τ θ θq - Student Info

4. HIDRAVLIČNI SERVOMOTORJI
4.1. Mesto in vloga hidravličnih servomotorjev
Hidravlični motorji oziroma servomotorji imajo zaradi specifičnih lastnosti zelo pomembno
vlogo v tehniki. Zelo malo je namreč sodobnih vej tehnike, v kateri ne srečamo te vrste motorjev.
Njihova osnovna vloga je seveda enaka kot pri električnih servomotorjih, to je pretvarjanje
dovedene energije v tem primeru hidravlične v mehansko delo. Seveda se ob tem moramo takoj
vprašati kdaj naj namesto električnega pogona uporabimo hidravlični pogon. Odgovor na to
vprašanje je večplasten in nikakor ni enostaven. Pragmatično bi nanj odgovorili, da takrat, ko
njegova uporaba poveča ekonomičnost celotne naprave oziroma pogona. Pri presojanju
ekonomičnosti pa moramo zelo natančno vedeti kaj vse sodi k napravi oziroma pogonu. Vedno
je tu vpletenih veliko dejavnikov, ki včasih zelo divergentno vplivajo na ekonomičnost. Poleg
čisto ekonomskih pa nastopajo še tehniške zahteve, ki morajo biti primerno izpolnjene. V tem
razdelku se ne bomo posvečali prvim, pač pa zgolj drugim. Poskušali bomo z raznimi
primerjavami osvetliti tiste tehniške parametre, ki omogočajo hidravličnim motorjem odločilno
prednost pri izpolnjevanju osnovne funkcije oziroma naloge in pri izpolnjevanju tehniških
zahtev, ki jih običajno postavljamo ob bok osnovni nalogi.
Pri obravnavi lastnosti oziroma parametrov hidravličnih motorjev pa teh elementov ne moremo
opazovati povsem ločeno od okolja v katerem delujejo, to je takšnega ali drugačnega servo
sistema kot zaključene enote. Značilen primer so dinamične lastnosti, ki jih nikakor ne moremo
ločeno obravnavati od drugega pomembnega elementa večine hidravličnih servosistemov, to je
servokrmilnika. Včasih pa je potrebno v takšno obravnavo pritegniti še hidravlično črpalko.
Čeprav ni namen tega predmeta podrobno seznanjanje s temi elementi, se bomo spotoma
seznanili vsaj z glavnimi parametri teh dveh osnovnih elementov; to je tistimi, ki pomembno
vplivajo na obnašanje servomotorjev. Posebej enostavno bo to pri črpalkah, saj se te po principu
delovanja sploh ne razlikujejo od motorjev. Razlika je le v tehniških zahtevah, ki jih morajo
izpolniti eni in drugi in v pomembnosti določenega parametra, ki je za motor lahko zelo
pomemben, pri črpalki pa je isti parameter mnogo nižje na lestvici pomembnosti.
4.1.1. Primerjava hitrosti odziva in moči sistema
Merilo hitrosti odziva vsakega sistema tako tudi hidravličnega je časovna konstanta. Časovna
konstanta rotacijskega motorja pa naj bo ta električen ali hidravličen je funkcija vztrajnostnega
momenta vrtečih se delov motorja, vrtilnega momenta na osi motorja in kotne hitrosti na tej osi:
τ
m
J
m
= θ
m
M
m
Ker je J m vztrajnostni moment motorja, M m moment, ki ga proizvaja motor in θm
kotna hitrost
na osi motorja.
Časovne konstante sodobnih hidravličnih motorjev se zaradi izredno majhnih vztrajnostih
momentov merijo v milisekundah, tudi kadar gre za moči velikostnega reda kilovatov. Na sliki
4.1. je prikazan odnos med časovnimi konstantami sodobnih hidromotorjev in elektromotorjev v
odvisnosti od moči motorja.

2
0,25
Časovna konstanta τ/s
0,2
0,15
0,1
0,05
Enosmerni motor
Hidravlični motor
2 4 6 8 10 12 14
Moč motorja P m /kW
Slika 4.1. Časovne konstante električnih in hidravličnih servomotorjev
Časovna konstanta je prav gotovo eden izmed tistih parametrov, ki v določenih okoliščinah
mogoča prednost hidravličnemu servomotorju.
Hidravlični motorji in generatorji hidravlične energije - črpalke imajo v primerjavi z
odgovarjajočimi električnimi komponentami pomembno manjše mase in gabarite. Odnos teh
veličin je lepo viden na sliki 4.2.
Masa motorja m m /kg
40
30
20
10
Enosmerni elektromotor 24 - 30 V
Enosm. el. motor 60 - 110 V
Hidravlični motor 17 - 21 Pa
Masa pretvornika energije m/kg
200
150
100
50
Elektromehanski ojačevalnik
Izmenični motor za pogon črpalke
Servočrpalke
Črpalka s konst. izstisnino
10 20 30
Moč motorja P m /kW
10 20 30
Moč P/kW
Slika 4.2. Mase električnih in hidravličnih motorjev ter generatorjev hidravlične energije kot
funkcije moči.
Hidravlični motorji skupaj z elektrohidravličnimi servokrmilniki omogočajo gradnjo
elektrohidravličnih servosistemov; izredno učinkovite kombinacije med električnimi in
hidravličnimi komponentami. Ti sistemi imajo karakteristike, ki jih ne premore nobena druga

3
vrsta servosistemov, ker z njimi lahko obvladujemo bremena z veliko vztrajnostjo in veliko
zunanjo obremenitvijo (vrtilni momenti ali sile), dosegamo veliko točnost, veliko hitrost odziva,
upravljanje pa se lahko vrši z velikih oddaljenosti od bremena z izredno majhno vhodno močjo.
Najvažnejša komponenta takšnega sistema je elektrohidravlični servokrmilnik. Preko
elektromehanskega pretvornika (torquemotorja), ki je njegov sestavni del, sprejema električno
informacijo in jo posreduje hidravličnemu delu. Ob tem elektrohidravlični servokrmilnik močno
ojači sprejete signale in je hkrati tako tudi izreden močnostni ojačevalnik. Ojačenja moči
nekaterih sodobnih servokrmilnikov doseže vrednosti celo do 10 6 ; 10 5 pa je pri teh elementih
povsem običajno. Sklop servokrmilnika in servomotorja, ki je nanj priključen se tako krmili z
toki reda mA, kar zmore vsak operacijski ojačevalnik. S tem odpadejo drage močnostne stopnje,
ki jih potrebujemo pri električnih servomotorjih. Pomembna prednost pa je tudi velikost, saj je
servokrmilnik neprimerno manjši od ekvivalentnega električnega močnostnega ojačevalnika, ki
potrebuje obsežne hladilne površine.
4. 1. 2 Značilna področja uporabe
Omenili smo že, da je malo vaj tehnike, ki bi danes lahko shajala brez hidravlike, kajti pod
pojmom hidravlika ne razumemo samo servosistemov temveč vse naprave, ki za prenosni medij
energije ali informacije uporabljajo tekočino, ne glede na to ali je pri njih uporabljen
zaprtozančni ali odprtozančni princip krmiljenja. Da ne bi šli preveč v širino, se bomo pri
podajanju značilnih področij omejili na tista, ki so tipična za uporabo servomotorjev in s tem tudi
servosistema. Ob tem velja omeniti, da se je današnja tehnologija razvila v okviru vojne
industrije, ki je pričela intenzivno uvajati hidravliko že ob pripravah na drugo svetovno vojno.
Ta industrija je tudi še danes med večjimi uporabniki znanja s področja hidravlike, ki ga
nadgrajuje s sodobnimi informacijskimi in upravljalskimi sistemi (radarskimi in v novejšem času
laserskimi). Dolgo časa skrbno varovano znanje o hidravliki je začelo prihajati v civilno
industrijo šele po letu 1960, ko je izšla prva knjiga s tega področja z naslovom Hydraulic Power
& Control avtorjev Blackburna Reethofa in Shearerja. Sodobno uporabo hidravlike tako
uvrščamo med zglede koristnosti, ki jih lahko ima običajna industrija od vojaške tehnike. Danes
so hidravlični sistemi nepogrešljivi v letalstvu tako civilnem in vojaškem, v raketni tehniki, pri
usmerjanju in stabiliziranju radarskih anten. Z njimi so realizirana upravljalske in stabilizacijske
funkcije modernih trgovskih in vojnih ladij. Srečamo jih v numerično krmiljenih orodjih oziroma
obdelovalnih strojih za izdelavo zahtevnih oblik, še posebej tam, kjer se konture obdelovancev
hitro spreminjajo. Uvajajo pa se še mnoge druge vrste industrije, kot so rudarstvo, industrija
tekstila, jekla, kemična in procesna industrija. Med tipične primere tu lahko navedemo regulacijo
dimenzij v papirni industriji, debeline in širine v jeklarski industriji, krmiljenje hitrosti
kompresorjev, širine in nivoja tračnic na strojih za remont železniških prog itd.
Hidravlični servomotorji so kot element hidravličnega oziroma še pogosteje elektrohidravličnega
servosistema izredno primerni, kadar ima objekt upravljanja prevladujoč značaj vztrajnosti in je
izpostavljen večjim ali manjšim zunanjim obremenitvam (na primer radarska antena je
izpostavljena delovanju vetra, obdelovanec na stroju, kupola tanka itd.). Pri tem je regulirana
(izhodna) veličina najpogosteje pozicija ali hitrost (translatorne ali rotacijska) upravljanega
objekta. Ker ima hidravlika v hidravličnem valju elegantno možnost ustvarjanja premočrtnega
gibanja, odpade pri njeni uporabi za gradnjo in vzdrževanje drag mehanizem za pretvorbo
rotacije v premočrtno gibanje, ki je pri elektromotorju skoraj neizogiben. Da je vsakdanjem
življenju več primerov, ko potrebujemo premočrtno gibanje kot rotacijsko, ni potrebno posebej
utemeljevati. Ta sposobnost hidravlike sodi vsekakor med pomembne prednosti hidravličnega
pogona pred električnim.

4
Rotacijski servomotorji imajo praviloma vključen reduktor preko katerega vrtijo breme.
Prestavno razmerje reduktorja lahko znatno vpliva na dinamične lastnosti (lastno frekvenco in
faktor dušenja), ker linearno zmanjša moment bremena, vendar moramo biti pri tem pozorni na
mrtvo cono oprijema zobnikov.
4.1.3. Delovni tlaki in hitrosti
Napajalni oziroma delovni tlaki hidravličnih in elektrohidravličnih servosistemov se
najpogosteje gibljejo v mejah od 3.5 do 32 MPa (35 - 320 barov).
Pri nekaterih vrstah servosistemov, kot na primer servosistemi v letalstvu, na podmornicah, v
raketni tehniki, avtomatskih topovih, radarsko - računskih in lasersko - računskih napravah, na
tankovski oborožitvi in podobno je ugodno uporabiti visoke tlake, ker to zmanjša mase in
gabarite naprav.
Hidravlična moč je namreč produkt tlaka in toka fluida. Za prenos enake močni je zato pri višjem
tlaku potreben manjši tok, kar pomeni, da potrebujemo manjše črpalke, tanjše cevovode, manjše
krmilnike, rezervoarje in podobno. Tako se s povečanjem tlaka zmanjšajo gabariti sistema, s tem
pa tudi njihova masa, kar je za navedene primere še posebej pomembno zaradi omejenega
prostora oziroma sproščanja prostora za druge naprave. Vedeti pa moramo, da večanje tlaka ne
gre preko določene meje, tako je znano, da zaradi potrebe po večji trdnosti začne masa zopet
naraščati pri tlakih nad 37 MPa.
Pri hidravličnih sistemih, kjer ni posebnih zahtev glede velikosti se uporabljajo nižji tlaki. Tu so
problemi zatikanja mehanskih delov lažje rešljivi, ker so tolerance lahko večje. S tem se zmanjša
tudi segrevanje fluida, nižje pa so tudi cene takšnih sistemov. Poleg tega je delovanje sistemov z
visokimi tlaki tudi glasnejše. Življenjska doba je pri visokotlačnih napravah tudi krajša, posebej
to velja za rotacijske motorje, nižji tlaki so torej zaželeni, zato jih je priporočljivo vedno
uporabiti, če le ni posebnih zahtev. Omeniti velja še to, da so pri nižjih tlakih manjše izgube
hidravličnega toka in s tem izgube hidravlične energije. Takšne sisteme je tudi lažje vzdrževati,
pa tudi problemi povezani z umazanostjo medija so manjši.
Za merilo hitrosti odziva elektrohidravličnega oziroma hidravličnega sistema se običajno vzame
hidravlična lastna frekvenca (ω h ). Pri hidravličnem motorju, ki je krmiljen s servokrmilnikom je
ta:
ω =
h
4Bv
V J
tot
rm
rad / s
kjer so:
B - modul stisljivosti fluida, Pa;
v rm - specifični volumen ali iztisnina motorja, m 3 /rad;
V tot - skupni ali totalni voumen, m 3
J - vztrajnostni moment na osi motorja kg m 2
Hitrost odziva motorja in s tem celotnega servosistema lahko zato povečamo z zmanjšanjem
totalnega volumna, z uporabo fluida z večjim modulom stisljivosti ali zmanjšanjem
vztrajnostnega momenta. Zato je mogoče projektirati sisteme z nižjimi delovnimi tlaki in dobiti

5
enako hitrost odziva s tem, da spreminjamo druge vplivne parametre. Pri nižjih tlakih pa moramo
upoštevati da obstoja nevarnosti vdora zraka v fluid, kar močno zmanjša modul stisljivosti, s tem
pa poveča elastičnost sistema in zmanjša njegovo hitrost odziva.
Izbira delovnega tlaka je tesno povezana z dimenzioniranjem hidravličnega motorja, ker je
potrebno s kombinacijo teh parametrov doseči generiranje dovolj velikih sil oziroma vrtilnih
momentov, ki jih zahteva konkretna obremenitev sistema. Tako je sila, ki jo generira hidravlični
valj v idealiziranih razmerah enaka F thv = (p 1 - p 2 )A v , vrtilni moment motorja pa M thm =(p 1 -
p 2 )v rm .
Pri industrijski uporabi hidravlike je tako kot drugod odločilna pri izbiri komponent cena
opreme. Izvor hidravlične energije - črpalka je navadno draga komponenta sistema, zato je s
pravilno izbiro črpalke mogoče pomembno vplivati na ceno sistema. Najcenejše so zobniške
črpalke, vendar te niso primerne za močno nihajoče hidravlične toke in za tlake nad 16 MPa.
Krilne črpalke so nekoliko dražje od zobniških, za isti nazivni tok, vendar jih lahko uporabimo
za spremenljive toke in delovne tlake do 15 MPa. Za tlake nekako od 14 MPa navzgor normalno
uporabljamo batne črpalke tako za konstanten, kot tudi za spremenljiv hidravlični tok. Glede
spremenljivosti hidravličnega toka je potrebno povedati še to, da je potreba po njegovi
spremenljivosti na strani črpalke pogojena še z zahtevo po dinamiki celotnega sistema. Namreč,
če so prisotne zahteve po veliki dinamiki spremenljivega toka, črpalke ne moremo izkoristiti za
spreminjanje hitrosti hidravličnega valja ali motorja.
4. 1. 4. Sklopi s hidravličnimi servomotorji
Hidravlični del elektrohidravličnega servosistema krajše imenujemo kar hidravlični sklop ali
sistem. Pogosto se uporablja tudi termin hidravlični močnostni element, kot smo že omenili pa
hidravličnih servomotorjev zaradi njihovih dinamičnih lastnosti ne moremo obravnavati povsem
ločeno od njihovega krmilnega dela, zato si bomo v nadaljevanju ogledali možne sklope teh
komponent.
Hidravlični del servosistema je lahko izveden na več načinov, odvisno je to seveda od izbire
komponent. Vsaka takšna kombinacija ima svoje prednosti in slabosti v primerjavi z ostalimi
možnimi kombinacijami in na to moramo vedno računati pri projektiranju sistema. Najbolj
značilne kombinacije, ki jih srečamo v hidravličnih sistemih so tri:
a) hidromotor krmiljen s servokrmilnikom,
b) hidromotor krmiljen s servočrpalko,
c) kombiniran hidravlični sistem.
Te kombinacije so prikazane na sliki 4.3.

6
p 1
p n
,
p 1
p 2
p 2
,
Slika 4.3. Sheme osnovnih hidravličnih sklopov
4. 1. 5. Osnovni delovni cikel pretvorbe energije v hidravličnem sistemu
4
5
p s
P EM
Q č
3 P H
Q L
Q H
P MEH
EM
B
2
6
1
Slika 4. 4 Pretvorba električne energije v hidravlično in hidravlične v mehansko delo

7
4. 2. Hidravlični valji
4. 2. 1 Enostransko delujoči hidravlični valji
Obstojata dve izvedbi:
• s povratno vzmetjo
• brez povratne vzmeti
Valji brez povratne vzmeti so uporabni le v primeru, ko povratni gib zagotovi breme.
a
D
b
d
F
.
y
p 1
A
Slika 4. 5 Enostransko delujoč hidravlični valj
a
D
b
d
F
.
y
p 1
A
Slika 4. 6. Enostransko delujoč hidravlični valj s povratno vzmetjo
Posebno izvedbo enostransko delujočih hidravličnih valjev predstavljajo teleskopski valji. Ti so
nepogrešljivi tam, kjer potrebujemo izjemno velike premike bremena. Zaradi težav z uklonskimi
obremenitvami in velikimi volumni olja pod tlakom; s tem pa nižji lastni frekvenci nedušenega
nihanja si namreč ne moremo privoščiti tako dolgih hidravličnih valjev.
F
p
A
.
y
Slika 4. 7 Teleskopski hidravlični valj

8
Ena izmed omejitev uporabe hidravličnih valjev je lahko njihova nesposobnost prenašanja
uklonskih obremenitev. V primerih ko takšna obremenitev nastopa se moramo zateči k posebnim
izvedbam, kot so plunžerski valji ali pa k posebnim modularnim konstrukcijam.
F
p
A
.
y
Slika 4. 8 Plunžerski hidravlični valj
Za izvajanje zelo majhnih pomikov so najbolj primerni membranski valji, ki se odlikujejo tako
rekoč s 100% volumskim izkoristkom.
Slika 4. 9 Membranski hidravlični valj
4. 2. 2 Dvostransko delujoči hidravlični valji
4. 2. 2. 1 Nesimetrični hidravlični valji
V servosistemih je ta vrsta hidravličnih valjev uporabna le v primerih, ko imamo na razpolago
tudi nesimetrični servokrmilnik. Kombinacija s simetričnim servokrmilnikom ni priporočljiva,
ker se pojavljajo veliki skoki tlaka pri prehodu hitrosti skozi nič. Zato lahko pride že pri
razbremenjenem valju do prekoračitve varnega območja tlakov, ki ga definiramo med 1/6 in 5/6
sistemskega tlaka. Pri obremenjenem valju pa so razmere še toliko bolj kritične.

9
Q 1
Q 2
1
a
2
D
d
b
F
.
y
p 1
A A b
p 2
Slika 4. 10 Asimetrični hidravlični val
4. 2. 2. 2 Simetrični hidravlični valji
Zato so za simetrične servokrmilnike, ki so v praksi najbolj pogosti, primerni le simetrični
hidravlični valji. Ti pa so konstrukcijsko zahtevnejši in dražji, ker je potrebno dvojno tesnjenje;
pogosto pa moti tudi skozna batnica, ki zahteva prosto pot za gib v nasprotni smeri.
Q 1
Q 2
1
a
2
D
d
b
F
.
y
p 1
A A p 2
Slika 4. 11 Dvostransko delujoč simetrični hidravlični valj
Kadar potrebujemo krožno gibanje v omejenem obsegu kota in vgradnja hidravličnega motorja
ni upravičena, uporabimo lahko hidravlični valj z zobato letvijo. Vendar moramo tu računati z
določeno mrtvo cono gibanja, ki jo povzroča zobnik.
A
p
Slika 4. 12 Posebna izvedba hidravličnega valja z zobato letvijo in zobnikom
Včasih je potrebno krožno gibanje v obsegu le nekaj 10 0 . Takrat lahko problem rešimo s
preprostim kulisnim mehanizmom, ki je poceni in hkrati ugoden glede mrtve cone.

10
Slika 4. 13 Hidravlični val s kulisnim mehanizmom
4. 2. 3 Nihajni hidravlični valji
Za gibe katerih koti so manjši od 360 0 ; običajno le do okrog 270 0 , so izredno primerni nihajni
hidravlični valji, ki jim ponekod pravijo rotacijski cilindri. Nekaterim izmed različnih izvedb teh
valjev je mogoče mehansko spreminjati obseg giba.
Slika 4. 14 Nihajni hidravlični valj
4. 2. 4 Tandemski hidravlični valji
Kjer je potrebno pri majhnem premeru valja proizvajati velike sile, lahko uporabimo tako
imenovane tandemske hidravlične valje. Ti za enako hitrost gibanja potrebujejo seveda dvojni
hidravlični tok.
Slika 4. 15 Izvedba tandemskega valja
4. 2. 5 Posebne izvedbe hidravličnih valjev
Kot je že bilo omenjeno, so ob uporabi simetričnih hidravličnih servokrmilnikov primerni le
simetrični hidravlični valji, ti pa so veliko dražji od asimetričnih. S posebno modularno izvedbo
je mogoče zgraditi modul, ki uporablja dva asimetrična valja, navzven pa se obnaša kot eden

11
simetrični hidravlični valj. Hkrati se z modularno izvedbo reši tudi problem uklonske odpornosti.
Zahteva pa takšna izvedba precej več prostora, kot običajni simetrični valj.
p 1
p 2
A
Slika 4. 16 Posebna izvedba simetričnega valja na osnovi dveh asimetričnih valjev

12
4. 3 Hidravlični servomotorji
V principijelnem in konstrukcijskem smislu se hidravlični motorji le malo razlikujejo od
hidravličnih črpalk. Vsaka črpalka se lahko z majhnimi konstrukcijskimi popravki spremeni v
hidravlični motor. Razlike med črpalkami in motorji, ki so pomembne pri načrtovanju
hidravličnih sistemov, so predvsem v zahtevah, ki jih imamo do motorjev. Kot vemo, motorji
pretvarjajo hidravlično energijo v mehansko tako, da ob premagovanju momenta bremena
ustvarjajo krožno gibanje oziroma vrtenje. Če tega momenta ni, moramo vedeti, da tudi ni
pretvarjanja v mehansko energijo. V tem primeru gre le za izgubno energijo motorja. Glede na
specifično vlogo motorja v hidravličnem sistemu od njega zahtevamo določene lastnosti, ki pri
črpalkah sploh niso bile pomembne, kot na primer široko območje števila vrtljajev ob primerni
enakomernosti teh vrtljajev, posebno pri nizkih hitrostih. Poleg tega je pomemben tudi razviti
vrtilni moment in območje delovnih tlakov.
Razumljivo je, da vsak motor ne more izpolniti vseh zahtev, ki jih nastopajo pri različnih
obratovalnih stanjih; še posebej ne, če upoštevamo, da je področje uporabe hidravličnih motorjev
izredno široko.
Vrsta
hidravličnega
motorja
n
(vrt/min)
M max
(Nm)
J ω
(kgm 2 2
) (rad/s )
p max
(bar)
Navadni
krilni motorji 50 – 3000 150 5x10 -4 200x10 4 175
Kotalno krilni
motorji 0,1 – 200 250 30x10 -4 50x10 4 140
Radialno
batni motorji 1 – 400 1500 200x10 -4 80x10 4 500
Aksialno
batni motorji
0,1 –
2000
60 20x10 -4 20x10 4 400
Tabela 4. 1 Parametri hidravličnih motorjev
Iz teh različnih zahtev izvirajo potem tudi kriteriji po katerih izbiramo hidravlične motorje.
Za orientacijo je v tabeli podanih nekaj najznačilnejših parametrov oziroma nazivnih veličin
hidravličnih motorjev.
Kriterije po katerih izbiramo hidravlične motorje, lahko strnemo v nekaj splošnih skupin. Prva je
vsekakor skupina osnovnih nazivnih veličin motorja. Vanjo sodi:
• potrebna mehanska moč, izražena z momentom in številom vrtljajev P meh (M,n);
• izkoristki η vol , η mh , η v odvisnosti od števila vrtljajev η(n);
• območje števila vrtljajev; to je pogosto zelo široko (1 – 2000).
Drugo skupino tvorijo parametri, ki odločajo o dinamičnih lastnostih. Tu sta pomembna
predvsem dva: ω h in ς h , nanju pa vpliva vztrajnostni moment motorja in konfiguracija krmilnega
sistema.

13
V tretjo sk
upino prištevamo tako imenovane obratovalne lastnosti, kot so:
• nabavni in obratovalni stroški ter življenjska doba;
• konstrukcijske značilnosti v pogledu dimenzij, teže na enoto moči, način vgrajevanja itd.;
• obnašanje motorja v različnih obratovalnih režimih (osnovna obremenitev, časovno
spremenljiva obremenitev, zelo hitri ali pa zelo počasni delovni cikli);
• ne nazadnje tudi nivo hrupa, ki ga povzročajo pri različnih obratovalnih stanjih.
Poleg naštetih se v določenih pogojih lahko pojavijo še dodatne zahteve. Med temi je
najpogostejša zahteva po enakomernosti števila vrtljajev. Ta je včasih izredno pomembna, ker s
preslabo enakomernostjo števila vrtljajev ne moremo izpolniti določenih nalog. Tak primer
imamo na primer pri obdelovalnih strojih, kjer se zahteva določena gladkost obdelovanja
površin.
Enakomernost števila vrtljajev je še posebno kritična pri nizkem številu vrtljajev. Obnašanje
posameznih vrst motorjev je tu lahko zelo različno, ker so tudi principi, po katerih delujejo
hidravlični motorji, različni.
VRSTA
MOTORJA
ČASOVNI POTEK ŠTEVILA VRTLJAJEV
ZA RAZLIČNE VRSTE MOTORJEV
∆n
n
Radialno
batni motor
(7 batov)
n
0
∆n
t
∼12%
Aksialno
batni motor
(11 batov)
n
0
∆n
t
∼3%
Kotalno
krilni
motor
n
0
∆n
t
∼10%
Navadni
krilni
motor
n
0
∆n
t
∼100%
Slika 4. 17 Enakomernost števila vrtljajev različnih tipov hidravličnih servomotorjev
Na sliki 4.17 je zato prikazana neenakomernost števila vrtljajev za štiri osnovne izvedbe
motorjev pri zelo nizkih vrednostih vrtljajev.
Vsi motorji so bili merjeni pri hitrosti 5vrt/min. Iz slike lahko razberemo, da je dal najbolj
enakomerno število vrtljajev aksialno batni motor z enajstimi bati, medtem ko je navadni krilni
motor v tem območju vrtljajev povsem neuporaben.
Vzrokov za tako različno obnašanje je veliko, med najvažnejše pa vsekakor sodijo:
• kinematika pri batnih motorjih, ki je v bistvu identična z ročičnim mehanizmom. Z
večanjem števila batov je mogoče kinematiko občutno popraviti;
• iztekanje tekočine skozi vrtljive razvodnike pri kotalno krilnih motorjih;
• negativni gradient momenta trenja dM tr /dt pri navadnih krilnih motorjih, zaradi česar
lahko prihaja tudi do zatikanja kril, čemur v angleški literaturi pravijo »stick-slip« efekt;

14
• kakovost oziroma ustreznost razdelilne plošče.
Če se namreč krmilne odprtine za dovod oziroma odvod hidravlične tekočine ne pojavijo v
pravem trenutku, lahko pride do tako imenovanega »mečkanja« hidravlične tekočine in s tem do
neenakomernega števila vrtljajev
Vidimo torej, da imamo pri vsakem motorju splet vzrokov za neenakomernost števila vrtljajev.
Nekaj teh je pogojenih s principom delovanja; tem se seveda ni moč ogniti, vendar pri kakovosti
motorja v pogledu enakomernosti števila vrtljajev odpade velik del tudi na kakovost izdelave in
specifične konstrukcijske rešitve. Zato so le redki proizvajalci sposobni izdelovati kakovostne
hidravlične servomotorje, kar pravzaprav velja za večino komponent hidravličnih sistemov.
4. 4 Elektrohidravlični servokrmilniki
Najbolj precizna in zato tudi najbolj zahtevna komponenta hidravličnega servosistema je
elektrohidravlični servokrmilnik.
Kotva s
torzijsko
vzmetjo
i 1
i 2
N
Θ
r
r j
S
Trajni magnet
Polov čevelj
Hidravlični
predojačevalnik
x f
x
p 2p
p 1p
V 0p
V 0p
Q B
Q B
Dušilka
p s
p 2
p 1
p s
V 0
V 0
Slika 4. 18 Shematski prikaz elektrohidravličnega servokrmilnika
Njegove lastnosti in izvedbe odločilno vplivajo na obnašanje vsakega servomotorja, zato brez
osnovnega poznavanja tega elementa ne moremo obravnavati nobenega sklopa, ki vsebuje ta
pomembni element. Zato si bomo ogledali njegove osnovne karakteristike, značilnosti in
parametre.
Naslednja simbolna hidravlična shema podaja osnovni princip delovanja elektrohidravličnega
servokrmilnika.

15
R
P
R
A
B
Slika 4. 19 Simbolna hidravlična shema elektrohidravličnega servokrmilnika
V hidravličnih shemah podajamo ta element s standardiziranim simbolom:
A
B
P R
Slika 4. 20 Simbol ektrohidravličnega servokrmilnika
Lastnosti elektrohidravličnega servokrmilnika podaja več vrst karakteristik iz katerih dobimo
potrebne parametre za določen matematični model, s katerim opišemo obnašanje tako samega
servokrmilnika, kakor tudi celotnega sklopa.
Na tem mestu je potrebno poudariti, da so nekatere karakteristike, ki povezujejo posamezne
veličine izrazito nelinearne. Zato se moramo pri obravnavi z orodji linearne analize zatekati k
linearizaciji. To pa pomeni, da takšna analiza in tudi sinteza velja le za majhne spremembe v
okolici izbrane obratovalne točke v kateri so bili določeni parametri oziroma koeficienti, ki
nastopajo v diferencialni enačbi in s tem v prenosni funkciji. Prva takšna nelinearna odvisnost je
odvisnost potrebne sile za pomik krmilnega bata od pomika le tega. Ta sila pa je hkrati tudi
nelinearna funkcija pretoka skozi servokrmilnik, kar vse skupaj strnemo v skupno polje
karakteristik.

16
F/N
36
18
99
66
33
Q s
=132 cm 3 /s
-0,15
-0,1
-0,05
0,05 0,1 0,15
x/cm
-33
-66
-18
-99
Q s =-132 cm 3 /s
-36
Slika 4. 21 Odvisnost sile elektromehanskega pretvornika od pomika bata in pretoka
Vendar te sile so zelo majhne, zato so izredno majhne tudi moči elektromehanskega pretvornika
in hidravličnega predojačevalnika.
Pri normalnem obratovanju servokrmilnika sta oba cevovoda, ki vodita k motorju pod tlakom.
Kadar je bat servokrmilnika v ničelnem položaju sta oba tlaka enaka in sicer znašata polovico
napajalnega tlaka.
p 1 = p 2 = p n /2
Potek tlakov p 1 in p 2 , posnetih na določenem servokrmilniku je prikazan na naslednji sliki.
p/MPa
p 1
p 2
12
8
p n
=14,0 MPa
4
-0,05-0,04-0,03-0,02-0,01
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
x/cm
Slika 4. 22 Tlačna karakteristikaservokrmilnika
Ostale karakteristike servokrmilnika si bomo ogledali v odstavku: Statične karakteristike in
koeficienti komponent hidravličnih servosistemov.

17
4. 5 Sestavi s hidravličnimi valji, motorji in črpalkami
Ker imamo na razpolago tako različne hidravlične in elektrohidravlične komponente ali
elemente, je razumljivo, da z njimi lahko zgradimo specifične sestave, katerih lastnosti ustrezajo
posameznim zahtevam. Včasih je seveda možno isto nalogo opraviti z različnimi sestavi, takrat
seveda stopi v ospredje cena oziroma ekonomičnost rešitve.
4. 5. 1 Hidravlični valji in motorji krmiljeni s servokrmilniki
Ta vrsta hidravličnih sklopov je v osnovi sestavljena iz primernega hidravličnega servomotorja
ali pa specifičnega hidravličnega valja in elektrohidravličnega servokrmilnika. Pri tem je
servokrmilnik napajan z delovno tekočino iz vira hidravlične energije. Ta vir je najpogosteje v
tem primeru črpalka s konstantno iztisnino, če je to le mogoče oziroma je ekonomično. Pri tem
sestavu sam vir hidravlične energije ni sestavni del krmilnega sklopa.
p 1
p n
,
p 1
p 2
p 2
,
Slika 4. 23 Hidravlični valj in motor krmiljena s servokrmilnikoma
Višek delovne tekočine, ki ne gre skozi servokrmilnik se preliva preko regulatorja delovnega ali
napajalnega tlaka, ki skrbi za to, da je tlak v sistemu konstanten. S tem vzdržuje neke vrste
hidravlični kratki stik v hidravličnem krogu.
Ta sklop izkorišča princip dušenja delovnega medija, do katerega pride v servokrmilniku.
Namreč informacija o veličini in smeri hidravličnega toka, ter njegovem tlaku na izhodu
servokrmilnika oziroma na vhodu v motor se sistemu posreduje z večjim ali manjšim dušenjem v
servokrmilniku. Takšno vrsto krmiljenja zato imenujemo krmiljenje z dušenjem in je
principielno bistveno drugačno od neposrednega krmiljenja hidravličnega toka preko oziroma s
pomočjo iztisnine.
Dušenje je tudi vzrok nizkemu izkoristku, ki ga ima ta sklop. Teoretični maksimalni izkoristek
tega sklopa je namreč samo 0,38, dejanski doseženi izkoristek pa je še za približno 10% nižji, saj
znaša η max ≅ 0,27 pri p B /p n = 0,66.
Največji del energije se pri uporabi dušenja za krmiljenje motorja pretvarja v toploto, ki segreva
delovni medij. Tega je potrebno pri dolgo trajnešem obratovanju hladiti s posebnimi napravami
za hlajenje – hladilniki.
Prikazani hidravlični sistem je v hidravličnem smislu odprt krog, zato je mogoče iz enega izvora
hidravlične energije napajati več servokrmilnikov. Toda, če je ta izvor črpalka s konstantno
iztisnimo, napajalni tlak ni vedno konstanten, ker povečanje hidravličnega toka skozi katerikoli
servokrmilnik povzroči padec tlaka v cevovodih med črpalko in servokrmilniki. Tega padca tlaka
namreč ne more pokrivati regulator delovnega tlaka na črpalki. To pa vpliva na velikost toka
skozi ostale servokrmilnike, ker je tok servokrmilnika dan z izrazom:

18
2
QB = kdxkA ( pn − pB
)
ρ
kjer so
• k d – koeficient iztekanja imenovan tudi koeficient dušilke
• k A – gradient preseka servokrmilnika v m 2 /m
• x – krmilna veličina (pomik bata servokrmilnika)
Vidimo torej, da je hidravlični tok odvisen od napajalnega tlaka.
Pretočna karakteristika Q B =f(p B , x) servokrmilnika je nelinearna, kar pomeni, da je kooeficient
odtekanja k o ali izgube hidravličnega toka funkcija tlaka p B in danega pomika bata
servokrmilnika.
Velikost koeficienta k o neposredno vpliva na dinamiko sistema, ker je faktor dušenja odvisen od
k o :
k
ζ
h
=
v
o
rm
BJ
V
tot
Hidravlični servomotor krmiljen s servokrmilnikom ima višjo lastno frekvenco kot odgovarjajoč
hidrostatični prenosnik moči:
ω
hsk
≥
2ω
hpm
Prednost sklopa motor servokrmilnik je v tem, da so sile krmiljenja, ki so potrebne za
premagovanje hidrodinamskega in drugih nastopajočih uporov bata servokrmilnika bistveno
manjše od ekvivalentnih sil za spremembo krmilne veličine pri servočrpalki; to je kota nagiba pri
aksialno batni črpalki ali ekscentričnosti pri radialno batni črpalki.
Med slabostmi tega sklopa pa moramo omeniti možnost hidravličnega udara pri hitrih
spremembah smeri hidravličneag toka.
4. 5. 2 Hidravlični servomotorji krmiljeni s hidravlično servočrpalko
Ta sklop se najpogosteje imenuje hidrostatični prenosnik moči. Srečamo pa tudi imena kot na
primer hidrostatična transmisija in hidrostatični variator.

19
p n =20MPa
14MPa
M
0,4MPa
Q=38l/min
14MPa
VHOD
Slika 4. 24 Hidravlični servomotor krmiljen s hidravlično servočrpalko in pripadajočim
servositemom za regulacijo iztisnine
Servočrpalka lahko krmili hitrost tako motorja, kot tudi hidravličnega valja. Glede na to, ali gre
za rotacijsko ali premočrtno gibanje imajo hidrostatični prenosniki to lastnost tudi že v imenu –
»premočrtni oziroma rotacijski hidrostatični prenosniki moči.«
Krmiljenje hidrostatičnega prenosnika moči je za razliko od servomotorja krmiljenega s
servokrmilnikom zasnovano na spremembi volumna delovne tekočine, ki jo črpalka potiska v
motor. Pri tem pa ne prihaja do tako velikih izgub, kot pri krmiljenju na principu dušenja, kar je
primer pri servokrmilniku. Zaradi tega imajo ti sklopi bistveno večji izkoristek η max >0,8. To
vrsto krmiljenja zato imenujemo volumsko krmiljenje.
Hidrostatični prenosniki moči posebej še rotacijski pogosto delujejo kot samostojne enote brez
povratnih zvez, toda takrat ne tvorijo servo sistema.
Za vključitev hidrostatičnih prenosnikov moči v regulacijski krog potrebujemo krmilno napravo,
ki je običajno elektrohidravlični servosistem oziroma servomehanizem manjše moči.
Najpogosteje je to servosistem s hidravličnim valjem, krmiljen s servokrmilnikom.
Tudi v elektrotehniki obstoja analogen sklop, ki ima enake funkcionalne karakteristike in
podobne dinamične lastnosti. To je Ward-Leonhardov agregat, ki je sestavljen iz enosmernega
generatorja, katerega poganja asinhronski motor in enosmernega motorja. Ekvivalent
servočrpalki je tu enosmerni generator s spremenljivim vzbujanjem.
Rotacijski hidrostatični prenosniki moči so možni v treh izvedbenih kombinacijah, kot je
simbolično prikazano na skupni sliki 4. 25.
Slika 4. 25 Simboli kombinacij rotacijskih hidrostatičnih prenosnikov

20
Na naslednji sliki so prikazane idealizirane karakteristike odvisnosti moči, vrtilnega momenta in
hitrosti motorja od krmilnega parametra servočrpalke za kombinacijo črpalke s spremenljivo
iztisnino in motorja s konstantno iztisnino. Na abscisi vseh teh karakteristik je relativna vrednost
krmilnega parametra servočrpalke α č in ali servomotorja α m .
P č =P m
M m
Q č =Q m
α m
=konst.
-1,0 -0,8 -0,6
.
Q m /v m = θ m
-0,4
-0,2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
α č
M m
Slika 4. 26 Karakteristike sklopa črpalke s spremenljivo iztisnino in motorja s konstantno
iztisnino
Ta kombinacija se v praksi najbolj pogosto uporablja. Pri njej se hitrost motorja spreminja s
spreminjanjem hidravličnega toka, ki ga daje servočrpalka. To dosežemo s spreminjanjem nagiba
krmilne plošče oziroma ekscentričnosti servočrpalke.
Sklop sestavljen iz črpalke s konstantno iztisnino in motorja s spremenljivo iztisnino tvori
hidrostatični prenosnik konstantne moči
Za povečanje števila vrtljajev je pri tem prenosniku potrebno zmanjšati velikost krmilnega
parametra α m servomotorja, kar pomeni zmanjšanje iztisnine motorja.
Pri realnem motorju ni mogoče izkoristiti celotnega področja krmiljenja od - α m do + α m zaradi
nastopa velikih sil trenja pri zamenjavi smeri vrtenja ob sočasnem zmanjševanju proizvedenega
vrtilnega momenta motorja M m .
Z zmanjševanjem krmilnega parametra oziroma krmilne veličine α m bi teoretično morala hitrost
vrtenja narasti preko vseh meja, vendar se to ne zgodi, ker ima motor vedno določene mehanske
in hidrodinamske izgube. Zato se hitrost ustavi pri tisti vrednosti, ko je ravno še dovolj nizka, da
se te izgube pokrijejo.
Vrednost krmilne veličine za ta pogoj imenujemo dovoljena minimalna vrednost krmilnega
parametra α mmin .

21
P=konst.
n č
=konst.
Q č
=Q m
=konst.
α č
=konst.
-1,0 -0,8 -0,6
-0,4
-0,2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 α m
M α m =min
m
θ m
.
Slika 4. 27 Karakteristike sklopa črpalke s konstantno iztisnino in motorja s spremenljivo
iztisnino
Hidrostatični prenosnik z najbolj ugodnimi karakteristikami in največjimi možnostmi krmiljenja
pa dobimo, če povežemo servočrpalko s servomotorjem, kot je prikazano na naslednji sliki:
.
θ m
P č
=P m
n č
α m = a č
M m
α m
Q č
=Q m
α č
α č
0 0,2 0,4 0,6 0,8 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 α m
Slika 4.28 Karakteristike kombinacije črpalke s spremenljivo iztisnino in motorja s spremenljivo
iztisnino pri zaporednem krmiljenju
Glede na to ali se krmilni veličini servočrpalke in servomotorja spreminjata sukcesivno ali
sočasno dobimo različne karakteristike prenosnika v odvisnosti od krmilnih parametrov
servočrpalke in servomotorja.
Pri sukcesivnem spreminjanju hitrosti hidromotorja se ta najprej povečuje z večanjem krmilnega
parametra servočrpalke od ničle (α č = 0) do njegove maksimalne vrednosti (α č = 1). V tem
področju ima hidromotor konstanten moment, moč črpalke in motorja pa naraščata. Krmilni
parameter servomotorja je v tem področju maksimalen (α m = 1).
Nadaljnje povečevanje hitrosti je možno edino z zmanjševanjem krmilnega parametra
servomotorja, pri čemer ostaja hidravlični tok črpalke konstanten.

22
.
M m
θ č
=konst.
M č
.
.
θ m =3*θ č
Q č =Q m
α č =0
α m =1
i= ∞
α č =0,25
α m =0,75
i=3
α č =0,75
α m =0,25
i=1/3
α č =1
α m =0
i=0
Slika 4. 29 Karakteristike kombinacije črpalke s spremenljivo iztisnino in motorja s spremenljivo
iztisnino pri hkratnem krmiljenju črpalke in motorja
Kadar pa se krmilna parametra spreminjata istočasno; to je medtem, ko se α č povečuje, se α m
zmanjšuje, se hitrost motorja spreminja po nelinearni funkciji, moment pa skladno z
zmanjševanjem krmilnega parametra servomotorja upada, kot je prikazano na sliki 4. 28 .
Teoretična hidravlična toka servočrpalke in servomotorja lahko izrazimo kot:
Qčth = v
0čθčαč = v
čθč
Q = v θ α = v θ
mth 0m m m m m
Za idealizirani sistem, kar pomeni sistem brez izgub odtekanja (η vol =1) je pretok skozi
servomotor enak toku servočrpalke:
Q m = Q č .
Prestavno razmerje hidrostatičnega prenosnika moči je tako:
v
i = θ α
θ
= v α
č 0m m
m
0č
č
To pomeni, da je prestavno razmerje funkcija krmilnih parametrov in iztisnin črpalke in motorja.
Pri praktičnih izvedbah so nazivne vrednosti iztisnine črpalk in motorjev enake, zato se izraz za
prestavno razmerje še bolj poenostavi:
i = α m /α č .
Prestavno razmerje se pri tem tipu prenosnika spreminja od nič do neskončno. Pri konstantnem
številu vrtljajev črpalke hitrost osi motorja narašča od nič za α č = 0 do neskončnosti za α m = 0.
V primeru da je θč
= θ , potem je m
α = α , kar pomeni, da je i = 1.
č m
Prvi mejni primer pa nastopi, ko je α č = 0 in α m = 1, kar pomeni, da je prestavno razmerje pri

23
v 0m = v 0č enako:
č m
1
i = θ α
θ
= α
= 0
→ ∞
m
č
od koder je hitrost motorja:
θ
č
θč
θ
m
= = = 0
i ∞
Drugi mejni primer pa nastopi, ko je α č = 1 in α m = 0, kar pomeni, da je
αm
0
i = = = 0
α 1
č
oziroma hitrost motorja je takrat:
θ
č
θč
θ
m
= = →∞
i 0
Razjasnimo še dva vmesna primera od neštetih mogočih, ki jih lahko dosežemo z zvezno
regulacijo hitrosti osi motorja.
Če je α č = 0,75 in α m = 0, 25, potem je
i
α
α
m
= =
č
1 ;
3
kar pomeni, da bo v tem primeru hitrost vrtenja osi motorja:
θ
m
θč
=
= 3 θč.
i
Če pa je:
α č = α m = 0,5
je prestavno razmerje i = 1 in os motorja se vrti z enako hitrostjo, kot os črpalke.
Največjo uporabo so dosegli hidrostatični prenosniki aksialno batnega tipa, ker imajo
zadovoljivo hitrost odziva in dobre pogoje obratovanja.