Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Szerszámgépek Tanszéke 3515 Miskolc-Egyetemváros SZAKDOLGOZAT

Átírás

1 Gépészmérnöki és Informatikai Kar 3515 Miskolc-Egyetemváros SZAKDOLGOZAT Feladat címe: Szemléltető ő eszköz tervezése hidraulikus elemek oktatásához Készítette: Szigeti András Neptun kód:wfye7a BSc szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és mechatronikai szakirányos hallgató 2014/2015, II. Félév Tervezésvezető Dr. Barna Balázs tanszéki mérnök Miskolci Egyetem Konzulens Oláhné Lajtos Julianna mérnöktanár Miskolci Egyetem 2015.május

2

3 Nyilatkozat: Alulírott Szigeti András, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának hallgatója kijelentem, hogy a Szemléltető eszköz tervezése hidraulikus elemek oktatásához című, Komplex tervezési feladatot saját magam készítettem. A dolgozatban minden olyan részt, amelyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem Miskolc-Egyetemváros, aláírás 3

4 Tartalom Summary:... 5 Bevezetés:... 6 Hidraulikus elemek csoportosítása:... 6 Ferdetengelyes axiáldugattyús hidromotorok:... 8 Ferdetárcsás axiáldugattyús motor:... 9 Rexroth A10FM Szerkezeti felépítés: Motorban található fontosabb alkatrészek: Vezérlőtárcsa: Hengertömb: Dugattyúk: Ferdetárcsa: Tengely, csapágy: Üzemi jellemzők: Működési jellemzők: Általános működés: Hidraulikafolyadék: Működési nyomásviszonyok: Gépelemek kenése: Motor tömítés Alkalmazási terület: Metszetek tervezés: Megmunkált alkatrészek A szemléltető eszköz továbbfejlesztése: Összegzés:

5 Summary: In my thesis I have to design a visual aid from an axial piston hydraulic motor. My thesis can be separated to four part. In the first part I wrote about the basics of hydraulic, and the grouping of the mean hydraulic tools and the designs of axial piston motors. Then I placed the subject of my thesis in the right group. The following part of my thesis is about Rexroth A10FM18. First I explained the meaning of the code of this motor. After this I wrote about the structure of this machine. I demonstrated the important components with pictures, and I explained the working of them in some sentences. Then there are some technical characteristics, specificatons, and informations of Rexroth A10FM18. After this there are some informations of the operating conditions, for example the pressure conditions, hydraulic fluids and seals. In the second chapter of my thesis I planned the sections of the component of this motor. I created a model of the machine, and then I started to search for the right sections. I used the student version of Creo 2.0 in this part. I created 1 or 2 versions for each part, then I chose the most satisfactory section. Then I made the shop drawing, and it manufactured in the workshop. In the last part of my thesis, there are some pictures of the components, and the full model. 5

6 Bevezetés: Szakdolgozat feladatom a komplex tervezési feladatomhoz kapcsolódik, annak kiegészítése, folytatása. A szakdolgozat első része, hogy bemutassam, ismertessem a tanszéken található Rexroth A10FM18 jelű hidromotor felépítését, szerkezetét, működését, üzemi jellemzőit és mindazon információt, amit egy hallgatónak a hidromotor kapcsán szükséges tudnia. Ezekhez szakirodalmi forrásokat kell felhasználnom. A feladat második részében ezen ismeretek birtokában el kell döntenem, hogy hogyan lehet bemutathatóvá tenni a motort, mely alkatrészeket kell megmunkálni, hogy szemléltetni lehessen a mechanikus működést. Ehhez modelleznem kell a motort, majd a modellt felhasználva megtervezni a szükséges metszeteket. Ehhez a tanulmányaim során megismert Creo 2.0 program oktatási verzióját használom. Ezután kell elkészítenem a műszaki dokumentációt, majd az egyetemi műhelycsarnokban le kell gyártatnom az alkatrészeket. Hidraulikus elemek csoportosítása: A hidraulikus elemek között az egyik legfontosabb csoport az energia átalakítók csoportja. A hidraulika témakörében energiaátalakítás alatt túlnyomórészt hidraulikus és mechanikai energia átalakítására gondolunk. Azon elemeket, amelyek mechanikai energiát alakítanak át hidraulikus energiává, munkagépeknek nevezzük, amelyek pedig hidraulikus energiát alakítanak át mechanikus energiává, erőgépeknek nevezzük. A munka- és erőgépek lehetnek térfogat kiszorításos, vagy turbogépek. Előbbinél az energiaátalakítás során a szállított közeg térfogata az időben periodikusan változik. Utóbbinál az energiaátalakítás alapelve az impulzusnyomatéki tétel, időben állandó a folyadékszállítás. A térfogatkiszorításos gépeket szivattyúnak és hidromotornak nevezzük. Előbbi mechanikus energiát alakít át hidraulikus energiává, míg utóbbi ezzel ellenkező irányban végzi az átalakítást. A hidromotorok és a szivattyúk konstrukciósan nagyon hasonlóak lehetnek, egyes esetben megegyeznek, illetve sok esetben a hidromotorok képesek szivattyúüzemű működésre azaz, külső energiát képesek használni, amiből biztosítják a kívánt térfogatáramot, nyomáskülönbséget. 6

7 Hidromotorok kialakítása változatos, és minden célra más-más szerkezetű, tulajdonságú motort használnak. Konstrukciós elvek szerint lehetnek dugattyús motorok, fogaskerekes és bolygókerekes, lapátkerekes motorok. Ezeknek a motoroknak egyaránt vannak előnyeik és hátrányaik a más kialakításúakkal szemben. A hidromotorok között a szerkezeti kialakításon kívül a működési fordulatszám tartományban is nagy eltérések vannak. Eszerint megkülönböztethetünk nagy fordulatszámú és kis fordulatszámú motorokat. Nagy fordulatszámú motorok általában tartományban, míg a kis fordulatszámú motorok 0, tartományban üzemeltethetők gazdaságosan. (1) Hidromotorok közös jellemzője továbbá, hogy a tengelyen kivehető nyomaték a motoron átáramló folyadék mennyiségétől (úgynevezett nyelési tárfogattól) és a be-, illetve a kivezető vezetékben uralkodó nyomások különbségtől függ. A kivehető teljesítmény szintén ettől a két paramétertől függ és egyenesen arányos a motor fordulatszámával, tehát állandó nyomaték esetén minél nagyobb egy motor fordulatszáma annál nagyobb teljesítmény leadására képes. (1) A dugattyús hidromotorok közös jellemzője, hogy a hidraulikus energiát dugattyúk segítségével alakítják mechanikus energiává. A dugattyúk elrendezésétől azonban nagymértékben függ az átalakítás folyamata és technológiai megoldása. Alapvetően két féle dugattyús motor létezik: radiál dugattyús és axiáldugattyús elrendezés. A radiál dugattyús hidromotorok legfőbb jellemzője, hogy a dugattyúk egy közös síkon helyezkednek el, amely sík a kimenő tengely forgástengelyére merőleges. A hidraulikus energia a dugattyúkat mozgatja, majd ezt a mozgást viszik át a kimenő tengelyre. Erre az energiaátvitelre több megoldás is létezik. Nyomatéka és teljesítménye néhány motor esetében szabályozható a nyelési térfogat változtatásával. Összességében a kis fordulatszámú motorok közé tartoznak, hatásfokuk rendkívül jó. 7

8 1. ábra radiál dugattyús motor belső dugattyútámasztással (1) Az axiáldugattyús hidromotorok között a kialakítást illetően markáns eltérés tapasztalható, mindez annak köszönhető, hogy két féle konstrukciós megoldás terjedt el. A ferdetengelyes és ferdetárcsás elrendezés. Ferdetengelyes axiáldugattyús hidromotorok: Olyan folyadék kiszorításos elven működő egységek, melyben a dugattyúk forgástengelye a kimenő tengely forgástengelyéhez képest egy meghatározott szögben vannak elhelyezve. Ezek a motorok képesek mind motorüzemben, mind szivattyúüzemben működni, mindkét esetben igaz, hogy a térfogatáram arányos a fordulatszámmal, továbbá a kimenő tengely és dugattyúk forgástengelye által bezárt billenési szöggel. A teljesítmény és nyomaték csakúgy, mint ahogy azt az előbbiekben leírtam arányos a motoron tapasztalható nyomásesés mértékével. A billenési szöget néhány motornál változtathatóra készítik, ezzel elérhető, hogy szivattyúüzemben a folyadékáram, motorüzemben a nyelési térfogat szabályozható legyen. Ferdetengelyes kivitelben a dugattyúk végei fixen vannak rögzítve a kimenő tengelyen lévő tárcsához. (1) 8

9 2. ábra ferdetengelyes axiáldugattyús motor (1) Ferdetárcsás axiáldugattyús motor: Ebben az elrendezésben a kimenő tengely ténylegesen párhuzamos a dugattyúk forgástengelyével. A ferdetengelyes konstrukcióhoz képest az eltérést az jelenti, hogy a dugattyúk nem a tengelyen lévő tárcsához csatlakoznak, hanem egy billenési szöggel döntött (ún.: ferdetárcsához) csatlakoznak. A ferdetárcsa rögzítve van a motor házához. A kimenő tengely bordáskötéssel a hengertömbhöz van csatlakoztatva és a tárcsa csak arra szolgál, hogy a dugattyú végeinek (csúszó talpaknak) szabadságfokait oly módon kösse le, hogy a hidraulikus energiából származó dugattyúmozgás a hengertömböt és magát a dugattyút is (és ezzel természetesen a kimenő tengelyt is) forgásba hozza. Részben a konstrukciónak köszönhetően az axiáldugattyús hidromotorok a nagy fordulatú egységek közé tartoznak, és alacsony fordulatszámon jelentős hatásfokvesztés lép fel. (1) 9

10 3. ábra ferde tárcsás axiáldugattyús motor (1) Rexroth A10FM18 A Rexroth cég napjainkban a világ vezető hajtás és vezérléstechnikai szakértője. A világ 80 országában gyárt, fejleszt és értékesít elemeket, többek közt ipari hidraulikában is. Motorokat, szivattyúkat és egy komplett hidraulikus rendszerhez szükséges minden egységet állítanak elő kiváló minőségben. Axiáldugattyús motorjaik közül az A10FM18 jelű hidromotor neve a következőket árulja el az érdeklődőknek. (2) - A10F: axiáldugattyús, ferdetárcsás, (fixed displacement) vagyis állandó folyadékszállítású - M: motor, nyílt vagy zárt körfolyamatokhoz - 18: Névleges lökettérfogat: 18 10

11 4. ábra Rexroth A10FM motor 5. ábra ferdetárcsás axiáldugattyús motor szerkezeti felépítése (1) 11

12 Szerkezeti felépítés: Az A10FM18 csakúgy, mint a többi ferdetárcsás axiáldugattyús hidromotor az 5. ábrán látható módon épül fel. Motorban található fontosabb alkatrészek: Vezérlőtárcsa: A hidraulikus munkavégző közeg a motorhoz egy vezérlőtárcsán keresztül jut el. A vezérlőtárcsa határozza meg, hogy mikor melyik dugattyúba juthat be nagy nyomású folyadék. A vezérlőtárcsa egyik oldala síklappal, míg a másik egy gömbfelülettel, vagy szintén síklappal bír. Két vese alakú horony található rajta, egyik a nagy nyomású, míg másik az alacsony nyomású folyadék mozgását biztosítja. A vezérlőtárcsa a motor házához van rögzítve, s a folyadékot a hengertömbbe juttatja. (1) 6. ábra Vezérlőtárcsa modellje 12

13 Hengertömb: A hengertömb (vagy henger) páratlan számú dugattyút tartalmaz, amelyből 9 esetén 4-5 mindig nagy nyomású folyadékkal terhelt állapotban van, míg a többi az alacsony nyomású vezetékhez kapcsolódva a hidraulika folyadékot kinyomja a furatból. A hengertömb és a kimenő tengely között bordáskötést alkalmaznak, így juttatják át a nyomatékot. A hengertömbben vannak a dugattyúk, általában 7 vagy 9. Az A10FM18 esetében 9 dugattyú helyezkedik el a hengertömbben. Mindenképpen páratlan számú dugattyú helyezkedik el, a rezgések csökkentése céljából. 7. ábra Hengertömb modellje Dugattyúk: A dugattyúk axiális irányban vannak elhelyezve a motorban, de néhány esetben a tengely forgástengelyével kis szöget zárnak be úgy, hogy a dugattyú kifutásakor a gömbcsukló a 13

14 tengelytől távolodik. Léteznek kúpos és hengeres dugattyúk. Hengeres dugattyúk esetében a furat nem párhuzamos a tengellyel, míg a kúpos dugattyúk furatai párhuzamosak. 8. ábra Dugattyú és a csúszó talp modellje A nyomás alatt lévő dugattyúk elmozdulnak a furat tengelyével párhuzamosan, és nekinyomódnak a ferde tárcsának. A dugattyúk végei egy gömbcsuklóval kapcsolódnak a csúszó (súrlódó) talpakhoz, amik siklócsapágyként működve képesek a ferde tárcsán elmozdulni, köztük vékony kenőolaj réteg helyezkedik el, megkönnyítve a mozgást és csökkentve a súrlódást. Ferdetárcsa: A ferdetárcsa az axiáldugattyús motor legkényesebb része. A tárcsa helyzetét a házon kiképzett csap rögzíti, s így a vezérlőtárcsához képest, amely szintén a házhoz van rögzítve, a relatív helyzete sosem változik. Ez kulcsfontosságú a motor működéséhez. A ferdetárcsa dőlésszöge legtöbb esetben, ahogy az A10FM18-nál is, 20. Azoknál a motoroknál ahol a tárcsa dőlésszögét változtatni lehet, ez az érték maximum 40 lehet. A ferdetárcsa feladata, hogy a dugattyúk löketét szabályozza, illetve biztosítsa a kívánt forgási sebességet. A nyelési térfogat, amely a hidromotoron bizonyos idő alatt átáramló folyadék mennyiségét jelenti, a fordulatszámtól és a tárcsa, billenési szögétől függ. (1) 14

15 9. ábra A ferdetárcsa modellje Tengely, csapágy: A hidromotorok csapágyazása szintén fontos feladat, a nyomásból a ferdetárcsára ható nagy axiális erők miatt mélyhornyú golyóscsapággyal általában nem lehet megoldani a feladatot, az A10FM18 jelű motorban is kúpgörgős csapágyakat használnak, némely más motor esetében akár több ilyen típusú csapágyat is be kell szerelni. Ezek a csapágyak képesek a nagy radiális terhelést is felvenni, ugyanakkor axiális irányban is jól, nagymértékben terhelhetők. Léteznek még olyan motorok is, melyekben ferde hatásvonalú golyóscsapágyat szerelnek be az egyik oldalra, míg a másik oldalra már elegendő egy mélyhornyú golyóscsapágy is. 10.ábra a Tengely az egyik csapággyal 15

16 11. ábra. A tanszéken található axiáldugattyús hidromotor fő alkatrészei Üzemi jellemzők: A állandó térfogatáramú hidromotorok néhány fontos üzemi jellemzője. Térfogatáram: [liter/perc] Ahol: geometriai lökettérfogat [! n= percenkénti fordulatszám [1/perc] " #$% = volumetrikus hatásfok [-] 16

17 Forgatónyomaték: & '( )* +, [Nm] Ahol: Δ.=differenciálnyomás [bar] " /0 =mechanikai-hidraulikai hatásfok [-] Teljesítmény: 1 +, 2 3 [kw] vagy 1 4 '( 3 " #$% " /0 [kw] Működési jellemzők: Hidromotorok működése történhet zárt, vagy nyitott körfolyamatban. Nyitott körfolyamatról akkor beszélünk, ha a szivattyú szívóvezetéke egy olyan tartályba merül melynek felszíne egy atmoszférikus nyomáson lévő térrel van összeköttetésben. A hidraulikus tartályban lévő levegő és a környezeti levegő közötti nyomáskiegyenlítődés biztosítja a szivattyú kifogástalan működését. (1) (6. ábra) 12. ábra nyitott körfolyamat (1) 17

18 Zárt egy körfolyamat akkor, ha a fogyasztótól visszaáramló hidraulikafolyadékot közvetlenül újra a hidraulikus szivattyúhoz vezetjük. A közeg mindvégig a körfolyamatban marad. Csak a hidraulikus szivattyún és s hidromotoron jelentkező szivárgást kell pótolni. (1) (7. ábra) 13. ábra zárt körfolyamat (1) Általános működés: A hidromotor felé tartó nagy nyomású folyadék, amint megközelíti a motort, csatlakozik a vezérlőtárcsához, amelynek megfelelő vese alakú hornyán keresztül bejut a hengertömbön található furatokba a dugattyúkhoz. A nagy nyomású folyadék elmozdítja a dugattyúkat egészen addig a pontig, amíg a dugattyú végén található csúszó talpak felülete el nem éri a ferdetárcsa felületét. Ekkor a dugattyú képtelen lenne tovább haladni a forgástengelyével párhuzamosan, de minthogy a ferdetárcsa nem merőleges a dugattyú forgástengelyére, a csúszó talp elkezd csúszni a tárcsán, minek hatására a hengertömb és a tengely is mozgásba (forgásba) jön. A vezérlőtárcsán a hornyok úgy lettek kiképezve, hogy a dugattyúk alsó holtpontjába, vagyis akkor, mikor a dugattyúk teljesen a furatban vannak, nem kap nyomást a munkatér. A dugattyúk legkülső pontjában szintén nem kap nyomást a furat. A tengely egy teljes körülfordulása során minden dugattyú eléri mindkét holtpontot. 18

19 Amint egy dugattyú a felső holtpontot elérte, és továbbfordulva elhalad a vezérlőtárcsa másik hornya mellett, a furatban lévő hidraulikus folyadékot a dugattyú kinyomja a munkatérből, hiszen a ferdetárcsa kényszeríti a dugattyút, hogy mozogjon vissza a furatába. A motor folyamatos működésű, de működés során felléphetnek problémák. A ferdetárcsás hidromotorok nagy fordulatú motorok közé tartoznak, ezért az indítás, és a kis fordulatszámon történő üzemeltetés csökkenti az élettartamát és terheli a berendezést. A két eset közül valódi gondot csak a kis fordulatszámú működés jelent, mert a motor nagy nyomatékának és kis tehetetlenségi nyomatékának köszönhetően nagy szöggyorsulással indul, ezáltal hamar eléri azt a fordulatszám tartományt, amelyben már gond nélkül üzemeltethető. 14. ábra Ferde tárcsás axiáldugattyús hidromotor erőtani ábrája (1) Hidraulikafolyadék:. A Rexroth cég iránymutatása szerint a hidraulika folyadék optimális működés közbeni kinematikai viszkozitása ; //< megfelelő és kielégítő lesz. = esetén a gép hatásfoka és élettartama is A viszkozitási határok, amelyeket a gép még elbír - szintén a cég ajánlata szerint - a következők: 19

20 Minimális viszkozitás: 55 //< ha a maximális, állandóan fennálló 115 C-os hőmérséklet = mellett zárt körfolyamatban 1 percnél rövidebb ideig kell üzemeltetni. Hasonló körülmények között, nyitott körfolyamatnál a viszkozitás minimuma 510 //< = Maximális viszkozitás: Hidegindítás esetén 1 percnél rövidebb ideig, ha a nyomás nem haladja meg a 30 bar-t, a fordulatszám az 1000 értéket és a hőmérséklet nem kisebb (>?@ A 25B ád, a megengedett maximális viszkozitás //<. = Az előbbi adatok fényében kiegészítve azzal, hogy a motorban található hidraulika folyadék hőmérséklete nem lehet magasabb, mint T=115 C a 8. ábrán látható diagramból kiolvasható, hogy a legalkalmasabb hidraulika folyadékok: ISO VG 22, ISO VG 32 viszkozitásúak. (2) 15. ábra hidraulika folyadékok viszkozitása a hőmérséklet függvényében (2) 20

21 Ezen folyadékok közül a működési körülmények döntik el, hogy egy adott motorhoz melyik az ideális. Miskolci Egyetem A hidraulika folyadékok szűrése illetve tisztasága a hidromotorok biztonságos és hosszan tartó működésének alapfeltételei. Az A10FM motorcsaládhoz a gyártó az ISO 4406-os szabvány szerinti legalább lább 20/18/15-ös tisztaságot ajánlja. Ez azt jelenti, hogy a 4µm-nél nagyobb szennyeződések száma a 20-as kategória két határértéke között kell, hogy legyen, a 18-as kategória a 6µm-nél nagyobbakra vonatkozik, míg a 15-ös a 14µm-nél nagyobbakra. A konkrét számértékek maximumát úgy kapjuk meg, hogy a kategória számát emeljük a kettő hatványaként, majd a kapott értéknek a századát vesszük. Alsó határ körülbelül ennek a fele. Ilyen módon a 4µm-nél nagyobb szennyeződések száma 5000-től ig terjednek, 6µmnál nagyobbak száma ig terjedhet, míg a 14µm-nél nagyobbaké ig terjed milliliterenként. (2) (9. ábra) 16. ábra folyadékok szennyeződési osztályzatai ISO 4406-os szabvány szerint (3) 21

22 Működési nyomásviszonyok: Az A10FM18 jelű motor nyomóoldali és szívóoldali nyomásának különbsége 280 bar, míg a legnagyobb terhelés elérheti a 350 bar értéket is. A nyomásértékeknek elsősorban a fordulatszám beállításában és tartásában van szerepük. A nyomás növekedésének legnagyobb értéke bar/s, tehát a névleges működési nyomását a másodperc tört része alatt képes felvenni. A fordulatszámmal együtt növekszik a kifolyó ágban áramló folyadék nyomása is, mely a maximális fordulaton eléri a 18 bar-t. (2) Gépelemek kenése: A motor kenésének témakörében a legkényesebb kérdés, a ferdetárcsán elmozduló csúszó talpakkal kapcsolatos. A nagy nyomással terhelt dugattyúk végein elhelyezkedő csúszó talpak ugyanis hozzányomódnak a ferdetárcsához, s az őket terhelő erőnek, a ferdetárcsa felületével párhuzamos irányú komponense mozdítja el őket, miközben nagy erővel a ferdetárcsának szorulnak. A csúszó talpak, mint ahogyan a neve is mutatja, súrlódó csapágyként működnek, hidrosztatikus kenésűek, tehát egy vékony kenőanyagréteg helyezkedik el a két elem között. Ennek köszönhetően nincs mechanikai érintkezés, nincs kopás, nincs hőfejlődés a két elem között. A kenőanyag a hidraulikafolyadék, amit a motor hajtásához használnak. A kenést a dugattyúk tengelyével egybeeső vékony furaton keresztül oldják meg, a furaton a dugattyú elé jutó kenőanyag szintén vékony furatokon átjut a gömbcsuklón is, egészen a ferdetárcsára, ahol a kenőfilm réteget létrehozza. A vékony furatok miatt fontos a kenőanyag (azaz a hidraulikafolyadék) szűrése és tisztítása. Elégtelen kenés esetén komoly károkat okozhat, ha eltömődik a furat, vagy a dugattyú és a henger közé szorulnak a szennyeződések. 22

23 17. ábra dugattyú és a csúszó talp metszete Motor tömítés A hidromotor tömítései a cég katalógusa szerint mindenhol FKM tömítések (fluor-kaucsuk), mely egy mesterséges elasztomer. A tömítések a kimenő tengely azon részén van, amely elhagyja a házat. (12. ábra sárga színnel seal felirat) (2) 18. ábra axiál dugattyús ferdetárcsás motor vázlata (7.) 23

24 Legfőbb tulajdonságai: Rendkívüli hőállóság Jó kémiai stabilitás Ellenálló az ózonnal, oxigénnel, időjárással és az öregedéssel szemben Alacsony permeabilitás gázokkal szemben. Széles hőmérséklettűrési tartomány (-15 C-200 C) (4) Alkalmazási terület: Az axiáldugattyús gépek alkalmazási területe elég szélesnek mondható, az egyes kialakításoktól és variációktól függően, számos ipari és mobil hidraulikus eszközben fontos szerephez jutnak. Ferdetengelyes kivitelű motorokat alkalmaznak helyhez kötött ipari környezetben, ahol fontos, hogy állandó nyelési térfogat társuljon a teljesítmény átvitelhez. Ugyanilyen kivitelű szivattyúk alkalmasak olyan feladatok ellátására, ahol a megbízhatóság, hosszú élettartam és a lehető legkisebb zajszennyezés mellett biztosítsák a kellő térfogatáramú folyadék átvitelét. Ilyen alkalmazás például tehergépkocsikban jön jól. Hidromotorokat használnak torpedókban, repülőgépek hidraulikus rendszerében, darukhoz is. A hidrosztatikus hajtás egyik alapeleme. Ennek lényege, hogy térfogatkiszorítás elvén alapuló szivattyúkat és motorokat alkalmaznak nyomaték átadás céljából. 19. ábra SANY PQ190IIIA 24

25 A kínai Sany Heavy Industry Co. Ltd. nevű kínai cég rohamos ütemben terjeszkedik a nehézipari ágazatban. Az ő termékük a képen látható SANY PQ190IIIA talajgyalu, melynek hajtáslánca hidrosztatikus, szemben az elterjedt hidrodinamikussal. A hajtásláncban helyet kap változtatható térfogatáramú hidromotor és szivattyú is. Használják markológépek, kotrógépek tornyának fordítására, illetve a gépek hajtására, más nehézipari gépek rakodóterének billentésére. Metszetek tervezés: Meglátásom szerint, és a feladat megoldása során szerzett tapasztalataim szerint, egy axiáldugattyús hidromotor bemutatásakor fontos, hogy azok az alkatrészek és megoldások kerüljenek előtérbe, amelyek ezeket a motorokat különlegessé teszik a hidromotorok között. A legfontosabb bemutatandó egységek: - Vezérlőtárcsa kialakítása, rajta a vese alakú horony - Hengertömb kialakítása - Dugattyú, gömbcsukló, csúszó talp kialakítás, működés. - Ferdetárcsa kialakítás, és a csúszó talppal történő nyomaték átvitel. Creo Parametric 2.0 nevű programmal kezdtem el a metszetek tervezését, ez nekem is kihívás volt, hiszen a feladat kézhezvételekor még nem ismertem a programot, így lassan haladtam. A szemléletes bemutatáshoz szükséges metszet tervezésekor, fontos szem előtt tartani, hogy a mechanikus eszköz működésének megértéséhez adjon segítséget. A metszetnek oly dolgokra kell rávilágítania, melyek segítik a működés megértését. Ilyen például, hogy a dugattyú hogyan mozog a gépben, a ferdetárcsán hogy mozdul el, és hogyan jön forgásba a tengely. Ezen szempontok bemutatásához, a legegyszerűbb metszet az, mikor a motor házát csonkoljuk meg, így nyerve betekintést a gép belsejébe. Fontos azonban, hogy a metszet a működést, erőátvitelt ne befolyásolja, hiszen ekkor a mozgást nem lehet bemutatni. Ezért a metszés nem léphet túl egy bizonyos határt. Az is fontos, hogy a tengely csapágyai jól tudjanak működni, illetve a ferdetárcsa helyzete is biztos maradjon. Ezen szempontok figyelembe vételével, a ház metszésére az alábbi változatot találtam elfogadhatónak. 25

26 20. ábra A motorház metszetének modellje Ez esetben a működés is látszik, ugyanakkor a gép mozgó elemei, illetve ezek megtámasztása sem sérül a metszéskor. Ahhoz, hogy a hengertömb belsejében láthassuk a dugattyúk mozgását, illetve a hidraulika folyadék útját, a hengertömböt is el kell metszeni. Ahhoz, hogy a dugattyúk a furatban maradjanak, s mozgás közben lehessen őket vizsgálni, fontos, hogy a dugattyú furatának egy része érintetlen maradjon. Legalább annyira, hogy megvezesse a dugattyút mozgás közben. Erre egyik megoldás, ha egy síkkal metsszük el a hengertömböt. Ekkor két dugattyú válik láthatóvá, s mindkét dugattyúhoz bevezető furat is látszik. 26

27 21. ábra A hengertömb egyik lehetséges metszete Egy másik megoldás, ha úgy távolítjuk el a fölösleges részt, hogy a furat egy rész teljesen érintetlen marad, ekkor a dugattyút meg tudja vezetni, tehát forgás közben jól fog működni. Ezzel a metszési móddal a dugattyú mozgásán kívül a hidraulika folyadékot bevezető furat is látszik, csak úgy, mint a dugattyú kialakítása. Az érdeklődő így megtekintheti a motor kenési rendszerét is. Ennek előnye még, hogy több dugattyút lehet vele megmutatni, mint az elsővel. 22. ábra A hengertömb másik lehetséges metszete 27

28 A következő működési szempontból fontos alkatrész a vezérlőtárcsa, melynek bemutatásakor elég komoly probléma, hogy az már a gép rögzítésében is szerepet játszik, hisz 8 csavarral kapcsolódik a gép házához. A ház metszésekor már legalább 2 csavar nem fogja tudni ellátni a feladatát, tehát ésszerű lenne, ha a vezérlőtárcsa megmutatásához, a gép ugyanazon részét használnánk, mint az előző esetben. Így 6 csavar rögzítene, amelyek működési terhelés híján a feladatukat el tudnák látni. A vezérlőtárcsa bemutatásakor, a folyadékot a gép belsejébe vezető csatlakozókat, a vese alakú hornyokkal együtt illene bemutatni. Egyik megoldás lehet, ha a házhoz hasonló pozícióban lesz a metszett terület. Ezzel meg tudjuk mutatni nagy nyomású folyadékot bevezető csatlakozót és a vese alakú hornyot. Ennek előnye, hogy a rögzítésben részt vevő 8 csavar közül ugyan azt a kettőt kell majd eltávolítani, amelyik a ház metszése miatt nem tudja ellátni a feladatát. A vezérlőtárcsa résolaj kivezető csatornáját azonban nem lehet megmutatni. 23. ábra A nyomás elosztó egyik lehetséges metszete 28

29 Másik megoldás, hogy a résolaj elvezető furat is látszódjék a metszeten, az alábbi: 24. ábra A nyomáselosztó másik lehetséges metszete A rögzítésben ugyan egy csavarral kevesebb vesz majd részt, de így is stabil marad. Azáltal, hogy a házat, a hengertömböt és a vezérlőtárcsát is elmetsszük, láthatóvá válik a nyomásváltozás csillapítására szolgáló tárcsa is. Ezzel lényegében mindent meg lehet mutatni a motorban. 29

30 25. ábra A tervezett látvány A tengelyt megforgatva, mivel a működést nem befolyásoló metszetekről van szó, a henger forgásba jön, s a dugattyúk mozgása követhető lesz. A hengertömb metszetével pedig 3 dugattyú mozgása a furatukban is megfigyelhető. A metszeteket elkészítéséhez szükséges rajzokat AutoCad programmal készítem el. Mindhárom alkatrésznél fontos, hogy a metszősíkok precízen legyenek elhelyezve. A ház esetében például arra kell ügyelni, hogy a metszősík a tengelyen található csapágy külső gyűrűjét ne érje el. A ház a ferdetárcsát egy kis csappal pozícionálja, így biztosítva a két alkatrész relatív helyzetének állandóságát. A ház szimmetria tengelyének - amely áthalad ezen a csapon - kell párhuzamosnak lennie a metszősíkkal, mert ebben a helyzetben lesz látható a legnagyobb mértékű dugattyúmozgás. 30

31 A hengertömb metszésénél csak azt kell szem előtt tartani, hogy a megmutatott furatokban a dugattyúk végei látszódjanak abban a helyzetben, amit a ház metszésével láttatunk. Ehhez a hengertömb vezérlőtárcsa felőli végétől legalább 20 milliméter távolságban kell az anyagot eltávolítani. Ilyen mértékű metszésnél már látszódni fognak a dugattyúk. A vezérlőtárcsa metszésénél két dolog alapvetően meghatározza a metszés elhelyezkedését. Az egyik a résolaj elvezető furat, amelynek tengelye párhuzamos az alkatrész szimmetriatengelyével, illetve a hidraulika folyadék bevezető furata, amit szintén el kell metszeni. Megmunkált alkatrészek. A három alkatrészt, amit el kell metszeni, a Miskolci Egyetem műhelycsarnokában készítették el. Két alkatrészt, a hengertömböt és a vezérlőtárcsát is a Szerszámgépek Tanszékének DMU 40 típusú, 5 tengelyes marógépével készítették el. 26. ábra A hengertömb metszés utáni állapota 31

32 A képen látható a hengertömb metszése utáni állapot. A furatokban látszódik a három dugattyú eltérő helyzetben. Így forgatáskor látni lehet a dugattyúk mozgását, és bár a fényképen nem látszik, a dugattyúk belső szerkezetét is. Ez segít majd megérteni a csúszó talpak kenését. 27. ábra A nyomás elosztó metszés utáni állapota A képen látható a vezérlőtárcsa metszete, szintén a DMU 40-es CNC marógépen készült 32

33 Ezzel a metszettel láthatóvá vált a motorba belépő nagy nyomású folyadék becsatlakozása, illetve a résolaj elvezetésének csatlakozója is. Továbbá láthatjuk a vese alakú horony belső felületét. Azáltal, hogy a ház is el van vágva, a hengertömb és a vezérlőtárcsa közti nyomásingadozás csillapítására szolgáló alkatrészt is láthatóvá tettük. 28. ábra A motorház metszés utáni állapota A ház megmunkálása során a biztonságos rögzítés nem volt biztosítható, ezért CNC gépen nem lehetett elkészíteni, így egyetemes marógéppel készült el. Ezzel a metszéssel a motorban zajló minden fontos esemény megmutathatóvá vált. A képen látható a ferdetárcsát pozícionáló csap is. 33

34 29. ábra Az összeszerelt motor Az alkatrészeket összeszerelve a motor a képen látható. A tengely végére a jövőben szerelhető egy műanyag kerék, így megkönnyítve a kézi mozgatást, hiszen ez meglehetősen nehéz. Jobb stabilitásért szerelhető a motor alá egy tartó, mellyel tetszőleges helyzetben lehet biztonságosan elhelyezni. 34

35 A szemléltető eszköz továbbfejlesztése: A motor további megmunkálásával tovább lehet fejleszteni, tökéletesíteni a szemléltető eszközt. Ennek egyik módja, ha a motor házát a most megmunkált ablakkal ellentétes oldalon is kinyitjuk. Ennek előnye, hogy a mostani metszettel láthatjuk a dugattyúk mozgását, ahogyan a furatból kifelé mozogva elcsúsznak a ferdetárcsán. Egy újabb ablakkal láthatóvá tennénk a dugattyúk ellenkező irányú löketmozgását is. A hengertömb további megnyitásával pedig újabb dugattyúkat lehetne tanulmányozni, esetleg más löket helyzetekben is. A kenési rendszer jobb szemléltetéséhez elmetszhető egy dugattyú a szimmetriatengelye mentén, így a ferdetárcsához vezető apró furat is láthatóvá válik. Összegzés: Feladatom az volt, hogy a tanszék birtokában lévő axiál dugattyús hidromotort átalakítsam úgy, hogy az oktatási célra, szemléltető eszközként alkalmazható legyen. Alapvető fontosságú volt, hogy úgy történjen a megmunkálás, hogy a működést ne befolyásolja. Először el kellett mélyülnöm a hidraulika világában. Ehhez szakirodalmi forrásokat (Pattantyús kézikönyvet, Bosch kiadványokat és internetes forrásokat) használtam fel. Ez után csoportosítottam a gépeket, hogy a csoportok közt el tudjam helyezni a feladatom alapjául szolgáló Rexroth A10FM18 jelű hidromotort. Ezt követően az eszköz felépítését, alkatrészeit kellett megismernem, majd feladatukat és működésüket kellett tanulmányoznom. Majd, hogy meg tudjam tervezni a metszeteket, modellt kellett készítenem a motorról, ehhez a Creo 2.0 oktatási verzióját használtam. A modellezést követően kiválasztottam, hogy a követelmények teljesítéséhez mely alkatrészeket kell megmunkálni, így ezen alkatrészek modelljein kezdtem a tervezést. Az alkatrészekre vázoltam két metszési változatot, mely után kiválasztottam azt, amely a feladatát jobban teljesíti. Ezt követően a megtervezett metszeteket AutoCad programmal lerajzoltam, hogy le lehessen gyártani. Miután a megmunkálást elvégezték, a kész alkatrészek fényképével és néhány mondattal leírtam, hogy miben segíti a működés megértését. 35

36 Irodalomjegyzék [1]. Exner, H., és mtsai. A fluidtechnika - hidraulika alapjai és elemei. Erbach : Boschw Rexroth AG, [2.] ISO 4406: What do those numbers mean in the ISO Cleanliness Codes? Hy-Pro Filtration Blog. [Online] [3.] Axial Piston Fixed Motor A10FM /A10FE (US-version). hely nélk. : Bosch Rexroth Corporation. [4.] [Online] Bosch Rexroth AG. [5.] Muncke, Ludvig, Buchmuller, Josef és Stieler, Konrad. Axial Piston Hydraulic Motor. US Németország, Június 30. [6.] FKM Fluororubber. Freudenberg Sealing Technologies. [Online] [7.] [8.] Az_els%C5%91_hidrosztatikus_hajt%C3%A1s%C3%BA_talajgyalu Ábrajegyzék 1. ábra radiál dugattyús motor belső dugattyútámasztással (1) ábra ferdetengelyes axiáldugattyús motor (1) ábra ferde tárcsás axiáldugattyús motor (1) ábra Rexroth A10FM motor ábra ferdetárcsás axiáldugattyús motor szerkezeti felépítése (1) ábra Vezérlőtárcsa modellje ábra Hengertömb modellje ábra Dugattyú és a csúszó talp modellje ábra A ferdetárcsa modellje ábra a Tengely az egyik csapággyal ábra. A tanszéken található axiáldugattyús hidromotor fő alkatrészei ábra nyitott körfolyamat (1) ábra zárt körfolyamat (1) ábra Ferde tárcsás axiáldugattyús hidromotor erőtani ábrája (1) ábra hidraulika folyadékok viszkozitása a hőmérséklet függvényében (2) ábra folyadékok szennyeződési osztályzatai ISO 4406-os szabvány szerint (3) ábra dugattyú és a csúszó talp metszete ábra axiál dugattyús ferdetárcsás motor vázlata (7.) ábra SANY PQ190IIIA ábra A motorház metszetének modellje

37 21. ábra A hengertömb egyik lehetséges metszete ábra A hengertömb másik lehetséges metszete ábra A nyomás elosztó egyik lehetséges metszete ábra A nyomáselosztó másik lehetséges metszete ábra A tervezett látvány ábra A hengertömb metszés utáni állapota ábra A nyomás elosztó metszés utáni állapota ábra A motorház metszés utáni állapota ábra Az összeszerelt motor