Při přenosu energie prostřednictvím kapaliny je nutné určit směr a udržovat nepřetržitou plnou kontrolu. Bez úplné kontroly je energie bezužitečná nebo, co je horší, může dojít k poškození stroje. Jednou z hlavních výhod hydraulické technologie je možnost relativně snadné regulace energie pomocí hydraulických řídicích ventilů.

Hydraulické řídící ventily

Hydraulický řídicí ventil je mechanická součást tvořená tělesem ventilu s vnitřními průchody, které mohou propojovat nebo uzavírat tok kapaliny, a vnitřními pohyblivými částmi. Průchody v tělese ventilu slouží k dopravě oleje. Pohyb vnitřních pohyblivých částí řídí maximální tlak, směr toku a průtok kapaliny v systému.

Řízení tlaku v systému

Hydraulická energie může být přivedena do hydraulického válce. Pokud je výsledkem úspěšná práce, po plném vysunutí válce je práce dokončena. Objemové čerpadlo nadále absorbuje další energii od svého pohonného zařízení. To způsobuje zvýšení tlaku v oleji. (Poznámka: minimální odpor v systému určuje aplikovaný hydraulický tlak.) Při dalším vysunování válce se fyzická pevnost systému stane minimálním odporem.

Čerpadlo zvýší tlak, aby tento odpor překonalo. Uživatelé používají tlakové regulační ventily k udržení tlaku v systému v bezpečném rozmezí.

Ventil na regulaci tlaku

Vnitřní pohyblivé části tlakového regulačního ventilu fungují na základě tlaku. Jakmile dosáhne tlak v systému určité nastavené hodnoty, vnitřní pohyblivé části propojí nebo uzavřou jednu z průchodů v tělese ventilu, čímž způsobí tok oleje nebo zabrání toku oleje do tohoto průchodu.

Konstrukce tlakového regulačního ventilu

Regulační ventil tlaku se skládá z těla ventilu s primárními a sekundárními průchody a vnitřními pohyblivými částmi (tj. zdvihovým prvkem). Vnější připojení k průchodům se nazývají primární přípojka a sekundární přípojka.

Princip činnosti regulačního ventilu tlaku

Vnitřní pohyblivou částí regulačního ventilu tlaku je obvykle zdvihový prvek. Když se zdvihový prvek nachází v jedné koncové poloze, vnitřní průchod je spojen a proudění může probíhat. Když se nachází v druhé koncové poloze, vnitřní průchod je uzavřen a proudění ventilem je přerušeno.

U regulačního ventilu tlaku je zdvihový prvek pružinou přitlačován do jedné koncové polohy. V této normální uzavřené poloze je vnitřní průchod uzavřen a průtok ventilem je uzavřen. Tento typ se nazývá normálně uzavřený regulační ventil tlaku.

Regulační ventil tlaku snímá tlak na spodní straně šoupátka. Tato spodní trubka je spojena s primárním přípojným místem. Když stoupne tlak v systému nad sílu pružiny, šoupátko se posune tak, že propojí vnitřní průchod a umožní tak průtok kapaliny ventilem.

(Hydraulický tlak používaný k řízení pohybu šoupátka se nazývá řídicí tlak. Použití řídicího tlaku k řízení ventilu se nazývá řízení řídicím tlakem a je nejběžnější metodou řízení všech typů hydraulických ventilů.)

Pokud je u tohoto typu regulačního ventilu tlaku primární přípojné místo připojeno na stranu systémového tlaku a pokud je tlak dodávaný čerpadlem příliš vysoký, může se část průtoku z čerpadla odvést tímto ventilem do olejové nádrže – tento typ normálně uzavřeného regulačního ventilu tlaku se nazývá pojistný ventil.

Obrázek 7-2: Normálně uzavřený regulační ventil tlaku (princip činnosti pojistného ventilu). Pružina udržuje šoupátko uzavřené, dokud tlak v systému nepřekročí nastavení pružiny; poté se šoupátko posune a otevře cestu do nádrže.

Obrázek 7-3 Jednoduchý hydraulický obvod s regulací tlaku (přetlakový ventil). Když se pístový válec dosáhne konce zdvihu, otevře se přetlakový ventil a přesměruje průtok čerpadla zpět do nádrže, čímž omezuje maximální tlak v systému.

Směrové řízení hydraulických pohonů

Jakmile je hydraulický válec plně vysunut, musí být zasunut zpět, aby bylo možné opět vykonat práci. Z tohoto důvodu se obvykle používají dvojčinné hydraulické válce s dvěma přípojnými hrdly pro válce, které se musí pohybovat ve dvou směrech. Směr průtoku musí být současně obrácen.

Dvojčinný hydraulický válec

Dvojčinný hydraulický válec má jedno přípojné hrdlo na každém konci pláště, což umožňuje oleji vstupovat a vystupovat, takže píst se může pohybovat v obou směrech (dvojčinný). Abychom rozlišili dvě přípojná hrdla dvojčinného válce, označíme jedno hrdlo „A“ a druhé „B“.

Směrovací ventil

Vnitřní pohyblivé části směrového řídicího ventilu mají za úkol propojovat nebo uzavírat vnitřní průchody těla ventilu, čímž řídí směr toku oleje.

Konstrukce směrového řídicího ventilu

Typický směrový řídicí ventil má ve svém těle čtyři vnitřní průchody a posuvný zdívací kotouč (tzv. šoupátko), který může tyto průchody propojovat nebo uzavírat.

Princip činnosti směrového řídicího ventilu

Když je šoupátko v jedné koncové poloze, tlakový průchod je spojen s pracovním průchodem A a návratový průchod je spojen s pracovním průchodem B. Když se šoupátko přepne do druhé koncové polohy, tlakový průchod je spojen s pracovním průchodem B a návratový průchod je spojen s pracovním průchodem A. Přepnutím polohy šoupátka se změní směr toku oleje do hydraulického válce.

Práce je dokončena, když se pístní tyč válce plně vysune a zasune podle požadavku. Při přepnutí rozváděcího kotouče do jiné koncové polohy začne olej proudit na druhou stranu válce — a pístní tyč válce se zasune.

Obrázek 7-4: Řídicí směrový ventil v obvodu dvojčinného válce. Posunutím rozváděcího kotouče se obrátí směr toku oleje, čímž se obrátí směr pohybu válce.

Řízení rychlosti pohonných členů

V mnoha aplikacích je nutné řídit pracovní rychlost pohonného členu a někdy i velmi přesně. Jak již bylo vysvětleno dříve, rychlost pohonných členů (válce, hydraulické motory) je přímo úměrná rychlosti přívodu oleje — rychlost pohonného členu je určena průtokovou rychlostí přiváděného oleje.

Jelikož je zdvihový objem čerpadla pevný, lze průtokovou rychlost čerpadla vybrat na základě požadované rychlosti pohonného členu. Tato metoda je použitelná pouze v systémech s jedním pohonným členem.

V hydraulickém systému jsou obvykle aktuátory více než jeden. Pokud systém vyžaduje, aby každý hydraulický válec pracoval nezávisle, je třeba výkon čerpadla vybrat na základě největšího hydraulického válce, který vyžaduje nejvyšší rychlost. To znamená, že menší aktuátory se budou pohybovat rychleji, což nemusí být žádoucí. Aby se snížil průtok do těchto nebo jakýchkoli jiných aktuátorů, je nutné použít regulační ventil pro průtok.

Regulační ventil

Při použití regulačního ventilu pro průtok je vždy možné snížit průtok z čerpadla k aktuátoru.

Konstrukce regulačního ventilu pro průtok

Typický regulační ventil pro průtok se skládá z těla ventilu a pohyblivé části. V našem příkladu je pohyblivou částí jehla s kuželovým koncem pro nastavení. Protože jehla se během provozu ve skutečnosti nepohybuje (předem se nastaví do určité polohy), je vhodnější označovat pohyblivé části regulačního ventilu pro průtok jako „nastavitelné“ místo „pohyblivé“.

Jak regulační ventil pro průtok funguje

V hydraulickém systému pracuje regulační ventil průtoku vždy ve spojení s tlakovým (přetlakovým) regulátorem. Regulační ventil průtoku představuje odpor. Způsobuje, že hydraulické čerpadlo vyvíjí vyšší tlak. Tento tlak může způsobit, že část průtoku z čerpadla otevře přetlakový ventil, čímž se sníží průtok regulačním ventilem průtoku a tím i průtok k pohonným členům.

Obrázek 7-5: Obvod pro regulaci průtoku. Jehlový ventil omezuje průtok ke válci. Nadbytečný průtok z čerpadla je odveden přes přetlakový ventil do nádrže. Rychlost válce určuje velikost otevření jehlového ventilu.

Jednoduchý hydraulický systém

Všechny výše uvedené komponenty mohou tvořit jednoduchý hydraulický systém. Protože hydraulická energie v tomto systému je řiditelná, může tento systém vykonávat užitečnou práci.

Hydraulické systémy jsou široce využívány v mnoha oblastech – od leteckého a kosmického průmyslu, letadel a vojenského vybavení až po průmyslové aplikace, chodící stroje a ocelářské zařízení. Pracovní principy hydraulických systémů ve všech těchto aplikacích jsou stejné jako popsány výše. Jediný rozdíl mezi jednotlivými „typy“ hydraulických systémů spočívá v použitých komponentách.

V následujících kapitolách podrobně rozebereme různé typy komponent – ty se používají v průmyslových hydraulických systémech. Abychom vysvětlili, jak tyto komponenty používat, navrhneme také některé základní hydraulické obvody.

Grafické symboly pro hydrauliku

V předchozích diskusích o hydraulických komponentách a základních systémech bylo vše vysvětleno graficky – pomocí řezů, které vizuálně znázorňují vnitřní činnost komponent. Tato metoda je užitečná pro vysvětlení problémů, avšak z každodenní pracovní praxe není praktická.

Stejně jako jiné technické obory i hydraulika používá grafické symboly k vyjádření komponent a systémů. Různé hydraulické komponenty a jednoduché systémy, o kterých byla řeč dříve, lze všechny znázornit pomocí standardních hydraulických a pneumatických grafických symbolů ANSI Y32.10 nebo ISO 1219.

Kromě již zmíněných komponent patří mezi součásti hydraulického systému také elektrické motory, hydraulické filtry apod. Hydraulické systémy jsou obvykle poháněny elektrickými motory. K udržení přiměřené úrovně čistoty by měly být v hydraulických systémech používány hydraulické filtry, které chrání olej před znečištěním.

Obrázek 7-7 Standardní hydraulické grafické symboly (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Tyto symboly se používají ve všech schématech hydraulických obvodů místo řezových výkresů.

Obrázek 7-8 Úplný jednoduchý hydraulický obvod znázorněný pomocí standardních grafických symbolů. Takto se hydraulické obvody kreslí v inženýrské praxi.