Hydraulica 1 Inleiding 1.1 Opsplitsing 1. Hydrostatica: Studie van het evenwicht van in rust zijnde vloeistoffen 2. Hydrodynamica: Studie van een vloeistof in beweging In de meeste gevallen hydrostatica 1.2 Hydrodynamica 1.2.1 Hydraulische koppelomvormer De hydraulische koppelomvormer bestaat uit 3 onderdelen: 1. Het pompwiel 2. De stator 3. Het turbinewiel Bij een koppelomvormer wordt de kracht die door de motor uitgeoefend wordt, door middel van een vloeistofstroom overgebracht naar de aangedreven wielen -> het pompwiel gaat draaien. Door de centrifugale kracht wordt de vloeistof naar buiten geslingerd. De vloeistof stroomt langs de gebogen schoepen van het turbinewiel. Het doel is dat wanneer de druk hoger wordt (meer olie in schoepen van turbinewiel) -> De turbine mee gaat draaien. Stator: zorgt ervoor dat de turbine krachtiger wordt aangedreven (kan maar één kant opdraaien). Vpomp ≈ Vturbine Hydraulica 1 1.2.2 Wetten en begrippen Hydraulische energie: W = p.V Elektrisch vermogen: P = U.I Mechanisch vermogen: P = M.ω Hydraulisch vermogen: P = p.Q // P = p.Q/ŋ Parallelschakelingen: Qtot = Q1+Q2+Q3… Vermogen: p = ŋtot .p.Q = ŋ.C.ω Koppel: C = p.SD Druk: P = F/A 1.2.3 Drukverliezen Vaak veroorzaakt door: Lange leidingen Scherpe bochten Plotse doorsnedeveranderingen Grote stromingssnelheid Hoge viscositeit 1.2.4 Vermogen en rendement 1.2.4.1 Vermogen Verrichte arbeid per tijdseenheid P = W/t Eenheid: watt Oude eenheid: paardenkracht 1Pk = 736 W 1.2.4.2 Rendement Rendement: Afgegeven, nuttig of effectief vermogen/ toegevoegd vermogen Volumetrisch rendement pomp: Afgegeven, nuttig of effectief volume / Theoretisch volume Rendement ≈ 70% 1.2.5 Cavitatie Aangezogen debiet is kleiner dan het gevraagde aan perszijde -> ontstaan luchtledige ruimten in de pomp -> vormen van oliedampen -> zodra deze worden samengeperst -> drukschommelingen die zich manifesteren in een typisch lawaai en trillingen = cavitatie Verkort de levensduur van de pomp Cavitatie bestrijden: Aanzuigleiding zo kort mogelijk Diameter aanzuigleiding zo berekenen dat oliesnelheid 0,25-1 m/sec Filters, bochten, vernauwingen vermijden Hydraulica 2 1.2.6 Hydraulische kringloop 1.2.6.1 Opbouw hydraulische kringloop Medium dat de druk overbrengt Tank met toebehoren Drukopwekker: motor, pomp (debiet en druk) Drukbeveiligingselement Smoorventiel: regelt olietoevoer naar verbruiker Stuurelement of verdeler: geef vloeistof de gewenste bewegingsrichting Verbruiker: hydraulische energie -> mechanische energie Hydrocilinder: translatiebeweging Motor: rotatiebeweging 1.2.6.2 Open kring Alle olie die naar de hydraulische verbruiker wordt gestuurd wordt eerst terug naar de tank afgevoerd vooraleer opnieuw te worden opgepompt door de hydropomp. Voordeel -> olie kan via terugloopfilter worden gezuiverd Nadeel -> Olietank vereist 1.2.6.3 Halfopen kring Zoveel mogelijk olie wordt in de kringloop gehouden Kenmerken: Weinig toepassingen Kleiner tankvolume: tank wordt gebruikt om olie op te vangen zodat de druk in het systeem niet te hoog wordt. Bv: in- en uitgeschoven stand van een cilinder. 1.2.6.4 Gesloten kring Een gesloten kring kan alleen gebruikt worden om een motor aan te drijven -> steeds verbinding met kleine buffertank vereist -> lekken compenseren Enkel toepasbaar als ingaande en uitgaande volumestroom identiek zijn. Belangrijk bij dit soort kringlopen -> temperaturen niet te hoog aangezien olie heel weinig terugkeert naar de tank. Soms extra pomp in circuit -> moest er een ontstaan zijn van een te lage druk in de aanzuig kan deze pomp olie toevoeren. Indien er geen olie nodig is -> rondpompen van olie doorheen de filters. Hydraulica 3 1.3 Hydrostatische aandrijving Hoofdoel: bekomen van een continue regelbare snelheid en koppel op de uitgaande as, terwijl aandrijvende motor op constant toerental mag blijven draaien. 1.3.1 Voordelen Continue snelheids- en koppelregeling Laag toerental, toch hoog nuttig koppel Regelbaar van 0 -> max met 2 draaizinnen Vlugge omkering Constante snelheid bij variabele belasting Remmen op motor 1.3.2 Mogelijkheden 1. Regelbare pomp en vaste motor: Cilinderinhoud motor = constant 2. Vaste pomp en regelbare motor: Constant vermogen / hyperbolisch verloop koppel / totaal rendement neemt toe -> opgenomen vermogen daalt licht 3. Regelbare pomp en regelbare motor: beide karakteristieken samenvoegen 1.4 Hydraulische vloeistoffen Doel: overdracht van energie / Samendrukbaarheid: 0,007% per bar Eisen: Hoog rendement Doseer mogelijkheden Onderhoudsvrij Functies: Smeren van bewegende onderdelen Afdichten van bewegende delen Afvoer van warmte Beschermen tegen corrosie Hydraulica 4 1.4.1 Meeting van de vervuilingsgraad ISO 4406 Zie oefening 1.4.2 Viscositeitsindex De mate waarin de viscositeit veranderd in functie van de temperatuur VI = 100 . (L-µ/L-H) Meeste vloeistoffen -> VI > 100 2 Hydraulische pompen 2.1 Principe Alle pompen zijn steeds verdringerpompen. Pomp levert debiet Pomp levert druk indien er weerstand aan de pers is Verdringen: Vloeistof verplaatsen of gedwongen van positie te veranderen door toepassing van kracht of druk. De vloeistof wordt verplaatst door een zuiger ,plunjer, membraam of rotor op en neer of heen en weer te bewegen waardoor het verpompt wordt. 2.2 Indeling van pompen 2.2.1 Hydrodynamische -> centrifugaalpomp Continue verplaatsen van de vloeistof Geen pulsaties Te lage druk voor hydraulische toepassingen 2.2.2 Hydrostatische of volumetrische Geen verbinding tussen zuig en pers Onregelmatig debiet Pulsatiegraad 2.2.3 Onregelmatigheidsgraad Pompconstructies -> produceren pulserend debiet -> als maatstaf: onregelmatigheidsgraad Zie bewijs Hydraulica 5 2.3 Soorten pompen Zuigerpomp Tandwielpomp Schottenpomp Wormpomp Lobbenpomp Sinuspomp Vleugelradpomp 2.3.1 Handpompen In praktijk handpompen -> bijna altijd plunjerpompen (gaat om hoge drukken). Handkracht 250-300N -> hoge drukken soms 1200 bar -> opbrengst (Vs) laag 2.3.2 Tandwielpompen Één van de tandwielen wordt door de as aangedreven en neemt het andere tandwiel mee. Aan de zuigzijde wordt een hoeveelheid olie in de tandholten opgenomen en naar de perszijde verplaatst daar wordt de olie door ingrijpen van de tanden uit de tandholten verdrongen naar perszijde. Veel gebruikte niet dure oplossingen Werkzone: 50-70 bar Debiet: weinig beperkingen Voordelen: Eenvoudig + stevig Bedrijfszeker Minder gevoelig voor cavitatie Hoog rendement 96% -> zowel bij lage als bij hoge toerentallen -> vooral voordelig bij een aandrijving met een verbrandingsmotor Nadelen: Werkdruk beperkt Lawaai Rendement daalt bij hoge druk Meestal 1 draaizin Vast debiet bij vast toerental Soorten: Inwendige vertanding Tandringpomp Tandwielpomp met tandkrans en vulstuk Uitwendige vertanding Hydraulica 6 Door druk binnen de pomp -> axiale krachten welke de zijwand van het pomplichaam uit elkaar tracht te drukken waardoor axiale speling vergroot -> om dit op te vangen wordt er tussen de tandflanken en het pomplichaam brillen aangebracht Persdruk via interne kanalen achter brillen gestuurd -> hydraulisch uitgebalanceerd 2.3.3 Schottenpomp (vleugelpomp) Enkelwerkend schot: 1 draairichting / Min. 600 tr/min Dubbel uitgevoerd schot: 2 draairichtingen Voordelen: Hoge debieten Weinig pulserend Minder lawaai Hoge toerentallen Nadelen: Meestal 1 draaizin (2 draaizinnen mogelijk) Beperkte werkdruk Hoge inwendige verliezen Viscositeit gevoelig Soorten: Schotten in de rotor Enkelwerkende: vast debiet Enkelwerkende: regelbaar debiet Dubbelwerkende vast debiet Schotten in de stator Dubbelwerkende: vast debiet Eigenschappen: Enkelwerkende: niet hydraulisch uitgebalanceerd / regelbaar debiet Dubbelwerkende: hydraulisch uitgebalanceerd / niet regelbaar debiet Hydraulica 7 2.3.3.1 Schotten Om de aandrukking van het schot tegen de statorring bij te sturen in functie van de persdruk van de pomp wordt onderstaande uitvoering gebruikt. Onder- en bovenaan schot -> dezelfde druk (aanwezig achter schot), deze druk wordt via boringen E onder het schot A gebracht. In het schot is een gleuf gemaakt waar een tweede schot net kan verschuiven -> tussen beide schotten D wordt de persdruk van de pomp aangevoerd Boring E: Zorgt voor uitbalancering Gleuf C: Zorgt voor druk naar intraschot Ruimte D: continue onder persdruk 2.3.3.2 Direct gestuurde schottenpomp De rotor is nu concentrisch opgesteld t.o.v. het pomphuis. Door de druk die wordt opgebouwd tussen de rotor en de statorring ondervindt de ring een kracht Fp die schuin omhoog werkzaam is. Kracht ontbinden -> horizontale kracht werkt tegen de kracht van de veer in -> hierdoor is het mogelijk om de excentriciteit in de stator en dus ook het slagvolume van de pomp te wijzigen Horizontale kracht van de statorring overwint veerkracht -> statorring verschuift naar rechts -> slagvolume pomp verkleint -> debiet pomp verkleint bij eenzelfde toerental. 2.3.3.3 Voorgestuurde schottenpomp 2.3.3.4 Dubbelwerkende schottenpomp Hydraulica 8 2.3.4 Wormpompen 2.3.4.1 2 of 3 wormen die in mekaar grijpen Geluidsarm Continue en pulsatievrije opbrengst Meestal 1 draaizin wegens uitbalancering Hoge kostprijs Hoog volumetrisch rendement Lange levensduur Minder cavitatie gevoelig Pulsatievrij debiet Wormpompen met 2 wormen Geen radiale uitbalancering 1 aangedreven rotor 1 meelopende rotor Eventueel via tandwieloverbrenging -> geen wrijving tussen de 2 wormen Lagere drukken (10 bar) 2.3.4.2 Wormpompen met 3 wormen Hogere werkdrukken -> radiaal uitgebalanceerd 3 wormen of rotors -> betere radiale uitbalancering Hogere drukken (210 bar) 2.3.5 Plunjerpompen Drukken hoger dan 200 bar Max werkdruk en rendement -> afhankelijk van de afdichtingsgraad Wisselende draairichting -> zelfde stroomzin Wisselende draairichting -> andere stroomzin Zelfde draairichting -> ander stroomzin Oneven aantal plunjers = beter <-> even = slechter volumetrisch rendement 2.3.5.1 Lineaire plunjer pomp Vol. Rendement -> 90-95% Totaal rendement -> sterk druk afhankelijk Draaizin links beide richtingen mogelijk Hydraulica 9 2.3.5.2 Radiale plunjerpomp 2.3.6 Axiale plunjerpomp 2.3.7 Radiale plunjerpomp met stationair cilinderblok Bij een wijzigende draaizin zal ook de stroomzin veranderen -> draaizin van de plunjers heeft direct invloed op de beweging en verplaatsing van de vloeistof. 2.3.8 Soorten axiale plunjerpompen 2.3.8.1 Axiale plunjerpomp met stationair cilinderblok en aangedreven slagplaat 2.3.8.2 Axiale plunjerpomp met aangedreven cilinderblok en stationaire slagplaat Hydraulica 10 2.3.8.3 Axiale plunjerpomp met roterende slagplaat en roterend cilinderblok (knietype) Hoekcontact lager -> opvangen van grote axiale krachten (tandem opstelling) Als draaizin omkeert -> pers en zuig draaien ook om 2.4 Pompsturingen en pompregelingen Verschil?: Pompsturingen: een pomp sturen of verstellen in functie van een signaal vreemd aan de opbrengst van een pomp. Pompregelingen: Verstelling van de pomp in functie van -> debiet, druk, vermogen 2.4.1 Pompsturing: drukverstelling In bovenstaande figuur zal de pomp het slagvolume gaan regelen. Via 1 regelbare drukingang sturen: X2 op vaste druk (bv: 50 bar) en dan op X1 van 0 > 100 bar laten variëren. Aanpassen veerlengte: veervoorspanning past ook aan + kracht die nodig is om de veer samen te drukken (veer verkorten = hogere druk) Breken veer: verlies van druk Hydraulica 11 Veer: regelen van druk Veer in cilinder: regelen van het oliedebiet Smoring: zorgt voor drukopbouw -> zonder deze smoring zal er niks gebeuren Ventiel wordt verduwt met de smoring -> ontstaan Δp, deze zal groter zijn dan de pompdruk, zo kunnen we uitduwen 2.4.2 Vermogensregeling Wordt gebruikt voor het aandrijfvermogen van een pomp constant te houden, onafhankelijk van druk- en debietvarianties. p.Q = cte <-> hyperbool Aan het 2/3 ventiel regelen we de vermogenscurve (hoof of laag vermogen). De pomp geeft maximaal debiet -> cilinder staat tegen de aanslag voor maximaal debiet. In het begin zal de pomp zoveel mogelijk debiet sturen -> nog geen druk in het systeem De druk loopt op (p.Q) -> te groot -> schakelen Druk x hefboomsarm bepaalt wanneer het 2/3 ventiel moet doorgeven De hefboomsarm staat in functie van de cilinder -> curve beïnvloedbaar Gevaar: snelle overbelasting motor, men regelt zowel druk als debiet tegelijkertijd -> daarom altijd controle van het elektrisch vermogen. Hydraulica 12 2.4.2.1 vermogensregeling met drukbegrenzing en drukloze opstart Ventiel werkdruk zorgt voor maximale drukinstelling. Wanneer de druk van de pomp deze instelling overschrijdt, zal de cilinder uitschuiven -> pomp wordt naar lager debiet geregeld Ventiel links (elektrisch) wordt ingeschakeld als de motor opgestart is -> druk loos aanlopen Zolang geen druk op X -> geen druk op rechterzijde van het bovenste proportioneel ventiel waardoor bij lage druk het proportioneel ventiel naar rechts wordt geschakeld en de verstelplunjer de pomp bij lage druk of naar een lager debiet of nul debiet brengt Inschakelen elektrisch ventiel -> druk pomp aangevoerd naar stuuringang X -> ontstaan drukevenwicht op de twee stuuringangen van het bovenste proportioneel ventiel. Proportioneel ventiel schakelt dan naar links -> verstelcilinder stuurt pomp naar een maximaal debiet. Dit ventiel kan pas terugschakelen wanneer het overdrukventiel naast de verstelcilinder wordt geopend dit enkel wanneer de druk langs X voldoende groot is. Er stroomt een debiet doorheen de smoring onder X waardoor de druk op de rechterzijde van het bovenste proportioneel ventiel wegvalt -> ventiel schakelt om -> verstelcilinder schakelt de pomp naar een kleiner debiet Hoe kleiner het ingesteld debiet van de pomp -> hoe hoger de drukinstelling van het overdrukventiel = vermogensregeling Hydraulica 13 2.4.3 Load sensing Een techniek die wordt gebruikt om debiet en druk van hydraulische systemen aan te passen op basis van belastings-eisen Er wordt iets meer hydraulisch vermogen geleverd dan gevraagd. Bij een gesloten stand hoeveel druk? -> We hebben een 7 bar veer, de druk zal dus 7 bar groter zijn dan er in het begin gevraagd wordt vooraleer deze doorgeeft. Wanneer een belasting wordt toegevoegd aan het load sensing-systeem, zal de druk in het systeem stijgen naar een niveau dat overeenkomt met de belastingsvereisten. De load-sensing regelklep past de doorlaatbaarheid aan om deze druk te handhaven, waarbij de benodigde hoeveelheid vloeistof wordt geleverd om aan de belastingseisen te voldoen. Hydraulica 14 3 Aandrijfelementen 3.1 Hydraulische motoren 3.1.1 Algemeenheden Hydropompen <-> hydromotoren Hydraulische energie -> mechanische energie Afremmen -> pompwerking Iedere pomp = motor (uitgezonderd die met kleppen) Meestal 2 draairichtingen Toerental is evenredig met het debiet Qt = Vs.n/ŋvol Qt = toegevoerd debiet in l/min Vs = Slagvolume in l/omw (0,5 L = 500 CC) n = aantal omwentelingen per minuut ŋ = volumetrisch rendement (bv: 50%) ŋt = ŋvol . ŋmech W = F.r (=draaimoment) M = Qs.Δp.ŋt SD = M/ Δp 500 CC aan 50% = 250 CC = 4 toeren 3.1.2 Tandwielmotor met uitwendige vertanding 3.1.2.1 Uitwendige lekleiding is vereist Indien 2 draairichtingen -> aanpassen brillen Laag aanloopkoppel Gerotor-motor (orbit motor) Lage toerentallen (50-600 tr/min) door kantelbeweging Meedraaiende tandkrans -> gerotortype Stilstaande tandkrans -> orbit-motor Hydraulica 15 3.1.3 Schottenmotor 3.1.3.1 Mechanische verliezen zijn kleiner bij aanlopen -> aanloopmoment groter dan bij tandwielmotor Lage toerentallen en druk -> extra aandrukken vereist d.m.v. veren Uitgebalanceerde uitvoering -> niet regelbaar Eenvoudige schottenmotor: 3 excentrieken 3.1.4 Plunjermotoren Evenals bij plunjerpompen worden de motoren onderverdeeld in axiale en radiale opstellingen Kenmerken: Hoog bedrijfskoppel Groot aanloopkoppel Hoog rendement Hoge bedrijfsdruk Grote toerentalvariatie ( 2 à 1500 tr/min) Radiale motoren -> traaglopers Axiale motoren -> snellopers Geen sprake van lineaire motoren -> = pomp met kleppen en kan dus niet worden gebruikt. Hydraulica 16 3.1.4.1 Radiale plunjermotoren met buiten liggende excentriek Groot aanloopkoppel Bedrijfsdruk -> 350 bar Toerental: 16-200 tr/min 3.1.4.2 Radiale plunjermotoren met binnen liggende excentriek 3.1.4.2.1 Vast slagvolume Hoge en lage druk Wisseling pers en terugloop 2-300 tr/min 350 bar 3.1.4.2.2 Regelbaar slagvolume Slagvolume van de motor kan toenemen bij een gelijkblijvend debiet, toerental motor neemt af n = Q/Vs 3.1.4.3 Axiale plunjermotor Vlakke of sferische slagplaat Aanloopkerven (2 draairichtingen) Mechanisch aandrukken -> lage toerentallen Hydraulica 17 3.1.4.3.1 Axiale plunjermotor met stationair plunjerblok en roterende slagplaat Geen roterend cilinderblok -> klassieke verdeelplaat is niet bruikbaar Olie aanvoer via as -> enig roterend deel motor 3.1.4.3.2 Dubbel axiale plunjermotor met roterend cilinderhuis en vaste huis 3.1.4.3.3 Dubbel axiale plunjermotor met roterend cilinderhuis 3.1.4.3.4 Axiale plunjermotor met roterend plunjerblok en regelbare slagvolume Hydraulica 18 3.1.5 Wormmotor Tegendruk aan terugloopzijde is beperkt Zeer hoge snelheden -> 20 000 tr/min 50-150 bar ŋ = 70-80% 3.1.6 Hydraulische motoren met beperkte draaihoek 3.1.6.1 Zwenkmotoren Beperkte draaihoek Oscilleer motor met 1 schot of 2 schotten … 3.1.7 Drukafhankelijke Snelheidsregeling Een insteldruk wordt aangevoerd op de aansluiting X. Deze druk beweegt het proportioneel ventiel naar rechts -> grote stuuroppervlakte van de verstelplunjer komt onder druk -> plunjer verschuift naar links -> hydraulische motor naar kleiner slagvolume Tegelijkertijd zal de verplaatsing van de plunjer de veer op het proportioneel ventiel induwen waardoor et ventiel terug naar links schuift -> beweging plunjer komt tot stilstand Indien druk op X stijgt herhaalt het verhaal zich X stelt dus het slagvolume in, hoe hoger -> hoger kleiner het slagvolume en hoe hoger de snelheid. 3.1.8 Lekolieleidingen Richtlijnen omtrent pompen zijn dezelfde als die voor motoren Kan toegepast worden indien de terugloopdruk niet hoger wordt dan de toegelaten maximum carterdruk (0,7 – 1 bar) -> druk hoger? -> lekolieafvoer rechtstreeks naar de tank Hydraulica 19 3.2 Hydrocilinders Mechanische energie omzetten naar een lineaire beweging 3.2.1 Soorten 3.2.1.1 Enkelwerkende Cilinder die slechts aan één zijde kan gevoed worden -> meestal zuigerzijde Zuigerzijde: ruimte van de cilinder, waar het volledige zuigeroppervlak beschikbaar is Stangzijde: ruimte van de cilinder, waar zich de zuigerstand bevind 3.2.1.2 Dubbelwerkend cilinder Zowel zuiger als stangzijde kan gevoed worden -> cilinder heeft geen uitwendige kracht nodig om in zijn uitgangspositie te komen. 3.2.1.3 Differentieelcilinder Cilinder waarbij de specifieke oppervlakteverhouding A1/A2 (ook F1/F2) vooropgesteld is. A1/A2 = φ Willen we een gelijke krachtontwikkeling bekomen -> differentiaalcilinder met φ = 2 Ontwikkelde kracht en snelheid is nooit 100% gelijk ten gevolge van: De nooit 100% juiste verhouding 2/1 Verschil in doorstroom weerstand 3.2.1.4 Telescoopcilinder Totale slaglengte wordt verkregen uit de beweging van de verschillende plunjers of zuigers waaruit de telescoop is samengesteld. 3.2.1.5 Vijzel Zuigerstang is hol uitgevoerd en moet zowel langs de binnenzijde als buitenzijde van de zuigerstang afdichten. Aandrijfelement om lineaire kracht uit te oefenen d.m.v. olie 350-500 bar. Hydraulica 20 3.2.1.6 Plunjercilinder 4 Stuurelementen 4.1 Stuurschuiven Met stuurschuiven kan men zowel het al dan niet doorstromen van de vloeistof bepalen, maar ook de doorstroomrichting. Men beïnvloedt dus het starten of stoppen van de verbruiker. 4.1.1 Aantal aansluitingen Bv: 4/2 stuurschuif -> eerste cijfer slaat steeds op het aantal aansluitingen. Enkel de hoofdaansluitingen (of poorten) worden in aanmerking genomen. P: de toevoerpoort of drukzijde van de vloeistof T: de aansluiting van de terugloopzijde A, B en C: verbruikers aansluitingen 4.1.2 Aantal schakelstanden Wordt weergegeven door het tweede cijfer van de benaming. Aantal schakelstanden wordt voorgesteld door d.m.v. een in volle lijn getekend vierkant. 4.1.3 Algemeen 4.1.3.1 vermogensgrens Plunjer bij een stuurschuif is steeds radiaal, maar ook axiaal uitgebalanceerd, afhankelijk van de vloeistofsnelheid -> bepaalde krachten in stuurplunjer Krachten: De stromingskracht Resulterende kracht onder invloed van het diameterverschil op de plunjer zelf. Plunjer is hierdoor niet langer axiaal uitgebalanceerd -> ondervindt een kracht tegengesteld aan de stuurkracht. Bereiken deze tegenwerkende krachten de bedieningskracht -> stuurschuif schakelt niet. Hydraulica 21 Deze waarde heet de schakelgrens -> afhankelijk van de Q-p verhouding kunnen we ze ook de vermogensgrens noemen. 4.1.4 Hydrolock Naast axiale speling is radiale ook van belang -> iedere plunjer heeft t.o.v. zijn behuizing een bepaalde tolerantie (speling). In deze speling zorgt de aanwezige oliefilm voor een goede geleiding van de plunjer. Oliefilm kan d.m.v. een radiale kracht doorbroken worden -> radiale uitbalancering verbroken -> resulteert in wrijving = hydraulische klemming (hydrolock). Probleem verhelpen -> plunjer voorzien van omtrekgroeven 4.1.5 Opbouw stuurschuif Bestaat uit een behuizing, voorzien van ringvormige uitsparingen welke respectievelijk in verbinding staan met A, B, P en T kanalen. 4.1.6 Plunjers Gamma aan schakelbeelden ontstaat door de inbouw van verschillende soorten plunjers in steeds dezelfde behuizing Verdere verduidelijking: A -> verbonden met de tank B -> verbonden met tank en pomp Hydraulica 22 Hydraulica 23 4.1.7 De schakelovergangen 4.1.7.1 Overlapping Positieve en neutrale overlapping: Bij de overgang tussen twee schakelstanden zijn kortstondig alle kanalen afgesloten. Bij overschakelingen A, B, P, en T kanalen -> staan nooit met elkaar in verbinding. Door bruusk afsluiten van poorten -> drukpieken optreden. Negatieve overlapping: Bij schakelovergang zijn de poorten kortstondig met elkaar in verbinding -> voordeel: soepele overgang 4.1.8 Bedieningen 4.1.8.1 Direct gestuurd 4.1.8.1.1 Mechanisch Meestal voor kleine diameters en debieten. 4.1.8.1.2 Elektrisch Gelijkstroommagneten Wisselstroommagneten 4.1.8.2 Indirect gestuurd 4.1.8.2.1 Schakelen op druk Vorige bedieningen -> worden vooral toegepast bij kleinere ventielen vanaf NW 6,8 tot en met NW 10. Bij stuurschuiven vanaf NW 16 kan de sturing slechts door twee bedieningsvormen gerealiseerd worden: 1. De directe hydraulische bediening 2. De voorgestuurde hydraulische bediening (hulpbediening voorzien van elektrisch of handbediend) Hydraulica 24 4.1.8.2.2 Schakelen op drukontlasting Vermogensgrens wordt bepaald door de terugschakelkracht van de veren. Willen we deze vermogensgrens bijna onbeperkt verhogen -> overstappen naar druk ontlaste stuurschuiven. 4.1.8.2.3 Schakelsnelheidsregeling De bedoeling van dit hulpapparaat is de bewegingssnelheid van de hoofdplunjer bepalen. Kan ook eenvoudig door bijvoorbeeld enkel een eenvoudige smoorklep. Drukpieken en leidingslagen kunnen sterk verminderd worden. Toevoerregeling: Stuurdruk werkt in tegen zodat bij controle van het toegevoerd debiet de schakelsnelheid nauwkeurig kan beheerst worden. Terugloopregeling: Bij stuurschuiven zonder terugbreng- of centreerveer -> gevaar dat plunjer gaat versnellen zodat het stuuroliedebiet (schakelsnelheid) niet constant blijft. Daarom kunnen we dus beter een terugloopregeling toepassen -> smoorventiel bouwt een positieve weerstand op tegen de toegevoerde stuurdruk. Terugschakelsnelheid is nu ook afgeremd. Hydraulica 25 Vaak gebruikt snelheidsschakelventiel (rexroth): Door in- of uitschroeven van de regelschroef 3 wordt het verbindingskanaal door de stift 2 vergroot of verkleind. De stift fungeert d.m.v. de veer 5 als terugslagklep en verzekert zo in één richting een vrije doorstroming. 4.1.9 Proportionele ventielen Bij proportionele ventielen is de debiet- en doorstroomrichting van de vloeistof afhankelijk van het elektrische ingangssignaal. 4.1.9.1 Direct gestuurd proportioneel ventiel Speciale aanloopkerven waardoor de progressieve oliestroom verzekerd is. Zijn beide magneten niet bekrachtigd, dan wordt de plunjer door beide centreerveren in zijn middenpositie gehouden. Bekrachtigd men magneet A -> plunjer naar rechts -> verbinding P -> B en A -> T vrijkomen Hydraulica 26 4.1.9.2 Voorgestuurd proportioneel ventiel Evenals bij klassieke stuurschuiven worden de proportioneel ventielen bij het overschrijden van een bepaalde grootte (NW 16) voorzien van een voorsturing -> grote schakelkrachten overwinnen. 4.1.10 Servoventielen Bij servoventielen is de doorstroomrichting en doorstroomdebiet afhankelijk van het elektrisch ingangssignaal. Hogere eisen inzake: reactiesnelheid, signaalversterking, overdekking en afwerking. Omwille van hun bijzondere karakteristiek -> steeds in gesloten kringloop opgesteld In deze opstelling zien we dat het signaal dat uiteindelijk naar de omvormer b gaat, gecorrigeerd wordt door de wegopnemer P2 zodat de uiteindelijke beweging van de verbruiker (cilinder) de ingestelde waarde benadert. 4.1.10.1 Bediening Servoventielen worden aangedreven door een elektrische stuurmotor -> koppelmotor Deze is voorzien van een permanente magneet en meestal 2 wikkelingen waarmee een magneetkracht wordt ontwikkeld voor de noodzakelijke verstelkracht. 2 wikkelingen met tegengestelde polariteit -> zowel positief als negatief koppel Hydraulica 27 4.1.11 Eéntraps servoventiel Koppelmotor = 1 die afgedicht is van het hydraulisch gedeelte en een ventielhuis 9 4.1.12 Tweetraps servoventiel Bestaan principieel uit een koppelmotor en een hydraulisch gestuurd hoofdventiel. 4.1.12.1 Tweetraps servoventiel met mechanische terugkoppeling Bestaat uit een anker (3) uit magnetisch materiaal, dat bevestigd is aan een verende dunwandige buis (4). Het anker bevat een flapper (5). Met stelschroeven (6) kan de afstand tussen het anker en de permanente magneet ingesteld worden. 4.1.12.2 Tweetraps servoventiel met elektrische terugkoppeling Terugkoppeling gebeurt elektrisch -> ontvanger (4) aan het ventiel gebouwd. Dit signaal wordt in functie van het vereiste ingangssignaal bij het stuursignaal geïntegreerd. Hydraulica 28 4.1.12.3 Tweetraps servoventiel met straalpijp Straalpijpprincipe (jet-pipe) realiseert precies hetzelfde als het dubbel sproeier-flapper systeem. De stuurdruk gaat via de filter (1) naar de straalpijp (2). In de middenstand -> dynamische energiestroom precies verdeeld over twee ontvangers -> aan beide zijden van de hoofdplunjer heerst dezelfde druk Wordt de straalpijp door de koppelmotor naar links bewogen dan ontvangt de ene boring meer energie dan de andere -> absolute druk in linker stuurkanaal stijgt, in het rechter kanaal daalt hij -> hoofdplunjer beweegt naar rechts Bv: hoofdplunjer reageert te traag -> straalpijp beweegt nog meer naar links, waardoor de verstelkracht op de plunjer vergroot en zijn reactie ten goede komt. 4.1.12.4 Tweetraps servoventiel met barometrische terugkoppeling Onder impuls van de 1e stuurtrap ontstaat er een drukverschil in plunjerruimten (8) en (9). Hierdoor verplaatst de hoofdplunjer (3) zich tot wanneer er een krachtevenwicht ontstaat. Drukkracht <-> veerkracht = barometrische terugkoppeling Hydraulica 29 4.1.13 Drietrapsservoventiel Bestaan uit een tweetraps servoventiel met mechanische of barometrische terugkoppeling welke een hoofdventiel aansturen. De hoofdplunjer is voorzien van een inductieve wegopnemer, welke de koppelmotor + flapper terug in zijn nul positie brengt bij het bereiken van de gewenste stand van de hoofdplunjer. 4.2 Stuurkleppen Functie: een vloeistofstroom onderbreken, blokkeren en eventueel van richting doen veranderen. Klepventielen vinden vooral hun toepassing wanneer men een hoge afdichtingsgraad wil bekomen. Belangrijk is hun gunstige doorstroom karakteristiek en relatief kleine inbouwmaten bij grote debietcapaciteiten. Nadeel: klepgewicht en nauwkeurigheid. veerkarakteristiek beïnvloeden in bepaalde gevallen de 4.2.1 Soorten: Afsluiters Terugslagkleppen Kogelventielen met directe bediening Multikleppen 4.2.2 Klepafsluiters Meest eenvoudige -> handbediende klepafsluiter Toepassing: Vloeistofstroom onderbreken of volledig doorlaten Een debietinstelling in de verbruikersleiding te realiseren 4.2.3 Terugslagkleppen Apparaat dat de vloeistofstroom in één richting doorlaat en in de andere richting de doorstroming verhindert. 4.2.3.1 Enkelvoudige terugslagklep Hydraulica 30 4.2.4 Voorgestuurde terugslagklep Laten zoals bij enkelvoudige terugslagkleppen ook de vloeistof in één richting door. Door het geven van een stuursignaal (hydraulische stuurdruk) kan de doorstroomrichting in de andere richting vrijgegeven of afgesloten worden naargelang de uitvoeringsvorm. 4.2.4.1 Voorgestuurde terugslagklep zonder voorontlasting (met inwendige lekolie) In de richting A -> B stroomt de vloeistof vrij van de ingang naar de uitgang, mits een minimum Δp overeenkomstig de veerspanning. De doorstroming in de richting B -> A, wordt gerealiseerd als volgt: In aansluiting X voegen we de vereiste stuurdruk toe, waardoor de plunjer (7) naar echts beweegt -> klep (12) komt uit haar zitting -> verkrijgen van verbinding B -> A Bij deze uitvoering moet de door de stuurplunjer ontwikkelde kracht -F2-, niet alleen de klep openen tegen de heersende lastdruk p1 (dus F1), maar tevens de tegenwerkende kracht overwinnen -> treed op door een drukopbouw in de A-poort eenmaal de klep opent 4.2.4.1.1 Voorgestuurde terugslagklep zonder voorontlasting (met uitwendige lekolieafvoer) Om de gevolgen van de drukstijging in de A-poort te ondervangen, kan men gebruik maken van een uitvoering zoals hieronder weergegeven -> werking analoog aan deze van het vorige type enkel is nu de zuigerstangzijde van de stuurplunjer afgesloten van de A-poort. Lekverliezen afgevoerd via de aansluiting y Hydraulica 31 4.2.4.2 Voorgestuurde terugslagklep met voorontlasting (uitvoering met inwendige lekolieafvoer) Enige constructief verschil van deze uitvoering met de vorige type is dat er een ontlastklep is ingebouwd -> kegel/kogel type -> doel: px/pi verhouding verhogen 4.2.4.3 Voorgestuurde terugslagklep met voorontlasting (uitvoering met uitwendige lekolieafvoer) Bij deze uitvoering combineren we de voordelen van uitwendige lekolieafvoer met een hoge pi/px verhouding. 4.2.5 Dubbel gestuurde terugslagklep Het gaat hier om 2 gestuurde terugslagkleppen welke tot één apparaat zijn samengebouwd. Uitvoeringsvormen met en zonder ontlasting. Schakel men de stuurschuif in de evenwijdige schakelstand dan vloeit de olie vrij van A -> A1 zodat de cilinder zou kunnen bewegen moet ook de terugloop B1 -> B open gestuurd worden door drukopbouw in de A-poort verplaatst de stuurplunjer (1) zich naar rechts hierdoor komt de rechtse klep open en komt de verbinding B1 -> B vrij. 4.2.6 Kogelventielen Onderscheiden zich van de klassieke stuurschuiven door een lekvrije afsluiting van de aansluitpoorten. Het afsluiten van de kanalen in het klepventiel gebeurt door de kogel (1) die door de veer (2) en de werkdruk p in de zitting (3) gedrukt wordt. Bij bekrachtigen elektromagneet -> drukplunjer (6) verschuift d.m.v. de hefboom (5) en drukt de kogel in de tegenovergestelde zitting -> P-poort sluit af -> verbinding A T komt tot stand Hydraulica 32 4.2.7 Multikleppen Laten de doorstroming toe, geheel of gedeeltelijk of sluiten de doorstroming af naargelang het hydrostatisch onevenwicht dat gecreëerd wordt. Multikleppen zijn opgebouwd uit een inbouwpatroon en een deksel, waarin de nodige stuurkanalen voorzien zijn Doorstroming kan zowel van A -> B of van B -> A of afgesloten naargelang de voorsturing Daarom effect van druk op 3 verschillende oppervlakken onderzoeken. A1: beschouwd als 100% A2: 7% of 50% van A1 A3: 107% of 150% Voordelen: Optimale afdichting Korte schakeltijd Compact en eenvoudig Nadelen: Minder overzichtelijk Moeilijkere foutdiagnose 4.3 Debiet en drukregelventielen Druk en debiet spelen een belangrijke rol, druk -> rechtstreekse oorzaak van de kracht of moment die wordt opgebouwd door een arbeidselement Debiet bepaalt de snelheid waarmee het arbeidselement beweegt. 4.3.1 Debietregelventielen Universele ventielen, kunnen we onderverdelen in: Druk- en viscositeitsafhankelijke regelaars = stroomregelventielen Viscositeitsafhankelijke regelaars Remventielen 4.3.2 Enkelvoudig debietregelventiel Hydraulica 33 4.3.2.1 Met terugslagklep: 4.3.2.2 Dubbeldebietregelventiel met terugslagklep Hydraulica 34 4.3.3 Tweewegstroomregelventiel Gebruikt men om steeds dezelfde debietdoorstroming te verwezenlijken. Met vergelijking Q = A.√Δp volgt dat wanneer Δp constant gehouden wordt -> volumestroom eveneens constant zal zijn. Deze stroomregelventielen bestaan uit: Een smoring Drukcompensator Vanuit de A poort olie via de stuurkanalen van de drukcompensatieplunjer naar de debietregeling. Het debiet dat door de debietregelaar stroomt is afhankelijk van de drukval Δp Uitgangsdruk p3 werk op oppervlak A1 van de compensatieplunjer. De ontwikkelde hydrostatische kracht, samen met de veerkracht F zorgen voor het openen van de plunjer (verplaatsing naar rechts) De ingangsdruk p2 werkt op het oppervlak A2, waardoor de plunjer wil sluiten (verplaatsing links) Bv: toevoerdruk in ingangspoort stijgt van het stroomregelventiel stijgt -> druk p2 stijgt -> compensatieplunjer beweegt naar links waardoor er minder olie naar de smoring wordt toegevoerd. Hydraulica 35 4.3.4 Driewegstroomregelventiel Het debiet stroomt nu van ingang A (p1) over de debietregeling naar de verbruiker B (p3). Constant debiet -> drukval p1-p3 moet ook constant zijn Daarom is de drukcompensator afgetakt inde A-poort, terwijl zijn uitgang naar de tank afvloeit. De plunjer wordt door een veer in een normaal gesloten positie gedrukt, het openen gebeurt onder invloed van een drukstijging in de A-poort -> via intern kanaal brengen we de van de achterzijde compensatieplunjer onder druk Willen we nu een constant debiet behouden bij een ingestelde doorlaatsectie -> compensatieplunjer dient druk aan ingang (A-poort) en uitgang (B-poort) blijvende af te tasten en overtollig debiet afvoeren naar de tank Hydraulica 36 4.3.5 Stroomverdeelventiel In bepaalde toepassing -> twee verbruikers gelijkmatig doen bewegen; men kan hier gebruik maken van een stroomverdeelventiel. Met dit ventiel is het mogelijk om een constant debiet in 2 gelijke delen of in een bepaalde verhouding naar de verbruikers te splitsen. Is de belasting van beide verbruikers gelijk da, is p3=p4 en p1=p2 waaruit Q1=Q2 Stijgt de lastdruk p1, dan zou Q1 verminderen waarbij uiteraard p3 stijgt. Het evenwicht tussen beide stuuroppervlakken van de compensatieplunjer wordt verbroken en hij verplaatst zich naar rechts, waardoor de doorstroomsectie A1 vergroot en A2 verkleint. Wanneer p3 = p4 terug gelijk zijn aan elkaar stopt de verplaatsing naar rechts. 4.3.6 Remventiel Remventielen zijn debietsregelventielen welke de vloeistofstroom op het einde van een beweging geleidelijk en schokvrij verminderen. Bv: voor een zware last naar beneden te doen bewegen Stippellijn: Zal het proportioneel ventiel sturen indien de last te zwaar sluit dit af Hydraulica 37 4.3.6.1 Remventiel met hydraulische bediening 4.4 Drukregelventiel Apparaten waarmee men de druk of een drukverschil in een hydraulische kringloop of in een gedeelte hiervan, beperkt of regelt -> kracht verbruiker te begrenzen of op een bepaalde waarde houden. Als basissymbool -> vierkant met verbindingspijl Standaarduitvoeringen bezitten 2 hoofdaansluitingen: 1. Stuuroliekanaal x 2. Lekolieafvoer y Hydraulica 38 4.4.1 Rechtstreeks gestuurd drukbegrenzingsventiel Klep of kogel wordt met een bepaalde voorspanning in een zitting gedrukt -> tegen deze veerkracht in werk een hydraulische kracht. Overwint de hydraulische kracht de veerkracht -> klept licht uit de zitting Lichten klep heeft als gevolg: Veerkracht verhoogt Resulterende kracht op het werkzaam oppervlak van de klep verkleint Resulteert in het snel openen en sluiten van de klep = klapperen -> demping ingebouwd 4.4.2 Voorgestuurd drukbegrenzingsventiel Wordt gebruikt indien het debiet te groot is t.o.v. de normale doorstroomcapaciteit Karakteristriek: Sluitdruk is 15% lager dan openingsdruk Grote afmetingen door grote debieten Druk plant zich voort via diafragma 1 en 2 naar de voorstuurklep. Via diafragma 3 werkt deze druk in op de bovenzijde van de hoofdklep. Zolang de hydraulische kracht op de voorstuurkegel de ingestelde veerkracht niet overwint zal p1=p2=p3=p4 -> hoofdklep is hydraulisch uitgebalanceerd en de veer 1 houdt de klep in gesloten stand. Hydraulica 39 4.4.3 Ontlastventiel Apparaat dat de werkdruk beperkt. Is de ingestelde waarde bereikt, opent dit ventiel volledig en laat het gehele toevoerdebiet naar de tank afvloeien. Ventiel sluit terug nadat het 15-20% gedaald is t.o.v. zijn openingswaarde Kenmerken: Normaal gesloten ventiel 2 hoofdaansluitingen P en T Afvoer lekolie (Y) Sturing (x) De druk van de P zijde (p1) dringt door via diafragma’s 6A en 6B tot aan de afdichtkogel (13) van het voorstuurventiel (p3). De stuurdruk (px) werkt in op de achterzijde van de stuurplunjer (11) -> hoofdklep is hydraulisch uitgebalanceerd en blijft onder invloed van de veer (3) gesloten als: P3 = px Overwint p3 de veerkracht -> kogelafdichting opent Hydraulica 40 4.4.4 Volgventiel Heeft als doel een verbinding in een installatiedeel afgesloten te houden of te openen naargelang de ingestelde waarde al of niet bereikt is. Kenmerken: Normaal gesloten Meestal voorzien van een ingebouwd terugslagklep Sturing (x) zowel intern als extern Lekolieafvoer (y) steeds extern 4.4.5 Rechtstreeks gestuurd volgventiel Grotere reactiesnelheid -> grote doorstroomcapaciteit en stabiliteit is een kenmerk. Zolang de veervoorspanning van de voorsturing niet wordt overwonnen en px > p blijft de hoofdklep gesloten. Bereikt nu px de instelwaarde van de voorsturing dan opent deze zich, er ontstaat een drukval boven de hoofdklep en de verbinding P -> A wordt vrijgegeven Hydraulica 41 4.4.6 Drukminderventiel Hebben als doel de werkdruk in de installatie, of in een deel hiervan te verminderen tot een bepaalde waarde, onafhankelijk van de ingangsdruk Regeling is pas mogelijk als de ingansdruk ± 10% hoger ligt dan de ingestelde uitgangswaarde. Kenmerken: Normaal open uitvoering 2 hoofdaansluitingen (P -> A of A-> B) Sturing normaal intern (x) Lekolieafvoer (y) steeds extern 4.4.7 Rechtstreeks gestuurd drukminderventiel Plunjer verbind in ruststelling P -> A De veer heeft een bepaalde voorspanning overeenkomstig met de vooropgestelde uitgangsdruk. Overwint de hydraulische kracht in de x-ruimte de veerspanning, dan verplaatst de plunjer zich naar rechts -> doorlaatsectie tussen de stuurkanten van de plunjer en het huis verkleind. Wordt de druk in de A poort hoger dan de ingestelde waarde (bv: lekverliezen) dan schuift de plunjer volledig naar links en verkrijgen we een verbinding A -> T hierdoor verlaagt de druk tot wanneer de plunjer terug in evenwicht is. Hydraulica 42 4.4.8 Tegendrukventiel Zelfde werkingsprincipe als een ontlastventiel, maar nu varieert de ingangsdruk in functie van: De eigen ingangsdruk De uitwendige stuurdruk Hoofdventiel is identiek aan een ontlastventiel, terwijl de voorsturing gewijzigd is. De stuurplunjer is nu vast verbonden met een cilindrisch deel, voorzien van progressieve aanloopkerven -> kerven komen in verbinding met de stuurolieafvoer wanneer de stuurplunjer zich verplaatst. Bedoeling -> constante druk realiseren boven de hoofdklep, welke afhankelijk is van de verhouding px/pi Nut: Gecontroleerde tegendruk tegen F Functie van aanvoerdruk naar cilinder Hydraulica 43 5 Toebehoren 5.1 Accumulatoren Doel: olie onder druk verzamelen en op het gewenste ogenblik terug afgeven Naargelang de aarde van de uitwendige krachtbron onderscheiden we: Een gewichtsbelaste accumulator Een veer belaste Een zuigeraccumulator Een balgaccumulator Een membraam accumulator 5.1.1 Basisprincipe Een bepaalde druk p0 nodig om de veervoorspanning te overwinnen Samendrukken veer -> druktoename tot p2 vereist om toenemende veerkracht te overwinnen Drukdaling bij afstaan oliereserve afhankelijk van: afstand (s) waarmee zuiger verplaatst en de gepaard gaande krachtvermindering van de veer P1 = p2 – drukdaling In hydraulische installaties enkel zuiger- en balgaccumulatoren 5.1.2 Soorten 5.1.2.1 Balgaccumulator Bestaat uit: Stalen drukvat (1) Balg (4) Vulventiel (4) voor stikstofvulling en een terugslagklep in d olieaansluiting De balg wordt meestal gevuld met een neutraal gas (stikstof) op een bepaalde voordruk p0 Wanneer druk in systeem de gasdruk p0 bereikt -> terugslagklep open en balg onder invloed van de werkdruk samengedrukt. Hydraulica 44 5.1.2.2 Zuigeraccumulator Grote volumecompensaties Grote drukvariaties Eenvoudig 5.2 Filters 5.2.1 Soorten Aanzuigfilter Drukfilter Terugloopfilter Beluchtingsfilter 5.2.1.1 Aanzuigfilter Aangebracht in aanzuigleiding van de pomp -> verontreinigingen opvangen welke door de vloeistofstroom uit de olietank wordt meegevoerd 5.2.1.2 Drukfilter Geplaatst in persleidingen -> onder druk zijnde medium filteren 5.2.1.3 Terugloopfilter Fileteren de vloeistof nadat ze de kringloop heeft doorlopen net voor ze terug in de olietank stroomt. -> biedt bescherming aan pompen en voorkomt slibvorming Hydraulica 45 5.2.1.4 Beluchting filter Aanzuig van lucht door niveauvariaties in de tank -> stofdeeltjes in de lucht vermengen zich met olie Hydraulica 46