När energi överförs genom vätska måste riktningen bestämmas och kontinuerlig fullständig kontroll bibehållas. Utan fullständig kontroll är energin oanvändbar eller, ännu värre, kan maskinen skadas. En av de främsta fördelarna med hydraulikteknik är möjligheten att med hjälp av hydrauliska reglerventiler relativt enkelt styra energin.

Hydrauliska styrventiler

En hydraulisk reglerventil är en mekanisk komponent som består av ett ventilhuvud med interna kanaler som kan ansluta eller blockera vätskeflödet samt interna rörliga delar. Hålen i kåpan används för att transportera olja. Rörelsen hos de interna rörliga delarna styr systemets maximala tryck, flödesriktning och flödeshastighet.

Systemtryckstyrning

Hydraulisk energi kan tillämpas på en hydraulisk cylinder. När resultatet är ett framgångsrikt arbete är arbetet utfört när cylindern är fullt utsträckt. Pumpen med positiv förskjutning fortsätter att absorbera mer energi från sin drivmotor. Detta skapar högre tryck i oljan. (Obs: det minsta motståndet i systemet bestämmer det tillämpade hydrauliska trycket.) När cylindern sträcks ut ytterligare blir systemets fysiska hållfasthet det minsta motståndet.

Pumpen ökar trycket för att övervinna detta motstånd. Tryckregleringsventiler används för att hålla systemtrycket inom ett säkert intervall.

Tryckregleringsvärdel

De interna rörliga delarna i en tryckregleringsventil fungerar baserat på tryck. När systemtrycket når ett visst inställt värde ansluter eller blockerar de interna rörliga delarna en av passagevägarna i ventilkroppen, vilket får oljan att flöda eller förhindrar olja från att flöda in i den aktuella passagevägen.

Konstruktion av tryckregleringsventil

En tryckregleringsventil består av ett ventilhuvud med primära och sekundära passages och interna rörliga delar (spolen). De externa anslutningarna till passages kallas för primärport och sekundärport.

Hur en tryckregleringsventil fungerar

Den interna rörliga delen i en tryckregleringsventil är vanligtvis en spoltyp. När spolen befinner sig i en ändläge är den interna passagen ansluten, och flöde kan passera genom den. När den befinner sig i det andra ändläget är den interna passagen blockerad, och flödet genom ventilen avbryts.

I en tryckregleringsventil är spolen fjäderbelastad mot ett av ändlägena. I denna normalt stängda position är den interna passagen blockerad och flödesvägen genom ventilen stängd. Denna typ kallas för en normalt stängd tryckregleringsventil.

Tryckregleringsventilen upptäcker trycket vid botten av spolen. Denna nedre passage ansluter till primärporten. När systemtrycket stiger över fjäderkraften rör sig spolen för att ansluta den inre passagen, vilket möjliggör flöde genom ventilen.

(Det hydrauliska trycket som används för att styra spolrörelse kallas pilottryck. Att använda pilottryck för att styra en ventil kallas pilotstyrning och är den vanligaste metoden för att styra alla typer av hydraulventiler.)

Om denna typ av tryckregleringsventils primärport ansluter till systemtrycksidan och pumpens applicerade tryck blir för högt kan flödet från pumpen ledas om genom denna ventil till oljetanken — denna typ av normalt stängd tryckregleringsventil kallas en säkerhetsventil.

Figur 7-2 Normalt stängd tryckregleringsventil (säkerhetsventilens funktion). Fjädern håller spolen stängd tills systemtrycket överskrider fjäderinställningen, varefter spolen förflyttas och öppnar en väg till tanken.

Figur 7-3 En enkel hydraulisk krets med tryckstyrning (överströmningsventil). När cylindern når slutet av slaglängden öppnas överströmningsventilen och leder pumpens flöde tillbaka till tanken, vilket begränsar det maximala systemtrycket.

Riktningstyrning av aktuatorer

När en hydraulcylinder är fullt utdragen måste den dras in igen för att arbete ska kunna utföras på nytt. Därför används normalt tvåverkande cylindrar – dvs. cylindrar med två anslutningsportar – för cylindrar som behöver röra sig i två riktningar. Flödesriktningen måste omvändas samtidigt.

Dubbeltverkande hydraulcylinder

En tvåverkande hydraulcylinder har en port vid varje ände av cylinderkroppen, vilket gör att olja kan strömma in och ut så att kolven kan röra sig åt båda hållen (tvåverkande). För att skilja mellan de två portarna på en tvåverkande cylinder märker vi ena porten "A" och den andra "B".

Riktningkontrollvärde

De interna rörliga delarna i en riktningstyrventil har funktionen att ansluta eller blockera de interna passages i ventilkroppen, vilket därmed styr riktningen för oljeflödet.

Konstruktion av riktningstyrventil

En typisk riktningstyrventil har fyra interna kanaler i ventilkroppen och en glidande spol som kan ansluta eller blockera dessa kanaler.

Hur en riktningstyrventil fungerar

När spolen befinner sig i ett ändläge ansluts tryckkanalen till arbetskanal A, och returkanalen ansluts till arbetskanal B. När spolen växlar till det andra ändläget ansluts tryckkanalen till arbetskanal A, och returkanalen ansluts till arbetskanal B. Genom att växla spolens riktning växlas även oljans flödesriktning in till den hydrauliska cylindern.

När cylinderstängeln fullständigt utsträcks och dras in enligt krav är arbetet utfört. När spolen växlar till det andra ändläget strömmar olja in i den andra sidan av cylindern – och cylinderstängeln dras in.

Figur 7-4 Riktningstyrventil i en dubbelverkande cylinderkrets. Genom att förskjuta spolen omvänds oljans flödesriktning, vilket omvänder cylinderrörelsen.

Hastighetsstyrning av aktuatorer

I många applikationer måste arbetsfarten för aktuatorn regleras, och ibland mycket exakt. Som förklarat tidigare är farten för aktuatorer (cylindrar, hydraulmotorer) direkt kopplad till oljeinjektionshastigheten – aktuatorns fart bestäms av inflödesflödeshastigheten.

Eftersom pumpens förflyttning kan vara fast kan pumpens flöde väljas utifrån den erforderliga aktuatorfarten. Detta är endast möjligt i system med en enda aktuator.

I ett hydrauliskt system finns det vanligtvis fler än en aktuator. Om systemet kräver att varje hydraulcylinder ska kunna arbeta oberoende av andra måste pumpens flöde väljas utifrån den största hydraulcylindern som kräver högst fart. Det innebär att mindre aktuatorer kommer att röra sig snabbare, vilket inte alltid är önskvärt. För att minska flödet till dessa eller någon annan aktuator måste en flödesregleringsventil användas.

Strömreglerande ventil

När en flödesregleringsventil används är det alltid möjligt att minska flödet från pumpen till aktuatorn.

Konstruktion av flödesregleringsventil

En typisk flödesregleringsventil består av ett ventilhuvud och en rörlig del. I vårt exempel är den rörliga delen en justeringsnål med konisk ände. Eftersom nånlen inte faktiskt rör sig under drift (den är förinställd till en position) är det mer korrekt att kalla de rörliga delarna i flödesregleringsventilen för "justerbara" snarare än "rörliga".

Hur en flödesregleringsventil fungerar

I ett hydrauliskt system fungerar flödesregleringsventilen alltid tillsammans med tryckregleringsventilen (överlastventilen). Flödesregleringsventilen utgör en motstånd. Den gör att den hydrauliska pumpen genererar högre tryck. Detta tryck kan orsaka att en del av flödet från pumpen öppnar överlastventilen, vilket därmed minskar flödet genom flödesregleringsventilen och leder till aktuatorn.

Figur 7-5 Flödesregleringskrets. Nålväntilen begränsar flödet till cylindern. Överskottsflödet från pumpen går via överlastventilen till tanken. Öppningen på nålväntilen avgör cylinderhastigheten.

Ett enkelt hydrauliskt system

Alla komponenter som introducerades ovan kan utgöra ett enkelt hydrauliskt system. Eftersom den hydrauliska energin i detta system är reglerbar kan systemet utföra användbar arbetsfunktion.

Hydrauliska system används omfattande inom många områden, från luft- och rymdfart, flygplan och militärutrustning till industriell utrustning, gående maskiner och stålutrustning. Arbetsprinciperna för hydrauliska system i alla dessa tillämpningar är desamma som beskrivs ovan. Den enda skillnaden mellan olika "typer" av hydrauliska system ligger i de komponenter som används.

I följande kapitel kommer vi att diskutera olika typer av komponenter i detalj – de används i industriella hydraulsystem. För att förklara hur dessa komponenter används kommer vi även att utforma några grundläggande hydrauliska kretsar.

Hydrauliska grafiska symboler

I tidigare diskussioner om hydrauliska komponenter och grundläggande system förklarades allt grafiskt – med tvärsnittsritningar för att visuellt visa komponenternas inre funktioner. Denna metod är användbar för att förklara problem, men är opraktisk ur ett daglig arbetsperspektiv.

Precis som andra tekniska områden använder även hydraulik grafiska symboler för att representera komponenter och system. De olika hydrauliska komponenterna och enkla systemen som diskuterats tidigare kan alla representeras med hjälp av ANSI Y32.10- eller ISO 1219-standardens grafiska symboler för hydraulik och pneumatiK.

Förutom de komponenter som redan diskuterats inkluderar komponenterna i ett hydrauliskt system även elmotorer, hydrauliska filter osv. Hydrauliska system drivs vanligtvis av elmotorer. Dessutom bör hydrauliska system använda hydrauliska filter för att bibehålla en rimlig renhetsnivå och skydda oljan mot föroreningar.

Figur 7-7 Standardhydrauliska grafiska symboler (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Dessa symboler används på alla hydrauliska kretsscheman istället för tvärsnittsritningar.

Figur 7-8 En komplett, enkel hydraulisk krets avbildad med standardgrafiska symboler. Så här ritas hydrauliska kretsar i ingenjörspraktiken.