Hydrauliek
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Hydrauliek is een aandrijftechniek die gebruik maakt van vloeistof onder (hoge) druk. Het is een onderdeel van de werktuigbouwkunde.
Inhoud |
[bewerk] Types
Er zijn verschillende mogelijkheden om hydraulieksystemen in te delen; de hier gehanteerde indeling is voor discussie open:
- Simpele systemen, zoals die bijvoorbeeld op vuilniswagens worden gebruikt.
- Mobiele systemen zoals deze op graafmachines en dergelijke worden gebruikt.
- Industriële systemen die een hoog rendement en een lange levensduur vragen.
- Speciale systemen
In simpele systemen worden simpele, goedkope componenten gebruikt, zoals tandwielpompen, schottenpompen en schottenmotoren: simpele cilinders die ook niet meer te repareren zijn. Deze systemen werken meestal op lage vermogens van enkele kilowatts en worden gebruikt bij bijvoorbeeld vuilniswagens en betonmixers. De werkdruk blijft meestal onder de 120 bar en de levensduur is beperkt.
Hydraulische systemen worden het meeste toegepast in mobiele systemen als graafmachines, bulldozers en vorkheftrucks. Hier wordt hoge kwaliteit gebruikt. Werkdrukken tot 350 bar zijn geen uitzondering. Er wordt erg veel aandacht aan de rendementen besteed. Lekkages zijn uit den boze en ook geluid is een belangrijke factor. Vaak gaat het bij deze aandrijvingen over grotere series.
Industriële systemen zijn aandrijvingen bij bijvoorbeeld hoogovens, windturbines en aandrijvingen van grote lieren. Bagger- en offshore schepen bevatten ook veel met hydraulische aandrijvingen. Ook bruggen en sluizen worden vaak hydraulisch aangedreven. Het gaat hier vaak om grote vermogens. Dat betekent grote en dus dure componenten. Vaak gaat het hier om volcontinu aandrijvingen, zodat het rendement, maar ook de levensduur verwachting van de componenten erg belangrijk zijn. Als de levensduurverwachting hoog moet zijn, worden meestal werkdrukken gebruikt die niet hoger zijn dan ongeveer 250 bar.
Speciale systemen kunnen bijvoorbeeld (passieve) deiningscompensatiesystemen zijn, waar een aantal cilinders verbonden is met een hydropneumatisch mediumscheider en een gasvolume, waardoor een enorme veer wordt gecreëerd. Deze systemen worden vaak speciaal voor de toepassing ontworpen en er worden kwalitatief gezien de beste componenten ingezet.
[bewerk] Hydraulische onderdelen
Een hydraulisch systeem bestaat in principe uit:
- Generatorisch deel (de pomp, aangedreven door elektromotor of verbrandingsmotor)
- Besturing met leidingwerk
- Motorisch deel (hydraulische cilinder(s) en/of motor(en))
In het generatorisch deel wordt het aandrijfvermogen (toerental en koppel) omgezet in hydraulisch vermogen (debiet en druk). Het hydraulisch vermogen wordt in het motorisch deel van de aandrijving dan weer omgezet in kracht en snelheid (hydraulische cilinder) of toerental en koppel (hydromotor).
[bewerk] Pompen
In de hydrauliek worden uitsluitend verdringerpompen toegepast. Daarbij is het debiet (opbrengst in m3/sec) van de pompen min of meer onafhankelijk van de druk. De meeste pompen hebben een constante opbrengst, duurdere typen zijn soms zo uitgevoerd dat het slagvolume kan worden versteld.
Typen pompen:
- Schroefpompen;
- tandrad- of tandwielpomp;
- schottenpomp;
- Axiale Plunjerpomp;
- Radiale Plunjerpomp.
Schroefpompen worden in de regel gebruikt om grote hoeveelheden hydraulische olie met relatief lage druk te verpompen. Aan boord van schepen had men vaak een constant druk systeem, waarop over het hele schip componenten werden aangesloten; hiervoor werden vaak schroefpompen, die weinig geluid maken ingezet. Tandwielpompen zijn vrij goedkope hydraulische pompen, maar geven een slecht rendement en kunnen ook geen erg hoge drukken aan over een langere tijd. Schottenpompen zijn kwalitatief weer beter dan tandwielpompen en worden ook toegepast vanwege het lage geluid. Voor hogedruk kwalitatief goede hydraulische systemen worden echter meestal (al dan niet verstelbare) axiale plunjerpompen gebruikt. Radiale plunjerpompen worden meestal gebruikt voor drukken van (tot ver boven) 250 bar en voor relatief kleine opbrengsten.
[bewerk] Motoren
Men onderscheidt :
- Hydraulische cilinders (lineaire motoren)
- Hydromotoren
Hydraulische cilinders kan men op veel manieren indelen. Allereerst zijn er eentrapscilinders en meertraps (telescoop) cilinders. Er zijn enkelwerkende cilinders, die kunnen worden uitgebracht, of ingetrokken door de hydraulische vloeistof, maar de andere beweging vindt plaats door uitwendige krachten en er zijn dubbelwerkende cilinders die worden ingeschoven en uitgeschoven door de hydraulische vloeistof. Men kan de cilinders indelen in werkdrukranges, bv 0-60 bar, 0-160 bar, 0-220 bar, 0-360 bar enzovoort. Er zijn gestandaardiseerde cilinders waar koppen, bodems, zuigers etc voor een bepaalde diameter klaar liggen en waar men de buis en de stang nog moet afkorten op de gewenste slaglengte; er zijn echter ook cilinders die geheel opnieuw ontworpen worden. Bij relatief goedkope cilinders ziet men dat de bodem aan het huis gelast is en de kop meestal met een speciale simpele verbinding aan de mantel kan worden bevestigd. Bij iets duurdere cilinders is de kop geschroefd op de buis. Bij de allerduurste cilinders is er aan beide zijden van de cilinderbuis een soort flens gelast, zodat zowel bodem als kop gebout worden aan de cilinderbuis. De zuiger wordt meestal aan de stang geschroefd en dan nog eens geborgd.
Afdichtingen vind je in de zuiger. Dit kunnen zijn speciale afdichtingen voor dit doel ontworpen, of standaard pakketten. Ook tussen cilinderkop en stang vindt men een afdichtingsset.
Belangrijk voor de kwaliteit van de cilinder is ook de bescherming van de zuigerstang. Probleem met de zuigerstang is eventuele corrosie en erosie. Om dit te voorkomen wordt de zuigerstang minimaal voorzien van een chroomlaag. Indien er problemen met corrosie te verwachten zijn, voldoet een chroomlaag niet meer zo goed en gaat men over op een Nikkel laag, gevolgd door een chroomlaag. Om de kwaliteit te verbeteren kan men de laagdiktes vergroten, ook is het mogelijk om een roestvast staal als basismateriaal te nemen. Omdat vernikkelen en verchromen meestal erg belastend zijn voor het milieu zijn er de laatste 10 jaar ook andere systemen voorgesteld, soms gebaseerd op het opdampen van ceramische lagen of het oplassen van inerte materialen.
Hydromotoren worden gebruikt om een roterende aandrijving te verkrijgen. Naar het principe onderscheidt men hier ook weer:
- tandradmotor
- Schottenmotor
- Axiale Plunjermotor
- Radiale Plunjermotor
Verreweg de meeste hydromotoren hebben een constant slagvolume. Er zijn echter ook verstelbare axiale plunjermotoren, waarbij het slagvolume tot zeg maar 0 kan worden teruggebracht, waardoor de motoren in theorie een oneindig grote draaisnelheid krijgen. Bij verstelbare radiale plunjermotoren kan men een aantal plunjers uitschakelen, waardoor het slagvolume in stapjes kan worden versteld. Ook geldt hier weer dezelfde indeling als bij de pompen. De tandradmotoren en de schottenmotoren zijn relatief goedkoop en hebben een matige kwaliteit. Axiale plunjermotoren zijn kwalitatief erg goed, maar hebben het nadeel dat de toerentallen meestal te hoog zijn voor het apparaat wat moet worden aangedreven. Zo zijn er ook radiale plunjermotoren, die een erg groot slagvolume kunnen hebben en zodoende een lagere snelheid bij een hoog koppel kunnen leveren. Er zijn superhoogkoppelmotoren, waar de plunjers per omwenteling meerdere bewegingen maken en men slagvolumes van zeg 20 liter kan bereiken.
[bewerk] Kleppen, ventielen en schuiven
Tussen de pompen en de motoren (lineair en roterend) worden stuur- en regelelementen gebruikt om het hydraulisch systeem te regelen. Kleppen noemt men in het algemeen die componenten die in hun oorspronkelijke vorm een klep op een zitting hebben (terugslagkleppen, veiligheidskleppen, reduceerkleppen, balanceerkleppen etc). Richtingschuiven/ventielen noemt men die componenten die zorgen voor het sturen en regelen van vloeistofstromen. De laatste componenten zijn vaak elektrisch bediend, soms aan/uit, soms regelbaar. "Stroomregelkleppen" zijn wat dat betreft eigenlijk geen kleppen, maar zijn al dan niet drukgecompenseerde smoringen.
[bewerk] Voordelen
- Hydraulische installaties hebben een hogere energiedichtheid dan elektrische machines (met kleinere machines kan een groter vermogen geleverd worden);
- Grote flexibiliteit in plaatsing van de motoren ten opzichte van de pompen;
- De machine kan eventueel onbelast aanlopen.
Nadelen zijn evenwel het slechte rendement (vergeleken met een elektrische aandrijving), het vaak erg doordringend geluid en de lekproblemen.
[bewerk] Toepassingen
Hydraulische systemen worden vooral toegepast daar waar grote krachten nodig zijn, met een relatief lage snelheid. Voorbeelden van toepassingen van hydraulische systemen zijn:
- Aandrijving van persen;
- Aandrijvingen en regelingen van walsen bij bijvoorbeeld Hoogovens.
- Aandrijven van mobiele werktuigen als graafmachines, grijpers, vuilniswagens etc.
- Regelen van diverse systemen, zoals turbineregelingen.
- Aandrijving van gereedschapswerktuigen.
- Aandrijvingen aan boord van bagger- en offshore vaartuigen.
