Munkahenger

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
200 tonnás hidraulikus élhajlító munkahengere, a dugattyúrúd átmérője 20 cm-nél is nagyobb.
Ilyen méretű munkahengerekkel 2 cm vastag vaslemezek is hajlíthatóak, üresjárati (terhelés nélküli) sebessége eléri 80 cm/s-ot.
Átmenő dugattyúrudas munkahenger jelképe (ISO 1219)
Kétoldali működtetésű, állítható véghelyzet-csillapítású munkahenger jelképe

A munkahenger egy olyan energiaátalakító eszköz, amely a bele áramló közeg nyomási energiáját alakítja át lineáris vagy forgó mozgássá. A közeg lehet sűrített levegő vagy hidraulika olaj (esetleg más folyadék). A hidraulikus és pneumatikus működtetést a gépgyártás nagyon sok területén használják, például járművek fékeinél, gépkocsik oldható tengelykapcsolóinál, nagyfeszültségű elektromos megszakítóknál, gőzturbinák és vízturbinák szabályozóelemeinél, színpadi berendezések mozgatásánál. a 20. század eleje óta elterjedtek az általános célra szolgáló hidraulika és pneumatika rendszerek építőelemeinek sorozatgyártása és szabványosítása. A cikk ilyen szabványos munkahengerekről szól.

Sűrített levegő használata esetén pneumatikus munkahengerekről, míg hidraulika olaj esetén hidraulikus munkahengerekről beszélünk. A két különböző működtető közeg egyben meghatározza a munkahenger kialakítását és az alkalmazási területét is. A sűrített levegő összenyomhatóságából, gyorsabb áramlási sebességéből adódóan a munkahenger kialakítása egyszerűbb és olcsóbb, nagy sebességekre képes, de kisebb erők kifejtésére alkalmas. A hidraulika olaj viszont ezzel szemben nem összenyomható, lassabb áramlású és környezetre is veszélyes, emiatt a munkahenger kialakítása robusztus és nagyon drága, kisebb mozgási sebességekre képes, de hatalmas erők kifejtésére alkalmas, melyet nem csak mozgás közben, hanem inaktív állapotban is képes tartani.

Munkahengerekről beszélünk még:

  • Munkaközegváltó berendezés. Ennél az eszköznél a hengerben mozgó dugattyú két különböző közeget választ el egymástól. A dugattyú két oldalára ható hidrosztatikus erők egyensúlyából következik, hogy a két közeg a dugattyún keresztül egymásnak adja át a nyomást. Ezzel a megoldással lehet vegyes munkaközeggel működtetett rendszereket (például pneumatikus és hidraulikus rendszereket) összekapcsolni.
  • Nyomásfokozó berendezés. Itt a két közeg többnyire azonos típusú, ebben az esetben a két kamra belső keresztmetszete eltérő, a differenciáldugattyú nagyobb felületére ható nyomásból származó erővel a kisebb felület nagyobb nyomása tart egyensúlyt. Nyomásfokozót alkalmaznak például a vízsugaras vágógépek folyadékszivattyújánál, ahol néhány száz bar nyomású hidraulikus olaj segítségével 2000-4000 bar nyomású vizet állítanak elő.

A munkahenger részei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kétoldali működtetésű munkahenger felépítése, részei
Elem Megjegyzés
1 véghelyzet-csillapítás
(itt nem állítható)
kis átmérőjű furat, melyen keresztül a közeg áramlása fojtást szenved, ezzel a dugattyú mozgását a véghelyzet közelében lefékezi
2 tömítés megakadályozza a két kamra között a közeg szivárgását
3 csúszógyűrű
  • a dugattyú megvezetésére szolgál
  • puha fém, esetleg teflon
  • finoman megmunkált külső palást
4* henger, előlap és hátlap
5* dugattyúrúd
  • a dugattyú mozgását közvetíti a működtetendő berendezés felé
  • felülete finoman megmunkált
6 ajakos tömítés tömítés alakja olyan, hogy a közeg nyomása ráfeszíti a tömítendő felületre
7 szennylehúzó gyűrű a dugattyúrúd felületére kívülről rákerülő szennyeződések ellen véd
8 csúszógyűrű
  • dugattyúrúd megvezetésére szolgál
  • finoman megmunkált felület és puhább anyagminőség jellemzi
9 első kamra ha e kamra nyomása nagyobb, akkor a dugattyúrúd balra mozog
10* dugattyú
  • a henger belső terének felosztása
  • a dugattyúrúd keresztmetszeténél nagyobb felület biztosítása
11 állandó mágnes a házra kívülről szerelt érzékelők számára jelzi a dugattyú helyzetét
12 hátsó kamra ha e kamra nyomása nagyobb, akkor a dugattyúrúd jobbra mozog
13 menetes furat
  • itt áramlik be és ki a közeg
  • menetes csatlakozás
2.5MN-os egyoldali működtetésű nyomóhenger

*: fő elem, nem minden munkahengernél található meg mind a három elem (például van henger dugattyúrúd nélkül is). Igen nagy erőt kifejtő egyoldali működtetésű hidraulikus munkahengerek esetén, a dugattyú lehet egyben a nagy átmérőjű dugattyúrúd is. ennél a kialakításnál a tömítő karmantyú és a vezetőgyűrű is a hengerben helyezkedik el.

A munkahenger működési elve[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy pneumatikus munkahenger belseje mozgás közben

A munkahenger belsejébe áramló közeg nyomási energiája a dugattyú felületére nyomást gyakorol, majd az ebből származó erő (F=P*A) azt mozgásba hozza. A dugattyú mozgásának iránya attól függ, hogy melyik oldalról lesz nagyobb ez az erő, természetesen a mozgás irányával szemben levő kamra tartalmát hagyni kell kifele áramolni.

Az egyoldali dugattyúrúd kivezetéses munkahenger esetén a dugattyú felülete a dugattyúrúd felőli oldalon kisebb (a dugattyúrúd által lefedett keresztmetszet miatt), ha tehát a két kamara nyomása azonos, akkor a dugattyúrúd kifele mozog. A különböző felület jól használható, mivel vannak olyan esetek amikor csak az egyik irányban fontos a kifejtett erő nagysága (pl. prések, ahol csak a nyomás kifejtése fontos, a visszahúzás csak annyira, hogy elemelkedjen a munkadarabtól), a differenciál munkahenger pedig pontosan kétszer akkora erőt tud kifejteni a dugattyú kifele mozgása közben, mint a másik irányban.

A dugattyúrúd nélküli és az átmenő dugattyúrudas munkahengerek esetén a nyomás által kifejtett erő mindkét irányban (az azonos felület miatt) azonos.

A munkahengerek csoportosítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Működtető közeg szerint:
    • Pneumatikus
    • Hidraulikus
  • Lökethossz szerint: (L: lökethossz, D: dugattyúrúd átmérője)
    • Kis löketű (L / D < 1)
    • Normál löketű (L / D < 15-30)
    • Nagy löketű (L / D > 30)
  • Létrehozott mozgás alapján:
    • Lineáris
    • Forgó
  • Véghelyzet-csillapítás szerint:
    • Véghelyzet-csillapítás nélküli: nincs beépített fékezés a dugattyú véghelyzete környékén. Ezeknél a hengereknél fontos, hogy a vezérlésnél gondoskodjunk a véghelyzeteknél történő lassításról. Általában olcsó munkahengerek.
    • Véghelyzet-csillapításos: a véghelyzet előtt egy kis szakaszon a közeg áramlási keresztmetszete korlátozódik, ennek köszönhetően fékként működik.
      • Állítható: a fojtást állítani lehet, általában tűszelepes. Könnyebben optimalizálható a kívánt szempontokhoz
      • Nem állítható: szerkezetileg kialakított, nincs lehetőség állításra
  • Működtetés szerint:
    • Egyoldali: csak az egyik mozgásirányba működtethető a közeg nyomásával, a másik mozgásirányt vagy belső, például rugó erő, vagy külső például gravitációs erő, súlyerő biztosítja.
    • Kétoldali: mindkét mozgásirányba működtethető
  • Speciális kivitelek, felépítések szerint:
    • Dugattyúrúd mechanikus rögzítési lehetőséggel: ennek szükségessége lehet például szállítási okok vagy egyéb üzemen kívüli állapotok
    • Hőálló: nagyon magas, vagy nagyon alacsony hőmérsékleti tartományokra optimalizálva
    • Korrózióálló: erős korrózió elleni védelemmel ellátott hengerek. A tömítések jobban zárnak, dugattyúrúd és a hengertest anyaga ellenáll a lúgos vagy savas kémhatásoknak, oxidációnak, ide tartozik például az eső elleni védelem is.
    • stb.
  • Vezérelhetőség szerint:
    • Vezérelhető
    • Nem vezérelhető, például véghelyzet-csillapító, ütköző, sebesség és erő korlátozó

A hidraulikus és a pneumatikus munkahengerek összehasonlítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Pneumatikus munkahenger Hidraulikus munkahenger
Ár olcsóbb drágább
Kifejthető erő kisebb erők nagyobb erők
Megállítható tetszőleges helyzetben?
  • típustól függően lehetséges
  • kisebb erők tartására alkalmas
  • maximum 0,1 mm-es pontosság
  • igen
  • erő tartására alkalmas
  • akár μm-es pontosság
Egyenletes mozgási sebesség
  • nem
  • terheléstől és típustól erősen függ
igen
Méretek kisebb, egészen kis méretek többnyire robusztus méret
Kenés
  • gyors, gyakori mozgások esetén szükséges
  • levegőbe porlasztott olaj
kenés a hidraulika olaj által biztosított
Működtető közeg és jellemzői
  • sűrített levegő
  • kis nyomás (4-16 bar)
  • szükség szerint olajporlasztással
  • nem jelent veszélyt sem az azt használóra sem a környezetre
  • hidraulika olaj
  • nagy nyomás (20-400+ bar)
  • veszélyes az azt használóra és a környezetre egyaránt
    • csatlakozók rugós visszacsapó szeleppel szerelve
    • erős burkolatú házak
    • működés közben nem szabad szerelni sem a csatlakozó csöveket leválasztani!
Alkalmazási terület
  • gyártósorokon: például csomagolás, válogatás, stb.
  • kisebb terheléseknél légrugóként
  • építőiparban: légkalapács
Dugattyú hasznos felülete a dugattyúrúd keresztmetszetéhez képest sokszoros többnyire minimális a dugattyúrúd felőli oldalon
Dugattyúrúd anyaga

szinte minden esetben ötvözött, felületkezelt acél

üzemi hőmérséklet-tartomány
  • rosszabb, mint a hidraulikus munkahengereké
  • szerkezetileg kell megoldani a hűtést, fűtést
  • munkaközeg nem használható hőközlésre vagy hőelvonásra
  • jó, széles hőmérséklet-tartomány
  • a munkaközeg jó hővezető, hőközlésre és hőelvonásra alkalmas
Karbantartás
  • gyors mozgások miatt gyakrabban szükséges (tömítések kopása)
  • többnyire olcsó és egyszerű
  • ritkábban van szükség rá
  • a tömítések kismértékű áteresztése sem jelent "jelentős hibát", mivel többnyire a dugattyú tömítései kopnak el, és csak a kifejtett erő csökken a kamrák közötti közegátáramlás miatt
  • többnyire (nagyon) drága és nem egyszerű

Típusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A munkahengerek felépítése a pneumatikus és a hidraulikus munkahengereknél igen hasonló, az eltérés többnyire a működtető közeg fizikai tulajdonságából adódik.

A típusok felosztása és jellemzőik[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Vezérelhető hengerek:
    • dugattyúrudas hengerek: (legelterjedtebb típus)
      • létezik szabványos és egyedi változata is
      • véghelyzetek száma szerint:
        • nincs meghatározható véghelyzete (például légkalapács)
        • két állású
        • három állású
        • 4 állású (pl. két munkahenger a hátlapjukon egymáshoz szerelve)
      • átmenő dugattyúrudas munkahenger (kétoldali dugattyúrúd kivezetéses)
      • teleszkóphenger
        • a dugattyúrúd több részből áll, melyek egymásba illeszkednek
        • nagy lökethossz, és a lökethosszhoz képest kis hosszúság jellemzi
        • hidraulikában használatos, általában hidraulikus emelőszerkezetekben használják
      • membrán hengerek:
        • pneumatikában használják, jellemzői: nagy erők kifejtésére alkalmas, lapos kivitelű, egyoldali működtetésű, nagyon kicsi lökethossz jellemzi (legfeljebb a dugattyúrúd átmérőjének a fele)
        • általában tárgyak megfogására, befogására használják
    • dugattyúrúd nélküli hengerek:
      • mechanikus csatlakozással
        • a dugattyú és a mozgató rész között szalag tartja a kapcsolatot
        • a dugattyúrúd közvetlenül van egybeépítve a mozgatott résszel
      • mágneses csatlakozással: a mozgatott rész és a dugattyú között mágneses erő tartja a kapcsolatot. Jól pozicionálható és egyszerű szerkezeti felépítés jellemzi.
    • tömlőhengerek:
      • pneumatikában használják, az átmérő és a hossz arányának függvényében húzó- vagy nyomó erő kifejtésére alkalmas:
        • húzó erő kifejtésére alkalmas, akkor ha a palást felülete nagyobb mint az átmérő által meghatározott felület (a nyomás a palást falán fejti ki a hatását)
        • nyomó erő kifejtése esetén pont fordított a felületek aránya, vagyis a palást felülete kisebb, mint az átmérő által meghatározott felület.
    • forgató vagy átrakó hengerek:
      • fogaskerék-fogasléces:
        • jellemzők:
          • elfordulás szöge: párszor 360°
          • a dugattyúrúd mint fogasléc funkcionál, amely meghajtja a fogaskereket
          • fogaskerék méretétől, fogszámától és a dugattyú felületétől függően nagy nyomatékok leadására is képes
          • a tengely lehet átmenő furatos is (vákuum számára)
      • lamellás:
        • Jellemzői: az elfordulás szöge többnyire nem haladja meg a 270°-ot, de a felépítésből adódóan mindenképpen kevesebb mint 360°; dugattyú helyett lamella (lapát) van, amely a kihajtott tengelyhez van rögzítve, és azzal együtt forog; a tengely lehet átmenő furatos is (pl. vákuum számára); többnyire munkadarabok vákuumos átrakására használják.
  • Nem vezérelhető hengerek:
    • véghelyzet-csillapító, ütköző
      • jellemzően pneumatikában használt elem
    • sebesség- és erő korlátozó
      • jellemzően pneumatikában használt elem

A munkahenger rögzítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A beépítés módjának helyes megválasztása nagyon fontos. Nem helyes megválasztás esetén a munkahengeren járulékos erők és nyomatékok léphetnek fel, melyek hatása a mozgó alkatrészek találkozásánál idő előtti kopások formájában jelentkezik. Ez jobb esetben csak a tömítések idő előtti elkopását vonja maga után, rosszabb esetben a hengertest belső fala, a dugattyú, a dugattyúrúd és a csúszó csapágyak idő előtti elhasználódását vagy akár a mozgó elemek befeszülését is eredményezheti.

Rögzítés a hengertesten[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Merev rögzítés:

A hengertest szabadságfokai teljesen korlátozottak, ha ezt a megoldást választjuk, akkor gondoskodni kell:
  • a dugattyúrúd és a mozgatott elem közötti kapcsolat szabadságáról, vagy
  • a mozgatott elem minél tökéletesebb megvezetéséről
Munkahenger fix rögzítése az előlapnál.gif Munkahenger fix rögzítése középen.gif Munkahenger fix rögzítése a hátlapnál.gif Munkahenger fix rögzítése elő és hátlapon lemezes.gif
rögzítés az előlapnál rögzítés a középső részen rögzítés a hátlapnál rögzítés az elő- és hátlapon

Csuklós rögzítés:

Lehetséges mozgások:
  • a csap tengelye körül forgás
  • gömbcsukló esetén még a gömbi középpont körül bármely irányba történő kismértékű elfordulás
Munkahenger rögzítése középen csuklósan.gif Munkahenger rögzítése a hátlapnál csuklósan.gif Munkahenger rögzítése a hátlapnál gömbcsuklósan.gif
rögzítés a középső részen rögzítés a hátlapnál rögzítés a hátlapnál gömbcsuklósan

A dugattyúrúd és a mozgatott elem között[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Merev rögzítés:

A dugattyúrúd és a mozgatott elem között nincs elmozdulási lehetőség
Munkahenger - dugattyúrúd rögzítése fixen.gif

Csuklós rögzítés:

A dugattyúrúd és a mozgatott elem között
  • tengelyirányú forgás
  • gömbcsukló esetén még a gömbi középpont körül bármely irányban történő kismértékű elforgás
Munkahenger - dugattyúrúd rögzítése csuklósan.gif Munkahenger - dugattyúrúd rögzítése gömbcsuklósan.gif
rögzítés csuklósan rögzítés gömbcsuklósan

Fizikai egybeépítés nélkül:

A dugattyúrúd csak löki vagy húzza a mozgatott elemet, szoros fizikai kapcsolat nincs
Munkahenger - dugattyúrúd-elem kapcsolat nélkül.gif

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Munkahenger témájú médiaállományokat.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]