...
Yleisin toimilaite on hydraulisylinteri, joka tuottaa lineaariliikkeen (suoraviivaista liikettä). Pyörivä liike toteutetaan hydraulimoottorin avulla. Näiden lisäksi on erikoisempia toimilaitteita, jotka kuitenkin useimmiten perustuvat hydraulisylinteriin tai --moottoriin.
11.1 HYDRAULISYLINTERIT
...
- yksitoimisia (tuottavat liikettä ja voimaa vain toiseen suuntaa)
- kKuva 11.1
aksitoimisia Kaksitoimisia (voima ja liike molempiin suuntiin)
Yksitoimisiin sylintereihin tulee vain yksi putki ja vastaavasti kaksitoimisiin kaksi. Kuvassa 11.1 on esitelty yleisempiä hydraulisylinterityyppejä ja niiden kaaviomerkkejä.
Kuva 11.1
Sylinterin liitäntään (A tai B) tuotu tilavuusvirta saa aikaan männän liikkeen. A-liitäntään tuotu tilavuusvirta työntää mäntää ulospäin ja B-liitäntään tuotu työntää mäntää sisäänpäin. Kaksitoimisessa sylinterissä paluuvirtaus menee vastakkaista liityntää pitkin takaisin tankkiin. Yksitoimisen sylinterin palauttaa ulkoinen voima ja tilavuusvirta palaa samaa putkea pitkin kuin se tulikin.
Nesteen paine vaikuttaa männän pinta-alaan ja yhdessä ne synnyttävät voiman F=pApA. Tässä on kuitenkin huomattava, että syntyvä paine riippuu mäntään kohdistuvasta voimasta eli paineen ja pinta-alan synnyttämä voima on tasapainossa (yhtä suuri) kuormituksen kanssa. Kuvassa 11.2 näkyy lisää sylinterityyppejä
Kuva 11.2
11.1.1 Rakenne
Rakenteellisesti sylintereitä on monenlaisia. Kuvassa 11.3 on kuva tyypillisestä kaksitoimisesta sylinteristä.
...
6. Männän tiiviste (tiivistää kammiot)
7
Kuva 11.3
. Liukurenkaat (ohjaavat mäntää ja ottavat vastaan sivuttaisvoimia)
Sylinterin männän puoleinen pinta-ala A 1 ja männänvarren puoleinen pinta-ala A2 (männänvarren verran pienempi) lasketaan:
jossa d1 on sylinterin halkaisija (r1=d1/2)Männänvarren puoleinen pinta-ala A2on männänvarren verran pienempi:
Kuva 11.3
Sylinterin liikkuessa nopeasti, voisi männän törmääminen päätyyn aiheuttaa vaurioita. Karkeasti arvioiden männän nopeuden ollessa suurempi kuin 0,1 m/s tarvitaan päätyvaimennus. Tarkemmin vaimennuskykyä ja tarvetta suhteessa liike-energiaan ja sylinterin nopeuteen voi tarkastella sylinterivalmistajan diagrammien avulla. Tällaisesta on esimerkki kuvassa 11.4.
Sylinterikoko ilmoitetaan usein seuraavasti 50x22Φ50x22-300. Tässä 50 tarkoittaa sylinterin halkaisijaa, 22 männänvarren halkaisijaa ja 300 iskun pituutta. Sylinterien mitat ovat standardoitu. Yleisiä sylinterin halkaisijoita ovat 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 140, 160, 200, 250 ja 300 mm. Eurooppalaisen ISO-standardin mukaiset sylinterit ovat kaikilta ominaisuuksiltaan niin standardoituja, että sylinteri on korvattavissa toisen valmistajan sylinterillä ilman rakennemittojen muutoksia. Etenkin liikkuvan kaluston keskuudessa konevalmistajat käyttävät itse valmistettuja tai alihankkijoita ostettuja sylintereitä, joissa standardointi ei ole näin pitkällä.
...
Päätyvaimennuksen avulla aiheutetaan vastusta sylinteristä poistuvalle virtaukselle. Poistopuolen kammiossa syntyy vastapainetta, jonka aiheuttama voima alkaa hidastaa sylinterin liikettä.Päätyvaimennus voi olla säädettävä, kuten kuvassa 11.4.
Kuva 11.4
Tällöin se voidaan säätää käyttöönoton yhteydessä sopivaksi. Nopeuden muuttumiseen voidaan vaikuttaa monin keinoin. Kuvassa 11.5 nopeuden pieneneminen on hitaampaa kuin ylemmässä, sillä poistumisreikiä sulkeutuu yhä lisää männän lähestyessä päätyasentoa.
Kuva 11.5
Sylinterin pinta-aloja mitoitettaessa ja käyttöpaineita valittaessa tulisi huomioida seuraavat asiat:
...
Nurjahduskestävyyttä tarkastellaan kuvassa 11.8 olevan diagrammin avulla. Sylinteri kestää, jos pysytään ko. tyypille piirrettyjen rajojen alapuolella ja oikealla puolella.
S
Kuva 11.7 6
Kuva 11.6 7
ylinterin Sylinterin nurjahtamista voi tarkastella myös Eulerin nurjahdustapausten mukaisesti. Männänvarren taipuman pitää pysyä tällöin elastisella alueella, eli syntyvä jännitys ei saa synnyttää plastista muodonmuutosta. Sallittu puristusvoima voidaan laskea yhtälöllä:
E= kimmokerroin (N/m2)
I= poikkipinnan jäyhyysmomentti (m4)
...
n= varmuuskerroin (teollisuudessa 3...5 ja liikkuvassa kalustossa 2...4
Kuva 11.8
Redusoitu pituus on kiinnitys-pisteiden välinen etäisyys kerrottuna kuvan 11.7 korjauskertoimella.
...
Sylinterin mitoittaminen voimantarpeen perusteella perustuu yhtälöön: F=pA
Työntövoimaa tarkasteltaessa pinta-alana käytetään männän puolen pinta-alaa A1 ja vetoliikkeellä varrenpuoleista pinta-alaa A2. Mitoitustilanne voidaan useimmiten pelkistää staattiseksi tilanteeksi, jolloin sylinterin kuvitellaan pysyvän paikallaan. Sylinterin liikkuessa painepuolelle ei saada täyttä painetta virtauksen painehäviöistä johtuen ja lisäksi paluupuolelle syntyy vastapainetta niinikään virtausvastusten johdosta. Niinpä kuormittavan voiman kasvaessa mäntä lopulta pysähtyy ja tällöin se on saavuttanut suurimman voimansa. Niinpä maksimivoimaan perustuva mitoitus voidaan ajatella staattiseksi tilanteeksi.
...
Kun huomioidaan sylinterin kitka, mitoitusyhtälö on:
Työntöliikkeellä
Vetoliikkeellä
Kitkan suuruutta voidaan arvioida taulukon 11.9 avulla hyötysuhteena ηm, joka riippuu vallitsevasta paineesta.
Kuva 11.9
Mikäli mitoitusta käsitellään dynaamisena tapauksena, kuten mm servojärjestelmissä tehdään, tulee huomioida kuorman lisäksi virtauksen painehäviö sekä kiihdytyksen voiman tarve. Nyrkkisääntönä pidetään, että tällaisissa tapauksissa paineesta 1/3 varataan tilavuusvirran aikaansaamiseen (liikenopeus), 1/3 kuormalle ja 1/3 kiihtyvyydelle.
...
Hydraulimoottori mitoitetaan tarvittavan vääntömomentin mukaan.
jossa
M= tarvittu vääntömomentti
Vk= moottorin kierrostilavuus
Dp Δp = paine-ero moottorin yli
hηmh= hydromekaaninen hyötysuhde
Tilavuusvirran tarve on:
jossa
n = vaadittu pyörimisnopeus
hηv= volumetrinen hyötysuhde
11.2.2 Erilaisia moottoreita
Rakenteellisesti pumput ja moottorit muistuttavat toisiaan. Jotkut voivat toimia sekä pumppuina, että moottoreina. Tämän johdosta tässä esitellään vain joitakin
moottoreita, joita ei pumppujen yhteydessä esiintynyt.
Kuva 11.2.1
Kuvan 11.2.1 mukaista moottoria kutsutaan radiaalimäntämoottoriksi sekä myös nokkkarengasmoottoriksinokkarengasmoottoriksi. Se voidaan rakenteellisesti tehdä pyörän navaksi, joten sitä kutsutaan myös napamoottoriksi. Kuvan 11.2.1 mukaisesti siihen voidaan sijoittaa jarru sekä muuttaa kierrostilavuutta keventämällä osa tai kaikki männät (kotelopainetta kasvattamalla männät sisään). Napamoottorien käyttö on yleistä työkonesovellutuksissa hydrostaattisessa ajovoimansiirrossa, koska pyörimisnopeuden ei tarvitse olla kovin suuri.
...