HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

•

Prijenos energije (snage)

Mehanički preko poluga, vratila i osovina

-

Nedostaci:

veće udaljenosti izvora energije do njenog korištenja česta izmjena smjera i pravaca kretanja kada potrebno osigurati kontinuirano kretanje kada je potrebno mijenjati optere ćenje i smjer kretanja

Električni Prijenos fluidima

Hidraulički Ulje, voda, ostale tekućine Pneumatski Zrak, ostali plinovi

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

Hidraulika

je znanost koja se bavi primjenom hidromehanike tehničkom

Uljna hidraulika

dobila je naziv zbog primjene ulja kao medija za prijenos snage i informacija

hidraulička energija je sekundarna energija, što znači da za njeno korištenje moramo imati primarni pogon – električni ili dieselski.

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

- primjena: za postupno i lagano, pravocrtno ili kružno kretanje radnog organa stroja

(npr: rad. org. buldozera, skrepera, utovarača, bagera, za dizanje sanduka kamiona, itd.) -

posebno pogodan kod velikih strojeva (potrebna velika snaga uz sporo pokretanje)

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE

a) Hidrostatički prijenos energije

ulje pod visokim pritiskom pokreče mehaničke dijelove stroja -

b) Hidrodinmički prijenos energije

za prijenos energije koristi se brzina odnosno kinetička energija hidrauličkog ulja ima prednost pred hidrostatičkim samo kod velikih snaga

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

•

Prednosti hidrauličkog prijenosa energije:

1 prijenos velikih sila s postrojenjem malih gabarita, 2 prijelaz s velikih na male brzine bez posebnih stupnjevitih prijenosnika, 3 kontinuirana regulacija brzine preko prigušnica i regulatora protoka, te kontinuirana regulacija pritiska (0-1500 okretaja/min.), 4 lako ograničenje, prijenos i registriranje iznosa sila ostvarenih u hidrauličkom sustavu (putem manometra i tlačnih prekidača) 5 laka promjena smjera kretanja u sustavu zbog relativno malih masa pogonskih elemenata opterećenja sustava tj. stroja) (ne dolazi do udarnih

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

• 6 7

Prednosti hidrauličkog prijenosa energije

(nastavak): lak prijelaz s okretnog na translatorno (pravocrtno) kretanje mogućnost automatizacije cijelog sustava (+ automatsko pravovremeno isključenje mehanizma pri pojavi preopterećenja), 8 tihi rad, jednostavna, sigurna i kompaktna konstrukcija strojeva (smanjena njihova masa za oko 20-25% u usporedbi sa strojevima na električni ili diesel pogon) 9 velika ekonomičnost hidrauličkog sustava (velika učinkovitost strojeva s obzirom na cijenu)

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Kompresibilnost plinova Kompresibilnost tekućina

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Vijčana hidraulička dizalica

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Tlak ovisi o sili opterećenja Tlak ovisi o otporu

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Pascalov zakon

F

Djelujemo li na tekućinu u ravnoteži izvana nekom silom F, tada se taj vanjski tlak širi u tekućini jednako na sve strane.

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

F F S 1 P 1 S 2 P 2

P



F S

F – sila S – površina P - tlak

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

P 1 S 1 A S 2 B P 2

A=20 daN S 1 = 20 cm 2 B= 5 daN S 1 = 5 cm 2

P

1 

S A

 20 20 1  1

bar P

2 

B S

2  5 5  1

bar

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Ako je S 1 = S 2 tada vrijedi d 2 = d 1 S – površina klipa d – hod klipa

S 1 S 2

d

1 

s

2 

d

2

s

1 d 1 / d 2 = S 2 / S 1

S 1 S 2

Hod klipa obrnuto je proporcionalan površini klipa

Osnovni zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Q



V t



S



d t



S



v

Q –

protok

V – volumen t -

vrijeme

v –

brzina

S –

površina klipa

d –

hod klipa

t -

vrijeme

v 1 S 1 v 2

Zadatak

S 2 Q 1 Q 2

Utjecaj površine klipa na brzinu Q1 = Q2 = 60 L/min S1 = 100 cm2 S2 = 50 cm2

v

1 

Q

1 

S

1 60 6  100  0 , 1

m

/

s v

2 

Q

2 

S

2 60 6  50  0 , 2

m

/

s

Zadano:Q=60 l/min; S=100cm 2 ; Hod klipa d=1250 mm; Otpor R=10000 daN Traži se: Potrebni tlak u cilindru da se savlada otpor R?

Koja će pri tome biti brzina pomicanja klipa?

Koliko je vremena potrebno za ukupni hod klipa?

Koliki mora biti pritisak ventila A ako je otpor R 28000 daN?

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

Osnovni parametri uljno-hidrauličkog sustava: 1.Radni medij (fluid)

Uloga fluida: a) prijenos energije b) podmazivanje c) odvođenje topline i zaštita od korzije - hidraulička (mineralna) ulja ili vodene emulzije voda - najekonomičniji fluid, ne zapaljiv, ekološki prihvatljiv ali primjena ograničena obzirom na nepovoljna svojstva – temperatura isparavanja, ledište, korozivnost, maziva svojstva

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

•Viskoznost je svojstvo tekućina i plinova, a odnosi se na veličinu unutarnjeg trenja između čestica te drugih međumolekularnih sila.

- posljedica viskoznosti fluida: gubitak mehaničke energije i raspodjela brzine fluida ovisi o: temperaturi, brzini, pritisku i gustoći fluida (opada porastom temperature, a raste povećanjem brzine, pritiska i gustoće) ulja visoke viskoznosti pružaju velik otpor strujanju; ulja srednje i male viskoznosti znatno pokretljivija -viskoznost hidrauličkog ulja: dovoljno visoka da se procurivanje u sustavu smanji na minimum, ali ne previsoka (kako ne bi uzrokovala velike gubitke energije)

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

Izražavanje viskoznosti (mjeri se viskozimetrom):

a) apsolutnom viskoznošću ili dinamička

mjera otpornosti tekućine prema tečenju ili plina prema gibanju.

Jedinica za dinamičku viskoznost μ je Pas.

b) kinematički koeficijent viskoznosti ν predstavlja odnos koeficijenta viskoznosti i gustoće fluida

ν = μ / ρ m 2 /s

Jedinica za kinematsku viskoznost u c-g-s sustavu je Stockes (St); vrlo često se upotrebljava, a iznosi: 1 St = 10 4 m 2 /s 1 cSt = 1 mm 2 /s = 10 6 m 2 /s

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

c) U praksi je ponekad u uporabi i relativna viskoznost, omjer vremena istjecanja određene količine vode i mjerenog fluida Relativna viskoznost se mjeri Englerovim viskozimetrom, a izražava u °E (Englera).

Tablica 1. Viskoznost hidrauličkog ulja u ovisnosti o temperaturi Temperatura (ºC) Relativna viskoznost (Engler stupnjevi) Apsolutna viskoznost (Centistoke stupnjevi - cSt) 0 20 30 50 80 100 50 17 11 5 2,5 1,85 380 124 85 38 17 10

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

Indeks viskoznosti

broj koji pokazuje ovisnost viskoznosti o promjeni temperature (što je viši, to je stabilnija viskoznost fluida) potrebno koristiti fluid visokog indeksa viskoznosti (kako bi stroj ispravno funkcionirao i pri višim i nižim temperaturama)

Specifična gustoća fluida

omjer gustoće fluida i gustoće vode - specifčna gustoća ulja: 0,85 do 0,9

Temperatura zapaljenja (plamište), (ledište)

,

indeks kiselosti, stabilnost

, t

emperatura zamrzavanja sposobnost podmazivanja,...

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

2. Pritisak i protok

- pritisci u hidrauličkom sustavu: 25 do 300 bar (  at), - protoci ovise o sastavu i pritiscima fluida - o pritisku i protoku ovise sila i brzina unutar sustava:

F = p



S v = Q/S

primjena viših pritisaka ekonomična do određene granice (viši pritisci omogućuju primjenu cilindara manjeg poprečnog presjeka, F = p  S)

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

3. Gubici 3.1. Gubici uslijed trenja (linijski gubici)

- gubici uslijed trenja prilikom strujanja fluida kroz cjevovod - ovise o: viskoznosti i brzini strujanja fluida (hidrauličkog ulja), promjeru i dužini cijevi, te hrapavosti unutrašnjih stijenki cijevi

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

-

3.2. Gubici uslijed lokalnog poremećaja toka (lokalni gubici)

gubici uslijed lokalnih poremećaja (promjena poprečnog presjeka toka, promjena smjera toka uslijed oblika cijevi (koljena i sl.)

HIDRAULIČKI PRIJENOS ENERGIJE (ULJNA HIDRAULIKA)

-

3.3. Gubici protoka zbog procurivanja

nepropusnost hidrauličkih komponenti pod pritiscima postiže se posebnim brtvilima ili preciznim spajanjem pomičnih dijelova - izvjestan prostor je potreban za podmazivanje, tako da procurivanje nikad nije u potpunosti spriječeno.

- procurivanje uzrokuje pad brzine, a time i pad snage: S = F  v = P  Q

Q 2 = Q 1 – (Q A +Q B +Q C )

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava spremnik za ulje uljni hladnjak distribucijski element (razvodnik

)

hidraulički motor (rotacijsko gibanje) filter hidraulička pumpa hidraulički cilindar (pravocrtno gibanje) pogonski motor

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava Tlačne pumpe s rotirajućim elementima

zupčaste krilne vijčane

Tlačne pumpe s osclilirajućim elementima

redne klipne aksijalne klipne radijalne klipne

PUMPE S ROTIRAJUĆIM ELEMANTIMA Prednosti:

- jednostavna konstrukcija - laka zamjena dijelova - mala osjetljivost na nečistoće u ulju - širok raspon brzina - širok raspon viskoznosti radnog fluida

Nedostaci:

- visok šum i pluzacije - mali stupanj iskorištenja - mala trajnost

Radni pritisak: 50-70 bar Broj okretaja: 1500 min -1 Ukupni stupanj iskorištenja: 0,65 Zupčaste pumpe s vanjskim ozubljenjem

Kučište

PUMPE S ROTIRAJUĆIM ELEMANTIMA Prednosti:

-Tiši rad u odnosu na pumpe s zupčaste pumpe s vanjskim ozubljenjem

Nedostaci:

Složenija konstrukcija Zupčanik s vanjskim ozubljenjem (pogonski) Zupčanik s unutarnjim ozubljenjem Pregrada

Zupčaste pumpe s unutarnjim ozubljenjem

PUMPE S ROTIRAJUĆIM ELEMANTIMA

- rotor s pomičnim krilcima postavljen u nepokretnom kućištu ekscentrčno

Prednosti:

- vrlo miran i tihi rad - mogućnost regulacije protoka promjenom ekcentriciteta - protok ulja bez pulzacija

Nedostaci:

- osjetljivost rotora) na tlačne udare (lom krilaca

Radni pritisak: 100 bar Broj okretaja: 1500 min -1 Ukupni stupanj iskorištenja: 0,7 Krilne pumpe

PUMPE S ROTIRAJUĆIM ELEMANTIMA

Vretena

Izvedba: 2, 3, 4 ili 5 vretena

Rotor

Vijčane pumpe Prednosti:

- siguran, miran i bešuman rad - protok ulja bez pulzacija - ravnomjeran pogonski moment -

Nedostaci:

osjetljivost na veliki podpritisak u usisnom vodu (dolazi do šuma i vibracija) gubici zbog zračnosti relativno su veliki

Radni pritisak: 50 bar Broj okretaja: 1500 min -1 Ukupni stupanj iskorištenja: 0,65

PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA Aksijalne klipne pumpe s nagnutom pločom

Princip rada

Rotacijom pogonskog vratila pokreće se i cilindarski blok obzirom da su mehanički vezani. Klipovi su zglobno spojeni s nagnutom pločom. Obzirom da je ploča nagnuta pod određenim kutem, određen broj klipova se uvlači a ostatak izvlači.

U fazi izvlačenja povećava se radni prostor te se uslijed stvorenog potlaka tekučina usisava, a kada se cilindar uvlači, smanjuje se volumen radne komore te se tekućina potiskuje pod tlakom. Kapacitet aksijalno klipnih pumpi ovisi o: broju klipova, površini klipa, dužini hoda klipa i broju okretaja.

PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA Aksijalne klipne pumpe s nagnutim cilindarskim blokom Prednosti:

- miran i bešuman rad (do 200 bar) - jednostavno reguliranje protoka (preko kuta nagiba bloka odnosno ploče) - robusnost konstrukcije i sigurnost u radu

Nedostaci:

- tehnološka kompliciranost (mnogo spojeva, zglobnih ležajeva) Radni pritisak: 200 bar (a), 150 bar (b) Broj okretaja: 1500 min -1 Ukupni stupanj iskorištenja: 0,75

PUMPE S OSCILIRAJUĆIM ELEMANTIMA

-

radijalno postavljeni klipovi u odnosu na osovinu s ekscentrima Prednosti:

-

postizanje vrlo visokih pritisaka mogućnost regulacije protoka

-

promjenom ekscentra visok stupanj iskorištenja manja osjetljivost na nečistoće u ulju u odnosu na aksijalne klipne pumpe Nedostaci:

-

većih dimenzija od aksijalnih klipnih pumpi, zbog radijalnog rasporeda klipova Radni pritisak: 300 bar Broj okretaja: 1500 min -1 Ukupni stupanj iskorištenja: 0,8 Radijalne klipne pumpe

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava Radni (izvršni) elementi a) hidraulički radni cilindri S = F

 (pravocrtno gibanje):

v (sila



brzina)

Mogu biti - jednoradni - dvoradni

b) hidraulički motori (rotacijsko gibanje): S = T



v

(zakretni moment  brzina tj. br. okretaja u minuti)

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

Hidraulički cilindri su radni odnosno izvršni elementi koji pretvaraju energiju stlačenog ulja u mehanički rad Hidraulički cilindri

Podjele cilindara

Prema načinu djelovanja cilindri se mogu podijeliti na:

–

jednoradni

–

dvoradni

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

JEDNORADNI CILINDRI Kod jednoradnih cilindara ulje pod tlakom dovodi se samo s jedne strane klipa koji vrši koristan rad samo u jednom smjeru.

Povratno kretanje ostvaruje se (a) težinom tereta ili (b) oprugom. Jednoradni (a): pod pritiskom ulja koje se dovodi u donji dio cilindra, klip se izvlači iz cilindra, a vraća se natrag sam uslijed opterećenja na gornju njegovu plohu .

Jednoradni (b): pod pritiskom ulja klip izlazi iz cilindra, pri čemu se opruga skuplja, a nakon toga se opruga nastoji izdužiti i pod njenim pritiskom klip se vraća natrag

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

JEDNORADNI CILINDRI

Jednoradni teleskoski clindri

koriste se kad je potreban dugi hod klipnjače. Oni se sastoje od više cilindara koji su smješteni jedan unutar drugog, pa se izvlače kližući jedan po drugome

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

DVORADNI CILINDRI Dvoradni: ulje pod pritiskom dovodi se u jedan kraj cilindra i klip izlazi iz cilindra, a vraća se natrag u cilindar dovođenjem ulja u suprotan kraj cilindra a) b) Dvoradni cilndar a) s jedinim klipom b) s dva klipa B A B Izvlačenje postiže dovođenjem ulja u središnji dio cilindra, a njihovo vraćanje u cilindar dovođenjem ulja u krajnje dijelove cilindra http://static.howstuffworks.com/flash/standard_hydraulic.swf

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava

DVORADNI CILINDRI konstrukcija cilindra primjenjuje se za prijenos pravocrtnog gibanja u rotacijsko putem zupčanika i nazubljene letve Dvoradni teleskopski cilindar

Osnovne komponente uljno-hidrauličkog sustava Radni cilindri jednoradni dvoradni Uljno-hidraulički radni cilindri