność ogólna silnika

]

kW

[

1000

es

s

es

p

Q

P











]

Nm

[

9550

s

es

s

n

P

M 

]

kW

[

1000

es

s

s

es

v

F

P









Siłowniki

Tłokowe

Jednostronnego działania

Dwustronnego

działania

Siłowniki

Nurnikowe

Jednostronnego działania

Siłowniki

Przeponowe

Jednostronnego działania

Dwustronnego

działania

Siłowniki

Teleskopowe

Jednostronnego działania

Dwustronnego

działania

Elementy sterujące napędów

hydraulicznych

Przykłady rozwiązań zaworów

Zawór zwrotny kulkowy

1 - kulka, 7 - korpus zaworu

Przykłady rozwiązań zaworów

Zawór odcinający igłowy

4 - iglica,
5 - trzpień,
6 - uszczelnienie,
7 - korpus zaworu

Przykłady rozwiązań zaworów

Zawór bezpieczeństwa (kulkowy)

1 - kulka,
2 - sprężyna,
3 - wkręt regulacyjny,
4 - iglica,
5 - trzpień,
6 - uszczelnienie,
7 - korpus zaworu

Zasada działania

suwakowego zaworu rozdzielczego

S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,

P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,

Z

1

, Z

2

- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej

Zasada działania

suwakowego zaworu rozdzielczego

S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,

P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,

Z

1

, Z

2

- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej

Zasada działania

suwakowego zaworu rozdzielczego

S1, S2 - kanały łączące siłownik z zaworem rozdzielczym,

P - kanał łączący pompę z zaworem rozdzielczym,

Z

1

, Z

2

- kanały między zaworem rozdzielczym i zbiornikiem cieczy roboczej

Osprzęt pomocniczy

w napędach hydraulicznych



Filtry



Akumulatory hydrauliczne



Zbiorniki, chłodnice



Przewody, złącza i uszczelnienia

Sterowanie napędów

hydrostatycznych



prędkość obrotowa,



moment obrotowy,



moc.

Jeżeli elementem wyjściowym napędu jest silnik, to
parametrami regulowanymi są:

W przypadku siłownika parametrami regulowanymi są:



prędkość liniowa,



siła,



moc.

Sterowanie prędkości obrotowej polega na
zmianie:



wydajności pompy Q

v

,



zmianie oporów przepływu cieczy w instalacji,



zmianie jednostkowej chłonności silnika (q

s

m

3

/obr),



zmianie powierzchni czynnej tłoka (A m

2

)

siłownika.

Podstawowy napęd hydrauliczny

ruchu postępowo-zwrotnego

1 – zbiornik,
2 – pompa wyporowa,
3 – zawór bezpieczeństwa,
4 - zawór rozdzielczy,
5 – siłownik,
6 – filtr.