HIDRAULIKI I PNEUMATSKI SISTEMI

1

HIDRAULIKI SISTEMI

UVOD Pod hidraulikim sistemom, u optem sluaju, podrazumevamo skup ureaja spososbnih da vre prenos energije i informacije pomou hidraulike tenosti. Hidrauliki sistem pretvara mehaniku energiju u hidrauliku i obratno. Medijum za pretvaranje i prenoenje energije u hidraulikim sistemima je fluid. U hidraulikim sistemima koriste se tenosti kod kojih se zapremina ne sme znaajno da menja pod delovanjem spoljne sile (nestiljivi fluidi). Hidrauliki sistemi se mogu podeliti u dve velike grupe, na:

- hidrodinamike sisteme i - hidrostatike sisteme.

Hidrodinamiki sistem prenosi energiju posredstvom kinetike energije strujanja radne tenosti. Uee energije pritiska je zanemarivo malo. Hidrostatiki sistem prenosi energiju posredstvom potencijalne energije radne tenosti (energija pritiska). Uee kinetike energije je vrlo malo (ispod 0,5%). Hidrostatiki pogoni su pogodni za regulaciju pa se veoma esto primenjuju u regulacionim sistemima. Predmet naeg razmatranja su iskljuivo hidrostatiki sistemi. Osnovne komponente hidrostatikog sistema su:

- generator hidraulike energije (pumpa, akumulator), - upravljake komponente (razvodnik, servorazvodnik, regulator pritiska, regulator protoka

itd.), - izvrne komponente (hidromotori, cilindri) i - pomone komponente (cevovodi, rezervoari, filtri, izmenjivai toplote itd.).

Hidraulika pumpa je ureaj koji mehaniku energiju prevodi u hidrauliku energiju (energiju pritiska). Hidrauliki motor hidrauliku energiju prevodi u mehaniku energiju. Slika 1.1. ilustruje tok energije i informacije u hidrostatikom sistemu. iroka primena hidraulikih ureaja u gotovo svim oblastima tehnike uslovljena je velikim brojem prednosti u odnosu na ostale pogone. Osnovne prednosti hidrostatikih pogona nad ostalim pogonima su:

- veoma mala teina, gabariti i momenti inercije, - jednostavna zatita od preoptereenja, - mogunost dobijanja velikih prenosnih odnosa bez upotrebe reduktora, - mogunost kontinualne promene brzine i smera, - veoma jednostavno pretvaranje obrtnog u translatorno kretanje, - velika brzina odziva, zbog praktine nestiljivosti hidraulikog ulja.

2

Hidrostatiki sistemi imaju i odreene nedostatke: - osetljivost na prljavtinu, - gubitak energije, koji se pretvara u toplotu naroito kod prigunog upavljanja, - pojava unutarnjih i spoljanjih gubitaka - mogunost prodora vazduha u sistem, - uticaj promene temperature na rad istema, i dr.

Sl. 1.1. Ilustracija prenosa energije i informacije u hidrostatikom sistemu

3

1. PRINCIP RADA HIDRAULIKIH SISTEMA Princip rada hidrostatikih ureaja je u osnovi zasnovan na praktinoj nestiljivosti hidraulike tenosti i na Paskalovom zakonu. Paskal je ustanovio da se poremeaj izazvan dejstvom spoljanje sile na mirnu tenost u zatvorenom sudu, prostire na sve strane jednako i ima istu vrednost (to vai za svaku esticu tenosti), ematski to se moe prikazati kao na slici 1.2. Ako se deluje spoljanjom silom F na pokretni klip cilindra (sl.1.2) u tenosti ispred klipa stvara se pritisak p. Njegovu veliinu odreuje sila F koja deluje na povrinu pokretnog klipa A (aktivna povrina klipa koja je u direktnom kontaktu sa tenou).

AFp =

(1.1) gde su: p [Pa] - pritisak, F [N] - sila i A [m

2] - aktivna povrina

klipa. Hidrostatiki pritisak, pro-porcionalan sa visinom stuba tenosti u cilindru, gustinom i ubrzanjem sile zemljine tee, moe se zanemariti (jer mu je vrednost mala). Merna jedinica za pritisak u SI sistemu je Paskal [Pa]. Meutim u tehnikoj praksi se koriste i druge jedinice (Tabela 1.1). Tabela 1.1 Merne jedinice za pritisak

Pa

[N/m2]

bar [daN/cm

2]

MPa [N/mm

2]

at [kp/cm

2]

m H2O

Pa [N/m2] 1 10

-5 10

-6 1,0210

-5 1,0210

-4

bar [daN/cm2] 10

5 1 0,1 1,02 10,2

MPa [N/mm2] 10

6 10 1 10,2 102

at [kp/cm2] 9,8110

4 0,981 9,8110

-2 1 10

m H2O 9,8110

3 9,8110

-2 9,8110

-3 0,1 1

Svojstvo nestiljivosti hidraulike tenosti iskorieno je za rad hidrostatikog pogona, odnosno za prenos energije fluida sa jedne lokacije na drugu, to se moe objasniti na primeru dvaju sukcesivno spojenih cilindara (slika 1.3).

Sl.1.2. Stvaranje pritiska u zatvorenom cilindru

4

Sl. 1.3. Princip rada hidrostatikog pogona

Ako silom F1 delujemo na klip povrine A1 prvog cilindra doi e do pojave pritiska p koji deluje u svim smerovima, pa prema tome i na klip povrine A2 drugog cilindra. Delovanje sile F1 dovodi pomaka prvog klipa za vrednost dx, odnosno drugog klipa za vrednost dy. Sila F1 se uravnoteava pritiskom p:

pAF = 11 (1.2) Sila tereta G takoe se uravnoteava pritiskom p:

pAFG == 22 (1.3) Uz pretpostavku da su cilindri apsolutno hermetini, da je fluid apsolutno nestiljiv i da su sile trenja zanemarive, na osnovu izraza (1.2) (1.3) se moe napisati sledei odnos:

2

2

1

1

AF

AF = (1.4)

Na osnovu gornjih razmatrnja moe se zakljuiti da je pritisak u hidrostatikom sistemu funkcija optereenja:

2

2

AFp = (1.5)

U prvom cilindru se mehaniki rad pretvara u hidrauliku energiju pritiska. Takav ureaj nazivamo hidraulikom pumpom. U drugom cilindru se hidraulika energija pretvara u mehaniki rad, a ureaj nazivamo hidraulikim motorom. Pri dimenzionisanju hidraulikih sistema pritisak u sistemu p odreuje se na osnovu optereenja. To znai da projektant na osnovu maksimalnog optereenja i svih gubitaka pritiska u sistemu odabire maksimalni pritisak pmax i na osnovu toga vri dimenzionisanje motora. U sluaju hidraulikog cilindra to dimenzionisanje se svodi na odreivanje povrine klipa A2. Ovo svojstvo hidraulikog sistema koristi se kod presa ili dizalica koji je prikazan na slic.1.4.

5

Sl.1.4. Hidrauliki sistem hidraulika dizalica

Dva cilindra sa pokretnim klipovima, spojena su kanalima ispunjenim radnom tenou, preko jednosmernih ventila. Klip manjeg cilindra (aktivna povrina klipa A) moe se pomerati pod delovanjem spoljne sile FA. Potrebna koliina radne tenosti nalazi se u rezervoaru iznad manjeg klipa. Predpostavlja se da: - je radna tenost nestiljiva, - nema deformacija zidova cilindara, - nema gubitaka radne tenosti, - nema trenja pri kretanju klipova i - masa klipova je zanemarljivo mala. Kad spoljna sila FA deluje na manji klip, on se pomera u desno. U tenosti nastaje pritisak p. elo klipa potiskuje tenost kroz jednosmerni ventil u vei cilindar (aktivna povrina klipa B). On se pomera na gore i generie silu FB . Klip manjeg cilindra (povrine klipa A) pomeri se za veliinu x kad na njega deluje sila FA. Pri tome u tenosti nastaje pritisak p = FA /A, a elo klipa potisne zapreminu tenosti V= Ax. Istovremeno, klip u veem cilindru (povrine klipa B) pomera se za veliinu y usled delovanja sile FB=pB nastale zbog pritiska u hidraulikom sistemu (Paskalov zakon, zatvoren sud ispunjen nestiljivom tenou). Prenoenje energije sa klipa A na klip B, ostvareno je fizikim premetanjem zapremine tenosti: V = Ax = By. Odnos veliina hoda klipova je inverzno proporcionalan sa aktivnim povrinama.

AB

yx = (1.6)

Navedeni primeri ilustruju osnovne funkcije hidraulikog sistema: - pretvara mehaniku energiju u hidrauliku (manji cilindar i pokretni klip), - prenosi energiju (cilindri su zatvoreni spojeni sudovi ispunjeni nestiljivom tenou), - pretvara hidrauliku energiju u mehaniku (vei cilindar i pokretni klip) i - pojaanje sile (F

B > F

A).

6

1.1. Hidrauliki prenosnik Hidrauliki prenosnik je hidrauliki sistem ije su funkcije pretvaranje i prenos energije, a moe se prikazati pojednostavljeno kao na slici 1.5. Osnovni elementi hidraulikog prenosnika su: hidraulika pumpa, radna tenost, cevovod i hidrauliki motor. Pretpostavlja se da radna tenost nije stiljiva i viskozna i da u hidraulikom prenosniku nema gubitaka energije.

Sl.1.5. Hidrauliki prenosnik

Klip hidraulike pumpe povrine A

1 pod delovanjem sile F

1, potiskuje ispred sebe radnu tenost i

stvara pritisak p1

u njoj. Istisnuta tenost iz pumpe kroz cevovod dolazi u hidromotor i potiskuje klip hidromotora povrine A

2. Pritisak na pumpi p

1 je jednak pritisku p

2 na hidromotoru (idealni

uslovi rada, nema gubitaka energije).

2

22

1

11 A

FpAFp === (1.7)

Sila F2 na klipu cilindra motora ima vrednost:

111

22 FkFA

AF F== (1.8) Odnos aktivnih povrina klipa motora i pumpe A

2/A

1 je koeficijent pojaanja sile kF hidraulikog

prenosnika. U idealnim uslovima ispred klipa hidromotora dospeva sva istisnuta tenost iz hidraulike pumpe, odnosno, postoji jednakost zapremina u jedinici vremena ili jednakost protoka.

2211 AvAvV == (1.9) gde je: v

1 i v

2[m/s] - brzina klipa pumpe i motora.

Brzina klipa motora v2 je:

12

12 vA

Av = (1.10)

7

Za realizaciju funkcije upravljanja hidraulikom energijom u hidraulikom sistemu (hidraulikom prenosniku) u tehnikoj primeni su dva naina:

- priguivanje protoka radne tenosti pre ulaza u hidrauliki motor (priguno upravljanje), - promena veliine radne zapremine hidraulike pumpe ili motora u toku procesa

prenoenja energije (zapreminsko upravljanje). 1.1.1. Hidrauliki prenosnik sa prigunim upravljanjem Pojednostavljeni prikaz hidraulikog sistema sa priguivanjem protoka dat je ematski na slici 1.6. Sistem se sastoji od: rezervoara sa radnom tenou, hidraulike pumpe, jednosmernog ventila, ventila za ogranienje pritiska, manometra za merenje i prikazivanje vrednosti pritiska, prigunog ventila protoka, razvodnog ventila i dvoradnog hidraulikog cilindra. Razvodni ventil ima etiri hidraulika prikljuka i tri radna poloaja. Krajnji poloaji zadaju se ON-OFF elektro-magnetima A i B, a sredinji - oprugama. Hidrauliki sistem ima sledee funkcije: - izvlaenje klipnjae cilindra (konstantna ili

promenljiva brzina) - ukljuen elektromagnet A,

- uvlaenje klipnjae cilindra (konstantna ili promenljiva brzina) - ukljuen elektromagnet B,

- zaustavljanje klipnjae u eljenom poloaju - osiguranje od preoptereenja. Vratilo hidraulike pumpe, preko ogovarajue spojnice dobija pogon od motora (izvor mehanike energije elektromotor ili motor SUS - nije prikazano na slici 1.6). Hidraulika pumpa je jednosmerna. Pogonsko vratilo pumpe ima odredjen smer rotacije. Usisni vod pumpe spojen je na rezervoar. Na izlazu hidraulike pumpa je jednosmerni ventil. Razvodni ventil spojen je na potisni vod pumpe, rezervor i hidrauliki cilindar. Izmeu pumpe i razvodnog ventila postavljen je ventil za ogranienje pritiska, manometar i priguni ventil protoka. Izlazni kanal ventila za ogranienje pritiska spojen je sa rezervoarom. Razvodni ventil ima etiri hidraulika prikljuka i tri radna poloaja. Postavljanje klipa razvodnog ventila u potrebni radni poloaj izvodi se ON-OFF elektromagnetima A ili B. Kad se uspostavi elektrino kolo napajanja namotaja elektromagneta kotva potiskuje klip razvodnika. Nulti (sredinji) radni poloaj klipa razvodnika dre dve cilindrine opruge. Zavisno o poloaju klipa razvodnog ventila, radna tenost koju potiskuje pumpa se moe

Sl.1.6. Hidrauliki sistem sa prigunim upravljanjem

8

usmeriti u desnu komoru hidraulikog cilindra ili levu komoru. Istovremeno suprotna komora hidraulikog cilindra spaja se sa rezervoarom. To je omogueno konstrukcijom kanala u telu razvodnog ventila. Na taj nain je omogueno kretanje klipa i klipnjae u levu ili desnu stranu. Slika 1.7.a ematski prikazuje izvlaenje klipnjae (aktiviran elektromagnet A), a slika 1.7.b - uvlaenje klipnjae hidraulikog cilindra (aktiviran elektromagnet B).

Sl. 1.7 ematski prikaz (a) - izvlaenje klipnjae (aktiviran elektromagnet A),

(b) - uvlaenje klipnjae hidraulikog cilindra (aktiviran elektromagnet B). Manometar meri i prikazuje na skali vrednost pritiska u sistemu. Brzina kretanja klipnjae hidraulikog cilindra moe se menjati pomou priguivaa protoka. On moe smanjiti zapreminu (protok) tenosti na ulazu u razvodni ventil tako da deo vraa u rezervoar zavisno od veliine prigunog otovora. Minimalna brzina kretanja klipnjae hidraulikog cilindra dobija se kod potpuno otvorenog ventila za priguivanje protoka, a maksimalna kod potpuno zatvorenog. Ventil za ogranienje pritiska osigurava ovaj sistem od preoptereenja, koje moe nastati u toku rada (preoptereenje klipnjae na primer moe izazvati porast pritiska u sistemu). U sluaju peoptereenja ventil se otvara i radna tenost proputa u rezervoar. Ventil za ogranienje pritiska se otvara i kad je razvodni ventil u sredinjem (nultom) poloaju, a hidraulika pumpa ukljuena. To je svakako nepovoljan reim rada jer pogonski motor pumpe radi pod maksimalnim optereenjem, hidrauliki sistem ne daje korisnu energiju na svom uzlazu, najvei deo dovedene energije u hidrauliki sistem pretvara se u toplotnu energiju. 1.1.2. Hidrauliki prenosnik sa zapreminskim upravljanjem Pojednostavljana ema hidraulikog sistema sa zapreminskim upravljanjem prikazana je na slici.1.8. Hidrauliki sistem ima: hidrauliku pumpu, hidrauliki motor, spojni cevovod i radnu tenost. Hidraulika pumpa sistema je konstrusana tako da se veliina i smer protoka radne tenosti iz pumpe moe podeavati (promenljiva radna zapremina). Protok se moe podesiti od neke minimalne do maksimalne vrednosti. Osnovna funkcija ovog sistema je upravljanje smerom i brzinom rotacije vratila hidraulikog motora. U kuitu hidraulike pumpe uleiten je blok cilindara sa pokretnim klipovima i ulaznim vratilom pumpe. Blok cilindara oslanja se na razvodnu plou pumpe. Aksijalno kretanje klipova

9

podeava se kliznom ploom iji se nagib moe menjati polunim mehanizmom. Veliina radne zapremine hidraulike pumpe zavisi od nagiba klizne ploe.

Sl.1.8. Pojednostavljena ema hidraulikog sistema sa zapreminskim upravljanjem (a) sredinji,

(b i c) radni poloaji

Hidrauliki motor ima blok cilindara, razvodnu plou, klipove. Za razliku od hidraulike pumpe sistema u kuite motora smetena je klizna ploa iji je nagib stalan. Aksijalni hod klipova hidraulikog motora ne moe se menjati (kao kod pumpe). Hidrauliki motor ovog sistema ima konstantnu radnu zapreminu. Hidraulika pumpa i motor hidrauliko su spojeni (u ovom sluaju cevovodom). Hidrauliki sistem je ispunjen radnom tenou. Vratilo hidraulike pumpe pogoni se izvorom mehanike enerije u jednom smeru. Rotacijom bloka cilindara hidraulike pumpe, klipovi izvode relativno aksijalno kretanje (zavisno od veliine nagiba klizne ploe), elo klipa pomera radnu tenost (usisava ili potiskuje). Kako su hidraulika pumpa i motor spojeni, tenost iz pumpe dospeva u motor i obrnuto. Pri

10

tome, zavisno od nagiba klizne ploe, karakteristina su tri sluaja ematski prikazana na slici 1.8. Kad nema nagiba klizne ploe, kako je to ematski prikazano na slici 1.8.a, nema relativnog aksijalnog pomeranja klipova pumpe, nema protoka tenosti iz prostora pumpe u hidromotor i vratilo hidraulikog motora miruje. Kad se nagne klizna ploa hidraulike pumpe (sl.1.8.b i c ), aksijalni hod klipova pumpe je mogu. Klipovi potiskuju tenost prema hidraulikom motoru. Usled prisilnog pomeranja klipova motora (ogranieno aksijalno kretanje) nastaje obrtni moment i vratilo hidraulikog motora rotira u zadanom smeru. Brzina rotacije zavisi od veliine protoka. Kako se protok moe podesiti nagibom klizne ploe na pumpi, brzina rotacije vratila motora moe se podesiti od neke minimalne do maksimalne vrednosti. Ne samo da se moe podesiti brzina rotacije vratila motora, slika 1.8.b pokazuje kako se promenom smera nagiba klizne ploe hidraulike pumpe menja smer rotacije vratila hidraulikog motora. Budui da se podeavanjem radne zapremine pumpe kod ovih sistema u svakom trenutku mogue dovesti na hidrauliki motor onoliko hidraulike energije koliko je potrebno za obavljanje rada, ovi sistemi imaju znatno bolji koeficijent korisnog delovanja od hidraulikih sistema sa priguivanjem protoka, ali su konstrukcijski sloeniji i skuplji. U tehnikoj primeni su i sistemi kod kojih je mogue menjati radnu zapreminu hidraulikog motora. Oni su sloeniji u toliko to je mehanizam za podeavanje veliine aksijalnog hoda klipova motora potrebno ugraditi u motor (pokretna klizna ploa slino kao kod konstrukcije hidraulike pumpe). 1.2. Osnovne hidraulike promenljive Hidraulika energija dobija se posredstvom pokretnih mehanikih delova (klip u cilindru), pretvaranjem iz mehanike energije. To je za sada jedina tehniki prihvatljiva mogunost. Hidraulika energija moe se dobiti i delovanjem magnetskog polja na radnu tenost koja ima feromagnetske osobine, to znai pretvaranjem iz elektrine energije. Takva tenost ne postoji u prirodi ali je mogue njeno dobijanje vetakim putem. Tenosti sa feromagnetskim osobinama za sada imaju visoku cenu koja ograniava mogunosti eventualne primene za generisanja hidraulike energije. Elementarna hidraulika pumpa (generator hidraulike energije) ima cilindar i pokretni klip sa aktivnom povrinom A, prikazana je ematski na slici 1.9. a. Prostor ispred klipa je popunjen radnom tenou.

11

Sl.1.9. Elementarna hidraulika pumpa (a) i hidrauliki motor (b)

Pritisak p koji nastaje usled delovanja sile F na klip povrine A ima vrednost:

AFp =

(1.11) gde su: p [Pa] - pritisak, F [N] - sila i A [m

2] - aktivna povrina klipa.

Zapreminski protok Q radne tenosti iz hidraulike pumpe je: Q = v A (1.12)

gde su: Q [m3/s] - protok i

v [m/s] - brzina kretanja klipa. Hidraulika snaga P je: P = Q p (1.13) gde je: P [W] - hidraulika snaga. Elementarni hidrauliki motor, ematski prikazan na slici 1.9.b, pretvara dovedenu hidrauliku energiju u mehaniki rad.

Sila F na klipu hidromotora proporcionalna je sa pritiskom (koji vlada u tenosti ispred klipa) i veliinom aktivne povrine A klipa motora. F = p A (1.14) Brzina klipa v hidromotora proporcionalna je sa dovedenim protokom Q i povrinom klipa A.

AQv = (1.15)

Hidrauliki sistemi imaju dva karakteristina reima:

- generatorski, kada se mehnika energija pretvara hidrauliku, i - motorni kada se hidraulika energija pretvara mehaniku.

Motorni reim je inverzni reim generatorskog (i obrnuto), hidrauliki motor teorijski moe raditi kao hidraulika pumpa i obratno.

12

1.3. Prikazivanje hidraulikih sistema Hidrauliki sistemi prikazuju se funkcionalnim emama (najee) pomou simbola standardizovanih po ISO, CETOP i nacionalnim standardima (JUS L.N1.001 do JUS L.N1.008). Simboli grafiki prikazuju osnovnu funkciju hidraulikog elementa i sve njegove prikljuke. Poznavanje itanja i crtanja funkcionalnih ema je uslov za komunikaciju u ovoj tehnikoj oblasti. Pregled korienih hidraulikih simbola prema standardima JUS.L.N1.001 do JUS.L.N1.008 dat je u Prilog A. Na slici 1.10. prikazana je funkcionalna ema jedanog hidraulikog sistema nacrtanog korienjem napred navedenih simbola.

Sl.1.9. Funkcionalna ema hidraulikog sistema

13

2. HIDRAULIKE PUMPE Hidraulike pumpe pretvaraju mehaniku u hidrauliku energiju struje radne tenosti (protok i pritisak). U ovom poglavlju analiziraju se: - parametri radnog procesa hidraulikih pumpi i - karakteristine konstrukcije. 2.1. Parametri radnog procesa hidraulikih pumpi Osnovna funkcija hid.raulike pumpe je pretvaranje ulazne mehanike energije u hidrauliku. Hidraulika pumpa je zapreminska pumpa, energiju predaje zahvaenoj zapremini tenosti. Pumpa ima jednu ili vie zasebnih radnih komora, konstruisanih tako da periodino mogu menjati veliinu radne zapremine. Promena zapremine omoguuje usisavanje, razdvajanje (odsecanje) i potiskivanje radne tenosti. Tenost na izlazu iz hidraulike pumpe ima odreenu hidrauliku energiju koja se hidraulikom sistemu prenosi, upravlja i pretvara u mehaniki rad. Radni proces hidraulike pumpe opisuje se sledeim veliinama: - protok pumpe Q

p,

- specifina radna zapremina pumpe Vp,

- potrebna snaga pumpe Pp,

- ugaona brzina vratila pumpe p i

- stepen iskorienja p.

Teorijski protok Q

pt hidraulike pumpe je:

Qpt

= qp

p (2.1)

gde su: Qpt

[m3/s] - teorijski protok pumpe,

qp [m

3/rad] - specifini protok hidraulike pumpe i

p [rad/s] - ugaona brzina vratila pumpe.

Specifini protok hidraulike pumpe qp

odgovara zapremini radne tenosti koju zahvati pumpa kad se njeno vratilo zakrene za jedan radijan. Raunski se odreuje iz specifine radne zapremine pumpe V

p.

= 2p

p

Vq (2.2)

Specifina radna zapremina pumpe Vmp je odreena konstrukcijskim veliinama. Ona je jednaka zapremini tenosti koju zahvate radne komore pumpe tokom jednog punog obrtaja vratila. Raunski moe se odrediti za svaku konstrukciju hidraulike pumpe. Hidraulike pumpe se proizvode sa razliitim veliiama specifine radne zapremine (obino se daje u [cm

3/o]).

14

Stvarni protok hidraulike pumpe Qp je manji od teorijskog Qpt jer se deo zapremine zahvaene tenosti nepovratno izgubi u pumpi i ne uestvuje u korisnom pretvaranju energije: Q

p = Q

pt

vp (2.3) 2.2. Karakteristine konstrukcije hidraulikih pumpi Danas je u tehnikoj upotrebi veliki broj razliitih konstrukcija i tipova hidraulikih pumpi. Hidraulike pumpe imaju:

- mehanizam za potiskivanje i - mehanizam za razvoenje.

Hidraulike pumpe mogu pored navedenih mehanizama imati mehanizam za upravljanje radnih parametara pumpe. Mehanizam za potiskivanje tenosti predaje mehaniku energiju zahvaenoj zapremini radne tenosti (pretvara mehaniku u hidrauliku energiju). Mehanizam za razvoenje tenosti omoguuje odvajanje zahvaene zapremine tenosti tako da razdvaja zonu niskog pritiska (na ulazu) od zone visokog pritiska (na izlazu) hidraulike pumpe. Mehanizam za upravljanje radnih parametara pumpe omoguuje promenu radnih parametara pumpe tokom rada (promenu protoka po intenzitetu i po smeru, promenu pritiska). Kod nekih pumpi je osnovno kretanje mehanizma za potiskivanje rotaciono (zupaste, krilne, zavojne itd). Kod klipnih pumpi je osnovno kretanje mehanizma za potiskivanje pravolinijsko. 2.2.1. Zupaste pumpe Zupasta pumpa sa spoljnim ozubljenjem ematski je prikazana na slici 2.1. Mehanizam za potiskivanje je spregnuti zupasti par. Radnu komoru ini prostor izmeu zuba i ravna povrina kojom je taj prostor zatvoren sa zadnje i prednje strane i deo cilindrine povrine kuita pumpe koji zatvara taj prostor po obodu zuba.

Sl.2.1. ematski prikaz zupaste pumpe sa spoljnim ozubljenjem

Karakteristina konstrukcija zupaste pumpe sa spoljnim ozubljenjem u rastavljenom obliku data je na slici 2.2.

15

Sl.2.2. Karakteristina konstrukcija zupaste pumpe sa spoljnim ozubljenjem u rastavljenom obliku: 1 kuite, 2 i 4 eone ploe, 3 spregnuti zupasti par,5 i 6 zaptiva i 7- poklopac. Mehanizam za razvoenje realizovan je konstrukcijskim smetajem usisnog i potisnog kanala pumpe. Razvoenje radne tenosti vri se u toku izlaska zuba iz zahvata (usisavanje) i momentu ponovnog ulaska zuba u zahvat (potiskivanje). Usisni kanal nalazi se nasuprot potisnog. Zupasta pumpa nema mehanizam za upravljanje to znai da se smer potiskivanja, veliina protoka, radni pritisak ne mogu u toku rada podeavati (pumpa knstantne radne zapremine). Zupasta pumpa sa spoljnim ozubljenjem radi na sledei nain. U prostoru izmeu zuba na usisnoj strani usisavanja, zbog izlaska zuba iz zahvata, stvara se potpritisak i taj se prostor popunjava hidraulikim uljem. Zbog rotacije spregnutih zupanika, zahvaena tenost u prostoru meuzublja prenosi se na potisnu stranu pumpe. Na potisnom delu zupaste pumpe, ulaskom zuba u zahvat, istiskuje se zahvaena tenost u potisni vod. Iako bi se na prvi pogled moglo zakljuiti da je zupasta pumpa reverzibilna, postojee zupaste pumpe su konstruktivno izvedene za jedan smer rotacije ulaznog vratila. Potisna strana zupaste pumpe je profilisana tako da se omogui efikasno odvoenje tenosti i rastereti koren meuzublja. Deo tenosti koji ostaje zarobljen izmeu zuba, kada oni ulaze u zahvat, odvodi se posebnim rasteretnim kanalom. Na usisnoj strani zupaste pumpe javlja se problem punjenja meuzublja, naroito kod veih brzina rotacije zupastog para. Usisni kanal pumpe je tako profilisan da su gubici hidraulike energije minimalni, a zona usisavanja dovoljno velika. Ova, inae jeftina i robustna konstrukcija hidraulike pumpe, ima relativno visoke gubitke isticanja kroz konstrukcione zazore. Zupaste pumpe nisu naroito osetljive na zaprljanu radnu tenost, imaju dobre eksploatacione karakteristike i zahtevaju minimalno odravanje. Preporuene vrednosti radnog pritiska kreu se do 200 bar, broj obrtaja je u rasponu 1000 do 2000 min-1. Izrauju se u irokom dijapazonu veliina specifine radne zapremine. Nivo buke koju stvara zupasta pumpa sa spoljnim ozubljenjem prelazi 70 dB i posledica je konstrukcije pumpe.

Zupasta pumpe sa unutranjim ozubljenjem ematski je prikazana na slici 2.3. Ona ima otvore u dnu meuzublja zuba koji omoguuju efikasno pranjenje. Usisavanje, prenos i potiskivanje radne tenosti odvija se na isti nain kao kod zupaste pumpe sa spoljanjim ozubljenjem.

16

Sl.2.3. ematski prikaz zupaste pumpe sa unutranjim ozubljenjem

Zupasta pumpa sa unutranjim ozubljenjem nema mehanizam za upravljanje to znai da se smer potiskivanja, veliina protoka, i radni pritisak ne mogu u toku rada podeavati (pumpa konstantne radne zapremine). Pumpa ima kompaktnu konstrukciju, miran i tih rad. Ipak, zbog sloenije tehnologije ozubljenja, ova pumpa u odnosu na zupastu pumpu sa spoljanjim ozubljenjem ima viu cenu. 2.2.2. Zavojne pumpe ematski prikaz zavojne pumpe dat je na slici 2.4. Osnovu konstrukcije zavojne pumpe ine tri spregnuta zavojna vretena sa cikloidnim profilom smetena u jedno kuite, tako da je centralno pogonsko vreteno aksijalno spregnuto sa dva gonjena vretena. Minimalni zazor izmeu bokova spregnutih zavojnica omoguava potrebno zaptivanje. Zavojne pumpe odlikuju se mirnim i tihim radom bez pulzacija pritiska i protoka.

Sl.2.4. ematski prikaz zavojna pumpa

Mehanizam za potiskivanje tenosti kod zavojne pumpe je spregnuti zavojni par. Radna tenost popunjava prostor izmeu zavojnica. Usisavanje i potiskivanje tenosti vri se kontinuirano tokom rotacije spregnutih zavojnica. Smer potiskivanja definisan je smerom rotacije pogonskog vretena. Spregnuta zavojna vretena zajedno sa kuitem ine radne komore. Zahvaljujui zavojnom profilu (kod rotacije) prenosi se radna tenost od usisne ka potisnoj strani pumpe. Pri tome se kontinuirano poveava pritisak tenosti zatvorene u prostoru izmeu zavojnica. Gonjena vretena vre zaptivanje (obru se bez prenoenja obrtnog momenta).

17

Mehanizam za razvoenje radne tenosti (odvajanje usisne i potisne grane) izveden je geometrijskim razmetanjem usisnog i potisnog kanala. Mehanizam za upravljanje zavojne pumpe nemaju, to znai da im je radna zapremina konstantna (pumpa konstantne radne zapremine). Protok pumpe zavisi od broja obrtaja pogonskog vretena pumpe i veliine specifine zapremine. Zahvaljujui konstantnoj zapremini radnih komora i jednolinom obliku, protok zavojne pumpe je kontinualan bez turbulencija i pulzacija. Zavojna pumpa radi skoro beumno i bez pulzacija pritiska. Zavojna pumpa ima relativno visoke gubitke kroz zazore pa se ne koristi za visoke radne pritiske. Optimalna primena se postie kod pritiska od 50 do 100 bar. Grade se za rad sa razliitim tenostima viskoznosti od 2.5 do 1000 mm2/s. Zavojne pumpe grade se za irok dijapazon veliina specifinih zapremina (protoka). 2.2.3. Krilne pumpe ematski prikaz krilne pumpe dat je na slici 2.5.a. Rotor pumpe sa usaenim krilcima smeten je ekscentrino u stator pumpe. Radne komore formiraju se izmeu dva krilca, rotora i statora pumpe i bonih povrina. Zakretanjem rotora, radna komora se kontinuirano menja od minimalne do maksimalne veliine i obratno.

Sl.2.5. Krilna pumpa (a) ematski prikaz, (b) - razvodna ploa

Mehanizam za potiskivanje ine krilca zajedno sa rotorom i statorom. Usisna strana pumpe je odvojena od potisne razvodnom ploom (mehanizam za razvoenje) koja ima dva otvora u obliku polumeseca koji su spojeni na usisni i potisni vod pumpe. Karakteristini oblik razvodne ploe prikazan je ematski na slici 2.5.b Krilna pumpa radi na sledei nain. Obrtanjem rotora pumpe menja se veliina zapremina radnih komora. Maksimalna vrednost zapremine radne komore postie se kod zakretanja rotora za pola kruga (). Daljim zakretanjem rotora, zapremina radne komore se smanjuje. Minimalna vrednost zapremine radne komore postie se kod dostizanja punog kruga (2). Usisni kanal (sl.2.5.b) razvodne ploe smeten je tako da omoguuje popunjavanje radnih komora tenou svo vreme dok se njihova zapremina poveava (zaokret od 0 do ). Potisni kanal (sl.2.5.b) omoguuje odvoenje radne tenosti za vreme smanjenja zapremine radne komore (zaokret od do 2). To je razlog da je profil usisnog i potisnog kanala razvodne ploe u obliku polumeseca (sl.2.5.b ).

18

2.2.4. Klipno-aksijalne pumpe Konstrukciono reenje klipno-aksijalnih pumpi temelji se na dva principa pretvaranja rotacionog kretanja u pravolinijsko (aksijalno kretanje klipova pumpe): - klizna ploa i - zglobna veza (kardanski zglob)

Sl.2.6. ematski prikaz klipno-aksijalne pumpe sa kliznom ploom

Radne komore klipno-aksijalne pumpe ine klip i cilindar (mehanizam za potiskivanje). Broj cilindra (radnih komora) je 7, 9 ili 11. Mehanizam za razvoenje je nepokretna razvodna ploa sa dva profilisana kanala u obliku polumeseca.

Klipno-aksijalna pumpa sa kliznom ploom prikazana je ematski na slici 2.6. Mehanizam za potiskivanje je sklop cilindra i klipa. Pogonsko vratilo pumpe je kruto vezano na blok cilindara. Pod odreenim uglom u odnosu na vratilo postavljena je klizna ploa. Klipnjae (klipovi) klipno-aksijalne pumpe su preko kuglastog zgloba i oslonjene na nepokretnu kliznu plou. Blok cilindara oslanja se na razvodnu plou. Svaki cilindar pumpe zavrava se spojnim kanalom preko koga se usisava i potiskuje radna tenost. Razvodna ploa je vrsto vezana za kuite pumpe, njeni kanali su hidrauliki spojeni na usisni i potisni vod pumpe. Klipno-aksijalna pumpa sa kliznom ploom radi na sledei nain. Zakretanjem vratila pumpe zaokree se blok cilindara zajedno sa klipovima i kliznom ploom. Budui da je klizna ploa nagnuta, klip (klipnjaa), za svaki obrt vratila pumpe napravi aksijalni hod napred-nazad. Zakretu od 0 do odgovara hod u jednom a zakretu od do 2, hod u drugom smeru. Blok cilindara je oslonjen na razvodnu plou, pa je kroz spojne kanale cilindara omogueno usisavanje (zakret od 0 do ) i potiskivanje (zakret od do 2) radne tenosti.

19

Tipina konstrukcija klipno-aksi-jalne pumpe i hidromotora sa kliznom ploom prikazna je na slici 2.7. Osnovni sklop je isti, prikazan je na slici 2.7.a. Pumpa konstante radne zapremine, pri-kazana je na sl. 2.7.b. Konstrukcija klipnoaksi-jalne pumpe kod koje se ugao nagiba klizne ploe moe menjati prikazana je na slici 2.7.c. U tom sluaju taj sklop slui kao mehanizam za upravljanje pro-tokom pumpe, a pumpa je sa promenljivom radnom zapremi-nom. Ako je nagib klizne ploe jednak nuli, nema relativnog (aksijalnog) kretanja klipova u odnosu na blok cilindara. Kako se klizna ploa moe postaviti i u suprotnu stranu (negativni ugao nagiba), protok pumpe moe se reverzirati. Promenom ugla nagiba klizne ploe protok klipno-aksijalne pumpe kontinuirano se menja, prekida i reverzira pri constant-nom broju obrtaja pogonskog vratila pumpe.

Klipno-aksijalne pumpe sa zglobnom vezom pogonske grupe, ematski prikazana na slici 2.8, imaju klipnjae zglobno vezane za pogonsko vratilo pumpe. Blok cilindra je smeten u telo zajedno sa razvodnom ploom. Kuglasti zglobovi klipnjaa ine sa pogonskim vratilom pumpe neku vrstu kardanskog zgloba. Zahvaljujui tome kruno kretanje vratila pretvara se u aksijalno kretanje klipova pumpe.

Sl.2.8. ematski prikaz klipno-aksijalne pumpe sa zglobnom vezom pogonske grupe

Sl.2.7. Tipino konstrukcijsko reenje klipno-aksijalne pumpe ( hidromotora) sa kliznom ploom (a) osnovni sklop, (b) sistem konstantne i (c) promenljive radne zapremine

20

Tipine konstrukcije klipno-aksijalne pumpe sa zglobnom vezom pogonske grupe prikazane su na slici 2.9. Postoje klipno-aksijalne pumpe kod kojih se ugao nagiba vratila moe menjati (sl.2.9.c). U tom sluaju taj sklop slui kao mehanizam za upravljanje protokom pumpe, a pumpa je sa promenljivom radnom zapreminom. Ako je nagib vratila jednak nuli, nema relativnog (aksijalnog) kretanja klipova u odnosu na blok cilindara. Kako se nagib vratila moe postaviti i u suprotnu stranu (negativni ugao nagiba), protok pumpe moe se reverzirati. Promenom ugla nagiba vratila protok klipno-aksijalne pumpe

kontinuirano se menja, prekida i reverzira pri konstantnom broju obrtaja pogonskog vratila pumpe. Osnovni problem konstrukcije klipno-aksijalne pumpe je u mehanizmu za razvoenje radne tenosti. Kvalitet klipno-aksijalne pumpe znaajno zavisi od konstrukcijskog reenja sistema razvoenja radne tenosti. Klipno-aksijalne pumpe imaju miran rad, ne stvaraju veliku buku, pogodne su za upravljanje, omogu-uju relativno visoke protoke i pritiske i mogu raditi sa visokim brojem obrtaja 2.2.5. Klipno-radijalne pumpe Klipno radijalne pumpe su robustne konstrukcije, omoguuju dobijanje najviih pritisaka (preko 500 bar). Pretvaranje rotacionog kretanja ulaznog vratila pumpe u pravolinijsko kretanje klipova pumpe moe se izvesti na vie naina. Karakteristini su sistemi sa: - ekscentrinim bregom na vratilu

pumpe (klipno-redne pumpe) i - ekscentrinim postavljanjem

rotora u odnosu na stator pumpe.

Konstrukcijsko reenja klipno-redne pumpe prikazano je na slici 2.10.

Sl.2.9. Tipino konstrukcijsko reenje klipno aksijalne pumpe( hidromotora) sa zglobnom vezom (a) osnovni sklop, (b) sistem konstantne i (c) promenljive radne zapremine

21

Sl.2.10 Tipino konstrukcijsko reenja klipno-redne pumpe

Mehanizam za potiskivanje ine sklop cilindra , klipa i povratne opruge, radijalno postavljen u odnosu na vratilo pumpe. Pumpa ima vie klipova i cilindara. Hod klipova je odreen ekscentrinim bregom na pogonskom vratilu pumpe. Bregovi su fazno pomereni tako da je optereenje pogonskog vratila ravnomerno rasporeeno. Usisna strana pumpe je odvojena od potisne pomou jednosmernih hidraulikih ventila koji se nalaze na svakom sklopu cilindra i klipa. Klipno-radijalna pumpa sa ekscentrinim bregom na vratilu pumpe radi na sledei nain. Zakretanjem vratila pumpe od 0 do ekscentrini breg pomie klip pumpe radijalno i on izvodi relativno pravolinijsko kretanje (koliko to omoguuje postavljena veliina ekscentra) pri tome se sabija povratna opruga. Jednosmerni hidrauliki ventil je otvoren sve dok je pritisak ispred ela klipa vei od pritiska tenosti u potisnom vodu pumpe. Rotacijom u istom smeru za ugao od do 2, klip izvodi pravolinijsko kretanje u drugom smeru pod delovanjem sabijene opruge smeru. Dakle, za puni obrt vratila pumpe, svaki klip napravi hod napred-nazad. Radijalne pumpe ovog tipa se grade sa konstannom radnom zapreminom. Kod dizel motora koristi se (kao pumpa za ubacivanje goriva u cilindre motora), specijalna konstrukcija klipno-radijalne-redne-pumpe kod koje se zakretanjem cilindra pumpe oko ose profilisanog klipa menja veliina zapremine goriva, na izlazu. Iako je ova pumpa po svim svojim karakterisikama hidraulika, ona nee biti detaljnije razmatrana jer je po osnovnoj funkciji deo dizel motora. ematski prikaz konstrukcijskog reenja klipno-radijalne pumpe sa ekscentrino postavljenim statorom u odnosu na rotor pumpe na prikazana je slici 2.11.

22

Sl.2.11. emtski prikaz konstrukcijskog reenja klipno-radijalne pumpe sa ekscentrino postavljenim statorom u odnosu na rotor

Mehanizam za potiskivanje ine sklop cilindra i klipa, radijalno postavljen u odnosu na vratilo pumpe. Pumpa ima vie klipova i cilindara (7, 9 i 11). Hod klipova je odreen ekscentrino postavljenim statorom pumpe. Usisna strana pumpe je odvojena od potisne pomou razvodne ploe. Klipno-radijalna pumpa sa ekscentrino postavljenim statorom radi na sledei nain. Zakretanjem rotora pumpe za ugao od 0 do , klipovi pumpe izvode relativno pravolinijsko kretanje (koliko im to omoguuje postavljena veliina ekscentra). Rotacijom u istom smeru za ugao od do 2, klipovi izvode pravolinijsko kretanje u drugom smeru. Dakle, za puni obrt rotora pumpe, svaki klip napravi hod napred-nazad. Izlazni otvori svakog sklopa cilindar-klip lee na nepokretnoj razvodnoj ploi. Razvodna ploa ima dva otvora profilisana u obliku polumeseca koji su spojeni na usisni i potisni vod pumpe i omoguuje usisavanje i potiskivanje radne tenosti iz svakog cilindra pumpe u toku rotacije rotora pumpe za puni krug. Zavisno od veliine i smera ekscentra statora menja se veliina i smer protoka iz pumpe. Za upravljanje protoka (ekscentrinosti) ovih pumpi potrebna je znaajna energija to suava prostor njene primene. Konstrukcijski se ove pumpe mogu izvesti sa konstantnom i promenljivom radnom zapreminom.

23

3. HIDRAULIKI MOTORI Hidrauliki motori pretvaraju hidrauliku energiju u mehaniki rad. U ovom su poglavlju analizirani parametri radnog procesa i tipine konstrukcije hidraulikih motora. 3.1. Parametri radnog procesa hidraulikog motora Osnovna funkcija hidraulikog motora je pretvaranje hidraulike energije u mehaniki rad. Hidromotori generiu rotaciono kretanje na izlaznom vratilu. Hidrauliki motor pretvara hidrauliku energiju radne tenosti u mehaniku. Rad hidromotora opisuju sledee veliine: - ugaona brzina vratila hidromotora

m,

- specifini protok hidromotora qm,

- moment na vratilu hidromotora Mm,

- snaga Pm

i - stepen iskorienja

m.

Teorijska ugaona brzina

mt vratila hidromotora odreuje se iz teorijskog protoka u hidrauliki

motor i njegovog specifinog protoka.

m

mtmt q

Q= (3.1) gde su: Q

mt [m

3/s] - teorijski protok u hidromotor,

qm

[m3/rad] - specifini protok hidromotora i

m

[rad/s] - teorijska ugaona brzina vratila hidromotora. Specifini protok hidromotora odreuje se iz specifine zapremine motora V

m.

= 2m

mVq (3.2)

gde je: Vm. [m

3/o] - specifina zapremina hidromotora.

Stvarni protok u hidromotoru Qm

je: Q

m = Q

mt

zm (3.3) gde je:

zm - zapreminski stepen iskorienja hidraulikog motora.

Zapreminski stepen iskorienja hidromotora zm

je:

mt

mzm Q

Q= (3.4) Teorijski moment M

mt na vratilu hidromotora je:

24

Mmt

= qm p

m (3.5) gde su: M

mt [Nm] - teorijski moment na vratilu hidromotora i

pm

[Pa] - pad pritiska na hidromotoru. Stvarni moment M

m na vratilu hidromotora je manji zbog gubitaka energije.

Mm

= Mmt

mm (3.6)

gde je: mm

- mehaniki stepen iskorienja hidromotora. Mehaniki stepen iskorienja hidromotora

mm je:

mt

mmm M

M= (3.7) Teorijska snaga hidraulikog motora P

mt je:

Pmt

= Qmt p

m (3.8) Stvarna snaga P

m hidraulikog motora je:

Pm

= Pmt

m (3.9) gde je:

m - stepen iskorienja hidromotora.

Stepen iskorienja hidromotora m

je:

m =

vm

mm (3.10) 3.2. Karakteristine konstrukcije hidraulikih motora Danas je u tehnikoj upotrebi veliki broj razliitih konstrukcija i tipova hidraulikih motora.

Hidrauliki motori imaju: - mehanizam za potiskivanje i - mehanizam za razvoenje. Pored navedenih mehanizama hidrauliki motori mogu imati mehanizam za upravljanje radnih parametara motora. Mehanizam za potiskivanje ine radne komore i pokretni mehaniki sklop. Ovaj mehanizam pretvara dovedenu hidrauliku energiju u mehaniki rad. Mehanizam za razvoenje tenosti razdvaja zonu niskog pritiska (na ulazu) od zone visokog pritiska (na izlazu) hidraulikog motora. Mehanizam za upravljanje radnih parametara hidraulikog motora omoguuje promenu radnih parametara motora tokom rada (promenu brzine po intenzitetu i po smeru, promenu momenta na vratilu motora). U veini sluajeva upravljanje hidraulikih motora se izvodi sistemima izvan sklopa motora pa se najvei broj hidraulikih motora na tritu pojavljuje sa konstantnom radnom zapreminom (bez mehanizma za upravljanje). Hidrauliki motori sa promenljivom radnom zapreminom (imaju mehanizam za upravljanje) su sloenije konstrukcije, a nali su primenu kod hidraulikih sistema sa sekundarnom regulacijom energije. Kako je cena ovakvih sistema za sada visoka primena im je ograniena.

25

Konstrukcija hidromotora je u osnovi indentina sa konstrukcijom hidraulike pumpe. Zahtevi koji se postavljaju pred pumpu i hidromotor nisu isti. Od hidraulikog motora se prvenstveno zahteva da je reverzibilan odnosno da je dvosmeran. Zupasti motori imaju velike gubitke kod malih brojeva obrtaja i koriste se samo kao brzorotirajui motori. Oblast primene im je od 500 - 3500 min

-1. Radni pritisci su ispod 250 bar.

Konstruktivno se mogu izvesti samo sa konstantnom radnom zapreminom. Pri veim brojevima obrtaja i radnim pritiscima poveava se nivo buke. Krilni hidromotori imaju male gubitke isticanja na malim brojevima obrtaja i mogu se primeniti ve od 10 min

-1. Maksimalni radni pritisak kree se do 250 bar. Konstruktivno se mogu

izvesti i sa promenljivom radnom zapreminom. Zavojni hidromotori se ne sreu esto u primeni kod klasinih hidraulikih sistema. Mogu se sresti na nekim sistemima kao senzori (merai) protoka pogotovo za zaprljane tenosti. Klipno-aksijalni hidromotori su najvie korieni hidromotori u klasinoj hidraulici i elektrohidraulikim sistemima upravljanja. Konstruktivno se izvode sa zglobnom vezom i kliznom ploom, konstantnom ili promenljivom radnom zapreminom (kao i hidraulike pumpe slici 2.6 i slici 2.8). Klipno- aksijalni hidrauliki motori sa zglobnom vezom odlikuju se mirnim i tihim radom. Mogu postii visoke brojeve obrtaja izlaznog vratila (preko 4000 min

-1). Grade se za radne pritiske

preko 320 bar. Dobre osobine ovog hidraulikog motora postignute su zahvaljujui uspenoj konstrukciji sklopa izlaznog vratila, zglobne veze klipnjaa i vratila kao i sferino izvedenoj razvodnoj ploi. Karakteristina konstrukcija zglobno vezanog vratila i pogonske grupe klipno-aksijalnog hidromotora prikazana je na slici 3.1.

Sl.3.1. Karakteristina konstrukcija vratila i pogonske grupe klipno-aksijalnog hidromotora/pumpe

Jedno od niza konstrukcionih reenja klipno-aksijalnih hidraulikih motora sa zglobnom vezom prikazano je na slici 3.2. Ovaj hidrauliki motor je dvosmeran i ima konstantnu radnu zapreminu.

26

Sl.3.2. Konstrukciono reenje klipno-aksijalnog hidraulikog motora sa zglobnom vezom vratila i pogonske grupe

Klipno-aksijalni hidrauliki motori sa kliznom ploom mogu postii brojeve obrtaja izlaznog vratila preko 10000 min-1). Karakteristina konstrukcija ovog tipa hidraulikog motora data je na slici 3.3.

Sl.3.3. Klipno-aksijalni hidrauliki motor sa kliznom ploom

Klipno-radijalni hidromotori razvijeni su prvenstveno za velike obrtne momente u rasponu radnih obrtaja. Koriste se za pozudani pogon sistema velikih snaga (vitla, dizalice). Proizvode se uglavnom sa konstantnom radnom zapreminom, a upravljaju se sistemima izvan motora. Tipine konstrukcije klipno-radijalnih motora prikazane su na slici 3.4. i 3.5. Treba uoiti da je zahvaljujui radijalnom smetaju klipova (relativno velike aktivne povrine) mogue postii potrebne vrednosti obrtnog momenta na izlaznom vratilu hidromotora.

27

Sl.3.4. Klipno-radijalni visokomomentni hidromotor

Sl.3.5. Klipno-radijalni sporohodni hidromotor

28

4. HIDRAULIKI CILINDRI Hidrauliki cilindri pretvaraju hidrauliku energiju u mehaniki rad. Karakteristini su po ogranienom pravolinijskom ili krunom kretanju izvrnog elementa. 4.1. Parametri radnog procesa hidraulikog cilindra ematski prikaz hidraulikog cilindra dat je na slici 4.1. Rad hidraulikog cilindra opisuju sledee veliine: - sila na klipnjai F, - aktivna povrina klipa A, - brzina klipnjae v, - duina hoda (izvlaenja) klipnjae l i - stepen iskorienja

c.

Sl.4.1. ematski prikaz hidraulikog cilindra

Sila na klipnjai hidraulikog cilindra je proporcionalna sa aktivnom povrinom klipa A i raspoloivim padom pritiska p. Aktivna povrina je ona na koju deluje sila pritiska. Hidrauliki cilindri imaju pokretni klip sa klipnjaom koja moe biti jednostrana ili dvostrana.

Teorijska vrednost sile na klipnjai hidraulikog cilindra je: F

ct = A p (4.1)

gde su: Fct

[N] - teorijska sila na klipnjai hidraulikog cilindra,

A [m2] - aktivna povrina klipa hidraulikog cilindra i

p [Pa] - raspoloivi pad pritiska na hidrocilindru. Stvarna sila F

c manja je zbog gubitaka energije.

Fc = F

ct

cm (4.2) gde je:

cm - mehaniki stepen iskorienja hidraulikog cilindra.

29

Mehaniki stepen iskorienja hidraulikog cilindra cm

, je:

ct

czm F

F= (4.3)

Teorijska brzina izvlaenja klipnjae vct

je proporcionalna odnosu dovedenog protoka Qc u

hidraulikom cilindru i aktivne povrine klipa A.

AQv cct = (4.4)

gde su: vct

[m/s] - teorijska brzina klipnjae,

Qc [m

3/s] - protok u hidraulikom cilindru.

Stvarna brzina klipnjae hidraulikog cilindra vc je:

vc = v

ct

cz (4.5)

gde je: cz

- zapreminski stepen iskorienja.

Zapreminski stepen iskorienja cz

hidraulikog cilindra je:

ct

ccz Q

Q= (4.6)

Stepen iskorienja hidraulikog cilindra c je:

c =

cm

cz (4.7) Hidrauliki cilindri proizvode se sa odreenim veliinama prenika cilindra i klipnjaa kao i duinama hoda klipnjaa. Razlozi su viestruki. Osnovni je svakako standardizacija zaptivnih materijala. 4.2. Karakteristine konstrukcije hidraulikih cilindara Hidrauliki motori koji izvode ogranieno pravolinijsko ili luno kretanje u tehnikoj praksi poznati kao hidrauliki cilindri konstrukciono se izvode kao: - jednoradni (jednosmerni), - dvoradni (dvosmerni) i - zakretni cilindri. Karakteristine konstrukcije hidraulikih cilindara (jednoradnih i dvoradnih) prikazne su ematski na slici 4.3. Kod jednoradnih hidraulikih cilindara (10 i 11 na slici 4.3.) radni pritisak deluje sa jedne strane klipa, a kod dvoradnih sa obe.

30

Sl.4.3. Karakteristine konstrukcije jednoradnih (10 i 11) i dvoradnih (od 1 do 9, 12 i 13) hidraulikih cilindara

Klip se zajedno sa klipnjaom kree unutar cilindrinog tela, zbog delovanja pritiska radne tenosti koja se dovodi u prostor ispred klipa (radne komore). Klipnjaa se obino zavrava navojem.

31

5. HIDRAULIKI RAZVODNI VENTILI Hidrauliki razvodnici omoguuju start, reverziranje i zaustavljanje hidraulikih motora. U ovom poglavlju su analizirane: osnovne funkcije, jednaina protoka hidraulikih klipnih razvodnika, karakteristine konstrukcije i parametri za izbor. 5.1. Osnovne funkcionalne karakteristike hidraulikih razvodnika Funkcija hidraulikih razvodnika je usmeravanje (razvoenje) i prekidanje struje radne tenosti. Kod nekih konstrukcija prigunih otvora mogue je i odgovarajue priguivanje. Osnovne su konstrukcijske karakteristike hidraulikih razvodnika: - broj radnih poloaja, - broj hidraulikih prikljuaka na razvodniku, - funkcija radnih poloaja, - nain aktiviranja razvodnika i - nazivna veliina NP prikljunih otvora. Broj radnih poloaja je odreen funkcijom razvodnika. Da bi se ostvarila samo funkcija prekidanja protoka radne tenosti prema izvrnom motoru, potrebna su dva radna poloaja (iskljueno i ukljueno). Za ostvarivanje funkcije prekidanja, starta (zaustavljanje) i reverziranja hidraulikog motora, potrebna su tri radna poloaja, i slino. Obzirom na mogunosti aktiviranja razvodnika, uobiajeno je da se oni izrauju sa 2, 3 i 4 radna poloaja. Najee se koriste dva i tri radna poloaja koji se zadaju elektromagnetima za aktiviranje

Broj hidraulikih prikljuaka je razliit. Razvodnici najee imaju etiri prikljuka: - prikljuak za dovod radne tenosti (potisni vod od hidraulike pumpe), - prikljuak za odvod radne tenosti (povratni vod prema rezervoaru), - dva prikljuka za dovod i odvod radne tenosti u izvrni motor. Oznaavanje prikljuaka na razvodniku standardizovano je ISO (CETOP) ili odgovarajuim nacionalnim standardima. Tako je oznaeno: - P - prikljuak pumpe, - R - prikljuak rezrvoara, - A, B, C.. - izlazni prikljuci razvodnika, - X i Y - interno i eksterno upravljanje razvodnikom.

Funkcija radnog poloaja na hidraulikom razvodniku definisana je konstrukcijom za svaki radni poloaj na razvodniku. Neke od moguih funkcija su: - prekidanje proticanja, - proticanje u zadanom smeru, - promena smera, - priguivanje, - blokiranje itd. Aktiviranje - postavljanje razvodnika u odgovarajui radni poloaj izvodi se: polugom, oprugom, elektromagnetskim, hidraulikim i pneumatskim aktuatorima itd.

32

Nazivna veliina razvodnika NP predstavlja prenik prikljunog otvora u milimetrima. Ona definie veliinu protoka koja se pod normalnim uslovima moe propustiti kroz razvodnik. Ta je veliina standardizovana (ISO, CETOP) 5.2. Osnovne funkcije klipnih razvodnika Konstrukcija klipnog razvodnika ematski je prikazana na slici 5.1. Osnovni elementi su telo razvodnika u kome je aura (1) i razvodni klip (2). Protoni otvori se formiraju aksijalnim pomicanjem razvodnog klipa u auri. Konstrukcija je relativno jednostavna, mogue su tri osnovne fukcije i beskonaan broj funkcija meupoloaja. Aktiviraju se translatornim pomicanjem klipa razvodnika.

Sl.5.1. Proticanje radne tenosti kroz klipni razvodnik sa etiri prikljuka i tri

radna poloaja (b) sredinji poloaj i ( a i v) krajnji poloaji Slika 5.1. pokazuje puteve proticanja radne tenosti kroz klipni razvodnik sa etiri prikljuka i tri radna poloaja kad je razvodni klip u krajnjim poloajima. Prikljuci su normalno izvedeni kao: P - prikljuak za napajanje pod pritiskom, R - prikljuak za povratni vod u rezervoar i A, B - radni prikljuci (prikljuak za izvrne motore).

Slika 5.1. pokazuje tri osnovna radna poloaja ovog razvodnika. U nultom poloaju razvodni klip nalazi u sredinjem poloaju, razdvojeni su prikljuni otvori P, A , B i R. Kroz razvodnik nije mogue proticanje radne tenosti. Kad se razvodni klip (1) nalazi u krajnjem levom poloaju (sl.5.1.a), spojeni su prikljuci P A i B R. Kad se razvodni klip premesti u krajnji desni poloaj (sl.5.1.v), spaja se prikljuak P B i A R. Razvodni klip moe biti postavljen i u bilo koji poloaj izmeu krajnjih, to omoguava da se realizuju i druge funkcije kao to je priguivanje protoka. aura i razvodni klip obraeni su sa vrlo uskim tolerancijama i finim obradama povrina. Zaptivanje sklopa izvodi se radijalnim zazorom klipa i aure. Zaptivanje zazorom, klipa i aure, osigurava efikasno podmazivanje, ispiranje kliznih povrina, smanjenje sile trenja kao i troenje delova. I pored dobro obraenih povrina klipa i razvodnika,

33

isticanje kroz radijalni zazor je nemogue izbei stoga je gubitak protoka i pritiska na razvodniku neminovan. Klipni razvodnik moe imati nulto (sl.5.2.a), negativno (sl.5.2.b) ili pozitivno (sl.5.2.v) prekrivanje radnog polja.

Sl.5.2. Nulto (a), negativno (b) i pozitivno (v) prekrivanje radnog polja

Protok kroz klipni razvodnik zavisi od oblika prekrivanja. Razvodnik sa nultim prekrivanjem ima idealnu zavisnost protoka u funkciji od pomaka razvodnog klipa (sl.5.2.a). Ovo se prekrivanje u praksi teko postie. Realno se postiu pozitivno ili negativno prekrivanje. Ako je prekrivanje negativno xn (sl. 5.2.b), kroz razvodnik istie u nultom poloaju odreena koliina tenosti. Pozitivno prekrivanje na razvodniku xp (sl. 5.2.v), daje zonu neosetljivosti. Tip i veliina prekrivanja radnog polja na klipnom razvodniku je veoma vana konstrukcijska karakteristika za njegovu primenu. Tako se pozitivno prekrivanje koristi za dranje tereta na zadanoj poziciji jer ima relativno dobro zaptivanje u nultom poloaju. Negativno prekrivanje omoguuje meko prebacivanje radnih poloaja razvodnika i neznatne hidraulike udare ali i znaajne gubitke oticanja u nultom poloaju. 5.3. Aktiviranje klipnih razvodnika Aktiviranje klipnih razvodnika izvodni se aksijalnim pomeranjem klipa (runo, elektro-magnetom, hidrauliki i slino).

Mehaniko aktiviranje klipnog razvodnika obavlja se pomou polunog mehanizma kojim se razvodni klip pozicionira (nameta) i dri u zadanom radnom poloaju.

Elektromagnetsko aktiviranje klipnog razvodnika 4/2 i 4/3 izvodi se odgovarajuim elektro-megnetima. Razvodni klip se pozicionira u zadani radni poloaj delovanjem sile na kotvi elektromagneta. Opruge za centriranje dre razvodni klip u nultom (sredinjem) poloaju kad elektromagneti nisu aktivirani.

Hidrauliko aktiviranje mora se koristiti kod velikih protoka zbog relativno velike sile potrebne za premetanje i dranje klipa razvodnika. Ono se izvodi pomou pritiska radne tenosti.

Zadani poloaj razvodnog klipa odrava se pomou: - opruga koje su postavljene tako da vrate razvodni klip u poetni poloaj kad prestane

delovanje spoljne sile na klip;

34

- mehanikog uskonika gde kuglica pod oprugom ili uskonik dre razvodni klip u odabranom poloaju kad spoljnja sila upravljanja prestane delovati i

- blokirane tenosti ispred ela razvodnog klipa (hidrauliko dranje). Aktiviranje klipnog razvodnika koje se izvodi neposrednim delovanjem na razvodni klip naziva se "direktno aktiviranje ili upravljanje", a aktiviranje uz hidrauliko pojaanje upravljakog signala "indirektno aktiviranje ili upravljanje". Sila potrebna za prebacivanje klipa razvodnika (aksijalna sila na razvodnom klipu), preteno zavisi od sila trenja i reakcije struje radne tenosti koja protie kroz radni otvor klipnog razvodnika. Sile trenja izmeu klipa i aure obino ne prelaze 1,0 N. Sile trenja koje se ostvaruju na zaptivnim ureajima klipnog razvodnika imaju znatno vee vrednosti (preko 5,0 N). Sila zbog reakcije struje radne tenosti koja protie pod delovanjem razlike pritiska kroz priguni otvor formiran izmeu ela razvodnog klipa i otvora aure, ima vrednost 5 - 8N na svaki kilovat snage utroene za savladavanje hidraulikih otpora. Priblina vrednost aksijalne sile za klipni razvodnik nazivnog prenika d = 10,00 mm (NP 10), sa odnosom duine klipa prema preniku 3,0, iznosi 5,00 N. Kod nazivnog prenika d = 16,00 mm (NP 16) i odnosa duine prema preniku 3,5, aksijalna sila ima vrednost 15,00 N.

Elektromagnetsko aktiviranje klipnog razvodnika, ematski prikazano na slici 5.3.a, izvodi se pomou elektromagneta (sl.5.3.v). Kad se namotaji elektromagneta ukljue u strujni krug, kotva se uvue u namotaj zbog delovanja sile elektomagnetskog polja. Kotva potiskuje razvodni klip i aktivira hidrauliki razvodnik.

Sl.5.3. Elektromagnetsko aktiviranje klipnog razvodnika (a) ematski prikaz,

(b) konstukcijsko reenje, (v) elektromagnet i (g) hidrauliki simbol Namotaj elektromagneta moe biti dimenzionisan za napajanje jednosmernom (DC) ili naizmeninom strujom (AC). Elektromagnet moe biti suv ili uronjen u hidrauliko ulje. Elektrini krug sa AC namotajem izloen je velikoj startnoj struji u trenutku ukljuivanja, koja se naglo smanjuje sa uvlaenjem kotve u namotaj. AC elektromagneti su dimenzionisani prema veliini struje dranja. Startna struja moe delovati samo kratko vreme da ne oteti namotaje.

35

Zato, ako neto zadri kotvu AC elektromagneta da se potpuno uvue, rezultat toga e biti pregaranje namotaja (zbog produenog delovanja visoke startne struje). Kod DC elektrinog kola, struja u namotaju je priblino konstantna, a namotaji su dimenzionisani da izdravaju tu struju neogranieno vreme. Suvi AC elektromagneti imaju sledee karakteristike: - vrlo kratko vreme ukljuivanja (10 - 80 ms), - jednostavno elektrino upravljanje, - velika startna struja (7-10 puta vea od struje dranja). - maksimalna frekvencija ukljuivanja je oko 8000 ukljuenja na sat. Za suve DC elektromagnete karakteristino je: - vreme ukljuivanja priblino 20 - 45 ms, a iskljuivanja 10-25 ms, - meko ukljuivanje, - mogue zaustavljanje kotve u nekom meupoloaju, - visoka maksimalna frekvencija ukljuivanja (15 000 ukljuenja na sat priblino dvostruko

vea od AC elektromagneta). Elektromagneti uronjeni u radnu tenost, imaju kotve smetene u nemagnetsku cev, koja nije zatvorena prema vodu niskog pritiska na razvodniku. Kotva je uronjena u radnu tenost. Namotaji elektromagneta su postavljeni sa spoljne strane nemagnetske cevi. AC potopljeni elektromagneti imaju sline karakteristike kao suvi AC elektomagneti plus prednosti usled potopljene kotve: - malo troenje, - dobro odvoenje toplote i - amortizovano (ublaeno) zaustavljanje kotve u krajnjem poloaju. DC uronjeni elektromagneti imaju sline karakteristike kao suvi DC elektromagneti. Prednosti zbog uronjene kotve su : - malo troenje, - bolje odvoenje toplote i - amortizovano zaustavljanje kotve u krajnjim poloajima. DC elektromagneti mogu biti opremljeni sa ugraenim ispravljakim mostom tako da se mogu direktno spajati na AC izvor. Hidrauliko aktiviranje klipnog razvodnika prikazano je ematski na slici 5.4. Direktno upravljani razvodnik (pilot razvodnik) upravlja protokom tenosti, odnosno pomakom glavnog razvodnog klipa. Glavni razvodni klip se ponaa kao klip dvoradnog cilindra.

36

Sl.5.4. Hidrauliko aktiviranje klipnog razvodnika (a) ematski prikaz, (b)

funkcionalna ema i (v) hidrauliki simbol Upravljaki (pilot) razvodnik usmerava tenost u komoru sa jedne strane glavnog razvodnog klipa, dok se u isto vreme iz druge komore tenost odvodi. Na taj se nain stvara potrebna razlika pritiska, odnosno sila za prebacivanje glavnog razvodnog klipa. Blokiranjem tenosti u komorama ispred klipa, on se dri u zadanom poloaju.

Sl.5.5. Tipina konstrukcija elektrohidraulikog klipnog razvodnika 4/3

1- pilot elektromagnetski razvodnik, 2- priguiva i 3 - klipni razvodnik 4/3

37

Aksijalna sila na razvodnom klipu raste sa veliinom protoka na razvodniku pa je direktno upravljanje mogue samo do veliine protonog otvora NP 5. Kod razvodnika iznad veliine NP 10 aksijalne sile su zbog protoka radne tenosti velike za direktno prebacivanje razvodnog klipa (mehaniko, elektromagnetsko), pa se koristi indirektno upravljanje. Indirektno aktiviranje se izvodi dvostepeno sa direktno upravljanim razvodnikom (pilot razvodnik-upravljaki deo) i hidrauliki upravljanim razvodnikom (izvrni deo). Direktno upravljani razvodnik upravlja radnom tenou pod pritiskom i omoguuje kretanje glavnog razvodnog klipa. Brzina premetanja glavnog razvodnog klipa zavisi o veliini protoka koji se dovodi sa pilot razvodnika. Ugradnjom prigunika protoka izmeu elektromagnetskog pilot ventila i glavnog razvodnika, kako je to prikazano na slici 5.4.a mogue je podeavati brzinu premetanja glavnog razvodnog klipa i osigurati stabilnost rada. Tipina konstrukcija elektrohidraulikog klipnog razvodnika 4/3 prikazana je na slici 5.5.

38

PNEUMATSKI SISTEMI 1.1. Osnovne funkcije pneumatskog sistema Osnovne su funkcije pneumatskog sistema su pretvaranje, prenos i upravljanje energije. Pneumatski sistem ematski je prikazan na slici 1.1. U prvom delu sistema vri se pretvaranje mehanike energije u energiju sabijenog vazduha (pretvara energije je kompresor). Upotreba sabijenog vazduha prikazana je u drugom delu eme. Vazduh iz rezervoara, preko razvodne pneumatske mree, dolazi u pripremnu grupu gde se vri njegovo ienje i zauljivanje. Oien i zauljen vazduh vodi se u pneumatski motor, gde se energija sabijenog vazduha pretvara u mehaniki rad.

Sl.1.1 ematski prikaz pneumatskog sistema

Sabijeni vazduh pored prenosa energije u pneumatskim sistemima esto slui za prenos informacija, odnosno signala za upravljanje. U pneumatskom sistemu mogu biti ugraene komponentne koje omoguuju upravljanje smerom strujanja, protokom i pritiskom sabijenog vazduha i pretvaranje energije sabijenog vazduha u mehaniki rad. Nakon to izvri zadanu funkciju (mehaniki rad ili upravljanje), vazduh se isputa u slobodnu atmosferu, pa pneumatski sistemi nemaju povratni vod. Postoji vie vrsta pneumatskih sistema koji su nali primenu u tehnikoj praksi zavisno od radnog pritiska koji se kree od 0,1 bar pa do 2000 bar i vie: - vakuumska tehnika (radni pritici max 0,1 bar), - fluidika (radni pritisak max 2 bar), - industrijska pneumatika ( radni pritisak max 15 - 30 bar), - pneumatika visokog pritiska (radni pritisak max 200 bar ) i - pneumatika extremno visokog pritiaka (radni pritisci preko 1000 bar). U ovom poglavlju govori se o industrijskim pneumatskim sistemima i pogonima koji se primenjuju na brodovima, motornim vozilima i procesima odravanja. Obino se koristi vazduh pod pritiskom 5 do 15 bar.

39

1.2. Osnovna svojstva vazduha kao radnog medijuma pneumatskih sistema Iako praktino svaki gas moe biti medijum za pretvarenje i prenos pneumatske energije vazduh se najvie koristi. Osnovni parametri koji odreuju stanje vazduha u pneumatskom sistemu su: pritisak, temperatura i gustina. Apsolutni pritisak vazduha je ravan sumi izmerenog (manometarskog) i atmosferskog (barometarskog) pritiska: p = p

i + p

a

Za merenje temperature obino se koristi meunarodna temperaturna skala sa temperaturom t u Celzijusovim stepenima (

oC). U teoriji pneumatskih sistema koristi se

termodinamika temperatura T (apsolutna temperatura) u Kelvinovim stepenima (K). T = t + 273

o.

Gustina vazduha je po definiciji = m/V [kg/m3] gde je m = masa [kg] i V zapremina

[m3]. Poto se gustina vazduha znaajno menja sa promenama temperature i pritiska,

vrednost gustine se daje za odreene uslove. Vazduh kod pritiska p = 0,1013 MPa (760 mm Hg) i na temperaturi T = 293 K (t = 20

oC) ima gustinu = 1,207 kg/m

3 ( specifina

teina = 0,83 m3/kg).

Pored ovih veliina za praktinu upotrebu vazduha u pneumatskim sistemima vani su viskozitet, vlanost i specifina toplota. 1.3. Prikazivanje peneumatskih sistema Za prikazivanje pneumatskih sistema koriste se simboli CETOP koji su standarizovani kao i za hidraulike sisteme (JUS L.N1 001 do JUS L. N1 008). U Prilogu 2 dat je pregled simbola karakteristinih za prikazivanje pneumatskih sistema prema DIN 24300. Prikljuci na pneumatskim funkcionalnim emama uobiajeno se oznaavaju slovnim oznakama: - radni vodovi A, B, C, - dovod (prikljuak na mreu, kompresor, izvor) P - odvod, izduvavanje R, S, T - drenani vod L - upravljaki vod X, Y, Z. 1.4. Karakteristine primene pneumatskih sistema Pneumatski sistemi imaju vrlo iroku primenu u industriji, motornim vozilima, brodovima itd. od jednostavnih alata do pogona i sloenih sistema upravljanja. Brodski dizel motori preko 500 kW imaju pneumatske sisteme za start naroito kad se koriste za teke uslove eksploatacije. Danas je u tehnikoj primeni nekoliko sistema za pokretanje dizel motora sabijenim vazduhom. Jedan karakteristini sistem prikazan je ematski na slici 1.2.

40

Sl.1.2. Pneumatski sistem za start dizel motora 1 - razvodni ventil, 2 - klipni razvodnik za start, 3 - elina boca, 4 - ventil na glavi cilindra, 5 - cevovod , 6, 9 i 7- ventili, 8 - preista

Potrebna pneumatska energija (sabijeni vazduh pod pritiskom 30 bar) uva se u specijalnoj elinoj boci (3). Na razvodnom vratilu dizel motora smeten je ventil (1) koji daljinski aktivira ventile (4) na glavi cilindra dizel motora. Potrebna koliina sabijenog vazduha doprema se u radni prostor dizel motora kroz cevovod (5) kad se otvori ventil (4). Start sistema za pokretanje motora izvodi se pomou ruice klipnog razvodnika (2) za start. Primena pneumatskih sistema u industriji ilustrovana je pneumatskim sistemom za pogon industrijske prese, koji je prikazan ematski na slici 1.2., dok je njegova funkcionalna ema data na slici 1.3.

Sl.1.2. Pneumatski sistem za pogon prese

41

Sl.1.2. Funkcionalana ema pneumatskog sistema za pogon prese

Osnovne funkcije pneumatskog sistema su: - proizvodnja sabijenog vazduha, - kondicioniranje sabijenog vazduha, - priprema sabijenog vazduha, - generisanje potrebne sile na klipu pneumatskog cilindra prese i - upravljanje radom prese. Potrebna pneumatska energija (sabijeni vazduh) dobija se klipnim kompresorom koga pogoni elektromotor. Sistem za proizvodnju pneumatske energije je automatizovan. Kapacitet sistema je podeen zahtevu potroaa (presa) i kompresor radi sa prekidima. Kad se ostvari potrebni pritisak sabijenog vazduha u rezervoaru pogonski elektromotor kompresora se iskljuuje i obratno. Sistem je opremljen sa odvajaem vode, preistaem, ventilom za ogranienje pritiska, manomentrom kao i slavinom za isputanje nakupljene vode i neistoa (kondicioniranje sabijenog vazduha). Potroa, u ovom sluaju presa, prikljuuje se na razvodnu mreu odgovarajuim cevovodom. Prikljuni vod je u pravilu vertikalna cev. Na donjem delu nalazi se prikljuak potroaa sa slavinom i pripremnom grupom za sabijeni vazduh. Na samom kraju cevi je posuda u kojoj je sakuplja kondenzat i neistoe koje se izdvoje u toku rada iz razvodne mree. Nakupljeni kondenzat i neistoe isputaju se otvaranjem slavine (to je jedan od zahvata tehnikog odravanja sistema). Pripremna grupa sabijenog vazduha je obavezni sastavni deo pneumatskog sistema. Sabijeni vazduh iz razvodne mree se isti od neistoa. Podeava se (regulie se) pritisak i ubacuje se potrebna koliina tenog maziva (raspreno ulje za podmazivanje). Izvrni dvosmerni pneumatski cilindar aktivira se istovremenim runim aktiviranjem pneumatskih razvodnika smetenih na dohvat ruku posluioca prese. Aktiviranje prese sa dve ruke je nuno da ne bi dolo do povrede posluioca (nije mogue aktivirati pneumatski cilindar prese jednom rukom). Veliina hoda klipnjae pneumatskog cilindra podeava se (kod pripreme maine) postavljanjem nosaa dodirivaa.

42

1.5. Prednosti i nedostaci pneumatskih sistema U poreenju s hidraulikim sistemima pneumatski sistemi se koriste za manje sile i zakretne momente. Sa pritiskom vazduha od 6 - 7 bar mogu ostvariti sile do 1,5x104 N, sa prihvatljivim gabaritima komponenata sistema. Ako se uporeuju hidrauliki, pneumatski, fluidiki, elektrini i elektronski sistemi onda vai opte pravilo:

- kada se u sistemu vri prenos velikih sila i zakretnih momenta, koriste se hidrauliki sistemi,

- za prenos manjih sila i zakretnih momenata uz mogunost upravljanja koriste se pneumatski i elektrini sistemi,

- za prenos informacija i funkcije upravljanje koriste se fluidiki i elektroniki sistemi.

Glavne prednosti pneumatskih sistema su: - ne postoji opasnost od eksplozije ili poara, pa su vrlo pogodni za primenu u

industriji obrade drveta, nafte, boja i lakova, eksploziva itd, - optimalne brzine strujanja vazduha su oko 40 m/s, ali mogu biti i brzine zvuka

bez posledica za pneumatski sistem, dok su standardne brzine klipnjae cilindra 1 - 2 m/s, a kod udarnih cilindara i do 10 m/s,

- mogu je na relativno jednostavan nain prenos pneumatske energije na vee udaljenosti,

- neosetljivost na preoptereenje, pa se pneumatski izvrni motori mogu preopteretiti do zaustavljanja, a da pri tome ne nastanu nikakva oteenja,

- pneumatski sistemi mogu da rade od 20 oC do + 70 oC, a neke konstrukcije i do 200 oC, fluidiki od - 50 oC do priblino 1000 oC,

- nisu osetljivi na radijaciju, magnetsko i elektrino polje i na druge oblike zagaenosti okolne atmosfere,

- omoguuju kontinualnu promenu brzine izvrnih motora, kao i duine hoda klipnjae kod cilindara,

- sabijeni vazduh moe biti ist, pa kod eventualnih proputanja, kao i izduvavanja u atmosferu ne prlja ureaje i okolinu (pogodan je za upotrebu u prehrambenoj industriji),

- pneumatski sistemi nemaju povratne vodove, - jednostavno odravanje i laka zamena delova s obzirom na standardne elemente, - mala masa (komponente su lake od elektrinih za istu snagu), - komponente su robusne i otporne na vibracije.

Pored navedenih prednosti pneumatski sistem ima i nedostataka: - zbog stiljivosti vazduha, sile na klipnjai su ograniene, - sabijeni vazduh kao medijum je skuplji od ekvivalentnog medijuma za isti

proizvodni rad ostvaren elektrinom energijom ili uljem u hidraulikom sistemu. U proseku, potrebno je oko 0,12 kWh elektrine energije za dobijanje 1 m3 sabijenog vazduha na 6 bar,

- kod ekspanzije vazduha u atmosferu, nakon izvrenog rada, stvara se znatna buka,

- zbog stiljivosti vazduha nije mogue postii male i konstantne brzine kretanja izvrnih organa i

- prenos signala na vee udaljenosti je ipak ogranien.

43

Navedeni nedostaci mogu se ublaiti ili otkloniti odgovarajuim konstrukcijskim reenjima i upotrebom drugih medijuma u kombinaciji sa sabijenim vazduhom. Tako na primer, za vee sile mogu se koristiti pneumohidrauliki sistemi, gde se kombinacijom pneumatskog i hidraulikog cilindra razliitih povrina mogu znaajno pojaati (multiplikovati) sile. Pneumohidrauliki sistemi koriste se takoe za vrlo fino kontinuirano, poziciono upravljanje hoda klipa. Za spreavanje buke na izduvnoj strani ventila ili cilindra ugrauju se priguivai buke. Kad je potrebno vriti upravljanje na veim udaljenostima, kao i kod sloenih upravljakih zahteva, koriste se elektrini upravljaki signali, a za izvrenje mehanikog rada sabijeni vazduh (pneumoelektrini sistemi). Dobijanje sabijenog vazduha ima znaajnu cenu. Meutim, kada postoji kompresor i razvodna mrea, dakle, kada je pneumatska energija na raspolaganju, analize pokazuju da je pogonska energija pneumatske brusilice 40 % jeftinija od elektrine energije potrebne za pogon elektrine brusilice istih karakteristika. Ako se jo dodaju trokovi odravanja tada su pneumatski sistemi u prednosti.

44

LITERATURA 1. R. Mirkovi: Brodski hidrauliki i pneumatski sistemi skripta, Vojna akademija,

Beograd, 2003

2. R. Mirkovi: HIDRAULIKA, Mikroelektronika, Beograd, 2003.

3. . Gruji: Hidrauliki servosistemi, VTA, Zagreb, 1989.

4. R. Abduli, P. Ciner: Elektrohidrauliki servosistemi, CVT, Zagreb, 1986.