Energian siirtämisessä nesteellä on määritettävä suunta, ja jatkuvaa täydellistä säätöä on ylläpidettävä. Ilman täydellistä säätöä energia on hyödytöntä tai pahimmassa tapauksessa kone voi vaurioitua. Yksi hydraulitekniikan tärkeimmistä etuuksista on hydraulisten säätöventtiilien käyttömahdollisuus, jolla voidaan suhteellisen helposti säätää energiaa.

Hydraulivirtaussäätöventtielit

Hydraulinen säätöventtiili on mekaaninen komponentti, joka koostuu venttiilikunnosta sisäisillä kulkukäytävillä, joilla voidaan yhdistää tai estää nesteenvirtaus, sekä sisäisistä liikkuvista osista. Kotelon kulkukäytäviä käytetään öljyn kuljettamiseen. Sisäisten liikkuvien osien toiminta säätää järjestelmän maksimipainetta, virtaussuuntaa ja virtausta.

Järjestelmän paineen säätö

Hydrauliikkaa voidaan käyttää hydrauliikkasylinteriin. Kun tulos on onnistunut työ, työ tehdään, kun sylinteri on täysin ulkottautunut. Tilavuudeltaan vakioinen pumppu jatkaa energian ottamista moottoristaan. Tämä lisää öljyn painetta. (Huomaa: järjestelmän pienin vastus määrittää sovelletun hydrauliikkapaineen.) Kun sylinteri ulkottautuu entisestään, järjestelmän fyysinen lujuus muodostuu pienimmäksi vastukseksi.

Pumpun lisää painetta voittamaan tämä vastus. Ihmiset käyttävät paineensäätöventtiilejä pitääkseen järjestelmän paineen turvallisella alueella.

Paineporras

Paineensäätöventtiilin sisäiset liikkuvat osat toimivat paineen perusteella. Kun järjestelmän paine saavuttaa tietyn asetetun arvon, sisäiset liikkuvat osat yhdistävät tai estävät yhden venttiilikunnan läpipääsyn, mikä aiheuttaa öljyn virtaamisen tai estää öljyn virtaamisen kyseiseen läpipääsyyn.

Paineensäätöventtiilin rakenne

Painesäätöventtiili koostuu venttiilikunnasta, jossa on ensisijainen ja toissijainen kulkureitti sekä sisäiset liikkuvat osat (liukusäleikkö). Ulkoiset liitännät kulkureitteihin ovat nimeltään ensisijainen portti ja toissijainen portti.

Kuinka painesäätöventtiili toimii

Painesäätöventtiilin sisäinen liikkuva osa on tyypillisesti liukusäleikkömuotoinen laite. Kun liukusäleikkö on yhdessä ääriasennossa, sisäinen kulkureitti on yhdistetty, ja virtaus voi kulkea läpi. Kun se on toisessa ääriasennossa, sisäinen kulkureitti on tukossa, ja virtaus venttiilin läpi katkeaa.

Painesäätöventtiilissä liukusäleikkö on jousitetusti asetettu yhteen ääriasentoon. Tässä normaalissa suljetussa asennossa sisäinen kulkureitti on tukossa ja venttiilin läpi kulkeva virtausreitti on suljettu. Tätä tyyppiä kutsutaan normaalisti suljetuksi painesäätöventtiiliksi.

Paineen säätöventtiili havaitsee paineen liukusäätimen alaosassa. Tämä alapuolinen kanava yhdistää ensisijaiseen porttiin. Kun järjestelmän paine nousee yli jousivoiman, liukusäädin siirtyy yhdistääkseen sisäisen kanavan, mikä mahdollistaa virtauksen venttiilin läpi.

(Hydrauliikan painetta, jota käytetään liukusäätimen liikuttamiseen, kutsutaan ohjauspaineeksi. Ohjauspaineen käyttöä venttiilin ohjaukseen kutsutaan ohjausohjaukseksi, ja se on yleisin tapa ohjata kaikkia hydrauliikka-venttiilejä.)

Jos tämän tyyppisen paineen säätöventtiilin ensisijainen portti yhdistetään järjestelmän painepuoleen ja pumppun luoma paine on liian korkea, pumppusta tuleva virtaus voi ohjautua tämän venttiilin kautta öljysäiliöön – tällaista normaalisti suljettua paineen säätöventtiiliä kutsutaan turvaventtiiliksi.

Kuva 7-2 Normaalisti suljettu paineen säätöventtiili (turvaventtiilin toiminta). Jousi pitää liukusäätimen suljettuna, kunnes järjestelmän paine ylittää jousiasetuksen, jolloin liukusäädin siirtyy ja avaa reitin öljysäiliöön.

Kuva 7-3 Yksinkertainen hydraulipiiri paineen säädöllä (turvaventtiili). Kun sylinteri saavuttaa iskun päätyasennon, turvaventtiili avautuu ja ohjaa pumpun virtauksen takaisin säiliöön, mikä rajoittaa järjestelmän maksimipainetta.

Toimilaitteiden suunnanohjaus

Kun hydraulisylinteri on täysin ulottunut, sen on vedettävä takaisin, jotta työtä voidaan tehdä uudelleen. Tämän vuoksi kahdella suunnalla liikkuvia sylinterejä käytetään yleensä kaksitoimisia hydraulisylinterejä, joissa on kaksi liitäntää. Virtaussuunnan on vaihdettava samanaikaisesti.

Kaksitoimisesta hydraulisylinteristä

Kaksitoimisessa hydraulisylinterissä on yksi liitäntä kummassakin sylinterin rungon päässä, mikä mahdollistaa öljyn tulo- ja poistumisen, jolloin männän voi liikkua molempiin suuntiin (kaksitoimisuus). Kaksitoimisen sylinterin kahden liitäntäpisteen erottamiseksi merkitsemme toisen liitäntäpisteen "A":lla ja toisen "B":llä.

Suunnanvalvonta-venttiili

Suunnanohjausventtiilin sisäisten liikkuvien osien tehtävä on yhdistää tai estää venttiilirungon sisäisiä kulkureittejä, mikä mahdollistaa öljyn virtaussuunnan ohjaamisen.

Suuntaventtiilin rakenne

Tyypillisellä suuntaventtiilillä on neljä sisäistä kulkua venttiilikunnassa ja liukkava liukusarja, joka voi yhdistää tai estää näiden kulkujen toiminnan.

Kuinka suuntaventtiili toimii

Kun liukusarja on yhdessä pääasennossa, painekulku yhdistyy työkulkuun A ja paluukulku yhdistyy työkulkuun B. Kun liukusarja siirtyy toiseen pääasentoon, painekulku yhdistyy työkulkuun A ja paluukulku yhdistyy työkulkuun B. Liukusarjan suunnan vaihtaminen vaihtaa öljyn virtaussuunnan hydraulisyssä sylinterissä.

Kun sylinterin tanko ulottuu täysin ja vetäytyy vaaditulla tavalla, työ on tehty. Kun liukusarja siirtyy toiseen pääasentoon, öljy virtaa sylinterin toiselle puolelle — ja sylinterin tanko vetäytyy.

Kuva 7-4 Suuntaventtiili kaksitoimisen sylinterin piirissä. Liukusarjan siirtäminen kääntää öljyn virtaussuunnan, mikä kääntää sylinterin liikkeen suunnan.

Toimilaitteiden nopeuden säätö

Monissa sovelluksissa toimilaitteen käyttönopeutta on säädettävä, ja joskus erinomaisen tarkasti. Kuten aiemmin selitettiin, toimilaitteiden (sylintereiden, hydraulimoottoreiden) nopeus riippuu suoraan öljyn syöttönopeudesta – toimilaitteen nopeus määrittyy syöttövirtauksen nopeudesta.

Koska pumppun tilavuusvirta voi olla kiinteä, pumppun virtaus voidaan valita vaaditun toimilaitteen nopeuden perusteella. Tämä on mahdollista vain järjestelmissä, joissa on yksi toimilaite.

Yleensä hydraulijärjestelmässä toimilaitteita on useita. Jos järjestelmän vaatimuksena on, että jokainen hydraulisylinteri toimii itsenäisesti, pumppun virtaus on valittava suurimman hydraulisylinterin perusteella, joka vaatii nopeimman toiminnan. Tämä tarkoittaa, että pienemmät toimilaitteet liikkuvat nopeammin, mikä ei välttämättä ole toivottavaa. Virtauksen rajoittamiseksi näihin tai muihin toimilaitteisiin on käytettävä virtauksensäätöventtiiliä.

Virtausohjausventtiili

Virtauksensäätöventtiilin käytön yhteydessä on aina mahdollista vähentää virtausta pumppusta toimilaitteeseen.

Virtauksen säätöventtiilin rakenne

Tyypillinen virtauksen säätöventtiili koostuu venttiilikunnasta ja liikkuvasta osasta. Esimerkissämme liikkuvaa osaa on kärjistetty säätönäppä, joka ei itse asiassa liiku käytön aikana (se on esiasennettu tiettyyn asentoon), joten on tarkemmin sanottuna puhua virtauksen säätöventtiilin säädettävistä osista kuin liikkuvista osista.

Kuinka virtauksen säätöventtiili toimii

Hydrauliikassa virtauksen säätöventtiili toimii aina paineensäätöventtiilin (turvalaitteiston) kanssa. Virtauksen säätöventtiili toimii vastuksetta. Se aiheuttaa hydrauliikkapumpun tuottavan korkeampaa painetta. Tämä paine voi saada osan pumpun tuottamasta virtauksesta avaamaan turvalaitteiston, mikä vähentää virtausta virtauksen säätöventtiilin läpi ja saavuttaa toimilaitteen.

Kuva 7-5 Virtauksen säätöpiiri. Neulaventtiili rajoittaa virtausta sylinteriin. Ylimääräinen pumpun virtaus ohjautuu turvalaitteiston kautta säiliöön. Neulaventtiilin aukeama määrittää sylinterin nopeuden.

Yksinkertainen hydrauliikka-järjestelmä

Kaikki edellä esitellyt komponentit voivat muodostaa yksinkertaisen hydraulijärjestelmän. Koska tämän järjestelmän hydraulinen energia on säädettävissä, järjestelmä pystyy suorittamaan hyödyllistä työtä.

Hydraulijärjestelmiä käytetään laajalti monilla aloilla – avaruustekniikasta ja lentokoneista sekä sotilaslaitteista teollisuuteen, kulkeviin koneisiin ja teräslaitteisiin. Kaikkien näiden sovellusten hydraulijärjestelmien toimintaperiaatteet ovat samat kuin edellä kuvattu. Erilaisten "tyyppien" hydraulijärjestelmien välillä oleva ainoa ero liittyy käytettyihin komponentteihin.

Seuraavissa luvuissa käsittelemme eri tyyppisiä komponentteja tarkemmin – niitä käytetään teollisuuden hydraulijärjestelmissä. Komponenttien käytön selittämiseksi suunnittelemme myös joitakin perushydraulipiirejä.

Hydrauliikan graafiset symbolit

Aiemmissa keskusteluissa hydraulisten komponenttien ja perusjärjestelmien yhteydessä kaikki selitettiin graafisesti – poikkileikkausnäkymiä käyttäen komponenttien sisäisten toimintojen havainnollistamiseen. Tämä menetelmä on hyödyllinen ongelmien selittämisessä, mutta se on epäkäytännöllinen päivittäisen työn näkökulmasta.

Kuten muutkin tekniset alat, myös hydrauliikka käyttää graafisia symboleja komponenttien ja järjestelmien esittämiseen. Aiemmin käsitellyt erilaiset hydraulikomponentit ja yksinkertaiset järjestelmät voidaan kaikki esittää ANSI Y32.10 - tai ISO 1219 -standardien mukaisten hydrauliikka- ja pneumatiikkasymbolien avulla.

Lisäksi aiemmin käsiteltyjen komponenttien lisäksi hydraulijärjestelmän osia ovat myös sähkömoottorit, hydraulisuodattimet jne. Hydraulijärjestelmät ajetaan yleensä sähkömoottoreilla. Lisäksi järjestelmän tulee säilyttää kohtalaisen puhtausaste, joten hydraulisuodattimia on käytettävä öljyn saastumisen estämiseksi.

Kuva 7-7 Standardit hydrauliikan graafiset symbolit (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Nämä symbolit käytetään kaikissa hydrauliikkapiirien kaavakuvissa sen sijaan, että käytettäisiin poikkileikkauspiirroksia.

Kuva 7-8 Täydellinen yksinkertainen hydrauliikkapiiri, joka on esitetty standardien graafisten symbolien avulla. Näin hydrauliikkapiirit piirretään insinöörityössä.