Teknisk hydraulikk 8258501844 [PDF]

Zitiervorschau

Arno Schmitt

Teknisk hydraulikk Bokmål

Yrkesopplæring. 1983 \

r«tø3TOU/ : • wrøOT

e-5:'

•

|

Norsk bearbeiding.pgtil^^ggt^.y^cLj

Arvid Treekrem og Harald Mørk

høgskolesenteret i Rogaland FORSKNih?G83lSUOTEKET POSTBOKS 2510 ULLANDHAUG 4004 STAVANGER

u fi HØGSKOLEBIBLIOTEKET I STAVANGER, Dato Ællb'^

NB Rana Depotbiblioteket 8606 Mo i Rana 3

Originalutgave: © Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr 1978

Originaltittel: Der HydraulikTrainer av ing. grad. Arno Schmitt, sjef for Hydraulic Training Department, Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main.

Norsk utgave: © Yrkesopplæring i.s, 1982

Omslag: Mette Lund Damsleth Det må ikke kopieres fra denne bok utover det som er tillatt etter bestemmelsene i “Lov om opphavsrett til åndsverk”, “Lov om rett til fotografi” og “Avtale mellom staten og rettighetshavernes organisasjoner om kopiering av opphavsrettslig beskyttet verk i untervisningsvirksomhet”. Brudd på disse bestemmelsene vil bli anmeldt.

Printed by:

Willy Schleunung GraphischerBetrieb GmbH u. Co. KG Marktheidenfeld

Litografi:

Offsetproduktion Held Wiirzburg

Fotografier og diagrammer:

ISBN 82-585-0184-4

4

Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr Hydromatik, Ulm Brueninghaus, Horb Hydac, Sulzbach

Innhold Forord Grunnleggende lover og prinsipper Generelt Masse, trykk, kraft Hydrostatikk Hydrodynamikk Hydraulikksystemenes prinsipper

9 9 ■4 4 11 12 14 18

Brukseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for oljerelatert industri Hydraulikk for støperi- og stålverksindustri Hydraulikk for vertøymaskiner Hydraulikk for tyngre presser Hydraulikk for formstøpings- og ekstruderingsmakineri Hydraulikk for mobile maskiner Hydraulikk for transportteknikk Hydraulikk for skipsbygging Hydraulikk for stålkonstruksjoner Hydraulikk for spesialformål

24 25 27 28 29

Hydraulikkpumper og -motorer Programoversikt Generelt Hydraulikkpumper Tannhjulspumper Vingepumper Radialstempelpumper Pumpekombinasjoner Skruepumpe Aksialstempelenheter Langsomtgående hydraulikkmotorer med konstant fortrengningsvolum

35 35 37 38 38 40 46 49 50 50

Hydraulikksylindere Programoversikt Bruk og utvalg T rekkstangkonstruksjon Gjenget deksel i begge ender eller sveist bunndeksel og gjenget toppdeksel Koplinger Anleggsdempning

67 67 69 71

Vrimotor

77

Sperreventiler Programoversikt Enkel tilbakeslagsventil T rykkstyrte tilbakeslagsventiler 2-vegs ventilinnsats Innbyggingsveiledninger

79 79 81 83 87 88

Retningsventiler Programoversikt Bruksområde Retningsseteventiler Retningssleideventiler

91 91 93 93 95

30 31 32 32 33 34

63

72 73 76

Styreposisjoner Overdekninger-overgangsposisjoner Direkte styrte retningssleideventiler Retningssleideventiler-viktigedata Indirekte styrte retningssleideventiler Retningssleideventiler-viktigedata

96 96 98 102 103 108

Trykkventiler Programoversikt Generelt Trykkbegrensningsventiler, direkte styrte Trykkbegrensningsventiler, indirekte styrte Rekkefølgeventiler, direkte styrte Rekkefølgeventiler, indirekte styrte Avlastningsventiler, indirekte styrte Trykkreduksjonsventiler, direkte styrte Trykkreduksjonsventiler, indirekte styrte

111 111 113 113 115 118 119 121 122 123

Volumstrømsventiler Programoversikt Generelt Strupeventiler Strupe-/tilbakeslagsventiler Retardasjonsventiler Presisjonsstrupeventiler Konstantvolumstrømsventiler Bremseventiler

127 127 129 129 131 133 135 136 139

Proporsjonalventiler Programoversikt 4-vegs porposjonalventiler og styrekort Trykkbegrensningsventil med proporsjonalmagnet 2-vegs konstantvolumstrømsventiler med likestrømsmotor

141 141 143 146

Servoventiler Programoversikt Generelt Servoretningsventiler Servotrykkventiler

149 142 149 149 152

Tilbehør Programoversikt Programoversikt Akkumulatorer Filter Sugefilter Trykkfilter Returfilter Påfyllings- og luftfilter T rykkvakter Stempeltrykkvakter Rørfjært rykkvakter Manometervelgerventiler Manometeravstengningsventiler Trykkontrollenheter • Varmevekslere (kjølere) Varmere, termostater, termometer, nivåvakt

155 155 156 157 163 164 165 165 166 167 167 168 168 169 170 170 171

147

5

Tilkoplings- og monteringsteknikk Tilkoplingsplater (monteringsplater) Tilkoplingsblokker (monteringsblokker) Ventilblokker Stablemontering Rekkemontering

173 173 173 173 174 176

Aggregat og anlegg Programoversikt Hydraulikkaggregat Dimensjonering av oljetanker Tankutførelse Aggregatutførelser Paneler Rektangulære tanker og tanker i cisterneutførelse Pumpe-/motorstasjon Ventilpaneler, ventilbord, akkumulatorstasjon Spesialaggregat

181 181 183 183 185 186 188

Hydraulikkomponenter i ulike bransjer Jern-ogstålverkshydraulikk Verktøymaskinhydraulikk Hydraulikk for presser Mobilhydraulikk Marin hydraulikk Hydraulikkforplaststøpemaskiner Hydraulikk for stålkonstruksjoner til veg- og vannbygging Hydraulikk for spesialteknikk

195 196 197 198 199 200 201

Koplingsskjema Det hydrauliske koplingsskjemaet Enkelt hydraulikksystem (åpent kretsløp) Hydraulikksystem med seriekoplede retningsventiler Hydraulikksystem med flere parallellkoplede retningsventiler Retningsventiler-koplingsmuligheter Hydraulikksystem med 3-trinnsfjernstyringstrykkbegrensning Hydraulikksystem med differensialkoplet sylinder Hydraulikkskjema med hydraulikklås Hydraulikksystem med motstandsventil med trykkstyrt tilbakeslagsventil Hydraulikkskjema med trykkreduksjon på en sylinder og samtidig trykkavhengig innkopling av en bevegelse i fram- og tilbakeretning Hydraulikksystem for presse med fyIleventiI og hurtiggangssylinder Hydraulikksystem for parallelldrift av sylindere ved “seriekopling” Parallellregulering med doseringsprinsipp Systemløsning for gaffeltruck Sluttet kretsløp Hydraulikkskjema der lasten endrer retning

189 190 191 192

202 203 205 205 205 206

207 208 209 210 211 212

213 214 215 216 218 220 222

Diverse formler

223

Skole- og testaggregat for hydraulikkundervisning

226

6

Forord Hydraulikk er etter hvert også i Norge blitt et selvstendig fagemne som er kommet sterkere og sterkere med i undervisningsplanene for flere kurs ved de yrkesfaglige studieretningene i den videregående skolen. Dette gjel­ der både mekaniske fag, elektrofag og automatiseringsfag såvel i studieretning for håndverk og industri, som i studieretning for fiskeri og sjøfartsfag.

Stoffet i denne boka er opprinnelig utarbeidet av ingeniør Arno Schmitt, leder for hydraulikkopplæringen ved det tyske hydraulikk-konsernet G.L. Rexroth GmbH, Lohr am Main i Vest-Tyskland. Underlaget er oversatt til norsk, be­ arbeidet og forsøkt tilpasset eksisterende og framtidig hydraulikkundervisning i yrkesfag ved de norske videregå­ ende skoler og tekniske fagskoler. Sivilingeniør Harald Mørk og ingeniør Arvid Treekrem har i fellesskap utarbei­ det manuskriptet. Det skjematekniske innholdet med symboler er i denne boka tilrettelagt for utvidet bruk av Norsk Standard. Dette krever at skolene anskaffer sin egen samleperm, som blant annet må inneholde NS 1422. Den metodiske oppbyggingen av stoffet under hvert avsnitt bør kunne åpne adgang for læreren til å praktisere nødvendig og ønsket teoretisk og eksperimentell under­ visning i et aktuelt emne på alle utviklingstrinn.

Forfatterne vil lage en oppgavesamling tilpasset nivåene for videregående kurs I og II, samt teknisk fagskole.

Forfatterne takker Rexroth i Tyskland og Norge for å ha stilt sitt underlagsmateriale til rådighet. Dette har vært et viktig bidrag i et forsøk på å utgi en lærebok hvor det er lagt stor vekt på lettfattelige instruksjoner. I boka brukes derfor flerfargekoding ved de fleste snitt-illustrasjoner, og forfatterne ser på dette som et viktig pedagogisk element for raskt å kunne gjøre elevene fortrolig med ulike kon­ struktive utforminger av hydrauliske komponenter. Uten Rexroths bestand ville dette vært umulig av økonomiske grunner. De enkelte illustrasjoner kan forøvrig skaffes både som slides og plansjer på bestilling hos Rexroth - Norge. Forfatterne vil ønske at denne boka kan bli til nytte for alle faglærere ved de videregående skoler og tekniske fag­ skoler i Norge, hvor det undervises i emnet hydraulikk. Dette gjelder alle trinn.

Oslo / Frei, desember 1982 Harald Mørk

Arvid Treekrem

7

8

Grunnleggende lover og prinsipper Generelt

Før vi går nøyere inn på hydrauliske detaljer, ser vi først litt på opprinnelsen til selve hydraulikkbegrepet.

Ordet “hydraulikk” er avledet fra det greske uttrykket “hydro” som betyr “vann”. Med begrepet forstod man alle lovmessigheter i sammenheng med mediet vann. I dag forstår vi med begrepet “hydraulikk” overførin­ gen og styringen av krefter og bevegelser ved hjelp av væsker.

Som energioverføringsmedium bruker vi altså væsker. Vanligvis er dette mineralsk olje, skjønt syntetiske væs­ ker, vann eller oljevannemulsjoner benyttes også.

Hydromekanikken (væskemekanikken) deler seg på områdene:

-Hvilende væskers mekanikk (læren om væskers likevektstilstand). Hydrodynamikk -Strømmende væskers mekanikk (strømningslære).

Hydrostatikk

Ren hydrostatikk er f.eks. kraftoverføringen i hydraulikken. Ren hydrodynamikk er f.eks. omdanningen av bevegel­ sesenergien (strømningsenergien) i væsken via turbinskovlene i et vannkraftverk.

Nedenfor ser vi energiomforming i et hydraulisk anlegg.

9

Grunnleggende lover og prinsipper Ved siden av den hydrauliske finnes det selvfølgelig andre muligheter for energioverføring som f. eks.:

- mekanisk

(tannhjulsutveksling, reimdrift, akselkoplinger, veivmekanismer, eksenter- og sleidebevegelser osv.) - elektrisk (dreiefeltsmotor, lineærmotor eller virvelstrømsmotor, momentmotor osv.) - elektronisk (forsterker, elektronisk omformingselement) - pneumatisk (hydraulisk prinsipp, dog med luft eller gass som overføringsmedium). Hver enkelt av disse overføringsformene har sitt bestem­ te bruksområde.

I mange tilfeller er det imidlertid også mulig å velge. Flere grunner taler til fordel for hydraulisk styring og hy­ draulisk drift ved energioverføring.

Spesielt utmerker hydraulikken seg med følgende egen­ skaper: - Store krefter (dreiemoment) ved små komponentvolumer, dvs. stor effekttetthet. - Automatisk krafttilpasning. - Bevegelsen kan startes med full belastning. - Trinnløs påvirkning (så vel styring som regulering) av hastighet, dreiemoment, stempelkraft osv. - Enkel overlastbeskyttelse. - Egnet for raske kontrollerbare bevegelser så vel som for langsomme presisjonsbevegelser. - Relativt enkel energiakkumulering ved hjelp av gasser. - Praktisk og lønnsomt å bygge større sentrale primærsystemer, der omformingen tilbake til mekanisk energi kan desentraliseres på mange måter.

10

Grunnleggende lover og prinsipper Masse, trykk, kraft Definisjoner og omregninger i henhold til det internasjonale enhetssystemet (Sl-systemet). En masse (forstått som en stoffmengde) på 1 kg virker mot jorda med en kraft av 1 kp etter det gamle tekniske måle­ systemet.

kp 1 —5 = 1 atm cm2

Da vi nå benytter betegnelsen newton (N) for kraft, gir dette:

Etter Newtons 2. lov er:

F

= m

kraft

= masse

a

1 bar

x akselerasjon

=

10 A cm2

daN cm2

kg

kP

I henhold til det gamle systemet betegnes tyngdens aksele­ rasjon g i stedet for den alminnelige akselerasjonsbetegnelsen a som etter Newtons lov framstår som forholdet mellom kraft og masse (j^).

F

= m

g

1 kp

= 1 kg

9,81

m

= 9,81

kg m

Sl-enheten for kraften F er newton (N): -«i = 1 kg

*

-i 1

1 bar =1,02 — , ’ cm2 kp 1 —= 0,98 bar cm2

Skal størrelsen for kraft (N) og flateenheten (m2) benyttes, får vi enheten for trykk i pascal (Pa).

Vi får da:

... 1N

Tidligere ble trykk angitt i

m S2

1 kg m —

Da enheten pascal i praksis ofte gir høye tallverdier, bruker vi oftest enheten bar.

S2

1 bar = 100000 Pa og definisjonen blir:

1 N er den kraften (F) som skal til for å gi massen (m) på 1 kg en akselerasjon (a) (g) på 1

Som enhet for trykk finner vi også psi (pound force per sqare inch). 1 bar = 14,5 psi

Etter ovenstående utledninger får vi NB! Enheten psi anvendes ikke i Sl-systemet. 1 kp = 9,81 N

Med trykket angitt i bar i henhold til Sl-systemet forstår vi absolutt trykk.

I praksis setter vi vanligvis: 1 kp ~ 10 N = 1 daN

Ettersom sammenhengen mellom den gamle tekniske må­ leenheten for kraft kp, og den nye enheten N etter Sl-systemet nå er vist, ser vi heretter bort fra betegnelsen kp for kraft. Trykk er en av de viktigste størrelser i hydraulikken og defi­ neres som kraft per flateenhet.

p = trykket i bar F = kraften i N A = flateenhet i cm2

11

Grunnleggende lover og prinsipper Hydrostatikk

Trykk med ytre kraftpåvirkning (Pascals lov)

/ hydraulikk benyttes normalt p for arbeidstrykk. Med dette mener vi overtrykk.

Hydrostatikk (mekanisk hvilende væsker)

Hydrostatisk trykk (statisk trykk) Trykk i en væskesøyle oppstår når vekta av væskevolumet virker på en bestemt flate. Trykket er avhengig av væskesøylens høyde (h), væskens massetetthet (g) og tyngdens akselerasjon (g).

Statisk trykk p = g • g • h

Virker en ytre kraft F med en flate A på en innestengt væskemengde (se fig. 2), oppstår det et trykk i væsken. Trykket som oppstår er avhengig av kraftens størrelse og retning mot væsken, samt størrelsen av den flaten kraften påvirker væsken gjennom.

p i bar F i N A i cm2

Trykket forplanter seg likt mot karveggene i alle ret­ ninger slik at like store flateenheter får like stort trykk. Betrakter vi kar med ulik utforming, fylt med væske av samme massetetthet, så er trykket på et bestemt sted bare avhengig av væskesøylens høyde. Vi kan skrive: Pi = P2 = P3(fig-1)

Dette gjelder under den forutsetning at vi ikke tar hensyn til væskesøylens høyde i henhold til hva vi sa tidligere un­ der avsnittet "hydrostatisk trykk”. På grunn av de forholdsvis høye trykk som benyttes i hydraulikkanlegg, behøver vi sjelden regne med den statis­ ke væskehøyden:

Det hydrostatiske trykket øver en kraft mot karets bunn. f. eks. er 10 meter vannsøyle ~ 1 bar

Virker trykket på like store flater (A-| = A2 = A3), er kref­ tene også like (F-, = F2 = F3 uavhengig av karets utfor­ ming (se fig. 1).

Hydraulisk kraftoverføring (Hydraulisk presse)

Fig. 3

52 Aj

12

Fi

Grunnleggende lover og prinsipper Da vi nå har slått fast at trykket forplanter seg likt i alle retninger, spiller karets utforming ingen rolle. Vi tenker oss et system hvor trykket oppstår gjennom en ytre kraftpåvirkning (figur 3).

Prinsipp for trykkoverføring

Øver vi kraften F! på det lille stempelet med flateenheten An kan vi vise at:

=eller Fi = P-Ai Ai

P

Trykket P virker på alle deler i systemet, altså også på flateenheten A2. Kraften vi oppnår på det store stempelet (enstydende med en hevbar last) blir da:

=-3a2

P

eller F2 = P A2

Så lenge trykket er likt mot begge stempler, blir:

a,-

eller:

f, a2=f2 a,

= a2

F2 Fi

= A? A,

Kreftene forholder seg til hverandre som forholdet mellom flatene.

Trykket i et slikt system innstiller seg bestandig etter belastningens størrelse og den virksomme flaten. Det betyr at trykket stiger inntil motstanden som bevegelsen i væs­ ken forårsaker, er overvunnet. Lasten F2 øker dersom kraften F! på flaten A! forårsaker et tilstrekkelig trykk til å overvinne lasten f2 (over flaten A2). (Vi ser bort fra friksjonstapet.)

Bevegelsesvegene S1 og S2 forholder seg omvendt til flatene. Si

S2

=

*2

A1

To stempler med ulike areal er fast forbundet med hver­ andre via en stempelstang. Påvirkes flaten A1 med et trykk Pi, virker kraften Fi på det store stempelet. Kraften Fi overføres til det lille stempelet via stempelstanga. Denne kraften virker på flaten A2 og forårsaker trykket P2 (se fig. 4).

Når vi ser bort fra friksjonstapet, gjelder: = F

Fi

= F2

Pi

•

Ai

= P2 • A2

da er:

Pi

•

A4

= Fi

og

P2

a2

= f2

eller:

fl

P2

=

A2

Ai

Ved trykkoverføring forholder trykkene seg omvendt av forholdene mellom flatene.

Arbeidet W1 på trykkstempelet er identisk med arbei­ det W2 på laststempelet. W, = ^8,

W2 = F2 S2

13

Grunnleggende lover og prinsipper Hydrodynamikk (mekanisk strømmende væsker) Lover om strømmende væsker

Strømmer en væske gjennom et rør med forskjellige tverrsnitt, flyter i like tidsenheter like store væskevolum. Det må bety at strømningshastigheten undervegs endrer seg. V Væskemengden Q = y

Q

Vegen (s) pr. tidsenhet (t) = hastigheten (v) (dvs. v = y). Dermed får vi likningen Q = A • v som uttrykker kontinuitetslikningen A1 • V! = A2 • v2

): Q V t A s

= = = = =

væskemengde i liter/minutt volum i liter tiden i minutt tverrsnittsareal veilengde

Volumet V = A • s

A*s Væskemengden blir da: Q = —y-

14

Qi = Q2

Energiloven (Bernoullis likning)

Energiloven sier om et strømmende væskesystem, at totalenergien i væskestrømmen er uendret såfremt det ikke tilføres eller avgis noen ytre energi. Energiinnholdet i væskestrømmen består av: I. Potensiell energi - Stillingsenergi (avhengig av væskesøylens høyde) Trykkenergi (statisk trykk)

Grunnleggende lover og prinsipper og II. kinetisk energi - bevegelsesenergi (avhengig av strømningshastigheten). Bernoullis likning:

P v2 g • h + — + -g- = konstant Omregnet til trykkenergi gir dette: 1

11

p

Ptotal — ^stat. "I" Q ’ 9 ’ h +

Pstat.

V

= statisk trykk

q • g • h = trykk avhengig av væskesøylens høyde

• v2 = trykk avhengig av væskestrømmens bevegelsesenergi Ser vi nå på kontinuitetslikningen og energiloven, kan vi slå fast følgende: Dersom tverrsnittsarealet minker, øker væskehastigheten og bevegelsesenergien blir dermed større (se figur 5). Så lenge vi har lært at væskestrømmens totale energi­ mengde er konstant, må enten stillingsenergien, trykkenergien eller eventuelt begge forandres ved en tverrsnittsforminskning. Stillingsenergien endrer seg imidlertid knapt målbart gjennom en tverrsnittsforminskning. Derimot forandrer det statiske trykket seg i forhold til nor­ maltrykket, avhengig av strømningshastigheten (se fi­ gur 6).

Fig 6

Høyden av væskesøylen er et mål for trykket som opptrer på de ulike steder.

15

Grunnleggende lover og prinsipper

I et hydraulikkanlegg er det hovedsakelig trykkenergien (statisk trykk) som er det avgjørende dimensjoneringskriteriet siden stillingsenergien og bevegelsesenergien er ubetydelige.

Strømningsbilder

Strømningsbildet, og dermed i stor grad friksjonstapet, henger nøye sammen med de sistnevnte punktene, nemling ledningens tverrsnitt og strømningshastigheten.

Friksjonstap

Når væsken hviler (strømningshastigheten = 0), er trykket likt foran, i og etter en innsnevring, eller generelt like stort i hele rørledningen. Strømmer væsken i et ledningssystem, oppstår varme gjennom friksjonstap. En del av væskens energi omdan­ nes da til varmeenergi, noe som betyr trykktap (tap av totaltrykk) (se figur 7). Hydraulisk energi lar seg ikke overføre uten trykktap. Friksjonstapet er bl.a. avhengig av:

- rørledningens lengde - rørledningsveggens ruhet - rørledningens utforming (antall bøyer, bend, ventiltyper og antall etc.) - rørledningens tverrsnitt - væskens strømningshastighet

16

a. Laminær strømning: Ved laminær strømning beveger de enkelte væskemolekyler seg, inntil en bestemt hastighet, rolig i velordnede homogene sjikt gjennom ledningen. Det enkelte væskemolekyl påvirker knapt det annet (figur 8). b. Turbulent strømning:

Øker strømningshastigheten (fremdeles med samme ledningstverrsnitt), endrer strømningsbildet seg ved en bestemt hastighet, kalt kritisk hastighet. Strømningsbildet blir da virvlende eller det vi gjerne kaller turbulent. Det en­ kelte væskemolekyl beveger seg da ikke lenger velordnet i en retning, men påvirker sterkt andre molekyl i alle ret­ ninger og hindrer hverandre gjensidig. Dermed øker strømningsmotstanden og de hydrauliske tapene. Dette er en årsak til at vi søker å unngå turbulent strømning i hydraulikkanlegg (se figur 9).

Grunnleggende lover og prinsipper Fig. 9

Turbulent strømning

Reynolds tall Re

Strømningsforholdene kan bestemmes ved Reynolds tall, v * du Re = —y—

derReerdimensjonsløst

v

= strømningshastighet (i m/s)

dH

= hydraulisk diameter (i m) Ved sirkulære tverrsnitt er denne lik innerdiameteren, ved andre tverrsnitt kreves omregning.

dH

= 4•U

A

= tverrsnittsareal (i m)

U

= omkrets (i m)

v

m^ = kinematisk viskositet (i —)

Re kritisk ~ 2300 Denne verdien gjelder for runde, glattveggede, rette rør.

Ved Re kritisk veksler strømningsbildet fra laminær til tur­ bulent og omvendt.

Laminærstrømning:

Re < Re kritisk

Turbulentstrømning:

Re > Re kritisk

17

Grunnleggende lover og prinsipper Hydraulikksystemenes prinsipper

Bildet viser prinsippet for et hydraulikksystem. Vi trykker stempelet nedover med en bestemt kraft på en enkel stempelpumpe. Etter det vi tidligere har sett gir kraften dividert med stempelarealet et trykk (p = ^).

Jo større kraft vi trykker på stempelet med, dvs. jo større kraft som virker på stempelarealet, desto høyere trykk oppnår vi. Trykket stiger imidlertid bare så høyt at det kan overvinne lastens nedoverrettede kraft på det store stem­ pelet (F = p • A). Trykket stiger ikke videre dersom lasten holdes uforandret, men retter seg følgelig inn etter den belastningen som til enhver tid forekommer. Lasten kan beveges dersom det nødvendige trykk kan bygges opp.

Hvor fort lasten kan beveges, er avhengig av væske­ mengden som tilføres sylinderen. Etter figur 10 betyr dette at jo fortere vi pumper, dess raskere stiger lasten. I praksis er systemet noe endret.

18

Grunnleggende lover og prinsipper Vi skal nå bygge inn komponenter som gjør det mulig for oss å heve eller senke lasten, påvirke hastigheten og maksimaltrykket i systemet. Videre erstatter vi håndpumpa med en kontinuerlig drevet pumpe.

For bedre å kunne forstå dette følger en enkel beskrivelse av et hydraulisk kretsløp (figur 11). Pumpa (1) drives av en motor (elektromotor eller forbrenningsmotor).

Denne pumpa suger væske fra tanken (2) og transporte­ rer denne væsken videre inn i rørledningssystemet via de forskjellige innretningene fram til sylinderen (4) (eller og­ så en hydraulisk motor). Så lenge væskestrømmen ikke møter motstand, trans­ porteres væsken stadig videre.

Imidlertid utgjør sylinderen (4) i enden av rørledningen en motstand for væsken.

Trykket stiger derfor inntil denne motstanden er over­ vunnet, dvs. inntil stempelet beveger seg.

19

Grunnleggende lover og prinsipper Fig. 12

For å beskytte systemet mot for stor last (det betyr samti­ dig for høyt trykk) må vi begrense maksimaltrykket. Dette oppnår vi ved å montere en trykkbegrensningsventil (3). En fjær trykker her via mekanisk kraft en kule mot et sete. Det til enhver tid foreliggende trykk i rørledningen påvirker deler av kulas overflateareal. Etter det allerede kjente forholdet F = p • A trykkes kula ut fra setet når kraften, avhengig av trykk og areal, blir så stor et den mekaniske fjærkraften overvinnes.

Deretter stiger trykket ikke videre. All væske fra pumpa strømmer gjennom ventilen (3) og til­ bake på tanken (2) (se figur 12).

2

20

Grunnleggende lover og prinsipper Arbeidsretningen for stempelet (4.1) med stempelstanga (4.2) i sylinderen bestemmes av retningsventilen (5) (figur 13). På figur 11 flyter væsken gjennom retningsventilen (5) fra P til A og videre fram til sylinderen.

Gjennom en forskyvning av sleiden (6) i retningsventilen forbindes P med A. Væsken strømmer nå fra pumpa gjennom retningsventilen og inn på stempelets motsatte side. Stempelstanga (4.2) føres inn i sylinderen og lasten beve­ ger seg dermed i den andre retningen.

Væsken i sylinderkammeret på motsatt side av stempe­ let, der stempelstanga sitter, strømmer nå gjennom ret­ ningsventilen (5) fra A via T og tilbake på tanken.

21

Grunnleggende lover og prinsipper Dersom vi nå ikke bare vil nøye oss med å forandre be­ vegelsesretningen og trykket i systemet, men ønsker å øve innflytelse på stempelhastigheten, må vi regulere sylinderens tilførte eller avgitte væskemengde.

Dette oppnår vi ved å montere en strupeventil (7) (se figur 14). Gjennom en minskning av tverrsnittsarealet (i vårt eksem­ pel) strømmer mindre væske per tidsenhet til sylinderen. (Bemerkning: Hva som skjer ved strupning kommer vi til å behandle nærmere under kapittelet "Strømningsventiler”.) Lasten beveger seg nå langsommere. Den overskytende væskemengden levert av pumpen ledes tilbake til tanken via trykkbegrensningsventilen (3). Sett på bakgrunn av trykkforholdene i systemet betyr det­ te følgende:

Mellom pumpa (1) og strupeventilen (7) virker det maksi­ male trykket som er innstilt på trykkbegrensningsventilen (3).

Mellom strupeventilen (7) og sylinderen (4) virker det tryk­ ket som belastningen krever.

22

Grunnleggende og prinsipper Prinsippskjema over et hydraulisk system Et hydraulikksystem framstilles ikke i praksis slik som vist på figurene 11-14.

drivmotor

j tank

Til å beskrive en hydraulisk krets bruker vi i stedet for snitttegninger dertil egnede symboler. Hydrauliske kretser som framstilles ved hjelp av disse symbolene, kaller vi koplingsskjema. Symbolenes utseende og betydning er standardisert i henhold til DIN-IS01219 normene, samt Norsk Standard (NS).

I sammenheng med senere komponentbeskrivelser kom­ mer vi til å vise symbolet for hver enkelt komponent.

23

For bedre å kunne gi et helhetsinntrykk av de ulike bruks­ områdene for hydraulikk, har vi plukket ut 6 forskjellige bransjer med eksempler på utnytting. 1. Hydraulikkfor sokkelbasert petroleumsindustri

Prosess-styring Drifsstyring for vinsjer og kraner Drift og manøvrering av boreutstyr Anlegg for prosessovervåkning

2. Hydraulikk for land­ basert industri

Verktøymaskiner Plastbearbeidingsmaskiner Presser Tungindustri (Valseverk og støperi)

3. Mobilhydraulikk

Kraner og gravemaskiner Bygnings- og landbruksmaskiner Tyngre motorkjøretøyersivile og militære

4. Hydraulikkfor tyngre stålkon­ struksjoner i anlegg for bruer og ferdsels­ årer, damanlegg og kraftverksutbygging

Sluser, damluker, segment og porter Brumanøvrering Maskiner for bergverksdrift Turbiner Kjernekraftverk

5. Hydraulikkfor skipsbyggingsindustri

Rormanøvrering Dekkskraner Baugporter Lasteluker Ventilmanøvrering

6. Hydraulikkfor spesialtekniske anlegg

Radioteleskop Antenneutrustninger Målebøyer Landingsutstyrog ror-/ bremseutrustninger for fly Spesialmaskineri

Naturligvis har det vært umulig å komme inn på alle områ­ der hvor hydraulikken står sentralt, dertil er bruksmulighe­ tene altfor mangfoldige. Det er imidlertid lett å se at hydrauliske anlegg spiller en framtredende rolle på de fleste områder. Som et supple­ ment til ovenstående overskrift følger her noen bilder hen­ tet fra de omtalte bransjene.

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for oljerelatert industri

Petroleumsundersøkelser til havs stiller strenge krav både til installasjon, utstyr og mannskap ombord.

Delvis på grunn av dette fins det et mangfold av borerig­ ger bygd etter ulike konstruksjonsprinsipper. Det er imidlertid et felles særtrekk ved slike rigger, nemlig utstrakt bruk av hydraulisk utrustning. Etter hvert som det blir gjort drivverdige funn, bygges det ut olje- og gassfelt på norsk og utenlandsk sokkel.

Et slikt større oljefelt er Statfjordfeltet i Nordsjøen. Der ut­ vinnes det råolje som lagres i store lastetanker eller lastebøyer som er oppankret på området. Fra disse bøyene pumpes råoljen ombord i tankskip som frakter oljen til forskjellige raffinerier rundt i verden. Ombord i den lasteboyen som er vist, opereres blant annet strekkavlastningssystemet for selve fortøyningen mellom skip og lastebøye hydraulisk.

25

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Ombord på en plattform på kontinentalsokkelen er det ulike former for arbeidsoperasjoner og prosesser. Opp­ bygning og utrustning varierer noe, alt etter om det er en produksjonsplattform eller en borerigg vi taler om. Felles for produksjonsplattformene og boreriggene er blant annet boretårnet. Her gjør vi også bruk av hydraulikk. Til høyre ovenfor er det avbildet en såkalt topp-blokk i et boretårn. Festemekanismen for borestrengen opereres her av hydrauliske sylindre.

26

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for støperiog stålverksindustri

I dag finnes det knapt et stal- eller valseverk som ikke er utstyrt med den mest omfattende hydrauliske utrustning.

Helautomatisk produksjonslinje for framstilling av transformatorplater.

Uten en slik utrustning, hvor "hydrauliske muskler” umid­ delbart reagerer på den minste trykk-knappbevegelse, ville dagens høye produksjonsnivå skapt av disse verdi­ fulle maskinene, vært utenkelig.

Maskineriet består av elektrisk regulerbare aksialstempelpumper og trykkregulerte hydraulikkmotorer i lukket krets. Den lineære båndhastigheten kan bli opptil 100 m/min.

Hydraulisk betjent blir bl.a.: - båndvogner - linjaler - båndtransportører - vippebord - renner - valseinnstillinger - sorterings- og transportinnretninger - avkjølingsbenker

27

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for verktøymaskiner

Presisjon er i dag et positivt kjennetegn på hydrauliske styringsinnretninger. Selv de mest omfattende arbeids­ operasjoner, som i en moderne serieproduksjon omfatter utstrakt bruk av komplisert produksjonsutstyr og maski­ neri, løses optimalt og individuelt med et driftssikkert hydraulikksystem. Hydraulikkutstyr, spesielt egnet for verktøymaskiner, gjør selv de mest komplekse arbeidsoperasjoner enkle og økonomiske. De enkelte hydrauliske komponentene byg­ ges opp etter enkle grunnprinsipper som lettere lar seg forene med de øvrige maskinelementene enn f. eks. andre systemer.

Omfattende integrering av samtlige styringsfunksjoner på verktøymaskiner til standardiserte styreblokkutførelser ligger er langt skritt inn i framtiden når det gjelder videreut­ viklingen av sponbearbeidende maskineri. Disse maski­ nene er ikke tenkelige uten hydraulikkutrustning i dag. Mekanisk-hydraulisk kopiering som blir utført i en revolverdreieautomat (se bildet ovenfor), er et representativt eksempel på presisjonshydraulikkens betydning innenfor verktøymaskinbransjen.

28

Firestasjoners to-vegs rundebordsmaskin for overflatebearbeiding av kaldpressede tannhjul.

På denne maskinen manøvreres to styreenheter, verktøyholdere og mating samt rundebordets bevegelse.

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for tyngre presser

Smipresser med en presskraft på 120 MN (12000 tonn). Ved å benytte hydraulikk er ikke dette noe problem.

Selv ved opprettholdelsen av et maksimalt produktivitets­ nivå kan sikkerhetsaspektet tilgodeses fullt ut både for operatøren og selve maskineriet.

Karakteristisk for hydraulikkanvendelsen i dette tilfellet er den høye effekttettheten en oppnår ved plassering av hy­ drauliske pumper og ventiler øverst på selve maskinstativet.

Palleteringspresse for sammenpressing av bilkarosserier til kompakte metallballer.

Arbeidsforløpet er fullhydraulisert og skjer i 3 trinn: 1. 2. 3.

Mating og klipping Loddrett sammentrykking Vannrett sammenpressing og utkasting av ballene på et transportbånd.

Skulle det anvendes mekanisk drift, ville dette kreve bety­ delig større plass.

29

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for formstøpings- og ekstruderingsmaskineri

Når vi bruker telefonen, kjøper en flaske oppvaskmiddel til husholdningen, eller når barnet leker med et plastleketøy, er det neppe noen som tenker på de maskiner som produ­ serer de ulike forbruksartiklene som vi synes å behøve etter dagens levestandard.

Til å produsere disse artiklene behøves en mengde kunststoff-forarbeidende maskiner. Disse maskinene blir utrustet med omfattende hydrauliske systemer for bl.a. manøvrering av låseplate for verktøyholdere og trinnløs innstilling av låsekrefter og hastigheter.

30

Til denne plaststøpemaskinen trenger vi, alt etter maskinstørrelsen, låsekrefter fra 0,2 - 2,8 MN (20 - 280 tonn). Alt etter hvilket verktøy som monteres, kan maskinen tilvir­ ke et produktspekter omfattende det meste fra plastbeger til svært kompliserte tannhjul.

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for mobile maskiner

Det bør alltid være den korteste og mest tapsfrie veg mel­ lom driftskilden og det organ som avgir den hydrauliske kraften.

I moderne entreprenørmaskiner med stor bevegelighet og mange arbeidsfunksjoner, byr hydraulisk energiover­ føring på en enkel løsning av mekaniske problemer. Her er hydraulikken annen teknikk overlegen, ettersom hy­ draulisk energi lett kan transporteres og når fram selv til bevegelige deler. Forholdet avspeiles tydelig på en moderne gravemaskin. De robotliknende bevegelsene viser den hydrauliske kraftmultipliseringen som har sitt utspring i hvordan føreren håndterer betjeningsorganene. På denne måten følger bevegelsen slavisk operatørens vilje og handling.

Mangfoldigheten av maskiner på dette området og der­ med også innsatsmuligheten for hydraulikken, framgår tydelig av ovenstående avbildede maskin for kontroll og inspeksjon av bruer. Via leddarmer plasseres gondolen i posisjon for serviceog kontrollpersonell. Gangbanen fungerer teleskopisk og kan trekkes ut til en lengde på 20 m. Her kreves det ikke bare krefter, men også sikkerhet og nøyaktigheten under manøveren.

Hydraulikken representerer også store fordeler når vi tar den i bruk på entrepenørmaskinenes hydrostatiske framdriftstransmisjoner. Dette fordi vi da kan få en trinnløs va­ riasjon mellom trekk-kraft og hastighet innenfor et vid­ strakt reguleringsområde.

31

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for transportteknikk

Som overalt ellers, spiller også her tiden en stor rolle. En last må kunne losses raskt, eller en frakt bestemt for videretransport må sikkert og nøyaktig kunne omlastes.

På det viste lasthåndteringsmaskineriet omfatter det hydraulis­ ke anlegget skovlebevegelsen på tilbringermekanismen, samt anleggets svinge- og bevegelsesmekanismer generelt. Vi behøver ikke bare ha slike anlegg som dette i tankene når vi ser på hydraulikkens transporttekniske bruksområde. Det er nok å tenke på større flyplasser og den betydning hydraulikken der har for henting og bringing av både reisegods, annet gods samt til dels også passasjerer.

Hydraulikk for skipsbygging

Når det gjelder skipsfart og skipsbygging har det vært mulig å oppnå store kostnadsbesparende forbedringer og forandringer både over og under dekk om bord på fartøyene. Dette gjelder i første rekke bygningsmåter og maskinell utrustning om bord. Vi kan nevne hydraulisk drevne og manøvrerbare propell-systemer som omfatter både framdrifts- og sidepropellere. Dette betyr sikrere og bedre manøvreringsegenskaper på store hav­ gående fartøyer i trange farvann og i havneområdene. Fylling og tømming av ballasttanker, lastetanker etc. om bord i disse fartøyene kontrolleres også gjerne hydraulisk via egne flettverk av rørledninger.

Et annet eksempel er innhaling av trålposer om bord i trålere, samt nøter om bord i snurpere. Her er gjerne vinsjene både hy­ draulisk drevet og hydraulisk manøvrert. Fiskeredskapene om bord i dagens fiskefartøyer ville være umulig å betjene uten hydraulikkens hjelp. Nedenfor viser vi til slutt et bilde fra styremaskinrommet om bord i et større handelsfartøy. Her er rorbevegelsene hydraulisk drevet.

32

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for stålkonstruksjoner

Den særdeles nødvendige utbyggingen av kystbeskyttelse og vannveier, begge store oppgaver for vår generas­ jon, er blitt løst best mulig teknisk og økonomisk ved hjelp av den revolusjonerende hydrauliske manøvrerings- og driftsteknikken. For å oppnå nødvendig styrke mot de enorme natur­ kreftene, manøvrerer gigantiske hydrauliske sylindere stabile beskyttelsesporter mot tidevannet. Gjennom dette kan innbyggerne bak portene i land med slike kystområ­ der leve i sikkerhet for oversvømmelser og liknende na­ turkatastrofer. Den allerede omfangsrike båttrafikken på de mange vannvegene i Europa framtvinger en rask forbedring og utbygging av vannsystemene til større befraktningskapasiteter. Til dette brukes hydraulikken i stadig stigende grad.

Bare ved hydraulisk hjelp kan fraktefartøy hurtig og sik­ kert sluses oppover eller nedover i kanaler.

Ovenfor viser vi et eksempel på en fartøyheis fra Elbenkanalen. Ved hjelp av denne heisen overvinnes en høydeforskjell på 38 meter. Her er hydraulikken koplet inn for kontroll av de ulike beskyttelsesmekanismene, f. eks. løfteplattformene og de 4 innretningene for støtbeskyttelse. Dette bruksområdet omfatter også åpning og stenging av klaffbruer og sluseporter.

høgskolesenteret i rogaland FORSKNINGSBIBLKDTEKET POSTBOKS 2510 ULLANDHAUG 4004 STAVANGER

33

Anvendelseseksempler fra ulike bransjer Hydraulikk for spesialformål

Hydrauliske spesialfirmaer har i den seinere tid bidratt med nye utviklinger på området teknisk hydraulikk. Dette har muliggjort utvidede hydrauliske bruksområder. Innen transport- og løfteteknikken, samt ved gruvemaskiner og boretårn for oljeutvinningen i Nordsjøen, er hy­ drauliske komponenter selvsagte. Overalt drar vi nytte av hydraulikkens enkle oppbygging i selve kraftoverførin­ gen. Ved den kjempestore antennen som vist på bildet oven­ for, der viktige nyheter og informasjoner overføres fra kontinent til kontinent, kreves presisjon av høyeste grad i det svært kompliserte reguleringsforløpet. Ved hjelp av hydraulikken oppnås dette, og her svarer den både for selve driften, nødvendig manøvrering og regulering/styring. Nødvendig funksjonssikkerhet garanteres gjennom et hydraulisk system.

På bildet øverst til høyre ser vi en observasjonsbøye plas­ sert i Nordsjøen. 34

Driften og styringen av vinsj og målekabel skjer hydrau­ lisk. Dermed erfunksjonssikkerheten garantert. Fyrtårnene og observasjonsbøyene er ledd i en kjede av målepunkter for innsamling av viktige oseanografiske og meteorologiske data i Nord- og Østersjøen.

Hydraulikkpumper og -motorer

35

Hydraulikkpumper og -Motorer Motorer

Stillbart fortrengningsvolum

Konstant fortrengningsvolum

Tannhjulsmotorer NG 3,5.... 100 cm3/omdr. .... 250 bar .... 207 Nm

Radialstempelmotorer

NG33.... 5275cm3/omdr. .... 315 bar .... 24250 Nm

Aksialstempelmotorer

NG 10.... 2000 cm3/omdr. .... 400 bar ... .11110Nm (ved Ap = 350 bar)

Langsomtgående hydraulikkmotorer (aksiale og radiale)

NG 58.... 1000 cm3/omdr. .... 350 bar ... .4380 Nm

36

Aksialstempelmotorer NG28.

468 cm3/omdr. 400 bar .... 2380Nm (ved Ap = 320 bar)

Hydraulikkpumper og -Motorer Generelt Hydraulikkpumper og hydraulikkmotorer er hydrostatiske maskiner.

Omformingen av mekanisk dreiemoment via arbeidstrykk og volum eller omvendt, er likt i alle hydrostatiske maski­ ner. Dette kan utledes av grunnlikningen for dreiemomen­ tet (når vi ser bort fra virkningsgraden).

Pumpe M = tilført dreiemoment Motor M = avgitt dreiemoment (uten virkningsgrad) Ap = trykkdifferansen mellom suge- og trykksiden på pumpa, respektive trykk- og retursiden på motoren Vh = geometrisk slagvolum

Ettersom væsken i disse maskinene skyves unna og for­ trenges i et lukket rom, kaller vi gjerne dette for "tvungen strømning” eller maskinene for "volumfortrengningsmaskiner”.

Maskinene lar seg inndele i fem ulike hovedtyper: a) b) c) d) e)

Tannhjulspumpe/tannhjulsmotor Vingepumpe/vingemotor Radialstempelpumpe/radialstempelmotor Aksialstempelpumpe/aksialstempelmotor Skruepumpe/skruemotor

Fordelen med hydrostatisk effektoverføring framfor andre overføringsmetoder ligger bl.a. i den store krafttettheten. Krafttettheten blir på denne måten ensbetydende med ar­ beidstrykket.

For å oppnå denne omformingen har vi flere muligheter når det gjelder konstruksjonen.

Figur 1 viser de prinsipielle mulighetene: 1. Alminnelig volumdannelse 2. Tannhjulsmaskin 3. Radialstempelmaskin 4. Vingelamellmaskin 5. Aksialstempelmaskin med skråstilt trommel 6. Aksialstempelmaskin med skråstilt skive

Fortrengningsvolumdannelse i hydrostatiske maski­ ner

37

Hydraulikkpumper og -Motorer Ved de forskjellige konstruksjoner skiller vi også mellom:

Symbol:

Konstantpumper/konstantmotorer Her kan slagvolumet ikke endres. - Variable pumper/variable motorer Her kan slagvolumet endres.

-

Hydraulikkpumper Funksjon: I hydrauliske anlegg har pumpa til oppgave å danne en væskestrøm (et væskevolum ved tvungen strømning), samt etter behov å tilføre væskestrømmen nødvendig kraft.

Tannhjulspumper er pumper med konstant volum.

Tannhjulspumpe med innerfortanning (figur 2)

Pumpa suger væsken (oftest fra en tank i systemet) til seg og tvinger denne til pumpas trykkside. Derifra ledes væs­ ken inn i systemet via styreelementer til forbrukerne. For­ brukerne framstår for væsken som en motstand, f. eks. et belastet stempel i en hydraulisk sylinder. På denne måten bygges det i så fall opp et trykk som stiger til et nivå som er høyt nok til å overvinne alle mot­ standskrefter. Trykket i et hydraulikksystem skapes altså ikke bare av pumpa, men bygger seg opp størrelsesmessig, avhengig av motstanden mot systemets væskestrøm. Denne væskestrømmen som vi beskriver, kunne vi tenke oss å betrakte som en stempelstang i systemet, som mot­ tar en nødvendig skyvekraft fra pumpa.

Tannhjulspumper

Bildet viser en tannhjulspumpe med ytterfortanning, type G. 38

Disse pumpene består i hovedsak av et hus (1), hvor det roterer et tannhjulspar med så små aksielle og radiale klaringer at vi praktisk talt får oljetetthet. Sugesiden (blå farge) står i forbindelse med væskebeholderen (tanken). Trykksiden (rød farge) er koplet til det hy­ drauliske systemet. Det innerste tannhjulet (2) drives i pilens retning og tar med seg det ytterste tannhjulet (3) i samme rotasjonsretningen. Under rotasjonen løper tannhjulene slik at tannlukene åpnes. På dette viset oppstår det et vakuum. Sammen med atmosfæretykket, som virker på væskeoverflaten i beholderen eller tanken, påvirker dette vakuumet væsken som derved strømmer fram mot pumpa. Vi sier da gjerne at ”pumpa suger”. Væsken fyller på denne måten de åpne tannlukene, som gjennom den fortsatte rotasjonen danner lukkede kam­ mer mellom huset og skjæret (4). Væsken skyves til slutt fram mot pumpas trykkside (rød farge). Der glir tennene atter i inngrep med hverandre og trykker væsken ut av tannlukene.

Hydraulikkpumper og -Motorer Tanninngrepet forhindrer at oljen strømmer tilbake fra trykksiden til sugesiden.

Tannhjulspumpe med ytterfortanning (figur 3)

Det finnes derfor avlastningsspor på begge sider av lagerblokken, like foran tanninngrepsområdet. Gjennom disse sporene kan restvæsken som blir tilbake i tannlukene le­ des tilbake til trykk-kammeret.

Ytterligere et viktig punkt er pasningen sidevegs mellom tannhjulet (5) og lagerblokken (6), se figur 4. Stor klaring gir: Liten klaring gir: -

liten friksjon stor lekkasje stor friksjon liten lekkasje

Selv om klaringen settes konstant ved monteringen, øker lekkasjon med slitasjen. Det volumetriske tapet øker også ved stigende arbeidstrykk. Ved disse pumpekonstruksjonene finner vi en hydrosta­ tisk lager-utbalansering. Skivene (7) påvirkes av trykket i systemet og presser derved lagerblokken mot tannhjule­ ne. Lagerblokken utsettes på denne måten for trykk fra begge sider, og holdes på plass av sin opprinnelige monteringsforspenning. Gjennom denne konstruksjonen kan pumpa opprett­ holde konstant klaring og totalvirkningsgrad, uavhengig av omdreining og arbeidstrykk.

Her griper to ytterprofilerte tannhjul inn i hverandre. Tannhjul (2) drives i pilens rotasjonsretning og tar med seg tannhjul (3) i motsatt rotasjonsretning. Sugeforløpet skjer på samme måte som for den tidligere beskrevne pumpa med innerfortanning. Væsken drives mot trykksi­ den (rød farge) i tannlukene (4) og tvinges ut av disse når tannhjulene atter går i inngrep. På snitt-tegningen (figur 3) kan vi tydelig se at tennene stenger tannlukene før disse er helt tømt for væske. Uten avlastning ville det derfor oppstå svært høye trykk i de motstående væskefylte kammer, noe som ville gi pumpa en hard og rykkvis gange.

Viktige data: Volum: 3,5 - 100 cm3/omdr. Arbeidstrykk: inntil 250 bar

39

Hydraulikkpumper og -Motorer Vingepumper Vingepumper med konstant volum

Vingepumpe type V2 Til høyre: enkeltpumpe Til venstre: dobbeltpumpe

Den skjematiske snitt-tegningen nedenfor viser pumpas prinsipielle oppbygning (figur 5).

Rotoren er på den drevne delen. I radiale spor på rotorperiferien sitter parvis mot hverandre plasserte bevegeli­ ge vinger (3) - dobbeltvinger. Under selve rotasjonen slynges vingene utover pga. sentrifugalkraften. Sammen med systemtrykket bak vin­ gene virker dette radialt, og begge vingene i vingeparet oppnår derved kontakt med statorens innerbane. De lukkede kammer dannes mellom to vingepar, rotoren, statoren og de tilgrensende glideplatene på siden. Oljetilførselen (blå sugeside) og avgangen (rød trykkside) skjer gjennom de ovenfor nevnte glideplatene på siden (ikke vist på figuren). For å lette oversikten er tilførsel og drenering i figur 5 framstilt på utsiden. Vi starter pumpefunksjonen med rotasjon i pilretningen. I nærheten av sugekanalen (oppe og nede) er kamrene (4) ennå små. Med fortsatt rotasjon vokser kamrene og fylles med væske. Når de kamrene som betraktes når sitt stør­ ste volum (største avstanden mellom statorens inner­ bane og rotorens sentrum), brytes forbindelsen via glide­ platene på sidene til sugesiden. Deretter tømmes kamre­ ne til trykksiden.

På grunn av statorkurvens form presses vingene tilbake i sporet. Kammervolumet avtar igjen. På dette viset tvinges væsken ut til trykk-kanalen. Da statorkurven er utformet dobbelteksentrisk, utfører hvert kammer 2 pumpearbeid per omdreining. Samtidig er begge suge-kanalene og begge trykk-kanalene plassert rett overfor hverandre. Gjennom dette blir drivakselen hydraulisk avlastet med hensyn på radiale krefter. Vingepumpa består i hovedsak av et hus inntil stator (1), samt rotor (2) med vinger (3). Statoren har dobbelteksentrisk utforming innvendig.

40

Hydraulikkpumper og -Motorer Gjennom den del av rotasjonen hvor kamrene står i for­ bindelse med trykket i systemet, er vingene radialt trykkforspent. På dette viset oppnår de doble vingetetningene enda bedre tetning. Bevegelsesfriksjonen er forsøkt holdt lav, og vingeparene i hvert rotorspor faset mot hverandre, (figur 6)

Vingenes avfasing bevirker en trykkutjevning mellom forog bakside. Som virksom overflate for trykket står vinge­ nes kontaktflate mot statoren tilbake. Ved vingenes passering av sugekanalen trengs ikke hy­ draulisk belastning. Derfor er volumet (6) bak vingene i den stillingen drenert tilbake til tanken. Gjennom kombinasjonen av to pumpeelement (rotor, stator, glideplater på sidene) på en drivaksel og i samme hus, får man en dobbeltpumpe som på fotoet, med felles sugekanal og to uavhengige trykkanaler. Viktige data for enkeltpumpe: Volum: 10 - 100cm3/omdr. Arbeidstrykk: inntil 175 bar

41

Hydraulikkpumper og -Motorer Vingepumpe med variabelt volum og trykkinnstilling

Vingepumpe type V3

til venstre: flenstilkopling til høyre: gjenget tilkopling

Symbol:

42

Hydraulikkpumper og -Motorer Ved denne pumpeutførelsen kan fortrengningsvolumetog det maksimale arbeidstrykket innstilles. Pumpearbeidet fungerer i prinsippet på samme måte som for den tidligere beskrevne konstantvolumpumpa, type V2. Statoren (1) er imidlertid her formet som en sylindrisk, konsentrisk ring. En fjær (2) presser statoren ut i et eksentrisk leie i forhold til rotoren (3).

Maksimal eksentrisitet og dermed også maksimalt volum kan justeres og innstilles ved hjelp av justeringsskruen (5). Likeså kan fjærkraften varieres ved hjelp av juste­ ringsskruen (6). Statoren beveger seg tangentialt rundt høydeinnstillingsskruen (4). Systemtrykket som bygges opp gjennom en arbeidsmotstand (f.eks. gjennom en forbruker som en belastet sylin­ der el. likn.) påvirker statorens innerbane. Pga. dette oppstår en kraftkomponent rettet mot fjæra (se figur 8).

I balanseleiet mellom fjæras forspenning og trykk-kraften forskyves altså statorringen. Pumpekapasiteten avtar, men arbeidstrykket består.

Alt avhengig av fjæras karakteristikk blir kurven mer eller mindre bratt. Stigningen varierer hos en bestemt fjær ved ulike trykk. For å oppnå større følsomhet kan pumpa forsynes med 4 ulike fjærer (tilsvarende 4 trykknivåer). På figur 7 vises bare den utluftingsventilen (7) som er inn­ bygd som standard. Ventilen letter oppstarting gjennom automatisk utlufting av pumpas innervolum. Ventilkula holdes tilbake av fjærtrykket, ventilen er åpen. Idet væs­ ken begynner å strømme over kula, trykkes den mot fjæra, og forbindelsen lukkes hermetisk.

Viktige data: Volum:

inntil 47 cm3/omdr. (4 størrelser) Arbeidstrykk: inntil 100 bar

Når den innstilte fjærkraften balanseres ut med trykkraf­ ten (tilsvarende et bestemt trykknivå), forskyves statorringen ut av sin eksentriske posisjon i retning av sentrering om rotorakselen, eller såkalt null-leie. Eksentrisiteten blir mindre. Pumpekapasiteten innstiller seg på den verdien som be­ høves i øyeblikket. Dersom ingen tilkoplet komponent forbruker olje, og vi derfor får det innstilte maksimaltrykket, styrer pumpa inn mot en pumpekapasitet tilnærmet null. Arbeidstrykket opprettholdes, og kun systemets lekkasjetap kompense­ res. Gjennom denne funksjonen holdes tapseffekten og dermed oppvarmingen av den hydrauliske væsken på et lavt nivå. Pumpas funksjon framgår av (Q-p)-diagrammet- figur 9.

43

Hydraulikkpumper og -Motorer Vingepumpe type V4

En relativt slakk fjær (3) inne i det største stempelet tjener til å beskytte systemet ved oppstart. Den skyver statorringen (4) i eksentrisk posisjon når pumpa står stille, eller idet den befinner seg i startøyeblikket. Maksimalt ønsket arbeidstrykk innstilles ved hjelp av fjæ­ ra (5) i trykkventilen (6). Fjæra (5) holder reguleringssleiden (7) i det inntegnede utgangsleiet. Idet nivået for det innstilte trykket oppnås, forskyves slei­ den i reguleringsventilen og derved tømmes volumet bak stempelet (2) via utløpet L til tank. Det lille stempelet (1) kan nå endre statorringens (4) leie. Pumpa leverer bare den kapasitet som forbrukerne i øye­ blikket forlanger. Ettersom statorens posisjonering skjer hydraulisk og ikke ved hjelp av en fjær, følger (Q-p)-kurven nærmest en loddrett linje. Kurven parallellforskyves ved innstilling av forskjellige høyere driftstrykk.

Siden statorens reguleringsmekanisme arbeider hydrau­ lisk, kan også andre reguleringsfunksjoner bygges inn: f.eks. en mengderegulator med mekanisk justerbar mengdeinnstilling. Basistypen i serien V4 er på samme måte som i serien V3 utført med justerbart volum og stillbart trykknivå. Suge- og trykkforløpet skjer på tilsvarende måte. Et skille utgjør V4-pumpas konstruksjon med dobbeltvinger. Den fungerer dermed som vingepumpa med kon­ stant volum (type V2) med 2 vinger i rotorsporene, to tetningsegger og hydraulisk utbalansering av presskraften.

Et annet skille ligger i reguleringsmekanismen. Statorringen sitter innspent mellom to systemtrykkpåvirkede stempler (1) og (2) med et innbyrdes arealforhold på ca. 1:2 (se figur 10).

44

Hydraulikkpumper og -Motorer Symbol for pumpe med strømningsregulering:

De viktigste egenskapene for de stillbare pumpene V3 og V 4 sammenfattes slik: - Forbedring av virkningsgraden gjennom automatisk kapasitetstilpasning i henhold til det faktiske behovet hos en eller flere forbrukere.

- Gjennom dette skjer normalt en senkning av driftstemperaturen - hvilket innvirker positivt på væskens, kom­ ponentenes og tetningenes levetid.

- Mulig å bruke mindre oljebeholdere. - Mulig med forenkling av systemløsningene gjennom å utelate trykkbegrensnings- og avlastningsventiler.

Trykkdifferansen - P2) over den monterte strupningen (1) i P-ledningen arbeider mot det fjærbelastede stempe­ let i reguleringsventilen (3).

Reguleringsstempelet arbeider på denne måten som trykkbalanseringselement på samme måten som i en konstant mengdereguleringsventil (se og kapittelet om strupeventiler, konstante mengdereguleringsventiler). Reguleringsstempelet holder trykkdifferansen konstant på et balansenivå som tilsvarer fjærkraften, ca. 6 - 8 bar. Minskes f.eks. gjennomstrømningsåpningen i strupnin­ gen, øker trykkdifferansen og reguleringsstempelet forskyves i retning mot fjæra (2). Rommet bak det store justeringsstempelet (4) trykkavlastes suksessivt inntil tan­ ken og statorringen påvirkes av det mindre justeringsstempelet (5) i retningen mot mindre eksentrisitet.

Andre varianter av innstillingsmekanismer som kan påbygges:

- Trykkregulator med ulike reguleringsmetoder - Mengde-trykk-regulatorer - Effektregulator Viktige data: Volum: inntil 80 cm3/omdr. Arbeidstrykk: inntil 160 bar

45

Hydraulikkpumper og -Motorer Radialstempelpumper

Radialstempelpumper type R2 med 3, 5 og 7 pumpeelement.

På en radialstempelpumpe sitter pumpeelementene ra­ dialt stjerneformet plassert i forhold til drivakslingen. Pumpene finnes i utførelser med ventilstyring eller sleidestyring med konstant eller variabelt fortrengningsvolum. Videre skiller en mellom innerkurveprofil (stemplene presses innover) eller ytterkurveprofil (stemplene pres­ ses utover). Pumpa (figur 11) er ventilstyrt med stempler som presses utover. Den er videre selvsugende og med konstant for­ trengningsvolum.

Symbol:

Pumpa består i hovedsak av: hus (1), eksenteraksel (2) og pumpeelementene (3) med stempel (4), sugeventil (5) og trykkventil (6). 46

Et pumpeelement betraktet for seg selv er en funksjons­ dyktig 1-stempelpumpe boltet til huset. Stemplene løper i toppen av pumpeelementet og trykkes mot eksenterakselen ved hjelp av fjærer.

Hydraulikkpumper og -Motorer Hvert stempel utfører en komplett pumpesyklus per om­ dreining.

Et ujevnt stempelantall velges for i så stor grad som mulig å kunne minske pumpepulseringen i væsken.

Under rotasjonen suges væsken (blå farge) inn gjennom en aksialboring i eksenterakselens sentrum. Deretter slynges væsken ut i huset via radiale boringer og føres fram til sugeventilen via husets kanaler. Sugeventilen består av en liten ventiltallerken som trykkes mot en tetningskant av en svak fjær. Når stempelet beveger seg i retning mot drivakselens sentrum, vokser ventilkammeret. Pga. det vakuum som derved dannes, løfter ventiltallerkenen seg fra setet, og stempelkammeret kan fylles med olje. (Element 3.1.) I neste øyeblikk skytes stempelet utover igjen av eksenterakselen, og ventiltallerkenen luk­ ker på nytt. (Element 3.2.) Samtidig løfter trykkventilens kule (6) seg fra setet. (Element 3.3.)

Viktige data:

Væsken føres nå fra de ulike elementenes kanaler i huset fram til trykktilkoplingen. Volumet bestemmes av stempeldiameteren og antall pumpeelement. Siden effekten bestemmes av faktorene arbeidstrykk og pumpekapasitet, forandrer maksimalt tillatt arbeidstrykk seg dersom stempeldiameteren økes eller minskes.

sylinderdiameter-0 8 mm 10mm 12 mm 14 mm

Volum icm3/omdr. for 1 element

0,4

0,63

0,91

1,23

Maksimalt arbeidstrykk i bar

630

500

350

250

I figur 12 vises en annen ventilstyrt selvsugende radialstempelpumpe, type R4, som også arbeider med innerkurveprofil. Den skiller seg ut fra den tidligere beskrevne radialstempelpumpa i spørsmålet om pumpeelementkonstruksjonen. Det innhule stempelet (1) med sugeventil (2) løper i en sylinder (3) og trykkes mot eksenteren (5) av en fjær (4). Stempelets anleggsflate har samme radius som eksenteren.

Selve sylinderen er sfærisk opplagret i en tapp (6) som sit­ ter fast i huset (7). Trykkventilen (9) er plassert i tappen. Det egentlige pumpeelementet (sylinder, stempel, suge­ ventil) er fritt innspent mellom eksenterakselen og tappen ved hjelp av fjæra (hydrostatisk utbalansert stempelopplagring.) Ved nedadgående stempelbevegelse forstørres stempel­ kammeret i sylinderen.

47

Hydraulikkpumper og -Motorer Pga. undertrykket løfter ventiltallerkenen seg fra setet. Samtidig åpnes en forbindelse til sugekammeret via et ra­ dialt spor i eksenteren. Via dette sporet og boringen i stempelet fylles stempelkammeret med olje. Skjer det en oppadgående stempelbevegelse, brytes forbindelsen med huset av eksenteren. Ventiltallerkenen trykkes mot setet sitt, og trykkventilens kule løfter seg fra sitt sete. Derved flyter væsken videre mot pumpens trykk-kanal.

De pumpene vi har beskrevet hittil, kan også kombineres med hverandre innbyrdes. Pumpene koples da sammen med gjennomgående akslinger, mellomstykker og akselkoplinger. Det er da kun nødvendig med én motor for sel­ ve driften. Ved pumpekombinasjoner kan f.eks. ulike systemer be­ tjenes, eller høy- og lavtrykkssystemer utstyres, med en felles driftsmotor.

Hvert pumpeelement utfører en pendelbevegelse per eksenteromdreining. Denne pumpetypen kan utstyres med 3, 5 eller 10 pum­ peelement, dessuten med 3 ulike eksentere.

Hvert enkelt pumpeelement kan også arbeide individuelt dersom man ønsker en doseringsfunksjon. Viktige data: Innerdiametersyl.: 10 - 15 Volum (cm3/omdr.): 1,51 - 19,4 Arbeidstrykk (bar): 700 - 500

Eksempler på pumpekombinasjoner

48

Vingepumpe V2 + radialstempelpumpe R2 Øverst til høyre: Vingepumpe V3 + vingepumpe V3 Nederst til venstre: Vingepumpe V3 + tannhjulspumpe G Nedersttil høyre: Tannhjulspumpe G + tannhjulspumpe G

Øverst til venstre:

Hydraulikkpumper og -Motorer Pumpekombinasjoner: Konstant + konstant:

Vingepumpe V2 + vingepumpe V2 Arbeidstrykk: maks. 175/175 bar Kapasitet: maks. (148 + 148) l/min Vingepumpe V2 + radialstempelpumpe R2 Arbeidstrykk: maks. 175/630 bar Kapasitet: maks. (148 + 13) l/min

TannhjulspumpeG + tannhjulspumpe G Arbeidstrykk: maks. 250/250 bar Kapasitet: maks. (32 + 32) l/min Variabel + Variabel

Vingepumpe V4 + vingepumpe V4 Arbeidstrykk: maks. 160/160 bar Kapasitet: maks. (200 + 200) l/min Vingepumpe V4 + vingepumpe V3 Arbeidstrykk: maks. 160/100 bar Kapasitet: maks. (200 + 63) l/min Vingepumpe V3 + vingepumpe V3 Arbeidstrykk: maks. 100/100 bar Kapasitet: maks. (63 + 63) l/min

Variabel + Konstant

Vingepumpe V4 + radialstempelpumpe R2 Arbeidstrykk: maks. 160/630 bar Kapasitet: maks. (200 + 13) l/min Vingepumpe V4 + tannhjulspumpe G Arbeidstrykk: maks. 160/250 bar Kapasitet: maks. (200 + 32) l/min Vingepumpe V3 + radialstempelpumpe R2 Arbeidstrykk: maks. 100/630 bar Kapasitet: maks. (63 + 13) l/min Vingepumpe V3 + tannhjulspumpe G Arbeidstrykk: maks. 100/250 bar Kapasitet: maks. (63 + 32) l/min

49

Hydraulikkpumper og -Motorer Skruepumpe Fig. 13

Skruepumpa består av to eller flere geometrisk riktig ut­ førte mekaniske spindler, satt i inngrep med hverandre. I utførelse som vist i figur 13 gjør den midterste spindelen (drivskruen med høyregjenger) hele pumpearbeidet, mens de to øvrige spindlene på hver side (løpeskruene, venstregjenget) bare tjener som tettende sleider. Løpeskruenes funksjon er bl.a. å danne løpende avgren­ sede rom eller kammer via skruebevegelsen i pumpehuset. Etter hvert som skruene roterer, dannes kontinuerlig nye kammer som fylles av den væsken som pumpes. Det­ te skjer takket være det trykket som virker på pumpas sugeside. De væskefylte kamrene forskyves således aksialt gjen­ nom pumpa. Ved utløpsstedet (rød farge) åpner kam­ meret mot pumpas utløpsport. Væsken som pumpes, presses ut av pumpa av den væsken som forlater etterføl­ gende kammer.

På grunn av løpsskruens rulling mot drivskruen, samt den rettlinjede væskestrømmens lave hastighet, elimineres vibrasjoner og væskelyd som forekommer i mange andre pumpekonstruksjoner. Skruepumpen kjennetegnes derfor av spesielt lydløs gange, ved siden av at den for optimal utnyttelse bør dri­ ves med høyt omdreiningstall. Viktige data Omdreiningstall: 2900 omdr./min.

Type B4 Type6UV

50

Volum: Maksimalt trykk: 10 - 307 cm3/omdr. 140 bar 25 - 228 cm3/omdr. 210 bar

Aksialstempelpumper og -motorer (Aksialstempelenheter) Aksialstempelenheter er energiomformere hvor stemple­ ne ligger aksialt i en sylindertrommel. Vi betegner de typene som forekommer etter byggearten, prinsipielt skråskive- og skråakseutførelse. De etterfølgende skis­ ser - figurene 14 og 15 - viser tydelig forskjellen mellom de to typene gjennom dekomponering av stempelkreftene i angrepspunktet, samt måten dreiemomentet overfø­ res på

For å gjøre oppbyggingsprinsippet forenklet betraktes kontaktpunktene mellom stempel og støtskive som et punkt. I berøringspunktet (S) i figur 14 omdannes den hydraulis­ ke kraften (trykk x stempelareal) til en “mekanisk kraft”. Kreftene fra de sylinderboringer som står under trykk, øver sidekrefter på stemplene og skaper gjennom dette dreiemomenter som overføres fra trommelen til drivakseres på.

Hydraulikkpumper og -Motorer I figur 15 støtter stempelet seg med sin plane flate mot dreieskivas spissutrustning. De trykkbelastede stemple­ ne og sylindertrommelen mottar intet dreiemoment eller noen form for sidekraft. Trykkmomentet dannes derimot direkte på driftsskiva. Begge typene finnes med så vel konstant som variabelt fortregningsvolum.

Enhetene som beskrives videre er tvangsstyrte og kan uten endringer arbeide både som pumpe og motor. Ved pumpedrift er væskemengden proporsjonal med driftsturtallet og volumet.

Ved motordrift er driftsturtallet proporsjonalt med væs­ kemengden og omvendt proporsjonalt med volumet. Utgående moment er proporsjonalt med trykkfallet mellom høy- og lavtrykkssiden.

AksialstempelpumperZ-motorer av skråskivetypen, konstant (under) og variabel.

51

Hydraulikkpumper og -Motorer Skråskiveprinsipp med konstant fortrengningsvolum

Type A1F (figur 16) I et stillestående hus (1) sitter 9 stempler (3) parallelt med drivakselen (2) på en delesirkel. Stemplene løper i en sylindertrommel (4) som via en kile sitter fast forbundet med drivakslingen. De ytterste stempelendene er utformet som kuleledd og opplagret i glidesko (5). Glideskoene ligger via en glide- og hullskive an mot en 15° utvinklet overflate (6). Denne vinklede overflaten utgjør med konstantenheter en del av selve huset og er fastlåst i en skråstilling (utvinkling).

Gjennom dreiing av akslingen (2) (ved pumpedrift) roterer sylindertrommelen (4),tetningshylsa (7), sylinderdekselet (8), samt stemplene (3) og glideskoene (5). Da stemplene via glideskoene spennes fast mot skråskiva, oppstår det ved dreiing av drivakselen en stempelbevegelse i sylin­ dertrommelen.

Tilpasningen av inn- og utløpskanalene skjer via to nyreformede spor i styreplaten (9) som igjen er fast forbundet med selve huset. De stempler som beveger seg ut av sylindertrommelen, er forbundet med tanksiden (blå farge) via sporet og kan alt­ så suge til seg væske. Over det andre sporet er de reste­ rende stemplene forbundet med trykksiden (rød farge), og tvinger på den måten væsken gjennom sin bevegelse i sylindertrommelen ut mot trykktilkoplingen.

I det øyeblikk stemplene vender, byttes sugeside til trykk­ side, respektive trykkside til sugeside. Gjennom en utsparing i stempelet trenger væsken fram til glideskoen og danner der en trykkutjevningssone.

52

Hydraulikkpumper og -Motorer Skråskiveprinsipp med variabelt fortrengningsvolum

Fig. 17

Type A1V (figur 17) For enheter med variabelt fortrengningsvolum er den skråstilte flaten utformet som en skive. Den er ikke fast forbundet med selve huset. Skråskiva (1) er bevegelig lagret. Den kan vippes med en innstillingsmekanisme (2) til en vinkel av ± 15° fra midtleiet. Avhengig av skråstillingen, dvs. innstillingsvinkelen, gis stemplene en bestemt slaglengde. Slaglengden påvirker størrelsen av volumet. Med økt innstillingsvinkel øker også slaglengden.

Dersom skråskiva står i midtstilling (0-leie), altså normalt på drivakslingen, er slaglengden og dermed volumet null. Svinger skiva over null-leiet med samme rotasjonsret­ ning, endres væskens strømningsretning.

Typiske kjennetegn for aksialstempelenheter i hen­ hold til skråskiveprinsippet: (Type A1) -

9 stempler/glidesko en plan sideflate gjennomgående aksling innstillingsvinkel fra 0 til ± 15° korte tilløpskanaler

Spesielle egenskaper:

kort innstillingstid lav vekt gode egenskaper i nærheten av midtstilling lite byggevolum, gjennomgående aksling muliggjør påbybygging av hjelpepumper - velegnet for reverserbar drift med store massetreghetsmomenter. -

53

Hydraulikkpumper og -Motorer Aksialstempelpumper type A4V

Symbol:

Aksialstempelpumpa av skråskivetypen som vist på figur 18 (1) er en komplett påbyggingsferdig enhet. Den omfat­ ter en hjelpepumpe (2) for mating og styreoljeforsyning, forstillingsmekanisme (3), samt kombinerte innmatingsog trykkbegrensningsventiler for mating.

Forskjellen i henhold til de tidligere viste utførelser ligger i den skråstilte stempelkonstruksjonen (7). Ved økende omdreiningstall gir dette en avlastende påvirkning av de kreftene som opptrer mot kontaktflaten ved stemplenes innfestingssted. Dessuten har pumpa sfærisk glideoverflate (8). (Fordelen med dette er at den er selvsentrerende.)

Koplingspunkt: A, B: G: L1: l_2:

Hovedledninger T rykktilkopling for hjelpepumpe Lekkoljetilkopling respektive oljepåfylling Lekkoljetilkopling respektive avtapping Ma: Målepunkt for ledning A Mb: Målepunkt for ledning B R: Utlufting S: Sugetilkopling for hjelpepumpe X1, X2: Tilkoplingspunkt for forstiIlingstrykk Y1, Y2: Tilkoplingspunkt for styretrykk (f.eks. fra styretrykksgivere ved fjernstyring)

54

Denne variable pumpa er konstruert for lukkede kretser og arbeider med måletrykk, dvs. at den væsken som re­ turneres fra forbrukeren ledes under matetrykk tilbake til pumpa. Lekkasjetap i systemet erstattes av en hjelpe­ pumpe. Hjelpepumpa (2) arbeider som mate- og styretrykkspumpe. For å sikre maksimalt matetrykk er det montert en måletrykkbegrensningsventil (4).

To innebygde trykkbegrensningsventiler (5) bremser det trykket som opptrer på høytrykkssiden og beskytter syste­ met mot overbelastning. Strupningene (6) brukes til justering av forstillingen.

Hydraulikkpumper og -Motorer Aksialstempelpumper/ -motorer med skråstilt sylindertrommel, konstant og stillbart fortrengningsvolum

Aksialstempelsystem med konstant fortrengnings­ volum (figur 19)

I et stillestående hus (1) sitter drivaksling (2), drivflens (3), sylinder (4) med stempel (5) og stempelstang (kulestang) (6), samt ventilplate (7). Drivflensen står vertikalt i forhold til drivakslingen. Sylinderen med sju stempel og stempel­ stenger er plassert med en vinkel på 25° i forhold til drivakslingens akse. Drivflensen står i forbindelse med sylinderen via de kuleleddette stempenstengene. Selve sylinderen er opplagret rundt sentrumstappen (8).

Når vi bruker drivakslingen (2) som pumpe, begynner sy­ linderen (4) via stempelstenger (6) og stempler (5) å rote­ re. På grunn av stemplenes kuleleddete innfesting til driv­ flensen, oppstår det en pumpesyklus i sylinderen gjen­ nom dreiing av drivakslingen. Ventilplaten har to nyreformede spor for tilgang (blåfarge) og avgang (rød farge) av trykkvæsken. Gjennom en sfærisk utformet styreoverflate på ventilpla­ ten oppnås en selvsentrering av sylinderen.

Stemplene og sylinderen beveger seg uten kardangoverføring via de kuleleddete stempelstengene, hvorved bare et ubetydelig dreiemoment (pga. friksjon og massekrefter) overføres. Stemplene, respektive sylinderen, over­ fører ikke noe dreiemoment.

55

Hydraulikkpumper og -Motorer Type A2F

Radiale krefter som oppstår mot sylindertrommelen, opptas av sentrumstappen.

Skråtrommelprinsipp med stillbart fortrengningsvo­ lum (figur 20) For utførelse med stillbart fortrengningsvolum er sylinde­ ren (4) med stempler (5) og ventilplate (7), med tilhørende svingbart hus (9), montert bevegelig.

Alt etter innstillingsvinkelen oppnås et bestemt stempelslag i sylinderen. Stemplenes slaglengde og derigjennom slagvolumet, vikser med økende skråvinkling. Gjennom utsvingning av det svingbare huset (9) forbi nullstilling og med samme rotasjonsretning, endres volumstrømmens retning uten forstyrrelser. Er innstillingsvinkelen null, er således også volumet null.

Innstillingsvinkelen i forhold til drivakslingen kan endres ± 25°. Nedenfor er en aksialstempelenhet type A2V vist gjennomskåret Fig. 20

56

Hydraulikkpumper og -Motorer Konstruksjonsdetaljer for en aksialstempelenhet type A2 med skråstilt sylindertrommel:

Stillbar motor type A6V med skråstilt sylindertrom­ mel

- 7 stempler med kuleleddete stempelstenger - sfærisk styrefelt på ventilplaten og enkel sylinderopplagring - solid drivaksellagring - innstillingsområde 0 - ± 25° - tilgang på olje via den stillbare enheten gjennom leddforbindelser.

Denne motortypen er spesielt beregnet for hydrostatisk drift, hvor sekundærregulering kreves.

Spesielle egenskaper:

-

god sugeevne også ved høye omdreiningstall gunstige startegenskaper ved motorbruk åpen byggeform tilgjengelig god sugeevne ved halvlukket krets

Funksjonsbeskrivelse av de ulike aksialstempelenhetene er tidligere foretatt når det gjelder pumpedrift.

For motordrift er funksjonen omvendt. Aksialstempel­ enhetene tilføres trykkvæske. Gjennom arbeidstrykk og volum formes et mekanisk dreiemoment. Resultanttrykket tilsvarer motormotstanden (Ap). Denne motormotstanden tilsvarer det nødvendige dreiemomentet på utgående drivaksel. Det utgående omdreiningstall er propor­ sjonalt med opptatt oljemengde (angitt i l/min) og tilsvarer pumpas avgitte oljemengde.

En komplett forstillingsmekanisme er påbygd motoren for en maksimal innstillingsvinkel mellom 7° og 25°. Den sfæriske ventilplaten (1) i figur 21 er utformet som en konveks linse. Gjennom en slik spesiell utforming på begge sider, kan den bevege seg mot en sirkelformet gli­ deflate. Forstillingen skjer gjennom et innstillingsstempel (2) og en tapp (3) som rekker inn i ventilplaten.

Innstillingsstempelets (2) bevegelse styres via styrestempelet (4), som i sin tur styres, avhengig av valgt forstil­ lingsmekanisme, viatrykk eller reguleringsmagnet. Sepa­ rat styreoljepumpe er unødvendig, ettersom trykkvæsken tas ut internt fra respektive høytrykksport A eller B (ikke avmerket i figur 21) til forstillingsmekanismen.

For å oppnå tilfredsstillende funksjon av forstillingsmeka­ nismen må arbeidstrykket, og dermed samtidig servotrykket, innstilles på minimum 15 bar.

Stillbar motor A6V med styretrykksavhengig hydraulisk forstillingsmekanisme (figur 21). 5 6

justeringsskruer for reguleringsområde justeringsskruer for minimal innstillingsvinkel

57

Hydraulikkpumper og -Motorer Forstillingsmekanismer: Sammen med stillbare aksialstempelpumper og motorer skal også tilhørende forstillingsmekanismer beskrives.

LVD

Effektregulator, indirekte styrt med trykkavskjæring Symbol: Diagram:

DRA

Trykkregulator, direkte montasje Symbol: Diagram:

Nedenstående tabell gir en oversikt over forstillingsmeka­ nismer og variasjonsmulighetene med disse.

Q

58

DRH

Trykkregulator, hydraulisk fjernstyrt Symbol: Diagram:

DRE

Trykkregulator, elektromagnetisk fjernstyrt Symbol: Diagram:

Hydraulikkpumper og -Motorer DRL

Trykkregulator med avlastning Symbol: Diagram:

Volumstrømsregulator Symbol:

Diagram:

DRZ

Trykkregulator med 2-punktstyring Diagram: Symbol:

HM

Hydraulisk forstillingsmekanisme, volumavhengig Symbol: Diagram:

DRM

Trykkregulator beregnet for stillbar hydraulikkmotor Symbol: Diagram:

HD

Hydraulisk forstillingsmekanisme, trykkavhengig Symbol: Diagram:

MA

Manuell forstillingsmekanisme Diagram: Symbol:

HDL

Hydraulisk forstillingsmekanisme, trykkavhengig med effektbegrensning Symbol: Diagram:

59

Hydraulikkpumper og -Motorer HDS

Hydraulisk forstillingsmekanisme, trykkavhengig med el-hydraulisk servoventil (1. trinn) Symbol: Diagram:

HSR

Hydraulisk forstillingsmekanisme, trykkavhengig med el-hydraulisk servomekanisme og elektrisk tilbakeføring

HDM

Hydraulisk forstillingsmekanisme, trykkavhengig med overlagret monteringsregulator Symbol: Diagram:

Ovenfor nevnte forstillingsmekanismer er beregnet for påbygging av aksialstempelenheter i skråskiveutførelse, og i det etterfølgende skal vi gi en nærmere beskrivelse for to av dem.

60

Hydraulikkpumper og -Motorer Effektregulator, direkte styrt (LD) (figur 22)

Symbol:

Via en stang er innstillingsstempelet (6) forbundet med pumpas skråskive (7). Styrestempelet løper i ledehylsa og arbeider mot målefjæra. Denne målefjæra utgjør forbindelsesleddet med tilbakeføringsakselen som er plas­ sert på skråskiva. Innstillingsstempelets ringareal (8) påvirkes alltid av innstillingstrykket. Påvirkningen av stempelarealet (9) skjer via styrestempelet (1).

Den direkte styrte effektregulatoren er plassert på bak­ siden av aksialstempelenheten (1). Regulatoren består av et høytrykkspåvirket stempel (3) som arbeider mot et fjærsystem (2). Fjærsystemet holder skråskiva (4) utsvinget i retning av den maksimale leveringsmengden.

Effektregulatoren forhindrer overbelastning av drivmotoreffekten (ved konstant driftsturtall). Dette skjer ved at den avgitte leveringsmengden reduseres for stigende ar­ beidstrykk, slik at produktet av leveringsmengde og trykk holdes konstant. Hydraulisk (HD)

forstillingsmekanisme,

trykkavhengig

Virker det et styretrykk på styrestempelets høyre ring­ areal, forflytter stempelet seg motsatt målefjæras kraftpåvirkning i retning venstre. Dermed oppnås forbindelse mellom innstillingsstempelets stempelareal og styre­ stempelets ringareal. Innstillingsstempelet forflytter seg mot høyre inntil likevekt er oppnådd mellom målefjæras kraft og den hydrauliske kraften fra styrestempelet, samti­ dig som styrestempelet atter har inntatt null-stilling. Pumpa skifter nå strømningsretning på bortimot samme viset som de tidligere beskrevne innstillingsforløp. Til denne hydrauliske forstillingen kreves en styretrykkspumpe med et trykk på 60 bar.

Med den styretrykksavhengige forstillingsmekanismen oppnås trinnløs variabel innstilling av pumpas kapasitet, proporsjonalt med pålagt styretrykk. Forstillingsorganet består av styrestempel (1), ledehylse (2), målefjær (3), aksling for mekanisk tilbakeføring (4), samt justeringsmekanisme (3) for innstilling av null-leie. (figur 23).

61

Hydraulikkpumper og -Motorer

Tannhjulsmotorer

Viktige data: Arbeidstrykk:

320 bar 400 bar Fortregningsvolum: typeAl inntil 250cm3/omdr. typeA2 inntil 915cm3/omdr. type E/C inntil 2000 cm3/omdr.

Dreiemoment:

Ap = 1 bar typeAl inntil 4,05 Nm typeA2 inntil 14,54 Nm type E/C inntil 31,832 Nm

Tannhjulsmotorer av type G har samme oppbygging som tidligere beskrevne tannhjulspumper i ytterfortanningsutførelse, med unntak av den omvendte virkemåten. Dreiemomentet oppstår via arbeidstrykket og den virk­ somme overflaten på tennene. Viktige data: Fortrengingsvolum: inntil 100cm3/omdr. Arbeidstrykk: inntil 250 bar Dreiemoment: inntil 18 Nm

62

Hydraulikkpumper og -Motorer Langsomtgående hydraulikkmotorer med konstant fortrengningsvolum

Bildet viser følgende utførelser: Ovenfor til venstre: Radialstempelmotor, type RH 800, omkoplingsbar ned til halvt volum. Ovenfor til høyre:

Motor med påbygd brems.

Nederst:

Motor type S med roterende aksling.

Langsomtgående hydraulikkmotorer med konstant volum finnes i aksial- eller radialstempelmotorutførelser, dvs. med stempler arbeidende i aksial eller radial retning.

I sin grunnutførelse monteres motoren omkring en stille­ stående aksling, og kraftverføringen skjer via det roteren­ de motorhuset. Denne utførelsen anvendes hovedsaklig til drift av mobile kjøretøyer, vinsjer, blandeanlegg osv. Av og til ser vi motorene i utførelse med stillestående hus og roterende aksling.

Symbol:

Den grunnleggende ideen med denne motorkonstruksjonen er at den kan anvendes som energiomformer for direkte innbygging i hjulet for hjuldrevet maskineri, eller innebygd i f.eks. en vinsjetrommel.

63

Hydraulikkpumper og -Motorer Det utgående omdreiningstallet er proporsjonalt med væskemengden.

Aksialstempelmotor, type CH 800 (figur 24) Symbol:

Radialstempelmotor type RH 800, halvt volum omkoplingsbar (figur 25)

Motoren består i det vesentlige av en stillestående aksling (1), to kamplater (2) som er fastmontert i begge endene av akslingen, samt rotor/stempler (3) (figur 24). Rotoren som er plassert mellom begge kamplatene, er forbundet til det rundtliggende motorhuset (6) med en kile (5). Rotoren kan være utført med 5, 8 eller 9 stempelløp (avhengig av motortypen), og hvert løp inneholder to lig­ gende stempler (4) rettet mot hverandre. Rotoren (3) og motorhuset (6) dreier rundt den stille­ stående akslingen (1). Denne rotasjonen oppstår gjen­ nom et vekselvis pålagt trykk i sylinderrommet (7) mellom stemplene. Stemplenes fram- og tilbakegående bevegelse omdan­ nes via de to kamplatene (2) til en roterende bevegelse. Oljetilgangen (rød farge) og oljeutløpet (blå farge) skjer gjennom motorens stillestående aksling. Oljetilførselen til stemplene skjer via radiale boringer (8) i den stillestående akselen (dreiesleidestyring eller svivelstyring.) Motoren kan reverseres under drift gjennom endring av strømningsretningen. Avgitt dreiemoment er proporsjonalt med trykkforskjellen mellom motorens høy- og lavtrykksside.

64

Symbol:

Denne langsomtgående hydraulikkmotoren har radial plassering av stemplene. Selve motoren består av et hus med flens (1) for kraft­ overføringen, radialt plasserte kamplater (2), samt monteringsflens (3) med stillestående aksling (4). I denne aks­ lingen finnes 2x6 stempler (5) i tillegg til omkoplingsmekanismen (6).

Tilførsel og utløp av trykkvæsken skjer gjennom den stil­ lestående akslingen. Trykkbelastes stemplene, forflyttes disse mot kamplatene og besørger derved motorhusets rotasjon.

Hydraulikkpumper og -Motorer Motoren har 12 stempler ordnet i to rekker, hver med 6 stempler. Ved tilførsel av et eksternt styretrykksignal på ringarealet (gul farge) til omkoplingsventilen (6), forflyttes denne til venstre mot fjæra (7).

Stempelet (8) sperrer tilførselen av trykkvæske til høyre stempelrekke (posisjon inntegnet som 8 —og avlaster stemplene via lekkoljeløpet (fiolett farge). Gjennom dette belastes bare den venstre stempelrekken. På denne må­ ten oppnås også dobbelt omdreiningstall med konstant væskemengde. Med samme arbeidstrykket er bare halve dreiemomentet tilgjengelig. Hydraulikkmotoren kan reverseres gjennom endring av strømningsretningen. Frihjuling oppnås gjennom avlastning av trykk- og returløpet og gjennom et samtidig påført trykk i huset på 0,5 bar. Dermed opphører forbindelsen mellom stempler og kamplater.

Viktige data: Aksialstempelmotor/radialstempelmotor

Geometrisk volum: 58...1000cm3/omdr. 817/408,5 cm3/omdr. Arbeidstrykk: ...320 bar ...350 bar Dreiemoment:...4380Nm ... 4150Nm

65

Notater

66

Hydraulikksylindere

Hydraulikk-sylindere (lineærmotorer)

Programoversikt

Sylinder Type CD 70

Sylinder Type CD 210

Sylinder Type CD 250

Sylinder Type CD 350

Gjenget bunn i begge endene

Sveiset bunn og gjenget topp

Bunnen utstyrt med enkel leddkopling

Rektangulær flens på toppen Kvadratisk flens på toppen

Enkel leddkopling m/øye i bunn

Rektangulær flens i bunnen

Dobbel leddkopling m/øye i bunn

Kvadratisk flens i bunnen Flenset topp

Tapper på midten for leddopphengning

Flenset bunn

Fotplater i endene, toppen forsynt med styrekant Fotplater i endene med O-ringstilkopling på endenes underside for montering mot plan flate

Tapper på midten for leddopphengning

Fotplater i endene

Begge ender forsynt med gjengete festehull Toppen forsynt med forlengede trekkstenger

Arbeidstrykk 250 bar Stempeldiameter 40 - 320 mm

Bunnen forsynt med forlengede trekkstenger Bunnen forsynt med gaffelfeste

Arbeidstrykk 105 bar (avhengig av stempeldiameter) Stempeldiameter 25 - 200 mm

Arbeidstrykk 350 bar Stempeldiameter 63 - 320 mm

Arbeidstrykk 210 bar (avhengig av stempeldiameter) Stempeldiameter 40 - 200 mm

Spesialsylindere

Roterende sylindere 67

68

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) Bruk og utvalg

Differensialsylinderen samt sylindere med gjennomgåen­ de stempelstang med ulik innfestning

Enkeltvirkende sylinder med returfjær

Symbol:

Hydraulikksylinderen har som oppgave å overføre lineæ­ re krefter. Maksimalkraften er avhengig av stempeldiameteren, samt høyeste tillatte arbeidstrykk: F= p A

Kraften er konstant fra slagets begynnelse til dets slutt. Hastigheten er avhengig av den oljemengden som tilfø­ res, samt av stempelarealet. En sylinder kan enten virke med trykkende eller med trekkende bevegelse. I det følgende skal vi gi en oversikt over de oftest forekom­ mende sylindertypene.

Her må det også virke et trykk på stempelflaten for å skape en bevegelse utover. Returbevegelsen sørger fjæra for.

Dobbeltvirkende sylinder

Den dobbeltvirkende hydraulikksylinderen kan overføre krefter i begge retninger. Dobbeltvirkende hydraulikksylinder med stempel­ stang (differensialsylinder)

Enkeltvirkende sylinder Symbol:

Sylinderen kan bare avgi kraft i en retning. Stempel- eller plungersylinder

Symbol:

Tilføres et trykkmedium gjennom porten A, beveger stempelstanga seg utover. Aktiveres det gjennom porten B, beveger stanga seg innover.

Tilføres det et trykk gjennom porten A, vil dette trykket virke på stempelets flate. Stempelet beveger seg da ut­ over. For å få stempelet til å returnere trengs en ytre kraftpåvirkning.

Maksimalkraften er avhengig av de ulike stempelarealene:

Utover stempelareal Innover -» ringareal

samt høyeste tillatte arbeidstrykk. Kraften blir i dette tilfelle større i retningen utover enn innover.

69

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) Kammerlengden på hver side av stempelet er lik. Skilna­ den er bare arealdifferansen. På grunn av dette vil hastig­ heten være omvendt i forhold til arealet.

Dette betyr: - langsomtløpende utover - fortløpende innover Sylinder med gjennomgående stempelstang (synkronsylinder)

Symbol:

En sylinder med gjennomgående stempelstang har som regel likt areal på begge sider av stempelet. Følgen av dette er at kraften og hastigheten i begge retninger blir lik.

Teleskopsylinder Teleskopsylinderen er bygd opp av flere stempler innskutt i hverandre med teleskopisk pasning.

Trykkets nivå er avhengig av stempelarealene. Av dette følger at det største stempelet beveger seg utover først. Trykket stiger også for hvert trinn, da trykkarealene etter hvert minskes, mens belastningen er konstant. Med kon­ stant gjennomstrømningsvæske øker også hastigheten fra trinn til trinn.

Senkes belastningen, skjer inntrekningen av stemplene omvendt, dvs. det lille stempelet skyves inn først. Symbol:

enkeltvirkende

Den vanligste sylindertypen er dobbeltvirkende med en stempelstang (differensialsylinder). Her skal vi redegjøre nærmere for konstruksjonen av standardsylindrene. Vi skiller mellom 2 grunnleggende konstruksjoner:

1. Toppdeksel og bunndeksel forbundet med trekksten­ ger 2. Gjengete deksler i begge endene eller sveist bunn­ deksel og påskrudd toppdeksel.

A

Denne type sylinderkonstruksjon anvendes dersom en ønsker lang slaglengde med lavest mulig innbyggingsmål. Innbyggingsmålet blir imidlertid noe lengre enn ett trinn.

Utsettes stemplene for et trykk gjennom porten A, beve­ ger de seg utover ett etter ett. 70

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) 1)

Trekkstangkonstruksjon, sylinder type CD 70

Bildet viser en trekkstangsylinder med kvadratisk flens i bunndekselet

Stempelets ringareal = Stempelarealet - Stempelstangas tverrsnittsareal

Sylinderen består av følgende grunnelementer: bunndeksel (1), sylinderrør (2), toppdeksel (3), stempel (4), stempelstang (5), styrehylse (6), sylinderfeste (i dette tilfelle flens) (7) (figur 1.)

Forholdet mellom kreftene tilsvarer arealforholdet når sy­ linderen beveger seg utover, respektive innover.

Begge dekslene samt sylinderrøret holdes sammen av 4 trekkstenger. Tetningen mellom stempelsiden (8) og stempelstangsiden (9) skjer ved hjelp av stempeltetningen (10).

En myk, rykkløs bevegelse, uten såkalt “stick-slip” ved svært lav hastighet og lavt trykk, sikres gjennom spesiell utvelgelse av pakningstyper, samt gjennom overflatefinheten på så vel sylinderrøret som stempelstanga.

Hastighetene forholder seg omvendt til arealforholdet når sylinderen beveger seg utover, respektive innover.

Viktige data: Arbeidstrykk:

inntil 105 bar (avhengig av sylinderdiameteren) Sylinderdiameter-Ø: 32 - 200 mm Stempelstangdiameter-Ø: 18 - 140 mm

Denne sylinderen er derfor i første rekke beregnet for verktøymaskiner.

En viktig regel når det gjelder differensialsylindere er: Arealforholdet (ø) =

Stempelarealet Stempelets ringareal

71

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) 2) Gjenget deksel i begge endene eller sveist bunndeksel og gjenget toppdeksel

Hydraulikksylinder CD 250/CD 350 utstyrt med dobbel leddkopling i bunndekselet og enkel leddkopling i enden av stempelstanga Snittbildet viser en sylinder med sveist bunndeksel og gjenget toppdeksel. Denne sylindertypen er beregnet for et trykk på 250 bar (serie CD 250) respektive 350 bar (serie CD 350) (figur 2). Stempelpakningen (1) er av standardfabrikat. Ledehylsenes konstruksjon endres med diameteren på stempel­ stanga. Stempelstang med mindre diameter enn 0 100 mm (2). Stempelstang med større diameter enn 0 100 mm (3). Viktige data:

CD 250

CD 350

Maksimalt arbeidstrykk: 250 bar 350 bar Sylinderdiameter-Ø: 40-320 mm 63-320 mm Stempelstangdiameter-Ø: 20 - 220 mm 45 - 220 mm

72

Innenfor denne serien forekommer et stort antall spesialsylindere for ulike spesialformål. Viktig for alle sylindrene uansett byggeform er de ulike innspenningsmåtene og festemekanismene. Disse er helt avhengig av slaglengden, stempelstangdimensjonen og belastningen.

Sylinderen er normalt konstruert for å oppta trykk- og strekkrefter. Skjærkrefter og forspenninger skal unn­ gås.

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) Koplinger

3) Dobbel leddkopling i sylinderdekselet og dobbel leddkopling i stempelstanga

1) Enkel leddkopling i sylinderdekselet og enkel leddkopling i stempelstanga

Tillatt forskyvning av aksen i den egentlige svingretningen (bevegelse i to plan)

Tillatt forskyvning av aksen kun i en retning (bevegelse i samme plan)

4) Flenset toppdeksel

2) Enkel leddkopling i sylinderdekselet og dobbel leddkopling i stempelstanga

Utjevning av eventuelle avvik i det parallelle planet mel­ lom festeboltene 73

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) 5) Flenset bunndeksel

Stabilt underlag, god tilpasning mellom festeplanene slik at boltene avlastes. Anbefalt innbygging: Leddkopling på så vel sylinderdeksel som stempelstang i tillegg til styrt last som derved ikke gir sidevegs moment.

Knekkning Utsettes et legeme for trykkbelastning, vil det for en viss verdi av belastningen oppstå en utbøyning (knekking). Denne knekk-kraften bestemmes av Eulers og Tetmajers knekkformler. Her skal vi se på hvordan vi bestemmer denne ved hjelp av Eulers formel. (Slankhetsforholdet “i” er avhengig av hvilken av Eulers eller Tetmajers formler vi skal legge til grunn ved beregninger og konstruksjoner.)

ti-2 . f . I Knekklasten K = -— Sk2 a) Vertikal innbygging er den vanligste b) Sylinderen må alltid monteres slik at festeboltene avlastes når den blir utsatt for belastning (strekk el. trykk)

6) Tapper på midten for leddet opphengning

Dette betyr at ved en virksom last “K” bøyes den aktu­ elle stang utover og knekker! IZ

Maksimal tillatt last settes således til F =

o

Her betyr:

sk = fri knekklengde (cm) (se side 75) E = elastisitetsmodul (N/cm2) (finnes i tabell) I = treghetsmoment (cm4) d4 • TT

= (-Q4 —0,0491 • d4 for sirkulært tverrsnitt) S = sikkerhetsfaktor (vanligvis 2,5 - 5,0 avhengig av gjeldene krav og regler). Hvilken lengde (1) som skal innsettes ved beregning av fri knekklengde (sk), bestemmes av belastningstilfellene et­ ter Eulers anvisning. (Se tabellen side 75.)

For vertikal og horisontal montasje: Tappenes stilling kan forskyves. Med tappene montert på midten oppnås det beste tyngdepunktet 7) Fotplater på dekslene

Her oppstår det et bøyemoment rundt aksens sentrum regnet fra montasjeplanet. Monteringsforutsetninger:

74

I disse tabellene er det for enkelhetens skyld ikke tatt hen­ syn til sylinderrørets oppstagende innvirkning. For standardsylindere, hvor innbyggingslengden nesten aldri er kjent, gir dette den nødvendige sikkerheten for opptak av den overlagrede bøyespenningen.

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) Tilfelle 1

Tilfelle 2

Tilfelle 3

Tilfelle 4

(Grunnleggende)

En ende fast innspent, den andre enden fri

Begge ender frie og styrt i akseretnin­ gen

En ende fast innspent, den andre styrt i akseretningen

Begge ender fast innspent og styrt i akseretningen

Tilrådelig bare dersom lasten styres sikkert, da spenninger ellers lett kan komme til å oppstå

Utilrådelig innbygging. Opptredende spenninger kan forventes

75

Hydraulikksylindere (lineærmotorer) Anleggsdempning Fra og med en viss stempelhastighet må sylinderen for­ synes med anleggsdempning. Dennes oppgave er å bremse stempelhastigheten inntil stillstand foreligger. Energien som er oppstått pga. bevegelsen er _ m 9 E=y V2

hvor m = bevegelig masse v = stempelhastighet. Denne energien må opptas av sylinderen (sylindertopp, respektive sylinderbunn). Sylinderens evne til å absorbe­ re energi er helt avhengig av materialets elastisitet. Som en følge av dette bør sylinderen være forsynt med en dempning dersom stempelhastigheten overstiger 0,1 m/s. Snittet til høyre viser en innstillbar dempning på stempelsiden (figur 3). Sylinderbunn (1), sylinderrør (2), stempel (3).

Stempelet (3) er utstyrt med en konisk dempningshylse (4). Beveger stempelet seg i retning av sylinderdekselet, avtar tverrsnittet til oljeutløpet mer og mer for til slutt å være helt stengt. Under dempningsforløpet har oljen pas­ sert gjennom den utforede kanalen (6) og gjennom den stillbare strupeventilen (drosselventilen) (7). Dempningen reguleres med strupeventilen. Jo større strupning av ventilen, dess sterkere dempning. For at ikke dempningen skal virke inn når sylinderen løper utover, er det montert en tilbakeslagsventil (8). Oljen gis på denne måten fri passasje forbi strupningen.

Symbol:

Sylinder med innstillbar dempning i bunnen (stempelsiden). 76

Vrimotor Svingmotor, arbeidsmåte

Vrimotor, type B med hul aksling

Symbol:

grepet resulterer denne bevegelsen i en rotasjon av tannhjulet.

Det avgitte momentet er proporsjonalt med pålagt trykk. Hastigheten står i forhold til tilført oljemengde.

Vrimotor av type B har som oppgave å overføre moment over en begrenset svingningsvinkel.

Vrimotoren består av et hus (1), to sylinderkammer med hver sitt stempel sammenkoplet med en stempelstang (2), samt et tannhjul (3) (figur 1 ).

Stempelstangas midtdel er forsynt med tenner som står i inngrep med tannhjulet.

Utsvinget kan begrenses ved hjelp av to stillskruer (4). Denne type vrimotor avgir et konstant moment gjennom hele svingebevegelsen. Andre konstruksjoner er utført med doble stempler, vinger eller f.eks. en veivaksling, hvor momentet varierer med svingevinkelen.

Viktige data: Svingningsvinkel: maks. 180° Vrimoment: maks. 2650 daNm Arbeidstrykk: maks. 160 bar

Utsettes det ene kammeret for trykk, forskyves stemplene og stempelstanga settes i bevegelse. Gjennom tanninn-

77

Sperreventiler Programoversikt

HØGSKOLESENTERET I ROGALAND FORSKNs! JGS3IBUOTEKET POSTBOKS 2510 ULLANDHAUG 4004 STAVANGER

79

80

Sperreventiler Oppgaver

Sperreventiler har til oppgave å sperre for strømning i en retning og tillate strømning i motsatt retning. De kalles gjerne tilbakeslagsventiler.

Tilbakeslagsventilene utføres som seteventiler og sten­ ger på denne måten lekkoljefritt. Som sperreelement bru­ ker vi normalt en kule eller kjegle.

Enkel tilbakeslagsventil

Snittbildet (figur 1) viser en enkel tilbakeslagsventil med kjegle (1) som via fjæra (2) trykkes mot setet (3) i huset. Denne ventilen kan innstillingsmessing monteres valg­ fritt, da fjæra alltid holder sperreelementet mot setet. Ved gjennomstrømning i pilens retning løftes kjegla fra setet på grunn av gjennomstrømningstrykket. Dermed tillates væsken å strømme fritt gjennom ventilen i denne retnin­ gen. I motsatt retning trykker fjær og væske kjegla mot setet og sperrer forbindelsen eller løpet.

Åpningstrykket er avhengig av forspenningen i den valgte fjæra, samt tilgjengelig kjegleoverflate. Alt etter bruksom­ rådet er ønsket åpningstrykk til vanlig mellom 0,5 og 3,0 bar. Ventiler med lavt åpningstrykk settes f. eks. inn for å tillate fri passasje forbi et strupningssted i en retning, eller for enkelt å kunne sperre en strømningsretning. Som “by-pass”-ventil monteres den gjerne i sikringsøyemed, bl.a. ved et returfilter. Ventilen åpner når filteret fylles med urenheter, og trykket stiger til f. eks. 3 bar. En tilbakeslagsventil uten fjær må alltid monteres i lodd­ rett stilling. Sperreelementet ligger da, på grunn av sin egen tyngde, i hvilestilling mot setet.

Det bør nevnes at stengningselementet eller sperreele­ mentet også kan være en liten ventilplate (såkalt tallerkenventil) eller f.eks. en kjegle med hull. Viktige data:

Tilbakeslagsventiler i ulike størrelser beregnet på direkte rørmontasje. Symbol:

Dimensjon: 6-150 Gjennomstrømning: Opptil 15000 l/min (ved vO|je = 6 m/s) Arbeidstrykk: Opptil 315 bar Åpningstrykk: Uten fjær, 0,5,1,5 eller 3 bar

Gjennom sammenkopling av 4 tilbakeslagsventiler dan­ nes en likeretterplate. Denne brukes hovedsaklig sam­ men med gjennomstrømnings- eller trykkventiler. Ved denne ventilkombinasjonen må væsken med tur (rød) og retur (grønn) strømme i samme retning gjennom den inn­ monterte ventilen (figurene 2 og 3).

81

Sperreventiler Koplingsskjema med strømningsregulerende ventil, samt angivelse av strømningsretning.

Snitt av likeretterplate type Z4S med angivelse av strøm­ ningsretning.

82

Sperreventiler Trykkstyrte tilbakeslagsventiler

Til venstre: Trykkstyrt tilbakeslagsventil med gjenget koplingsløp. Til høyre: Hydraulikklås, innmonteringsplate.

Symbol for type SV:

I motsetning til enkle tilbakeslagsventiler kan trykkstyrte tilbakeslagsventiler også åpnes i sperreretningen. En slik ventil anvendes f.eks. til:

-

Avsperring av arbeidskrets som står under trykk Avsikring av synkende last ved rørbrudd Motvirkning av krypbevegelser for sylindere Retningen A til B er fri strømningsretning, fra B til A holdes hovedkjegla (1) med foråpningskjegla (2) mot setet via fjæra (3) og systemtrykket. Gjennom trykkdannelse i styretrykksløpet (X) forskyves styretrykksstempelet (4) mot høyre. Derved trykkes først foråpningskjegla (2) og deretter hovedkjegla (1) fra setet. Nå kan gjennomstrøm­ ning i ventilen foregå fra B til A.

Utførelse uten lekkoljeløp

Via foråpningskjegla skjer en langsom dekompresjon av væsken som står under trykk. På denne måten unngås trykkstøt. For at ventilen skal kunne åpnes sikkert ved hjelp av styretrykksstempelet, kreves et bestemt minste styretrykk. Nødvendig styretrykk i løp X:

Pst=pi * a' + C Trykk i løp B:

P’ =