Amikor energiát továbbítunk folyadékon keresztül, meg kell határozni az áramlás irányát, és folyamatos, teljes irányítást kell gyakorolni. Teljes irányítás hiányában az energia használhatatlan, sőt rosszabb esetben a gép megsérülhet. A hidraulikus technológia egyik fő előnye a hidraulikus vezérlőszelepek alkalmazásával viszonylag egyszerűen irányítható az energia.

Hidraulikus vezérlőszelepek

Egy hidraulikus vezérlőszelep olyan mechanikus alkatrész, amely egy szelepházából és belső járatokból áll, amelyek összeköthetik vagy elzárhatják a folyadékáramlást, valamint belső mozgó részekből. A ház belső járatai az olaj szállítására szolgálnak. A belső mozgó részek működése szabályozza a rendszer maximális nyomását, az áramlási irányt és az áramlási sebességet.

Rendszernyomás-szabályozás

A hidraulikus energiát hidraulikus hengerre lehet alkalmazni. Amikor a munkavégzés sikeres, akkor a henger teljes kinyúlása után a munka befejeződik. A térfogatáramú szivattyú továbbra is elnyeli a meghajtó motorjától származó több energiát. Ez növeli az olaj nyomását. (Megjegyzés: a rendszerben lévő minimális ellenállás határozza meg a hidraulikus nyomást.) Ahogy a henger tovább nyúlik, a rendszer fizikai szilárdsága válik a minimális ellenállássá.

A szivattyú további nyomást ad hozzá az ellenállás leküzdéséhez. Az emberek nyomásszabályzó szelepeket használnak a rendszer nyomásának biztonságos tartományban tartására.

Nyomásvezérlési csap

Egy nyomásszabályzó szelep belső mozgó alkatrészei nyomás alapján működnek. Amikor a rendszer nyomása eléri a beállított értéket, a belső mozgó alkatrészek összekötik vagy lezárják a szeleptest egyik ágát, így az olaj áramlását engedik vagy megakadályozzák abban az ágban.

Nyomásszabályzó szelep szerkezete

Egy nyomásszabályozó szelep egy szeleptestből áll, amelyen keresztül elsődleges és másodlagos ágak vezetnek, valamint belső mozgó alkatrészek (a csúszkás elem) találhatók.

Hogyan működik egy nyomásszabályozó szelep

Egy nyomásszabályozó szelep belső mozgó alkatrésze általában egy csúszkás típusú szerkezet. Amikor a csúszka az egyik végállásban van, a belső ág összeköttetést létesít, és az áramlás áthaladhat rajta. Amikor a másik végállásban van, a belső ág lezárul, és az áramlás a szelepen keresztül megszűnik.

Egy nyomásszabályozó szelepnél a csúszkát általában egy rugó tartja az egyik végállásban. Ebben a normálisan zárt állásban a belső ág le van zárva, és a szelepen keresztül vezető áramlási út is zárva van. Ezt a típust normálisan zárt nyomásszabályozó szelepnek nevezik.

A nyomásszabályozó szelep a nyomást a csúszka alján érzékeli. Ez az alsó ágazat a fő porttal kapcsolódik össze. Amikor a rendszer nyomása meghaladja a rugóerőt, a csúszka elmozdul, és összeköti a belső ágazatot, így lehetővé téve az áramlást a szelepen keresztül.

(A csúszka mozgásának szabályozására használt hidraulikus nyomást vezérelő nyomásnak nevezik. A vezérelő nyomás alkalmazását szelepvezérlésre vezérelt vezérlésnek nevezik, és ez a leggyakoribb módszer minden típusú hidraulikus szelep vezérlésére.)

Ha e típusú nyomásszabályozó szelep fő portja a rendszer nyomásoldalához csatlakozik, és a szivattyú által létrehozott nyomás túl magas, akkor a szivattyúból származó áramlás ezen a szelepen keresztül eltéríthető az olajtartályba – ezt a normálisan zárt nyomásszabályozó szelepet nyomáscsökkentő szelepnek (relief valve) nevezik.

7-2. ábra: Normálisan zárt nyomásszabályozó szelep (nyomáscsökkentő szelep működése). A rugó a csúszkát zárva tartja, amíg a rendszer nyomása el nem éri a rugó beállított értékét; ekkor a csúszka elmozdul, és nyitott utat biztosít a tartály felé.

7–3. ábra Egyszerű hidraulikus kör nyomásszabályozással (biztonsági szelep). Amikor a henger eléri a löket végét, a biztonsági szelep kinyílik, és a szivattyú áramlását visszavezeti a tartályba, így korlátozza a rendszer maximális nyomását.

Munkahengerek irányítása

Amikor egy hidraulikus henger teljesen kinyúlt, vissza kell húzni, hogy újra elvégezhessen munkát. Ezért általában olyan hidraulikus hengereket használnak, amelyek két irányban is mozognak – kétoldali működésű hengereket. A folyadékáramlás irányát ugyanakkor meg kell fordítani.

Kéttámadású hidraulikus hengerből

Egy kétoldali működésű hidraulikus hengernek egy-egy portja van a hengerhordó mindkét végén, így az olaj be- és kiáramlhat, és a dugattyú mindkét irányban mozoghat (kétoldali működésű). A kétoldali működésű henger két portjának megkülönböztetése érdekében az egyik portot „A”, a másikat „B” jelöléssel látjuk el.

IRÁNYÍTÓ ÉRTÉK SZERKEZET

Az irányítószelep belső mozgó alkatrészeinek feladata a szeleptest belső járatainak összekötése vagy lezárása, ezzel szabályozva az olaj áramlási irányát.

Irányító szelep szerkezete

Egy tipikus irányító szelepnek négy belső ágazata van a szeleptestben, valamint egy csúszó patron, amely ezeket az ágazatokat összekötheti vagy elzárhatja.

Hogyan működik egy irányító szelep

Amikor a patron az egyik végállásban van, a nyomásáramlás az A munkaáramláshoz kapcsolódik, és a visszatérő áramlás a B munkaáramláshoz. Amikor a patron a másik végállásba kapcsol, a nyomásáramlás ismét az A munkaáramláshoz, a visszatérő áramlás pedig a B munkaáramláshoz kapcsolódik. A patron irányának megváltoztatása megváltoztatja az olajáram irányát a hidraulikus hengerbe.

Amikor a henger rúdja teljesen kinyúlik és visszahúzódik a szükséges módon, a munka elvégeződött. Amikor a patron a másik végállásba kapcsol, az olaj a henger másik oldalába áramlik – és a henger rúdja visszahúzódik.

7–4. ábra: Irányító szelep kettős hatású hengeres körben. A patron eltolása megfordítja az olajáram irányát, ami megfordítja a henger mozgását.

Munkahengerek sebességvezérlése

Sok alkalmazásban az aktuátor működési sebességét szabályozni kell, néha nagyon pontosan is. Ahogy korábban már említettük, az aktuátorok (hengerek, hidraulikus motorok) sebessége közvetlenül összefügg az olaj befecskendezési sebességével – az aktuátor sebességét a bemenő folyadékáramlás sebessége határozza meg.

Mivel a szivattyú eltolódása rögzített lehet, a szivattyú átfolyási sebességét kiválaszthatjuk a szükséges aktuátor-sebesség alapján. Ez csak egyetlen aktuátorral rendelkező rendszerekben lehetséges.

Általában egy hidraulikus rendszerben több aktuátor is található. Ha a rendszer azt követeli meg, hogy minden hidraulikus henger függetlenül működjön, akkor a szivattyú átfolyási sebességét a legnagyobb hidraulikus hengerre kell kiválasztani, amelynek a leggyorsabb sebességre van szüksége. Ez azt jelenti, hogy a kisebb aktuátorok gyorsabban mozognak, ami nem mindig kívánatos. A kisebb aktuátorokba vagy bármely más aktuátorba belépő áramlás csökkentéséhez áramlásszabályozó szelepet kell használni.

Folyamatvezérlő érték

Áramlásszabályozó szelep használata esetén mindig lehetséges a szivattyúból az aktuátor felé vezető áramlás csökkentése.

Áramlásszabályozó szelep felépítése

Egy tipikus áramlásszabályozó szelep egy szelepházat és egy mozgó részt tartalmaz. Példánkban a mozgó rész egy csúcsos végű beállító tű. Mivel a tű működés közben valójában nem mozog (előre be van állítva egy adott helyzetbe), pontosabb az áramlásszabályozó szelep mozgó részeit „beállítható”-ként, nem pedig „mozgó”-ként jelölni.

Hogyan működik egy áramlásszabályozó szelep

Egy hidraulikus rendszerben az áramlásszabályozó szelep mindig egy nyomásszabályozó (biztonsági) szeleppel együtt működik. Az áramlásszabályozó szelep egy ellenállást képez. Ennek következtében a hidraulikus szivattyú magasabb nyomást hoz létre. Ez a nyomás okozhatja, hogy a szivattyú áramlásának egy része kinyissa a biztonsági szelepet, így csökken az áramlásszabályozó szelepen átvezetett áramlás, és a megfelelő mennyiségű folyadék jut el a munkahengerhez (munkahengerhez).

7–5. ábra: Áramlásszabályozó áramkör. A tűszelep szabályozza a folyadék áramlását a hengerbe. A szivattyú felesleges áramlása a biztonsági szelepen keresztül a tartályba vezet. A tűszelep nyitása határozza meg a henger sebességét.

Egyszerű hidraulikus rendszer

Az előbb bemutatott összes alkatrész egy egyszerű hidraulikus rendszert alkothat. Mivel ebben a rendszerben a hidraulikus energia szabályozható, a rendszer hasznos munkát végezhet.

A hidraulikus rendszerek széles körben elterjedtek számos területen: a légiközlekedéstől és a repülőgépekig, a katonai felszerelésen át az ipari berendezésekig, a járművekig és az acélipari berendezésekig. A hidraulikus rendszerek működési elve minden ilyen alkalmazásban megegyezik az előbb leírtakkal. A különböző „típusú” hidraulikus rendszerek közötti egyetlen különbség az alkalmazott alkatrészekben rejlik.

A következő fejezetekben részletesen megvizsgáljuk a különböző típusú alkatrészeket – amelyek ipari hidraulikus rendszerekben kerülnek felhasználásra. Annak érdekében, hogy bemutassuk, hogyan kell ezeket az alkatrészeket használni, néhány alapvető hidraulikus áramkört is tervezünk.

Hidraulikus grafikus szimbólumok

Korábbi beszélgetéseinkben a hidraulikus alkatrészekről és alapvető rendszerekről minden grafikusan, keresztmetszeti ábrák segítségével volt elmagyarázva, hogy szemléletesen bemutassuk az alkatrészek belső működését. Ez a módszer hasznos a problémák magyarázatához, de mindennapi munkavégzés szempontjából gyakorlatlan.

Mint más műszaki területek, a hidraulika is grafikus szimbólumokat használ az alkatrészek és rendszerek jelölésére. A korábban tárgyalt különféle hidraulikus alkatrészek és egyszerű rendszerek mindegyike ábrázolható az ANSI Y32.10 vagy az ISO 1219 szabvány szerinti hidraulikus és neumatikus grafikus szimbólumokkal.

A korábban már tárgyalt alkatrészek mellett egy hidraulikus rendszert alkotó további alkatrészek például az elektromotorok és a hidraulikus szűrők. A hidraulikus rendszerek általában elektromotorokkal hajtottak. Emellett a megfelelő tisztasági szint fenntartása érdekében a hidraulikus rendszereknek hidraulikus szűrőket kell használniuk az olaj szennyeződéstől való védelmére.

7–7. ábra Szabványos hidraulikus grafikus szimbólumok (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Ezeket a szimbólumokat minden hidraulikus kapcsolási rajzon használják keresztmetszeti ábrák helyett.

7–8. ábra Egy teljes, egyszerű hidraulikus kör diagramja szabványos grafikus szimbólumokkal. Így rajzolják meg a hidraulikus köröket a műszaki gyakorlatban.