PNEUMATIKA I HIDRAULIKA
Modul 5
Osnove hidraulike i dobivanje hidrauličke energije
Hidraulika razvija velike sile malim elementima jer energiju prenosi tekućinom pod visokim tlakom. Modul prati tu energiju od njezina izvora: od primjene hidraulike i svojstava radne tekućine, preko temeljnih fizikalnih zakona, do crpki, hidrauličkog agregata i akumulatora. Sve se računa na zajedničkom primjeru hidrauličke preše HP-1.
- opisati primjenu hidraulike te njezine prednosti i nedostatke u usporedbi s pneumatikom
- razlikovati vrste radnih tekućina i protumačiti viskoznost, stlačivost i razred čistoće ulja
- primijeniti Pascalov zakon, jednadžbu kontinuiteta i Bernoullijevu jednadžbu na hidrauličke sustave
- procijeniti gubitke tlaka u vodovima i odabrati promjer voda
- objasniti rad zupčastih, lamelastih i klipnih crpki te usporediti njihova svojstva
- objasniti promjenjivi radni volumen i rad regulatora crpke
- opisati sastav hidrauličkog agregata, odrediti volumen spremnika i procijeniti zagrijavanje ulja
- objasniti namjenu i vrste hidrauličkih akumulatora te izračunati njihov korisni volumen
- pravilno i sigurno pustiti hidraulički agregat i akumulator u rad
O modulu
Hidraulička preša od nekoliko stotina kilograma stisne s osamdeset kilonjutna, a bager podiže tone jednom rukom. Iza toga nije nikakva tajna, nego tekućina pod tlakom od stotinu i više bara i nekoliko jednostavnih fizikalnih zakona. Tko razumije kako se hidraulička energija dobiva, taj razumije i zašto se ulje grije, zašto crpka zavija i zašto prljavo ulje uništava strojeve.
Modul počinje primjenom hidraulike i njezinom usporedbom s pneumatikom, a zatim obrađuje radnu tekućinu: vrste ulja, viskoznost, stlačivost, zrak i vodu u ulju te razrede čistoće. Slijede temeljni fizikalni principi — Pascalov zakon i hidraulički prijenosnik sile, jednadžba kontinuiteta, Bernoullijeva jednadžba, laminarno i turbulentno strujanje, gubici tlaka i hidraulička snaga.
Drugi dio modula bavi se izvorom energije. Zupčaste i lamelaste crpke uvode pojam radnog volumena i stupnjeva djelovanja, a klipne crpke promjenjivi radni volumen i regulatore. Hidraulički agregat objedinjuje spremnik, motor, crpku, zaštitu, filtre i hlađenje, a akumulator pohranjuje ulje pod tlakom za vršnu potrošnju, držanje tlaka i sigurnost. Svaka jedinica ima računski prikaz na zajedničkom primjeru preše HP-1 (crpka 16 cm³/okr, 22,0 l/min, 160 bar, cilindar Ø80/50 mm, spremnik 63 l, akumulator 4 l). Aktivnosti za samostalno učenje oslanjaju se na te prikaze, a procjena znanja na kraju provjerava cijeli modul.
Nastavne jedinice
- Otvori
5.1
Primjena hidraulike
Hidrostatika i hidrodinamika, prednosti i nedostaci hidraulike, područja primjene, struktura sustava i usporedba s pneumatikom.
- Otvori
5.2
Radna tekućina
Zadaće i vrste hidrauličkih tekućina, viskoznost i ISO VG, stlačivost, zrak u ulju, starenje i čistoća.
- Otvori
5.3
Osnovni fizikalni principi hidraulike
Tlak, Pascalov zakon, hidraulički prijenosnik sile, kontinuitet, Bernoulli, laminarno i turbulentno strujanje, gubici tlaka i snaga.
- Otvori
5.4
Zupčaste i lamelaste crpke
Načelo volumetrijske crpke, radni volumen, zupčaste i lamelaste crpke, karakteristika Q–p, stupnjevi djelovanja, buka i izbor crpke.
- Otvori
5.5
Klipne crpke
Aksijalne, radijalne i redne klipne crpke, promjenjivi radni volumen, regulatori i usporedba s ostalim crpkama.
- Otvori
5.6
Hidraulički agregat
Sastav agregata, volumen spremnika i pregrade, toplinska ravnoteža ulja, simbol i puštanje u rad.
- Otvori
5.7
Hidraulički akumulator
Namjena i vrste akumulatora, predtlak dušika, izotermna i adijabatska promjena, korisni volumen i sigurnost.
Ključni pojmovi modula
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Hidrostatika | prijenos energije tekućinom prvenstveno tlakom, pri malim brzinama strujanja |
| Hidrodinamika | prijenos energije kinetičkom energijom tekućine (spojke, pretvarači momenta) |
| HLP | mineralno hidrauličko ulje s aditivima protiv oksidacije, korozije i trošenja |
| HFA, HFB, HFC, HFD | skupine teško zapaljivih tekućina, od vodenih emulzija do sintetičkih bezvodnih |
| Tlak p | sila po jedinici površine; 1 bar = 10⁵ Pa = 0,1 N/mm² |
| Pascalov zakon | tlak u zatvorenoj tekućini u mirovanju širi se jednako na sve strane |
| Volumetrijska crpka | crpka koja istiskuje ulje iz komora promjenjivog volumena; protok gotovo ne ovisi o tlaku |
| Radni volumen V | volumen koji crpka teorijski istisne pri jednom okretaju, u cm³/okr |
| aksijalna klipna crpka | crpka s klipovima paralelnima s osi vratila, raspoređenima po kružnici u rotirajućem bubnju |
| kosa ploča | mirujuća nagnuta ploča po kojoj kližu papuče klipova; njezin kut određuje hod klipa i radni volumen |
| hidraulički agregat | sklopna cjelina izvora hidrauličke energije: spremnik, motor, crpka, zaštita, filtri, nadzor i hlađenje |
| volumen spremnika | za stacionarne strojeve 3 do 5 puta protok crpke u minuti; uz to 10 do 15 % zračnog prostora |
| hidraulički akumulator | posuda u kojoj se ulje pohranjuje pod tlakom stlačenog plina i po potrebi vraća sustavu |
| predtlak p0 | tlak dušika u akumulatoru kad je uljni prostor prazan; za pohranu energije ≈ 0,9 · p1 |
Vježbe uz modul
Uz modul idu 2 vježbe, ukupno 4 sata. Pitanja u vježbama su bez odgovora, a rješenje se otvara gumbom Prikaži rješenje; upute za nastavnika su na dnu svake vježbe.
- Otvori
VJEŽBA V28 · 2 SATA
Proračun hidrauličkog sustava
Iz zahtjeva za prešu — sila, hod i brzina — korak po korak izračunavaju se promjer cilindra, protok i crpka, snaga pogonskog motora, spremnik i promjeri vodova. Rezultati se na kraju provjeravaju mjerenjem vremena hoda na hidrauličkoj vježbenoj ploči.
- Otvori
VJEŽBA V29 · 2 SATA
Karakteristika hidrauličke crpke
Na ispitnom krugu snima se karakteristika zupčaste crpke: protok u ovisnosti o tlaku, od gotovo neopterećenog rada do 160 bar. Iz izmjerenih vrijednosti izračunavaju se volumetrijski stupanj djelovanja, propuštanje i ukupni stupanj djelovanja agregata.