54. Hüdrovõimendid tööpõimõte ja ehitus

Hüdrauliline võimsusvõimendi e. hüdrovõimendi on hüdroajami osa, mida kasutatakse hüdraulilise täiturmehhanismi (servomootori) juhtimisseadiste juhtimistoime võimendamiseks.

Hüdrovõimendi töö põhineb hüdrostaatilise rõhu omadusel, et vedelikule tekitatud rõhk kandub igas suunas võrdse jõuga.

Põhimõtteliselt koosneb lihtsam hüdrovõimendi (joonis 4.33) kahest erineva läbimõõduga omavahel ühendatud silindrist

Joonis 4.33 Hüdrovõimendi tööpõhimõte

Silindritesse (1 ja 2) on paigutatud kolvid põhja pindaladega S₁ ja S₂ .

Jõuga F₁ tekitakse väiksema silindri (1) kolvi kaudu vedelikule rõhk p₁. Pascali seaduse järgi kantakse sama rõhk (p₁) silindri (2) kolvile tekitades sellele jõu F₂ .

Staatilised rõhud p₁= p₂ = p = F₁/S₁ = F₂/S₂ , siit

F₂ = pS₂ = F₁(S₂/S₁) = F₁(d₂/d₁) [N]

Mitte arvestades hõõrdejõude ja kolbide masside erinevust, kasvab silindri 2 kolvile mõjuv jõud nii mitu korda, kui mitu korda selle põhja pindala on suurem silindri 1 kolvi põhja pindalast, mis on antud hüdrovõimendi võimendustegur. Seega hüdrovõimendi võimendustegur võib olla praktiliselt piiramatu.

Reaalses seadmes kulub osa rakendatud jõust kolbide liikumisel tekkivatele hõõrdejõudude hõõrdetegurile ületamiseks, mida arvestab seadme mehaaniline kasutegur, mis reeglina on suurem kui 0,9.

Seega F₂ = = F₁(d₂/d₁)η_m [N], kus

η_m – seadme mehaaniline kasutegur

Tuleb arvestada, et eeltoodud lihthüdrovõimendi korral võimendusteguri suurendades võites jõus kaotame teepikkuses (L) st.

L₁ ×S₁ = L₂ ×S₂ ehk L₂ (F₁/F₂) = L₁(d₁/d₂)²

L₁ > L₂

Lähtudes eeltoodust nõuab väiksem kolb mitu korda suuremat käigupikkust võrreldes suurema kolvi käiguga, mida kompaktsete seadmete korral kasutada on ebaotstarbekas.

Näide: Väiksema silindri kolvile, mille läbimõõt d₁= 100mm, rakendatakse jõud 100 (N).

1. Leida võimsustegur (k) suuremale kolvile läbimõõduga d₂ = 300mm

2. Leida väiksema läbimõõduga silindri kolvikäik L₁ , kui suurema silindri

kolvikäik peab olema väiksem kui 10 mm ( L₂≤ 10mm )

F₂ =F₁(d₂/d₁) = 100×(300/100)² = 900[N];

k = 900/100= 9

L₁= L₂ (d₂/ d₁)² = 10(300/100)² = 90mm

Töösilindri kolvi suurte käigupikkuste vähendamiseks kasutatakse väikese silindri asemel hüdropumpa, mis annab vedeliku vajaliku rõhuga pideva vooluna töösilindrisse.

Laevadel kasutatakse hüdrovõimendeid paljudes automaatregulaatorite ja kaugjuhtimissüsteemides.

Sisendsignaal võib olla ükskõik milline füüsikaline parameeter – mehaaniline , elektriline , temperatuuri- või rõhu muutus jne.

Laevadel kasutatavatest on tuntumad mehaanilised ja elektrohüdraulilised hüdrovõimendid.

Mehaanilise juhtimisega siiber-hüdrovõimendi (joonis 4.34) tööpõhimõte :

1. Juhtkang

2. Ühendushoob

3. Tagasiside diferentsiaalhoob

4. Servomootor (jõusilinder)

5. Tüürkolb (õlijaoti)

6. Ajami ühenduslüli

7. Hoobade liigendühendused

8. Õli pealevoolu ja äravoolu

kanalid.

Joonis 4.34. Siiberhüdrovõimendi

Liigutades juhtkangi (1) paremale , liigub ka tüürkolb (5) paremale avades õli pumbalt rõhul (p)pealevoolu kanali (8)kaudu servomootori(4) parempoolsese töökambrisse ja vasakpoolsest töökambrist õli rõhul (p₁) äravoolu paaki. Servomootori (4) kolb koos juhtlüliga (6) hakkab liikuma vasakule. Tagasiside hoob (3) viib tüürkolvi (5) vastavalt jõukolvi liikumisele vasakule, millega suletakse peale ja äravoolu aknad uuesti. Kui tüürkolb jõuab keskasendisse on õlikanalid tüürkolvi juhtvöödega suletud . Servomootor seiskub asendis, mis oli vaja ajami juhtlüli soovitud asendisse viimiseks.

Liigutades juhtkangi vasakule toimub protsess vastupidises järjekorras.

55. Rooliseadme hüdrovõimendi tööpõhimõte(joonis 4.35) ülesanne on reguleeritava võimsusega

kolbradiaalpumba rootori eksentrilisuse muutmine kaugjuhtimisel, mis nõuab suhteliselt suurt jõudu.

1. Roolimasina kolbradiaalpumba juhtvõru

2. Roolimasina hüdropumba kere

3. Tüürkolvi vasakpoolne juhtvöö

4. Tüürkolb (õlijaoti)

5. Jõukolb

6. Tüürkolvi parempoolne juhtvöö

7. Jõusilinder

8. Juhthoova ühenduslüli

A. Surveõli kanal pumbalt

d. Äravoolukamber juhtpumba paaki

Rooliseadmetes on kasutatud hüdrovõimendeid , kus võimendi tüürkolb (4) asub servomootori jõukolvi (5) sees.

Joonis 4.35. Rooliajami hüdrovõimendi

Roolimasina õlipump (2) ja hüdrovõimendi jõusilinder (7) on ühendatud ühte pump- hüdrovõimendi korpusesse.

Hüdrovõimendi jõusilindri diferentsiaalkolb (5), mis on ühendatud hüdropumba juhtvõruga (1) , saab juhtõli survel juhtvõru liigutada vasakule ja paremale, reguleerides sellega pumba tootlikkust.

Jõusilindri differentsiaalkolvi (5) sees asub õlijaoti tüürkolvi siiber (4), mis on juhitav rooliseadme juhthoovaga (8) kaugjuhtimisega kapteni sillalt. Tüürkolvi siibril on kaks juhtvööd, vasak (3) ja parem (6).

Juhtõli antakse rõhul( p) kanalist (A) diferentsiaalkolvi kambrisse “ a “ mittereguleeritava tootlikkusega abipumbalt ( näit. hammasrataspump).

Seni kuni tüürkolb (4) asub keskasendis seisab servomootori diferentsiaaljõukolb (5) paigal , hüdromootori õlipumba juhtvõru on keskmises asendis , eksentrisiteet e = 0 st. pumba tootlikkus on null. Roolileht seisab laeva diagonaalasendis.

Rooli pööramiseks peab liigutatama rooliseadme juhthooba (8) ja sellega seotud tüürkolbi (4) sillalt antud elektrilise signaaliga vasakule või paremale.

Roolilehe pööramiseks mingi nurga võrra vasakule antakse signaal

tüürkolvi siibri (4) liigutamiseks juhthoovaga (8) keskasendist vasakule.

Kuna servomootori diferentsiaalkolb seisab paigal , avab tüürkolvi juhtvöö (3) kanali „b“ kaudu õli voo kambrist “g” ja kambrisse “d”. Kamber “d “ on ühendatud servomootori õli ärajooksu kanaliga.

Peale kambri “g” ühendamist äravoolu kanaliga (d) saab servomootori diferentsiaalkolb (5) õli survel kambris “a” hakata tüürkolvi (3) järel liikuma vasakule. Kuna diferentsiaalkolb on roolimasina jõupumba reguleerimisvõruga seotud liigutab see võrdeliselt juhthoova (8) liikumisega pumba eksentrisideedi vasakule . Vastavalt saadud eksentrisiteedile transpordib jõupump vajaliku tootlikkusega õli roolimasina hüdromootorile (jõusilindrid või labahüdromootor) kuni diferentsiaalkolb oma liikumisega vasakule suleb uuesti õlivoo kambri “g” ja kambri “d” vahel , mis peatab diferentsiaalkolvi liikumise vasakule .

Servomootori differentsiaakolb peatub. Roolimasina jõupump töötab edasi antud tootlikkusel jätkates roolilehe pööramist antud suunas.

Roolilehe pööramise vältel vajaliku pöördenurgani, liigutab roolimasina tagasiside mehhanism (tagasiside rooli pallerilt) juhthoova (8) kaudu siibri (4) paremale keskmisse asendisse.

Siibri parempoolne vöö (6) avab kanali “c”. Kambrist “a” liigub õli kanalist A abipumba surve all kanali “c” ja “b” kaudu kambrisse “g”, kuni rõhkude võrdsustumiseni kambrites “a” ja “g”.

Differentsiaalkolvi erinevate pindade tõttu kambrite “a” ja “ g” pool , hakkab diferentsiaalkolb liikuma paremale kuni vöö (6) sulgeb kanali “c”. Koos diferentsiaalkolviga liigub paremale roolimasina hüdropumba juhtvõru (1) muutes pumba eksentriteeti vähenemise suunas kuni e = 0. Pumba “0” eksentriteedi juures võrdub hüdropumba tootlikkus nulliga ja roolilehte pöörav roolimasina hüdromootor peatub . Roolileht peatub vasakus poordis ettenähtud nurga all.

Rooli pööramisel vastaspoordi liiguvad juhtsiiber ja diferentsiaalkolb vastupidises järjekorras.

56. Hüdrosüsteemi filtrid tingmärgiga

Tingmärk skeemil

Kõige sagedasemad rikked hüdrosüsteemis tulenevad hüdrovedeliku ebapiisavast puhtusest. Vedeliku saastumine võib olla tingitud väliskeskkonnaga kokkupuutest (avatud süsteemid) vedeliku paagi või seadmete tihendite kaudu. Vedelikku võivad sattuda süsteemi elementide kulumise, korrosiooniosakeste ja süsteemi remondil tekkivad saastproduktid.

Filtrid võivad olla paigutatud hüdrosüsteemi (joonis 5.1) pea- ja haruliinidele:

• imemis- kui ka surveliinile.

• tagasivoolule

• paagituulutusavale

• paagitäiteavale jne.

1. Pealiini äravoolufilter.

2. Paagi täite- ja tuulutusava filter

3. Imemisfilter

4. Haruliini pump

5. Õlijahuti

6. Peahüdropump

7. Kõrgrõufilter

8. Haruliini filter

9. Vaakumrelee

Joonis 5.1 Hüdrosüsteemi filtrid

Enne hüdropumpa paigutatud imemisfilter (joonis 5.2) kaitseb pumpa suuremate mustusosakeste eest, mis on sattunud hüdropaaki. See on vajalik eriti juhul kui mitu hüdrosüsteemi toidetakse ühe pumbaga või hüdropaagi perioodiline puhastamine on raskendatud.

1. Filter

2. Hüdropaak

3. Möödavooluklapp

Joonis 5.2. Filtri paigutus enne pumpa (a . ilma möödavoolu klapita, b. möödavooluklapiga).

Filter vähendab pumba imemisvõimet ja võib soodustada kavitatsiooni tekkimist pumbas. Tavaliselt kasutatakse imemisfiltreid filtreerimispuhtusega kuni 20 μm. Imemisfilter on soovitav varustada ka saastumisnäidikuga.

Mõõdavooluklapp on vajalik juhuks kui filter on saastunud ja teda läbiv vooluhulk on ettenähtust väiksem.

Surveliinile paigutatakse filtrid (joonis 5.3) kohe peale pumpa pealiinile või eraldi haruliinidele. Need on reeglina kõrgrõhufiltrid , mis on mõeldud süsteemi tundlike elementide nagu sevoklapid, jälgivad süsteemid jne kaitsmiseks. Surveliinide filterelemendid peavad olema arvestatud maksimaalsele rõhule süsteemis ja need võivad olla varustatud elektrilise või optilise või saasteindikaatoritega või ülelaskeklapiga.

1. b.

1. Filter

2. Elektriline saasteindikaator

3. Ülelaskeklapp

Joonis 5.3 a. Elektrilise saasteindikaatoriga filter, b. Ülelaskeklapiga filter

Paagituulutusava filtritena (joonis 5.4) kasutatakse rõhuühtlustitega varustatud peenfiltreid, mille ülesandeks on puhastada paaki sisenevat ja väljuvat õhku. Kasutatakse spetsiaalseid filterelemente, mille tihedus peab vastama vähemalt süsteemi kõige tihedama filtri tihedusele.

1. Filter

2. Õhurõhu ühtlusti

3. Väljuva õhu klapp

4. Siseneva õhu klapp

Joonis 5.4 Tuulutusava filter

Paagi täiteava filtrid (joonis 5.5) on vajalikud paaki valatava töövedeliku puhastamiseks , mis võivad olla varustatud ka saasteindikaatoriga ja õhurõhu ühtlustiga .

1. Filtri kere

2. Kinnituspoldid

3. Õhufilter

4. Võrkfilter

Joonis 5.5 Paagi täiteava filter

Filtrit iseloomustavad näitajad:

• nimivooluhulk on minimaalne vooluhulk, mille tagab filter antud rõhulangu puhul,

• minimaalne rõhulang filtris on rõhukadu uues, saastamata filtris kindla vooluhulga korral,

• filtri tihedus iseloomustab filtri poolt kinnipeetavate osakeste suurust,

• filtreerimise β- arv näitab mitu korda väheneb filtri läbimisel tähistatud suurusega osakeste arv vedelikus.

• Purunemisrõhk on ISO 2941normidega määratud rõhulang filtris, mida filterelement talub antud vooluhulga korral.

Hüdrosüsteemides kasutatakse nii pindfiltreid kui ka mahtfiltreid.

Võrreldes pindfiltritega on mahtfiltrid suurema saastemahtuvusega ja väiksema takistusga.

Enamlevinunemad filtermaterjalideks on:

• roostevaba terasvõrk, mis tagavad filtreerimispuhtuse 25...40 μm.,

• tsellulooskiud-(paber)filtrid tagavad filtreerimispuhtuse kuni 10 μm.,

• klaaskiud-(fiiber)filtrid tagavad filtreerimispuhtuse 2...5 μm.,

Pindfiltrites püütakse filtreeritavad osakesed filtri välispinnale . Roostevabast teravõrgust pindfiltri filterelemendid on mitmekordse kasutusega. Filterelemendi saastumise korral võib teda pesemise teel puhastada ja uuesti kasutada.

Mahtfiltris peetakse filtreeritavad osakesed kinni põhiliselt filterelemendi sees.

Filterelemendi materjalina kasutatakse tsellulooskiud- ja fiiberfiltreid.

Paberfilterelemendid on ühekordse kasutusega ja need ei sobi kasutamiseks vee alusel valmistatud töövedelike puhul, sest nad lagunevad vee toimel.

Tselulooskiudfiltrid on universaalsed aga ühekordse kasutusega.