Podręcznik
3. Budowa funkcjonalna aktorów hydraulicznych
Nawiązując do budowy funkcjonalnej aktorów pneumatycznych (patrz punkt 2.3) możemy powiedzieć, że aktorem hydraulicznym jest również zespół mechatroniczny złożony z odpowiedniego nastawnika, dostarczającego cieczy hydraulicznej do odpowiedniego siłownika, jako przetwornika tej energii na siłę użyteczną lub moment napędowy (patrz rysunek 48). To, co odróżnia aktora hydraulicznego od aktora pneumatycznego to wielkość tej siły oraz momentu. Ponieważ ciecz hydrauliczna charakteryzuje się niewielką ściśliwością w stosunku do sprężonego powietrza (była o tym już mowa), oraz ciśnienie cieczy hydraulicznej wymuszane jest wysokociśnieniową pompą cieczy, to można stwierdzić, że siły uzyskiwane przez aktory hydrauliczne są od kilkudziesięciu do kilkuset razy większe niż siły uzyskiwane przez aktory pneumatyczne.
Generalnie można powiedzieć, że ze względu na sposób przekazywania energii aktory hydrauliczne dzielimy na dwie grupy:
• aktory hydrokinetyczne, które wykorzystują energię kinetyczną cieczy roboczej w układzie hydraulicznym (przepływ Q);
• aktory hydrostatyczne, które wykorzystują energię ciśnienia cieczy roboczej w układzie hydraulicznym (ciśnienie p).
Biorąc pod uwagę specyfikę działania aktorów hydrokinetycznych (przepływ Q) głównym ich wykorzystaniem są sprzęgła oraz przekładnie hydrokinetyczne, mające zastosowanie w mechanizmach napędowych ciężkich maszyn oraz przekładni bezstopniowych pojazdów mobilnych. Układ sprzęgła hydrokinetycznego zilustrowano na rysunku 74.
Rysunek 74: Układ sprzęgła hydrokinetycznego
Załączenie silnika napędu pompy cieczy przy braku załączenia elektrozaworów EZ1 i EZ2, które są typu NO (ang. Normal Open) powoduje przepływ cieczy Q w układzie bez wykorzystania energii kinetycznej cieczy roboczej, tj. od wlotu cieczy ze zbiornika do pompy cieczy i wylotu cieczy z EZ2 z powrotem do tego zbiornika. Taki stan pracy układu sprzęgła hydrokinetycznego trwa do momentu załączenia EZ2, co przestawia go w tryb pracy – zamknięty. To rozpoczyna działanie sprzęgła, czyli bezstopniowe zazębianie się wałka zdawczego z wałkiem odbiorczym. Wyłączenie EZ2 wymusza ustanie zazębienia się wałków oraz wypływ cieczy z samego sprzęgła.
Należy podkreślić, że aktory hydrokinetyczne „zarezerwowane” są do wykorzystania w aplikacjach takich jak na rysunku 74, czyli z reguły są elementami pośrednimi między układem napędowym a skrzynią rozdzielczą (biegów), zaś aktory hydrostatyczne z powodu swojej specyfiki działania (ciśnienie p) były i są bardziej preferowane do wykorzystania w sterowaniu w procesach produkcyjnych oraz pojazdach mobilnych, ponieważ tamże występuje „zapotrzebowanie” na duże siły i momenty potrzebne do poruszania mechanizmami napędowymi. Rysunek 75 obrazuje zespół hydrostatyczny, który możemy traktować jako aktor hydrostatyczny.
Rysunek 75: Aktor hydrauliczny złożony z pompy cieczy i silnika hydrostatycznego
Widoczna na rysunku 75 pompa cieczy jest pompą wielotłoczkową z wychylną kołyską mocowania tłoczków, połączoną wewnątrz jej kadłuba kanałami z silnikiem tłoczkowym o stałym kącie wychylenia tej kołyski. Nie istnieje zatem konieczność stosowania bloków zaworowych, które rozdzielałyby strumień hydrauliczny dla płynnej zmiany nastaw silnika hydrostatycznego.
Zapewne czytelnik domyśla się, że aktorami nie są tylko układy napędowe obrotowe, jak ten z rysunku 75. Rysunek 76 ilustruje rodzaj hybrydy hydrostatycznej, czyli aktora złożonego z silnika elektrycznego, pompy cieczy oraz siłownika hydrostatycznego (liniowego).
Jak widać z rysunku 75 i 76 zaleta aktora hydraulicznego w postaci hybrydy jest bezsporna: cała konstrukcja aktora „zamknięta” zostaje tylko w tych kilku podzespołach bez potrzeby doprowadzania i odprowadzania cieczy hydraulicznej do zewnętrznego zbiornika, jak pokazano na rysunku 74. Przy założeniu zachowania szczelności układu aktora hydraulicznego podzespół taki może cechować się bardzo długim czasem eksploatacji, przerwanym tylko na ewentualną wymianę cieczy hydraulicznej na nową. Jest rzeczą oczywistą, że zarówno aktor hydrauliczny z rysunku 75 jak i ten z rysunku 76 bez dodatkowych podzespołów, najczęściej kinematycznych nie będą przydatne ani w sterowaniu procesami produkcyjnymi, ani w hydraulice mobilnej.