33-99 č. Mufu E cesta, okres Gulou, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
33-99 č. Mufu E cesta, okres Gulou, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
Uzáverový ventil sa skladá predovšetkým z kľúbového telesa s vstupným a výstupným prípojom a pohyblivej časti namontovanej na pružinu. Pohyblivá časť môže byť kotouč, doska alebo zátkový uzáver – v hydraulických systémoch je to najčastejšie guľa alebo zátkový uzáver.
Kvapalina môže cez uzáverový ventil prechádzať iba v jednom smere – vo smeru voľného prietoku. Keď tlak v systéme na vstupnom prípoji stúpne dostatočne vysoko na to, aby prekonal silu pružiny pôsobiacej na zátkový uzáver, zátkový uzáver sa zdvihne zo sedla a kvapalina preteká cez ventil. Toto je smer voľného prietoku. Ak sa kvapalina pokúša pretekať späť z výstupného prípoja, zátkový uzáver sa pritlačí na sedlo, uzavrie priechod a zabráni obrátenému prietoku.
Obrázok 8-1 Uzáverový ventil. Zátkový uzáver namontovaný na pružine sa pri obrátenom prietoku usadí na sedlo a úplne zablokuje obrátený prietok. Uzáverový ventil je hydraulickým ekvivalentom jednosmerného premávky.
Uzatvárací ventil má funkcie smerového aj tlakového riadenia – umožňuje prietok iba v jednom smere. V hydraulických systémoch sa uzatvárací ventily často používajú ako obvodové ventily, ktoré umožňujú prietok obísť daný komponent. Napríklad uzatvárací ventil zapojený paralelne s regulátorom prietoku umožňuje reverzný prietok obísť regulátor prietoku.
Uzatvárací ventily môžu tiež izolovať vetvu alebo komponent systému. Napríklad pri akumulátore: uzatvárací ventil zabraňuje vybíjaniu akumulátora spätným tokom cez prepúšťací ventil alebo hydraulické čerpadlo.
BEZPEČNOSŤ: Ak sa v obvodoch s akumulátorom používajú uzatvárací ventily, musí mať obvod mechanizmus na automatické vybavenie akumulátora po vypnutí stroja.
Uzáverka je všeobecne zariadenie s nízkym únikom; v skutočnosti môže byť navrhnutá tak, aby bola úplne nepriepustná. Uzáverka dokáže udržať zaťaženie takmer neobmedzene dlho. Pamätajte však, že uzáverka je jednosmerný ventil – na uvoľnenie zaťaženia je potrebné pohyblivú časť vynútiť zo sedla. Na tento účel sa vyžaduje špeciálny typ uzáverky, ktorý sa nazýva pilotovo ovládaná uzáverka.
Obrázok 8-2: Tri bežné použitia uzáveriek v hydraulických obvodoch: obchádzka okolo regulátora prietoku, izolácia akumulátora a pružinový tlakový práh.
Väčšina hydraulických komponentov so zásuvným (šmykacím) typom riadenia má určitý vnútorný obchádzkový prietok – to neznamená zlé kvality, pretože väčšina tohto obchádzkového prietoku je v skutočnosti navrhnutá tak, aby mazala komponent. Ak však systém vyžaduje, aby valec udržiaval zavesené zaťaženie bez posúvania (prepadávania), stáva sa únik problémom. V tomto prípade je potrebné použiť uzáverku s tesniacou schopnosťou.
Uzatvárací ventil so základným ovládaním umožňuje voľný prietok v jednom smere; keď pilotný tlak vytlačí pohyblivú časť zo sedla, je možný aj reverzný prietok.
Rovnako ako bežný uzatvárací ventil má uzatvárací ventil so základným ovládaním teleso s prívodným a vývodným portom a pružinou vyvážený klapový uzáver (pohyblivá časť) proti sedlu. Navyše je klapový uzáver priamo oproti sedlu vybavený tlačnou tyčou a pilotným piestom vyváženým mäkkou pružinou. Pilotný tlak z pilotného portu pôsobí na piest. Priestor pružiny pri pieste má odvodný port.
Uzatvárací ventil so základným ovládaním umožňuje voľný prietok z prívodu do vývodu rovnakým spôsobom ako bežný uzatvárací ventil. Prietok, ktorý sa snaží vstúpiť zo vývodu, núti klapový uzáver sednúť na sedlo a tak uzavrie prechod. Keď na pilotný piest pôsobí dostatočný pilotný tlak, piest sa posunie a stlačí klapový uzáver, čím ho zdvihne zo sedla. Pokiaľ je sila pôsobiaca na pilotný piest dostatočne veľká, môže prietok prechádzať zo vývodu do prívodu.
Obrázok 8-3: Uzavírací ventil s pilotným ovládaním. Bez pilotného tlaku funguje ako bežný uzavírací ventil (voľný prietok iba v jednom smere). Pri aplikovanom pilotnom tlaku je povolený aj reverzný prietok – čo umožňuje uvoľnenie zaťaženia.
Použitie jedného pilotne ovládaného uzavíracieho ventilu na uzavretie prúdu z B-portu valca udržiava zaťaženie v zavesenom stave, pokiaľ sú tesniace prvky valca funkčné a nedochádza k úniku v potrubí, valci alebo uzavíracom ventile. Na zníženie zaťaženia stačí priviesť pilotný tlak z linky A do ovládacieho piestika.
Pilotný tlak pre pilotne ovládaný uzavírací ventil sa berie z pracovnej linky hydraulického valca – pokiaľ je tlak v linke A dostatočne vysoký, uzavírací ventil zostáva otvorený. Pri zdvíhaní zaťaženia olej ľahko prechádza cez uzavírací ventil, pretože ide o smer voľného prietoku.
V niektorých prípadoch je potrebné zabezpečiť, aby sa zaťaženie pripojené k piestovému tyči valca nepohybovalo. Na dosiahnutie tohto účelu možno nainštalovať v každej pracovnej vedení valca riadený skontrolný ventil – tieto riadené skontrolné ventily uzatvárajú tok kvapaliny opúšťajúcej valec. Pokiaľ zostanú tesnenia valca účinné a nedochádza k žiadnej netesnosti, zaťaženie možno udržať v pevnej polohe.
Na absolútne zablokovanie zaťaženia je potrebné použiť špeciálny uzatvárací valec s mechanickým zámkom. Mechanické uzamknutie je najbezpečnejšou metódou udržiavania zaťaženia.
Akumulátor ukladá hydraulický tlak. Tento hydraulický tlak predstavuje potenciálnu energiu, ktorú je možné premeniť na pracovnú energiu (tok a tlak).
Akumulátory sa delia na gravitačne zaťažené, pružinovo zaťažené a typy s kvapalinou/plynmi. Odlišujú sa spôsobom, akým akumulátor udržiava pracovnú silu pôsobiacu na uloženú hydraulickú kvapalinu.
Akumulátor s gravitačným zaťažením využíva hmotnosť ťažkého predmetu pôsobiaceho na piest alebo zátku na udržanie pracovnej sily na uloženej olejovej kvapaline. Hmotnosť sa môže vyrobiť z akéhokoľvek ťažkého materiálu – železa, betónu alebo dokonca vody. Akumulátory s gravitačným zaťažením sú zvyčajne veľmi veľké, niekedy dokážu pojmúť stovky galónov. Zároveň obsluhujú viaceré hydraulické systémy a používajú sa v valcových strojoch a centrálnych hydraulických systémoch.
Žiaducou vlastnosťou akumulátora s gravitačným zaťažením je, že ukladá olej pri relatívne konštantnom tlaku – či je nádoba plná alebo takmer prázdna, uložený tlak sa v podstate nemení. Je to preto, lebo sila pôsobiaca na olej je gravitačná (hmotnosť), ktorá je konštantná – bez ohľadu na to, koľko oleja sa v akumulátore nachádza, pôsobiaca sila je rovnaká.
Nežiadúcou vlastnosťou akumulátorov s gravitačným zaťažením je vznik rázovej záťaže. Keď sa akumulátor s gravitačným zaťažením pri rýchlom výtokovom prúde náhle zastaví, zotrvačnosť ťažkého závažia spôsobuje v systéme výrazné tlakové špičky. To môže spôsobiť úniky v potrubí a spojoch a môže viesť k únavovému poškodeniu kovov, čo má za následok predčasné zlyhanie komponentov.
Obrázok 8-6 Akumulátor s gravitačným zaťažením. Konštantná hmotnosť závažia zabezpečuje konštantný tlak bez ohľadu na objem oleja. Používa sa v veľkých priemyselných systémoch, napríklad v hydraulických systémoch oceľárenskej výroby.
Akumulátor s pružinovým nábehom využíva pružinu pôsobiacu na piest na udržanie sily na uloženom oleji. Akumulátory s pružinovým nábehom sú zvyčajne menšie ako gravitačné typy a majú kapacitu niekoľko galónov. Zvyčajne slúžia jednému hydraulickému systému a bežne pracujú pri nízkom tlaku. Keď do akumulátora s pružinovým nábehom vstúpi tlakový olej, tlak uloženého oleja je určený mierou stlačenia pružiny. Keď sa piest posunie nahor a stlačí pružinu o 10 palcov (25,4 cm), uložený tlak je vyšší ako v prípade, keď je pružina stlačená o 4 palce (10,2 cm).
Aby sa zabránilo hromadeniu unikajúcej olejovej kvapaliny v priestore pružinového zásobníka, má tento priestor odvodný otvor, cez ktorý unikajúca kvapalina odteká. Pružinové akumulátory by nemali mať vonkajší odvod do nádrže, pretože by to spôsobilo penenie oleja. Bez ohľadu na to, či je koniec odvodného potrubia nad alebo pod úrovňou kvapaliny v nádrži, akumulátor pri prevádzke vždy spôsobuje penenie – keď akumulátor rýchlo vypúšťa kvapalinu, olej nad piestom nestíha pohyb piesta, čím vzniká čiastočné vákuum v priestore pružinového zásobníka a vzduch sa z oleja oddelí. Pri opätovnom nabití akumulátora sa piest pohybuje smerom nahor a tlačí olej obsahujúci vzduchové bubliny späť do nádrže. Vzduchové bubliny v nádrži sú nežiadúce, preto pružinové akumulátory zvyčajne nemajú vonkajší odvod.
Pri pružinových akumulátoroch s vonkajším odvodom z priestoru pružinového zásobníka je okamžite potrebné zasiahnuť v prípade opotrebovania tesnenia piesta. Ak sa neprevedie včasná oprava, môže byť potrebná komplexná údržba.
Obrázok 8-7: Akumulátor so závitovou pružinou. Sila pružiny – a teda aj uložený tlak – sa zvyšuje, keď sa piest pohybuje smerom hore. Používa sa v malých systémoch s nízkym tlakom.
Kapalinový/plynový akumulátor je najčastejšie používaným typom v priemyselných hydraulických systémoch. Na udržiavanie pracovnej sily na uloženej olejovej kvapaline využíva stlačený plyn.
BEZPEČNOSŤ: V priemyselných systémoch s kapalinovými/plynovými akumulátormi vždy používajte suchý dusík. Nikdy nepoužívajte stlačený vzduch, pretože zmes plyn/olejová para je výbušná.
Kapalinové/plynové akumulátory sa delia na typ s piestom, typ s membránou a typ s gumenou blanou podľa zariadenia, ktoré oddeluje plyn od oleja.
Akumulátor pístového typu pozostáva z valca a pohyblivého piesta s pružnými tesniacimi krúžkami. Horný priestor piesta je naplnený stlačeným plynom. Keď sa do valca privádza olej, plyn sa stláča. Pri vypúšťaní oleja z akumulátora klesá tlak plynu. Keď sa vypustí celý olej, piest dosiahne koniec svojho zdvihu a uzavrie výstupný otvor, čím udrží plyn vo vnútri akumulátora.
Akumulátor membránového typu je guľa vytvorená spojením dvoch kovových pologuľ skrutkami. Vnútorný priestor je rozdelený syntetickou gumovou membránou – horná komora je naplnená plynom. Keď do druhej komory vstupuje tlakový olej, plyn sa stláča. Po úplnom vypustení celého oleja sa membrána uzavrie výstupný otvor a udrží plyn v akumulátore; membrána sa nepresunie za svoju hrúbku.
Akumulátor typu „mäšik“ sa skladá z kovovej skrinky a vnútorného syntetického gumového mäšika. Mäšik je naplnený plynmi. Keď do skrinky vstúpi olej, plyn v mäšiku sa stlačí a olej vytiekne zo skrinky. Keď sa celý olej vyprázdni, tlak plynu sa snaží vytlačiť mäšik cez výstupné otvor – avšak keď sa mäšik dotkne sedlovej uzávery na výstupe, olej vo vnútri skrinky sa automaticky uzavrie.
Obrázok 8-8: Tri typy akumulátorov pre kvapaliny/plyny. Všetky používajú stlačený dusík na ukladanie hydraulického energie. Typ s piestom (hore), typ s membránou (v strede) a typ s mäšikom (dole) sa líšia spôsobom oddelenia plynu a oleja.
Akumulátory môžu v hydraulických systémoch plniť niekoľko funkcií: dodávať prietok, udržiavať tlak a tlmiť rázové zaťaženia.
Jedným z použití akumulátora je dodávka prietoku. Nabitý akumulátor predstavuje zdroj hydraulického potenciálneho energie. Keď systém vyžaduje väčší prietok, než môže poskytnúť čerpadlo, môže sa využiť energia uložená v akumulátore na generovanie prietoku v systéme. Napríklad ak je stroj navrhnutý tak, že skutočný pracovný čas počas jeho prevádzkového cyklu je veľmi krátky, malé čerpadlo s malým výkonom môže po určitý čas nabíjať akumulátor. Keď stroj začne pracovať, smerový ventil sa prepne do pracovnej polohy a akumulátor okamžite dodáva tlakový olej do aktuátora podľa potreby. Tento spôsob využitia akumulátora spolu s malým čerpadlom umožňuje ukladať špičkový výkon – inými slovami, nahrádza veľký prietok/výkon veľkého čerpadla/motora v krátkom čase menším čerpadlom/motorom so stredným výkonom v dlhšom časovom období.
Akumulátory sa môžu používať na udržiavanie tlaku. Keď čerpadlo/motor dodáva prietok do iných častí systému, akumulátor môže udržiavať tlak v jednej vetve obvodu.
Keď systém vyžaduje návrat upínacieho valca A, upínací valec B musí udržiavať tlak. Keď sa smerový ventil A prepne, tlak v hydraulickom čerpadle a v prívodných vedeniach valca A klesne rýchlo, zatiaľ čo tlak v valci B udržiava akumulátor, ktorý už uložil dostatok tlakového oleja na kompenzáciu úniku v prívodných vedeniach valca B.
V inej aplikácii pracovný valec umiestnený v blízkosti peci vystavuje olej vysokým okolitým teplotám, čo spôsobuje jeho tepelné rozťaženie. Akumulátor absorbuje zvýšený objem a udržiava tlak na relatívne konštantnej úrovni. Bez akumulátora by nárast tlaku v potrubí bol nekontrolovateľný a mohol by spôsobiť prasknutie skrinky komponentu, potrubia alebo spojky.
Obrázok 8-10 Akumulátor na udržiavanie tlaku. (Hore) Udržiava tlak v jednej vetve obvodu, kým čerpadlo zásobuje inú vetvu. (Dole) Absorbuje zmeny objemu spôsobené tepelným rozťažením oleja v blízkosti zdrojov tepla.
Akumulátory kvapalín/plynov sa môžu použiť aj na pohlcovanie rázov v systéme. Rázy v hydraulickom systéme môžu vzniknúť v dôsledku zotrvačnosti zaťaženia pripojeného k valciu alebo motora alebo náhleho prerušenia toku alebo rýchleho prepínania smerového ventilu, čo spôsobuje ráz v dôsledku zotrvačnosti kvapaliny. Akumulátor v obvode môže pohltiť časť tohto rázu a zabrániť jeho šíreniu po celom systéme.
Hydraulické rázy môžu vzniknúť aj vonkajšími mechanickými silami. Zaťaženie pripojené k hydraulickému valcu s tendenciou k odrazu tlačí piest späť a spôsobuje tak hydraulický ráz. Akumulátor umiestnený v prívodnom potrubí valca, ak je správne nabitý, pomáha znížiť účinok rázu. Ak je nabitý nesprávne, môže tiež spôsobiť prebytok tlaku.
Keď akumulátory kvapaliny/plynu využívajú stlačený plyn na ukladanie tlaku oleja, vlastnosti plynu ovplyvňujú výkon akumulátora. Pri nabití akumulátora kvapaliny/plynu sa plyn stlačí a jeho teplota stúpne. Pri konštantnom tlaku zaujíma horúci plyn viac priestoru ako chladnejší plyn.
Izotermický proces opisuje prevádzkový stav akumulátora, keď je teplota plynu udržiavaná konštantná. Počas nabitia znamená izotermická prevádzka, že sa plyn stlačuje dostatočne pomaly, aby sa celé teplo vzniknuté stlačením úplne odvodilo. Adiabatický proces opisuje prevádzkový stav akumulátora, keď sa mení teplota plynu. Počas nabitia znamená adiabatický režim, že sa plyn stlačuje tak rýchlo, že sa všetko teplo zachová.
Pre akumulátor kvapaliny/plynu nabitý na rovnaký tlak izotermický proces uloží viac oleja ako adiabatický proces.
Číselný príklad: Piestový akumulátor má na začiatku tlak plynu 500 psi (34,48 baru) a teplotu 70 °F (21 °C). Ak sa nabíja adiabatickým procesom (rýchlo) na tlak 1 000 psi (68,97 baru), teplota a tlak stúpajú súčasne. Pri tlaku 1 000 psi (68,97 baru) sa vstrekovanie oleja zastaví; teplota je 150 °F (65,6 °C) a akumulátor uchováva 135 in³ (2 215,65 cm³) oleja. Ak sa nabíja izotermicky (pomalé), teplota po celý čas zostáva 70 °F (21 °C); pri tlaku 1 000 psi (68,97 baru) sa vstrekovanie oleja zastaví a akumulátor uchováva 150 in³ (2 458,5 cm³) oleja.
Obrázok 8-12: Izotermické vs. adiabatické nabíjanie. Pomalé (izotermické) nabíjanie uchováva viac oleja ako rýchle (adiabatické) nabíjanie pri rovnakom konečnom tlaku, pretože teplota zostáva nižšia a plyn zaberá menej priestoru.
Počas vypúšťania oleja sa plyn rozpína a ochladzuje. Pri konštantnom tlaku chladnejší plyn zaberá menej miesta ako teplejší plyn. V praxi je prevádzka akumulátora zvyčajne adiabatická – nie izotermická. V nasledujúcich častiach je hlavným záujmom nie to, koľko oleja akumulátor dokáže uložiť, ale skôr koľko oleja vydá pred tým, než klesne tlak na nižšiu úroveň, čo je výrazne ovplyvnené tlakom prednabíjania.
Keď je akumulátor úplne prázdny od oleja, tlak plynu nafúknutého do akumulátora s kvapalinou a plynom je tlak prednabíjania. Tento tlak významne ovplyvňuje efektívny objem a schopnosť akumulátora tlmiť rázy.
Hydraidické/pneumatické akumulátory používané na vytváranie prietoku v systéme alebo udržiavanie tlaku zvyčajne pracujú v rozsahu medzi maximálnym a minimálnym prevádzkovým tlakom. Keď je akumulátor úplne naplnený olejom, dosiahne maximálny prevádzkový tlak. Ak je to potrebné, prevádzkový tlak klesne a akumulátor vydáva olej až do nižšieho minimálneho tlaku. Objem oleja, ktorý akumulátor vydáva medzi maximálnym a minimálnym prevádzkovým tlakom, sa nazýva efektívny objem.
Prednabíjací tlak ovplyvňuje efektívny objem. Príklad: hydraidický/pneumatický akumulátor s objemom 231 in³ (3 786 cm³) v systéme využíva malé čerpadlo na naplnenie oleja do systémového tlaku 2 000 psi (137,9 baru). Na zabezpečenie prietoku sa tlak nechá klesnúť na 1 500 psi (103,4 baru). Zvolený prednabíjací tlak určuje množstvo oleja, ktorý akumulátor poskytne systému.
Z výkonnej tabuľky vyplýva, že akumulátor s objemom 231 in³ (3 786 cm³) s prednabíjacím tlakom 100 psi (6,89 bar) môže pri izotermickej náplni na 1 000 psi (horný limit = izotermické hodnoty) uložiť 210 in³ (3 441,9 cm³) oleja. Pri tlaku 1 500 psi (103,4 bar) uloží 202 in³ (3 310,8 cm³), čím poskytne 8 in³ (131 cm³) oleja medzi týmito dvoma tlakmi. Akumulátor s nízkym prednabíjacím tlakom uloží veľa oleja, ale poskytne veľmi málo.
Zvýšením prednabíacieho tlaku na 1 000 psi (68,96 bar) akumulátor uloží 93 in³ (1 524,3 cm³) pri tlaku 2 000 psi (137,9 bar) a 59,5 in³ (975 cm³) pri tlaku 1 500 psi (103,4 bar), čím poskytne 33,5 in³ (594,1 cm³). Vyšší prednabíací tlak umožňuje uložiť menej oleja, ale poskytuje výrazne viac. Pri prednabíacom tlaku 1 400 psi (96,6 bar) je uložené množstvo oleja minimálne, avšak poskytnuté množstvo oleja je maximálne.
Obrázok 8-13: Výkonná tabuľka akumulátora (kapacita 231 in³). Vyšší prednabíací tlak poskytuje viac oleja za jeden cyklus v danom rozsahu tlakov, avšak celkové uložené množstvo oleja je nižšie. Prednabíací tlak sa vyberá podľa požadovanej účinnej objemovej kapacity, nie podľa celkovej kapacity.
Efektívny výstupný objem akumulátora by mal byť ovládaný prietokom. Pri udržiavaní tlaku je regulovaný prietok určený únikom, ktorý je potrebné kompenzovať. Pri akumulátoroch používaných na dodávku tlakového oleja je pri prepnutí smerového ventilu v dolnom toku efektívny výstupný objem príliš rýchly. Z tohto dôvodu tieto akumulátory často majú na svojich vstupných/výstupných prípojkach regulačné ventily prietoku a obvodové skontrolné ventily.
Ak sa kvapalinový/plynový akumulátor používa ako tlmič nárazov, jeho prednabíjanie sa zvyčajne nastavuje mierne vyššie ako maximálny prevádzkový tlak v obvode (nastavený približne o 100 psi / 6,896 bar vyššie ako maximálny tlak nastavený uzáverovým ventilom). Ak je maximálny prevádzkový tlak nastavený uzáverovým ventilom, prednabíjanie sa môže nastaviť približne o 100 psi vyššie ako nastavenie uzáverového ventilu.
Prednabíjací tlak akumulátora kvapaliny/plynu ovplyvňuje jeho schopnosť tlmiť rázové zaťaženie. V hydraulickom systéme vzniká rázové zaťaženie vonkajšími mechanickými silami pôsobiacimi na valec alebo motor, čo spôsobuje rýchly nárast tlaku, alebo zotrvačnosťou kvapaliny pri náhlom uzatvorení hydraulického ventilu.
Akumulátor dokáže absorbovať časť oleja podrázového tlaku, ktorý je schopný stlačiť a preniesť. Potrubie vybavené akumulátorom sa stáva stlačiteľným nad určitým tlakom. Ak je prednabíjací tlak príliš nízky, akumulátor už pred príchodom rázu obsahuje určité množstvo oleja, a preto môže absorbovať len 4 in³ (65,6 cm³). Ak je prednabíjací tlak 2 500 psi (172,4 bar) – príliš vysoký – tlak stúpne takmer na 2 800 psi (193 bar), kým sa absorbuje 4 in³. Pre tlmiče rázového zaťaženia je prednabíjací tlak mimoriadne dôležitý.
Akumulátor kvapaliny/plynu sa raz nafukuje plynmi na príslušný prednafukovací tlak. To znamená, že rovnaký prednafukovací tlak sa nemôže udržiavať neobmedzene dlho. Počas prevádzky akumulátora dochádza k úniku stlačeného plynu cez plynový ventil — možno v dôsledku poruchy plynového ventilu alebo nedostatočného tesnenia, alebo problému s kužeľovým jadrom ventilu, ktoré nesedí správne do sedla ventilu. Tlak plynu sa tiež postupne zníži počas vypúšťania oleja u akumulátorov s blanou a membránou — tento jav sa zvyčajne prejaví katastrofálne, čo spôsobí prasknutie syntetickej gumovej membránovej látky. U piestových akumulátorov môže počas vypúšťacieho procesu nafúknutý plyn uniknúť cez opotrebované tesnenia z oblasti piesta. Postupná strata prednafukovacieho tlaku môže naznačovať piestový akumulátor s určitým stupňom opotrebenia.
Správny predtlak je kritický pre výkon akumulátora kvapaliny/plynu, preto by sa mal pravidelne skontrolovať. Na kontrolu predtlaku je potrebné nabíjací zariadenie s manometrom. Zariadenie sa skladá hlavne z nabíjacej hlavice, ventilu na odvzdušnenie a manometra.
Postup pri kontrole: vyprázdnite akumulátor úplne z oleja, odstráňte ochrannú krytku (zvyčajne sa nachádza na plynovom ventile v hornej časti). Keď je rukoväť hlavice úplne vytiahnutá, skontrolujte, či je ventil na odvzdušnenie uzavretý. Pripojte nabíjaciu hlavicu k plynovému ventilu akumulátora, dotiahnite krídlovú maticu hlavice a uistite sa, že je spojenie s plynovým ventilom spoľahlivé. Zaskrutkujte skrutku hlavice tak, aby úplne stlačila jadro plynového ventilu akumulátora; prečítajte si tlak na manometri – to je predtlak akumulátora.
Ak je prednabíjanie správne, otočte rukoväť závesu von, aby ste uzavreli plynový ventil akumulátora, otvorte ventilačný ventil na odstránenie tlaku z nabíjacieho zariadenia, uvoľnite krídlatú maticu závesu, odstráňte zariadenie z akumulátora a znovu nainštalujte ochranný kryt plynového ventilu.
Ak je prednabíjanie príliš vysoké, otvorte ventil na odber tlaku, aby ste uvoľnili nadbytočný tlak. Ak je potrebné prednabíjanie zvýšiť, najskôr stiahnite rukoväť čapky, aby ste uzavreli plynový ventil akumulátora, otvorte ventil na odber tlaku, aby ste vyrovnali tlak nabíjacieho zariadenia, potom uzavrite ventil na odber tlaku, pripojte nabíjacie zariadenie k valcu s dusíkom. Otočte rukoväť čapky dovnútra, aby ste úplne stlačili jadro plynového ventilu akumulátora, otvorte ventil valca s dusíkom, aby sa plyn pomaly dostal do akumulátora. Keď manometer ukazuje požadovaný tlak, uzavrite plynový ventil. Keď manometer ukazuje správny prednabíjací tlak, uzavrite ventil valca s dusíkom, stiahnite rukoväť čapky, aby ste uzavreli plynový ventil akumulátora, otvorte ventil na odber tlaku a potom odpojte flexibilnú nabíjaciu hadicu a nabíjacie zariadenie.
Obrázok 8-15: Kontrola a nastavenie prednabíjania akumulátora. (Hore) Opotrebované tesniace kružky piesta spôsobujú postupnú stratу prednabíjania. (Dole) Štandardný nabíjací komplet pre dusík – vždy používajte suchý dusík, nikdy stlačený vzduch.
V typickom hydraulickom obvode s akumulátorom, keď je akumulátor úplne nabitý a žiadna časť systému nefunguje, prietok čerpadla/motora by mal byť vybitý do nádrže za čo najnižšieho tlaku. V zobrazenom obvode sa na vybitie používa vyhadzovací ventil. Keď sa akumulátor nabije na nastavenú hodnotu vyhadzovacieho ventilu, ventil sa otvorí a presmeruje prietok čerpadla do nádrže.
Tento typ vybitia zvyčajne trvá len niekoľko sekúnd, pretože vždy existuje určitá úniková strata za skratovým ventilom. Akumulátor musí túto únikovú stratu kompenzovať – tlak postupne klesá – vyhadzovací ventil sa postupne zatvára a otvor do nádrže sa stáva stále menší a menší, kým tlak v akumulátore neklesne pod otvárací tlak ventilu. Keď sa ventil zatvára, čerpadlo/motor musí vyvinúť väčší výkon, aby znovu nabilo akumulátor na nastavenú hodnotu vyhadzovacieho ventilu.
Aby sa zabezpečilo úplné vybavenie čerpadla/motora pred opätovným naplnením akumulátora, možno použiť tlakový spínač. V obvode tlakový spínač sníma tlak v akumulátore a v nastavenej tlakovej hodnote vysiela elektrický prepínací signál. Elektrický signál je poslaný do dvojsmerného elektromagnetického ventilu s normálne uzavretou polohou – tento elektromagnetický ventil môže ovládať pilotom ovládaný uzáverový ventil na vybavenie. Keď sa akumulátor naplní na tlak nastavený tlakovým spínačom, relé pošle signál elektromagnetickému ventilu, aby vybavil uzáverový ventil a presmeroval prietok čerpadla/motora cez uzáverový ventil do nádrže.
Obrázok 8-16: Obvody vybavenia akumulátora. (Horná časť) Jednoduchý vypúšťací ventil – vybavuje do nádrže, keď akumulátor dosiahne nastavený tlak, avšak má tendenciu cyklovať. (Dolná časť) Tlakový spínač s pilotom ovládaným uzáverovým ventilom – zabezpečuje úplné vybavenie a presnú reguláciu tlakovej pásmovej šírky.
Po nabití akumulátora môže diferenčný tlakový vybíjací ventil nahradiť tlakový spínač a elektromagnetický ventil na uvoľnenie pojistného ventilu a vybíjanie čerpadla/motora. Diferenčný tlakový vybíjací ventil je hydraulický ventil špeciálne navrhnutý pre aplikácie s akumulátorom. Ako vyplýva z jeho názvu, tento ventil využíva tlakový rozdiel na vybíjanie čerpadla/motora.
Diferenčný tlakový vybíjací ventil sa skladá z pilotne ovládaného pojistného ventilu, uzáverového ventilu a diferenčného piesta v jednom kryte ventilu. Kryt ventilu má tri prípojky: tlakovú prípojku, návratovú prípojku a prípojku akumulátora.
Vo vnútri rozdielového tlakového vybavovacieho ventilu fungujú skontrolný ventil a pilotom ovládaný prepínací ventil normálne. Olej z výstupu čerpadla môže napĺňať akumulátor cez skontrolný ventil. Rozdielový piest je umiestnený oproti pilotovej prepínacej ventilovej zátky a môže sa vo svojom valci voľne pohybovať. Obe koncové plochy piesta sú vystavené rovnakým tlakovým plochám. Keď sa akumulátor napĺňa, tlak na oboch stranách piesta je takmer rovnaký (s výnimkou tlakového úbytku cez skontrolný ventil), preto sa piest nepohybuje. Keď je tlak na pilotovej ventilovej zátky dostatočne veľký, pilotová zátka sa posunie zo svojho sedla – ako je známe, tento pilotový pohyb môže obmedziť tlak v dutine hlavného ventilového pružinového priestoru. Keďže dutina hlavného ventilového pružinového priestoru aj jedna koncová plocha rozdielového piesta sú tlakovým obmedzením, piest sa pohybuje smerom k pilotovej ventilovej zátke a úplne ju vytlačí zo sedla, čím efektívne uvoľní riadiaci tlak v dutine hlavného ventilového pružinového priestoru, vybaví prepínací ventil a vybaví čerpadlo/motor. Súčasne sa skontrolný ventil uzavrie, aby olej z akumulátora nemohol uniknúť cez prepínací ventil.
Plocha rozdielového piestu vystavená tlaku je o 15 % väčšia ako plocha jazdca pilotného ventilu. Keďže sila = tlak × plocha, sila udržujúca jazdca pilotného ventilu od jeho sedla je o 15 % väčšia ako sila zdvíhajúca jazdca pilotného ventilu. To znamená, že pružina musí získať silu väčšiu než o 15 % z iného zdroja, aby sa jazdec pilotného ventilu znovu dotkol svojho sedla – alebo tlak v systéme sa musí znížiť o 15 %, kým sa jazdec pilotného ventilu znovu nedotkne svojho sedla.
Toto zabezpečuje, že uzáver s rozdielovým tlakom udržiava čerpadlo/motor v nenatiaženom stave po nabití akumulátora až do zníženia tlaku o pevné percento – zvyčajne približne o 15 % nastavenia pilotného ventilu. Napríklad pri nastavení pilotného ventilu na 1 000 psi (69 bar) sa uzáver aktivuje v rozsahu tlakov od 1 000 psi (69 bar) do 850 psi (59 bar); pri nastavení pilotného ventilu na 2 000 psi (138 bar) je rozsah uzáveru od 2 000 psi (138 bar) do 1 700 psi (117 bar).
V každej aplikácii sa hydraulická pracovná energia musí premeniť na mechanickú energiu, aby mohla vykonávať užitočnú prácu. Hydraulické valce premieňajú hydraulickú energiu na lineárny mechanický pohyb.
Hydraulický valec pozostáva z valcového telesa, pohyblivého piesta s flexibilnými tesniacimi krúžkami spojenými s piestovou tyčou a dvoch koncových krytov. Koncové kryty sa môžu pripájať závitom, prírubou, ťahaním cez okraj alebo zváraním k valcovému telesu. Priemyselné hydraulické valce zvyčajne používajú skrutkové spojenia na strane piestovej tyče. Keď sa piestová tyč pohybuje, používa sa označenie „sadzba tesnení piestovej tyče“ alebo „odoberateľný vodidlý krúžok“, ktorý vodi a podopiera piestovú tyč.
Koniec s piestovou tyčou sa nazýva „strana tyče“; druhý koniec bez tyče sa nazýva „slepý koniec“. Vstupné a výstupné prípojky sa nachádzajú na krytoch strany tyče a slepého konca.
Pre správnu prevádzku musia mať piest a tesniaci kruh piestneho zväzku hydraulického valca spoľahlivé tesnenia. Bežné tesnenia používané v piestoch hydraulických valcov sú tesniace krúžky s ústami, piestné krúžky z liatiny alebo jednotky jednosmerných alebo obojsmerných tesnení. Materiály a komponenty tesnení je potrebné overiť, či sú kompatibilné s pracovnou kvapalinou a prevádzkovými podmienkami.
Viackomponentné tesnenie piestneho zväzku je účinný typ tesnenia piestneho zväzku, ktoré sa skladá z hlavného tesnenia s vnútorným tesniacim povrchom tvaru úst, utierky, ktorá počas prevádzky neustále kontaktuje povrch piestneho zväzku a odstraňuje pracovný olej z jeho povrchu. Druhotné prachové tesnenie zachytáva zvyšný olej, ktorý zostal po hlavnom tesnení, a pri stiahnutí piestneho zväzku odstraňuje akékoľvek cudzie látky, ktoré sa prilepili na povrch piestneho zväzku.
Ako je uvedené vyššie, olej sa môže hromadiť v dutine medzi hlavným tesnením a ochranným tesnením proti prachu a počas zdvihového zdvihu sa môže vrátiť späť do valcového vývrtu – to je normálne. Ak je však zdvih valca obzvlášť dlhý (10 ft / 3,05 m alebo viac), množstvo oleja nahromadeného v tesniacej dutine môže prekročiť kapacitu tesnenia pohyblivého závodu. V takom prípade a v prípade nadbytočného oleja v tesniacej dutine by mala dutina tesnenia pohyblivého závodu mať vonkajšie odvodné pripojenie.
Obrázok 8-18: Podrobnosti konštrukcie valca. Kryt na strane závodu obsahuje celý uzol tesnenia pohyblivého závodu. Pri valcoch s dlhým zdvihom sa pridáva odvodný otvor, aby sa zabránilo preťaženiu tesnenia olejom.
Keď hydraulická energia poháňa piest valca na koniec zdvihu (koniec pohybu valca), zotrvačnosť oleja sa prejaví ako ráz – tzv. „hydraulický ráz“. Ak je táto energia dostatočne veľká, tento ráz môže poškodiť hydraulické valce.
Na ochranu hydraulických valcov pred nadmerným nárazom je možné namontovať tlmiace zariadenia. Tlmiace zariadenia spomaľujú pohyb piesta valca v blízkosti konca zdvihu. Tlmiace zariadenia je možné namontovať na jednom alebo na oboch koncoch hydraulického valca.
Tlmiace zariadenie pozostáva z jehlovej uzatváracej klapky na reguláciu prietoku a z tlmiaceho hrotu namontovaného na slepom konci piesta, ako aj z tlmiacej objímky na piestovom tyči. Tieto zariadenia pôsobia ako zátky na každom konci.
Keď sa piest hydraulického valca približuje ku koncu zdvihu, tlmiaci klin alebo tlmiaca objímka zablokuje normálny výtok oleja. Tým sa núti olej prechádzať iba cez ihlový ventil. Časť tlakového oleja nastaveného na prepúšťacom ventile uniká cez ihlový ventil. Zvyšný prietok cez ihlový ventil určuje mieru spomalenia valca. Nastavenie ihlového ventilu určuje mieru spomalenia piesta. Pri návratnom zdvihu prúdi kvapalina do valca cez jednosmerný uzáver (nie je znázornený), čím sa vyhne ihlovému ventilu, takže rýchlosť v opačnom smere nie je ovplyvnená.
Niektoré krát je potrebné obmedziť dĺžku zdvihu hydraulického valca vonkajšou reguláciou. Inštaláciou zastavovacieho skrutkového zariadenia, ktoré sa dá zasúvať a vysúvať na plášti valca, je možné prednastaviť zdvih. Akýkoľvek typ zariadenia na nastavenie zdvihu je nutné overiť vo vzťahu k požiadavkám týkajúcim sa zastavovacej sily, kolízie, nárazu a rozmerových účinkov.
Obrázok 8-19: Odpruženie valcov, nastavovače zdvihu, spôsoby upevnenia a typy zaťaženia. Odpruženie chráni valec na konci zdvihu; spôsob upevnenia určuje, ako dobre môže valec zvládnuť zaťaženie.
Hydraulické valce majú množstvo spôsobov upevnenia, vrátane: prírubov, trúnov, bočných pripínacích závesov, stredových skrutiek, dvojitých pripínacích krúžkov, spojovacích tyčí a zváraných upevnení. Upevnenie cez stredový záves alebo zvárané upevnenie je veľmi dobrým riešením, pretože spôsobuje minimálnu nesúoslosť pri prevádzke valca.
Hydraulické valce dokážu premieňať hydraulickú energiu na priamočiary alebo lineárny mechanický pohyb. Vzhľadom na výber mechanických prenosov však valce dokážu poskytnúť aj množstvo iných typov mechanického pohybu.
Hydraulické valce dokážu presúvať množstvo rôznych typov zaťaženia v rôznych aplikáciách. Vo všeobecnosti sa zaťaženia tlačené piestovou tyčou označujú ako tlačné zaťaženia; zaťaženia ťahané piestovou tyčou sa označujú ako ťahové zaťaženia.
Zastavovací rúrka je pevná kovová objímka namontovaná na pohyblivom konci piestneho tyče. Keď je piestná tyč valca s dlhým zdvihom úplne vysunutá, zastavovací rúrka oddelí piest od vedenia piestnej tyče o určitú vzdialenosť. Vedenie piestnej tyče je ložiskom, ktoré počas prevádzky valca podopiera piestnú tyč. Je navrhnuté tak, aby vydržalo určité zaťaženie. Vedenie piestnej tyče – okrem toho, že slúži ako hriadeľ – je tiež bodom zaťaženia pre piestnú tyč. U valcov s dlhým zdvihom pripojených k zaťaženiu sa piestná tyč bez tuhého vedenia pri úplnom vysunutí má tendenciu prehýbať sa alebo sa môže ohnúť v oblasti vedenia piestnej tyče, čo spôsobuje bočné zaťaženie poškodzujúce vedenie piestnej tyče.
Funkcia zastavovacej rúrky spočíva v tom, že pri úplnom vysunutí piestnej tyče oddelí piest od vedenia piestnej tyče o určitú vzdialenosť, čím sa zníži zaťaženie vedenia piestnej tyče.
Hydraulické valce sa vyskytujú v mnohých typoch. Nižšie sú uvedené niektoré bežne používané typy valcov; tieto typy sa tiež objavia v určitých aplikačných obvodoch v neskorších lekciách.
Obrázok 8-20: Typy hydraulických valcov. Každý typ je vhodný pre špecifické použitie: teleskopický pre dlhý zdvih v obmedzenom priestore, tandemový pre veľkú silu pri obmedzenej priemerovej veľkosti valca a dvojstranný s dvoma tyčami pre rovnakú silu/rýchlosť v oboch smeroch.
Najrozšírenejším typom v priemyselnej hydraulike je dvojčinný valec s jednou pohyblivou tyčou. Pre tento typ sú kľúčovými aspektmi povolené množstvo prietoku (gpm) a tlak (psi), ako aj prepočítaná mechanická sila a pohyb piestnej tyče.
Plocha piesta a účinná plocha piesta sa zvyčajne diskutujú v prípade dvojčinných valcov s jednou pohyblivou tyčou. Veľká plocha piesta predstavuje celkovú prierezovú plochu piesta vystavenej tlaku na slepej strane valca (strane bez tyče). Účinná menšia plocha (kruhová plocha) je plocha piesta vystavená tlaku na strane tyče, pretože piestna tyč zaberie časť plochy piesta. Preto je účinná menšia plocha zvyčajne menšia ako veľká plocha.
Rýchlosť vysunutia piestového tyče hydraulického valca je určená tým, ako rýchlo sa kvapalina napĺňa slepý koniec valca. Rýchlosť piestového tyče sa zvyčajne vyjadruje v stopách za minútu (ft/min) alebo metroch za minútu (m/min):
Rýchlosť tyče (ft/min) = Prietok (gpm) × 19,25 / Plocha piesta (in²)
* Rýchlosť tyče (m/s) = Prietok (L/min) × 0,167 / Plocha piesta (cm²)
* Ak sa rýchlosť vypočíta v m/s a výsledok je menší ako 0,1 m/s, vyjadrite výsledok v mm/s.
Príklad: valec s plochou piesta 10 in² (64,5 cm²) dostáva prietok 5 gpm (18,95 lpm). Rýchlosť tyče = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Pri dvojnásobnom prietoku (10 gpm / 37,9 lpm) sa rýchlosť tyče zdvojnásobí na 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Počas zasunutia piestového tyče prúdi kvapalina do konca tyče. Pri rovnakom vstupnom prietoku je rýchlosť zasunutia vyššia ako rýchlosť vysunutia – vo vzorci použite menšiu (medzikruhovú) plochu piesta.
Príklad: Prietok 10 gpm (38 l/min) vstupuje do konca valca s tyčou s veľkou plochou 10 in² (65 cm²) a malou plochou 8 in² (52 cm²). Rýchlosť zdvihu = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Rýchlosť tyče (ft/min) = Prietok (gpm) × 19,25 / Malá plocha (in²)
Rýchlosť tyče (m/s) = Prietok (L/min) × 0,167 / Malá plocha (cm²)
Pri rovnakom vstupnom prietoku sa dvojčinný valcový piest s jednou tyčou zdvíha rýchlejšie, ako sa vybieha.
Počas zdvihu vstupuje prietok do konca valca s tyčou a vystupuje z nezatieneneho konca. Výtokový prietok je väčší ako vstupný prietok – môže sa vypočítať rovnakým vzorcom ako gpm (l/min), avšak s použitím veľkej plochy piesta. Príklad: 10 gpm vstupujúceho do konca valca s tyčou pri rýchlosti 24,06 ft/min: výtok = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Ako je znázornené, sila vyvinutá hydraulickým valcom je funkciou hydraulického tlaku pôsobiaceho na plochu piesta valca. Ak konkrétny valec potrebuje vyvinúť väčšiu výstupnú silu, než je jeho súčasný maximálny výstup, často stačí zvýšiť tlak na úmernú úroveň. V niektorých prípadoch systémový tlak a veľkosť valca neumožňujú použitie väčšieho valca – v takom prípade môže pomôcť tandemový valec.
Tandemový valec pozostáva z dvoch alebo viacerých valcov zapojených do série. Piestové tyče sú spojené do jednej spoločnej piestovej tyče. Tesnenia piestových tyčí medzi jednotlivými valcami umožňujú každému valcu pracovať ako dvojčinný. Keď je veľkosť valca obmedzená dostupným priestorom a veľkosťou stroja, aj keď tlak vytváraný čerpadlom/motorom je relatívne nízky, možno dosiahnuť rovnakú mechanickú výstupnú silu.
Príklad: Najväčšia inštalácia stroja umožňuje plochu piesta 10 in² (64,5 cm²). Maximálny tlak potrebný na prekonanie odporu záťaže je len 500 psi (34,48 baru). Pridanie tlaku 500 psi (34,48 baru) na efektívnu plochu 8 in² (51,6 cm²) s protitlakom vyvolá silu 781 psi (53,86 baru). V sériovom obvode s dvoma valcami, kde každý pracuje pri tlaku 500 psi (34,48 baru) s plochou 10 in² a efektívnou plochou 8 in², je celkový výstup výrazne väčší.
KĽÚČOVÉ VZORCE – KAPITOLA 8
|
Vzorec |
Rovnica |
Poznámky |
|
Rýchlosť vysunutia základného hriadeľa |
v = Q × 19,25 ∕ A_veľká |
Q v gpm, A v in², v v ft∕min |
|
Rýchlosť zasunutia základného hriadeľa |
v = Q × 19,25 ∕ A_malá |
Použite medzikruhovú (malú) plochu |
|
Rýchlosť základného hriadeľa (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q v l/min, A v cm², v v m/s |
|
Výtok z neviditeľného konca |
Q_výstup = v × A_veľká / 19,25 |
Pri stiahnutí vychádza viac ako vstupuje |
|
Sila valca |
F = P × A |
F v librách, P v psi, A v in² |
Vitajte v HOVOO, čínskej továrne na pečiatky. Výroba PU, guma a PTFE pečiatok. Pečiatky zahŕňajú O-ring, pečiatku pístu, pečiatku valca, Gray ring a plynovú pečiatku.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
