Hydraulikk

Hydrauliske og hydrostatiske applikasjoner.

Hydraulikk (fra gammel gresk ὕδωρ hýdor " vann " og αὐλός aulós "rør") ^[1] beskriver teknikken for bruk av væsker til signal- , kraft- og energioverføring . ^[2]

I vid forstand kan systemer for bruk av termisk eller kinetisk energi eller for transport av væsker også ses på som hydrauliske systemer (f.eks. Varmesystemer , vannkraftverk og andre rørledningssystemer ).

Studiet av flyteegenskapene av væsker er hydromechanics .

historisk utvikling

Blaise Pascal

Joseph Bramah

William G. Armstrong

Reynold Janney

Engelskmannen Joseph Bramah regnes som grunnleggeren av teknisk hydraulikk. I 1795 utviklet han en hydromekanisk maskin som ble betjent med vann under trykk ^[3] , som fungerte i henhold til den hydrostatiske loven til Blaise Pascal og økte styrken som ble introdusert 2034 ganger. I 1851 utviklet William G. Armstrong vektakkumulatoren , en lagringsenhet som kan brukes til å generere store volumstrømmer . London Hydraulic Power Company bestilte en sentral vannforsyning under trykk for flere hydrauliske systemer i 1882.

1905 regnes for å være begynnelsen på oljehydraulikk, da Harvey D. Williams og Reynold Janney ^[3] først brukte mineralolje som overføringsmedium for en hydrostatisk overføring i aksial stempeldesign ^[3] med en swash -plate, som de brukte til forskyvninger ved et maksimalt trykk på 40 bar. Hele-Shaw utviklet den første brukbare radialstempelmaskinen i 1910. ^{[3] I} 1929 fikk ingeniørene Hans Thoma og Heinrich Kosel patent på en aksial stempelmaskin i bøyet aksedesign . ^[4] Harry Vickers utviklet den første servostyringen (rundt 1925), og han utviklet den første pilotdrevne trykkventilen i 1936. ^{[3] I} 1950 bygde Jean Mercier den første hydropneumatiske trykkakkumulatoren i større skala. ^[3] Arbeid av John F. Blackburn , Shih-Ying Lee og Jesse Lowen Shearer , utgitt i USA i 1958, var viktig for utviklingen av servohydraulikk . ^[3]

Hydraulikk for kraftoverføring

Hydraulikk i prosjektering av en girkasse mekanisk motsatt, elektriske og pneumatiske overføringer. Den brukes til å overføre kraft, energi eller kraft / dreiemoment fra maskinen (pumpen) til motoren (stempel eller hydraulisk motor), med ytelsesparametere tilpasset motorens krav. Hydraulikken overfører kraften gjennom hydraulikkvæsken , vanligvis spesiell mineralolje , men i økende grad også gjennom miljøvennlige væsker som vann eller spesielle karboksylsyreestere eller glykoler . Den overførte effekten skyldes faktorene trykk og volumstrøm . Det må skilles mellom:

Hydrodynamiske drivenheter fungerer med en pumpe og en turbin. Konvertering av hastighet og dreiemoment skjer via kinetisk energi til væsken.
På hovedsiden konverterer hydrostatiske drivenheter den mekaniske kraften til drivmotoren ( elektrisk motor , dieselmotor ) til hydraulisk kraft ved hjelp av en pumpe (drevet maskin ). Denne kraften konverteres til forbrukere (forbrenningsmotor) tilbake til mekanisk kraft, i hydrauliske sylindere i lineær bevegelse eller hydrauliske motorer i en rotasjonsbevegelse. Hydrostatiske drivverk er mer effektive enn andre typer girkasser hvis hastigheten på utgangssiden må være kontinuerlig justerbar.

Ved å føre væske under trykk i sylinderen , settes stemplene og stempelstengene inni i lineær bevegelse, som brukes til arbeidsprosesser og til kjøring av maskiner. Roterende drivenheter kan også implementeres ved bruk av væsketrykk, for eksempel med en hydraulisk motor.

Hydrauliske systemer ligner i utgangspunktet på pneumatiske drivenheter, der trykkluft brukes til å overføre kraft og signaler, men har forskjellige egenskaper. I oljehydraulikk, for eksempel, er det alltid nødvendig med en væskekrets (der og bak), mens i pneumatikk blåses avtrekksluften ut i miljøet - vanligvis via en lyddemper . Det er bare med vannhydraulikken at det noen ganger ikke er noen kretser. Sammenlignet med pneumatikk har hydraulikk fordelen av at signifikant høyere krefter kan overføres og svært ensartede og nøyaktige bevegelser er mulig, siden komprimeringen av hydraulikkvæsken er så lav at den neppe har en negativ effekt på tekniske applikasjoner.

Kombinasjonen av hydrauliske elementer med elektriske komponenter for kontroll kalles elektrohydraulikk .

fordeler

Hydrauliske slanger

Hydraulikk skylder sin utbredte bruk i mange bransjer følgende fordeler:

den ødelagte konstruksjonen, dvs. den fleksible forbindelsen mellom inngang og utgang og god strukturell tilpasning til plassbehov. Forbindelsen mellom motoren og pumpen består av rør og slanger , som stort sett kan legges fritt. Når det gjelder mekaniske drivenheter, er det derimot nødvendig å etablere en direkte forbindelse mellom motor og girkasse og videre til differensialen via for eksempel en kardanaksel , Hardy -skive , fleksibel skive eller en kjede. Derfor er posisjonen til overføringen i stor grad bestemt av motorens posisjon.
Moderne, sprutfrie, raske hurtigkoblinger gjør at forbruker og pumpe kan kobles fra trygt og rent. Smuss og luft kommer inn i det hydrauliske systemet.
trinnløs hastighetsinnstilling av utgangen innenfor svært vide grenser, enkel reversering av bevegelsesretningen
Generering av lineære utgangsbevegelser med enkle tekniske komponenter med svært høy effektivitet
enkel generering av veldig store krefter og dreiemomenter
sikker og hurtigvirkende overbelastningsvern gjennom trykkavlastningsventil
høy effekttetthet, det vil si relativt små komponenter for høy ytelse, spesielt i forhold til elektriske motorer
Realisering av parallelle fungerende translatoriske eller roterende utgangselementer (hydrauliske sylindere eller hydrauliske motorer) med en primærdel (pumpe) i et felles system, noe som resulterer i effekten av en differensial uten ytterligere innsats
lang levetid, ettersom væsken er selvsmørende og kan tjene som kjølemedium
enkle kontrollkonsepter for optimal utnyttelse av drivmotoren med sterkt varierende ytelseskrav til den drevne maskinen
høy posisjoneringsnøyaktighet
jevne bevegelser på grunn av den lave komprimerbarheten til hydraulikkvæsken
Standardisering gjennom bruk av standardiserte komponenter, tilkoblingsdimensjoner, installasjonsrom osv.
enkel visning av lasten med trykkmålere
lav induktans av hydrauliske motorer og sylindere
Starter fra stillstand ved full last
rask (men langsommere enn pneumatikk ved samme arbeidstrykk), sensitiv, jevn og kontinuerlig justerbar sylinder- og motorhastighet.
Hydrauliske oljer reduserer friksjonen i aktuatorene.
Korrosjonsbeskyttelse gjennom hydraulikkvæske (unntatt vann)
ingen elektrisk villingsfelt på stasjonene

ulempe

Ulempen med hydrauliske drivenheter er komprimerbarheten til væsken, noe som fører til kompresjon under trykk. Dette kan resultere i trykk og bevegelsesoscillasjoner. Dette problemet påvirker imidlertid bare stasjoner med høye krav til ensartet hastighet ved kraftig endrede laster, for eksempel matedrev på maskinverktøy. Fleksible koblinger må brukes for å motvirke dette, noe som øker kostnadene.
høye krav til renheten til hydraulikkvæsken
Bytte lyder fra ventilene
Fare for lekkasjer, lekkasje av olje
Temperaturavhengighet av hydraulikkoljene ( viskositet og energitap på grunn av økt friksjon med fallende temperaturer)
Strømningstap som omdannes til varme og varmer opp systemet (energitap)
Vibrasjonstendens på grunn av trykkstøt og tilhørende støyutvikling

applikasjoner

Hydrauliske sylindere med lineær bevegelse anvendes for løfting av last på gaffeltrucker , gravemaskiner , heiser , kjøretøy kraner etc.

Mobile maskiner som anleggsmaskiner eller landbruksmaskiner er ofte utstyrt med hydrauliske stasjoner.

Kjøretøyer kjøres ofte med hydrauliske gir eller væskeomformere, for eksempel med såkalte bøyd akse- og skvettplatemaskiner , som kan overføre høy effekt. Med hydrauliske girkasser kan kraftoverføringen til en motor som arbeider med et fast turtall fleksibelt tilpasses driftsforholdene, for eksempel i automatgir og hydrauliske drivenheter i diesellokomotiver .

Jernbane-gravemaskin

Hydraulisk ram for løfting av de tyngste lastene (transformator)

Ytterligere typiske applikasjonseksempler er:

Hydrauliske skrutrekkere og boltstrammere for forspenning av skruer
Heiser med lave løftehøyder, men høy nyttelast
Motorkjøretøyer og muskeldrevne to- og trehjulinger av forskjellige typer: bremser ( bremsevæske , også for sykler), automatiserte girkasser , servostyring , chassisstyring, konvertible topper
Forbrenningsmotor : justering av kamaksel, ventilaktivering, aktivering av injeksjonsenheter
Fly : fullstendig kontroll over vingeklaffene (designet under andre verdenskrig ^[5] ) samt tilbaketrekking og forlengelse av landingsutstyret
Skinnebremser i rangeringen
Landbruk : i traktorer for å løfte, kjøre eller kontrollere redskaper
Kjøretøy : Kjøretøy løftes ved hjelp av hydrauliske løfteplattformer
Gravemaskin : hydraulisk kjøring av alt arbeidsutstyr inkludert svingutstyr og chassis
Mobilkraner : hydraulisk kjøring av teleskopmaster, heise- og vinsjutstyr, svingutstyr, støtte, styring og, i noen tilfeller, kjøredrift for industrielle lastebiler;
For eksempel gaffeltrucker: alle bevegelser inkludert kjøring og styring
Klatrekraner og fremrykkutstyr løftes og flyttes hydraulisk.
Traktorer : Power lift -pakke med posisjonsregulator for redskapene, styrehydraulikk
Skogsmaskiner : hydrostatiske reise- og arbeidsdrev
Næringsbiler : vippehydraulikk, bakheiser, styreapparater (servostyring), clutch- og bremsestyring, hydrostatisk kjøring på forakslen ( MAN )
Tanker og fregatter : hydrostatisk overlagret styring, servo-hydrauliske retningsdrev for hovedvåpenet eller for tårnene
Maskinverktøy : hoved- og tilleggsbevegelser på presser, saks og bøyemaskiner; Fôrbevegelse på slipemaskiner, betjeningsfunksjoner som verktøyveksler, arbeidsstykke og verktøyklemme og akseklemme på alle skjæreverktøy. Kraften kan multipliseres med trykktransdusere .
Håndverktøy som oppnår spesielt høye krefter: for kutting av ståltau, krymping av tauklemmer, vannrørbeslag, elektrisk utstyr
Metallurgi : stasjoner for elektriske og nærlysovner; Kontinuerlige hjul, lade- og kjølesenger
Valseverk : regulering av rullespalte (regulering av tykkelsen på det rullede materialet ved hjelp av såkalte hydrauliske justeringssylindere); alle hjelpebevegelser for å mate rullende materiell; Retting og skjærdrev
Aktuator : elektrohydraulisk kontroll av væsker ( trykk , strømning ) i prosessingeniør , kraftverk , rørledninger
Gruvedrift : Sylindere i gangstøtte , hydrostatiske drivverk i gruvemaskiner og tunnelmaskiner
generelt: hydraulisk stempel for å flytte tung last f.eks. B. i byggebransjen for avansering og installasjon av brodragere og andre tunge prefabrikkerte deler, for tunglaststransport eller som redningsinnretning for THW og brannvesen
Billeverandør: for motorhett, skjerm eller andre karosserideler
Sykkelkonstruksjon : hydroforming av aluminiumsrør som en del av rammen, sentral ekspansjon av styrrøret
Brannvesen : I brannvesenet brukes det hydrauliske redningssettet , som inkluderer redningsspreder , redningssaks og redningssylinder, for å redde mennesker fra deformerte kjøretøy.
I høyhastighetsmaskiner (for eksempel turbiner) brukes hydrauliske pumper til å forsyne lagrene med smøremidler og kjølevæsker, som transporterer væskene til forsyningspunktet via hydrauliske ledninger. ^[2] Oljen strømmer tilbake til pumpen via separate trykkledninger.
Catapult kjører på berg- og dalbaner : ^[6] Hydraulikkolje pumpes inn i lagringssylindere fylt med nitrogen, nitrogenet komprimeres. Etter at den er sluppet for lansering, blir oljen under trykk matet inn i mange små hydrauliske motorer som driver en kabelvinsj via en girkasse. Toget som er hektet i tauet akselereres som en katapult.

Hydraulisk håndpress

Hydraulisk presse

Med den hydrauliske pressen kan en stor kraft oppnås med liten fysisk innsats. Ved manuell pumping av pumpestempelet (2) på en biljekk kan en last som veier tonn løftes på pressstemplet (3).

Funksjonsbeskrivelse : Hvis pumpestemplet (2) trykkes ned, lukkes ventilen (4) og ventilen (5) åpnes, slik at hydraulikkolje strømmer inn i pressesylinderen. Stempelet (3) stiger. Hvis pumpestemplet beveges oppover, åpnes ventilen (4) og ventilen (5) lukkes. Dette gjør at hydraulikkolje kan strømme ut av reservoaret (1). Hvis en kraft på 100 N virker på pumpestemplet med et areal på 0,5 cm² (tilsvarer en påført masse på ca. 10 kg), resulterer dette i et trykk på

p={\frac {F}{A}}={\frac {100\,\mathrm {N} }{0{,}00005\,\mathrm {m} ^{2}}}=2\,000\,000\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {m} ^{2}}}=2\,000\,000\,\mathrm {Pa} =20\,\mathrm {bar}

{\ displaystyle p = {\ frac {F} {A}} = {\ frac {100 \, \ mathrm {N}} {0 {,} 00005 \, \ mathrm {m} ^ {2}}} = 2 \, 000 \, 000 \, {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {m} ^ {2}}} = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} = 20 \, \ mathrm {bar}}

{\ displaystyle p = {\ frac {F} {A}} = {\ frac {100 \, \ mathrm {N}} {0 {,} 00005 \, \ mathrm {m} ^ {2}}} = 2 \, 000 \, 000 \, {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {m} ^ {2}}} = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} = 20 \, \ mathrm {bar}}

.

Dette statiske trykket virker også i pressesylinderen. Hvis stempelet har et areal på 40 cm², vil en kraft på

F=p\cdot A=2\,000\,000\,\mathrm {Pa} \cdot 0{,}004\,\mathrm {m} ^{2}=8\,000\,\mathrm {N}

{\ displaystyle F = p \ ganger A = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} \ ganger 0 {,} 004 \, \ mathrm {m} ^ {2} = 8 \, 000 \, \ mathrm {N}}

F = p \ ganger A = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} \ ganger 0 {,} 004 \, \ mathrm {m} ^ 2 = 8 \, 000 \, \ mathrm {N}

,

som du kan løfte ca 800 kg med. For å skyve stempelet opp med en centimeter opp mot denne belastningen, må et volum på 40 cm³ flyttes. For å gjøre dette er det nødvendig med flere pumpeslag på totalt 80 cm. Den hydrauliske eller trykkenergien er

E=p\cdot V=2\,000\,000\,\mathrm {Pa} \cdot 0{,}00004\,\mathrm {m} ^{3}=80\,\mathrm {J}

{\ displaystyle E = p \ cdot V = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} \ cdot 0 {,} 00004 \, \ mathrm {m} ^ {3} = 80 \, \ mathrm {J }}

E = p \ cdot V = 2 \, 000 \, 000 \, \ mathrm {Pa} \ cdot 0 {,} 00004 \, \ mathrm {m} ^ 3 = 80 \, \ mathrm {J}

.

Denne energien er lik arbeidet som blir brukt på pumpestemplet og utført av stempelet:

E=F\cdot s=100\,\mathrm {N} \cdot 0{,}8\,\mathrm {m} =8\,000\,\mathrm {N} \cdot 0{,}01\,\mathrm {m} =80\,\mathrm {J}

{\ displaystyle E = F \ cdot s = 100 \, \ mathrm {N} \ cdot 0 {,} 8 \, \ mathrm {m} = 8 \, 000 \, \ mathrm {N} \ cdot 0 {,} 01 \, \ mathrm {m} = 80 \, \ mathrm {J}}

E = F \ cdot s = 100 \, \ mathrm {N} \ cdot 0 {,} 8 \, \ mathrm {m} = 8 \, 000 \, \ mathrm {N} \ cdot 0 {,} 01 \, \ mathrm {m} = 80 \, \ mathrm {J}

Skjematisk fremstilling og kretsdiagram av et enkelt hydraulisk system med en sylinder

Kretssymboler og kretser

Et kretsdiagram er planen for et hydraulisk system. Komponentene er representert med standardiserte symboler . Disse planene er en del av dokumentasjonen som kreves for hvert system, spesielt viktig for å lage og vedlikeholde systemet. Symbollisten (fluidteknologi) inneholder en omfattende liste over symboler for hydraulikk og pneumatikk, for eksempel symboler for akkumulatorer, filtre, pumper og kompressorer, sylindere og ventiler.

Kretsdiagrammer kan lages individuelt, bedriftsspesifikke eller i henhold til standarder (DIN ISO 1219). Du kan bruke deler som f.eks B. representerer arbeids- og kontrollkretser, trinnene i arbeidsflyten, komponentene i kretsen med deres identifikasjon samt linjene og forbindelsene. Det romlige arrangementet av komponentene blir vanligvis ikke tatt i betraktning.

Et symbol viser bare funksjonen til en komponent eller enhet, det sier ingenting om den konstruktive konstruksjonen og installasjonsposisjonen til de hydrauliske komponentene. Symboler er vist i en farge og vises vanligvis inaktive, uten strøm eller i utgangsposisjonen. Forhold som den elektrohydrauliske analogien kan brukes til modellering.

Se også

Væskeoverføring
Vannhydraulikk
Pneumatikk

litteratur

Horst Beer: 100 års utvikling og bruk av hydraulikk i Øst -Tyskland. Et bidrag til teknologiens og industriens historie. GNN-Verlag, Schkeuditz 2008, ISBN 978-3-89819-240-8 .
H. Exner, R. Freitag, H. Geis, R. Lang. J. Oppolzer: Den hydrauliske trener. Bind 1: Hydraulikk - Grunnleggende og komponenter . 3. reviderte utgave. Utgitt av Bosch Rexroth AG. Mannesmann Rexroth, Lohr 2002, ISBN 3-933698-30-8 .
D. Merkle, K. Rupp, D. Scholz: Elektrohydraulikk. Grunnskolenivå. Springer, Berlin et al. 1997, ISBN 3-540-62087-7 .
D. Merkle, B. Schrader, M. Thomes: Hydraulikk. Grunnskolenivå. Springer, Heidelberg et al. 1997, ISBN 3-540-62091-5 .
Dieter Will (red.): Hydraulikk. Grunnleggende, komponenter, kretser. 3. reviderte og kompletterte utgave. Springer-Verlag, Berlin et al. 2007, ISBN 978-3-540-34322-6 .
Helmut Wetteborn: Hydraulisk linjeteknologi : en praktisk håndbok. 1. utgave, Hansa-Flex, Bremen 2008, ISBN 978-3-88808-703-5 .

weblenker

Grunnleggende hydrauliske formler
Fluid power leksikon - vilkår for hydraulikk

Individuelle bevis

↑ gresk nominalized adjektiv υδραυλική [τέχνη] hydrauliké [Techne] "hydraulisk [Technology]."
↑ ^a ^b Hydraulikk og smøring for turbiner som veier tonn ( Memento fra 30. juni 2015 i Internettarkivet )
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Wolfgang Backé : Fundamentals of Oil Hydraulics, Institute for Hydraulic and Pneumatic Drives and Controls ved RWTH Aachen University, 1974, s. 2f.
↑ Matthies, Renius: Innføring i oljehydraulikk , s 20..
^ Spruce Goose Rules: How the Hughes H-4 Hercules Set Aviation History (With Just 1 Flight) , The National Interest, 6. april 2019
↑ Coastersandmore.de - berg -og -dal -magasin: berg -og -dal -typer fra A for Accelerator til Z for Zac Spin: stasjoner. Hentet 4. juli 2020 .

[1] resk nominalized adjektiv υδραυλική [τέχνη] hydrauliké [Techne] "hydraulisk [Technology]."

[Netzsch-2] Hydraulikk og smøring for turbiner som veier tonn ( Memento fra 30. juni 2015 i Internettarkivet )

[Grudöh2f-3] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Wolfgang Backé : Fundamentals of Oil Hydraulics, Institute for Hydraulic and Pneumatic Drives and Controls ved RWTH Aachen University, 1974, s. 2f.

[Eidöh20-4] Matthies, Renius: Innføring i oljehydraulikk , s 20..

[5] Spruce Goose Rules: How the Hughes H-4 Hercules Set Aviation History (With Just 1 Flight) , The National Interest, 6. april 2019

[6] Coastersandmore.de - berg -og -dal -magasin: berg -og -dal -typer fra A for Accelerator til Z for Zac Spin: stasjoner. Hentet 4. juli 2020 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]