Mobil munkagépeken alkalmazott hidraulikus rendszerek I.

Szakcikkek - 2010-07-09 18:34:56 nyomtatás cikk nyomtatása



Hidraulikus rendszerek áttekintése

Hidraulikus elemek segítségével könnyen valósíthatók meg lineáris-forgó illetve forgó-lineáris mozgatások jó hatásfokkal, a rendszerelemek súlyához viszonyítva nagy energiasűrűség érhető el, ami egy olyan területen, mint az építés, ahol nagy tömegeket kell megmozgatni, alapvető előnyt jelent. További pozitív tulajdonsága a hidraulikus rendszereknek, hogy egy energiaforrás több fogyasztót is elláthat, és ennek megvalósítása kevésbé bonyolult, mintha ezt mechanikusan, pl. tengelykapcsolókkal próbálnánk megoldani. Ezenkívül teljesen terhelt állapotban is indíthatók, ellentétben pl. egy elektromos motorral meghajtott hajtáslánccal, továbbá a túlterhelés elleni védelem nyomáshatárolóval egyszerűen megoldható, nem kell külön védelmi rendszert kiépíteni. A hidraulikára jellemző továbbá a jó szabályozhatóság is, aminek segítségével olyan különleges feladatok is megoldhatók, ami más rendszerekkel nehézkes lenne (pl. arányos szelepekkel, lézervezérléssel felszerelt gréderek munkapontossága 1-2 cm.)

Természetesen a hidraulikus rendszereknek is megvannak a maga hátrányos tulajdonságai. Ilyen a rossz hatásfok, ami azonban körültekintő, gondos tervezéssel javítható, valamint a környezetnek átadott zajterhelés, aminek a megengedett szintjét szabványok rögzítik, és ezeket a kivitelezőnek stb. figyelembe kell vennie. További hátrányként említhető még a szennyeződésekkel szembeni érzékenység, és az ebből (is) eredeztethető nagyfokú kezelési-fenntartási igényesség, valamint a rendkívül precíz gyártási pontosság, ami a hatásfokra van nagy hatással (volumetrikus veszteségek, súrlódásból eredő nyomásesés, stb.). Ezek következtében a hidraulikus elemek ára igen magas, és ez nem csak a vásárláskor jelentkezik, hanem a fenntartásnál is. Körültekintést igényel továbbá a megfelelő hidraulikaolaj kiválasztása, valamint hőmérsékletének megfelelő szinten tartása (akár fűtő/hűtő berendezések beépítésével is), hiszen ezek nem csak a gép munkavégző képességét, de élettartamát is befolyásolják.

A fejlesztés természetesen ezen hátrányok kiküszöbölése felé mutat, főleg a hatásfoknövelés, gazdaságosabb energiafelhasználás irányába. Ez azonban ma már nem a hidraulikus elemek gyártástechnológiájának, pontosságának fejlődését jelenti (bár természetesen ma is zajlanak ilyen irányú fejlesztések, azonban az utóbbi 20 évben ezek csak néhány százalékos hatásfok-növekedést eredményeztek), hanem főleg a szabályozási és vezérlési technikák magasabb szinten való alkalmazását. Ehhez kapcsolódik az elektronikus és információs rendszerek térhódítása a gépeken, a lézeres, GPS stb. vezérlés fejlődése.

Ez annyit jelent, hogy ma már a fejlődést az elektronika, informatika, illetve ezek hidraulikus rendszerbe integrálása jelenti (nem csak a szabályozási, vezérlési feladatok ellátását, hanem a járműdiagnosztika, állapotfelmérés stb. kérdéseit is), ez azonban a gépek árának növekedésével jár együtt.

Szivattyúszabályozások

Egy hidraulikus rendszer hatásfoka akkor maximális, ha a rendszerben a szükséges folyadékmennyiség a szükséges nyomáson áll rendelkezésre, ehhez pedig megfelelő szivattyúra van szükség.
Egy szivattyú lehet állandó folyadékszállítású és változtatható folyadékszállítású. Különböző módszerekkel és különféle célokra lehet őket szabályozni.

Állandó folyadékszállítású szivattyúk szabályozása

Egyszivattyús rendszer

A hidraulikus rendszerek kezdetben állandó folyadékszállítású szivattyúkkal működtek. Ezek hatásfoka azonban csak akkor megfelelő, ha a terhelés is és a mozgatás sebessége is állandó, hiszen ezek a szivattyúk egy adott nyomáson egy adott térfogatáramot szállítanak. Ha azonban változik a terhelés, vagy igény van sebességszabályozásra, ez csak különböző fojtásokon keresztül lehetséges, és a fojtásokon hő formájában energiaveszteség lép fel, aminek jó része a hidraulikafolyadék fűtésére fordítódik.

Ez a következő ábrán követhető nyomon:



Az ábrán p1-gyel a fogyasztó (munkahenger) nyomásigényét, Q-val pedig térfogatáram igényét jelöljük, míg a szivattyú nyomóágában levő nyomást ps-sel, a szállított térfogatáramot pedig Qmax-szal. Ekkor a hasznos teljesítmény Ps=Q* p1, míg a rendszerbe bevitt összteljesítmény PHG= Qmax* ps. A kettő különbsége veszteségként jelentkezik, mely hővé alakulva a hidraulikaolajat fűti, és ez a veszteség akár az össz-energiabevitel 60%-át is elérheti. Ez tehát - bár a fojtó segítségével elértük a kívánt paramétereket - rossz hatásfokkal történik. Előnye az egyszerűség, könnyű megvalósítás, azonban - mint látható - nem hatékony.

Többszivattyús rendszer

Az egyetlen, állandó folyadékszabályozású szivattyúból álló rendszernél jobb összhatásfokú rendszert érhetünk el, ha több szivattyút használunk, és ezeket úgy kapcsoljuk be a rendszerbe, hogy magas térfogatáram-igény esetén a szivattyúk összegzik a szállított mennyiséget, míg nagy terhelés esetén, hogy ki tudjuk használni a maximális motorteljesítményt, egy vagy több szivattyút üresbe kapcsolunk.

A működést az alábbi ábra szemlélteti. Ezen az 1. szivattyú a fő-, míg a 2. a kapcsolható szivattyú, továbbá az 1. számú nyomáshatároló nyitónyomása p1 , míg a 2.számúé p2 , továbbá p1 > p2. Ha nagy a terhelés (p> p2 ) , akkor a 2. számú nyomáshatároló kinyit, és a 2. számú szivattyú tartályra dolgozik, minimális teljesítményfelvétellel-hiszen ekkor a 2. nyomáshatároló vezérlőnyomása az 1. ágról jön, míg ha a 2. ágba kötnénk, akkor a vezérlésre fordított teljesítmény p2*Q2-vel lenne egyenlő (Ezt a részt a visszacsapó szelep védi a nagynyomású közeg visszaáramlásától). A munkaágban ekkor p1 nyomás uralkodik, a szállított folyadékmennyiség pedig Q1 (lásd diagram). Ha viszont a terhelés kisebb (p < p2 ) , akkor a 2. számú nyomáshatároló nem nyit ki, és ekkor a 2 számú szivattyú is a munkaágba dolgozik, és a munkaágba jutó térfogatáram a 2 szivattyú által szállított Q1 + Q2 érték lesz. Ezzel a megoldással tehát két nyomásszintet tudunk létrehozni, és alacsony nyomásszint esetén a rendszerbe több folyadék kerül, vagyis a megkívánt mozgások gyorsabban zajlanak - a diagramon ezeket a p1; Q1 és a p2*(Q1 + Q2) téglalapok mutatják. Ezzel már közelebb kerültünk a P=áll. hiperbolához, kisebbek a veszteségek is. Ez a megvalósítás egyébként megfelel annak, amikor egy kotrógéppel nagy szakítóerőt akarunk kifejteni, és ehhez nagy nyomás kell, de nincs szükség gyors mozgásra, míg a gémemeléshez már jól jön a nagyobb térfogatáram, és ezáltal sebesség, hiszen így a gép munkaciklusa lerövidül.

Természetesen nem csak kettő, hanem több szivattyút is lehet alkalmazni. Minél több szivattyút alkalmazunk ugyanis, annál jobban meg lehet közelíteni az állandó teljesítmény görbéjét, azonban ennek is van egy ésszerű határa.



Load-sensing rendszer állandó szállítású szivattyúval

Load-sensing rendszerek esetében a rendszerben a legmagasabb igényű nyomásszintnél egy állandó értékkel magasabb (szabályozási nyomás) nyomás alakul ki. Általában nyomáskompenzálással együtt alkalmazzák - ez azt jelenti, hogy az útváltó elé egy nyomáscsökkentő szelepet építenek be.

A rendszer működése a következő: nyomásmérleggel összehasonlítják a vezérlőtömb előtti és utáni nyomást, és e kettő különbségét állandósítják. Az előző rendszerekkel szemben azonban itt a felesleges folyadék nem a nyomáshatárolón, hanem egy áramlásszabályozó szelepen (a nyomáscsökkentővel analóg) szelepen át vezetik a tartályra, amely így kisebb fojtást szenved, ezáltal kisebb a veszteség is. Általában zárt középállású útváltókat alkalmaznak, azonban ennek középállású helyzetében sem a nyomáshatárolón, hanem az áramlásszabályozón keresztül jut a tartályba a folyadék.



Az ilyen típusú rendszer nagy előnye, hogy több fogyasztó egyidejű táplálása esetén a nyomásszinteket összehasonlítja, és a legmagasabb szintű kerül alkalmazásra, vagyis nem következik be az, hogy a legnagyobb igényű fogyasztónál nem lesz elég nyomás a rendszerben.

Hátránya ennek a rendszernek a viszonylagos bonyolultság, valamint az, hogy a terhelésérzékeny rendszerek változtatható szállítású szivattyúval még jobb hatásfokot adnak (ekkor ugyanis nem az áramlásszabályozó szelepen keresztül távozik a felesleges folyadék, hanem be sem kerül a rendszerbe). Magyarán, ha már load-sensing rendszer mellett döntünk a minél kedvezőbb hatásfok érdekében, érdemes változó folyadékszállítású szivattyút alkalmazni. Ezen okok miatt az ilyen típusú rendszerek viszonylag ritkák.

Bubenkó Miklós tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén