Hydraulikk 1 [1] 8210022229 [PDF]

Zitiervorschau

Hydraulikk Reijo Måkinen

RADtT FOR VI

OPPLÆRING

BlBtlbTEKET

Nasjonalbiblioteket Depotbiblioteket

Tiden Norsk Forlag

Originaltittel: Hydraulik 1

© Reijo Måkinen og Forlagsaktiebolaget OTAVA 1977 © Norsk utgave: Tiden Norsk Forlag 1983

Godkjent av Kirke- og undervisningsdepartementet den 23. juli 1981 til bruk i videregående skole, studieretning for håndverks- og industrifag.

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 opphavsmannsorganisasjonene om opphavsrettslig beskyttet verk i undervisningsvirksom­ het». Brudd på disse bestemmelsene vil bli anmeldt. Oversettelse til norsk: forlagsservice a.s., Johan W. Løkke Tilrettelegging: forlagsservice a.s.'®7 Omslag: Tor Berglie

Sats: Alfabeta a.s, Halden Trykt i Finland av Forlagsaktiebolaget OTAVAs tryckeri Keuruu

ISBN 82-10-02222-9

Forord Tidens hydraulikkbøker - Hydraulikk 1 og 2 - er beregnet på undervisningen i videregående skole, studieretning for håndverks- og industrifag.

Bøkene er lagt opp med sikte på å dekke grunnleggende fagteori på landbruksmekanikerlinjen og andre videregående trinn for maskin- og mekanikerfag. Det er først og fremst allmenne prinsipper innenfor hydraulikken som blir behandlet. Hoved­ vekten er lagt på stasjonær hydraulikk. Derfor burde bøkene også være av interesse for yrkes­ utøvere i industri og offshorevirksomhet. I tillegg til Hydraulikk 1 og 2 er det under utvikling enda to bøker innenfor fagområdet. Den ene behandler særtrekkene i mobilhydraulikk og tar spesielt for seg skogs- og landbruksmaskiner. Den andre legger mest vekt på hydraulikk i anleggsmaskiner.

Hydraulikk 1 og 2 er oversatt fra finsk og bearbeidet for norske forhold. Utdrag av Norsk Standard NS 1422 er med tillatelse fra Norges Standardiseringsforbund gjengitt i Hydraulikk 1 (faksimile). Lærebøkene er utgitt på både bokmål og nynorsk og godkjent av Kirke- og undervisnings­ departementet for bruk i videregående skole, studieretning for håndverks- og industrifag.

Vi ville sette pris på å få kommentarer til bøkene. Forslag om endringer vil vi så langt råd er, ta hensyn til i seinere utgaver.

Innhold

Bakgrunnsstoff

7

Hva er hydraulikk?

7

Grunnleggende begreper og prinsipper

8

En pumpes innsuging

11

Kavitasjon

12

Volumstrømmen Q

15

Deplasement

16

Effekt

16

Tyngdekraftens innvirkning

17

Overtrykk i tanken

18

Hydraulisk balanse

19

Hydraulisk «oljepute»

19

Hydraulikkens egenskaper

19

Bernoullis lov

23

Tap i hydrauliske systemer

23

Den hydrauliske kraftoverføringens egenskaper

32

Mobil og industriell hydralikk

32

Øvingsoppgaver

33

Tegnesymboler

35

Utdrag av Norsk Standard, NS 1422

36

Generelt (grunnsymboler og funksjonssymboler)

36

Energiomforming

37

Styreventiler

40

Overføring og behandling av trykkmedium

45

Styremekanismer

48

Tilleggsutstyr

50

Eksempler på sammenstilling av komponenter

51

Eksempler på komplette anlegg

52

Eksempler på symbolvarianter

53

Øvingsoppgaver

56

Pumper

57

Tannhjulspumper

57

Innertannhjulspumpe

62

Vingepumpe

64

Skruepumpe

71

Stempelpumpe

72

Øvingsoppgaver

80

Trykkstyrende ventiler

81

T rykkbegrensningsventiler

81

Sekvensventiler

88

Trykkregulator

92

Øvingsoppgaver

94

Retningsventiler

95

Retningsventilens funksjon

96

Manuelt styrte retningsventiler

99

Elektrisk styrte retningsventiler

101

Retningsventilens midtstilling

104

Hydraulisk styrte retningsventiler

106

Strømningsregulerende (volumstrømregulerende) elektrisk styrte retningsventiler

109

Blokkventiler

110

Stillingsholdere og trykkstyrt opphevelse

113

Seriekobling av retningsventiler

114

Service på ventiler

116

Proporsjonaltrykkstyring

117

Eksempel på bruk av styreventiler

120

Øvingsoppgaver

124

Hastighetsregulering

125

Hastighetsregulering på trykksiden

126

Hastighetsregulering på retursiden

127

Shuntregulering

128

Tilpassingseksempel

129

Volumstrømreguleringsventiler

(volumstrømsregulator)

Øvingsoppgaver

Sylindere

130 139 141

Enkeltvirkende sylindere

141

Dobbeltvirkende sylindere

144

Vrisylinderen

152

Montering av sylindere

154

Service og reparasjon

156

Øvingsoppgaver

158

Ledningssystemet

159

Rør

159

Rørkoblinger

160

Montering av rørsystemer

166

Slanger

169

Slangekoblinger

172

Montering av slanger

178

Bestemmelse av slangedimensjon

180

Trykkprøver

181

Øvingsoppgaver

182

Hydrauliske systemer

183

Enkelt, åpent hydraulisk system

184

Lukket hydraulisk system

185

Hydraulisk motor i et åpent system

187

Systemer med dobbeltpumpe

188

Service på hydrauliske systemer

191

Daglig inspeksjon og service

191

Intervallservice

192

Forebyggende service

193

Serviceutstyr

193

Reparasjon av pumpe

195

Søking etter feil

197

Metoder for feilsøking

197

Sju eksempler på feilsøkingsmetodikk

198

Utstyr ved feilsøking

202

Øvingsoppgaver

203

Kildefortegnelse

204

Bakgrunnsstoff Hva er hydraulikk? Hydraulikk kommer av de greske ordene hydor, vann, og aulos, rør, og er den tekniske anvendelsen av hydromekanikken, det vil si den del av mekanikken som behandler væskers likevekt og bevegelse. I et hydraulisk system bruker en væsker for a overføre kraft og energi. Fra uminnelig tid har vassdragene vært en uutømmelig energikilde. De har vært brukt som ferdselsårer og for å drive rundt forskjellige enkle verktøy ved hjelp av vannhjul. Den første industrielle bruken kom på slutten av 1700-tallet. Da ble vann under trykk brukt for å skaffe kraft i presser.

Den moderne hydraulikken har vokst fram i løpet av vårt århundre. Den er blitt mulig takket være utviklingen av bedre verkstedmaskiner og tetningsmateriale. Hydraulikken deles inn i

- hydrostatikk, som behandler væsker i likevekt - hydrodynamikk, som behandler væsker i bevegelse

Hydrostatiske systemer bruker væsker under trykk for å overføre kraft og energi.

Tilbakeslagsventil

Arbeidssylinder

Ved hjelp av pumpa transporteres olje fra tanken gjennom tilbakeslagsventilen og inn i rommet under arbeidssylinderen. Det fører til at arbeidssylinderen beveger seg en viss strekning oppover for hvert slag av pumpestempelet. Trykket i systemet bestemmes av lasten på arbeidssylinderen.

Hydrodynamiske systemer bruker væsker i bevegelse for å overføre energi.

I dette eksempelet på et hydrodynamisk system gir pumpa stor hastighet til væsken. Den raskt strømmende væsken ledes for eksempel mot løpehjulet på en turbin, hvor bevegelsesenergien blir til mekanisk arbeid.

Et eksempel på hydrodynamiske kraftoverføringssystemer er hydrauliske koblinger som brukes i biler.

I denne boka skal vi ta for oss det hydrostatiske området, som i det følgende blir kalt hydraulikk. 7

Grunnleggende begreper og prinsipper Væsker har ingen egen form.

En væske tilpasser seg et hvilket som helst kar eller karsystem. En væske kan vanskelig komprimeres.

Gasser er sterkt komprimerbare og kan trykkes sammen, som det fremgår av det øverste eksempelet i figuren nedenfor. Når volumet minker ved at det gule stempelet flyttes, stiger trykket. For øvrig skjer ingen ting.

Væske

Væsker er derimot praktisk talt ukomprimerbare (omtrent som et fast stoff).

Blir stempelet flyttet, som i gasseksempelet, buler veggene først ut, og seinere sprenges beholderen. Dette henger sammen med et annet grunnprinsipp, nemlig: Væske under trykk overfører samme trykk i alle retninger.

Beholderen gir etter der den er svakest.

Trykk defineres som den kraft som virker på en flate, dividert med størrelsen av flaten, dvs. kraft pr. flateenhet. Enheten for trykk er pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2. p=E ' A

p = trykk [Pa] F = kraft [N] A — flate eller areal

[N/m2] = L ' [m ]

I et hydraulisk system bestemmes trykket av lasten. 8

[m2]

Eksempel Hvor stor kraft trenger en for å løfte arbeidssylinderens last på 1 000 N? Pumpas stempel har et areal på 10 cm2, og arbeidssylinderens areal er 100 cm2.

P1 ~A,

Pt

— trykket på pumpestempelet

Fr

= kraften på pumpestempelet

= arealet til pumpestempelet = 0,001 m2

Fi

P2 = t2

p2

— trykket i arbeidssylinderen

F2

= lasten på arbeidssylinderen = 1000 N

A2

= arealet til arbeidssylinderen = 0,01 m2

Da trykket er like stort overalt, kan en sette opp følgende ligning:

^1-F2

Xi

Fl

A2

^2

Av dette får vi: 1000 [N]- 0,001 [m2] f 1 =------- 0,01 [m2]--------= Trykket i systemet er d

P

= —t- = 100 [NJ — 100000 Pa — 1 • 105 Pa A,

0,001 [m2]

WUUUUFa

1 10 FaVi

A-2 J

Vi har altså brukt systemet til kraftforsterking. I dette eksempelet er kraften ut 10 ganger så stor som kraften inn.

9

Absolutt trykk, overtrykk og undertrykk Absolutt trykk er det totale trykket og betegnes Pa. Det totale trykket kan være sammensatt av flere ulike trykk. I hydraulikken er trykket vanligvis atmosfæretrykket og det trykket som bestemmes av lasten. Absolutt trykk Atmosfæretrykket er 0,1 MPa (megapascal). Forskjellen mellom det absolutte trykket og at­ mosfæretrykket er overtrykk eller undertrykk. p = det absolutte trykket — atmosfæretrykket

Dersom det absolutte trykket er større enn atmosfæretrykket, blir p et positivt tall - overtrykk. Dersom atmosfæretrykket er større enn det abso­ lutte trykket, blir p et negativt tall - undertrykk. (Se skissen.)

0,1 MPa

Når en taler om undertrykk på sugesiden av pumpa, mener en altså et trykk som er mindre enn 0,1 MPa. Det laveste trykk en kan oppnå, er omtrent 0,01 MPa (absolutt trykk), som gir 0,09 MPa undertrykk. I denne boka tar vi ikke hensyn til atmosfæretrykket, unntagen ved innsuging. I hydrauliske systemer har vi et så høyt trykk (for eksempel 40 MPa) at vi ikke trenger ta med 0,1 MPa i våre beregninger.

Enheter for trykk SI-enheten for trykk, pascal, er alt brukt. I industrien fins sikkert fremdeles måleinstrumenter som er gradert i eldre trykkenheter. Pascal er en liten enhet, og for å slippe å skrive så store tall anvender en ofte megapascal. Videre fins trykkenheten bar, som brukes for eksempel for å angi lufttrykket (millibar). Følgende forbindelser gjelder: 1 1 1 1 1 1 1

Pa 1 N/mI2* kPa = 1000 Pa MPa = 1 • 106 Pa = 1 000 000 Pa kp/cm2 = 9,81 • 104 Pa % 105 Pa « 0,1 MPa bar = 0,1 MPa bar = 1000 mbar kp/cm2 = 14,2 psi (æ 1 bar = 0,1 MPa)

N = newton Pa = pascal MPa = megapascal

mbar = millibar psi = poundforce (kraftpund)/kvadrattomme

I denne boka bruker vi SI-enhetene for trykk stort sett i alle beregninger. Iblant oppgis trykket i en annen enhet i parentes. Enheten pascal har fått navnet sitt etter den franske matematikeren Blaise Pascal (1623-1662). Pascals prinsipp er grunnleggende for hydraulikken: Et trykk som virker på en væske i et lukket kar, brer seg uendret gjennom væsken til alle veggene i karet.

10

I hydrauliske systemer er væsken vanligvis hydraulisk olje, og i fortset­ telsen snakker vi mest om olje.

1 Flaska er fylt med væske. 2 Ved korken virker det en kraft på 100 N på en flate som er 1 cm2 (0,0001 m2). 3 Trykket som virker på hver flateen­ het, er da 1 MPa. 4 Hvis bunnflaten er 20 cm2 (0,0020 m2), trykker en kraft på 2000 N mot bunnen.

En pumpes innsuging En pumpe suger væske ved at den minsker trykket ved innløpet. På figuren nedenfor strømmer oljen inn i pumpa på grunn av trykket som virker på væskeflaten i tanken. Det kan være atmosfæretrykket eller et trykk som er dannet på annen måte.

Når stempelet går mot venstre, øker volumet i sylinderen til pumpa, og trykket synker under atmosfæretrykket. Lufttrykket som virker på væskeoverflaten i tanken, presser oljen inn i sylinderen gjennom sugerøret. Sylinderen er hele tiden fylt med olje når stempelet beveger seg mot venstre. 11

Kavitasjon Kavitasjon i pumper opptrer når trykket på pumpas sugeside er for lavt i forhold til trykket på væskeoverflaten i tanken.

I alle væsker er en liten mengde luft eller annen gass oppløst. Denne gassen er under visse forhold årsak til bobler, omtrent på samme måten som når vann varmes opp til koking. Dannelsen av bobler kalles kavitasjon. Når trykket utjevnes, imploderer boblene, det vil si at de faller sammen (fortettes), og gassen blir igjen usynlig oppløst i væsken. Ved implosjonen frigjøres store krefter. De river løs svært små metallfragmenter, for eksempel i pumpehuset i hydrauliske systemer. Samme virkning kan en se i gamle kokekar. Bunnen har ofte en knudrete overflate. En kan enkelt illustrere kavitasjon ved altfor fort å dra opp væske i for eksempel en plastsprøyte med stempel. Fenomenet er en vanlig årsak til pumpeskader. I det følgende skal vi behandle noen faktorer som forårsaker kavitasjon eller fører til samme pumpeskader som kavitasjon.

Sugefilteret er tilstoppet Duken i sugefilteret kan bli tett på grunn av forurensninger i oljen. Filteret slipper da ikke gjennom nok olje til pumpa ved den trykkfor­ skjellen pumpa skaper. Det fører til at under­ trykket øker, og kavitasjon oppstår.

Luftfilteret på tanken er tilstoppet I mange hydrauliske tanker varierer væskenivået når de bevegelige enhetene arbei­ der i systemet. Når sylinderstempelet beveger seg utover, kreves en større mengde olje i den bakre delen av sylinderen enn den mengde som presses ut av den forreste delen. Dette gjør at væskenivået i tanken synker. Luftvolumet i tanken øker, og trykket synker. Som en følge av dette strømmer luft utenfra inn i tanken gjen­ nom luftfilteret.

Luftfilteret skiller ut forurensninger fra den lufta som tas inn, men blir da forurenset selv. Hvis det ikke reingjøres regelmessig, kan følgen bli at filteret blir helt tett. I tanken oppstår da undertrykk. Det kan føre til kavitasjon. 12

Sugerøret er for smalt eller løftehøyden for stor

I hydrauliske systemer bør strømningshastigheten på pumpas sugeside ligge mellom 0,5 og 1,5 m/s. Hvis sugerøret er for smalt eller løftehøyden for stor, vil det være fare for at undertrykket på sugesiden blir for stort.

Stort gjennomstrømningstverrsnitt og lav gjennomstrømningshastighet gir små tap. Bral

Lite gjennomstrømningstverrsnitt og stor gjennomstrømningshastighet gjør at tape­ ne blir så store at undertrykket på sugesi­ den blir for stort. Uheldigl

En praktisk huskeregel er at sugerøret skal kunne kobles til sugeinnretningen uten noe forstyrrende mellomstykke. Det gjør derimot ikke noe om sugerøret er for stort. Røret kobles da til pumpa med et reduseringsstykke.

Med for stor sugehøyde menes at det er for stor høydeforskjell mellom pumpa og den frie væskeoverflaten. I praksis bør ikke pumpa plasseres mer enn to meter over den frie væskeoverflaten, men det fins også systemer hvor pumpa må plasseres under væskenivået. 2 Hydraulikk 1 bm.

13

Oljen er tregtflytende Hydrauliske systemer som brukes utendørs, må kunne arbeide mellom +35 grader og —20 grader celsius. Oljens viskositet endres alltid med temperaturen, men i slike systemer bruker en en olje med minst mulig forandring i viskositeten. Når en skal starte en pumpe ved lav temperatur, må en passe på at oljens viskositet ikke er for høy. Jo lavere viskositet oljen har, desto lettere renner den. En varm olje har lav viskositet og renner lett. Ved lav temperatur kan oljen bli seig som sirup og flyter dårlig i rørsystemene. Det er da fare for både kavitasjon og overbelastning av pumpemotoren. Viskositet behandles mer utførlig i Hydraulikk 2. Det indre røret har løsnet i sugeslangen

Noen ganger er kavitasjonen svært kraftig og oppstår raskt. Hvis sugeledningen er en slange, bør en først kontrollere hvilken tilstand den er i. En kontrollerer først at slangen ikke er bøyd slik at den tettes til. Ved å løsne slangen og titte gjennom den kan en se om den er tett. Slangen må i tilfelle byttes.

Hvis innerslangen er løs i vulkaniseringen, får den ikke igjen sin opprinnelige form eller kvalitet, og en kan oppdage skaden med det blotte øye. For å holde slangen åpen bruker en ofte en spiralfjærkonstruksjon i sugeslangen.

Luftlekkasje på sugesiden Et annet fenomen som fort fører til pumpeskader, er luftlekkasje på sugesiden. Lekkasjen kan komme av at koblingene lekker, eller at det er for lav oljestand i tanken.

Ved monteringen av sugeledninger må alle tilkoblinger gjøres omhyggelig.

Luftlekkasje forårsaker ulyder i pumpa og rykkvis drift av de bevegelige enheter. Når en leter etter lekkasjer, kan en bruke olje eller vaselin som hjelpemiddel. Dersom den typiske lekkasjelyden forsvinner når en dekker koblingen med for eksempel vaselin, har en funnet lekkasjen. Koblingen må deretter gjøres om.

14

Når tanken befinner seg lavere enn pumpa, er det et lite undertrykk i sugerøret. Hvis tilkoblingene har vært gjort skjødesløst eller risting under driften har fått dem til å løsne, strømmer luft utenfra inn i sugerøret når pumpa arbeider.

Hvis oljenivået i tanken synker for mye, er følgen at det suges luft inn i sugerøret og derfra til pumpa og det øvrige systemet.

Volumstrømmen Q Med volumstrøm mener vi volumet av den strømmende væsken pr. tidsenhet. SI-enheten er kubikkmeter pr. sekund (m3/s). Vi kommer stort sett til å bruke 1/min da det er en mer håndterlig enhet. I utregninger må en iblant regne om 1/min til m3/s, for eksempel når en snakker om effekt. 1 [1/min]

10()0

m3 ~T

i 60

1 s

3/

1

60 000 m /S

I England og USA brukes enheten gallon pr. min (gal/min). Da en importerer pumper og andre en­ heter i hydrauliske systemer, har en behov for å regne om denne enheten til 1/min.

1 engelsk gallon (Egal) 1 USA-gallon (USAgal)

= 4,55 liter = 3,79 liter

Eksempel En tank rommer ifølge den engelske produsenten 68 gallon. Hvor mange liter rommer den?

68 [Egal] = 68 [Egal] -4,55 [1/Egal)] = 309,41 En USA-produsert ventil tåler en maksimal volumstrøm på 6,3 gal/min. Hvilken volumstrøm tåler den i 1 /min?

6,3 [USAgal/min] = 6,3 [USAgal/min] • 3,79 [1/USAgal] « 24 1/min

15

Deplasement En pumpes deplasement er den mengde olje pumpa leverer når den roterer en omdreining. På merkeplaten til en pumpe uttrykkes deplasementet vanligvis i cm3. Den teoretiske volumstrømmen gjennom en pumpe får en ved å multiplisere deplasementet med rotasjonsfrekvensen (Q = n • V).

Eksempel På en pumpes merkeplate er angitt: deplasement 72,4 cm3. Omdreiningstall 300-3000 r/min. Hvor stor er den maksimale volumstrømmen? Q [1/min] = 3000 [r/min] • 72,4 [cm3/r] •

[1/cm3] = 217,2 1/min

Volumstrømmen bestemmer hastigheten til de bevegelige enhetene.

Effekt Effekten i et hydraulisk system bestemmes av to faktorer, trykket og volumstrømmen. Dersom effekten synker, er feilen enten i trykket eller i volumstrømmen. Effekt = trykk • volumstrøm

Dette er en definisjon som alle som driver med hydraulikk, bør huske. Effekt blir uttrykt i W (watt) = Nm/s (newtonmeter pr. sekund). Lasten og stempeloverflaten bestemmer trykket i systemet. Trykket i begge systemene blir p = 1^°° = 10000000 Pa = 10 MPa 0,01 [nr]

I det venstre systemet er volumstrømmen 30 1/min (0,5 1/s). Motorens effekt må være større enn P = p Q = 10 [MPa][1/s]1 m3 1000 T~

10000000-1 FN 1 m3 2-1000 m^s’ F

= 5000 Nm/s = 5 kW I det høyre systemet er volumstrømmen 60 1/min (1 1/s). og der må motorens effekt minst være

1 F m3 P = p-Q = 10[MPa]-l [1/s] — — = _ 10000000 FN 1 m3’ 1000 nFs' 1 _

= 10000 Nm/s = 10 kW Q — 30 1/min

Q — 60 1/min

For enkelhets skyld kan følgende effektformel også brukes: P= 16

[kW],

der Q er oppgitt i 1/min

Tyngdekraftens innvirkning I et hydraulisk system kan en etter pumpa se bort fra det trykk som oppstår av væskens egen tyngde. Atmosfæretrykket 0,1 MPa tilsvarer omtrent trykket av en vannsøyle som er 10 meter høy. Vannets densitet (p) er 1000 kg/m3 og oljens 800-900 kg/m3. Den tilsvarende oljesøyle blir derfor 11 -12 m høy.

Mellom tank og pumpe forekommer det undertrykk. For å minske det kan en plassere pumpa lavere enn tanken. Høydetrykket er altså avhengig av høydeforskjellen h (m) mellom pumpa og den frie væskeoverflaten.

N

kg = P m3

•g

m s2

• h [m]

g er tyngdeakselerasjonen (9,81 m/s2) og 1 N = 1 kg • m/s2.

Eksempel Hvor stort høydetrykk virker på pumpas sugeside hvis oljens densitet er 870 kg/m3 og tanken er plassert slik at høydeforskjellen mellom den frie væskeoverflaten og pumpa er 2,3 m?

Ph

N m2

870

kg m3

m

• 2,3 [m] = 19 600

= 19 600 Pa

Med høydetrykk kan en altså eliminere risikoen for kavitasjon og luftlekkasje på pumpas sugeside. 17

Overtrykk i tanken Iblant brukes overtrykk i lukkede tanker for å lette oljestrømmen til pumpa.

Tanken ved siden av er utstyrt med ventiler som hindrer for stort overtrykk eller undertrykk i tanken. Overtrykket er på ca. 0,02 MPa, og dette tilsvarer trykket av en vannsøyle på ca. to meter.

En kan også få overtrykk i en lukket tank ved hjelp av en gassblære. På figuren nedenfor har en plas­ sert en gassblære i tanken. Blæra trykkes sammen og utvider seg avhengig av oljemengden i tanken. Gassen en bruker, kommer ikke i berøring med oljen. Metoden gjør det mulig å bruke hydrauliske systemer under vann.

18

Hydraulisk balanse I mange hydrauliske enheter har en hydraulisk balanse. Det innebærer at kreftene opphever hverandre, for eksempel ved at det samme trykket virker på like store flater.

Ventiler tilvirkes slik at de er i hydraulisk balanse. Derfor blir de lette å manøvrere. Når kreftene opphever hverandre, kan manøvrering lett skje med for eksempel fjærkraft. En trykkbegrensningsventil kan altså stenges med en liten fjærkraft, og en elektrisk styrt retningsventil kan manøvreres manuelt når det elektriske styresyste­ met ikke fungerer. Ventilen på figuren blir nærmere forklart på side 83.

Hydraulisk «oljepute» I hydraulikk bør en alltid være sikker på at oljen kan komme uhindret ut av et bunnhull.

Figuren viser et bunnhull med gjenger.

Oljen strømmer i pilenes retning i ventilen. Systemtrykket transporterer oljen gjennom klaringen mellom gjen­ gene til bunnen i bunnhullet. Hvis en ønsker å øke ventilens strømningsmotstand, må ventilspindelen skrus innover.

Oljen i bunnen av hullet må fjernes når ventilen skrus inn, og fylles på når ventilen skrus ut. Et oljespor i den gjengede delen gjør at oljen kan strømme uhindret til og fra rommet i bunnen av hullet. Hvis dette sporet av en eller annen grunn tettes igjen, dannes det en oljepute i bunnen av hullet, og ventilen blir tung å manøvrere.

Hydraulikkens egenskaper Hydrauliske enheter kan parallellkobles eller seriekobles.

19

Parallellkobling

Oljen velger alltid den strømningsveien der motstanden er minst. Derfor er det vanskelig å lage en samtidig bevegelse hos parallellkoblede enheter med forskjellig motstand. På figuren nedenfor er tre tilbakeslagsventiler, A, B og C, koblet parallelt. For å åpne ventilene kreves et trykk på 1 MPa for A, 2 MPa for B og 3 MPa for C. Når pumpa startes, strømmer oljen automatisk gjennom ventil A, og trykket i systemet er 1 MPa. Oljen kan velge mellom tre strømningsveier. Først strømmer den gjennom ventil A, da den har det laveste åpningstrykket, 1 MPa. Trykket i systemet er 1 MPa. All olje passerer gjennom ventil A, og trykket kan ikke stige mer.

3 MPa

Hvis en ønsker at oljen skal strømme gjennom ventil B, må kanalen til A stenges. Umiddelbart etter stengingen stiger trykket i systemet til 2 MPa, og oljen strømmer gjennom ventil B. Ventil A er stengt, da den er i balanse.

Trykket virker også på ventil C, men klarer ikke å åpne den. Oljen strømmer gjennom ventil B, og trykket på måleren i systemet er 2 MPa.

ooo oo ooooo 2 MPa

o o oocl 3 MPa

20

Seriekobling Ved seriekobling må en passe på strømningsmotstanden i hver enhet. På figuren nedenfor er tre tilbakeslagsventiler A, B og C, koblet i serie. Ventilenes åpningstrykk er for A 1 MPa, for B 2 MPa og for C 3 MPa. Det er tre trykkmålere i systemet. De viser trykket når pumpa arbeider.

Når vi ikke har noen motstand, har vi ikke noe trykk, og måleren viser 0 MPa.

Fjærkraften, som tilsvarer 1 MPa, prøver å stenge ventilen, og derfor er åpningstrykket 1 MPa.

Måleren viser et trykk på 1 MPa.

Fjærkraften, som tilsvarer 2 MPa, og baktrykket på 1 MPa forårsaker et trykk på 3 MPa ved trykkmåleren.

Måleren viser et trykk på 3 MPa.

Fjærkraften på 3 MPa og baktrykket på 3 MPa prøver å stenge ventilen.

Trykket ved pumpa er 6 MPa.

21

Baktrykket som opptrer på figuren på forrige side, forklares på denne figuren.

Når oljen strømmer fra pumpa, må den først overvinne motstanden i 3 MPa-ventilen. Etter at oljen har passert ventil C, strømmer den mot ventil B, som har et åpningstrykk på 2 MPa.

Når oljen har åpnet ventil B, er trykket i rommet mellom B og C 2 MPa. Dette trykket virker på kulen i ventil C og prøver å stenge den og fjærkraften. For å åpne ventil C må en ha et trykk på 5 MPa, løidi baktrykket i rommet mellom ventilene også må overvinnes. Legg merke til at trykkene på figuren på denne og på forrige siden ikke er de samme.

Struping Ved hjelp av struping kan en få oljen til samtidig å strømme gjennom enheter med forskjellige motstander.

På figuren er to tilbakeslagsventiler koblet parallelt. Åpningstrykket er 1 MPa for ventil A og 2 MPa for ventil B. Ved en parallellkobling vil oljen strømme den veien som har minst motstand, det vil si kanalen til ventil A. En har derfor koblet inn en strupeventil i denne kanalen. Strupeventilens strømningstverrsnitt kan reguleres trinnløst. Når en kanal strupes, må pumpa utføre et større arbeid for å transportere oljen gjennom kanalen enn når den er åpen. Følgen er at trykket stiger. Trykkstigningen er altså forårsaket av strømningstap.

Når ventilen strupes tilstrekkelig, stiger trykket til 2 MPa, og oljen strømmer til tanken gjennom begge tilbakeslagsventilene. Den første måleren viser trykket 1 MPa, og den andre viser 2 MPa.

22

Bernoullis lov Når en hydraulisk væske arbeider i et system, er den totale energien sammensatt av bevegelsesenergi (kinetisk energi), som bestemmes av oljens masse og strømningshastighet, og trykkenergi (potensiell energi, stillingsenergi), som beror på oljens trykk. Ved strømning uten tap er den totale energien (summen av bevegelsesenergi og trykkenergi) konstant.

Figuren ovenfor viser hva som teoretisk hender når en forandrer rørdiameteren i et system.

Dersom en øker diameteren på røret, minker hastigheten til oljen. Bevegelsesenergien blir da mindre og trykkenergien større, det vil si at trykket blir høyere (måler B). Når strømningshastigheten øker igjen, skjer økningen på bekostning av trykket (måler C). Trykkenergien minker altså når bevegelsesenergien øker igjen. I virkeligheten forekommer det tap, slik at trykket ved måler C ikke blir like stort som ved måler A.

Tap i hydrauliske systemer I alle systemer for kraftoverføring vil det være tap, også i hydrauliske. Tapene deles inn i trykktap, lekkasjetap og mekaniske tap. Også i hydraulikken gjelder loven om energiens konstans. Engergi kan ikke ødelegges, men den omvandles, det vil si den kan opptre i forskjellige former. Med tap menes at tilført energi omvandles slik at den ikke lenger kan brukes til nyttig arbeid. En slik unyttig energiform er varmeenergi. Energien opptrer altså i hydraulikken som trykkenergi, bevegelsesenergi og varmeenergi. 23

På figuren ovenfor (Vickers) er lasten på det minste stempelet ION. Når stempelet beveger seg nedover, fortrenger det en væskemengde som har volumet

V=hl-A1

V

= volum = slaglengde Ax — stempelets areal

V — 10 cm • 100 cmI2 = 1000 cm3

Denne oljemengden strømmer gjennom røret til rommet under det største stempelet. Trykket i systemet er:

= IT = oS] = 1000 N/m2 = 1000 Pa Den minste sylinderen gjør et arbeid på Wr =F1-hl = 10 [N] 0,1 [m] = 1 Nm Dersom en ikke tar hensyn til tapene i systemet, beveger det største stempelet seg samtidig oppover en strekning som er:

,

V 1000 [cm3] , 2 “ A2 “ 1000 [cm2] “ Cm

Arbeidet som den største sylinderen utfører, er her like stort som det arbeidet som utføres av den minste sylinderen, det vil si: W1 = W2 = h2-F2 = 0,01 m • 100 N = 1 Nm

I praksis oppstår det alltid friksjons- og hastighetstap i systemet. Derfor er energien som kan brukes til å løfte lasten, mindre enn i eksempelet, det vil i praksis si at PV2 er mindre enn Wr. Forskjellen mellom og W2 (W1 — W2) er omvandlet i systemet, slik at den ikke lenger kan brukes til arbeid. I hydrauliske systemer omvandles tapene så godt som alltid til varme og fører til at temperaturen på oljen stiger. 24

Virkningsgrad

Virkningsgraden r/ er et tall som sier hvor stor del av den tilførte energien i et system som kan brukes til nyttig arbeid. Den er alltid mindre enn 1. Iblant uttrykkes den i prosent. Virkningsgraden g er altså forholdet mellom nyttig energi og tilført energi, det vil si FF h=^;W2= g-Wr

Hvis vi antar at et system som tilføres energien 1 Nm, har virkningsgraden 0,85, får vi det virkelige arbeidet som sylinderen gjør, av denne formelen:

W2 = g • JVj = 0,85 • 1 [Nm] = 0,85 Nm En last på 100 N løftes da « = 0,0085 m = 0,85 cm

Trykktap

Det opptrer trykktap i hydraulikken når oljen strømmer gjennom rør, slanger, ventiler og koblinger. Disse forårsaker strømningsmotstand, og for å overvinne denne må pumpa utføre et arbeid. Dette arbeidet går tapt i form av friksjonstap og hastig hetstap. Friksjonstapene kommer av den indre friksjonen i væsken, eller viskositeten. De øker med oljens viskositet, det vil si at jo tykkere oljen er, jo større blir den indre friksjonen. Friksjonstapene beror også i høy grad på væskens hastighet. De øker kraftig når volumstrømmen øker, og de minker meget kraftig når diameteren på røret blir større. Hastighetstapene kan også kalles strupingstap. De opptrer når strømmen strupes lokalt, eller når strømningshastigheten øker plutselig.

Figuren ovenfor viser to eksempler på rørkonstruksjoner. Ved A er hastighetsøkningen liten og overgangen myk. Tapene blir små.

Ved B øker hastigheten mer, og dessuten forårsaker de skarpkantede overgangene tap på grunn av virvler. 3 Hydraulikk 1 bm.

25

Ved meget lave hastigheter strømmer væsker laminært (dvs. ordnet), ved høyere hastigheter turbulent (dvs. i virvler). Overgangen skjer plutselig.

I hydrauliske systemer forekommer laminær strømning bare unntaksvis.

Også ved strømning gjennom ventiler mister oljen en del av sin trykkenergi. Figuren nedenfor viser kurven for trykktapet i en retningsventil. Kurven gjelder en 1/4" (in-tommer) retningsventil når oljens viskositet er 40 CSt og temperaturen 28 grader celsius.

Trykktap (MPa)

Når oljemengden strømmer gjennom ventilen med 5 1/min, er tapet ubetydelig. Ved 101/min får en et trykktap på ca. 0,1 MPa, og ved 201/min ca. 0,5 MPa. Eksempelet viser at denne ventilen er altfor liten til å brukes sammen med pumper med stor volumstrøm, fordi trykktapene da kan bli svært store.

Trykktapet i hydrauliske ledninger består altså av friksjonstap og engangstap. Ved hjelp av tabellen side 27 får en trykktapene i rør, og ved hjelp av tabellen side 28 trykktapene i koblinger og rørbend (Vickers).

26

Nomogram 1. Trykktap i rør ds [mm] R

100

Lanlinært tryk ktap, Ap( bar/m)

90 80

OJ

\

Lam inæ rt om råde

1

II

______________________________________________

1

1 C Z 3


7

1 -08

- 4000

- 80 •— - 70

- 1

Q [1/min]

- 0,4

- 0,3 — 0,25

Hvis oljens densitet avviker fra den som er nevnt, korrigeres verdien av trykktapet slik: - 0,2

- 0,15

- 1,5

-

- 1

-J- 0,1

2 x 90 => Ap-2

p Ap = — • Ap nomogram

- 0,15

-0,1

2 x 90

28

2 x 90° => Ap • 4

Lekkasjetap

I hydrauliske komponenter vil det alltid opptre lekkasjer fordi bevegelige deler alltid må ha en viss klaring. For de fleste formål fins det imidlertid pakninger og tetninger som eliminerer lekkasjen nesten fullstendig.

Typiske steder hvor det kan opptre lekkasjer, er: • spalten mellom sleiden og huset i ventiler • stempelet og tetningene til stempelstanga i sylindere • spalter i motorer og pumper • rør- og slangekoblinger.

Ved lekkasje kan olje under trykk trenge ut i en kanal uten trykk eller ut i det fri. Trykket ved lekkasjestedet synker meget fort, og den frigjorte energien går over til varme. Hvis trykket i systemet er 10 MPa (100 kp/cm2) og oljen ved en lekkasje kan trenge ut i et rom som har et trykk på én atmosfære, stiger oljetemperaturen med ca. 6 grader celsius.

Sy linder lekkasje

Figuren viser en sylinder som løfter en last på 60 000 N. Volumstrømmen er 40 1/min og stempelets areal er 50 cm2. Stempelets slaglengde er 80 cm. Trykket i systemet bestemmes av lasten på stempel­ stanga til sylinderen.

F Trykket p - —

Pumpa tar Q — 401/min Stempelets areal A = 50 cm2 Slaglengde s = 80 cm

_ 60 000 N P ~ 0,005 m2 = 12 -106 Pa = 12 MPa Trykket i systemet er 12 MPa.

Tiden t som det tar for sylinderen å gjøre ett slag, beror på sylindervolumet og volumstrømmen. Sylinderens volum V = s ■ A = 80 [cm] • 50 [cm2] = 4000 cm3 = 4 dm3 og da får en P_4[dm3]-60 [s] _ 1~Q " 40 [dm3] ”6S t

Sylinderen beveger seg med en hastighet v =

5

som oppstår ved hjelp av pumpas volumstrøm.

0,8 [m] v= ’ = 0,134 m/s 6 [s] Hvilken eller hvilke av disse størrelsene (trykket og stempelets hastighet) endres hvis for eksempel stempeltetningene skades?

29

60 000 N

Her er stempeltetningene skadd, og 34 1/min av pumpestrømmen lekker forbi stempelet. Trykket i syste­ met holder seg på 12 MPa (120 kp/cm2), som er bestemt av lasten på sylinderens stempelstang. Derimot har sylinderens hastighet minket kraftig. En kan ikke øke hastigheten ved å forhøye innstillingsverdien til trykkbegrensningsventilen. Den eneste måten å få tilbake den opprinnelige hastigheten på er å reparere stempeltetnin­ gene. Foruten at hastigheten blir mindre, merker en skaden ved en kraftig forhøyelse av temperaturen, fordi trykkenergien omvandles til friksjonsvarme.

60 000 N

Hvis stempeltetningene er skadd så hardt at lekkasjen blir større enn det pumpa kan klare, vil lasten synke. Trykket i systemet bestemmes fortsatt av lasten.

Hvor fort sylinderen synker, bestemmes av forskjellen mellom lekkasjen ved dette trykket og pumpestrømmen. Jo større forskjellen er, desto fortere synker lasten.

Lekkasje fra spalten mellom sleiden og ventilhuset

Også mellom ventilhuset og sleiden kan det oppstå lekkasjer. En del av oljemengden fra pumpa lekker ut via spalten mellom sleiden og huset og ut i kanalen til tanken. Denne lekkasjen i ventiler forsøker en å minske ved hjelp av hydraulisk sentrering. Vær oppmerksom på at lekkasjen ikke må elimineres helt, da sleiden må smøres!

30

Sentreringen skjer ved hjelp av spor eller riller i sleiden (figuren nedenfor).

Hvis sleiden ikke har sentreringsriller, er det mulig at den hviler mot den underste flaten i huset (figur A), og at hele klaringen er på den øvre siden av sleiden. I dette tilfellet er lekkasjen betydelig større enn i figur B, hvor sleiden er sentrert med riller, og klaringen er jevnt fordelt rundt sleiden.

Kurvene i figuren (Vickers) viser lekkasjen mellom sleiden og huset som funksjon av klaringen og trykkdifferansen. Ved trykk­ differanse på 20 MPa vil for eksempel en klaring på 6 pm gi en lekkasje på 150 cm3/min. Kurvene gjelder for oljeviskositeten v — 20 cSt. Trykkdifferanse, Ap (MPa)

Mekaniske tap

Med mekaniske tap menes friksjonstap som opptrer i lagre, tetninger og glideflater til pumper og motorer. Størrelsen av friksjonstapene varierer i de forskjellige systemene. Tapene påvirkes av konstruksjonen og monteringsstillingen. 31

En prøver å minske friksjonstapene i lagre ved hjelp av smøring og i tetninger ved hjelp av molybdensulfid eller ved å bruke tetninger med overflate av grafittgummi. På grunn av de mekaniske tapene og for å ha en liten kraftreserve dimensjonerer en vanligvis sylindrene for en kraft som er 1520 % større enn det som er nødvendig.

Den hydrauliske kraftoverføringens egenskaper Med hydraulisk kraftoverføring kan en klare store krefter og momenter med små maskiner. En unngår lett overbelastning ved hjelp av en trykkbegrensningsventil. Festene skades ikke selv om de overbelastes til stopp. En kan få presise bevegelser og trinnløs, variabel hastighet.

Det kan lett ordnes med styring, og ved hjelp av ulike styringssystemer kan en gjennomføre automatiske prosesser (forløp).

Komponentene kan en plassere relativt fritt langt fra hverandre, og det er enkelt å få i stand fjernstyring av dem.

I hydrauliske systemer kan bremsing og senking av lasten lett ordnes uten bruk av deler som slites, da bevegelsesenergi og potensiell energi kan gå over til varme i hydraulikkvæsken ved et så enkelt tiltak som å strupe væskestrømmen. (Dette innebærer energisløsing!) Vanligvis er det sjelden behov for service, da det er lite slitasje på delene. Deler som slites, er vanligvis tetninger på deler som beveger seg i forhold til hverandre og hydraulikkvæsken.

Et hydraulisk system er selvsmørende. Oppgaven til dem som har servicen, består hovedsakelig i å passe på oljen og filtrene.

Mobil og industriell hydraulikk Hydrauliske systemer arbeider etter samme prinsipper uten hensyn til om systemet er mobilt eller fast installert i en industri. Likevel har den tekniske utviklingen gått to veier, en mobil og en industriell, og få komponenter konstrueres til bruk i begge systemtyper.

Seinere i denne boka treffer du iblant på komponenter og enheter som er spesialtilvirket for mobil hydraulikk. Disse krever ofte høyere driftssikkerhet og sikkerhet for den som behandler utstyret. Det kan i mange tilfeller løses på en enklere måte i fast installert utstyr.

32

Øvingsoppgaver 1 Hva bestemmer trykket i et hydraulisk system?

2 Hva betyr: p = 12 MPa? p = -0,01 MPa?

3 Hvordan angis undertrykk?

4 Hva er enheten for kraft?

5 Et trykk er 8 MPa. Hva er det uttrykt i bar, og i kp/cm2?

6 Hva bestemmer effekten i et hydraulisk system?

7 Hvordan lyder Pascals prinsipp?

8 Beskriv minst tre årsaker til kavitasjon.

9 Hva er hydrostatisk trykk? Hvordan kan en dra nytte av det?

10 Forklar hydraulisk balanse.

11. 1 MPa 2 MPa

0,5 MPa

12 Nevn typiske lekkasjesteder i et hydraulisk system.

13 Hvordan kan en minske lekkasjen mellom ventilhus og sleid?

Hva viser trykkmåleren når ol­ jen strømmer gjennom systemet på figuren? Symbolene på rørene gjelder tilbakeslagsventiler som krever et visst åpningstrykk. Tegn inn den veien oljen strømmer.

Tegnesymboler Hydrauliske anlegg kan inneholde et stort antall komponenter av ulike slag, for eksempel ventiler, sylindere og hydrauliske motorer. For å kunne beskrive systemet og måten det fungerer på, er det nødvendig med et billedspråk som alle kan forstå uansett nasjonalitet. Det internasjonale billed­ språket er i Norge samlet i NS 1422 og i Sverige i SMS 712. Disse standardene inneholder foruten hydrauliske komponenter også pneumatiske (trykkluftkomponenter). Forskjellen mellom hydrau­ liske og pneumatiske systemer er ikke stor. Dessuten brukes ofte begge systemene i en og samme maskin. Et hydraulisk system kan for eksempel styres med trykkluft. I presentasjonen av symbolene har en derfor tatt med både hydrauliske og pneumatiske komponenter. Symbolene beskriver komponentenes funksjon, ikke konstruksjon. To helt forskjellige konstruksjo­ ner kan ha samme funksjon og altså samme symbol eller symbolskjema.

Eksempel på tegnesymboler

Dette er en retningsventil. Oljen kan passere gjennom den på to måter, noe som framgår av den høyre og den venstre ruta i symbolet. De små rutene med en skrå strek viser at ventilen blir styrt elektrisk til disse to stillingene. Fjærene på begge sider gjør at ventilen inntar en midtstilling når strømmen er brutt. I denne stillingen går oljen fra pumpa direkte til tanken. Dersom vi supplerer tegneskjemaet med en pumpe, en tank og et arbeidsred­ skap, kan det se ut som i skjemaet nedenfor.

Her kan stempelet styres i begge retningene av oljetryk­ ket. Pumpa drives av en elektrisk motor. I returledningen til tanken er det et filter som er kombinert med en forbivei (by-pass) som krever et visst trykk for å bli åpnet. Den fine punkt-strek-linjen viser at filteret og ventilen er bygd sammen i en monteringsenhet. For å fungere godt må denne arbeidsredskapen utstyres med noen flere komponenter, men dette eksempelet kan være nok før vi går videre med NS 1422.

Allmenn orientering Symbolene kan en som regel plassere etter eget ønske. Deres innbyrdes størrelse er ikke helt fast, men en bør forsøke å bruke tilnærmet samme størrelse på ett og samme skjema. Sammensatte symboler er bare eksempler. En kan selv bygge opp symboler av grunnelementer på tilsvarende måte.

Den viktigste forskjellen mellom hydrauliske og pneumatiske symboler er at pilene er fylt i hydrau­ liske, men ikke i pneumatiske symboler. Dersom det er nødvendig, må en oppgi hvilket symbol som står for hydraulisk og hvilket som står for pneumatisk. 35

Utdrag av Norsk Standard, NS 1422 Gjengitt med tillatelse fra Norges Standardiseringsforbund. 5 Generelt (grunnsymboler og funskjonssymboler)

Symbolene for hydraulisk og pneumatisk utstyr og tilbehør består av ett eller flere grunnsymboler og vanligvis ett eller flere funksjonssymboler. Symbolene er verken i målestokk eller orientert i noen spesiell retning. Symbolenes størrelsesforhold skal tilnærmet være som vist i pkt. 11 og 12.

Merknader: Anvendelse

Beskrivelse

5.1

Grunnsymboler

5.1.1

Linje:

5.1.1.1

— heltrukket

Ledning

5.1.1.2

- stiplet, lange streker

Ledning

5.1.1.3

- stiplet, korte streker

Ledning

5.1.1.4

— dobbelt

Mekaniske forbindelser (aksler, hevarmer. stempelstenger)

5.1.1.5

- fin strek-punkt (valgfri)

Innramming av sammen­ hørende komponenter sammenstilt til én enhet

5.1.2

Sirkel, halvsirkel:

1) Uj

-i — -

£_

L < 5E Q ________ !

J < 5E

Som regel energiomformer (pumpe, kom­ pressor, motor)

5.1.2.1

5.1.2.2

Måleinstrumenter

5.1.2.3

Tilbakeslagsventil, roterende kopling, osv.

5.1.2.4

Mekanisk ledd, rulle, osv.

5.1.2.5

Arbeidselement med vribevegelse

5.1.3

Symbol

o o

Kvadrat, rektangel:

Som regel styreventiler, unntatt tilbakeslagsventiler

—

—

—

1

L.. 1

5.1.4

5.1.5 5.1.5.1

Kvadrat på høykant

Hjelpeutstyr (filter, separator, smøreenhet, varmeveksler)

i)

Diverse symboler

Tilknytningspunkt i ledning

5.1.5.2

Fjær

5.1.5.3

Strupning:

5.1.5.3.1

— påvirket av viskositet

5.1.5.3.2

— upåvirket av viskositet

-4-

d ' 5f

Wv v A

36

1) E = linjetykkelse

Beskrivelse

5.2

5.2.1

Anvendelse

Symbol

Funksjonssymboler

T rekant

Flytretning og type trykkmedium

5.2.1.1

- fylt

Hydraulisk flyt

5.2.1.2

— åpen

Pneumatisk flyt

5.2.2

Pil

Angir:

5.2.2.1

-

V

Retning

5.2.2.2

— Rotasjonsretning

5.2.2.3

— Løp og flytretning i ventiler

m

i ti

For utstyr av regu­ lerende art som i 7.4 brukes piler med eller uten hake i enden. Be­ tydningen er den samme.

Som regel viser linjen på tvers av pilspissen at det innvendige løpet be­ holder den viste forbin­ delse mellom de utven­ dige løpene når pilen be­ veger seg sideveis

5.2.3

Skrå pil

Viser muligheten for regulerbar innstilling eller trinnløs variasjon

6 Energiomforming

Beskrivelse

6.1

Pumper og kompressorer

6.1.1

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet

6.1.1.1

— med flyt i en retning

6.1.1.2

— med flyt i to retninger

6.1.2

Hydraulisk pumpe med variabel kapasitet

6.1.2.1

—

6.1.2.2

— med flyt i to retninger

4 Hydraulikk 1 bm.

med flyt i én retning

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Symbol

Omforme mekanisk energi til hydraulisk eller pneumatisk energi

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.1.1.1 og 5.2.3 (skrå pil) Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.1.1.2 og 5.2.3 (skrå pil)

37

Merknader:

Merknader: Beskrivelse

6.1.3

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Symbol

Kompressor med konstant kapasi­ tet (Alltid med flyt i en retning)

(^)= Omforme hydraulisk eller pneumatisk energi til roterende mekanisk energi

6.2

Motorer

6.2.1

Hydraulisk motor med konstant kapasitet

6.2.1.1

- med flyt i én retning

6.2.1.2

— med flyt i to retninger

6.2.2

Hydraulisk motor med variabel kapasitet

6.2.2.1

— med flyt i én retning

Symbolet er en kombibinasjon av 6.2.1.1 og 5.2.3 (skrå pil)

6.2.22

— med flyt i to retninger

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.2.1.2 og 5.2.3 (skrå pil)

6.2.3

Pneumatisk motor med konstant kapasitet

6.2.3.1

— med flyt i én retning

6.2.3.2

— med flyt i to retninger

6.2.4

Pneumatisk motor med variabel kapasitet

6.2.4.1

— med flyt i én retning

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.2.3.1 og 5.2.3 (skrå pil)

6.24.2

— med flyt i to retninger

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.2 3.2 og 5.2.3 (skrå pil)

6.2.5

Vrimotor

6.2.5.1

— hydraulisk

6.2.5.2

— pneumatisk

6.3

Pumpe/motorenheter

6.3.1

Pumpe/motorenhet med kon­ stant kapasitet

6.3.1.1

— med reverserbar flytretning

Arbeider som pumpe eller som motor avhengig av flytretning

6.3.1.2

— med flyt i én retning

Arbeider som pumpe eller som motor uten endring av flytretning

—

~l\= Enhet med dobbeltfunk­ sjon, enten som pumpe eller roterende motor

1r 38

Merknader: Beskrivelse

6.3.1.3

— med flyt i to retninger

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Symbol

Arbeider som pumpe eller som motor med flyt i begge retninger

Driftsenheter med Momentomformer. Pumpe variabel hastighet og/eller motor med vari­ abel kapasitet. Hydrosta­ tiske transmisjoner, se 12.2

Sylindere

Omformere av hydraulisk eller pneumatisk energi til lineær energi

Enkeltvirkende sylinder

Sylinder hvor trykkmediet bare virker i én retning (utgående slag)

— retur uten angitt kraftkilde

Generelt symbol når returmåten ikke er spe­ sifisert

— retur med fjær­ kraft

Symbolet er en kombi­ nasjon av det generelle symbol 6.5.1.1 og 5.1.5.2 (fjær)

6.5.2

Dobbeltvirkende sylinder

Sylinder hvortrykkmediet virker vekselvis i begge retninger (framog tilbakegående slag)

6.5.2.1

— med stempel­ stang i én ende

6.5.2.2

— med gjennom­ gående stem­ pelstang

6.5.3

Differensialsylinder

6.5.1

6.5.1.1

6.5.1.2

Detaljert

F orenklet

_i___

i

—

j___

i____

\ A A A।

WA

VVV

_______ L

_____ L ______ 1 J_________ L

i 1------

Forskjellen mellom de effektive arealer på hver side av stempelet bestemmer sylinderens ytelse

1______ __1

_________ i

_____ 1

J.____i k

________ J= ________

6.5.4

Sylinder med innebygd demper

6.5.4.1

— på én side, ikke stillbar

Sylinder med innebygd, ikke stillbar demping som virker bare i én retning

i

6.5.4.2

— på begge sider, ikke stillbar

Sylinder med innebygd, ikke stillbar demping som virker i begge retninger

■1. ___ L [ 1

6.5.4.3

— på én side, stillbar

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.5.4.1 og 5.2.3 (skrå pil)

6.5.4.4

— på begge sider, stillbar

i

i

__ L ___ 1

L

___ L_ 1

^-1 1

1

Symbolet er en kombi­ nasjon av 6.5.4.2 og 5.2.3 (skrå pil)

39

1.

—

—

Merknader: Beskrivelse

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

6.5.5

Teleskopsylinder

6.5.5.1

— enkeltvirkende

Trykkmediet virker bare i én retning

6.5.5.2

— dobbeltvirkende

Trykkmediet virker vekselvis i begge ret­ ninger

6.6

Trykkforsterkere

Utstyr som endrer et trykk x til et høyere trykk y.

6.6.1

6.6.2

6.7

— for ett trykkmedium

— for to trykkmedier

Trykkmedieomformere

Symbolene viser eksem­ pel på et pneumatisk trykk x, som endres til et høyere pneumatisk trykk y Symbolene viser eksem­ pel på et pneumatisk trykk x som endres til et høyere hydraulisk trykk y

Symbol

Detaljert

Forenklet

—

r^i

E

x

X

kl

1

7

4

!

Utstyr som omdanner et pneumatisk trykk til et tilnærmet likt hydraulisk trykk eller omvendt

—L.

7 Styreventiler 7.1

7.1.1

Symbolsystem som forklarer ven­ tilenes funksjon (unntatt 7.3 og 7.6)

Består av ett eller flere kvadrater (5.1.3) og piler (5.2.2)

Ett kvadrat alene

Viser komponent for trinnløs regulering av volumstrøm eller trykk

I koplingsskjemaer er hydrauliske og pneuma­ tiske enheter normalt vist i nøytral stilling

—

Anm: Den norske teksten er forkortet 7.1.2

To eller flere kvad rater

■

Viser retningsventil med like mange st y rest i 11 i nger som kvadrater. Rørforbindelser føres nor­ malt til det kvadratet som representerer ven­ tilens nøy tralst i 11 i ng (se 7.1) Ventilfunksjonen for ikke tilkoplede kvadrater finnes ved å tenke seg det aktuelle kvadrat i det tilkoplede kvadrats

sted

40

1

i_______

I

1

------------------

Beskrivelse

7.1.3

Forenklet symbol for ventiler, kan brukes når det er mange gjentagelser av samme symbol

Nummeret refererer til en anmerkning på koplingsskjemaet der ventilsymbolet er vist komplett

7.2

Retningsventiler

Enheter som stenger eller åpner ett eller flere løp. Funksjonene beskri­ ves i to eller flere kvadra­ ter. Løpene kan være fullt åpne eller strupte

7.2.1

Løp (flytløp)

Linjer i ett kvadrat

7.2.1.1

— ett løp

7.2.1.2

— to stengte porter

7.2.1.3

— to løp

7.2.1.4

— to løp og en stengt port

7.2.1.5

— to løp med tverrforbindelse

7.2.1.6

— ett omløp og to stengte porter

7.2.2

Retningsventil, ikke-strupende

Symbol

1 3

1

m

Y

1 1 £ZL

Enheten har faste styrestiIIinger, hver stilling representert ved et kvadrat

7.2.2.1

Grunnsymbol for 2-posisjons retningsventil

7.2.2.2

Grunnsymbol for 3-posisjons retningsventil

7.2.23

Merknader:

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

J

Et forbigående, men viktig styreforhold mel­ lom to faste sty rest i 11 i nger kan forklares i et kvadrat mellom stiplede sidelinjer

Grunnsymbol for en ret­ ningsventil med to faste styrestilIinger og et for­ bigående styreforhold

7.2.2.4

I 1

Betegnelse: I betegnelsen re­ presenterer første siffer antall por­ ter (unntatt styreporter) og det andre siffer an­ tall st y rest i 11 i nger

41

I 1

Merknader: Beskrivelse

7.2.25

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Symbol

2/2 Retningsventil: Retningsventil med 2 por­ ter og 2 styrestillinger

7.2.2.5.1

— manuelt styrt, bistabi!

7.2.2.5.2

— trykkstyrt med returfjær, unistabi!

7.2.2.6

3/2 Retningsventil: Retningsventil med 3 por­ ter og 2 styrestillinger

7.2.2.6.1

—trykkstyrt i begge retninger, bistabi!

I

7.2.2.62

— elektromagne­ tisk styrt med returfjær, unistabi!

Angir et forbigående styreforhold (se 7.2.2.3)

7.2.4.2

— to-trinns med mekanisk til­ bakeføring

— med forstyring

7.24.3

— to-trinns med hydraulisk til­ bakeføring

— med forstyring

7.3

Tilbakeslagsventiler, vekselven­ til, hurtigtømmeventil

Ventiler som gir full flyt i bare én retning

7.3.1

Tilbakeslagsventil

7.3.1.1

- fri

Åpner når innløpstrykket er større enn utløpstrykket

7.3.1.2

-- fjærbelastet

Åpner når innløpstrykket er større enn utløps trykket pluss fjærtrykket

7.3.1.3

— trykkstyrt

Som 7.3.1.1, men med trykkstyring er det mulig å hindre:

7.3.1.3.1

— lukking av ventilen

7.3.1.3.2

— åpning av ventilen

7.3.1.4

— med strupning

Ventil som gir full flyt i én retning, strupet flyt i den andre

7.3.2

Vekselventil

Det innløp som er for­ bundet med høyeste trykk blir automatisk forbundet til utløpet, mens det andre innløpet lukkes

42

Merknader: Beskrivelse

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

7.3.3

Hurtigtømmeventil

Ved synkende trykk i innløpet åpnes utløpet til atmosfæren

7.4

Trykkventiler

Enheter for trykkregulering. Symbolisert ved et kvadrat som i 7.1.1 og med pil (Pilende kan utstyres med hake)

Symbol

For innvendige styre­ forhold, se 9.2.4.3

7.4.1.1

— ett strupende løp, normalt stengt

7.4.2.1

eller or

— to strupende løp, normalt stengte

T

1

Trykkbegrensningsventil (sik­ kerhetsventil)

Innløpstrykket styres ved at avløpsport åpnes til tank eller atmosfære når innløpstrykket over­ vinner en motkraft (f.eks. fra en fjær)

r«i ]VA

— fjernstyrt

Innløpstrykket begrenses som under 7.4.2 eller til det som tilsvarer innstil­ lingen på fjernstyringen

r

Proporsjonal trykkbegrensningsventil

Innløpstrykket begrenses til en verdi proporsjonal med styretrykket (se 9.2.4.1.3)

Rekkefølgeventil (sekvensventil)

Når innløpstrykket over­ vinner fjærkraften, åpnes ventilens utløp

-i

? T

7.4.3

— ett strupende løp, normalt åpent

7.4.4

-b 7.4.5

T rykkreduksjonsventil

b

M

zL 0

i

M_

’

7.4.2

,_L

elle or

1

7.4.1.3

Q5

Ventil som ved variabelt innløpstrykk gir et nær konstant utløpstrykk, forutsatt at innløps­ trykket holdes høyere enn det innstilte utløps­ trykk

43

l

7.4.1.2

Generelle symboler

uL "’

Trykkregulerende ventil

1 4 1

je n

7.4.1

eller/ or)

A r -) 4

Wv

Merknader: Beskrivelse

— uten avlastningsport — uten avlastningsport, men med fjernstyring

■7.4.5.3

— med avlastningsport

7.4.7

7.5

—

J— i1

Som 7.4.5.1, men utløpstrykket er avhengig av styretrykket

ft?

l4

— med avlastningsport og med fjernstyring

Som 7.4.5.3, men utløpstrykket er avhengig av styretrykket

Differensial trykkregulator

Utløpstrykket reduseres med en konstant verdi i forhold til innløpstryk­ ket

f

Proporsjonal trykkregulator

Forholdet mellom innløps- og utløpstrykket holdes konstant (se 9.2.4.1.3)

1h l>— —J

Volumstrømventiler

Enheter for regulering av flyt

nr

_

7.4.6

FI

7.4.5.2

74.5.4

Symbol

j

7.4.5.1

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Wv J

Strupeventil

7.5.1.1

— med manuell styring

7.5.1.2

— med mekanisk styring og returfjær (nedbremsingsventil)

Forenklet symbol (Angir ikke styremetode eller ve nt i Ist i 11 ing)

-

Detaljert symbol (Angir styremetode eller ventilstilling)

t I

Tl

Variasjoner i innløps­ trykket innvirker ikke på fluidstrømmen

7.5.2

Volumstrømregulator

7.5.2.1

— med konstant kapasitet

7.5.2.2

— med konstant kapasitet og avlastningsport til tank

Som 7.5.2.1, men med avlastning for overskuddsfluid

7.5.2.3

— med stillbar kapasitet

Som 7.5.2.1, men skråpil (pkt. 5.2.3) er på­ ført strupesymbolet

7.5.2.4

— med stillbar kapasitet og avlastningsport til tank

Som 7.5.2.3, men med avlastning for overskuddsfluid

—

—

Posisjoner og beskrivelse som 7.4, unntatt 7.5.3

7.5.1

—

Detaljert

44

Wv

Forenklet

Merknader: Beskrivelse

7.5.3

7.6

Flytfordeler

Stengeventil

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

Symbol

Flyten fordeles på to løp med innbyrdes konstant kapasitetsforhold, ialt vesentlig uavhengig av trykkvariasjoner

I

)(

)(

Forenklet symbol

8 Overføring og behandling av trykkmedium 8.1

Energikilde

8.1.1

T rykkilde

Generelt symbol

8.1.1.1

— hydraulisk

Symboler når trykkkildens art skal vises

8.1.1.2

— pneumatisk

8.1.2

Elektrisk motor

8.1.3

Forbrenningsmotor

8.2

Ledningerog koplinger

8.2.1

Ledning:

8.2.1.1

8.2.1.2

Symbol 113 i IEC publikasjon 117.2

M

— hovedledning, returledning og tilførselsledning (se 5.1.1.1) — styreledning (se 5.1.1.2)

8.2.1.3

— dreneringsledning (se 5.1.1.3)

8.2.1.4

— bøyelig ledning

8.2.1.5

— elektrisk ledning

8.2.2

Sammenkoplede ledninger

8.2.3

Kryssende ledninger

8.2.4

Avlufting

8.2.5

Avløp

8.2.5.1

— uten tilkoplings mulighet

8.2.5.2

— med tilkoplingsmulighet

Viser slange, vanligvis mellom bevegelige deler

—I” —i— Ikke sammenkoplet

- 1-

45

—-

Merknader: Beskrivelse

8.2.6.1

— stengt uttak

8.2.6.2

— uttak med til­ koplet ledning

8.2.7

Hurtigkopling

8.2.7.1

- ikke selvblokkerende, vist sammenkoplet

8.2.7.2

— selvblokkerende, vist sammen­ koplet

8.2.7.3

— ikke selvblok­ kerende. vist frakoplet

8.2.7.4

— selvblokkerende vist frakoplet (se 7.3.1.1)

8.2.8

Roterbar rørkopling

8.2.8.1

— ett løp

8.2.8.2

— tre løp

8.2.9

Lyddemper

8.3

Tanker, beholdere

8.3.1

Åpen tank

8.3.1.1

— med innløpsrør over væskenivået

8.3.1.2

Kopling som tillater rotasjon

——

-L' , > —

।__ __ 1 —

L_

— med innløpsrør under væskenivået

8.3.1.3

— ekspansjonstank (kompensasjonsbeholder)

8.3.2

T rykktank

8.4

Akkumulatorer

8.5

På utstyr eller lednin­ ger, for energiuttak eller måling

| f

Uttak for trykkmedium

Symbol

X

8.2.6

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

1 1

1

,

1

--

£

—

-H

—

—£

-Styreløpene er inne i enheten

t

49

-£

Merknader: Beskrivelse

Utstyrets anvendelse eller symbolforklaring

9.2.5

Kombinert styring

9.2.5.1

— ved elektro­ magnetisk forstyreventil

Den forstyrte retningsventilen påvirkes elek­ tromagnetisk

9.2.5.2

— ved elektromagnet eller forstyrt ved trykkøkning

Begge kan styre hver for seg

9.3

Mekanisk tilbakekopling

Den mekaniske forbin­ delse mellom den beve­ gelige delen i et styreapparat og den bevegelige delen i det styrte appa­ rat er vist med symbolet 5.1.1.4 (se f.eks. 11.1.2 og 12.1.1)

Symbol

I / l> f—

I / ►

> ■ )

I

2)

' * Styrt apparat

2 > Styreapparat

10 Tilleggsutstyr 10.1

Måleinstrumenter

10.1.1

Trykkmåling

10.1.1.1

— manometer

10.1.2

T emperaturmåling:

10.1.2.1

— termometer

10.1.3

Volumstrømmåling:

10.1.3.1

— volumstrømmåler

Måler volum pr. tids­ enhet

10.1.3.2

— total volumstrømmåler

Måler totalt gjennomstrømmet volum

10.2

Andre apparater

10.2.1

Trykkstyrt elek­ trisk bryter

Tilknytningslinjen kan plasseres hvor som helst på sirkelen

Tilknytningslinjen kan plasseres hvor som helst på sirkelen

—

—

50

° wv

11 Eksempler på sammenstilling av komponenter

I koplingsskjemaer og på tegninger viser vanligvis symbolene komponen­ tene i nøytral stilling. Hvilken som helst annen stilling kan vises når dette er klart angitt. Merknader:

Beskrivelse og forklaring av eksemplene

11.1

Symbol

Drevne enheter (pumper)

To-trinns pumpe drevet av en elek­ trisk motor med en trykkbegrensningsventil i det andre trinn og en propor­ sjonal trykkbegrensningsventil som holder trykket i første trinn på, f.eks. halvparten av trykket i andre trinn

Pumpe med variabel kapasitet drevet av en elektrisk motor. Styringen ut­ løses av en differensial servosylinder og en følgeventil med to strupende løp og mekanisk tilbakekopling

11.1.3

Ett-trinns luftkompressor drevet av en elektrisk motor som automatisk koples inn ved en nedre trykkgrense og ut ved en øvre trykkgrense

-r—.

~l

i_|r

< \

1 L

'X L-N LY____ __ f

11.1.4

To-trinns luftkompressor drevet av en forbrenningsmotor som går på tomgang eller belastet ved at tanktrykket styrer en 3/2 retningsventil

r............ ,___ cX 1.— X X 1 mK a ) i

_ ,

1____X___ YL 11.2

__ 1

Drivenheter (motorer)

51

m

—

A

Y —I 01 _ ___1 Y 1 _________ I j

12 Eksempler på komplette anlegg

I koplingsskjemaer og på tegninger viser vanligvis symbolene komponen­ tene i nøytral stilling. Hvilken som helst annen stilling kan vises når dette er klart angitt.

12.1

Anlegg

52

Eksempler på symbolvarianter Den som arbeider på hydrauliske og pneumatiske komponenter vil fra tid til annen støte på utstyr og materiell som er konstruert og produsert i utlandet. Skjemaer og symboler som beskriver dette ut­ styret, vil derfor kunne inneholde symboler som avviker noe fra dem som inngår i NS 1422. Vanligvis er dette varianter eller spesialløsninger basert på ISO-anbefalingen. Også i dette heftet finner vi eksempler som viser noen typer på slike særnasjonale løsninger.

Beskrivelse

Symboler etter NS 1422 basert på ISO 1219

Eksempler på varianter etter SMS 712

Mekanisk styring med rulle som virker i bare-en retning

A

Mekanisk styring med tapp. Påvirkes i sideretn. Styrer i bare en retn. uansett hvilken retn. den beveges

Hydraulisk pumpe med variabel kapasitet, manuell styring

EIZ

Se ovenfor, men med forstyring

Elektrohyd. servoventil Elektropneum. servoventil, ettrinns

(A

-1-4± ± 1

X IA

—r±—

53

.4 | -t-t W_ ''-r-r

t/\ a

——

Beskrivelse

Symboler etter NS 1422 basert på ISO 1219

Elektrohydraulisk servoventil Elektropneumatisk servoventil -totrinns med mekanisk tilbakeføring

lLIlL

cLj i

-totrinns med hydraulisk tilbakeføring

Tilbakeslagsventil som krever en viss trykkforskjell før stengning

Plass til å registrere eksempler som du støter på:

54

Eksempler på varianter etter SMS 712

Plass til å registrere eksempler som du støter på:

Beskrivelse

Symboler etter NS 1422 basert på ISO 1219

55

Eksempler på varianter etter SMS 712

Øvingsoppgaver Sett ring rundt riktig bokstav.

d

Motor med variabelt deplasement og to strømningsretninger Vrimotor Pumpe med variabelt deplasement og to strømningsretninger Hydraulisk kobling

a b c d

4/2-ventil, elektrisk styring, fjærsentrering 4/3-ventil, elektrisk forstyring, fjærsentrering 3/3-ventil, mekanisk styring, fjærsentrering 5/3-ventil, hydraulisk styring, Qærsentrering

a b c d

Rørkobling Spak Avlufting i det hydrauliske systemet Forgreiningspunkt

a b c

d

Trykkregulator med fjernstyring Bremseventil Trykkbegrensningsventil (sikkerhetsventil) med ytre styring Ventil for regulering av volumstrømmen

a b c d

Filter Varmer Toveisventil Kjøler

a b c d

Dreibar rørtilkobling med tre strømningsveier Vrimotor Avstengingsventil Forgreiningspunkt

a b c d

Rørskjøt Bøyelig ledning Styreledning Dreneringsledning

a

Dobbeltvirkende sylinder med variabel dempning i begge endestillinger

b

Filter med tilbakeslagsventil

c

4/2-ventil, styring med spak

d

Motor med variabelt deplasement og to strømningsretninger

a b c

8 Tegn følgende symboler:

56

Pumper Pumpas oppgave er å omgjøre mekanisk energi til hydraulisk energi (trykkenergi). Pumper drives av for eksempel elektriske motorer eller forbrenningsmotorer eller med håndkraft. Pumpa fungerer som systemets volumstromkilde.

Ved at det indre volumet i pumpa endres, flyttes oljen gjennom pumpa. Når volumet øker, suges olje inn, og når volumet minker, presses oljen ut. Den oljemengden som pumpa teoretisk kan levere når den drives rundt en omgang, kalles pumpas deplasement. Hydrauliske pumper er alltid deplasementspumper, det vil si at deres volumstrøm er uavhengig av trykket. En skiller mellom pumper med fast deplasement {faste pumper) og pumper med stillbart deplasement (stillbare pumper). En pumpe har en eller to strømningsretninger. En skiller også mellom ulike pumpetyper:

-

tannhjulspumper vingepumper skruepumper stempelpumper

T annhjulspum per Konstruksjon Figuren nedenfor (Caterpillar) viser delene i en tannhjulspumpe for én strømningsretning.

1 Låsering 2 Tetning 3 Støttering 4 Isolering 5 Tannhjul som driver 6 Tannhjul som blir drevet 7 Hus 8 Endevegg 9 O-ring 10 Støttering 11 Trykkplate

57

1

3

2

5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6

7

8

9

W

O-ring Endevegg Tannhjul som blir drevet Hus Tannhjul som driver Isolering Støttering Låsing Trykkplate O-ring Støttering

11

Figuren ovenfor (Caterpillar) viser delene i en tannhjulspumpe for to strømningsretninger. Konstruk­ sjonen av denne pumpa skiller seg fra de forrige ved at trykkplatene er utformet på en annen måte. I en pumpe som fungerer i bare én retning, er sugeåpningen og trykktilkoblingen ikke like store. I en pumpe som kan fungere i begge retninger, er de like store.

Figuren nedenfor (Caterpillar) viser detaljene i en dobbelt tannhjulspumpe. Alle detaljene er vist i figuren, selv om ikke alle er nummerert. De detaljene som ikke er nummerert, er de samme som i pumpa på side 57. 1

2

3

4

5

Endevegg (gavl) Det fremre huset Mellomlager Det bakre huset Det bakre tannhjulet som blir drevet Det fremre tannhjulet som blir drevet Det bakre tannhjulet som driver Det fremre tannhjulet som driver Kobling Pinneskrue (8 stk.)

58

Tannhjulspumpas arbeidsmåte Legg merke til i hvilken retning tannhjulene roterer, og les kommentarene i rekkefølge.

4 Systemtrykket mot tennene forår­ saker stor radiell belastning på akslene i den retning pilene viser.

Trykktilkobling

3 Oljen presses ut gjennom trykktilkoblingen når tennene nærmer seg hverandre og griper i hverandre.

Tannhjulet som driver

2 Olje tranporteres i rommet som be­ grenses av huset, tannhjulene og trykk­ platene.

Sugeapnmg

1 Når tennene skilles fra hverandre, oppstår undertrykk. Olje fra tanken strømmer inn i det voksende volumet.

Figuren (Vickers) viser hvordan en tannhjulspumpe fungerer. Når tannhjulene roterer, kommer tennene på sugesiden ut av inngrepet, slik at volumet blir større. Samtidig transporteres olje til trykksiden langs veggen i husef. Her griper tennene igjen i hverandre og tvinger oljen ut på trykksiden. Etter at tannhjulene har grepet i hverandre, er det fremdeles en liten mengde olje mellom tannhjulene. Dette volumet minker ytterligere. Trykkplatene har derfor freste spor, og gjennom dem kan oljen strømme til trykksiden.

Denne figuren viser to ulike trykkplater. Den venstre er fra en pumpe som fungerer i begge retninger, og den høyre fra en pumpe som fungerer i én retning. Sporet er viktig, også pumpas lydnivå og slitasje er avhengig av det. Det smale, vertikale sporet er for smøring av lagrene.

59

Oljens strømning i en enkel tannhjulspumpe {Caterpillar).

En del av oljen strømmer gjennom smøresporet i trykkplaten til hvert lager. Denne oljen strømmer siden gjennom kanaler tilbake til pumpas sugeside.

I pumper opptrer den største lekkasjen vanligvis ved endeflatene til tannhjulene. For å hindre lekkasje presses trykkplatene ved hjelp av oljetrykk mot endeflatene.

Tannhjulspumpe i snitt {Caterpillar). Væske med høyt trykk ledes gjennom hull på trykksiden inn mellom veggene og trykkplatene. Væsken med lavt trykk er smøreolje på retur til pumpas sugeside.

Pumpeskader og hvordan de oppstår Skader på hydrauliske pumper kommer sjelden fra selve pumpa. Kavitasjon, urein olje, overbelast­ ning, for lite olje og feilmontering er skyld i de fleste pumpeskader (samtlige bilder Caterpillar). Skader forårsaket av for høyt trykk

Sprekker i huset

Akselbrudd

60

Overbelastning av en pumpe kan komme av at trykket er feil innstilt, av et kraftig trykkstøt eller av at trykkbegrensningsventilen ikke fungerer som den skal. De mest typiske skadene er brukket aksel, som også kan komme av retningsfeil, og sprekker i huset.

Skader som kommer av kavitasjon eller luft

Skader på husets periferi

Skadd trykkplate

Ved kavitasjon eller luftlekkasje på sugesiden kan metallfragmenter bli slått løs fra for eksempel pumpehuset eller trykkplatene. Skader som kommer fra fremmede metallgjenstander

Virkningen av fremmede metallgjenstander er vanligvis godt synlig. Grunnen til at slike gjenstander er kommet inn i systemet, kan være at komponentene var dårlig beskyttet da de ble montert, eller at montøren var uforsiktig. Iblant ødelegges metallgjenstandene så fullstendig at de forsvinner med oljen ut av systemet. Som oftest forårsaker de imidlertid alvorlige skader, for eksempel tannbrudd.

Her er en sekskantet mutter kommet inn i sugeåpningen og er blitt slynget mot veggene.

Dette tannbruddet er følgen av at en fremmed metall­ gjenstand har kommet mellom tennene i tannhjulet. Tannbrudd er en typisk skade som følge av fremmede metallgjenstander.

6 Hydraulikk 1 bm.

61

Metallpartikler i oljen Er det metallpartikler i oljen, vil den virke som et slipemiddel.

Her har forurensninger i oljen forårsaket slitasje i huset til en tannhjulspumpe. Metallpartiklene har lagt seg mellom tanntoppene og huset. Tanntoppene er da også vanligvis kraftig slitte.

Metallpartikler i oljen sliter kraftig.

Monteringsskader Ved montering og demontering kan detaljer i pumpa skades slik at de forårsaker funksjonsforstyr­ relser og driftsavbrudd. Ved å holde det reint omkring seg og behandle ømfintlige detaljer med var­ somhet kan en unngå mange skader. Når en monterer tetningsringer, må en passe nøye på at ringene kommer på riktig plass og holder seg der under arbeidet. En kan for eksempel bruke vaselin.

Er du usikker på hvordan et arbeid skal utføres, må du ikke gjette, men skaffe deg klare arbeidsbeskrivelser. Pumpereparasjoner behandles på side 195.

Innertannhjulspumpe Innertannhjulspumpa har et drivende tannhjul i sentrum. Det driver en tannkrans med innertenner. Pumpa er konstruert for liten volumstrøm, men kan gi høye trykk, over 30 MPa. Den går stille.

62

4 Oljen presses ut gjennom trykkåpningen

Sugeåpning

Arbeidsmåten til gerotorpumpa (Vickers)

I gerotorpumpa roterer rotoren fortere enn tannkransen. Rotorens tenner glir i forhold til tannkransen. Den glidende flaten fungerer som tetning mellom sugesiden og trykksiden. Sugeforløpet begynner når en tann på rotoren forlater tannkransen. Volumtilveksten slutter når rotorens tann treffer midtpunktet på den innbuktede delen av tannkransen. Deretter begynner tanna å gå inn i den etterfølgende tannluka. Da blir volumet mindre, og oljen presses ut i trykktilkoblingen. Rotoren har 6 tenner og tannkransen 7 tannluker.

63

Vingepumper I vingepumpene transporteres oljen mellom vingene fra sugesiden til trykksiden. Vingene er montert i spor i rotoren og trykkes mot det ovale huset av sentrifugalkraften, med fjærkraft eller med hydraulisk trykk. Radial belastning på akselen kan en eliminere ved å plassere trykktilkoblingene rett mot hverandre (diametralt).

_ . . Rotasjonsretmng

Trykktilkobling

„ Rotasjonsretnmg

Rotor

Aksel

Arbeidsmåten til vingepumpa (Vickers)

I mange vingepumper er to sugetilkoblinger og to trykktilkoblinger plassert diametralt overfor hverandre. Denne konstruksjonen eliminerer radial belastning på akselen. Når denne vingepumpa startes, må omdreiningstallet være så høyt at vingene presses mot huset av sentrifugalkraften. En langvarig driftstans og seigtflytende olje kan være årsak til at vingene ikke slynges ut. Hvis pumpa ikke begynner å transportere olje, må vingene reingjøres, slik at de tetter godt inn til huset ved starten.

64

Vingekonstruksjoner

Enkel vinge

I pumper med enkel vinge (figuren) er den ene enden av vingen avrundet, mens den andre har skarpe kanter. Det er viktig at vingene monteres riktig. Hvis de monteres med de skarpe kantene ut, blir følgen at pumpa skades svært fort. De skarpe kantene ødelegger oljefilmen på glideflaten i huset.

Galt montert vinge

Hydraulisk balansert vinge

Riktig montert vinge

Galt montert vinge

monteres riktig i vingepumper med fjærtrykk på vingene (Caterpillar).

Figuren ovenfor viser en hydraulisk balansert vinge. Med denne løsningen presses vingen mot huset med konstant kraft, uavhengig av om vingen er på sugesiden eller trykksiden. Styretappene må

65

Delt vinge

Ved hjelp av trykkplaten ledes system­ trykket kontinuerlig inn i mellomrom­ met mellom hovedvingen og innervingen.

Rotasjonsretning

Trykksidens trykk (systemtrykket)

Systemtrykk Suge- eller trykk­ sidens trykk

2> Inn Høytrykkskvadranten

Lavtrykkskvadranten

Kanal i rotoren leder trykk inn under hovedvingen

Intravanepumpe (Vickers)

Vingen til denne vingepumpa er bygd opp av to deler. To forskjellige hydrauliske trykk under vingedelene presser vingen mot huset. Under én del av vingen virker systemtrykket, under den andre virker samme trykk som i kammeret bak vingen. På denne måten har en fått kraften mellom vingene og huset til å bli jevnere enn i pumper med enkel vinge. En slik løsning gjør levetiden til pumpa betydelig lengre.

Vingepumpa er hydraulisk balansert, da begge suge- og trykkåpningene er plassert diametralt. Væskestrømmen i pumpa er relativt jevn. Pumpa bygges for et maksimalt trykk på 21 MPa (210 bar).

66

Aksial tetting av vingepumper

Trykktilkobling

Ovalt hus

Ved start presses trykkplaten mot huset ved hjelp av en fjær (figuren, Vickers). Når det er dannet hydraulisk trykk i systemet, virker trykket på trykkplaten og presser den mot det ovale huset. Systemtrykket virker også på endeveggen i pumpa og prøver å skille den fra det ovale huset. Hvis endeveggen skades slik at oljen trenger gjennom den, kommer dette av for høyt trykk i systemet, eller av at den har vært utsatt for et kraftig trykkstøt. Når en ødelagt pumpe erstattes med en ny (side 195), må en kontrollere maksimumstrykket i systemet. Pumpefabrikanten oppgir det maksimalt tillatte trykk for sitt produkt.

67

Konstruksjoner av vingepumper

Gavl (endevegg) O-ring Kulelager Akseltetning Låsering Aksel Hus Pumpering Styrepinne Fjær 11 Trykkplate 12 Rotor 13 Vinge

Enkel vingepumpe (Vickers)

1 2 3 4 5 6

Aksel Hus Akselsidens pumpeenhet Mellomstykke Gavlsidens pumpeenhet Gavl

Dobbeltvingepumpe (Vickers)

Dobbeltvingepumpa har dobbelte hus og rotorer. Den ene pumpa pumper til høyre og den andre til venstre, alt etter hvor sugeåpningen er i mellomstykket. Pumpeenhetene kan byttes ut.

68

1

2

1 2 3 4 5 6 7 8

Skrue Sliteskive Lokk Pumpering Hus Låseskive Skive Akseltetning

9 10 11 12 13 14 15 16

Vingepumpe med delt vinge - intravanepumpe (Vickers)

69

Filttetning Aksel Kile Kulelager Trykkplate O-ring O-ring O-ring

Pumpeskader og deres årsaker Luftbobler i oljen skader vingepumpene. Lufta får vingene til å vike tilbake og fjerne seg fra husets periferi for så igjen å treffe husets overflate med et slag. Slaget ødelegger oljefilmen, og følgen blir en bølgeformet slitasje av huset. Også kanten på vingene slites kraftig. Luft kan komme inn i oljen ved lekkasje.

Her ser vi en slitt vinge og en ny vinge ved siden av hverandre. Årsaken til slitasjen har vært luft i oljen.

Ny vinge og slitt vinge (Vickers)

Slik kan et pumpehus se ut etter at vingene har slått feil og er gått vekk fra periferien, og deretter har blitt slått mot overflaten igjen på grunn av trykket.

Bølgeformet slitasje på huset (Vickers)

Forurensninger gjør at oljen virker slipende. I vingepumper virker slitasjen slik at klaringen mellom vinge og rotor blir feil, og at det blir skjærspenning mellom rotor og trykkplate, slitasje av sporene i rotor og drivaksel og slitasje av vingespissene. 70

Skruepumper Skruepumpene har jevn oljestrøm. Det oppstår ingen pulseringer. Pumpene tåler stort undertrykk på sugesiden og er ikke kavitasjonsømfintlige. De brukes for transport av tykt fett og vaselin. Pumpene går stille og kan kobles direkte til hurtiggående elektriske motorer. De kan gi stor volumgjennomgang.

Konstruksjonen av skruepumpene er enkel og fremgår ganske tydelig av figuren (IMO, Zander & Ingestrøm). I pumpehuset roterer den drivende skruen og løpeskruene, som fungerer som tetning mot huset. Skruepumpa transporterer olje i gjengene. Disse tetter mot hverandre og mot huset. Når skruene roterer, beveger tetningsflatene seg aksialt og ensartet. Derfor varierer ikke strømmen. Da oljen strømmer lineært gjennom pumpa, er strømningsmotstanden liten.

Trykkforskjellen mellom sugesiden og trykksiden er stor. Dette forårsaker en aksial kraft på skruene, rettet mot gavlen på sugesiden. Kraften blir tatt opp av et trykklager eller av et hydraulisk balanseringsstempel.

Under drift utsettes løpeskruene for en hydraulisk kraft som kan bøye skruene. På grunn av denne radialkraften må løpeskruene lagres omhyggelig. Den aksiale lekkasjen blir mindre jo flere gjenger skruene har. 71

Stempelpumper I stempelpumper transporteres væske fra sugesiden til trykksiden ved hjelp av stempler som beveger seg fram og tilbake. Aksial- og radialstempelpumpene benevnes etter den retning stemplene beveger seg i. I en aksialstempelpumpe beveger stemplene seg aksialt, og i en radialstempelpumpe beveger de seg radialt. Stempelpumpene er vanlig brukt i hydraulikken, spesielt når en ønsker høye trykk eller en variabel strøm. Gjennomgangsstrømmen i en stempelpumpe er pulserende, avhengig av antall stempler. Pulseringene blir betydelig mindre hvis pumpene utstyres med et ulike antall stempler. Virkningsgraden til stempelpumpene er ca. 90 %.

Aksialstempelpumper I aksialstempelpumpene beveger stemplene seg fram og tilbake i sylinderblokken, enten ved at enden av akselen er utformet som en skråttstilt flens, eller ved at sylinderblokken danner en vinkel med akselen. Når stempelet trekkes tilbake, fylles sylinderen med olje, og når stempelet presses framover, gir den fra seg olje. Aksialstempelpumper kan ha fast eller stillbart deplasement.

Figuren nedenfor (Vickers) viser hvordan en aksialstempelpumpe er bygd opp.

Ventilskivas åpning

Stempelet trykkes inn i sylinderblokken og tvinger oljen til trykktilkoblingen. Stempel med glidesko

Trykktilkobling

Sugeåpning

Glideplate som danner en vinkel med akselen Sylinderblokk som drives rundt av stemplene (vridningskraft på stemplene)

Aksialstempelpumpe (Vickers)

72

Drivakselflens for stemplenes glidesko Når stempelet trekkes tilbake, suges olje fra tanken inn i sylinderen.

Figuren nedenfor viser en aksialstempelpumpe av vinkeltype (Volvo). Stemplene beveger seg ikke i akselens retning, men danner en viss vinkel med den. Størrelsen på vinkelen bestemmer stemplenes slaglengde.

1 2 3 4

Ventilskive Sylindertrommel Sfærisk stempel Aksel

Maksimalt kontinuerlig arbeidstrykk for denne pumpa (Volvo) er 35 MPa. Trykkstøt på 42 MPa kan tillates. Vinkelen mellom akselen og sylindertrommelen er 40 grader. En tannkrans på akselen driver sylindertrommelen. I denne konstruksjonen vrir stemplene ikke sylinderblokken, dette skjer over tannkransen.

En aksialpumpe med fast deplasement Dreneringstilkobling Akseltetning

Sfærisk lagerskive

Kulelager

Aksel

Stempelets glidesko Tilkoblingsåpninger

Ventilskive

Stempel

Styreskive for glideskoene

Sylindriske pinner overfører fjærkraften til den sfæriske lagerskiva og videre til glideskoenes styreskive, som tryk­ ker glideskoene mot glideskiva. Fjærkraften presser samti­ dig sylindertrommelen mot ventilskiva.

Figuren (Vickers) viser en sluttet konstruksjon med tett hus. Pumpa kan også ha åpen konstruksjon og plasseres under oljenivået i tanken. 7 Hydraulikk 1 bm.

73

Aksialstempelpumper med stillbart deplasement

Hos pumper med stillbart deplasement kan væskestrømmen varieres trinnløst, enda pumpa går med konstant omdreiningstall. Variasjonene i gjennomstrømningen får en ved å endre stemplenes slaglengde. Reguleringen kan skje på to ulike måter. I Ved å forandre vinkelen på glideskiva, figuren nedenfor ( Vickers)

Slaglengden = 0

Glideskivas vinkel har sin maksimalverdi. Pumpa gir maksimal væskestrøm

Glideskivas vinkel er mindre. Pumpa gir mindre væskestrøm

Glideskivas vinkel — 0. Pumpa gir ingen væskestrøm

I aksialstempelpumper kan også retningen av væskestrømmen forandres ved at glideskiva heller i motsatt retning. Pumpas rotasjonsretning blir uforandret, se figuren nedenfor (Vickers).

Glideskivas vinkel Glideskivas vinkel har sin maksimalverdi. er mindre. Pumpa gir maksimal væskestrøm Pumpa gir mindre væskestrøm

Glideskivas vinkel = 0. Pumpa gir ingen væskestrøm

Slaglengden = 0

74

II Ved å forandre vinkelen på sylindertrommelen

M°ksimal vinkel gir maksimal væskestrøm

Mindre vinkel gir mindre væskestrøm

Vinkelen = 0, ingen væskestrøm

I denne pumpetypen endres retningen på væskestrømmen ved at sylindertrommelen heller i stikk motsatt retning. Når væskestrømmen og trykket i pumpa har nådd maksimum, tar drivmotoren maksimal effekt, samtidig som hastigheten til den enheten som drives, er størst. Drivmotorens effekt og hastigheten til enheten som drives, synker når vinkelen blir mindre, hvis trykket er konstant.

Konstruksjon av stillbare aksialstempelpumper

I en pumpe av vinkeltypen overføres drivakselens rotasjon til sylinderblokken ved hjelp av en mellomaksel. Stemplene behøver ikke å trekke sylinderblokken rundt. Deres oppgave er bare å bevege seg fram og tilbake i sylinderblokken. I en stempelpumpe med glideskive er drivakselen og sylinderblokken mekanisk koblet til hverandre ved hjelp av splines (langsgående spor og bommer). Stemplenes glidesko glir mot glideskiva. 75

Stempelpumpe av vinkeltype med stillbart deplasement (Vickers)

Stillbar glideplate

Grensetrykket innstilles med fjærkraft

Kompenseringssleiden sty­ rer olje til sylinderen, som minsker glideskivas vinkel når grensetrykket er nådd

>qpQpjp

5SSHS

Glideskivas returfjær stiller glide­ skivas vinkel på maksimal verdi (maksimal gjennomstrømning) hvis trykket er lavere enn det innstilte kompenseringstrykket.

Sylinderen som stiller glideskivas vinkel, svarer på endringer i tryk­ ket slik at pumpa alltid gir det trykket som er innstilt, eller mak­ simal volumstrøm.

Arbeidstrykket

Lekkasjeoljehull fra kompensato­ ren til pumpehuset

Stempelpumpe med glideskive og variabelt deplasement med trykkbegrensning ved automatisk redusering av vinkelen (Vickers)

76

Regulering av gjennomstrømningen Pumpas gjennomstrømning kan reguleres på forskjellige måter: a) b) c) d)

manuelt - med mekanisk regulering med pneumatisk regulering med hydraulisk regulering med elektrisk regulering

Figuren nedenfor viser aksialstempelpumper med forskjellige typer regulering (Vickers)

Pneumatisk regulering

Manuell regulering med skrue

Hydromekanisk regulering

Rattregulering

Regulering med trykkkompensator

Reguleringen av en pumpes funksjon kan skje automatisk. Da brukes konstanteffektregulering og konstanttrykkregulering. I det følgende vises prinsippene for enkel effektregulering og konstanttrykkregulering.

77

a) Effektregulering

Fast strupi

fisar Stempel Fjær

Væskestrømmen fra en pumpe med effektregulering styres av trykket i systemet.

Det hydrauliske trykket virker på et stempel, som virker mot en fjærkraft (figuren ovenfor). Stempelstanga er koblet til glideskiva eller sylindertrommelen. Når systemtrykket er null eller meget lavt, presses stempelet av fjærkraften mot sylinderens gavl. Pumpas gjennomstrømning blir da maksimal ved at glideskiva eller sylindertrommelen vris til mekanisk stopp. Når trykket i systemet øker, øker kraften på stempelet. Stempelet beveger seg til venstre på figuren til kraften på stempelet og fjærkraften er i likevekt. Stempelets bevegelse minsker glideskivas eller sylindertrommelens vinkel, og da blir stemplenes slaglengde mindre, og gjennomstrømningen minsker. Ved høyt trykk er gjennomstrømningen svært liten. Ofte er den bare tilstrekkelig til å kompensere den indre lekkasjen i systemet. Pumpas effektbehov blir ikke konstant, men varierer ganske lite. Strømningskanalen er foran regulatorsylinderen utstyrt med en fast struping, som demper regulatorens svingninger.

b) Konstanttrykkregulering

78

Konstanttrykkregulatoren skal holde trykket i systemet konstant, uavhengig av variasjoner i gjennomstrømningen. Den er bygd opp av en regulatorsylinder med samme funksjon som i effektregulatoren, og en fjærstyrt trykkregulator som kan stilles inn på det trykk en ønsker. Trykket i systemet bestemmes av lasten. Hvis dette trykket er lavere enn det regulatortrykket som er innstilt, kan ikke regulatoren holde konstant trykk i systemet.

Hvis systemtrykket stiger over det som er innstilt, er det for stor gjennomstrømning i pumpa. Da overvinner systemtrykket i styretrykksleoningen ventilens fjærkraft og forskyver sleiden slik at olje strømmer til regulatorsylinderen. Sylinderens stempel trykker fjæra sammen, og gjennomstrøm­ ningen minker helt til trykket ikke stiger mer. Derved er det oppnådd en likevektstilstand. Hvis det ser ut til at systemtrykket skal synke under regulatortrykket, tyder det på at det er for liten gjennomstrømning i pumpa. Da overvinner fjærkraften i trykk ventilen styretrykket og forskyver sleiden slik at det kan strømme olje fra regulatorsylinderen til tanken. Pumpas vinkel blir større, gjennomstrømningen blir større og trykksenkning hindres.

Radialstempelpumper

Radialstempelpumpene er høytrykkspumper. Stempe­ lets bevegelse fram og tilbake fremkommer for eksempel ved hjelp av en fjær og en eksentrisk aksel.

Figuren viser en prinsippskisse av en Rual radialstempelpumpe med fast deplasement. Data: arbeidstrykk 40 MPa, trykkstøt 60 MPa.

79

Øvingsoppgaver

1 Hvilke forskjellige pumpetyper kjenner du til?

2 Tegn symbolene for en pumpe som har fast deplasement, og som fungerer i begge retninger.

3 Hvordan ser du forskjell på pumper som fungerer i én retning, og pumper som fungerer i begge retninger?

4 Hvilke skader forårsaker overtrykk i en pumpe?

5 Hvorfor må en ikke snu vingene gal vei i en vingepumpe med enkel vinge?

6 Hva er fordelene med en hydraulisk balansert vinge?

7 Hva får vingene i en vingepumpe med delt vinge til å tette mot huset?

8 Forklar hvordan en regulerer gjennomstrømningen i pumper med stillbart deplasement.

9 Hva er det som skiller en pumpe med konstant deplasement fra en pumpe med stillbart deplasement?

10 Hvordan kan en styre gjennomstrømningen hos pumper med stillbart deplasement?

80

Trykkstyrende ventiler Trykkstyrende ventiler deles inn i trykkbegrensningsventiler, sekvensventiler og trykkregulatorer.

Trykkbegrensningsventiler Trykkbegrensningsventiler har to oppgaver:

• å fungere som beskyttelse mot overbelastning • å avlede væskestrømmen når det er nødvendig Når trykket i systemet blir altfor høyt, skal trykkbegrensningsventilen åpnes, slik at den overflødige oljen strømmer tilbake til tanken. 1 Hvis oljen kan strømme fritt tilbake til tanken, oppstår det ikke noe trykk.

0 MPa 2 Når strømningstverrsnittet stru­ pes, tvinges pumpa til å utføre et X større arbeid for å klare å transporte­ re den samme oljemengden gjennom / det mindre strømningstverrsnittet.

Trykkbegrensningsventil

~V

Trykkbegrensningsventil

10 MPa 3 Hvis strømningstverrsnittet strupes tilstrekkelig, stiger trykket så høyt at trykkbegrensningsventilen åpnes, og væsken i pumpa, eller en del av den, strømmer tilbake til tanken.

81

Trykkbegrensningsventilen begrenser trykket i systemet. Den begynner å åpne seg ved et noe lavere trykk enn det som er innstilt, og er helt åpen ved det innstilte trykket.

Det bør være trykkbegrensningsventil i alle hydrauliske systemer. Vanligvis er ventilen stengt. Trykkbegrensningsventilen må kunne slippe igjennom hele gjennomstrømningsvolumet ved åpnings-

trykket. Fabrikantens data for en trykkbegrensningsventil kan for eksempel være:

Maks. innstillingstrykk 21 MPa maks. volumstrøm 12 1/min

।

Direkte styrt trykkbegrensningsventil

4 Ventilen kan en innstille på ønsket åpningstrykk ved å endre fjæras forspenning.

3 Fjærkraften bestemmer åpningstrykket.

C O Q C

o 1 Fjæra trykker stempelet mot setet.

Tilkobling for trykket til pumpa

2 Hvis trykket er lavere enn ventilens åpningstrykk, er ventilen stengt.

5 Når ventilens åpnings­ trykk er nådd, åpner venti­ len seg, og oljen strømmer til tanken.

En direkte styrt trykkbegrensningsventil passer best for små volumstrømmer. Det er forskjell mellom åpningstrykket og stengningstrykket i ventilen. Den kommer derfor lett i svingninger. Ventilens innstillingsområde er mekanisk begrenset. Hvis innstillingsmulighetene ikke er tilstrekkelige, byttes Qæra til en med større eller mindre fjærkraft. Vær klar over at skiver under fjæra fører til risiko for mekanisk låsing.

82

Pilotstyrt trykkbegrensningsventil Når en ønsker en nøyaktig trykkregulering, spesielt når det er stor volumstrøm, brukes en pilotstyrt trykkbegrensningsventil (følg sifferanvisningene 1,2...).

2 Fjæra trykker sleiden ned og sten­ ger på denne måten kanalen til tan­ ken.

3 Når trykket stiger til ventilens innstillingsverdi, åpnes pilotventilen og begrenser på denne måten trykket i det øvre kammeret til åpningstrykket.

5 Ved at en forener denne kanalen med en dreneringsledning, kan pum­ pa avlastes gjennom trykkbegrens­ ningsventilen (side 84).

Innkommende trykk

X

Til tank 4 Når det innkommende trykket er 0,14 MPa, som tilsvarer fjærkraften, høyere enn trykket i det øvre kammeret, forsky­ ves sleiden oppover og åpner kanalen til tanken.

1 Trykket på sleidens to flater er det samme, oljen strømmer til sleidens øvre side gjennom det fine borehullet gjennom sleiden.

Utførlig tegningssymbol for en pilotstyrt trykkbegrensningsventil

83

Innstilling av en trykkbegrensningsventil

Trykkbegrensnings ventiler skal alltid innstilles ved hjelp av et manometer. Et trykk skal aldri innstilles «på følelsen». For å kunne stille inn trykket må en overbelaste systemet. I et system som på figuren oppnår en overbelastning ved å styre oljestrømmen gjen­ nom retningsventilen til ett av sylinderens kam­ re, slik at ventilens sleidestilling blir den samme etter at stempelet er kommet i endestilling. Oljen må da strømme gjennom den åpne trykk­ begrensningsventilen tilbake til tanken, da det ikke er plass til mer olje i sylinderen. Nå kan en vri stilleskruen til trykkbegrensningsventilen til manometeret viser innstillingsverdien.

Hvis manometeret ikke reagerer, må stilleskruen ikke skrus helt ned. Årsaken kan være at oljen strømmer fritt fra pumpa til tanken uten å passere trykkbegrensningsventilen. Skru ut stilleskruen til den opprinnelige stillingen og finn ut hvordan oljen strømmer ved hjelp av koblingsskjemaet. Plugg igjen strømningsveien og utfør innstillingen. Stilleskruen må absolutt ikke være helt innskrudd når du gjør dette. En helt stengt trykkbegrens­ ningsventil kan skade pumpa hvis de øvrige strømningsveiene stenges og trykket i systemet stiger.

Etter innstillingen er det grunn til å låse stilleskruen slik at innstillingen ikke forstyrres.

Ytre styring av trykkbegrensningsventiler

Elektrisk styring av trykkbegrensningsventil for avlastning

1 Når den elektrisk styrte ventilen forbinder sleidens øvre side med tanken (trykket blir 0)...

Fra pumpa

2 ... er det nok med et trykk på 0,14 MPa på sleidens underside for å overvinne fjærkraften og åpne en trykkfri kanal fra pumpa til tanken.

Når spenningen til den elektrisk styrte ventilen brytes, åpnes det en fri strømningsvei til tanken for oljen i trykkbegrensningsventilens øvre kammer. Pumpetrykket behøver bare overvinne kraften fra den lille fjæra som trykker ned sleiden, for at oljen skal ha fri strømningsvei til tanken. Når ventilen er i avlastningsleiet, strømmer en liten oljemengde gjennom det lille borehullet i sleiden gjennom den elektrisk styrte ventilen til tanken, mens hovedstrømmen går gjennom trykkbegrensnings­ ventilen direkte til tanken. Når det kommer spenning på den elektrisk styrte ventilen, stenges dreneringstilkoblingen, og trykket blir like stort på begge sider av sleiden. Dermed stenger den lille fjæra ventilen, og trykket stiger i systemet (figur Viskers). 84

Styring av en trykkbegrensningsventil med en annen trykkbegrensningsventil Pilotoljen strømmer gjennom denne kanalen.

På figuren kan fjernstyringsventilen til venstre styre hovedventilens trykkinnstilling trinnløst uten å overbelaste systemet.

fra minimumstrykk til hovedventilens innstillings­ verdi.

Hvis fjernstyringsventilens innstillingsverdi er høyere enn hovedventilens, stenges styreventilen, og pilotoljen evakueres gjennom hovedventilens pilotdel til tanken.

Trykkbegrensningsventil med avlastning (Rexroth)

Pumpetilkobling

Tanktilkobling ■

Systemtrykket virker mot hovedsleiden 1. Gjennom strupingen 2 kommer systemtrykket inn i fjærkammeret 3, og da er hovedsleiden i hydraulisk balanse. Systemtrykket virker også mot seteventilen 4. Hvis systemtrykket stiger så høyt at det overvinner fjærkraften til fjæra 5, åpnes ventilen 4. Oljen strømmer nå fra kammeret 6 gjennom seteventilen til rommet 7 og derfra til tanktilkoblingen 8. Hovedsleiden 1 er ikke lenger i hydraulisk balanse, det vil si at trykket under hovedsleiden overvinner trykket over sleiden og over fjærkraften, og kanalen fra P til T åpnes. På denne måten fungerer ventilen nå som trykkbegrensningsventil.

Når spenningen på spolen til ventil 9 brytes, åpner fjærkraften i ventil 9 strømningsvei for oljen fra kammer 6 over ventil 9 til tanktilkoblingen, som er uten trykk. Ved dette forsvinner trykket fra rom 3, og trykket på hovedsleidens undre flate behøver bare overvinne fjærkraften for å få fri strømningsvei for oljen fra P til T. Pumpa er altså avlastet. 8 Hydraulikk 1 bm.

85

Patroner for trykkbegrensningsventiler

Det fins også ferdiglagede trykkbegrensningspatroner som en kan sette inn i hydrauliske systemer ved å ta opp de kanaler og tilkoblingsåpninger som en trenger. Figuren nedenfor viser en type patroner (Mercantile) og hvorledes patronhullet skal være konstruert.

Nøkkeldimensjon 13

Nøkkeldimensjon 26

Nøkkeldimensjon 4

775

(insex)

Stilleskrue Maks. 16

X Fast inn­ stilling

Innstillingsratt

W Innstillingsratt

Boring maks. diameter 16

Konstruksjonstegning

Sterling leverer også spesialverktøy for bearbei­ ding av patronhullet

Valgfri tanktilkobling

maks. 6

2,6' 22—h -35,5

Volumstrøm Q [1/min]

Krav til trykkbegrensningsventiler Det kreves følgende egenskaper av en god trykkbegrensningsventil:

• • • • •

Ventilen må være lett å innstille. Forskjellen mellom åpnings- og stengningstrykket må være liten. Ventilen må under alle omstendigheter kunne overta hele volumstrømmen fra pumpa. Innstillingen må kunne låses. Konstruksjonen må være slik at innstillingen låser seg mekanisk og på denne måten forhindrer at systemet blir overbelastet.

86

• Ventilen må kunne kompletteres med avlastningsmulighet. • Hvis ventilen setter seg fast, må den fortsatt være åpen fra pumpa til tanken.

Typiske skader på trykkbegrensningsventiler

I indirekte styrte ventiler kan hovedsleiden sette seg fast i åpen stilling i tilfeller av overbelastning. Derved forsvinner trykket ut av systemet, fordi den tynne fjæra i hovedsleiden ikke klarer å løsgjøre sleiden. Feilen kan komme av at oljen er for skitten, eller at den er for varm.

Varm olje danner lakkaktige avleiringer på sleidens overflate, og de fyller de små klaringene. Ventilen fungerer igjen når den demonteres og reingjøres. Demontering av innstillingsdelen må om mulig skje slik at innstillingsverdien ikke forandres.

Ventilen på figuren (Vickers) kan en demontere ved å skru ut detalj 1. 2 3 4 5

87

= låsemutter = sete = pilotdel = hydraulisk balan­ sert hovedsleid

Ved service må en alltid kontrollere at seteventilen er i orden. Figuren nedenfor viser en feilfri og en slitt ventilkjegle. Er tetningsflaten slitt, må detaljen repareres eller byttes med en ny. Husk også å kontrollere seteflaten i huset.

Ny detalj

I en ventil kan det også inntreffe fjærbrudd. Trykkbegrensningsventilens innstillingsverdi har da sunket. Dette forårsaker ofte at tempera­ turen i oljen stiger, og effekten i systemet minker.

Tetningsflate

Skader av slag og vibrasjoner

Slitt detalj

Sekvensventiler Denne type ventiler brukes til å styre enheter i en viss orden. I prinsippet er den en trykkbegrensnings­ ventil som ikke leder til tank, men til en enhet som blir drevet.

Koblingsskjemaet nedenfor viser hvordan ventilen gjør det mulig å styre to sylindere slik at den ene utfører sin bevegelse først. Når den første sylinderen har nådd sin ene endestilling, stiger trykket i systemet, og oljen styres til den andre sylinderen.

88

Figurene nedenfor (Vickers) viser konstruksjonen av en sekvensventil.

p

Stengt ventil

Åpen ventil

For at oljen skal kunne gå tilbake forbi ventilen, kan den utstyres med en innebygd tilbakeslagsventil (figuren til venstre, Vickers).

Sekvensventilen brukes her som mottrykksventil eller bremseventil.

89

Mottrykksventil Hvis lasten virker i samme retning som det utførte arbeidet, er det risiko for en ukontrollert bevegelse. Dette problemet kan løses med en sekvensventil, som hindrer ukontrollert bevegelse og gjør at kraften kan senkes med ønsket hastighet (Vickers).

Når lasten løftes, strømmer oljen forbi ventilen gjennom den innebygde tilbakeslagsventilen.

Ventilens innstillingstrykk må være så høyt at systemtrykket, som er forårsaket av lasten, ikke klarer å åpne ventilen. Først når oljen fra pumpa begynner å trykke stempelet nedover, stiger trykket under stempelet så mye at det åpner ventilen, og lasten beveger seg nedover med en hastighet som bestemmes av volumstrømmen til den øvre siden av stempelet.

90

Bremseventil med hydraulisk tvangsåpning I denne ventilen utnyttes de ulike store arealene i ventilen for å bremse en hydraulisk motor. Når systemtrykket virker på ventilen, er den åpen. Ellers innstiller det seg automatisk et trykk ved b, proporsjonalt med fjærkraften, og ventilen holdes åpen, men gir et mottrykk som bremser motoren. I skjemaet vises ventilsymbolene i de stillinger ventilen har i de to tilfeller. 4 Når sleiden er i øverste stilling, er retursiden uten trykk.

1 Et avlastningstrykk virker i led­ ningen når retningsventilens sleid er i midtstillingen.

2 Bremsetrykket vir­ ker på ventilens lille areal og må overvin­ ne fjærkraften som prøver å stenge venti­ len. 3 Arbeidstrykket holder slei­ den i øverste stilling (stort areal).

Akselerasjon eller konstant hastighet

Når motoren roterer, strømmer det olje fra pumpa gjennom retningsventilen til motoren og til ventilens store areal. Trykket på trykksiden holder på denne måten ventilsleiden i øvre stilling, og oljen fra motoren kan strømme uten trykk tilbake til tanken.

Bremsing

Når en ønsker å stoppe motoren, styres ret­ ningsventilens sleid til sin midtstilling. Nå for­ svinner trykket fra ventilens store areal, og ventilen må holdes i åpen stilling med returoljen fra motoren. Da returoljen bare kan virke på ventilens lille areal, stiger trykket på retursiden og bremser motoren effektivt.

91

Trykkregulat orer Trykkregulatoren senker trykket til den verdien ventilen er innstilt på. Hvis trykket i systemet er lavere enn den innstilte verdien, passerer oljen gjennom ventilen med uforandret trykk.

Figuren nedenfor (Vickers) viser en trykkregulator med en ytre dreneringskrets.

Drenering

Systemtrykket er høyere enn ventilens inn­ stillingsverdi - redusert trykk ut ved C

Systemtrykket er lavere enn ventilens innstillingsverdi - samme trykk ut som inn

Når primærtrykket blir større enn innstillingsverdien, åpnes seteventilen. Ovenfor sleiden virker nå det trykket som er nødvendig for at seteventilen skal holdes i åpen stilling, og dessuten fjærkraften, og sammen prøver disse å trykke sleiden nedover. Under sleiden virker sekundærtrykket, som i sin tur forsøker å løfte sleiden oppover. Ventilens funksjon baserer seg på likevekt mellom disse kreftene.

Når systemets trykk er lavere enn ventilens innstillingsverdi, er seteventilen stengt. Trykket er like stort på begge sidene av sleiden, og fjæra presser sleiden nedover. På primærsiden og sekundærsiden virker et like stort trykk.

Væskestrømmen strupes i spalte 1.

Hvis trykket på sekundærsiden synker, er dette et tegn på at ventilen ikke slipper gjennom tilstrekkelig mye olje. Derfor synker også trykket under sleiden, og deretter vil det konstante trykket over sleiden, sammen med fjærkraften, trykke sleiden nedover. Derved blir spalten 1 større, og olje fra primærsiden strømmer til sekundærsiden og hindrer på den måten trykket fra å synke. Hvis trykket på sekundærsiden prøver å stige, strømmer det for mye olje gjennom ventilen. Strupingen burde derfor være kraftigere. Det stigende trykket løfter sleiden til det er oppnådd likevektsstillstand. Derved strupes strømmen gjennom spalte 1, og trykkstigning på sekundærsiden forhindres. Ventilen klarer å regulere sekundærtrykket ved hjelp av den ytre dreneringskretsen, selv om oljen er stillestående på sekundærsiden.

92

Fastspenning og forflytning av last. Eksempel på trykkstyrende ventiler.

Systemet (Vickers) er bygd opp for å utføre to arbeidsmomenter: å spenne fast arbeidsstykket (sylin­ der J) og forflytte det (sylinder K). Arbeidsstykket skal spennes fast før forflytningen, og det skal være fastspent under forflytningen. I systemet er det en sekvensventil (E), som leder strømmen først til fastspenningssylinderen, og en trykkregulator (F), som holder trykket konstant i fastspenningssylinderen mens arbeidssylinderen flytter lasten.

Trykkbegrensningsventilen D beskytter pumpa mot overbelastning.

Fastspenningssylinder

Arbeidssylinder

Når det kobles strøm til spole b i retningsventilene G og H, strømmer væsken gjennom ventilene D, E, F og G til fastspenningssylinderen J. Når arbeidsstykket er fastspent, stiger trykket i systemet og åpner sekvensventilen E, hvoretter oljen strømmer gjennom ventilene E og H til arbeidssylinderen K. Ventilen E sikrer tilstrekkelig høyt trykk til trykkregulatoren F, mens sylinderen K utfører sitt arbeidsslag.

Ved at strømmen til spole b brytes og strømmen til spole a kobles i ventil H, styres strømmen gjennom ventilene E og H til arbeidssylinderen K, som da går tilbake til minusposisjonen. Etter dette brytes strømmen til spole b i ventil G og kobles på til spole a i ventil G. Nå går væskestrømmen gjennom ventilene D, E, F og G til sylinder J, og da løsner arbeidsstykket.

93

Øvingsoppgaver 1 Hvilke oppgaver har trykkbegrensningsventilen?

2 Hvorfor bør en være forsiktig med å plassere skiver under trykkbegrensningsventilens fjær?

3 Hvorfor skal en aldri stille inn en trykkbegrensningsventil uten manometer?

4 Nevn noe typiske skader på trykkbegrensningsventiler.

5 Hvordan skal en pilotstyrt trykkbegrensningsventil demonteres hvis en vil forhindre at innstillingen endres?

6 Hvilke deler på en trykkbegrensningsventil bør en kontrollere ved service?

7 Tegn symbolet for en trykkbegrensingsventil.

Retningsventiler Retningsventilene styrer oljestrømmen i det hydrauliske systemet. De må ha god trykkfasthet og være tette. For at de skal lette styringen, må de konstrueres slik at sleiden er i hydraulisk balanse. Retningsventiler dimensjoneres for maksimalt arbeidstrykk i ulike tilkoblinger og for maksimal volumstrøm. Nedenfor har vi eksempler på symboler og betegnelser som brukes i forbindelse med ventilene (ikke standard):

P T A X

= trykk = tank og B = sylinder- og motortilkoblinger og Y = styretilkoblinger (Y kan være koblet til tank)

Hydraulisk balanse Det er hydraulisk balanse i en ventil når oljen ikke strømmer gjennom den. Når den strømmer, virker det på sleiden en kraft som øker med strømningshastigheten. På grunn av dette må ikke den maksimale volumstrømmen som er angitt av fabrikanten, overskrides.

Den hydrauliske balansen i en ventil forstyrres når oljen begynner å strømme fra trykksiden til A- eller B-kanalen. Etter Bernoullis lov (side 23) er den totale energien ved væskers strømning lik summen av trykkenergi, bevegelsesenergi og varmeenergi. Derfor synker det arbeidende (statiske) trykket når strømningshastigheten øker, og stiger når strømningshastigheten synker.

Ettersom strømningshastigheten i en ventil forandres når den åpnes, forandres også kreftene som virker på sleiden. Det medfører at sleiden ikke er i hydraulisk balanse mer. Dette fenomenet kan for eksempel gjøre det umulig å styre sleiden til midtstilling med fjærkraft hvis det ledes en for stor volumstrøm gjennom ventilen. I figuren vises en retningsventils maksimale volumstrøm og anbefalt volumstrøm ifølge fabrikantens an­ givelser.

Funksjonsområde ved p“k> 250 bar

Bruksområde ved lavere trykk

Volumstrøm Q [1/min]

Kraften øker med volumstrømmen, men fordi den fjærkraften, muskelkraften eller magnetkraften som skal styre ventilens sleid, er begrenset, kan den bare vokse til en bestemt verdi.

95

Retningsventilenes funksjoner Retningsventiler beskrives ved en kombinasjon av sifre av typen 2/2, 3/2 osv. Første siffer angir antall funksjonelle tilkoblinger og andre siffer antall stillinger. Betegnelsene leses to-toventil, tre-toventil osv.

Denne kuleventilen (Bohmer) er en typisk 2/2-ventil som kan være enten stengt eller åpen. Den brukes som avstengningsventil blant annet i forbindelse med parallellkoblede komponenter.

3/2-ventil

Ventilen passer for styring av en enkeltvirkende sylinder, men gjør det ikke mulig å stoppe den i en hvilken som helst stilling. Ventilen brukes mest som manometerventil og til fjernstyring av større ventiler.

96

313-ventil

Denne ventilen kan brukes til å styre en sylinder i en retning og stoppe den i vilkårlig stilling. Ventilen kan en lage av en 4/3-ventil (side 98) ved å plugge igjen enten A- eller B-tilkoblingen. Med det nedre symbolet i stilling ledes oljen fra pumpa til sylinderen. I nøytralstillingen (mellomsymbolet) holdes sylinderen fast, mens oljen pumpes direkte til tanken. Med det øvre symbolet i stilling sperres pumpestrømmen, og oljen ledes fra sylinderen til tanken. Forutsetningen er at sylinderen har en last som senker den.

4/2-ventil

Figuren (Vickers) viser en 4/2-ventil i snitt. Når sleiden er i høyre endeposisjon, strømmer oljen fra P til B, samtidig som returoljen strømmer fra A til T. Hvis sleiden forskyves mot venstre, strømmer oljen fra P til A og returoljen fra B til T.

Med en 4/2-ventil kan en dobbeltvirkende sylinder styres fram og tilbake, men den kan bare stoppes i endeposisjoner. 97

4/3-ventil

4/3-ventilen gjør det mulig å styre en drevet enhet både fram og tilbake og å stoppe den i ønsket stilling. Figuren (Vickers) viser en dreieventil.

_ , Dreiesleiden dreies i ventilhuset Tan ti o mg forener og stenger kanaler.

Tanktilkobling

Pumpetilkobling Trykk til A Fra B til tanken

Midtstilling Alle kanaler stengt

Trykk til B Fra A til tanken

Figuren nedenfor (John Deere) viser hvordan en sylinder styres med en 4/3-ventil. Denne ventilen er av sleidtypen. I spakens stilling 2 stenges begge tilkoblingene til sylinderen. I dette tilfellet brukes en spesiell pumpe der pumpevirkningen opphører når maksimaltrykket er oppnådd (lukket sentersystem). På grunn av det statiske trykket oppstår bare et ubetydelig energiforbruk.

98

Manuelt styrte retningsventiler Figuren (Vickers) viser en 4/2-ventil som er manuelt styrt og har fjærretur til endestillingen. Betegnelsene P, T, A og B i symbolet ved fjærendens rute viser den situasjon som rår når fjæra bestem­ mer sleidens posisjon.

Denne retningsventilen er egnet til montering på en tilkoblingsplate. Ved service på ventilen trenger en da ikke å demontere slanger og rør.

I en retningsventil har sleiden en mekanisk begrensning i endeposisjonene. I ventilen på figuren går sleiden mot endelokkene. I ventilen er det brukt et standardhus. Dette forklarer de overflødige kanalene. Når sleiden forskyves, åpnes og stenges kanalene gjennom sleidens bevegelser. Derved oppstår det ofte trykkstøt. For å oppnå en nøyaktig styring av ventilen og for å unngå trykkstøt er sleiden utstyrt med faser (skråkanter) og huset med tilsvarende uttak. Dette gjør at kanalene åpnes og stenges mykere. Når ventilen monteres på tilkoblingsplaten, må en forsikre seg om at O-ringstetningene holdes på plass, for eksempel med vaselin. Ved store ventiler trekkes skruene til på kryss og trinnvis til sluttmomentet. Ventilhuset kan ellers bli deformert og resultatet bli at sleiden setter seg fast.

99

En 4/3-ventil, manuelt styrt med spak og fjærsentrert, vises i denne figuren.

2 Når sleiden forskyves til venstre på figuren, trykker den sammen den venstre fjæra ved hjelp av skiva.

1 Styrekraften virker på sleiden.

3 Fjæra i den andre en­ den holder skiva mot ventilhuset.

4 Nar styrekraften fjer­ nes, sentrerer fjærene sleiden ved hjelp av ski­ vene.

Sentreringsskive

Hvis en ønsker låste sleidstillinger, kan ventilen utstyres med stillingsholdere (Vickers).

1 Ytre stilling 2 Midtstilling 3 Indre stilling

100

Elektrisk styrt ventil

Elektrisk styrte retningsventiler Ved manuell styring av en ventil er det mulig å påvirke trinnløst den oljemengden som strømmer gjennom ventilen. Når en anvender fjernstyring i normale retningsventiler, kan ikke sleidens bevegelser reguleres trinnløst. Slike ventiler kalles on/off-ventiler (åpen/stengt-ventiler). Elektrisk styrt ventil 1 Når det kommer spenning på spolen...

2 ... trekkes jernkjernen inn i spolen. Bevegelsen overføres via pinnen...

3 ... til sleiden, som flyt­ tes til høyre.

Elektrisk styrt ventil. Prinsippskisse.

Direkte styrt elektrisk retningsventil (nedenfor)

Ventilen er utstyrt med lamper som viser hvilken spole som har spenning.

Lamper

Ventilhus

101

Elektrisk styrte ventiler kan også styres manuelt. Når en med en skrutrekker eller en passende pinne trykker inn den tappen som går gjennom spolen, blir sleiden forskjøvet i huset. Dette kalles reservemanøver.

Direkte styring brukes vanligvis i ventiler med en maksimal gjennomløpsdiameter på 10 mm. I større ventiler brukes indirekte styring.

L

^4hxi!!ihk