Egy szelepszabályozó főként egy szeleptestből áll, amelynek bemeneti és kimeneti portjai vannak, valamint egy rugóerővel terhelt mozgó részből. A mozgó rész lehet korong, lemez vagy dugattyúfej – hidraulikus rendszerekben leggyakrabban golyó vagy dugattyúfej-ülés.
A folyadék csak egy irányban áramolhat át a szelepszabályozón – a szabad áramlási irányban. Amikor a rendszer nyomása a bemeneti porton elég nagy lesz ahhoz, hogy legyőzze a dugattyúfejet rugóerővel nyomó erőt, a dugattyúfej leválik az üléséről, és a folyadék áramolni kezd. Ez a szabad áramlási irány. Amikor a folyadék megpróbál visszafelé áramolni a kimeneti portból, a dugattyúfej az ülésre nyomódik, lezárva a csatornát és megakadályozva a visszaáramlást.

8–1. ábra: Szelepszabályozó. A rugóval terhelt dugattyúfej az áramlás visszafordulásakor ülésre kerül, teljesen blokkolva a visszaáramlást. A szelepszabályozó a hidraulikus megfelelője a egyirányú utcának.
Egy egyirányú szelep irány- és nyomásszabályozó funkcióval is rendelkezik — csak egy irányban enged áramlást. A hidraulikus rendszerekben az egyirányú szelepeket gyakran elkerülő szelepként használják, amelyek lehetővé teszik, hogy az áramlás kikerüljön egy alkatrészt. Például egy áramlásszabályozó szeleppel párhuzamosan elhelyezett egyirányú szelep lehetővé teszi a visszafelé irányuló áramlást, így az kikerüli az áramlásszabályozót.
Az egyirányú szelepek egy rendszer ágát vagy alkatrészét is elszigetelhetik. Például egy akkumulátor esetében az egyirányú szelep megakadályozza, hogy az akkumulátor visszatöltődés útján ürüljön ki a nyomáscsökkentő szelepen vagy a hidraulikus szivattyún keresztül.
BIZTONSÁG: Amikor egyirányú szelepeket használnak akkumulátoros körökben, a körnek rendelkeznie kell egy olyan mechanizmussal, amely automatikusan leüríti az akkumulátort, amikor a gépet leállítják.
Egy egyirányú szelep általában alacsony szivárgású eszköz; valójában úgy is tervezhető, hogy teljesen szivárgásmentes legyen. Egy egyirányú szelep majdnem korlátlan ideig képes megtartani egy terhet. Ne feledje azonban, hogy az egyirányú szelep egyirányú működésű szelep – a terhelés leengedéséhez a mozgó részt erővel le kell nyomni az ülésről. Ehhez egy speciális típusú egyirányú szelep szükséges, amelyet vezérelt egyirányú szelepként ismerünk.

8–2. ábra: Három gyakori alkalmazási módja az egyirányú szelepeknek hidraulikus körökben: ágazás a folyásszabályozó körül, akkumulátor elszigetelése és rugóterhelésű nyomásküszöb.
A legtöbb csúszólapos (spool-type) hidraulikus komponensnél előfordul némi belső ágazási folyadékáramlás – ez nem jelez alacsony minőséget, mivel a legtöbb ilyen ágazási áramlás valójában a komponens kenésére van tervezve. Ha azonban egy rendszerben egy hengernek úgy kell megtartania egy felfüggesztett terhet, hogy ne csússzon le, akkor a szivárgás problémát jelent. Ebben az esetben olyan egyirányú szelepet kell használni, amelynek tömítőképessége van.

Egy vezérelt egyirányú szelep szabad áramlást enged egy irányban; amikor egy vezérlőnyomás a mozgó részt leemeli az ülépéről, a visszafelé irányuló áramlás is átjuthat rajta.

Az egyirányú szelepekhez hasonlóan a vezérelt egyirányú szelepnek is van egy szeleptestje, amely bemeneti és kimeneti portokkal rendelkezik, valamint egy rugóterhelésű golyós szeleppel (mozgó rész), amely az ülépre nyomódik. Emellett az üléppel szemben a golyós szelephez egy tolórúd és egy puha rugóval terhelt vezérelt dugattyú csatlakozik. A vezérelt portból érkező vezérlőnyomás a dugattyúra hat. A dugattyúnál a rugó üregének egy lefolyó portja van.
Egy vezérelt egyirányú szelep szabad áramlást enged a bemenetről a kimenet felé ugyanúgy, mint egy szokásos egyirányú szelep. Az áramlás, amely a kimenetről próbál belépni, a golyós szelepet az ülépre kényszeríti, így elzárja az átjáratot. Amikor elegendő vezérlőnyomás hat a vezérelt dugattyúra, az elmozdul és a golyós szelepre nyom, így felemeli azt az ülépről. Amíg a vezérelt dugattyúra ható erő elegendően nagy, az áramlás a kimenetről a bemenet felé is átjuthat.

8-3. ábra – Pilotvezérelt egyirányú szelep. Pilotnyomás hiányában úgy működik, mint egy szokásos egyirányú szelep (szabad áramlás csak egy irányban). Pilotnyomás alkalmazása esetén a visszafolyás is engedélyezett – így a terhelés leengedése lehetséges.
Egy pilotvezérelt egyirányú szelep használatával a henger B-portjának lezárása lehetővé teszi a terhelés felfüggesztését, amíg a henger tömítései hatékonyak, és nincs szivárgás a vezetékekben, a hengerben vagy az egyirányú szelepnél. A terhelés leengedéséhez elegendő a pilotnyomást az A vonalból a vezérlő dugattyúra juttatni.
A pilotvezérelt egyirányú szelep pilotnyomását a hidraulikus henger munkavonalából nyerik – amíg az A vonalban lévő nyomás elegendően magas, az egyirányú szelep nyitva marad. Amikor a terhelést emelik, az olaj könnyen áramlik át az egyirányú szelepen, mivel ez az áramlási irány a szabad áramlás iránya.
Egyes esetekben a henger dugattyúrúdjához csatlakoztatott terheléseket mozdulatlanul kell rögzíteni. Ennek eléréséhez mindegyik henger munkaágbába pilotvezérelt egyirányú szelepet lehet telepíteni – a pilotvezérelt egyirányú szelepek lezárják a hengerből kifelé áramló folyadékot. Amíg a henger tömítései hatékonyak maradnak, és sehol sincs szivárgás, a terhelés helyben tartható.
Abszolút terhelésrögzítéshez speciális mechanikus zárszerkezettel ellátott rögzítőhengert kell használni. A mechanikus rögzítés a legbiztonságosabb terheléstartási módszer.

Az akkumulátor hidraulikus nyomást tárol. Ez a hidraulikus nyomás potenciális energia, amely munkaenergiává (áramlás és nyomás) alakítható át.

Az akkumulátorokat gravitációs, rugós és folyadék/gáz típusúakra lehet osztani. Ezek abban különböznek egymástól, hogy az akkumulátor hogyan biztosítja a tárolt olajra ható munkaerőt.

Egy gravitációsan terhelt akkumulátor egy nehéz tárgy súlyát használja fel egy dugattyú vagy nyomóelemre ható erőként, hogy fenntartsa a tárolt olaj munkaerőjét. A súly bármilyen nehéz anyagból készülhet – vasból, betonból vagy akár vízből is. A gravitációsan terhelt akkumulátorok általában nagyon nagy méretűek, néha százával tartalmaznak gallon (kb. 378,5 liter) olajat. Egyszerre több hidraulikus rendszert is kiszolgálnak, és főként hengerlőművekben és központi hidraulikus rendszerekben alkalmazzák őket.
A gravitációsan terhelt akkumulátor kívánatos jellemzője, hogy az olajat viszonylag állandó nyomáson tárolja – legyen a tartály tele vagy majdnem üres, a tárolt nyomás lényegében nem változik. Ez azért van így, mert az olajra ható erő a gravitáció (a súly), amely állandó – mindegy, mennyi olaj van az akkumulátorban, a rákifejtett erő ugyanakkora.
A gravitációsan terhelt akkumulátorok egy nem kívánatos jellemzője a ütés keletkezése. Amikor egy gravitációsan terhelt akkumulátort hirtelen leállítanak gyors folyadékáramlás közben, a nehéz súly tehetetlensége jelentős nyomáscsúcsokat okoz a rendszerben. Ez csövek és csatlakozók szivárgásához vezethet, valamint fémfáradást okozhat, amely korai alkatrész-hibához vezet.

8–6. ábra: Gravitációsan terhelt akkumulátor. A állandó súly állandó nyomást eredményez, függetlenül az olaj térfogatától. Nagy ipari rendszerekben alkalmazzák, például acélgyári hidraulikus rendszerekben.
Egy rugóterheléses akkumulátor egy dugattyúra ható rugó segítségével tartja fenn az eltárolt olajra kifejtett erőt. A rugóterheléses akkumulátorok általában kisebbek a gravitációs típusúaknál, és néhány gallon olajat tudnak tárolni. Általában egyetlen hidraulikus rendszert szolgálnak ki, és általában alacsony nyomáson működnek. Amikor nyomás alatti olaj lép be a rugóterheléses akkumulátorba, az eltárolt olajnyomás attól függ, hogy mennyire van összenyomva a rugó. Amikor a dugattyú felfelé mozog, és a rugót 10 hüvelykkel (25,4 cm-rel) nyomja össze, az eltárolt nyomás magasabb, mint amikor a rugót 4 hüvelykkel (10,2 cm-rel) nyomják össze.
Annak megelőzésére, hogy a szivárgó olaj a rugóüregben gyűljön össze, a rugóüreg lefolyónyílással rendelkezik, amelyen keresztül a szivárgás elvezethető. A rugóterhelésű akkumulátorokat nem szabad külsőleg a tartályba lefolyasztani, mert ez az olaj habosodását eredményezi. Akár a lefolyócső végpontja a tartály folyadékszintje fölött, akár alatt helyezkedik el, az akkumulátor működése során mindig habosodást okoz – amikor az akkumulátor gyorsan kiadja a folyadékot, az olaj nem tud lépést tartani a dugattyú mozgásával, így részleges vákuum keletkezik a rugóüregben, és levegő válik ki az olajból. Amikor az akkumulátor újratöltődik, a dugattyú felfelé mozog, és a levegőt tartalmazó olajat visszanyomja a tartályba. A tartályban lévő levegőbuborékok nem kívánatosak, ezért a rugóterhelésű akkumulátorok általában nem rendelkeznek külső lefolyóval.
A rugóterhelésű akkumulátoroknál, amelyek külső rugóüreg-lefolyóval rendelkeznek, ha a dugattyú tömítése elhasználódik, azonnali figyelmet igényel. Ha nem történik időben javítás, akkor esetleg tisztítási munkára is szükség lehet.


8–7. ábra: Rugóterheléses akkumulátor. A rugóerő – és ezáltal a tárolt nyomás – növekszik, ahogy a dugattyú felfelé mozog. Kis, alacsony nyomású rendszerekben használják.
A folyadék/gáz-akkumulátor az ipari hidraulikus rendszerekben leggyakrabban használt típus. A tárolt olajra gyakorolt munkaerő fenntartására összenyomott gázt használ.
BIZTONSÁG: Az ipari rendszerekben, amelyek folyadék/gáz-akkumulátort használnak, mindig száraz nitrogéngázt kell használni. Soha ne használjon sűrített levegőt, mert a gáz/olaj-gőz keverékek robbanásveszélyesek.
A folyadék/gáz-akkumulátorokat a gáz és az olaj elválasztására szolgáló eszköz típusa szerint dugattyús, membrános és hólyag típusúra osztják.

Egy dugattyús akkumulátor egy hengerből és egy mozgó dugattyúból áll, amely rugalmas tömítőgyűrűkkel van ellátva. A dugattyú felső terébe sűrített gáz töltődik. Amikor olaj töltődik a hengerbe, a gáz összenyomódik. Amikor az olaj kifolyik az akkumulátorból, a gáznymás csökken. Amikor az összes olaj kifolyt, a dugattyú eléri útja végét, és lezárja a kimenő nyílást, így a gáz a henger belsejében marad.

Egy membrános típusú akkumulátor két fémmédia félgömb összeerősítésével kialakított gömb alakú szerkezet. A belső tér egy szintetikus gumimembrán által két részre van osztva – a felső kamrába gáz töltődik. Amikor nyomás alatti olaj lép be a másik kamrába, a gáz összenyomódik. Amikor az összes olaj kifolyt, a membrán lezárja a kimenő nyílást, és így a gáz a henger belsejében marad; a membrán nem nyomódik ki vastagságánál nagyobb mértékben.

Egy hólyag típusú akkumulátor egy fémből készült burkolatból és egy belső szintetikus gumihólyagból áll. A hólyagot gázzal töltik fel. Amikor olaj lép be a burkolatba, a hólyagban lévő gáz összenyomódik, és az olaj kilép a burkolatból. Amikor az összes olaj kiürült, a gáznymomás megpróbálja a hólyagot kifelé nyomni az elvezető nyíláson keresztül – azonban amikor a hólyag érintkezik az elvezető nyílásnál elhelyezett ülépszeleppel, az olaj automatikusan lezáródik a burkolaton belül.

8–8. ábra Három folyadék/gáz akkumulátor típus. Mindegyik sűrített nitrogént használ hidraulikus energiájának tárolására. A dugattyús típus (fent), a membrános típus (középen) és a hólyag típusú (lent) abban különböznek egymástól, hogy hogyan választják el egymástól a gázt és az olajat.
Az akkumulátorok több funkciót is ellátnak hidraulikus rendszerekben: folyadékellátás, nyomástartás és ütéselnyelés.
Az akkumulátor egyik felhasználási módja a folyadékellátás biztosítása. A feltöltött akkumulátor hidraulikus potenciális energiát tárol. Amikor a rendszer több folyadékáramlást igényel, mint amennyit a szivattyú képes szolgáltatni, az akkumulátorban tárolt energia felhasználható a rendszer áramlásának előállítására. Például, ha egy gépet úgy terveztek, hogy a tényleges munkavégzési idő a munkaciklus során nagyon rövid, akkor egy kis teljesítményű szivattyú hosszabb ideig feltöltheti az akkumulátort. Amikor a gép működésbe lép, az irányítószelep a munkapozícióba kapcsol, és az akkumulátor azonnal nyomás alatti olajat szállít a munkahengerhez szükség szerint. Ez az akkumulátor kis szivattyúval történő alkalmazása csúcsenergiát tárol – más szóval egy nagy teljesítményű szivattyú/motor rövid idejű nagy folyadékáramlását és teljesítményét helyettesíti egy kisebb szivattyú/motor hosszabb időszakra átlagolt, kisebb teljesítménye.

Az akkumulátorok nyomástartásra is használhatók. Amikor a szivattyú/motor folyadékáramlást szállít más rendszerrészeknek, az akkumulátor fenntarthatja a nyomást egy ágban a körben.
Amikor a rendszer azt igényli, hogy az A befogóhenger visszatérjen, a B befogóhengernek nyomást kell fenntartania. Amint az A irányítószelep átkapcsol, a hidraulikus szivattyú és az A henger vezetékeiben a nyomás gyorsan csökken, miközben a B henger nyomását az akkumulátor tartja fenn, amely már elegendő nyomás alatti olajat tárolt, hogy ellensúlyozza a B henger vezetékeiben keletkező szivárgást.
Egy másik alkalmazásban egy kemence közelében működő munkahenger magas környezeti hőmérsékletnek van kitéve, ami miatt a hidraulikaolaj hőtágulása következtében megnövekszik a térfogata. Az akkumulátor felveszi ezt a növekedett térfogatot, és viszonylag állandó szinten tartja a nyomást. Az akkumulátor nélkül a vezetékekben a nyomásnövekedés ellenőrizhetetlenné válna, és sérülést okozhatna a komponensek házainak, csöveknek vagy csatlakozóknak.

8–10. ábra: Akkumulátor nyomástartásra. (Felső) Nyomást tart fenn az egyik ágban, miközben a szivattyú a másik ágat szolgálja ki. (Alsó) Felismeri a hőforrások közelében keletkező hőtágulásból adódó térfogatváltozásokat.
A folyadék/gáz-akkumulátorokat a rendszer ütőhatásának elnyelésére is lehet használni. Az ütőhatás hidraulikus rendszerben akkor keletkezhet, ha egy hengerhez vagy motorhoz csatlakozó terhelés tehetetlensége miatt jön létre, illetve ha hirtelen áramláskorlátozás vagy gyors irányváltó szelep-átkapcsolás következtében keletkezik folyadék-tehetetlenségből eredő ütőhatás. Egy akkumulátor a körben részben elnyelheti az ütőhatást, és megakadályozhatja, hogy az a teljes rendszeren keresztül terjedjen.
Külső mechanikai erők is okozhatnak hidraulikus ütőhatást. Ha egy visszapattanási hajlamú terhelés csatlakozik egy hidraulikus hengerhez, akkor a terhelés visszanyomja a dugattyút, és hidraulikus ütőhatást okoz. Ha a henger vezetékében elhelyezett akkumulátor megfelelően töltött, csökkentheti az ütőhatás hatását. Ha helytelenül töltött, túlnyomást is okozhat.


Mivel a folyadék/gáz-akkumulátorok sűrített gázt használnak az olajnyomás tárolására, a gáz tulajdonságai befolyásolják az akkumulátor teljesítményét. Amikor egy folyadék/gáz-akkumulátort feltöltenek, a gázt összenyomják, és hőmérséklete emelkedik. Állandó nyomáson a meleg gáz több teret foglal el, mint a hidegebb gáz.
Az izoterm folyamat azt az akkumulátor-exploataciós állapotot írja le, amikor a gáz hőmérsékletét állandó értéken tartják. A feltöltés során az izoterm működés azt jelenti, hogy a gázt annyira lassan nyomják össze, hogy a tömörítés során keletkező teljes hőmennyiség teljesen elvezetődik. Az adiabatikus folyamat azt az akkumulátor-exploataciós állapotot írja le, amikor a gáz hőmérséklete megváltozik. A feltöltés során az adiabatikus működés azt jelenti, hogy a gázt olyan gyorsan nyomják össze, hogy az összes keletkező hő megmarad.
Ugyanarra a nyomásra feltöltött folyadék/gáz-akkumulátor esetében az izoterm folyamat több olajat tárol, mint az adiabatikus folyamat.
Számítási példa: Egy dugattyús akkumulátor kezdetben 500 psi (34,48 bar) gáznyomással és 70 °F (21 °C) hőmérséklettel rendelkezik. Ha adiabatikus folyamat során (gyorsan) 1000 psi-ra (68,97 bar-ra) töltik fel, a hőmérséklet és a nyomás együtt emelkedik. 1000 psi-nál (68,97 bar-nál) az olaj beáramlása megszűnik; a hőmérséklet 150 °F (65,6 °C), és az akkumulátor 135 in³ (2215,65 cm³) olajat tárol. Ha izotermikusan (lassan) töltenek fel, a hőmérséklet végig 70 °F (21 °C) marad; 1000 psi-nál (68,97 bar-nál) az olaj beáramlása megszűnik, és az akkumulátor 150 in³ (2458,5 cm³) olajat tárol.

8–12. ábra: Izotermikus és adiabatikus feltöltés. A lassú (izotermikus) feltöltés több olajat tárol, mint a gyors (adiabatikus) feltöltés ugyanazon végnyomáson, mert a hőmérséklet alacsonyabb marad, és így a gáz kisebb térfogatot foglal el.
Az olaj kibocsátása során a gáz kitágul és lehűl. Állandó nyomáson a hidegebb gáz kevesebb helyet foglal el, mint a melegebb gáz. Gyakorlati szempontból az akkumulátor működése általában adiabatikus – nem izotermikus. A következő szakaszokban a fő kérdés nem az, mennyi olajat tud tárolni az akkumulátor, hanem inkább az, mennyi olajat ad ki, mielőtt a nyomás egy alacsonyabb szintre csökken, amelyet erősen befolyásol a kezdeti töltési nyomás.

Amikor az akkumulátor teljesen üres olajtartalommal rendelkezik, a folyadék/gáz akkumulátorba betöltött gáznak a nyomása a kezdeti töltési nyomás. Ez a nyomás jelentősen befolyásolja az akkumulátor hatékony térfogatát és ütéselnyelő teljesítményét.

A folyadék/gáz-akkumulátorokat általában rendszeráram létrehozására vagy nyomás fenntartására használják, és tipikusan a maximális és minimális üzemi nyomás között működnek. Amikor az akkumulátor teljesen olajjal van feltöltve, eléri a maximális üzemi nyomást. Amikor szükség van rá, az üzemi nyomás csökken, és az akkumulátor olajat bocsát ki, amíg el nem éri az alacsonyabb minimális nyomást. Az olajmennyiség, amelyet az akkumulátor a maximális és minimális üzemi nyomás között szolgáltat, az effektív térfogat.
A kezdőnyomás befolyásolja az effektív térfogatot. Példa: egy 231 in³ (3786 cm³) folyadék/gáz-akkumulátor egy rendszerben kis teljesítményű szivattyút használ az olaj feltöltésére a rendszer 2000 psi-es (137,9 bar-os) nyomásáig. Áramellátáshoz a nyomást 1500 psi-re (103,4 bar-ra) engedik csökkenni. A kiválasztott kezdőnyomás határozza meg, mennyi olajat szolgáltat az akkumulátor a rendszer számára.
A teljesítménytáblázatból kiderül, hogy egy 231 in³ (3786 cm³) kapacitású akkumulátor 100 psi (6,89 bar) előtöltéssel 210 in³ (3441,9 cm³) olajat tud tárolni 1000 psi izotermikus töltésnél (felső határ = izotermikus értékek). 1500 psi (103,4 bar) nyomáson 202 in³ (3310,8 cm³) olajat tárol, így a két nyomás között 8 in³ (131 cm³) olajt szolgáltat. Ez az alacsony előtöltésű akkumulátor sok olajat tárol, de nagyon keveset szolgáltat.
Az előtöltés növelése 1000 psi-re (68,96 bar) esetén az akkumulátor 2000 psi (137,9 bar) nyomáson 93 in³ (1524,3 cm³), 1500 psi (103,4 bar) nyomáson pedig 59,5 in³ (975 cm³) olajat tárol, így 33,5 in³ (594,1 cm³) olajt szolgáltat. A magasabb előtöltés kevesebb olajat tárol, de lényegesen többet szolgáltat. 1400 psi (96,6 bar) előtöltésnél a tárolt olajmennyiség minimális, de a szolgáltatott olajmennyiség maximális.

8–13. ábra: Akkumulátor teljesítménytáblázata (231 in³ kapacitás). Magasabb előtöltési nyomás esetén több olaj szolgáltatható ciklusonként a megadott nyomáshatárok között, de a teljes tárolható olajmennyiség csökken. Az előtöltési nyomást az igényelt hatékony térfogat alapján kell kiválasztani, nem a teljes kapacitás alapján.
Egy akkumulátor hatékony térfogatáramát a folyadékáram szabályozza. Nyomásfenntartás céljából a szabályozott áramot a kárpótlásra szoruló szivárgás határozza meg. Azoknál az akkumulátoroknál, amelyek nyomásos olajellátásra szolgálnak, amikor a nyomás alatti irányítószelep átkapcsol, a hatékony térfogatáram túl gyors. Ezért ezeket az akkumulátorokat gyakran áramszabályozó szelepekkel és elkerülő visszafolyószelepekkel látták el a bemeneti/kimeneti csatlakozóikon.
Amikor egy folyadék/gáz akkumulátort ütéselnyelőként használnak, előtöltését általában kissé magasabbra állítják, mint a körben érvényes maximális munkanyomás (kb. 100 psi/6,896 bar-rel magasabbra, mint amit a biztonsági szelep beállítása meghatároz). Ha a maximális munkanyomást a biztonsági szelep határozza meg, az előtöltés kb. 100 psi-rel állítható be a biztonsági szelep beállítása felett.

Egy folyadék/gáz-akkumulátor előtöltési nyomása befolyásolja a rugalmas ütközéselnyelő képességét. Egy hidraulikus rendszerben az ütés külső mechanikai erők hatására keletkezik egy hengeren vagy motoron, amely gyors nyomásnövekedést okoz, illetve a folyadék tehetetlensége miatt akkor, amikor egy hidraulikus szelep hirtelen bezáródik.
Az akkumulátor elnyelheti azt a részt az ütésnyomás alatti olajból, amelyet összenyomhat és át tud vezetni. Egy akkumulátorral ellátott vezeték bizonyos nyomás felett összenyomhatóvá válik. Ha az akkumulátor előtöltési nyomása túl alacsony, akkor már az ütés érkezése előtt tárol némi olajat, így csak 4 köbhüvelyk (65,6 cm³) mennyiséget képes elnyelni. Ha az előtöltési nyomás 2500 psi (172,4 bar) – túl magas –, akkor a nyomás majdnem 2800 psi-ra (193 bar-ra) emelkedik, mielőtt 4 köbhüvelyk (65,6 cm³) mennyiséget nyelne el. Ütéselnyelők esetében az előtöltési nyomás rendkívül fontos.

Egy folyadék/gáz-akkumulátor egyszer töltődik fel gázzal a megfelelő előtöltési nyomásra. Ez azt jelenti, hogy ugyanazt az előtöltést nem lehet korlátlan ideig fenntartani. Amikor az akkumulátor működik, a sűrített gáz kiszivárog a gázcsapon keresztül – ez a gázcsap meghibásodása, rossz tömítése vagy a csap tömítőfelületének (tapered valve core) helytelen illeszkedése miatt fordulhat elő. A gáznyomás szintén fokozatosan csökken az olaj kifolyása során a hólyag- és membrános akkumulátoroknál – ez általában katasztrofálisan történik, és a szintetikus gumiból készült membrán anyagának eltörését okozza. A dugattyús akkumulátoroknál a kifolyási folyamat során a feltöltött gáz a kopott tömítések mellett tud kiszökni a dugattyú területéről. Az előtöltés fokozatos csökkenése a dugattyús akkumulátor valamely mértékű kopására utalhat.

A megfelelő előtöltési nyomás kritikus fontosságú a folyadék/gáz-akkumulátorok teljesítményéhez, ezért rendszeresen ellenőrizni kell. Az előtöltési nyomás ellenőrzéséhez nyomásmérővel ellátott töltőeszköz szükséges. Az eszköz fő részei egy töltőfej, egy légtelenítő szelep és egy nyomásmérő.
Ellenőrzési eljárás: ürítse ki az akkumulátorból az összes olajat, majd távolítsa el a védősapkát (általában a gázcsap felett, a felső részen található). A töltőfej fogantyúját teljesen húzza ki, és ellenőrizze, hogy a légtelenítő szelep zárva van-e. Csatlakoztassa a töltőfejet az akkumulátor gázcsapjához, húzza meg a töltőfej szárnyas anyáját, és győződjön meg arról, hogy megbízható kapcsolat jött létre a gázcsappal. Csavarja be a töltőfej csavarját, hogy teljesen lenyomja az akkumulátor gázcsapjának magját; olvassa le a manométeren látható nyomást – ez az akkumulátor előtöltési nyomása.
Ha az előtöltés helyes, forgassa ki a fogókézitárcsát az akkumulátor gázcsapjának lezárásához, nyissa meg a légtelenítő szelepet a töltőberendezés nyomásának leengedéséhez, lazítsa meg a fogószárny-gyűrűcsavart, távolítsa el a berendezést az akkumulátorról, és szerelje vissza a gázcsap védőkupakját.
Ha az előtöltés túl magas, nyissa meg a lefúvató szelepet a felesleges nyomás elengedéséhez. Ha az előtöltést növelni kell, először húzza ki a fogókart a gyűjtőtartály gázcsapjának lezárásához, nyissa meg a lefúvató szelepet a töltőeszköz leeresztéséhez, majd zárja be a lefúvató szelepet, és csatlakoztassa a töltőeszközt egy nitrogénpalackhoz. Forgassa be a fogókart, hogy teljesen lenyomja a gyűjtőtartály gázcsapjának tokját, majd nyissa meg a nitrogénpalack szelepét, hogy a gáz lassan belépjen a gyűjtőtartályba. Amikor a manométer a kívánt nyomást mutatja, zárja be a gázcsapot. Amint a manométer a megfelelő előtöltési nyomást mutatja, zárja be a nitrogénpalack szelepét, húzza ki a fogókart a gyűjtőtartály gázcsapjának lezárásához, nyissa meg a lefúvató szelepet, majd válassza le a rugalmas töltőcsövet és a töltőeszközt.


8–15. ábra: A gyűjtőtartály előtöltésének ellenőrzése és beállítása. (Felső rész) A kopott dugattyútömítések miatt fokozatosan csökken az előtöltés. (Alsó rész) Szabványos nitrogéntöltőkészlet – mindig száraz nitrogént használjon, soha nem sűrített levegőt.
Egy tipikus, akkumulátorral felszerelt hidraulikus körben, amikor az akkumulátor teljesen feltöltődött, és a rendszer egyetlen része sem működik, a szivattyú/motor áramlását a lehető legkisebb nyomáson kell leterhelni a tartályba. A bemutatott körben egy leürítő szelep szolgál a leterhelésre. Amint az akkumulátor a leürítő szelep beállított nyomására töltődik fel, a leürítő szelep kinyílik, és a szivattyú áramlását a tartályba vezeti.
Általában ezt a leterhelési módot csak néhány másodpercig lehet fenntartani, mivel mindig van valamennyi szivárgás a visszafolyó szelep (check valve) lefelé irányuló oldalán. Az akkumulátornak ezt a szivárgást kell kiegyenlítenie – a nyomás fokozatosan csökken – a leürítő szelep fokozatosan bezáródik, és a tartály felé vezető nyílás egyre kisebb lesz, amíg az akkumulátor nyomása el nem éri a szelep nyitási nyomását. Amint a szelep bezáródik, a szivattyú/motor több teljesítményt kell, hogy fejtsen ki az akkumulátor újratöltéséhez a leürítő szelep beállított nyomására.
Annak biztosítására, hogy a szivattyú/motor teljesen le legyen terhelve az akkumulátor újratöltése előtt, nyomáskapcsolót lehet használni. A kapcsolási körben a nyomáskapcsoló érzékeli az akkumulátor nyomását, és egy beállított nyomásponton elektromos kapcsolójelet küld. Az elektromos jel egy normálisan zárt kétirányú elektromágneses szelepre jut — ez az elektromágneses szelep vezérelheti egy pilótavezérelt túlnyomásvédő szelepet a leterheléshez. Amikor az akkumulátor a nyomáskapcsoló beállított értékére töltődik fel, a relé jelet küld az elektromágneses szelepnek, amely leterheli a túlnyomásvédő szelepet, és a szivattyú/motor áramlását a túlnyomásvédő szelepen keresztül a tartályba irányítja.


8-16. ábra: Akkumulátor-leterhelő áramkörök. (Felső) Egyszerű leürítő szelep — az akkumulátor beállított nyomására elérésével a tartályba ürít, de hajlamos ciklikus működésre. (Alsó) Nyomáskapcsoló pilótavezérelt túlnyomásvédő szeleppel — biztosítja a teljes leterhelést és a pontos nyomássáv-szabályozást.
Miután az akkumulátor feltöltődött, egy differenciális nyomású leengedő szelep helyettesítheti a nyomáskapcsolót és az elektromágneses szelepet a biztonsági szelep felszabadításához és a szivattyú/motor leengedéséhez. A differenciális nyomású leengedő szelep egy hidraulikus szelep, amelyet kifejezetten akkumulátoros alkalmazásokra terveztek. Ahogy a neve is mutatja, ez a szelep nyomáskülönbség segítségével engedi le a szivattyút/motort.



A differenciális nyomású leengedő szelep egyetlen szeleptestben összeszerelt vezérelt biztonsági szelepből, visszacsapó szelepből és differenciális dugattyúból áll. A szeleptest három csatlakozóval rendelkezik: nyomáscsatlakozó, visszatérő csatlakozó és akkumulátor-csatlakozó.
A differenciál-nyomású leengedő szelep belsejében a visszanyitó szelep és a pilótavezérelt túlnyomásvédő szelep normálisan működik. A szivattyú kimeneti olaja feltöltheti az akkumulátort a visszanyitó szelepen keresztül. A differenciális dugattyú a pilóta-túlnyomásvédő szelep tolattyújával szemben helyezkedik el, és szabadon mozoghat a furatában. A dugattyú két végén azonos nyomásfelületre hat a nyomás. Amikor az akkumulátor feltöltődik, a dugattyú mindkét oldalán lévő nyomás majdnem egyenlő (a visszanyitó szelepen áthaladó nyomáscsökkenést figyelmen kívül hagyva), ezért a dugattyú nem mozdul el. Amikor a pilóta szelep tolattyúján lévő nyomás elegendően nagy, a pilóta tolattyú leválik az ülépítéséről – amint ismert, ez a pilóta mozgás korlátozhatja a fő szelep rugóterében uralkodó nyomást. Mivel a fő szelep rugótere és a differenciális dugattyú egyik vége nyomáskorlátozott, a dugattyú a pilóta szelep tolattyúja felé mozdul el, és teljesen leválasztja a pilóta tolattyút az ülépítéséről, így hatékonyan megszünteti a vezérlőnyomást a fő tolattyú rugóterében, leengedi a túlnyomásvédő szelepet, és leengedi a szivattyút/motoros egységet. Ugyanakkor a visszanyitó szelep bezáródik, így az akkumulátor olaja nem tud kifolyni a túlnyomásvédő szelepen keresztül.
A nyomásnak kitett differenciális dugattyúfelület 15%-kal nagyobb, mint a vezérelt szelep tolattyújának felülete. Mivel az erő = nyomás × felület, az erő, amely a vezérelt tolattyút a helyéről tartja, 15%-kal nagyobb, mint az erő, amely felemeli a vezérelt tolattyút. Ez azt jelenti, hogy a rugónak 15%-nál nagyobb erőt kell biztosítania valahonnan, hogy újra lezárja a vezérelt tolattyút – vagy a rendszer nyomásának 15%-kal csökkennie kell, mielőtt a vezérelt tolattyú újra lezárható lenne.
Ez biztosítja, hogy a differenciális nyomású leengedő szelep a szivattyút/motort a nyomópalack feltöltése után is leengedett állapotban tartsa, amíg a nyomás egy meghatározott százalékkal nem csökken – általában kb. 15%-kal a vezérelt szelep beállított értékéhez képest. Például ha a vezérelt szelep 1000 psi (69 bar) értékre van beállítva, a leengedés 1000 psi (69 bar) és 850 psi (59 bar) között zajlik; ha a vezérelt szelep 2000 psi (138 bar)-ra van beállítva, a leengedési tartomány 2000 psi (138 bar) és 1700 psi (117 bar) között van.
Bármely alkalmazásban a hidraulikus munkaenergiának mechanikai energiává kell alakulnia, hogy hasznos munkát végezhessen. A hidraulikus hengerek a hidraulikus energiát lineáris mechanikai mozgássá alakítják.
Egy hidraulikus henger egy hordókból, egy mozgó dugattyúból rugalmas tömítőgyűrűkkel, amelyek egy dugattyúrúdhoz csatlakoznak, valamint két végkupacból áll. A végkupacok menetesek, flangesek, húzott vagy hegesztett típusúak lehetnek a hordón. Az ipari hidraulikus hengerek gyakran csavarozott rúdvég-kapcsolatot használnak. Amikor a dugattyúrúd mozog, azt dugattyúrúd-tömítőkészletnek vagy leválasztható vezetőgyűrűnek nevezik, amely irányítja és támasztja a dugattyúrudat.
A dugattyúrúddal ellátott vég a „rúdvég”; a másik, rúd nélküli vég a „vakvég”. A bemeneti és kimeneti csatlakozók a rúdvég- és a vakvég-kupacokon helyezkednek el.

A hidraulikus henger dugattyújának és dugattyúrúdjának vezető tömítésének megbízható tömítést kell biztosítania a megfelelő működés érdekében. A hidraulikus henger dugattyúiban gyakran használt tömítések a szájsejtes tömítések, az öntöttvas dugattyúgyűrűk vagy az egyszeres/kétszeres irányú tömítőegységek. A tömítőanyagokat és alkatrészeket ellenőrizni kell, hogy kompatibilisek legyenek a munkafolyadékkal és az üzemeltetési körülményekkel.
A dugattyúrúd többrétegű tömítése egy hatékony dugattyúrúd-tömítési típus, amely egy főtömítésből áll, amelynek belső tömítőfelülete szájsejtes alakú, egy törlőrész, amely a működés során folyamatosan érintkezik a dugattyúrúd felületével, és eltávolítja a munkafolyadékot a dugattyúrúd felületéről. A másodlagos porvédő tömítés összegyűjti a főtömítés által hátrahagyott maradék olajat, és a dugattyúrúd visszahúzásakor eltávolítja a dugattyúrúdra tapadó idegen anyagokat.

Ahogy fentebb leírtuk, az olaj a fő tömítés és a porvédő tömítés közötti üregben gyűlik össze, és visszatérhet a hengerfuratba a visszahúzódási ütem során – ez normális jelenség. Ha azonban a henger ütemhossza különösen nagy (10 láb / 3,05 m vagy annál hosszabb), akkor az üregben összegyűlt olaj mennyisége elérheti vagy meghaladhatja a dugattyúrúd-tömítés kapacitását. Ebben az esetben, valamint amikor túlzott mennyiségű olaj található a tömítési üregben, a dugattyúrúd-tömítési üreg külső lefolyó csatlakozással rendelkezzen.


8–18. ábra: A henger szerkezeti részletei. A rúdvégi sapka tartalmazza a dugattyúrúd-tömítés egységét. Hosszú ütemű hengerek esetén lefolyó nyílást adnak hozzá a tömítés túlterhelésének megelőzésére.
Amikor a hidraulikus energia a henger dugattyúját a teljes ütem végére (a henger útjának végére) mozgatja, az olaj tehetetlensége ütés formájában jelentkezik – ezt nevezik „hidraulikus ütésnek”. Ha az energiamennyiség elegendően nagy, az ütés károsíthatja a hidraulikus hengereket.
A hidraulikus hengerek túlzott ütés elleni védelme érdekében csillapító berendezéseket lehet felszerelni. A csillapító berendezések lelassíthatják a henger dugattyúját a lökethossz végénél. A csillapító berendezéseket a hidraulikus henger egyik vagy mindkét végére lehet felszerelni.

Egy csillapító berendezésből álló áramlásszabályozó tűszelep és egy csillapító szigony, amelyet a dugattyú vakvégére szereltek fel, valamint egy csillapító hüvely, amelyet a dugattyúrúdra helyeztek. Ezek a berendezések dugóként működnek mindkét végén.
Amikor a hidraulikus henger dugattyúja közeledik a lökethossz végéhez, a fékezőtömítés vagy a fékezőbélés blokkolja a normál olajkiáramlást. Ez kényszeríti az olajat, hogy kizárólag a tűszelepen keresztül áramoljon. A nyomástartó szelep beállításánál lévő nyomásolaj egy része a tűszelepen keresztül távozik. A tűszelepen átáramló maradék mennyiség határozza meg a henger lassulási sebességét. A tűszelep beállítása határozza meg a dugattyú lassulási sebességét. A visszatérő üzemben az áramlás egyetlen egyirányú szelepen (nem ábrázolt) keresztül jut be a hengerbe, így kerüli a tűszelepet, ezért a visszafelé irányuló sebesség nem módosul.

Néha a hidraulikus henger lökethosszát külső vezérléssel kell korlátozni. A lökethossz előre beállítható egy csavarozható és kicsavarozható állítható leállítószerkezet felszerelésével a hengerpalaston. Bármilyen típusú lökethossz-beállítót ellenőrizni kell a leállítási erő, az ütközés, az ütés és a méretbeli hatásokra vonatkozó követelményeknek való megfelelés szempontjából.

8–19. ábra – Hengerpárnák, ütközésállítók, felszerelési típusok és terhelésfajták. A párnák védelmet nyújtanak a hengernek a löket végén; a felszerelési típus határozza meg, hogy mennyire képes a henger kezelni a ráható terhelést.
A hidraulikus hengerek számos felszerelési típust támogatnak, például: peremfelszerelést, forgócsapágy-felszerelést, oldalsó kapcsolóelemes felszerelést, középvonalon elhelyezett csavaros felszerelést, kettős kapcsolóelem-gyűrűt, rögzítőrúd-felszerelést és hegesztett felszerelést. A középvonalon elhelyezett kapcsolóelemes vagy hegesztett felszerelés kiváló konstrukciót jelent, mivel minimálisra csökkenti a henger működésének torzulását.
A hidraulikus hengerek képesek a hidraulikus energiát egyenes vonalú vagy lineáris mechanikai mozgássá alakítani. Azonban a mechanikai kapcsolódások megfelelő kiválasztásával a hengerek számos más típusú mechanikai mozgást is biztosíthatnak.
A hidraulikus hengerek számos különböző típusú terhelést mozgathatnak számos alkalmazásban. Általánosságban a dugattyúrúd által tolt terheléseket tolóterheléseknek, a dugattyúrúd által húzott terheléseket húzóterheléseknek nevezzük.
A megállító cső egy tömör fém hüvely, amelyet a dugattyúrúdra szerelnek. Amikor egy hosszú löketű henger dugattyúrúdja teljesen kinyúlik, a megállító cső távolságot tart a dugattyú és a vezető hüvely között. A dugattyúrúd vezető hüvelye egy csapágy, amely a henger működése során támasztja a dugattyúrúdot. Úgy van kialakítva, hogy meghatározott terhelést bírjon el. A dugattyúrúd vezető hüvelye – nemcsak tengelyként – hanem a dugattyúrúd terhelési pontjaként is szolgál. Hosszú löketű hengerek esetében, amelyeket terheléshez kapcsolnak, a merev vezetés nélküli dugattyúrúd teljes kinyúlásnál lehajlani vagy megdőlni hajlamos, illetve a vezető hüvelyben hajlás léphet fel, ami oldalirányú terhelést eredményez, és károsítja a dugattyúrúd vezető hüvelyét.
A megállító cső funkciója az, hogy a dugattyúrúd teljes kinyúlásakor távolságot tart a dugattyú és a vezető hüvely között, ezzel csökkentve a dugattyúrúd vezető hüvelyére ható terhelést.
A hidraulikus hengerek számos típusa létezik. Az alábbiakban néhány gyakran használt henger típust sorolunk fel; ezek a típusok későbbi leckékben bizonyos alkalmazási áramkörökben is megjelennek.

8-20. ábra – Hidraulikus hengerek típusai. Mindegyik típus egy adott alkalmazási területre van optimalizálva: a teleszkópos henger hosszú lökethosszt biztosít korlátozott helyen, a tandem henger nagy erőt fejt ki korlátozott hengerbelső átmérő mellett, a kétoldali dugattyús henger pedig azonos erőt és sebességet biztosít mindkét irányban.
Az ipari hidraulikában a leggyakoribb típus a kétoldali működésű, egyoldali dugattyúrúddal ellátott henger. Ennél a típusnál a kulcskérdések a megengedett gpm (gallon per minute) és psi (pound per square inch) értékek, valamint a konvertált mechanikai erő és a dugattyúrúd mozgása.

A dugattyúfelületet és a hatékony dugattyúfelületet általában a kétoldali működésű, egyoldali dugattyúrúddal ellátott hengerek esetében tárgyalják. A nagy dugattyúfelület a teljes dugattyú keresztmetszeti felülete, amely a henger vakvégén (a rúd nélküli oldalon) nyomásnak van kitéve. A hatékony kis felület (gyűrűs felület) a dugattyú azon része, amely a rúd oldalán nyomásnak van kitéve, mivel a dugattyúrúd elfoglalja a dugattyúfelület egy részét. Ezért a hatékony kis felület általában kisebb, mint a nagy felület.

A hidraulikus henger dugattyúrúdjának kinyúlásának sebességét az határozza meg, hogy milyen gyorsan töltődik fel a henger vakvégének terébe a folyadék. A dugattyúrúd sebességét általában láb/perc (ft/perc) vagy méter/perc (m/perc) egységben adják meg:
Rúdsebesség (ft/perc) = Áramlási sebesség (gpm) × 19,25 / Dugattyúfelület (in²)
* Rúdsebesség (m/s) = Áramlási sebesség (L/perc) × 0,167 / Dugattyúfelület (cm²)
* Ha m/s-ban számítja ki a rúdsebességet, és az eredmény kevesebb, mint 0,1 m/s, akkor az eredményt mm/s-ban kell megadni.
Példa: Egy olyan henger, amelynek dugattyúfelülete 10 in² (64,5 cm²), 5 gpm (18,95 l/perc) áramlási sebességet kap. A rúdsebesség = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/perc (49 mm/s). Kétszeres áramlási sebesség esetén (10 gpm / 37,9 l/perc) a rúdsebesség is kétszereződik: 19,25 ft/perc (97,33 mm/s).

A dugattyúrúd visszahúzása során az áramlás a rúdvégbe jut be. Ugyanazon bemeneti áramlási sebesség mellett a visszahúzási sebesség nagyobb, mint a kinyúlás sebessége – ebben az esetben a képletben a kisebb (gyűrűs) dugattyúfelületet kell használni.
Példa: 10 gpm (38 l/perc) térfogatáram lép be a henger rúdvégére, amelynek nagy felülete 10 in² (65 cm²), kis felülete 8 in² (52 cm²). A visszahúzás sebessége = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 láb/perc (0,12 m/s).
Rúdsebesség (lábpercben) = Térfogatáram (gpm-ben) × 19,25 / Kis felület (in²-ben)
Rúdsebesség (m/s-ban) = Térfogatáram (l/percben) × 0,167 / Kis felület (cm²-ben)
Ugyanazzal a bemeneti térfogatárammal egy kettős hatású, egyrudas henger gyorsabban húzódik vissza, mint ahogy kinyúlik.
A visszahúzás során a térfogatáram a rúdvégbe lép be és a vakvég (nem rúdvég) felől lép ki. A kilépő térfogatáram nagyobb, mint a bemeneti térfogatáram – a gpm (l/perc) kiszámítására szolgáló ugyanazon képlet alkalmazható, de a nagy dugattyúfelületet kell használni. Példa: 10 gpm térfogatáram lép be a rúdvégbe 24,06 láb/perc sebességgel: kilépő áramlás = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 l/perc).
A hidraulikus henger által kifejtett erő, ahogy az ábrán látható, a henger dugattyúján ható hidraulikus nyomás és a dugattyú felületének függvénye. Ha egy adott hengernek nagyobb erőt kell kifejtenie, mint amekkora jelenleg a maximális kimeneti ereje, gyakran elegendő a nyomás arányos növelése. Egyes esetekben azonban a rendszer nyomása és a henger mérete nem teszi lehetővé egy nagyobb henger alkalmazását – ilyenkor a tandem henger megoldást nyújthat.
A tandem henger két vagy több, sorba kapcsolt hengerből áll. A dugattyúrúdak össze vannak kötve, így egy közös dugattyúrudat alkotnak. A hengerek közötti dugattyúrúd-tömítések lehetővé teszik, hogy mindegyik henger kétirányú működésre legyen képes. Amikor a henger méretét a rendelkezésre álló hely és a gép mérete korlátozza, még akkor is elérhető ugyanaz a mechanikai kimeneti erő, ha a szivattyú/motor által létrehozott nyomás viszonylag alacsony.
Példa: a legnagyobb gépfelszerelés 10 in² (64,5 cm²) dugattyúfelületet enged meg. A terhelés ellenállásának leküzdéséhez szükséges maximális nyomás csupán 500 psi (34,48 bar). Az 500 psi (34,48 bar) nyomás hozzáadása az 51,6 cm² (8 in²) hatékony felületű oldalhoz visszanyomással 781 psi (53,86 bar) erőt eredményez. Egy tandem áramkörben, két hengerrel, mindegyik 500 psi (34,48 bar) nyomáson, 10 in²-es felülettel és 8 in²-es hatékony felülettel, a kombinált kimenet jelentősen nagyobb.
FONTOS KÉPLETEK – 8. FEJEZET
|
Képlet |
Egyenlet |
Megjegyzések |
|
Rúd kinyúlásának sebessége |
v = Q × 19,25 / A_nagy |
Q gpm-ben, A in²-ben, v ft/perc-ben |
|
Rúd visszahúzásának sebessége |
v = Q × 19,25 / A_kicsi |
Használja az annuláris (kis) felületet |
|
Rúdsebesség (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q liter/perc-ben, A cm²-ben, v m/s-ban |
|
Vakvégű kiáramlás |
Q_ki = v × A_nagy / 19,25 |
Retrakció során több folyadék áramlik ki, mint amennyi belép |
|
Hengererő |
F = P × A |
F fontban, P psi-ban, A in²-ben |