Hydraulískar virkjar (einnig kallaðar hydraulískar úttakstæki) umbreyta hydraulískri orku aftur í véltæka orku. Þetta er staðurinn þar sem allt sýnilega hreyfing og vinna gerist — fyrsta hlutinn sem hverhver hönnunaraðili verður að hugsa um. Hydraulískir virkjar skiptast í tvær grunnflokkana: línulega (sílindrar) og snúðlaga (vélræði).

Vatnsþrýstingarsílu

Hydraulískur sílindri umbreytir hydraulískri orku í beinlínu- eða línulega véltæka hreyfingu. Þegar tengdur við hreyfanlega ábyrgð framkvæmir hann vinnu.

Bygging á sílindri

Sem kynnt er í fyrra kaflum samanstendur hydraulískur sílindri aðallega af rönd, tveimur lokuðum endahlutum, pistli, pistilstöng og inn- og útflæðisholum. Hver endi hefur eina holu — eina fyrir olíu inn og hina fyrir olíu út.

mynd 6-1: Staðall tvöfaldur virkandi hydraulískur sílindri. Olía rennur inn í vinstri holu og dregur stönguna út; olía sem rennur inn í hægri holuna dregur hana inn.

Úttakskraftur sílindra

Á hverjum hluta ferils sílindruinnar verkar hydraulísk orka á hreyfanlega pistilinn. Þrýstingurinn sem þessi hydraulíska orka framkallar mun ekki fara yfir mótstaðann sem álagið veldur. Fyrir sílindru með þekktar mælingar þurfum við að vita hvaða vinnumþrýstingur gefur ákveðna úttakshöfuð. Þetta má ákvarða (með því að hunsa rafmagnsfrávirkni) með eftirfarandi formúlu:

Þegar þessi formúla er notuð er annað hvort flatan og þrýstingurinn gefinn til að finna úttakshöfuðina, eða flatan og úttakshöfuðin eru þekkt til að finna þrýstinginn. Í raunveruleikanum þekkjum við venjulega innri þvermál sílindrunnar og þurfum að reikna út flatarmál pistilsins — en að reikna flatarmál hrings er jafn einfalt og að reikna flatarmál fernings.

Flatarmál hrings

Flatarmál hrings er um það bil 78,54 % af flatarmáli fernings þar sem hliðin er jöfn þvermáli hringsins. Nákvæmara:

Önnur algeng formúla:

Mynd 6-2 Hringsvæði = D² × 0,7854. Þessi einfalda formúla er notuð stöðugt við útreikninga á hydraulískum sílindrum.

Sívalengd rúmharðar

Fjarlægðin sem hydraulískur orka hefur áhrif á ákvarðar hversu mikinn vinna er framkvæmd — þessi fjarlægð er sílindrahreyfingin. Eins og áður kom fram, virðist nota hydraulískan þrýsting til að stækka kraft ekki kosta neitt. Í sumum ákveðnum tilvikum — þegar kerfið er í kyrrð — getur litill kraftur framkallað mjög stóran kraft án sýnilegrar gjaldþrotunar. En ef þessi stækkaði kraftur veldur einnig hreyfingu, er eitthvað gjaldþrotað: fjarlægð.

Rúmmál sílindra (úrvirkni)

Sérhver hydraulískur sílindri hefur rúmmál (úrvirkni) sem jafngildir sílindrahreyfingu hans (í tom.) margfaldaðri með flatarmáli pistonsins (í tom.²), sem gefur rúmmál í tom.³ (cm³).

(tom.³) = (tom.²) × (tom.) eða (cm³) = (cm²) × (cm)

Dæmi: Ef efri pistillinn færir sig 2 in (5,08 cm) þá færir neðri pistillinn í síldunni sig 1 in (2,54 cm). Bæði pistlarnir framkvæma sama vinnu. Efri pistillinn dregur úr rúmmáli 20 in³ (327,8 cm³) af vægi — og neðri pistillinn í síldunni er dreginn úr rúmmáli þess sama 20 in³ (327,8 cm³) af vægi.

Hraði pistilstangs

Hraði pistilstangs í hydraulískri síldunni háð á hraða sem vægið fyllir rýmdina bakvið pistilinn. Formúlur fyrir hraða pistilstangs:

Hveiti motor

Hydraulískur hnöttur er virkilegur hluti sem umbreytir hydraulískri orku í snúðorku. Þessi snúðorka er beitt á hlaðningu með snúðásnum.

Bygging hnötts

Allir hydraulískir hnöttar samanstanda í raun af hylki með inn- og útgönguholum og snúðhluta sem tengdur er við snúðásinn.

Hvernig hydraulískur hnöttur virkar

Dæmið sem sýnt er er hydraulískur rótarvél af skífutegund. Snúðhlutinn samanstendur af rótari og skífum sem geta fært sig frjálst inn og út úr rótarskálfum. Snúðhlutinn er settur ósamhverft innan í húsins; áttunarrásin tengist áhöldunni. Þegar ýtrylja rennur inn í inntaksskáluna verkar hydraulískur orka á ytra flatarmál skífu í inntaksskálunni. Vegna þess að flatarmál efri skífu sem er útsett fyrir ýtrylju er stærra er krafturinn á rótaranum ójafnvægur — rótarinn snýr.

Þegar olían nálgast útgangsskáluna með minnkandi rúmmáli er hún losuð.

Mynd 6-6: Virkni viftuhjóls. Ýtrykkisol verkar á yfirborð viftuhlíma. Vegna þess að efri viftuhlímavæddin sem er útsett fyrir ýtrykkki er stærri en neðri viftuhlímavæddin, snýr nettókrafturinn rótarinn.

Tómant

Mótspennu er snúningstorg eða snúningstorg. Mótspennu er kraftur sem verkar í fjarlægð frá miðlínu ás. Eining mótspennu er lb.in. (eða Nm).

Formúla fyrir mótspennu

Mótspennu segir okkur staðsetningu kraftsins miðað við miðlínu ás hydraulískra hjóla. Formúlan fyrir mótspennu er:

(lb.in.) = (lbs) × (in.) eða (Nm) = (N) × (m)

Dæmi úr myndinni: Kraftur á 50 lbs (222 N) verkar á snúð sem tengdur er við áttunarmásinn. Fjarlægðin milli miðju áttunarmássins og kraftsins er 10 in. (0,254 m). Þá er snúðkrafturinn á áttunarmásnum 500 in·lbs (56,5 Nm). Ef sama krafturinn á 50 lbs (222 N) verkar á snúðarmáss með lengd 15 in. (0,38 m), er snúðkrafturinn á áttunarmásnum 750 in·lbs (84,6 Nm). Meira fjarlægt frá miðju áttunarmássins sem krafturinn verkar, því meiri er snúðkrafturinn. Athugaðu að snúðkraftur felur ekki í sér neina hreyfingu.

Hleðsla tengd áttunarmásáttunarmásnum framkallar snúðkraft sem lýst er hér að ofan. Fyrir vatnsdæluáttunarmásinn er þetta mótmál — það verður að yfirvinna með vatnsþrýstingi sem verkar á snúðhlutana í áttunarmásnum.

Formúla fyrir snúðkraft vatnsdæluáttunarmáss

Umsferð áttunarmásáttunarmáss

Umsferð áttunarmásáttunarmáss er ákvarðuð af hraða vatnsins sem innreyst er. Formúlan er:

Aflið

Í fyrra kaflum lærðum við að afl sé hraði vinnu, þ.e. hp = ft·lb/tími, eða W = J/tími.

Vélrænt afl

Við vitum einnig að hestafjöldi (hp) eða vatt (W) er eining á afl. Ef hydraulískur sílinder eða hydraulískur motor dregur hlaða með 550 lb (2.442 N) af vélrænni krafti og færir hana 1 ft (0,30 m) á einni sekúndu hefur hann notað 1 hp (746 W) af afl. Ef sama vinnan (550 ft·lb / 746 J) er framkvæmd á hálfri sekúndu tvöfaldast vinnumátturinn og aflinu er 2 hp (1.490 W).

Hydraulískt afl

Vélræn aflflæða sem send er frá sílindri eða rafeindarvél til áhalds jafngildir hydraulísku aflflæðunni sem krefst sílindri eða vél. Fyrir hydraulískt kerfi sem framkvæmir vinnu í hraða 550 ft·lb á sekúndu (746 J) er hydraulísk aflflæða þess 1 hk (746 W). Þótt í vélrænni aflformúlunni séu „ft (m)“ og „lb (N)“ skipt út fyrir hydraulíska hugtökin „psi (bar)“ og „gpm (Lpm)“. Notast er við umbreytingartölu í útreikningum á hydraulískum afli til að tjá samband milli gpm, psi, ft og lb (eða Lpm, bar, m og N).

Útreikningur á aflinu í kerfinu og sílindranum

Til að reikna út afl sílindris eða heils hydraulísks kerfis:

Til að reikna út útgangsafl hydraulískrar vélar:

Sveifluvirkjar

Hingað til höfum við fjallað um hydraulískar vélar með snúðvirkni og hydraulíska sílindra með línulegri virkni. Nú munum við fjalla um annan gerð af virkjunareiningum sem framleiða takmarkaðan snúð. Þessi gerð er kölluð skjálftusílinder eða skjálftuvél. Byggingin er þétt, einföld og árangursrík – hún framleiðir háan snúðkraft og krefst aðeins litils uppsetningarstaðar, með auðveldri uppsetningu.

Skjálftuvirkjunareiningar eru notaðar til tæknivéla til að velja staðsetningu (indexing), böggunaraðgerða, lyftu eða snúninga þungra hluta, snúninga (flipping), staðsetningar, vinnufesta (machining fixtures), sjóferðastýringa, opnunar og lokunar á klappum o.s.frv.

Gerðir skjálftuvirkjunareininga

Það eru margar gerðir skjálftusílindra. Einfaldasta gerðin er skjálftumekanískur hluti sem dreginn er af línulegum hydraulískum sílindri, þar sem endi sílindrahylsunnar er festur með pinni og pistonspánn tengist sveiflu sem dregur áhnúð til að snúa. Þessi skjálftusílinder má stýra með fjögurra leiða stýriklappu, með markstöðustöðvum í hvoru enda ferilsins.

Eins og allar vélar hefur þessi línulega byggður skjálftastýrir hlutur ákveðin grunnstigin, meðal annars að hann er hægt að samsetja úr venjulegum í boði verandi hlutum, sem gefur hönnuðum mikla fjölbreytni og heldur kostnaðinum lágu með auðveldlega fáanlegum viðbótardisjum.

Þessi tegund skjálftastýris hlutar hefur samt óþægilegar eiginleika: pistonspindillinn er ekki vernduður og snertir beint umhverfið, sérstaklega því að krummuhvélartækið er yfirleitt ekki læst, sem veldur öryggisvanda. Auk þess ber oft kraftakerfið miklar hliðarlöd, sem valda ónauðugri brotun, ofmikilli slitage og festingu.

Fyrir þessa ákveðnu tegund skjálftastýris hlutar verður hydraulískur sílindurinn að vera frjáls til að sveigjast, svo hann verður að nota sveigjanlega slöngusambönd, og á meðan sílindurinn fer í gegnum feril sinn er úttakstorgið ekki jafnt.

Lokaður skjálftasílindur

Innifalinnt vafalagshvolfæri er mjög líkt vafalagshvolfærisvélinni hér að ofan sem byggir á línulegu hvolfæri. Innifalinna hvolfærisvélin hefur verndarhylki sem umlykur pistillinn og krummuna. Drifásinn hefur venjulega aukna ássteypu til að koma í veg fyrir alvarlega þversýnilega álag. Þessi gerð getur verið útbúin með solenoid-klappum, markatengjum eða ferðartengjum. Ferðarbreytileiki er venjulega hægt að stilla á milli ca. 85° og 100°.

Vafalagshvolfæri með fjöðuráskrift

Aðrir gerðir eru vafalagshvolfæri með fjöðuráskrift, sem nota hydraulískt hvolfæri með fjöðuráskrift til að skila drifásnum í upprunalega staðsetningu hans. Vafalagshvolfæri með fjöðuráskrift geta gefið af sér snúningstorg upp að 5.000 in.lbs (565 Nm).

Tannhjóls- og tannstangs-vafalagshvolfæri

Algengasta sveifluröret er tannhjóls- og tannstangsgerðin. Þessi gerð getur viðhaldið jöfnum úttakstorgkrafti í báðum áttum um alla heila snúninginn. Í þessari uppsetningu verkar hydraulískt ýtri á pistilinn, sem ýtir á tannstangina tengda pistlinum og dregur þannig tannhjólið til að snúa ásnum. Staðlaðar tannhjóls- og tannstangs-sveiflurör eru í snúningsskrefum á 90°, 180°, 360° eða jafnvel meira. Úttakstorgkraftur tannhjóls- og tannstangs-sveiflurara getur náð 52.000.000 in.lbs (5.876.000 Nm).

Sveifluhjólsvél

Til er einnig sveifluhjólsvél. Þessi gerð getur verið einhjóls eða marghjóls. Einhjóls vél getur snúið 280°; tvöfaldhjóls vél getur snúið 200°. Úttakstorgkraftur tvöfaldhjóls vélar er tvisvar sinnum meiri en einhjóls vélar. Þessi gerð sveifluvélar getur náð úttakstorgkrafti allt að 500.000 in.lbs (Nm).

Skrúfuformleg svæðis-sveifluvél

Það er einnig önnur tegund af skjálfrunarmótum sem framleiðir snúðkraft með því að nota helíkala spíralskerf. Breytingar á lengd og þrepstigi spíralsins leyfa breytilega snúningsskref yfir víðan svið. Þessi tegund skjálfrunarmóts hefur einn helíkala spíralsás með innri spíralskápu á ásinum — snúningur skápunnar er takmarkaður með leiðarlöndum. Þegar spíralskápan færist inni í síldinni, dregur hún ásinn til að snúa. Staðlað snúningsskref er 90°, 180°, 270° og 360°, með úttakssnúðkraft upp að 1.000.000 in.lbs (13.000 Nm).

Skjálfrunarmót með keðju og tannhjóli

Skjálfrunarmót með keðju og tannhjóli nota pistla, keðjur og tannhjóla til að dreifa ásnum. Þessi virkjalýsing hefur venjulega einn stóran pistil (sem ákveður líkamlega áhrif) til að draga keðjuna og litinn pistil til að koma í veg fyrir lekk á olíu í afturkomuslóð keðjunnar. Úttakssnúðkraftur getur náð um það bil 23.000 in.lbs (2.599 Nm), og snúningur á dreifingarásum getur náð fimm heilum snúningum eða 1.800°.

Til að velja viðeigandi skammsveiflubylkja fyrir ákveðið notkunarsvæði þarf að taka tillit til margra þátta, svo sem snúningstakmáls, hraða og virkjunaraðferðar. Við munum lýsa vali á raunverulegum skammsveifluhreyfjum í öðru kafla og fjalla frekar um hvernig á að ákvarða hvort á að nota ein- eða tvívirka hreyfju, hvort lokaður stýringarhringur sé nauðsynlegur, hvort dæmibundun sé nauðsynleg o.s.frv. Virkjunarfrequenz eða tíðni á sveiflum (cyklum) verður líka rýnt.

Samantekt á hreyfjuhraða

Línulegi hraði hydraulískrar bylgjuþrýstistöngvar er háður hraða sem pumpa innreysir vægi í pistilsrými bylgjuþrýstistöngvar (gpm (L/min)). Snúningshraði hydraulískrar hreyfju er háður flæðisrásum (gpm (L/min)) sem innreysa í hydraulíska hreyfjuna.

Samantekt á úttakstöku hreyfju

Úttakskraftur sílinders er gefinn upp í psi (bar) — úttakskraftur á snúðás rafmagnsdrifins er ákvarðaður af þrýstingi sem verkar á opna flatarmál snúðhlutanna í rafmagnsdrifinu. Megináhrif sem virkjalinn framleiðir eru fall af hraða virkjalsins margfaldað með úttakskrafti virkjalsins.

Fyrir sílindra er úttakskrafturinn gefinn upp í psi og hraði pistonsperra í gpm. Fastinn 0,000583 lýsir tengslum milli psi, gpm og afls. Fyrir rafmagnsdrif er úttakskrafturinn gefinn upp í snúðkrafti og rekstrarhraði rafmagnsdrifsins í rpm. Fastinn 63.025 lýsir tengslum milli rpm, snúðkrafts og afls.