🛢️ Hydraulika

Síla z oleje

O čem to je

Bagr zvedne lžíci plnou hlíny, lis ohne plech silou stovek tun a automechanik zvedne auto zvedákem jednou rukou. Všechno to dělá olej pod tlakem. Obor se jmenuje hydraulika.

Oproti pneumatice je hydraulika pomalejší a dražší, ale má mnohem větší sílu a pohyb jde přesně řídit, protože olej se skoro nedá stlačit.

Nové pojmy

TlakSíla na jednotku plochy: p = F / S. Jednotka pascal (Pa), v hydraulice se používají bary a megapascaly: 1 MPa = 10 bar = 1 N/mm².Hydraulika bagru pracuje s tlaky v řádu stovek barů.

Pascalův zákonTlak, kterým působíme na kapalinu v uzavřené nádobě, se šíří do všech míst a všemi směry stejně.Tlak z čerpadla je stejný na pístu válce i ve všech hadicích (když olej neproudí).

Průtok QKolik oleje proteče za jednotku času, obvykle v litrech za minutu (l/min).Čerpadlo dává 30 l/min.

Hydraulický obvod jako krevní oběh

Hydraulický obvod se podobá krevnímu oběhu: srdce pumpuje, cévy rozvádějí, svaly pracují a krev se vrací zpět.

NádržZásobník oleje. Olej se v ní uklidní, ochladí a usadí se v něm nečistoty.Kovová nádrž s hladinoznakem a filtrem na zpětném vedení.

Hydrogenerátor (čerpadlo)„Srdce“: poháněné elektromotorem nasává olej z nádrže a tlačí ho do obvodu. Vytváří průtok; tlak vznikne teprve tehdy, když se olej opře o odpor (zátěž válce).Zubové, lamelové nebo pístové čerpadlo.

Pojistný ventilHlídá nejvyšší tlak. Když tlak přesáhne nastavenou hodnotu, otevře se a pustí olej zpět do nádrže. Chrání obvod před roztržením.Nastaven na 160 bar – víc tlaku v obvodu nebude.

Rozvaděč 4/3Ventil se 4 přípoji a 3 polohami. Přípoje: P tlak od čerpadla, T zpět do nádrže, A a B k válci. Krajní polohy posílají válec ven a zpět, střední poloha určuje, co se děje v klidu.Páka bagru: dopředu, dozadu, uprostřed stop.

Hydromotor a hydraulický válecAkční členy hydrauliky. Válec dělá přímočarý pohyb, hydromotor otáčivý.Válec zvedá rameno bagru, hydromotor točí pásy.

Čerpadlo nasaje olej z nádrže
Olej jde přes rozvaděč (P → A) do válce
Píst se pohybuje a koná práci
Olej z druhé strany válce jde B → T
Přes filtr zpět do nádrže

Kolik síly a jak rychle

Síla válce záleží na tlaku a ploše pístu: F = p · S. Rychlost záleží na průtoku a ploše: v = Q / S. Pamatuj: tlak = síla, průtok = rychlost.

Válec má průměr pístu 80 mm, tlak v obvodu je 10 MPa. Jakou silou tlačí?

S = π · r² = 3,14 · 40² ≈ 5 027 mm². p = 10 MPa = 10 N/mm². F = p · S = 10 · 5 027 ≈ 50 270 N ≈ 50 kN, to je tíha asi pěti tun.

Čerpadlo dává 30 l/min, plocha pístu je 50 cm². Jak rychle se píst vysouvá?

30 l = 30 000 cm³. v = Q / S = 30 000 cm³/min : 50 cm² = 600 cm/min = 6 m/min = 0,1 m/s.

Bezpečnost

Před každou opravou odtlakuj obvod: vypni čerpadlo, spusť nebo mechanicky zajisti břemena, vybij hydraulický akumulátor.
Netěsnost nikdy nehledej rukou. Tenký proud oleje pod vysokým tlakem pronikne kůží a způsobí vážné zranění, se kterým se musí ihned k lékaři.
Hadice kontroluj: praskliny, odřeniny, prosakování. Mají omezenou životnost a vadné se hned mění.
Pojistný ventil nikdy nepřenastavuj nad hodnotu určenou výrobcem.

✗Čerpadlo vyrábí tlak, takže čím silnější čerpadlo, tím vyšší tlak.

✓Čerpadlo vyrábí průtok. Tlak vzniká odporem zátěže a jeho maximum omezuje pojistný ventil.

Válec bez zátěže se vysouvá při malém tlaku. Tlak stoupne, až když se píst opře o břemeno nebo doraz.

Hydraulika přenáší sílu olejem podle Pascalova zákona. Čerpadlo dává průtok, pojistný ventil omezuje tlak, rozvaděč 4/3 (P, T, A, B) řídí směr. Síla F = p · S, rychlost v = Q / S. Před prací vždy odtlakuj.

Schéma a výpočty

O čem to je

Konstruktér lisu musí spočítat, jak velký válec a jaké čerpadlo zvolit. Údržbář musí ze schématu poznat, proč válec v klidu „ujíždí“. Obojí se naučíš tady: značky, střední polohy rozvaděče a dva vzorce.

Nové pojmy

HydraulikaPřenos síly a pohybu pomocí kapaliny pod tlakem, nejčastěji oleje.Lisy, bagry, zvedací plošiny.

Pascalův zákonTlak v uzavřené kapalině se šíří všude a všemi směry stejně.Proto stejný tlak tlačí na malý i velký píst zvedáku.

Plocha pístu SPlocha kruhu, na kterou tlačí olej: S = π · d² / 4. Na straně pístnice je plocha menší (mezikruží), protože část zabírá pístnice.d = 100 mm → S ≈ 7 854 mm².

Průtok QObjem oleje za čas, např. l/min. 1 l = 1 dm³ = 1 000 cm³.30 l/min = 30 000 cm³/min.

Rozvaděč 4/3 a střední poloha4 přípoje (P, T, A, B), 3 polohy. Střední poloha se volí podle toho, co má obvod dělat v klidu.Uzavřená, plovoucí, oběhová.

Značky ČSN ISO 1219V hydraulice se kreslí podobně jako v pneumatice, ale trojúhelník u zdroje a motorů je plný (černý) – znamená kapalinu.Kroužek s plným trojúhelníkem = hydrogenerátor.

Střední polohy rozvaděče 4/3

Střední poloha	Propojení	Co dělá válec	Čerpadlo
uzavřená	P, T, A, B uzavřeny	stojí, je zablokovaný	tlačí přes pojistný ventil (ohřívá olej)
plovoucí	A, B spojeny s T, P uzavřen	jde volně posunout rukou	tlačí přes pojistný ventil
oběhová	P spojen s T, A a B uzavřeny	stojí, je zablokovaný	olej se vrací do nádrže bez tlaku – šetří energii

Dva vzorce

Převeď jednotky: tlak na N/mm² (1 MPa = 1 N/mm², 1 bar = 0,1 N/mm²), plochy na mm² nebo cm².

Síla: F = p · S.

Rychlost: v = Q / S – průtok a plochu převeď do stejných jednotek (cm³/min a cm²).

Při zasouvání počítej s plochou mezikruží (bez pístnice): síla je menší a rychlost větší.

Lis potřebuje sílu 100 kN, pojistný ventil je nastaven na 20 MPa. Jakou nejmenší plochu musí mít píst?

S = F / p = 100 000 N : 20 N/mm² = 5 000 mm². Průměr: d = √(4 · S / π) = √(4 · 5 000 / 3,14) ≈ √6 369 ≈ 80 mm. Zvolíš nejbližší vyšší normalizovaný průměr, třeba 80 mm, raději s rezervou.

Válec: plocha pístu 50 cm², plocha mezikruží 30 cm², čerpadlo 30 l/min. Jak rychle jede ven a jak zpět?

Ven: v = 30 000 cm³/min : 50 cm² = 600 cm/min = 6 m/min. Zpět: v = 30 000 : 30 = 1 000 cm/min = 10 m/min. Zpět jede rychleji, protože olej plní menší objem.

Doplň mezery a ověř si, že si nepleteš tlak a průtok.

✗Když chci, aby válec jel rychleji, zvýším tlak na pojistném ventilu.

✓Rychlost zvýšíš větším průtokem (výkonnější čerpadlo) nebo menší plochou pístu. Tlak ovlivní sílu.

v = Q / S – tlak ve vzorci rychlosti není. Zvýšení tlaku nad dovolenou mez navíc ohrozí hadice a prvky.

F = p · S (tlak dává sílu), v = Q / S (průtok dává rychlost). Rozvaděč 4/3 má přípoje P, T, A, B; střední poloha uzavřená zablokuje válec, plovoucí ho uvolní, oběhová odlehčí čerpadlo. Plný trojúhelník = kapalina.

⚡Elektropneumatika🖥️PLC: stavba a cyklus