A hidraulikus hajtásoknak két típusát alkalmazzák:
a hidrosztatikus hajtásokat, amelyeknél a munkafolyadék nyomása közvetíti az energi-át, ill.
a hidrodinamikus hajtásokat, amelyeknél az áramló közeg mozgása továbbítja az ener-giát.
Amit hidraulikus erőátvitel néven ismerünk, azok a hidrosztatikus hajtások. Ezek a térfogatkiszorításos elven működő elemekből felépített rendszerek egy erőgéppel (kézi eme-lővel, villamos motorral, robbanómotorral) hajtott energia átalakítóból (szivattyúból), a mun-kafolyadék és ezáltal a nyomás továbbítására szolgáló csővezetékből, vezérlő és szabályzó rendszerből (útváltókból, szelepekből, nyomásszabályzókból), valamint energia átalakítókból (munkahengerekből, hidromotorokból) állnak.
7.1. ábra: Hidrosztatikus hajtás vázlatos képe (baloldalt elektromotor és szivattyú, jobb oldalon irány-váltó szelep és axiáldugattyús hidromotor)
Ezek a hajtásrendszerek zárt rendszerek, az egész rendszerben lévő nyomásközvetítő közeg mennyisége és nyomása állandó, de az energia átalakítók között szállított munkafolyadék mennyisége változik.
A hidrosztatikus hajtások egyik speciális területét jelentik a járművek és mobil gépek teljes hajtásrendszerét alkotó ún. mobil hidraulikus hajtások (7.2. ábra). Ezeknél a zárt hajtásoknál a robbanómotor csak a szivattyút hajtja, a szivattyúból kiáramló munkafolyadék biztosítja a hidrosztatikus kerékhajtást, valamint az egyéb segédmozgásokat biztosító hidromotorok mű-ködését.
7.2. ábra: Mobil hidrosztatikus hajtásrendszer
Nagy előnye ezeknek a hajtásoknak, hogy a kerekek között nincs szükség tengelyre, minde-gyik kerék mozgatása külön-külön szabályozható, továbbá nincs szükség sebességváltóra és differenciálműre sem. A kerékagyakba épített hidromotorok egyrészt tengelykapcsoló és mechanikus áttétel nélküli hajtást tesznek lehetővé (de léteznek fogaskerékhajtással, például bolygóművel kombinált kerékhajtások is), másrészt betöltik a fékek szerepét is, továbbá köz-vetlenül rájuk szerelhetők a keréktárcsák. A kerekenkénti hidromotorok az érzékelők és a szoftveresen vezérelt elektronika segítségével a differenciálmű és differenciálzár szerepét is betöltik, megakadályozzák a kerekek kipörgését, megcsúszását és blokkolását is.
A hidrosztatikus hajtások legfőbb előnye, hogy fordulatszám- és nyomatékmódosításuk tág határok között változtatható, miközben az erőátviteli hatásfok a szabályozás széles tartomá-nyában igen kedvező. Fő hátrányuk, hogy az alkalmazott nagy nyomások miatt az alkatrészek gondos megmunkálást, pontos illesztést és kifogástalan tömítést igényelnek, ami az alkatré-szek előállítási költségeit megnöveli, ugyanakkor az átvihető teljesítménynek is határt szab.
A hidrodinamikus hajtások jellemző alkalmazási területe járművekben a hidrodinamikus ten-gelykapcsolóként vagy a hidrodinamikus nyomatékváltóként való alkalmazás. Mindkettőre jellemző, hogy a nyomaték átadása mellett a hajtásrendszer torziós lengéseit csillapítják, ugyanakkor hajtásmegszakítás üzem közben nem lehetséges. Mindkettő az áramlástani gépek működési elvét felhasználva, a behajtó tengelyen bevitt mechanikai teljesítményt alakítja át a térfogatáram és nyomásnövekedés szorzatával jellemzett áramlási teljesítménnyé, ami a kihaj-tó tengelyen ismét visszaalakul mechanikai teljesítménnyé. Amikor a behajkihaj-tó (szivattyú) és kihajtó (turbina) tengely fordulatszáma közel azonos, akkor hidrodinamikus hajtómű tengely-kapcsoló üzemmódban dolgozik. Mivel a fordulatszám módosítása nyomatékmódosítással jár együtt, azokat a hidrodinamikus hajtóműveket, amelyekben fordulatszám módosítás is törté-nik, nyomatékváltónak nevezik.
Hidrodinamikus tengelykapcsoló esetén a munkafolyadék a szivattyú lapátjairól iránytörés nélkül kerül át a turbina lapátjaira (7.3. ábra), a két lapátkoszorúban zárt körfolyamú áramlás alakul ki.
7.3. ábra: A hidrodinamikus tengelykapcsoló működési vázlata, szerkezeti kialakítása és jelleggörbéi Egy adott n1 behajtó fordulatszámon üzemelő tengelykapcsoló által átvitt nyomaték és a ten-gelykapcsoló hatásfoka a fordulatszám különbség függvénye. A hatásfok a turbina által le-adott és a szivattyú által felvett teljesítmény hányadosa:
be ten-gelykapcsoló hidraulikus hatásfoka a szerkezeti kialakítástól függetlenül egyenlő a fordulat-szám módosítással:
A fordulatszám különbséget a csúszás (szlip) fogalmának bevezetésével kifejezve:
i
A tengelykapcsoló hidraulikus hatásfoka:
s 1
(7.4)
hogy a szivattyún és a turbinán kívül egy harmadik lapátkoszorú, az ún. vezetőkerék (7.4.
ábra) is a részt vesz az áramlási körfolyamat kialakításában. A szivattyúkerék által mozgásba hozott (felgyorsított) munkafolyadék a vezetőkeréken irányt vált, és a turbinakerékre átvezet-ve, energiája a turbinakerék lapátjain lelassul, és tömegerők kifejtésével alakul át a kihajtó tengely nyomatékát meghatározó kinetikai energiájává. A munkafolyadék a nyomatékváltó-ban zárt körfolyamú áramlást, de kétféle mozgást végez. Sornyomatékváltó-ban áthalad a lapátkoszorúkon (ez a meridiánáramlás), egyidejűleg pedig a forgó lapátkoszorúk hatására kerületi irányban is mozog. A nyomatékmódosítás a vezetőkeréken megy végbe. A nyomatékváltónál a szivattyú és a turbina nyomatéka általában nem egyenlő. A nyomatéki egyensúlyt a vezetőkerék bizto-sítja azáltal, hogy a szivattyú és a turbina nyomatéka közötti különbséget felveszi.
7.4. ábra: Egylépcsős, rögzített vezető kerekű, egyfázisú hidrodinamikus hajtómű vázlata és jelleggörbéi
A hajtás karekterisztikái alapján a rögzített vezetőkerekes hidrodinamikus hajtóművek műkö-déséről megállapítható, hogy:
a legnagyobb nyomatékot a hidrodinamikus tengelykapcsolóhoz hasonlóan indításkor (i=nki/nbe≈0) fejtik ki,
a nyomatékmódosítás (Mki/Mbe) a fordulatszám hányados növekedésével monoton csökken, és amikor a kihajtó tengely fordulatszáma eléri a behajtó tengelyét, a hidro-dinamikus nyomatékváltó hatásfoka meredeken csökken,
a hatásfok a fordulatszám hányados (i=nki/nbe) függvényében változik, maximális ha-tásfok akkor adódik, amikor a kihajtó tengely fordulatszáma fele a behajtó tengelyé-nek.
A hidraulikus módosítást a nyomatékok arányával kifejezve:
szivattyú
A hajtómű hatásfoka az aktuális fordulatszámok arányától és a hidraulikus módosítástól függ:
)
7.5. ábra: Kétfázisú, szabadonfutó vezetőkerekes hidrodinamikus hajtómű (Trilok nyomatékváltó) és jelleggörbéje
A 7.4. ábrából és a (7.4) összefüggésből látható, hogy amint a szivattyúkerék fordulatszáma megközelíti a turbinakerékét, a hidrodinamikus hajtómű hatásfoka lecsökken. Automatikus nyomatékváltók esetében ezt a hátrányt úgy küszöbölik ki, hogy ebben az üzemállapotban a vezetőkerék szabadonfutóvá válik, azaz olyan fordulatszámon forog, hogy rajta nyomaték nem képződik, ezáltal a hidraulikus hajtómű – működésének második fázisában - tengelykap-csolóként működik (7.5. ábra).
Ilyenkor a hidrodinamikus nyomatékváltó szivattyú és turbinakerekét egy súrlódó tengelykap-csoló segítségével automatikusan összekapcsolják, hogy még a minimális szlipet (és vele együtt a melegedést) is kiküszöböljék. A gépjárművekben használt ilyen automatikus tengely-kapcsolókat Wandler-nek nevezik (7.6. ábra).
7.6. ábra: Súrlódó kapcsolóval kiegészített hidrodinamikus nyomatékváltó (ZF-Sachs Drehmomentwandler)
A hidrodinamikus hajtások munkafolyadéka egy speciális hidraulika olaj, az ún. ATF (Auto-motive Transmission Fluid, pl. Dexron, Mercon), amelynek üzem közbeni hűtéséről is gon-doskodni kell, mivel a munkafolyadék a nyomatékmódosítás közben felmelegszik (a veszte-ség hővé alakul).
7.1. Felhasznált irodalom
[1] Szüle Dénes: Hidrodinamikus erőátvitel, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1971.
[2] Zsáry Árpád: Gépelemek I., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1989.
[3] Steinhilper, W. - Sauer, B.: Konstruktionselemente des Maschinenbaus 1-2, Springer Lehrbuch ISSN 0937-7433, Springer Verlag Berlin-Heidelberg, 2008.
[4] Online Rexroth katalógusok (www.boschrexroth.com) [5] www.zf.com/media