GÉPIPARI AUTOMATIZÁLÁS II. 5. előadás HIDRAULIKA

SZELEPEK A hidraulikus berendezésekben a szivattyú és a fogyasztó között az energiaátvitel csővezetékekben történik. Ahhoz, hogy a fogyasztó a megfelelő értékeket (erő, forgatónyomaték, fordulatszám, forgásirány) létre tudja hozni, és a berendezésekben ezek tartósan fennmaradjanak az üzemi feltételek mellett, a csővezetékekbe energiavezérlő elemeket, szelepeket kell beépíteni. A szelepek a hidraulikus rendszerben ellenállást hoznak létre, azaz áramlási veszteséget okoznak.

Szelepek csoportosítása Feladatuk alapján: Nyomásirányító szelepek Útszelepek Zárószelepek Áramirányító szelepek Építési mód alapján: Ülékes Tolattyús A szelepek feladata alapján megkülönböztetünk:

Ülékes szelepek Golyó, kúp vagy tányér alakú zárótestet egy rúgó szorít az ülékre Valamilyen működtető erő hatására a zárótest elmozdul, a rugó összenyomódik és a szelep nyit vagy zár Előnye: az ilyen szelepek jól zárnak, a munkanyomás segíti a tömítettséget, szennyeződés érzéketlen Hátránya: nagyobb működtető erő, maximum 3 út nyitható ill. zárható

Tolattyús szelepek A ház furatában egy axiálisan mozgatható tolattyú helyezkedik el. A házba a vezérelni kívánt utak számának megfelelően gyűrűcsatornát esztergálnak, melyek koncentrikusan, vagy excentrikusan helyezkednek el egy furat körül, ezáltal a házban a vezérlődugattyú éleivel együtt működő úgynevezett vezérlőélek alakulnak ki. Előnye: A tolattyú eltolásakor csak folyadéksúrlódás lép fel, kisebb a működtető erő. Hátránya:A tolattyút illesztési játékkal kell beépíteni, aminek következménye az állandó résolajáram, szennyeződésérzékeny

Tolattyú túlfedések A tolattyús szelepek átváltási viselkedését a tolattyú túlfedése határozza meg. Megkülönböztetünk: Pozitív túlfedést, ahol a tolattyú vezérlő élének szélessége nagyobb, mint a vezérelt csatornáé Negatív túlfedést, ahol a tolattyú vezérlő élének szélessége kisebb, mint a vezérelt csatornáé Nulla túlfedést, ahol a tolattyú vezérlő élének szélessége megegyezik a vezérelt csatornáéval A tolattyúk vezérlőéle hogyan helyezkedik el a csatornák éléhez képest.

Tolattyú túlfedések Pozítiv túlfedés: Negatív túlfedés: Átváltáskor rövid ideig az összes csatlakozás egymástól el van választva A nyomás nem omlik össze A keletkezett nyomáscsúcsok miatt átváltási ütések keletkeznek, kemény átváltás Negatív túlfedés: Átváltáskor rövid ideig az összes csatlakozás egymással össze van kötve A nyomás rövid ideig leesik (a teher süllyedhet) Lágy átváltás Nulla túlfedés: Él az élen Gyors átváltás rövid kapcsolási utak Többállású szelepeknél egy szelepen belül a túlfedések különbözőek lehetnek. Ezáltal a túlfedéseket a kívánt követelményekhez illesztik.

Csatlakozások jelölései Kapcsolási rajzokon valamint az elemeken a csatlakozásokat egymástól meg kell különböztetnünk. A csatlakozások jelölésére a P,T,A,B,L betűket használjuk. P: nyomóág T: Tartályág A, B: Munkavezetékek L: Résolaj elvezetés A szelepeknek különböző működési helyzetei vannak. Azoknál a csatlakozásoknál amelyek adott helyzetben egymással összevannak kötve a betűjelek között kötőjellel jelöljük, a zárt állapot esetén a betűket vesszővel választjuk el egymástól. pl: P-A,T  azt jelenti P és A egymással össze van nyitva T le van zátva

NYOMÁSIRÁNYÍTÓ SZELEPEK A nyomásirányító szelepek feladata, hogy a hidraulikus berendezésekben vagy annak egy részében a nyomást egy előre meghatározott módon befolyásolják Funkciójuk szerint lehetnek: Nyomáshatároló szelep Nyomáscsökkentő szelep Nyomáskülönbség állandósító szelep

Nyomáshatároló a rendszer maximális nyomását korlátozza ülékes vagy tolattyús felépítésűek nyugalmi helyzetben zárt állapotú, egy nyomórugó egy tömítő elemet a bemeneti csatlakozóhoz nyom, vagy egy tolattyút tol a tartálycsatlakozó nyílásához

Nyomáshatároló A bemeneti nyomás (p) a szelep mozgó elemének felületére hat és létre hozza az F = p * A erőt. A rugóerőt állítani lehet. Ha nő az erő a rugóerő ellenében, amelyet a bemeneti nyomás hoz létre, akkor a szelep nyitni kezd. Ekkor az átáramló folyadékmennyiség egy része a tartályba folyik. Ha a bemenő nyomás tovább nő, akkor a szelep oly mértékig nyit, hogy a szivattyú teljes szállítási mennyisége a tartályba folyik.

Nyomáshatároló Nyomáshatároló szelepeket alkalmaznak elsősorban: Biztonsági szelepként Követő szelepként Ezenkívül alkalmazzák: Ellentartó szelepként Fékező szelepként Nyomáslekapcsoló szelepként Előfeszítő szelepként Biztonsági szelep: a szivattyú vagy a rendszer maximális nyomására állítják be. Csak vész esetén nyit  túlterheléstől véd. A szivattyúval egybeépítve -->Hidraulikus tápegység Követő szelep: A beállított nyomás túllépésekor további felhasználókat kapcsolnak rá és hoznak ez által működésbe.

Hidraulikus tápegység Szűrő Szivattyú Meghajtó motor Nyomáshatároló Nyomásmérő óra Szintjelző Tartály

Nyomáscsökkentő A bemenő nyomást redukálja egy előre megadott kimeneti nyomásra. Akkor alkalmazzák ha egy berendezésben különböző nyomások szükségesek Nyugalmi helyzetben a szelep nyitva van.

Nyomáscsökkentő 2 utas Az A –nál uralkodó kimeneti nyomás a vezérlőágon keresztül a tolattyú felületére hat, és ott F=p*A erő ébred amit a beállított rugóerő kiegyenlít. Amikor az A kimeneten a nyomás megnő az F erő nagyobb lesz mint a rugóerő a tolattyú elmozdul a szelep zárni kezd, addig míg az erőegyensúly be nem áll Ekkor az átáramlási keresztmetszet csökken, ez nyomáscsökkenést okoz. Az A kimeneten a nyomás további növekedése a szelep teljes elzárásához vezethet.  A kimeneti nyomás a beállított érték fölé emelkedik.

Nyomáscsökkentő 2 utas A kimeneti nyomás beállított érték fölé emelkedését megakadályozhatjuk egy a kimenethez beépítetett nyomáshatárolóval

Nyomáscsökkentő 3 utas Nyomásnövekedés megakadályozható a 3 utas nyomáscsökkentő szelep alkalmazásával Működése P-ből A-ba való átömléskor azonos a 2 utassal Ha az A kimeneten a nyomás a beállított érték fölé emelkedik az továbbnyomja a tolattyút és A-ból T felé nyit.

Nyomáskülönbség állandósító A hidraulikus rendszer két pontja (P és A) között tart fenn állandó nyomáskülönbséget függetlenül a térfogatáram változásától és a pontokon mért nyomások értékétől. Alkalmazása: főleg más irányító elemek szerkezeti részeként

ÚTSZELEPEK Olyan hidraulikus elemek, amelyek a hidraulikus berendezésben a folyadék útját megváltoztatják, nyitják vagy zárják. Így vezérelhető a munkavégző elem mozgásiránya és megállítása.

Útszelepek ábrázolása Minden egyes helyzet egy – egy négyzetben van ábrázolva. Az irányok, az átfolyási utak jelölése nyíllal történik. A zárt csatlakozások jelölése keresztirányú vonalkával. A résolaj csatlakozások ábrázolása szaggatott vonallal, és jelölésük is különbözik a vezérlő csatlakozásokétól. (L). Az útváltók megjelölése a munkaági csatlakozó nyílások száma (a vezérlő csatlakozásokat nem számítva) és a működési helyzetek száma szerint történik: Csatlakozások száma/működési helyzetek száma Pl.: 4/2 –es útszelep: A szelepnek 4 munkaági csatlakozása és 2 működési helyzete van

Útszelepek ábrázolása

Útszelepek típusai A csatlakozások és működési helyzetek száma alapján: 2/2–es útszelep 3/2–es útszelep 4/2–es útszelep 5/2–es útszelep 4/3–as útszelep

Útszelepek típusai

Útszelepek típusai

2/2-es útszelep A 2/2-es útszelepnek egy munkacsatlakozója (A) és egy nyomóági (P) csatlakozója van. A térfogatáramot az áramlási út zárásával, vagy nyitásával lehet vezérelni. Az ábrázolt szelepeknek a következő működési helyzetei vannak: alaphelyzet: P az A felé zárt működtetett helyzet: átfolyás P-től A felé Alkalmazási lehetőségek: Egyszeres működésű munkahenger vezérlése Motor vezérlése egy irányban Egyéb szelepek kiiktatása illetve visszakapcsolása

3/2-es útszelep A 3/2-es útszelepnek egy munkacsatlakozója (A), egy nyomóági csatlakozója (P) és egy tartálycsatlakozója (T) van. A szelep a térfogatáramot a következő módon vezérli: nyugalmi helyzet: P zárt és A a T felé nyitva; működtetett helyzet: T felé az átfolyás zárt, átfolyás P – től A felé. Alkamazása: egyszeres működésű munkahenger vezérlése megkerülő ág létrehozása

4/2-es útszelep A 4/2 – es útszelepeknek két munkacsatlakozója (A, B), egy nyomóági (P) és egy tartálycsatlakozója (T) van: Működése: nyugalmi helyzet: P-től B felé és A–tól T felé nyitott; működtetett helyzet: P-től A felé és B-től T felé nyitott. Alkalmazása: Kettősműködésű munkahenger vezérlése Bal és jobb forgásirányú motorok vezérlése Két hidraulikus kör vezérlése

Útszelepek közbenső helyzete A szelepek kiválasztásánál jelentősége van az úgynevezett közbenső helyzetnek. A közbenső helyzet nem tényleges működési helyzet, ezért ábrázolása szaggatott vonallal történik. A szelep a közbenső helyzet alapján lehet: pozitív átkapcsolási túlfedéses negatív átkapcsolási túlfedéses A közbenső helyzet ábrázolása csak részletes jelkép használata esetén szükséges. 4/2-es szelep pozitív átkapcsolási túlfedéssel 4/2-es szelep negatív átkapcsolási túlfedéssel

Egyéb útszelepek alkalmzása két munkacsatlakozója (A, B), egy nyomóági (P) és két tartálycsatlakozója (T, R) van Alkalmazása: 4/2-es szelep helyett 4/3 szelep: Ugyanazok a csatlakozóágai mint a 4/2-es szelepnek csak itt van egy harmadik működési helyzet( lásd jelképi jelöléseknél) Alkalmazása: kettősműködésű munkahengerek és motorok vezérlésére

ZÁRÓSZELEPEK A zárószelepek a folyadék átfolyását az egyik irányban lezárják a másik irányban pedig szabad áramlást biztosítanak. A lezárásnak résolajmentesnek kell lennie, ezért ezek a szelepek kizárólag ülékes kivitelben készülnek. Megkülönböztetünk: Visszacsapó szelepeket (rugós vagy rugó nélküli) Vezérelt visszacsapó szelepeket Váltószelepek

Zárószelepek típusai

Rugó terhelésű visszacsapó szelep A zárókúpra a (p1) nyomás hat, ez a kúpot felemeli az ülékről, az átfolyás szabad lesz, Ha a szelep nem rugóterhelésű akkor csak a p2 ellennyomást kell győzni. Ha a szelep rugóterhelésű, a p2 ellennyomás mellett a rugóerő is hat a zárókúpra, Az átfolyás akkor jön létre, ha a p1 nyomás nagyobb, mint a p2 + a rugóerőből származó nyomás.

ÁRAMLÁSIRÁNYÍTÓ SZELEPEK Az áramlásirányító szelepeket azért alkalmazzák, hogy egy henger sebességét, vagy egy motor fordulatszámát csökkenteni lehessen. Mivel mind a sebesség, mind a fordulatszám a térfogatáramtól függ, ezért ezt kell csökkenteni. Az áramirányító szelepben az átfolyási keresztmetszet csökkentése a szelep előtt nyomásnövekedést okoz. Ez a nyomás kinyitja a nyomáshatároló szelepet, és így létre jön a térfogatáram megosztása. A felesleges térfogatáram nyomáshatárolón keresztüli elvezetése nagy energiaveszteséggel jár. Az energiaveszteség csökkenthető, ha változtatható munkatérfogatú szivattyúkat alkalmazunk, ekkor a nyomásnövekedés a szivattyú állítóegységére hat.

Áramlásirányító szelepek típusai

Fojtó és blende Átfolyási ellenállást hoznak létre, amely az átfolyási keresztmetszettől, a keresztmetszet alakjától valamint a munkafolyadék viszkozitásától függ. FOJTÓ A fojtási hossz nagyobb mint a fojtási keresztmetszet Súrlódásból származó nyomásesés nagyobb Viszkozitás függő Alkalmazása: meghatározott értékű nyomásesés esetén BLENDE A fojtási hossz kisebb mint a fojtási keresztmetszet Súrlódásból származó nyomásesés kicsi Viszkozitás független Alkalmazása: hőmérséklet és viszkozitás függetlenség esetén pl.: átfolyásmérők Az átfolyási ellenálláson átáramláskor a súrlódás és az áramlási sebesség növekedése miatt nyomáscsökkenés lép fel. A nyomásesés azon része, amelyik a súrlódásból keletkezik, a szűkítő-geometriával erősen csökkenthető. A szűkítő alkalmazásával akkor tudjuk elérni a kívánt ellenállást, ha az áramlási sebesség növelésével turbulenciát hozunk létre (kisebb keresztmetszet, mint az alkalmas fojtónál). Ekkor a szűkítő ellenállását a turbulencia határozza meg, és elértük a viszkozitástól való függetlenséget. Ott, ahol hőmérséklet és viszkozitás függetlenség szükséges, szűkítős (blendés) szelepeket alkalmaznak, mint pl. az átfolyásmérő készülékeknél.

Fojtó-visszacsapó szelep a fojtószelep és a visszacsapó szelep kombinációja a fojtás csak az egyik irányban hatásos az ellentétes irányban a teljes keresztmetszet nyitott

Fojtó-visszacsapó szelep A folyadékáram az A – B átfolyási irányban fojtott. A fojtószelephez hasonlóan az áramlás megosztása jön létre. A munkavégző elemre jutó térfogatáram csökken, és ennek megfelelően csökken a sebesség is. Az ellenkező irányban B – A nincs fojtás, mivel a visszacsapó szelep záró eleme a szelepülékről felemelkedik, és így a teljes átfolyási keresztmetszetet szabaddá teszi. A fojtó-visszacsapó szelep fojtása állítható, így a sebesség szabályozható

Áramállandósító szelep Az áramállandósító szelepbe egy– beállítófojtó és egy nyomáskülönbség állandósító szelep van beépítve. A nyomáskülönbség állandósító a beállítófojtó be- és kimenete között a nyomásesést állandó értéken tartja, így az átfolyás mennyisége a terhelésváltozástól független. Az áramállandósító a határoló szeleppel együtt hozza létre a folyadékáram megosztását. Fojtószelep esetén a szivattyú szállítási áramlásának egy része a fogyasztóhoz folyik, a többi rész nagy nyomáson a határolón keresztül távozik (nagy teljesítményveszteség). A fojtási helyen átfolyó részáram a nyomáskülönbségtől függ. A végrehajtórész terhelésváltozása a Δp nyomáskülönbséget megváltoztatja, ennek következménye, hogy a fogyasztó felé folyó térfogatáram változik, azaz: a fojtószelepek terhelésfüggőek, ezek tehát nem alkalmasak állandó térfogatáram beállítására változó terhelés esetén. Változó terhelésnél a fogyasztóhoz jutó térfogatáram állandó értékéhez a fojtási helyen a Δp nyomáscsökkenést állandósítani kellÁramállandósító

Áramállandósító szelep A szelep nyugalmi állásban nyitott. A fojtó előtt p1 bemenő nyomás jön létre. A fojtónál a Δp nyomásesés keletkezik, azaz: p2 < p1. A nyomáskülönbség állandósítón az F1 erőt a p1 nyomás hozza létre, az F2 erőt a p2 nyomás és a rugóerő biztosítja. A rugó hozza létre a konstans nyomáskülönbséget. Ha a fogyasztó terhelésnövekedése a szelep kimenetére jut, akkor a nyomáskülönbség állandósító annyival csökkenti az ellenállást, amennyivel a terhelés nőtt. H a szelep kimenetén a nyomás nő akkor p2 nyomás is nő. A p2 nyomásból keletkező F2 erő megnő, a tolattyú jobbról balra tolódik a szelep nyit., míg F1 és F2 egyensúlyban nem lesznek. Ha a p3 nyomás csökken akkor F1erő nagyobb lesz mint F2 a szelep zárni fog.

Köszönöm a figyelmet!