Volumul de deplasare

Volumul de deplasare, cunoscut și sub denumirea de volum de absorbție sau volum de cursă, este un parametru decisiv în hidraulică. Acesta descrie proporția de volum a unui lichid care este deplasată sau curge printr-o componentă hidraulică, cum ar fi o pompă, un motor sau un cilindru, pe unitate de timp sau pe unitate de mișcare. Acest volum este fundamental pentru determinarea performanței și a comportamentului de funcționare al sistemelor hidraulice.

Bazele volumului de deplasare în hidraulică

Volumul de deplasare este o măsură a cantității de fluid pe care o unitate de deplasare o mișcă pe ciclu de lucru. În cazul pompelor și motoarelor, acesta se referă de obicei la volumul pe rotație a arborelui de antrenare. În cazul cilindrilor, acesta este volumul deplasat pe cursă a pistonului. Cunoașterea volumului de deplasare este esențială pentru calcularea debitului unei pompe, a turației unui motor sau a vitezei unui cilindru.

Definiție și unități

Volumul de deplasare este de obicei exprimat în centimetri cubi pe rotație (cm³/rev) sau metri cubi pe secundă (m³/s). Aceste unități ilustrează relația cu mișcarea componentei.

Volumul geometric de deplasare

Volumul geometric de deplasare este o valoare teoretică care rezultă exclusiv din dimensiunile de construcție ale unei componente. În cazul unui cilindru hidraulic, acesta se calculează din suprafața pistonului înmulțită cu lungimea cursei. În cazul pompelor și motoarelor, acesta rezultă din dimensiunile elementelor de deplasare, cum ar fi roțile dințate, paletele sau pistoanele. Această valoare nu ține cont de scurgerile interne sau de efectele de compresibilitate ale fluidului.

Volumul teoretic și efectiv de deplasare

Volumul teoretic de deplasare este adesea puțin mai mare decât volumul geometric de deplasare, deoarece presupune condiții ideale fără pierderi. Volumul efectiv de deplasare, pe de altă parte, este valoarea măsurată efectiv. Acesta ia în considerare scurgerile interne și compresibilitatea fluidului hidraulic. În cazul pompelor, volumul efectiv de deplasare este raportul dintre debitul real și turația.

Importanța volumului de deplasare pentru componentele hidraulice

Volumul de deplasare influențează în mod semnificativ parametrii de performanță ai pompelor, motoarelor și cilindrilor hidraulici.

Pompe hidraulice

În cazul pompelor hidraulice, volumul de deplasare, împreună cu turația, determină debitul teoretic. O pompă cu un volum de deplasare mai mare transportă o cantitate mai mare de fluid la aceeași turație. Acest lucru este decisiv pentru viteza cu care poate fi mișcat un actuator.

Motoare hidraulice

Pentru motoarele hidraulice, volumul de deplasare este un indicator al cuplului pe care motorul îl poate genera la o anumită presiune. Un motor cu un volum de deplasare mai mare generează un cuplu mai mare la aceeași presiune, dar necesită și un debit mai mare pentru a atinge o anumită viteză de rotație.

Cilindri hidraulici

În cazul cilindrilor hidraulici, volumul de deplasare este direct proporțional cu suprafața pistonului și cursa. Acesta determină cantitatea de fluid necesară pentru a deplasa pistonul pe o anumită distanță. Acest lucru este relevant pentru calcularea vitezei cilindrului și a consumului de fluid.

Calcularea volumului de deplasare

Calculul volumului de deplasare depinde de tipul componentei hidraulice.

Pentru cilindrii hidraulici

Formula de bază pentru volumul de deplasare al unui cilindru hidraulic cu acțiune simplă este:

V = A * H 

Unde:

• V = volumul de deplasare
• A = suprafața pistonului
• H = lungimea cursei

În cazul cilindrilor cu dublă acțiune, volumul pentru partea tijei pistonului trebuie calculat separat, deoarece suprafața efectivă este redusă de tija pistonului.

Pentru pompe și motoare hidraulice

În cazul pompelor și motoarelor cu deplasare, volumul de deplasare este volumul deplasat la fiecare rotație a arborelui de antrenare. În cazul pompelor și motoarelor reglabile, volumul de deplasare poate fi reglat în mod variabil. Acest lucru este adesea exprimat printr-un unghi de reglare sau o reglare a volumului (α):

V_i = α * V_{i,max}

Unde:

• V_i = volumul de deplasare actual
• α = factorul de reglare (între 0 și 1)
• V_{{i, max}} = volumul maxim de deplasare

Factori de influență și aplicații practice

Volumul de deplasare nu este doar o mărime teoretică, ci are efecte directe asupra proiectării și funcționării instalațiilor hidraulice.

Compresibilitatea fluidului

Lichidele hidraulice sunt aproape incompresibile, dar la presiuni ridicate poate apărea o ușoară reducere a volumului. Acest volum suplimentar, care este presat în fluidul sub presiune, trebuie furnizat de sursa de presiune la fiecare pornire a acționării. În cazul instalațiilor cu multe acționări și volume mari, acest debit de compresie nu poate fi neglijat.

Scurgeri

Scurgerile interne din pompe, motoare și cilindri duc la o reducere a volumului efectiv de deplasare față de cel geometric. Aceste scurgeri sunt un factor important pentru eficiența componentelor hidraulice.

Proiectarea sistemului

În proiectarea sistemelor hidraulice, volumul de deplasare este decisiv pentru selectarea componentelor potrivite. Acesta influențează vitezele, forțele și cuplurile care pot fi atinse, precum și consumul de energie al sistemului. O adaptare precisă a volumului de deplasare al pompei la necesarul actuatoarelor este esențială pentru o funcționare eficientă.