Hidraulički razvodnici

Zadaća i označavanje hidrauličkih razvodnika

Razvodnik (razvodni ventil) je upravljački element koji otvara, zatvara i mijenja smjer protoka ulja. Njime se pokreće, zaustavlja i okreće smjer gibanja cilindra ili motora. Razvodnik ne određuje ni tlak ni brzinu — to rade tlačni i protočni ventili — ali svojom izvedbom bitno utječe na to kako se sustav ponaša u mirovanju, pri pokretanju i pri zaustavljanju.

Oznaka razvodnika sastoji se od dva broja: broj priključaka / broj položaja. Razvodnik 4/3 ima četiri radna priključka i tri uklopna položaja. Hidraulički priključci označavaju se slovima:

• P — tlačni priključak, dovod ulja od crpke;
• T — povratni priključak prema spremniku;
• A, B — radni priključci prema izvršnom elementu (A najčešće prema strani klipa);
• X, Y — upravljački priključci kod predupravljanih razvodnika (X dovod upravljačkog ulja, Y odvod);
• L — drenaža (odvod propuštenog ulja).

U simbolu po ISO 1219 svaki uklopni položaj je jedan kvadrat. Strelice u kvadratu pokazuju put ulja, znak ⊥ zatvoren priključak. Vodovi se crtaju spojeni na kvadrat koji odgovara osnovnom položaju (kod razvodnika 4/3 to je srednji, kod 4/2 onaj u koji ga vraća opruga). Aktiviranje se crta s bočnih strana: opruga, elektromagnet, poluga, valjak ili upravljački tlak.

Hidraulički razvodnici razlikuju se od pneumatskih po tome što povrat ulja uvijek ide vodom u spremnik (nema ispuha u okolinu), što rade s tlakovima do 315–350 bar i više i što su osjetljiviji na čistoću — zazor između kliznika i kućišta iznosi svega nekoliko mikrometara.

Izvedbe: klipni (s kliznikom) i sjedišni razvodnici

Klipni razvodnik (s kliznikom) ima u kućištu provrt s prstenastim kanalima za priključke P, T, A i B. U provrtu klizi kliznik s upustima i prstenastim naslonima (kontrolnim rubovima) koji, ovisno o položaju, spajaju ili odvajaju kanale. Brtvljenje je ostvareno samo uskim zazorom metal–metal, bez elastičnih brtava. Prednosti: jednostavna izvedba mnogih funkcija (4/2, 4/3 s raznim srednjim položajima), mala sila aktiviranja jer je kliznik tlačno rasterećen, veliki protoci. Nedostatak je unutarnje propuštanje: kroz zazor stalno curi malo ulja iz P u T i iz A i B u T. Cilindar koji teret drži zatvorenim klipnim razvodnikom zato polako „tone".

Sjedišni razvodnik zatvara kuglicom, stošcem ili pločicom koja naliježe na sjedište. U zatvorenom položaju je praktički bez propuštanja, podnosi prljavije ulje i vrlo visoke tlakove (npr. do 400–630 bar), ali je sila aktiviranja veća jer tlak djeluje na zatvarač. Izvode se uglavnom kao 2/2, 3/2 i jednostavni 4/2 razvodnici, često kao ugradni ventili (patrone) u blokovima. Koriste se gdje teret mora mirovati bez puzanja: stezne naprave, dizala, preše s držanjem tlaka, sigurnosni krugovi.

Razvodnici 4/2 i 4/3 i srednji položaji

Razvodnik 4/2 ima dva položaja: u jednom spaja P→A i B→T (klipnjača izlazi), u drugom P→B i A→T (klipnjača ulazi). Cilindar se ne može zaustaviti u međupoložaju, pa se 4/2 koristi gdje je dovoljno „naprijed–natrag": stezne naprave, izbacivači, jednostavne preše. Ako je razvodnik monostabilan (s oprugom), nestanak signala uvijek vraća cilindar u isti položaj.

Razvodnik 4/3 ima i treći, srednji položaj u koji ga vraćaju opruge kad aktiviranje prestane. O izboru srednjeg položaja ovisi što se u mirovanju događa s cilindrom i crpkom (slika 6.3.1):

Za prešu HP-1 s jednim cilindrom i zupčastom crpkom stalnog protoka povoljan je optočni srednji položaj: dok preša miruje, crpka tjera 22,0 l/min u spremnik pri tlaku od nekoliko bar, umjesto da ih pri 160 bar pretvara u toplinu na sigurnosnom ventilu (vidi jedinicu 6.4). Cilindar je pri tome zaključan, a ako žig mora satima mirovati u gornjem položaju, dodaje se deblokirajući nepovratni ventil (jedinica 6.6).

Preklapanje kliznika

Pri prebacivanju iz jednog položaja u drugi kliznik prolazi kroz niz međupoložaja. Kako se razvodnik ponaša u tom kratkom prijelazu, određuje preklapanje — odnos širine kontrolnog naslona kliznika i širine kanala u kućištu (slika 6.3.2).

• Pozitivno preklapanje — naslon je širi od kanala; pri prebacivanju se jedan put zatvori prije nego što se drugi otvori. U prijelazu su svi priključci na trenutak zatvoreni, pa teret ostaje zaključan, ali mogu nastati tlačni udari. Ima i „mrtvi hod": kliznik se mora pomaknuti za iznos preklapanja prije nego što ulje poteče.
• Negativno preklapanje — naslon je uži od kanala; drugi put se otvori prije nego što se prvi zatvori. Prijelaz je mekan, bez udara, ali tlak u trenutku prebacivanja kratko padne i teret se može malo spustiti.
• Nulto preklapanje — naslon je jednak kanalu; najmanji pomak kliznika odmah otvara protok. Potrebno je za servo-razvodnike i proporcionalne razvodnike u regulacijskim krugovima, gdje mrtva zona ili propuštanje u nuli pogoršavaju točnost (jedinice 7.3 i 7.4). Izrada je skupa jer se zazori mjere u mikrometrima.

Preklapanje se može razlikovati i za pojedine kontrolne rubove istog kliznika (npr. P→A pozitivno, A→T negativno). U katalozima se to vidi iz simbola prijelaznog položaja, koji se crta iscrtkano između glavnih kvadrata.

Aktiviranje i centriranje

Kliznik se pomiče na jedan od sljedećih načina:

• ručno — polugom; kod mobilnih strojeva i pomoćnih uređaja, često s oprugom za vraćanje ili sa zapornim uređajem (detent) koji drži izabrani položaj;
• mehanički — valjkom ili ticalom preko kojega prelazi dio stroja;
• hidraulički — upravljačkim tlakom na čelnu površinu kliznika (priključci X, Y);
• elektromagnetski — istosmjernim (npr. 24 V DC) ili izmjeničnim magnetom; danas najčešće „mokri" magneti čija je kotva u ulju, bez dinamičkih brtava; magnet obično ima ručno pomoćno aktiviranje (gumbić) za podešavanje i ispitivanje;
• elektrohidraulički (predupravljano) — mali elektromagnetski razvodnik NG6 upravlja tlakom koji pomiče veliki glavni kliznik; nužno za veće nazivne veličine (NG16 i veće), jer sila magneta ne bi mogla svladati sile strujanja na velikom klizniku.

Osnovni položaj osigurava centriranje oprugama (razvodnik 4/3 se nakon prestanka signala vraća u sredinu) ili povratna opruga (monostabilni 4/2). Bistabilni razvodnik bez opruge (sa zapornim uređajem) zadržava zadnji položaj i nakon nestanka signala. Pri izboru se polazi od sigurnosti: što se mora dogoditi s cilindrom kad nestane napona ili upravljačkog tlaka? Kod preše HP-1 nestanak signala mora zaustaviti žig, pa je razvodnik 4/3 s oprugama centriran u optočni srednji položaj.

Nazivna veličina i montažne ploče

Industrijski razvodnici najčešće se ne ugrađuju u cijevni vod navojnim priključcima, nego se vijcima pričvršćuju na montažnu ploču ili upravljački blok. Raspored priključaka i provrta za vijke na priključnoj plohi normiran je (ISO 4401, u praksi i oznake CETOP), pa se razvodnici različitih proizvođača iste nazivne veličine mogu međusobno zamijeniti. Nazivna veličina NG (njem. Nenngröße) okvirno odgovara promjeru priključnih kanala u milimetrima.

Protoci u tablici su okvirni: stvarna granica ovisi o izvedbi kliznika i o tome koliki se pad tlaka dopušta, a za svaki kliznik daje je katalog u obliku dijagrama Δp–Q. Prednosti montaže na ploče su kratki putovi ulja, malo priključaka koji mogu curiti i brza zamjena razvodnika bez odspajanja cijevi. Između razvodnika i ploče mogu se slagati moduli (sendvič-ventili) iste priključne plohe: nepovratni, prigušno-nepovratni, tlačni ventili. Tako nastaje kompaktan stup ventila za jedan izvršni element.

Za prešu HP-1 dovoljan je razvodnik NG6: najveći protok kroz razvodnik je 36,1 l/min (povrat iz strane klipa pri uvlačenju), a to je u području NG6. Odabir samo prema protoku crpke (22,0 l/min) bio bi pogrešan — mjerodavan je najveći protok kroz bilo koji put razvodnika.

Pad tlaka kroz razvodnik

Ulje koje prolazi kroz kanale i otvore razvodnika gubi tlak zbog trenja i promjena smjera i presjeka strujanja. Za turbulentno strujanje kroz otvore pad tlaka raste približno s kvadratom protoka:

Δp = Δp_n · (Q / Q_n)²

gdje su Q_n i Δp_n par vrijednosti očitan iz kataloškog dijagrama za određeni put (P→A, B→T, …). Uzmimo za razvodnik NG6 da je pri Q_n = 30 l/min pad tlaka po putu Δp_n = 6 bar. Tada je pri protoku crpke HP-1 od 22,0 l/min pad tlaka na putu P→A 6 · (22 / 30)² = 3,2 bar. Isti razvodnik pri uvlačenju na putu A→T propušta 36,1 l/min i tu je pad tlaka 8,7 bar — gotovo tri puta veći, iako je razlika protoka „samo" 64 %.

Pad tlaka ima dvije posljedice. Prva je gubitak sile ili momenta: tlak koji ostane na razvodniku ne stiže do cilindra, a protutlak u povratu djeluje protiv gibanja (kod HP-1 pri izvlačenju 1,2 bar na prstenastoj površini 30,63 cm² daje oko 370 N suprotne sile). Druga je gubitak snage P = Δp · Q, koji se u potpunosti pretvara u toplinu ulja. Zato se razvodnik bira tako da pri najvećem protoku pad tlaka po putu ostane u razumnim granicama (preporuka iz prakse: nekoliko bar, npr. do 5–10 bar).

Računski prikaz: pad tlaka i gubitak snage u razvodniku

Unesite kataloški par vrijednosti (Q_n, Δp_n), protok crpke i omjer površina cilindra te izaberite smjer gibanja. Računski prikaz određuje pad tlaka na dovodnom i povratnom putu, povratni protok i ukupni gubitak snage u razvodniku.

Δp = Δp_n · (Q / Q_n)²    Q_povrat = Q / φ (izvlačenje) ili Q · φ (uvlačenje)    P_g = Δp₁ · Q + Δp₂ · Q_povrat

Za zadane vrijednosti (Q_n = 30 l/min, Δp_n = 6 bar, 22,0 l/min, φ = 1,64) pri izvlačenju dobiva se pad tlaka 3,2 bar na putu P→A i 1,2 bar na putu B→T, a gubitak snage oko 145 W. Pri uvlačenju povratni protok naraste na 36,1 l/min, pad tlaka na putu A→T na 8,7 bar, a gubitak snage na oko 640 W. Zaključak: kod diferencijalnog cilindra razvodnik se provjerava na povratni protok strane klipa, a ne na protok crpke.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V31 Hidrauličko upravljanje jednoradnim cilindrom · 2 sata
• V32 Upravljanje dvoradnim cilindrom razvodnikom 4/2 · 2 sata
• V33 Deblokirajući nepovratni ventil i razvodnik 4/3 · 2 sata