Przekładnia hydrauliczna
Pod pojęciem przekładni hydraulicznej rozumiemy urządzenie służące do przekazania (za pomocą cieczy) energii na wejściu na energię ruchu na wyjściu układu z jednoczesnym wykonaniem funkcji regulacji prędkości i kierunku obrotu lub posuwu ogniwa wyjściowego.
Pod względem kinematycznym rozróżniamy następujące przekładnie hydrauliczne (hydrostatyczne):
- ruchu obrotowym, w której element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy, a w charakterze silnika hydraulicznego stosowany jest silnik hydrostatyczny;
- o ruchu prostoliniowym, w której element wyjściowy wykonuje ruch prostoliniowy (posuwisto-zwrotny), a w charakterze silnika hydraulicznego używa się cylinder siłowy;
- o ruchu wahadłowym, w której element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy o kąt mniejszy od 360°, a w charakterze silnika hydraulicznego używa się cylinder hydrauliczny z tłokiem wahliwym.
Pod względem sposobu regulacji przekładnie hydrauliczne mogą być z regulacją przez dławienie (tzn. regulacja odbywa się przez zmianę przekroju dławika, który jest umieszczony w linii hydraulicznej) lub z regulacją objętościową (tzn. regulacja odbywa się za pomocą zmiany objętości roboczej pompy lub silnika hydraulicznego albo obu razem).
Schemat ideowy i zasada pracy objętościowej przekładni hydraulicznej
W objętościowych przekładniach hydrostatycznych mają zastosowanie pompy tłokowo-osiowe z korpusem obrotowym. Mają one cylindry ustawione równolegle. Oznaczają się małymi wymiarami w porównaniu z pompami innych rodzajów. Tłoki wykonują ruch przestrzenny, składający się z ruchu względem cylindra, który z kolei obraca się wraz z korpusem dookoła osi „Z-Z”. Wskutek obrotu wałka napędowego z krążkiem napędowym o kąt 180°, przy równoczesnym obrocie (o ten sam kąt) korpusu zawierającego cylindry, tłok wykona skok „x”. Podczas tego suwu cylinder jest połączony z komorą ssania. W czasie dalszego obrotu o kąt 180° tłok wykonuje skok „x” w kierunku przeciwnym i tłoczy zassaną poprzednio ciecz roboczą do instalacji. Wydajność Qp pompy o „z” cylindrach, na jednostkę czasu wynosi:
Qp=240πd2znx [m3/s]
gdzie:
- n — liczba obrotów
- x=Dsinα
Ponieważ d, z, n i D są parametrami stałymi pompy, to Qp można przedstawić w postaci:
Qp=Kpx [m3/s]
gdzie: Kp=240πd2zn [m3/s] jest współczynnikiem wzmocnienia pompy.
Objętościowa przekładnia hydrostatyczna pracuje w obiegu zamkniętym na dwa kierunki obrotu z uzupełnieniem cieczy roboczej w linii ssania pompy głównej. Pompa tłokowo-osiowa zmiennej wydajności, poprzez sprzęgło i przekładnię zębatą napędzana jest od silnika elektrycznego. Kierunek obrotu pompy jest stały, natomiast kierunek tłoczenia i wydatek cieczy roboczej zależy od kąta pochylenia wałka napędowego pompy. Pompa tłokowo-osiowa podaje ciecz roboczą do silnika hydraulicznego. Wielkość i kierunek obrotu na wale silnika hydraulicznego zależna jest od wydatku i kierunku tłoczenia pompy tłokowo-osiowej. Wzrost ciśnienia w linii tłoczenia ograniczają zawory zwrotne i zawór przelewowy. Ciśnienie tłoczenia pompy zębatej, uzupełniającej przecieki w układzie zamkniętym przekładni ograniczone jest zaworem podporowym. Należy nadmienić, że ze względu na małe gabaryty podzespołów przekładni – pompy, zawory i silnik hydrauliczny można umieścić w zbiorniku cieczy roboczej, stanowiącym jednocześnie korpus przekładni.
W fazie projektowania objętościowej przekładni hydrostatycznej niezbędna jest, w oparciu o dane wyjściowe projektu, analiza charakterystyk dynamicznych i statycznych. Podstawą analizy charakterystyk dynamicznych jest transmitancja przyjętego na rys. 2 schematu ideowego przekładni, którą określamy na podstawie bilansu przepływu cieczy roboczej w układzie. Dokładną analizę tych problemów znajdą zainteresowani w pracy Andrzeja Pizonia – Elementy i układy hydrauliczne w automatyce.
Czynniki określające celowość zastosowania objętościowej przekładni hydrostatycznej jako napędu wyrzutni rakiet przeciwlotniczych
Zastosowanie do napędu wyrzutni rakiet przeciwlotniczych objętościowej przekładni hydrostatycznej gwarantuje uzyskanie:
- płynnej regulacji prędkości obrotowej na wyjściu przekładni w całym zakresie prędkości roboczych, przy zachowaniu stałego momentu na wale silnika hydraulicznego lub stałej siły;
- bardzo szybkiej zmiany kierunku ruchu na przeciwny oraz minimalny czas rozbiegu i hamowania (stosunek momentu obrotowego do momentu bezwładności elementów ruchomych przekładni jest kilkakrotnie wyższy niż dla napędów elektrycznych);
- ruchu obrotowego bez stosowania dodatkowych mechanizmów i przekładni (w napędach elektrycznych istnieje konieczność stosowania przekładni ciężkich, o dużym przełożeniu dochodzących do kilku a nawet kilku tysięcy).
Dalsze czynniki przemawiające za zastosowaniem przekładni hydrostatycznej:
- przekładnie hydrostatyczne mogą pracować bez przerw przez dłuższy okres czasu, podczas gdy przekładnie elektryczne są najczęściej przewidywane na pracę krótkotrwałą;
- sprawność nowoczesnych pomp hydraulicznych w zakresie stosowanych obecnie mocy, przewyższa sprawność prądnic prądu stałego;
- objętość pomp hydraulicznych wynosi 12—13% objętości prądnic prądu stałego o równoważnej mocy;
- ciężar ogólny instalacji hydraulicznej maleje ze wzrostem ciśnienia roboczego przy tej samej mocy. Przy tej samej mocy prądnice prądu stałego są około 6—10 razy cięższe od pomp hydraulicznych;
- istotne znaczenie ma przestrzeń zajmowana przez układy hydrauliczne i łatwość ich zabudowy, ze względu na mały ciężar i zajmowaną objętość;
- proste zabezpieczenie przed przeciążeniem;
- odporność układu hydraulicznego na impuls elektromagnetyczny powstający przy wybuchu jądrowym;
- łatwość zdalnego, jak i ręcznego, bezpośredniego sterowania;
- podzespoły hydrauliczne produkowane są w szerokim asortymencie w kraju, co stanowi o czynniku antyimportowym;
- łatwa i prosta obsługa nie wymagająca wysokich kwalifikacji operatorów.
BIBLIOGRAFIA:
- Głębicki K.: Wyposażenie samolotów cz. 2. Wyd. 2 PWN Łódź 1958.
- Pizoń A.: Elementy i układy hydrauliczne w automatyce. Skrypt uczelniany AGH 1967.