1

TEKUTINOVÉ MECHANISMY Jsou to mechanismy, které využívají k přenosu energie mezi generátorem (čerpadlem, kompresorem) a motorem tekutinu, např. olej, emulzi, vzduch apod.

Princip přenosu tlakové energie Princip přenosu kinetické energie

Wp = V . p 22

2

1

2

1vVvmWk ⋅⋅=⋅= ρ

Hydrostatický mechanismus Hydrodynamický mechanismus V tekutinových mechanismech se využívají tyto druhy energie:

- tlaková, - pohybová, - deformační a - tepelná.

Každý tekutinový mechanismus přenáší všechny druhy současně. Podle toho, který druh energie převažuje, se tyto mechanismy rozdělují na

- hydrostatické a - pneumostatické, u nichž se převážně využívá tlakové energie, a na - hydrodynamické a - pneumodynamické, využívající při přenosu převážně pohybovou energii.

2

Jednoduchý hydrostatický mechanismus a) montážní schéma, b) funkční schéma 1 - hydrogenerátor, 2 - elektromotor, 3 - tlakový ventil, 4 - rozváděč, 5 - rotační hydromotor, 6 - nádrž Hydrogenerátor převádí mechanickou energii hnacího elektromotoru na tlakovou energii kapaliny a hydromotor ji mění zpět na mechanickou. Tlakový ventil omezuje maximální tlak v obvodu a rozváděč umožňuje změnu pohybu hydromotoru. Grafické značky a schémata Značky schémat hydrostatických a pneumostatických soustav určených k přenosu a řízení (ovládání a regulaci) tlakové energie jsou v ČSN a v ST. Schéma musí vyjadřovat jednoznačně funkci dané soustavy. Norma rozděluje značky na skupiny podle použití v praxi. U obrázků prvků se dál vždy uvádí ještě i normalizovaná značka. Nositele energie Nositelem tlakové energie v hydraulických mechanismech jsou kapaliny (teoreticky nestlačitelné), u pneumatických mechanismů většinou stlačený vzduch (stlačitelný).

HYDROSTATICKÉ MECHANISMY

Charakteristika Funkce hydrostatických mechanismů je založena na poznatku rovnoměrného šíření tlaku v kapalinách všemi směry (Pascalův zákon). K přenosu výkonu využívají tlakovou energii kapaliny. Hydraulické mechanismy jsou zařízení využívající kapaliny a jiné látky v tekutém stavu k přenosu energie a informací mezi hnacím a hnaným členem. Použití Použití hydrostatických mechanismů je velmi rozšířeno ve všech odvětvích národního hospodářství a vyplývá z jejich výhod i nevýhod. 1. u zemních strojů kde hydrostatické mechanismy ovládají pohyb pracovního nástroje:

- výložníku a lopaty (nakladače), - radlice výškově a úhel záběru (buldozery atd),

2. hydraulické výtahy, 3. zvedání a spouštění ramen jeřábů, 4. posilovače řízení těžkých vozidel atd. Výhody a nevýhody Výhody 1. Možnost snadného rozvodu na značnou vzdálenost i na špatně dostupná místa. 2. Dosažení velkých silových poměrů. 3. Jednoduché řízení zejména rychlosti, výkonu, kroutícího momentu, tlaku, směru pohybu apod. 4. Jednoduchý způsob zapojení do automatických pracovních strojů.

3

5. Možnost typizace a normalizace pro široký rozsah parametrů. 6. Malé opotřebení, a tím velká životnost. 7. Poměrně nízké náklady na údržbu. Nevýhody 1. Nutnost zpětného odvádění kapaliny do nádrže. 2. Náročnost na konstrukci a výrobu. 3. Choulostivost na nečistoty. 4. Citlivost ke změnám kapaliny. V porovnání s pneumatickými a elektrickými mechanismy jsou vhodné především při plynulé změně otáček nebo rychlostí, při značném kolísání zatížení a při velkém regulačním rozsahu. Dále při přeměně otáčivého pohybu na přímočarý při značném zdvihu a výkonu, při časté změně smyslu pohybu v krátkých časových intervalech s velkým zrychlením nebo zpožděním a u převodů se značným výkonem nebo krouticím momentem při současném požadavku malých rozměrů a hmotnosti. Hydrostatické mechanismy rozdělujeme podle několika hledisek, např.: 1. podle druhu pohybu výstupního členu převodového mechanismu:

a) mechanismy s rotačním pohybem – rotačním hydromotorem a b) mechanismy s přímočarým pohybem výstupního členu - s přímočarým hydromotorem.

2. podle uspořádání toku energie:

a) jako otevřený – otevřený hydraulický obvod, ve kterém se vrací hlavní část kapaliny po předání energie do nádrže, odkud je opět hydrogenerátorem nasávána, nebo

b) uzavřený - uzavřený hydraulický obvod, ve kterém se vrací hlavní část kapaliny po předání energie do vstupního kanálu hydrogenerátoru a průtokové ztráty v obvodu jsou kryty pomocným hydrogenerátorem.

Ostatní možné rozdělení:

3. podle funkcí, které ve strojírenství zastávají, na mechanismy:

a) bezsilové, b) silové;

4. podle pohybu kapaliny mezi generátorem a motorem na mechanismy:

a) se stejnosměrným proudem, b) se stejnosměrným pulsujícím proudem, c) se střídavým proudem;

5. podle způsobu zpracování informace na

a) autonomní mechanismy - informace na vstupu je dána konstrukcí, b) mechanismy s několika vstupy - informacemi (např. otáčky generátoru, rozváděče

apod.), c) mechanismy se zpětnou vazbou.

4

Přenos energie v hydraulickém mechanismu se uskutečňuje převodem mechanické energie z hnacího motoru M (elektromotoru, spalovacího motoru atd.) na hydraulickou v hydrogenerátoru HG, dále přenosem hydraulické energie vedením V od hydrogenerátoru k hydromotoru HM a převodem hydraulické energie v hydromotoru opět na energii mechanickou k pohonu stroje či zařízení S. K hydraulickému přenosu energie musí být sestaven hydraulický obvod, který má zpravidla tyto tři hlavní části: 1. hydrostatický převodník, který mění mechanickou energii v tlakovou energii kapaliny, tj.

jeden nebo více hydrogenerátorů či akumulátorů; 2. rozvod tlakové energie, který ovládá nebo reguluje, tj. řídí proud nositele energie, a tím

určuje směr a rychlost působení hydraulického mechanismu a zabraňuje jeho přetížení; sem patří vedení, rozváděče, ventily, čističe, nádrže apod.;

3. hydrostatický převodník, který mění tlakovou energii kapaliny v mechanickou, tj. jeden či více hydromotorů.

Uspořádání těchto tří částí v hydraulický obvod může být různé co do druhu a počtu použitých hydraulických prvků i co do složitosti a závisí na požadavcích, které má hydraulický převodový mechanismus splňovat. Jednoduchý hydrostatický mechanismus - schéma Popis součástí zařazených do obvodu: 1 - hydrogenerátor, 2 - elektromotor, 3 - tlakový ventil, 4 - rozváděč,

5 - rotační hydromotor, 6 - nádrž Popis funkce jednotlivých součástí: 6 - nádrž: slouží jako zásobník kapaliny a přebytečná kapalina v obvodu se do ní zpět vrací, 2 - elektromotor (M): motor pohánějící hydrogenerátor, je hnacím zařízením, nemusí vždy jít nutně o elektromotor, 1 - hydrogenerátor: rotační hydrogenerátor, je zdrojem tlakové kapaliny, mění mechanickou energii motoru na tlakovou energii kapaliny, hydrogenerátor zařazený v obvodu není regulační, 3 - tlakový ventil: funguje jako ochrana hydraulického obvodu

5

proti přetížení (nadměrnému tlaku), omezuje maximální tlak kapaliny v obvodu,

4 - rozváděč: řídí směr průtoku kapaliny obvodem mechanismu, umožňuje změnu pohybu hydromotoru, ( čtyřcestný třípolohový rozváděč ) – levá poloha (rovnoběžné šipky), střední je zařazena na schématu, pravá poloha (zkřížené šipky), rozváděč zařazený do obvodu je ovládán ručně.

5 - rotační hydromotor: přeměňuje tlakovou energii kapaliny na otáčky – kroutící moment

pohánějící stroj, zařízení, nástroj, atd. v obvodu je zařazen jednosměrný rotační hydromotor neregulační.

Popis funkce obvodu: Hydrogenerátor převádí mechanickou energii hnacího elektromotoru na tlakovou energii kapaliny a hydromotor ji mění zpět na mechanickou. Tlakový ventil omezuje maximální tlak v obvodu a rozváděč umožňuje změnu pohybu hydromotoru

Levá poloha rozváděče – elektromotor (2) pohání hydrogenerátor (1), ten nasává kapalinu z nádrže (6) a vytláčí ji pod požadovaným tlakem do potrubí. Hydrogenerátor není regulační a proto dodává do obvodu konstantní množství kapaliny s požadovaným tlakem. Pokud tlak ve výtlačném potrubí hydrogenerátoru překročí stanovenou mez přepustí tlakový ventil (3) kapalinu zpět do nádrže. Tím chrání obvod před přetížením a poškozením a zároveň zabezpečuje v obvodu požadovaný tlak. Schéma tlakového ventilu na obrázku znamená, že požadovaný tlak je nastaven přítlakem pružiny. Kapalina proudí přes rozváděč (4) do rotačního hydromotoru (5), tlaková energie kapaliny otáčí hydromotorem a ten pohání nástroj, zsřízení, stroj atd. Kapalina, která protekla hydromotorem (5) se vrací přes rozváděč (4) do nádrže (6). Střední poloha rozváděče – zařazená ve schématu. Kapalina vytlačovaná hydrogenerátorem (1) protéká rozváděčem (4) zpět do nádrže (6). Větev s rotačním hydromotorem (5) je uzavřena. Hydromotor se neotáčí, část obvodu s hydromotorem je uzavřena, kapalina nemůže proudit. Tlakový ventil (3) Tlakový ventil (3) stále chrání výstupní potrubí z hydrogenerátoru proti přetížení. chrání výstupní potrubí z hydrogenerátoru proti přetížení. Pravá poloha rozváděče – hydrogenerátor (1) vytláčí tlakovou kapalinu přes rozváděč (4) do druhé větve výstupního potrubí. Hydromotor (5) je obousměrný. Kapalina prochází hydromotorem v opačném směru, změnil se smysl otáčení hydromotoru na opačný. Kapalina která protekla hydromotorem (5) prochází přes rozváděč (4) do nádrže (6). Tlakový ventil (3) stále chrání výstupní potrubí z hydrogenerátoru proti přetížení. Kapaliny používané v hydraulických mechanismech Použít je možno nejrůznější kapaliny. Na volbě kapaliny závisí provozní spolehlivost celého mechanismu. Kapaliny jsou značně namáhány mechanicky (změnou a pulsací tlaku, vnitřním třením), tepelně a chemicky (vlhkostí vzduchu, změnou teplot a katalytickým účinkem kovů). Požadavky na kapaliny: - dobré těsnicí a mazací schopnosti, - malé vnitřní tření a odolnost proti chemickým změnám,

6

- ochrana kovových částí před korozí, - minimální sklon k pěnění a k vytváření emulzí s vodními párami, - minimální obsah těkavých složek a nečistot, - co nejmenší změna viskozity při změně teploty, - dostupnost a přijatelná cena.

Schéma funkce hydrostatického mechanismu 1 - nádrž, 2 - potrubí, 3 - hydrogenerátor, 4 - hydromotor

GENERÁTORY HYDRAULICKÉ ENERGIE

Význam a použití generátorů

Stejně jako hydromotory jsou to nejdůležitější prvky každého hydrostatického převodového mechanismu, protože se bezprostředně podílejí na přeměně mechanické energie v energii tlakové kapaliny a také na řízení parametrů přenosu energie. Patří také zpravidla mezi nejdražší a provozně nejnáročnější prvky a také nejčastěji určují životnost a spolehlivost hydraulického systému jako celku.

Úkolem generátorů - čerpadel - v hydraulických mechanismech je udílet kapalině tlakovou energii a také určitou část energie kinetické, potřebné k překonávání průtočných odporů při průtoku kapaliny obvodem.

Je to hydraulický prvek určený k přenosu energie z poháněcího motoru na kapalinu. Mechanická energie se transformuje na energii kapaliny většinou ve formě tlakové energie. Použití – hydrogenerátor je vlastně vysokotlaké hydrostatické čerpadlo používané v hydrostatických mechanismech. Určující není přečerpávání kapaliny, ale vytváření tlaku kapaliny daného objemu. Konkrétně se s hydrogenerátorem můžeme setkat např.: 1. u zemních strojů kde hydrostatické mechanismy ovládají pohyb pracovního nástroje:

- výložníku a lopaty (nakladače), - radlice výškově a úhel záběru (buldozery atd),

2. hydraulické výtahy, 3. zvedání a spouštění ramen jeřábů atd.

7

Požadavky na generátory, 1. co nejrovnoměrnější průtok, 2. co nejmenší ztráty netěsností, 3. co nejnižší hydraulické odpory, 4. co nejmenší ztráty třením, 5. použití rychloběžných čerpadel, která jsou malá a levná, 6. klidný a tichý chod, 7. dostupnost a cenová přijatelnost.

Schématické značky a jejich popis

a) jednosměrný neregulační – vytlačuje kapalinu jen jedním směrem, objem vytlačované

kapaliny je konstantní, b) jednosměrný regulační – vytlačuje kapalinu jen jedním směrem, objem vytlačované

kapaliny je regulovatelný, c) obousměrný neregulační – vytlačuje kapalinu z nádrže do obvodu a při změně otáček

z obvodu do nádrže, objem vytlačované kapaliny je konstantní, d) obousměrný regulační – vytlačuje kapalinu z nádrže do obvodu a při změně otáček

z obvodu do nádrže, objem vytlačované kapaliny je regulovatelný. Generátory rozdělujeme podle toho, kterými částmi nasávají a vytlačují kapalinu, tj. vytvářejí geometrický objem. Téměř všechny mohou pracovat s konstantním nebo proměnlivým průtokem. Pro volbu typu generátoru je rozhodující průtok a provozní tlak. Základní rozdělení hydrogenerátorů: - podle tvaru činné plochy a kinematiky jejího pohybu:

1. zubové – zubové generátory a šroubové generátory, 2. lamelové, 3. pístové – radiální, axiální a řadové.

Jsou buď: - s proměnlivým geometrickým objemem (regulační hydrogenerátory a hydromotory), nebo - s konstantním geometrickým objemem (neregulační hydrogenerátory a hydromotory).

8

Určující parametry všech hydrostatických převodníků jsou: - tlak, - geometrický objem a - otáčky. U hydromotorů i točivý moment.

Zubové generátory

Princip: pracovní prostor tvoří zubové mezery ( boky zubů ozubených kol) a těleso

generátoru. Pracovní prostor se nedá měnit. Sání nastává při výstupu zubů ze zubové mezery, výtlak nastává při vstupu zubů do zubové mezery. Kapalina je dopravována v zubových mezerách po obvodu ozubených kol.

Jsou nejrozšířenější zejména pro svou: - jednoduchost, - konstrukční a výrobní nenáročnost a - spolehlivý provoz většinou s nízkými nároky na filtraci a udržování tepelného režimu, - snesou velmi dobře rázová zatížení, - mají velmi dobrou sací schopnost i při velkých odporech v sání. Jejich použití je velmi rozmanité. Používají se zejména v jednoduchých hydraulických obvodech jako neregulační hydrogenerátory do výkonu 20 až 30 kW. Základní typy jsou hydrogenerátory: - s vnějším ozubením a - s vnitřním ozubením. Zubové hydrogenerátory s vnějším ozubením jsou nejčastěji vyráběny se dvěma koly a s přímými zuby. Moderní konstrukce zubových hydrogenerátorů s vnitřním ozubením se v posledních letech značně rozšířily, protože splňují požadavek na snížení hlučnosti. Umožňují také práci s vyššími pracovními tlaky a jejich rozměry a hmotnost jsou pro srovnatelný průtok menší, než u hydrogenerátorů s vnějším ozubením. Pracují na stejném principu jako zubové hydrogenerátory s vnějším ozubením.

9

Zubové generátory se používají běžně pro tlaky 3 až 5 MPa. Speciální konstrukce dovolují jejich použití až pro 10 až 16 MPa, špičkově až 31,5 MPa. Objemový průtok bývá přibližně od 0,04 dm3.s-1 do 1,5 dm3.s-1 pro jednostupňový generátor. Otáčky generátoru obvykle odpovídají otáčkám hnacího motoru.

Zubové generátory vyžadují pro svou malou samonasávací schopnost umístění co

nejblíže k hladině, popř. pod hladinu. Při použití viskóznější kapaliny jsou hlučnější a dochází k většímu opotřebení a je nebezpečí vzniku kavitace. (Kapalina špatně zaplňuje zubové mezery, čímž vzniká nežádoucí podtlak.). Nemají ventily.

Šroubové generátory

Vyznačují se: - velkou rovnoměrností dodávky, - kapalina nepulzuje, - pracují stejně jako zubová čerpadla bez ventilů, - mají tichý a klidný chod, - dosahují značných tlaků (25 MPa), - mají vysokou účinnost, - jejich montáž a demontáž je snadná, - mají malé rozměry na jednotku výkonu. Nevýhodou je obtížná výroba rotorů (šroubů) v potřebné přesnosti a kvalitě povrchu, čímž se podstatně zvyšují výrobní náklady. Profil šroubovice je obdélníkový, při náročnějších požadavcích cykloidní nebo evolventní. Vysokotlaké hydrogenerátory jsou se dvěma nebo třemi šrouby (vřeteny).

Princip: pracovní prostor tvoří šroubovice a těleso generátoru. Vytláčení kapaliny nastává při vzájemném dotyku šroubovic (vřeten). Pracovní prostor se nedá měnit. Pracovními orgány jsou šrouby (vřetena). Závity šroubů zapadají vzájemně do mezizávitových mezer a současně zastávají v místě dotyku i funkci uzavíracího prvku. Při otáčení šroubů (vřeten) se přesouvají těsnící místa plynule v axiálním směru od vstupní nízkotlaké strany na vysokotlakou.

10

Lamelové generátory

Princip: činným elementem je rovinná deska – lamela, la lamely se pohybují (kloužou) v radiálních drážkách rotoru a tvoří s tělesem generátoru a rotorem pracovní prostor. Při kruhovém statoru se dá měnit excentricitou velikost pracovního prostoru. Princip činnosti hydrogenerátoru je ve vytváření proměnných prostorů mezi statorem, rotorem a lamelami. Při otáčení rotoru dochází ke změně objemu prostoru uzavřeného lamelami, statorem a rotorem. V části generátoru, kde tento objem roste, nastává sání; kde se zmenšuje, dochází k vytlačování kapaliny. Vhodné pro větší tlaky a otáčky; účinnost η = 0,85 až 0,92. Stator může mít bud kruhový otvor, a pak má rotor s lamelami vůči statoru excentricitu, nebo má stator oválný otvor, a pak je rotor a stator souosý. Změnou excentricity (tj. polohou statoru vůči rotoru) lze měnit průtok i jeho směr při zachování smyslu otáčení hřídele hydrogenerátoru, u druhé konstrukce to není možné. Pro jednoduchost konstrukce lze lamelové hydrogenerátory srovnávat se zubovými. Pro stejný průtok jsou však: - menší, - mají velmi nízkou pulsaci průtoku a - menší hlučnost, - další předností je jejich regulační schopnost s možností automatické regulace jak průtoku, tak tlaku, - mají menší požadavky na čistotu kapaliny, neboť vystačí s filtrací, - často vhodně nahrazují podstatně dražší pístové hydrogenerátory. Regulační mechanismus může být: - ruční, - dálkově ovládaný, nebo

- automatický regulátor na konstantní tlak, konstantní průtok, konstantní výkon s možným tlakovým omezením.

11

Pístové generátory

Princip: princip činnosti všech pístových hydrostatických převodníků je shodný, neboť základním pracovním prvkem je píst ve válci, vykonávající přímočarý vratný pohyb. Kapalina je dopravována do výstupu přímočarým pohybem pístu. Vyznačují se: - velmi dobrou objemovou i celkovou účinností a - jsou určeny pro vysoké pracovní tlaky. V množství různých konstrukcí se odlišují jednotlivé převodníky především podle různých principů rozvodu a kinematiky pístového mechanismu. Podle polohy pístu k ose rotace je možno rozdělit tyto převodníky na: - radiální, kde osa pístů je kolmá, či mírně skloněná k ose rotace, - axiální, kde osa pístu je rovnoběžná s osou rotace, či od ní mírně odkloněná, - řadové. U moderních a výkonných hydraulických zařízení se v současné době použivají převážně pístové hydrogenerátory a hydromotory. Je to způsobeno řadou význačných vlastností těchto převodníků, možností splnit nejrůznější aplikační požadavky, a to se špičkovými technickými parametry. Četné způsoby ovládání a regulací umožňují práci v automatizovaných zařízeních. V posledních letech je také konstrukci nových či inovaci pistových hydrogenerátorů a hydromotorů věnována značná pozornost a jejich výroba co do objemu i sortimentu převyšuje ve světovém měřítku výrobu jiných typů.

Radiální pístové hydrogenerátory

Jejich společným znakem je, že pohybující se písty jsou rovnoměrně rozloženy po obvodě generátoru a jejich osa je kolmá na osu rotace rotoru. Byly nejrozšířenějším typem pístových hydrogenerátorů, neboť umožňovaly pracovat s nejvyššími pracovními tlaky. Po určité stagnaci, která byla způsobena vývojem a; výrobou axiálních pístových hydrogenerátorů, přicházejí v posledních letech na trh zmodernizované konstrukce, umožňující pracovat s tlaky až 70 MPa i s kapalinami na bázi vody.

12

Používají se dvě základní konstrukce: - s písty vedenými ve statoru, pracovní prostor válce je ve skříni (statoru) generátoru a zdvih

je zabezpečen excentrickým kotoučem, (obrázek vlevo), - a s písty vedenými v rotoru, pracovní prostor válce je v rotoru, který je excentricky vyosen

vůči skříni generátoru a otáčením je zabezpečen zdvih pístů, (obrázek vpravo). Excentricitu lze měnit, a tím lze plynule měnit i průtok od nuly do maxima, popř. jej reverzovat při zachování smyslu otáčení hřídele hydrogenerátoru. Hydrogenerátor má: - velkou sací schopnost, - vysokou životnost při maximálním pracovním tlaku 31,5 MPa a nízké hlučnosti. Radiální pístové generátory mají proti axiálním větší hmotnost a podstatně nižší měrný výkon. Axiální pístové generátory

Princip: písty jsou umístěny ve válcích s osou rovnoběžnou s axiální osou generátoru. Tyto hydrogenerátory jsou v současné době nejpoužívanější.

13

Mnoho různých konstrukcí lze rozdělit do dvou základních skupin: - a to axiální pístové hydrogenerátory s nakloněnou deskou, - axiální pístové hydro generátory s nakloněným blokem. Hydrogenerátory mohou mít nakloněnou desku či nakloněný blok s konstantním úhlem sklonu, pak jde o hydrogenerátory neregulační, nebo může být sklon desky či bloku měnitelný od maxima do nuly, popř. do opačné maximální polohy, a pak jde o hydrogenerátory regulační, s měnitelným průtokem, nebo s jeho reverzací při stejném smyslu otáčení hřídele. Axiální pístové hydrogenerátory se vyznačují: - špičkovými parametry tlaku, - otáček, - životnosti i - rozsahu teplot, při nichž jsou schopny pracovat. Řadové pístové generátory

Představují poměrně jednoduché konstrukční řešení pro dosažení nejvyššího pracovního tlaku až 63 MPa. Základním prvkem je blok válců se sacími a výtlačnými ventily, v němž je pohyb pístů odvozen buď od klikového mechanismu, nebo nejčastěji od hřídele s excentry. Základních prvků (bloků válců) může být v tělese hydrogenerátoru uspořádáno kolem jeho podélné osy několik, což umožňuje při jejich vypínání stupňovitou regulaci průtoku, nebo nezávislý průtok do několika hydraulických obvodů. Tyto hydrogenerátory mají vzhledem k počtu vyráběných kusů a možnosti použití zanedbatelný význam. Také hydromotory této konstrukce neexistují. Životnost všech pístových generátorů je závislá na pracovních podmínkách a čistotě kapaliny.

14

HYDROMOTORY Význam a použití hydromotorů Hydromotory (i hydrogenerátory) jsou zařazeny do skupiny převodníků. Hydrostatický převodník je definován jako hydraulický prvek určený k přenosu energie z pevných částí na sloupec kapaliny nebo naopak. Proto je konstrukční provedení rotačních motorů a generátorů velmi podobné, v některých případech dokonce stejné. Liší se tím, že kapalina je do motoru přiváděna pod tlakem, a je tedy schopna zaplňovat pracovní prostor při vyšší pohybové frekvenci. Stejně jako generátory jsou to nejdůležitější prvky každého hydrostatického převodového mechanismu, protože se bezprostředně podílejí na přeměně energie tlakové kapaliny v mechanickou energii ( opačná funkce než hydrogenerátory ) a také na řízení parametrů přenosu energie. Rotační hydromotory zpravidla také patří mezi nejdražší a provozně nejnáročnější prvky a také nejčastěji určují životnost a spolehlivost hydraulického systému jako celku. Používají se ve stejných hydrostatických obvodech jako hydrogenerátory. Přímočaré hydromotory

Charakteristika

Jsou v současné době nejvíce užívané hydraulické prvky při mechanizaci a automatizaci technologických procesů. Z jejich názvu vyplývá, že vyvozují pouze přímočarý pohyb. Používají se proto hlavně k ovládání pracovních nástrojů s přímočarýn pohybem, např. u zemních strojů kde hydrostatické mechanismy ovládají přímočarý pohyb pracovního nástroje:

- výložníku a lopaty (nakladače), - radlice výškově a úhel záběru (buldozery atd).

Jejich předností jsou: - malé rozměry, - malá hmotnost vzhledem k velikosti přenášeného výkonu, - dobrá účinnost, - funkční spolehlivost a - konstrukční jednoduchost.

Hlavní části 1 - píst, 2 – pístnice, 3 – trubka, 4, 5 - víka

15

Rozdělení přímočarých hydromotorů 1. Rozdělení přímočarých hydromotorů podle konstrukčního provedení:

Jednostranný přímočarý hydromotor – rozdílná rychlost pohybu pístu vyplývá ze skutečnosti,

že objem válce který musí kapalina vyplnit je na straně kde je pístnice zmenšen právě o objem této pístnice. Proto při konstantním průtoku objemu kapaliny na jednu či druhou stranu se část válce s pístnicí plní rychleji, protože kapalina vyplňuje menší objem než u strany bez pístnice.

Oboustranný přímočarý hydromotor – vzhledem k tomu, že je pístnice na obou stranách

hydromotoru je i objem který musí kapalina vyplnit stejný, proto je rychlost pístu na obě strany stejná.

Jednočinný přímočarý hydromotor s plunžrem – kapalina působí tlakem pouze na jednu

stranu pístu – plundru, proto musí být zpětný pohyb pístu vyvozen jinou vnější silou.

2. Rozdělení přímočarých hydromotorů podle pevných a pohyblivých částí:

16

Schématické značky

Rotační hydromotory Charakteristika: Jako rotační hydromotory se mohou použít všechny typy dříve uvedených hydrogenerátorů kromě řadových. Porovnání s elektromotory: - snadno dosažitelná plynulá regulace otáček ve velkém rozsahu, - malé rozměry a hmotnost, - možnost přetěžování bez nebezpečí poškození motoru a - schopnost trvale pracovat v otáčkách blízkých nule. Rozdělení rotačních hydromotorů:

Zubové hydromotory

Konstrukce zubových hydromotorů je podobná zubovým hydrogenerátorům. Přivedeme-li do vstupního kanálu hydromotoru tlakovou kapalinu, působí její tlak na boky zubů a vzniká síla na roztečném poloměru ozubených kol, která určuje točivý moment motoru. Tento princip lze pak využít jak u ozubených kol s vnějším záběrem, tak u kol s vnitřním záběrem. Nejrozšířenější jsou zubové hydromotory se dvěma koly a vnějším ozubením. Na rozdíl od hydrogenerátorů musí být konstruovány pro oba směry otáčení, proto musí být také ozubená kola tlakově vyvážená, aby funkce hydromotoru byla zaručena i při střídání tlaků v pracovních prostorech. Pro zlepšení rozběhu zatíženého hydromotoru jsou ozubená kola uložena ve valivých ložiskách. Zubové hydromotory mají také nižší celkovou účinnost, než hydrogenerátory stejného typu a nejsou vhodné pro práci v nízkých otáčkách. Proto se hydromotory používají pro nenáročné pohony s občasnou funkcí, např. k pohonu nakládacích a dopravních mechanismů, otoče pracovních strojů apod.

Přímočarý hydromotor jednočinný – má pouze jeden přívod

tlakové kapaliny (A) a proto zpětný pohyb bývá zpravidla

vyvozen jinou vnější silou.

Dvojčinný přímočarý hydromotor s jednostrannou pístnicí – má přívod tlakové kapaliny nad i pod píst (A,B). Dvojčinný přímočarý hydromotor s průběžnou pístnicí – má přívod tlakové kapaliny nad i pod píst (A,B).

17

Šroubové (vřetenové) hydromotory

V praxi se příliš nepoužívají. Jsou vhodné jako průtokoměry.

Lamelové hydromotory

I když princip činnosti lamelového hydrogenerátoru umožňuje, aby pracoval i jako hydromotor, vyskytují se lamelové hydromotory jen zřídka. Lamely musí být přitlačovány k vodicí dráze jinou silou než odstředivou a tlakem kapaliny, např. tlačnými, popř. listovými pružinami. Vyznačují se velkým geometrickým objemem. Vhodné pro přenos velkých výkonů při vysokých tlacích. V zahraničí se vyrábějí lamelové pomaloběžné hydromotory, ale jejich aplikace je ve srovnáni s pístovými hydromotory velmi omezená.

Pístové hydromotory

Radiální pístové hydromotory

Tyto hydromotory se používají častěji než hydrogenerátory. Velká většina z nich jsou pomaloběžné, tj. pro otáčky asi do 800 min-1. Při tlacích až do 45 MPa zajišťují vysoký točivý moment, který často stačí k přímému pohonu stroje bez mechanické převodovky. Stejně jako radiální hydrogenerátory mají i radiální hydro motory dvě základní konstrukce: - s písty vedenými ve statoru a - s písty vedenými v rotoru.

Axiální pístové hydromotory

Podle principu činnosti i podle konstrukce je velká většina axiálních pístových hydromotorů shodná s pístovými hydrogenerátory. Mohou být opět neregulační, tj. konstantní průtok kapaliny a točivý moment, nebo regulační, s proměnnými otáčkami a točivým momentem. U hydromotorů se objevují dvě základní konstrukce: - s nakloněným blokem a - nakloněnou deskou, obě verze jsou stejně rozšířeny, přestože každá z nich má při srovnávání poněkud odlišné vlastnosti. Jako hydromotory se dají použít všechny se šoupátkovým rozvodem kapaliny. Nejlépe vyhovuji požadavkům kladeným na hydromotory. Mohou pracovat s vysokými tlaky a vysokými otáčkami, zejména axiální pístové hydro motory. Jsou regulovatelné ve velkém rozsahu. Mají i při malých otáčkách malý skluz a vysokou účinnost.

18

Charakteristika kteristika kyvného hydromotoru.

Hydromotory s kyvným pohybem Jsou to hydromotory, jejichž výstupní člen může konat rotační pohyb v rozsahu menším než 360o (kývavý vratný). Od běžných typů hydromotorů se odlišují jednodušší konstrukcí, menšími rozměry a nižší cenou. Jsou vhodné tam, kde se požaduje na výstupu malé pootočení. Výrobně jsou náročné vzhledem k obtížnému utěsnění, a proto se příliš neuplatňují.

Schéma hydromotoru s kyvným pohybem

Kapalina přitéká střídavě do prostoru A nebo B

přívody

v přepážce 2 a tlačí na lopatku 1 spojenou s výstupním hřídelem. Obtížné utěsnění lopatky a nepříznivé zatížení rotoru

ŘÍDÍCÍ PRVKY A ZAŘÍZENÍ Spolehlivou činnost obvodu hydraulických mechanismu zajišťuje řada prvků, např. ventily, rozváděče a jiná zařízení, která řídí parametry mechanismu jsou to prvky: 1. pro řízení tlaku, 2. pro řízení průtoku (proudu), 3. pro hrazení průtoku a rozvod tekutiny, 4. pro automatické řízení pracovního cyklu (viz automatizace). 1. Prvky pro řízení tlaku tekutiny

Pojistné ventily

Do obvodu hydraulického mechanismu jsou vestavěny jako ochrana proti přetížení, popř. úplnému zablokování. Řídicí částí ventilu bývá kulička, kuželka nebo šoupátko. Ventil je v činnosti jen tehdy, dojde-li k poruše některého z hydraulických prvků, nebo při přetížení hydromotoru. Od pojistného ventilu se tedy vyžaduje dokonalá těsnost při uzavření

Schématické značky a) rotační neregulační jednosměrný hydromotor – kapalina může protékat jen v jednom směru b) rotační neregulační obousměrný hydromotor – kapalina může protékat v obou směrech, změní se smysl otáčení.

19

(nepropustnost), spolehlivost a dostatečná přesnost v omezování tlaku. Tento požadavek nejlépe splňují ventily s kuželkou.

Kuličkový pojistný ventil jednostranně zatížený kapalinou Je vhodný pro malé průtoky. Šroubem 1 se mění přítlačná síla pružiny 2, a tím i velikost pojišťovacího tlaku. 3 - odpad Funkce: při překročení tlaku nastaveného přítlačnou sílou pružiny 2 dojde k odtlačení uzavírací kuličky. Kapaliny proteče podle kuličky do odpadu 3. Při poklesu tlaku v obvodu přitlačí pružina kuličku zpět

do sedla a uzavře průtok do odpadu 3. Přepouštěcí ventily Jsou nastaveny na provozní tlak a v celém obvodu tekutinového mechanismu udržují jeho konstantní výšku. Proto trvale propouštějí jistý průtok zpět do nádrže. Kromě toho jistí též obvod před přetížením. Konstrukčně se podobají pojistným ventilům (často se používají stejné prvky).

Redukční ventily

Slouží v obvodech tekutinových mechanismů k snižování pracovního tlaku. Používají se dva druhy:

20

ventily, které udržují konstantní tlak na výstupu nezávisle na vstupním tlaku (obr. 113), ventily, které udržují konstantní rozdíl nebo poměr mezi vstupním a výstupním tlakem (obr. 114). 2. Prvky pro řízení průtoku tekutiny Na průtoku tekutiny k motorům závisí jednak jejich rychlost (hydromotory s přímočarým pohybem), jednak otáčky (rotační hydromotory).

Škrtící ventily

Průtok se řídí změnou průřezu (obr. 115, uvedená značka 2 pro ventil znamená, že odpor proti průtoku se dá řídit). Každý ventil, u něhož lze měnit hydraulický odpor, může sloužit jako škrticí ventil, ale musí vyhovovat z hlediska citlivosti a spolehlivosti při malých průtokových průřezech

Škrticí ventil může mít konstantní (obr. 116) nebo proměnlivý hydraulický odpor, který lze vytvořit jehlou, šoupátkem, popř. soustavou štěrbin (obr. 117).

21

Brzdicí ventily

Slouží k regulaci průtoku tekutiny odtékající z hydraulického válce v jeho úvratích. Jsou to v podstatě škrticí ventily s přímočarým pohybem šoupátka.

Regulátory průtoku

Používají se při značném kolísání tlaku nebo průtoku tekutiny k zajištění konstantní rychlosti nebo otáček hydromotoru (obr. 118).

Regulátor průtoku Vzroste-li průtok kapaliny proti jmenovité hodnotě, zvětší se tím tlakový spád mezi vstupem 1 a výstupem 2. Šoupátko se posune proti tlaku pružiny a částečně zaškrtí průtok ve výstupu 2

Děliče průtoku

V některých tekutinových mechanismech jsou na jeden generátor připojeny dva nebo i více hydromotorů, u nichž se často požaduje synchronizace pohybu nezávisle na jejich zatížení (obr. 119).

Obr. 119. Činnost děliče průtoku Je-li F1 = F2, pak také tlaky na čele pístků v prostoru 1 a 2 jsou stejné a šoupátko v děliči se ustaví do rovnovážné polohy. Je-li F1 ≠ F2, vznikne i rozdíl tlaku v prostoru 1 a 2 a šoupátko se přesune ve směru výstupní síly, čímž na jedné straně zvětší průtokový průřez a do válce s větším zatížením (tlakem) bude přicházet i větší

průtok, takže se rychlosti pístnic vyrovnají 3. Prvky pro hrazení průtoku a rozvod tekutiny - rozváděče Tlaková tekutina se rozvádí nejčastěji šoupátkovými nebo také ventilovými rozváděči, popř. zpětnými ventily.

Šoupátkové rozváděče

Mohou být s přímočarým, rotačním nebo kombinovaným pohybem šoupátka. Rozváděč lze nastavit do několika poloh - jsou dvoupolohové, třípolohové i vícepolohové, podle počtu přívodů jsou rozváděče dvoucestné, trojcestné, čtyřcestné i vícecestné.

22

Ovládání rozváděčů může být mechanické, elektrické, pneumatické, hydraulické popř. kombinované. Přímočaré šoupátkové rozváděče se vyrábějí pro jmenovité světlosti dj = 4 až 160 mm a jmenovité tlaky pj = 2,5 až 32 MPa, špičkové až 40 MPa, převážně s válcovým šoupátkem. Konstrukce šoupátek, jejich činnost a propojení

Vysvětlivky: 0, 1, 2 - označení poloh P - přívod od čerpadla N - odpad do nádrže M1 - přívod nebo odpad z jedné strany hydromotoru M2 - přívod nebo odpad z druhé strany hydromotoru

23

V prvém sloupci znamená první číslo počet přívodů do rozváděče a druhé číslo počet poloh rozváděče, např. dvojcestný / dvojpolohový, třícestný / dvojpolohový atd. Pro ovládání více hydromotorů z jednoho místa se používají často skupinové rozváděče. Jsou sestaveny z několika samostatně pracujících jednotek, navzájem paralelně propojených. Ke každé sestavě rozváděcích jednotek náleží pojistný ventil a závěrné těleso.

Ventilové rozváděče

Skládají se z několika řízených jednosměrných ventilů. Velmi dobře těsní. Používají se u mechanismů s vysokými tlaky a velkým průtokem. Jsou složitější a větší než šoupátkové rozváděče. Pro podřadnější účely (menší tlaky a průtoky) může být ventilový rozváděč složen z kuličkových zpětných ventilů. Zpětné (jednosměrné) ventily Propouštějí tekutinu jen v jednom směru; v opačném směru jsou uzavřeny. Provádějí se jako kuličkové (obr. 121), talířové, s kuželkou a šoupátkové.

Obr. 121. Zpětný ventil vhodný pro montáž do potrubí

POMOCNÁ ZAŘÍZENÍ A PŘÍSLUŠENSTVÍ

Nádrže na kapalinu Představují zásobník kapaliny, která je pod atmosférickým tlakem. Nádrže slouží k ochlazování, popř. ohřívání kapaliny, k odplyňování kapaliny, k usazování nečistot a popř. také k umístění dalších hydraulických prvků, jako generátoru, ventilů apod. Nádrže jsou nejčastěji zhotoveny z plechu svařováním. Jsou zakryté těsným víkem. Vzduch v nádrži je spojen s vnější atmosférou tzv. "dýchacím" otvorem, který musí být opatřen čističem vzduchu. Každá nádrž musí mít olejoznak nebo měrku. Plní se nalévacím otvorem se sítkem, vypouštějí se vypouštěcími otvory v nejnižší části. Uzavřeny jsou zátkami, které bývají opatřeny magnety k zachycování kovových nečistot.

Obr. 122. Nejčastější uspořádání nádrže tlakové kapaliny 1 - přívodní trubka, 2, 3 - přepážky, 4 - trubka sacího potrubí, 5 - čistič (sací koš), 6 - olejoznak, 7 - nalévací otvor se sítkem, 8 - čistič vzduchu

24

Čističe Správnou a spolehlivou funkci hydraulického mechanismu je třeba zajistit dokonalým čištěním kapaliny, a to nejen před plněním do nádrže a při něm, ale po celou dobu provozu mezi výměnou náplně. Nečistoty se zachycují různými čističi, nejčastěji průtokovými, a to buď prostupnou stěnou tvořenou sítem, pórovitou látkou či štěrbinou, nebo jsou odlučovány působením vedlejších sil.

Akumulátory Jsou to zásobníky tekutiny pod tlakem vyšším než atmosférickým. Slouží k akumulaci (shromažďování) tlakové energie a vyrovnávají rozdíly mezi okamžitou spotřebou a dodávkou. Dále mohou udržovat předepsaný tlak v obvodu, mohou sloužit jako rezerva při vysazení generátoru, ale též jako generátor při krátkodobých cyklech opakujících se v delších časových intervalech.

25

Druhy: - závažový - dříve velmi rozšířený, tlak v kapalině se dosahuje tíhou závaží, výhodou je

konstantní tlak, v poslední době se nepoužívají pro velkou rozměrnost, - pružinový - tlaku v akumulátoru se dosahuje působením pružiny na píst. Používají se pro

malá množství a mohou pracovat v libovolné poloze, - plynový - jsou analogické pružinovým akumulátorům - pružinu nahrazuje stlačený plyn,

oddělený od kapaliny pryžovým vakem (membránou). Změna tlaku a objemu plynu odpovídá změně tlaku a objemu kapaliny.

Multiplikátory Multiplikátor je hydraulické zařízení určené ke změně parametrů tlakové energie při stálém výkonu. Předává se v něm tlaková energie původní (vstupní) tekutiny tekutině nové (výstupní). Pomineme-li účinnost, platí vztahy: p1 . V1 = p2 . V2

kde: p1 – je vstupní tlap (MPa), p2 – je výstupní tlak (MPa), V1 – objem prostoru válce na vstupu (mm3), V2 – objem prostoru válce na výstupu (mm3). Multiplikátory rozdělujeme na - přímočaré (mohou být jednočinné nebo dvojčinné), - rotační (složené z hydromotoru a generátoru s pevně spojenými hřídeli).

VEDENÍ KAPALINY

Vedení spojuje jednotlivé prvky v hydraulických obvodech. Pokud se nemění vzájemná poloha prvků, bývá vedení tvořeno kovovým potrubím. Pokud jsou prvky pohyblivé, je vedení tvořeno ohebnými hadicemi. Důležitou částí vedení jsou spoje, které musí zabezpečovat těsnost spojení, aby nedocházelo k úniku kapaliny a zpravidla jsou rozebíratelné. Potrubí, hadice a hydraulické prvky se zpravidla spojují převlečnými maticemi, větší průměry přírubami, popřípadě výrobci vyrábí množství speciálních spojů. 1. Potrubí nejčastěji se používají ocelové trubky, bezešvé, přesné, které mají malé mezní úchylky. 2. Hadice vyrábějí se ze syntetické gumy nebo jiných pružných materiálů. Hadice se skládají z duše, syntetické gumy, opředení textilem, syntetické gumy, opředení ocelovým drátem a pláště ze syntetické gumy. Na obou koncích mají koncovky zpravidla převlečné matice nebo rychlospojky.

26

OBVODY HYDROSTATICKÝCH MECHANISMŮ Všeobecně se dělí na: - otevřené - otevřený hydraulický obvod je takový, ve kterém se kapalina vrací po každém

cyklu z motoru zpět do nádrže, - uzavřené - v uzavřeném obvodu kapalina obíhá v uzavřeném okruhu, aniž se vrací do nádrže. Použití hydrostatických obvodů Hydrostatické obvody se s úspěchem stále více používají k usnadnění lidské práce, např. při upínání součástí ve svěrácích a přípravcích, ke zvyšování produktivity práce automatizací výrobních pochodů, jako např. automatizací dělicích přístrojů, posuvů obráběcích strojů, k pohonu hydraulických lisů apod. V poslední době začíná hydrostatický převod nahrazovat

mechanický i u pohonu motorových vozidel. Schéma jednoduchého hydraulického obvodu pro zvedání břemene a jeho regulované spouštění.