LS REGULACIJA RADA CRPKE

METOR: 

dr. sc. Jani Barlé, doc. 

FAKULTET ELEKTROTEHIKE, 

STROJARSTVA I BRODOGRADJE 

SVEUČILIŠTE U SPLITU 

LS REGULACIJA RADA CRPKE 

DIPLOMSKI RAD 

Split, listopad 2005. 

Ivan Tolj

Ovaj diplomski rad kao rezultat moga 

uspješnoga studiranja posvećujem svojim 

roditeljima.

Zahvaljujem se mentoru dr. sc. Jani Barléu za 

nesebičnu pomoć te za strpljenje i podršku koju mi je 

pružio prilikom izrade diplomskog rada. Zahvaljujući 

njegovu strpljenju i pomoći kod prikupljanja brojne 

literature i materijala potrebnih za rad, ovaj je 

diplomski rad realiziran.

Sažetak 

Sažetak i Ključne riječi 

LS regulacija rada crpke, odnosno, regulacija rada crpke impulsom tlaka ima za zadatak 

prilagođavanje tlaka i protoka crpke trenutnim zahtjevima izvršnih elemenata. LS sustavi 

upotrebljavaju se u mobilnoj hidraulici gdje je važno smanjiti gubitke energije. 

U ovom radu prikazane su razlike između “običnih” (hidraulički sustav sa prigušnikom protoka, 

hidraulički sustav sa dvogranim, hidraulički sustav sa trogranim regulatorom protoka i servo 

hidraulički sustav) i LS hidrauličkih sustava. Također, prikazane su i analizirane različite vrste LS 

sustava. Pomoću simulacija uspoređeni su “obični” i LS sustavi. 

Ključne riječi 

Hidraulički sustavi; Upravljanje impulsom tlaka (LS); Modeliranje hidrauličkih sustava

Summary 

Summary and Key words 

The object of a load sensing system is to produce flow and pressure only upon demand, and only in 

amounts necessary to perform the needed work functions. 

LS applications are found in mobile hydraulic, where is very important to minimize power loss. In 

this work are shown differences between “ordinary” (hydraulic system with variable-oriffice needle 

valve, hydraulic systems with pressure compensated flow control valve and servo hydraulic system) 

and LS hydraulic systems. 

Also, are shown and analyzed different LS systems. With modelling and simulation “ordinary” and 

LS systems are compared. 

Key words 

Hydraulic systems; Load Sensing; Modelling of hydraulic systems

SADRŽAJ 

Sadržaj 

SADRŽAJ ................................................................................................................................................ 1 

1 Uvod....................................................................................................................................................... 3 

1.1 Regulacija rada crpke impulsom tlaka............................................................................................ 3 

1.2 Svrha i cilj modeliranja................................................................................................................... 4 

1.2.1 Prikaz sustava Bond grafovima................................................................................................ 5 

2 Regulacija brzine izvršnih elemenata u hidrauličkim sustavima.................................................... 8 

2.1 Regulacija brzine izvršnih elemenata protočnim ventilima............................................................ 8 

2.1.1 Hidraulički sustavi sa prigušnikom protoka............................................................................. 8 

2.1.2 Hidraulički sustavi sa dvogranim regulatorom protoka........................................................... 9 

2.1.3 Hidraulički sustavi sa trogranim regulatorom protoka .......................................................... 12 

2.2 CF i CP hidraulički sustavi ........................................................................................................... 14 

2.2.1 CF - sustav konstantnog protoka sa crpkom konstantne dobave ........................................... 14 

2.2.2 CP - sustav konstantnog tlaka ................................................................................................ 15 

2.3 LS sustavi...................................................................................................................................... 17 

2.3.1 Načelo rada LS sustava.......................................................................................................... 17 

2.4 Regulacija brzine izvršnih elemenata servo sustavima................................................................. 25 

3 Udesive crpke u LS sustavima .......................................................................................................... 27 

3.1 LS regulacija rada klipno-aksijalne crpke..................................................................................... 31 

3.2 LS regulacija rada lamelaste crpke ............................................................................................... 37 

4 LS izvedbe........................................................................................................................................... 40 

4.1 LS sustav sa crpkom konstantnog protoka.................................................................................... 40 

4.2 LS sustav sa udesivom crpkom..................................................................................................... 42 

4.3 LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom sa PC kompenzatorom .............................................. 45 

4.4 LS sustav sa više izvršnih elemenata ............................................................................................ 48 

5 Usporedba LS sustava sa otvorenim hidrauličkim krugom i CP sustavom................................. 51 

5.1 Karakteristike LS sustava, otvorenog hidrauličkog sustava i CP sustava.................................... 51 

5.2 Modeli hidrauličkih sustava za regulaciju brzine izvršnih elemenata .......................................... 54 

6 Zaključak ............................................................................................................................................ 62 

7 Literatura............................................................................................................................................ 63 

Prilog 

1

0 

Popis važnijih oznaka 

Popis važnijih oznaka 

2 

A -poprečna površina prigušnog ventila [ m ] 

2 

A A -poprečne površine klipa dvogranog regulatora protoka [ m ] 

1, 2 

F 0 -sila opruge [ ] 

F1 , F 2 -sile koje djeluju na čeone površine klipa dvogranog regulatora protoka [ ] 

' 

F 1 -ukupna sila koja djeluje na donju čeonu površinu klipa dvogranog regulatora protoka [ ] 

p 1 -tlak između prigušnog i klipnog dijela kod dvogranog regulatora protoka sa prednjim tlakom [ bar ] 

p 2 -tlak između prigušnog i klipnog dijela kod dvogranog regulatora protoka sa stražnjim tlakom [ bar ] 

p l -tlak iza proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila [ bar ] 

p max -maksimalni radni tlak crpke [ bar ] 

p P -radni tlak crpke [ bar ] 

p R -radni tlak izvršnog elementa [ bar ] 

p p -tlak ispred proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila [ bar ] 

∆ p -pad tlak na prigušnom ventilu [ bar ] 

P g -gubitak energije u hidrauličkom sustavu [ kW ] 

P M -snaga hidrauličkog motora [ kW ] 

P -energija koju daje crpka [ kW ] 

P R -energija upotrebljena za pogon izvršnog elementa [ kW ] 

3 

Q -protok crpke [ m / s ] 

P 

Q -protok prema izvršnom elementu [ m s ] 

R 

Q -protok preko ventila za ograničenje tlaka [ m s ] 

V 

3 

ρ -gustoća ulja [ kg / m ] 

3 / 

3 / 

2

1 Uvod 

Uvod 

U uvodnom dijelu biti će prikazane vrste regulacije rada crpke u ovisnosti o regulaciji brzine 

gibanja izvršnih elemenata, s naglaskom na regulaciji protočnim ventilima i regulaciji impulsom tlaka. 

Također će biti riječi o svrsi i cilju modeliranja hidrauličkog sustava te modeliranju upotrebom Bond 

graf tehnike. 

1.1 Regulacija rada crpke impulsom tlaka 

Postoje dva načina pomoću kojih je moguća regulacija brzine aktuatora: upotrebom udesive crpke 

(crpka promjenjivog protoka) i upotrebom protočnih ventila, regulacija protočnim ventilima detaljno je 

opisana u poglavlju 2.1. 

Regulacija rada crpke impulsom tlaka (u ovom diplomskom radu eng. Load Sensing 1 , skraćeno LS) ima 

za zadatak prilagođavati tlak i protok crpke trenutnom režimu rada. Gibanje mnogobrojnih radnih 

elemenata (aktuatora) u mobilnoj hidraulici (upravljačka kontrola vozila, kontrola dizalica i robota, 

kontrola gibajućih dijelova mobilne hidraulike, slika 1.1 [1, 2, 3] i zrakoplova, itd.) obično se ostvaruje 

regulacijom protoka crpke u hidrauličkom sustavu. Regulacija rada crpke impulsom tlaka opisana je u 

poglavlju 2.3. 

Slika 1.1- Karakteristični LS hidraulički uređaji (mobilna hidraulika) [1, 2, 3] 

1 U prilogu su dani odgovarajući enegleski termini i kratice 

3

Uvod 

Udesiva crpka može biti upotrebljena za promjenu protoka bez upotrebe prigušnog ventila. To se 

postiže promjenom kuta nagibne ploče crpke ili promjenom ulazne brzine elektromotora, konstrukcija i 

način rada udesive klipno-aksijalne crpke i udesive krilne (lamelaste) crpke opisani su u poglavlju 3. 

Ovaj način regulacije protoka vrlo je efikasan jer su izbjegnuti gubici energije na prigušnom ventilu. 

Upravljenje nagibnom pločom može biti dosta složeno i povećava cijenu hidrauličkog sustava. Dodatna 

mogućnost sastoji se u regulaciji brzine izvršnih elemenata protočnim ventilima. Tada se dobiva pad 

tlaka na protočnom ventilu koji uzrokuje značajne energetske gubitke ali se može iskoristiti kao 

upravljački signal koji se može dovesti na upravljački ventil crpke i smanjiti energetske gubitke 

hidrauličkog sustava, ovaj način regulacije rada crpke detaljno je opisan u poglavlju 3.1 i 3.2. 

Mnoge udesive crpke koje se upotrebljavaju u LS sustavima imaju takvo upravljanje koje će smanjiti 

protok kad god razlika između dva tlaka koji se kao signal koriste na upravljačkom mehanizmu crpke, 

dostigne trenutnu vrijednost tlaka. Suprotno, crpka će povećati protok kad god je razlika između dva 

tlaka manja nego trenutna vrijednost. Protok crpke dostiže svoju maksimalnu vrijednost kada je iznos 

tlakova jednak. Regulacija protoka crpke impulsom tlaka često se nalazi u hidrauličkim sustavima koji 

imaju više izvršnih elemenata. Ovakav sustav mora ispuniti slijedeće uvjete: 1. crpka mora osigurati 

dovoljan protok prema upravljačkim ventilima zbog osiguranja “napajanja” crpke konstantnim tlakom 

i 2. upravljački ventili moraju biti proporcionalnog tipa. 

U prošlom desetljeću, LS sustavi nailaze na sve više primjene u cestovnim vozilima i mobilnoj 

hidraulici (bageri, viljuškari, dizalice, itd.). Jedna od mnogih prednosti LS načina regulacije upravo je 

velika štednja energije. 

1.2 Svrha i cilj modeliranja 

Prije bilo kakve stvarne realizacije, ne samo LS sustava nego bilo kojeg hidrauličkog sustava, 

potrebno je napraviti model korištenjem jednog od danas mnogobrojnih programskih paketa kao što je: 

AMESim, ITI-SIM, Automation Studio, itd. Model je potreban da bi mogli predvidjeti ponašanje 

stvarnog sustava ukoliko je to u potpunosti moguće točno predvidjeti. Glavni problem prilikom 

modeliranja sustava je na neki način vjerodostojno stvarnom ponašanju sustava, modelirati opterećenje, 

zajedničko djelovanje (primjer: dva cilindra podižu rampu), nadalje, modelirati stvarni fluid (uzeti u 

obzir termičke utjecaje, gustoća, viskoznost, itd.) modelirati curenje crpke, parametre hidrauličkog 

razvodnika i niz drugih parametara koji opisuju sustav. Dobar model nebi trebao biti niti previše 

jednostavan niti vrlo složen. U prvom slučaju imamo manjak parametara neće davati točnu sliku o 

4

Uvod 

stvarnom ponašanju modela, a u drugom slučaju model ima previše parametara čija se vrijednost teško 

može točno odrediti. Dakle, u oba slučaja se dobije loša generalizacija problema. 

1.2.1 Prikaz sustava Bond grafovima 

Svi programski paketi za modeliranje hidrauličkih sustava zasnivaju se na Bond graf metodi. 

Bond graf elementi opisuju jednostavne energetske strukture nekog sustava. Kombinacijama tih 

osnovnih elemenata moguće je opisati vrlo složene sustave. Svojim je razvojem Bond graf tehnika 

našla primjenu u modeliranju u hidraulici, mehatronici, termodinamici, a od nedavno u elektronici kao i 

u drugim ne tehničkim sustavima. Na ovaj način, fizički sustav se može prikazati simbolima i linijama. 

Karakteristika Bond grafova je strukturni prikaz sustava i vidljivi tokovi snage (energije). Osnovni 

element Bond grafa sadrži polustrelicu koja pokazuje prema tipu elementa, slika 1.2. Postoji R 

(električni otpor, hidraulički otpor, mehanička prigušenja), C (kapaciteti, opruge, rezervoari) i I 

(induktivitet, elementi s inercijom) tip elementa. 

Slika 1.2- Element Bond grafa 

Iznad strelice je veličina koja označava napor (eng. Effort, e) (napon, sila, zakretni moment), a ispod 

strelice je veličina koja označava tok (eng. Flow, f), (el.energija, brzina, protok, kutna brzina). Odnos 

napora i toka određen je tipom elementa, tip elementa određuje ponašanje sustava. Veze među 

elementima određuju međudjelovanje, a umnožak veličine iznad i ispod strelice Bond grafa daje snagu. 

Primjer na slici 1.3, model jednostavnog vibracijskog sustava sa jednim stupnjem slobode. 

(a) (b) 

Slika 1.3-(a) Sustav vibracijskog sustava i odgovarajući Bond graf (b) [4] 

5

Uvod 

Za primjer na slici 1.3 može se napisati sustav jednadžbi. Diferencijalne jednadžbe opisuju dinamiku 

sustava prema pravilima stanja sustava. 

U izvodu je: 

P moment od 

dx 

m⋅ , Q je pomak ili x, SE je F(t), M masa, K krutost opruge i R prigušenje. Prefiks D 

dt 

označava derivaciju po vremenu d 

dt . 

Korak 1: 

e = SE 

1 1 

f = P / M 

3 3 3 

e = K ⋅Q 

2 2 2 

Korak 2: 

e1 − e2 − e3 − e4 

= 0 ili e3 = e1 − e2 − e4 

(1.2) 

Korak 3 

Korak 4: 

DQ = f = f 

2 2 3 

DP = e 

3 3 

( ) 

e = R ⋅ f = R ⋅ f f = f 

4 4 4 4 3 4 3 

e = SE 

1 1 

f = P / M 

3 3 3 

e = K ⋅Q 

2 2 2 

e = R ⋅ P / M 

4 4 3 3 

e = SE − K ⋅Q − R ⋅ P / M 

3 1 2 2 4 3 3 

DQ = P / M 

2 3 3 

DP = SE − K ⋅Q − R ⋅ P / M 

3 1 2 2 4 3 3 

Jednadžbe izvedene iz Bond graf modela: 

dP 

= −r / m⋅ P − k ⋅ Q + SE 

dt 

dQ 

= 1/ m⋅ P 

dt 

(1.1) 

(1.3) 

(1.4) 

(1.5) 

(1.6) 

6

Jednadžba (1.5) kada se uvrsti u (1.6) dobije se (1.7): 

2 

d Q 

m⋅ = −r ⋅ dQ / dt − k ⋅ Q + F( t) 

(1.7) 

2 

dt 

Isti se sustav može opisati analitičkom metodom [10]: 

2 

d x dx 

2 

dt dt 

m⋅ + r ⋅ + k ⋅ x = F( t) 

(1.8) 

Jednadžba (1.7) odgovara jednadžbi (1.8) koja je dobivena analitičkom metodom. 

Uvod 

Na ovaj način Bond grafovima mogu se modelirati sve fizikalne veličine koje utječu na ponašanje 

sustava. Korištenjem većeg broja različitih elemenata moguće je dobiti kvalitetne dinamičke modele 

vrlo složenih sustava. Bond graf modeli hidrauličkih sustava u ovome radu dobiveni su programskim 

paketom AMESim, a u prilogu je dan detaljan opis elemenata i parametara modela. Mnogobrojni 

programski paketi koji se koriste za modeliranje hidrauličkih sustava zasnivaju se upravo na primjeni 

Bond grafova. 

7

Regulacija brzine izvršnih elemenata u hidrauličkim sustavima 

2 Regulacija brzine izvršnih elemenata u hidrauličkim sustavima 

Kod koncepcijskog izbora hidrauličkog sustava važno je opredjeliti se na vrstu hidrauličkog 

kruga. Dva osnovna problema su: regulirati brzinu izvršnih elemenata i zaštititi crpku. Rad crpke na 

maksimalnom tlaku smanjuje vijek trajanja hidrauličke crpke i uzrokuje pojavu vibracija u 

hidrauličkom sustavu. Kada crpka radi na maksimalnom tlaku smanjuje se trajnost hidrauličkog ulja 

zbog povišenih temperatura ulja koje uzrokuju gubitak viskoznosti. 

U ovome poglavlju opisani su hidraulički sustavi sa prigušnim ventilom, hidrulički sustavi sa 

dvogranim i trogranim regulatorom protoka, CF i CP hidraulički sustavi, LS sustavi i servo sustavi i 

područja njihove primjene. 

2.1 Regulacija brzine izvršnih elemenata protočnim ventilima 

2.1.1 Hidraulički sustavi sa prigušnikom protoka 

Prigušni ventil je najjednostavniji element pomoću kojeg je moguće regulirati protok. Kod tog 

elementa protok ovisi od pada tlaka i temperature. Na slici 2.1 je prikazana shema jednostavnog 

hidrauličkog sustava kod koje je u glavnom tlačnom vodu postavljen prigušni ventil. 

Slika 2.1 – Hidraulički sustav sa prigušnim ventilom [5] 

Hidraulički sustav na slici 2.1 sastoji se od: crpke, ventila za ograničenje tlaka, prigušnog ventila i 

hidrauličkog motora. Ovisno od iznosa tlaka ispred p max i iza p R prigušnog ventila, dolazi do pada 

tlaka ∆ p = pmax − pR 

na prigušnom ventilu. Prigušni ventil propušta količinu ulja Q R , a višak ulja 

QV = QP − QR 

otječe preko ventila za ograničenje tlaka u spremnik. Tlak podešen na ventilu za 

ograničenje tlaka vlada u dijelu hidrauličkog sustava od crpke do ulaza u prigušni ventil. 

Tlak p max ima stalan iznos bez obzira na promjenu ostalih radnih parametara hidrauličkog sustava. 

Tlak p R raste sa porastom opterećenja hidrauličkog motora. 

8

Kada tlak R p poraste do max 


p , pad tlaka na prigušnom ventilu jednak je ∆ p = 0 , Q R jednak je nuli, 

cjelokupna količina ulja Q P otječe preko ventila za ograničenje tlaka u spremnik. Što je omjer 

∆ p / pmax 

veći, a to znači što je veći pad tlaka, QR / Q P je veći, odnosno veća je količina ulja Q R koja 

protječe prema hidrauličkom motoru, što je omjer ∆ p / pmax 

manji, odnosno što je pad tlaka ∆ p manji, 

manja je i količina ulja Q R koja protječe prema hidrauličkom motoru, slika 2.2. 

Slika 2.2- Djelovanje prigušnika protoka [5] 

Što je manje opterećenje veći je pad tlaka ∆p na prigušnom ventilu, a time je i količina ulja koja se 

odvodi preko ventila za ograničenje tlaka manja. Porastom opterećenja smanjuje se pad tlaka ∆ p na 

prigušnom ventilu i raste količina ulja na ventilu za ograničenje tlaka. 

Ovaj tip hidrauličkog kruga koristi se samo za grubu regulaciju protoka, kod hidrauličkih sustava sa 

ovakvim ugrađenim ventilom veliki su gubici energije. 

Brzina gibanja izvršnih elemenata ovisi o njihovome opterećenju. 

2.1.2 Hidraulički sustavi sa dvogranim regulatorom protoka 

Često se od protočnih ventila zahtjeva održavanje konstantnog protoka neovisno o promjenama 

tlaka ispred ili iza ventila. To je moguće osigurati primjenom prigušnog ventila i dodatnog klipa, koji 

ima zadatak kompenziranje vanjske promjene tlaka i usklađivanje sa promjenom pada tlaka unutar 

ventila. Ovakva konstrukcija protočnog ventila naziva se “hidraulična vaga” ili “tlačna vaga”, njenim 

radom se upravlja impulsom tlaka sa stražnje i prednje strane slika 2.3 i slika 2.4 , ovisno sa koje strane 

ventila je intenzivnija promjena tlaka. Obje konstrukcije dvogranih regulatora protoka sastoje se od 

9


klipnog i prigušnog ventila. Na klipnom dijelu je površina kroz koju protječe ulje promjenjive veličine i 

zavisi od položaja klipa, a na prigušnom ventilu je za određenu vrijednost protoka konstantna, slika 2.3. 

Slika 2.3-Dvograni regulator protoka sa stražnjim tlakom [5] 

Slika 2.4-Dvograni regulator protoka sa prednjim tlakom [5] 

Na ulazu u ventil ulje je pod tlakom p max , na izlazu p R , a između klipnog i prigušnog ventila vlada 

tlak p 2 . Položaj glavnog, cilindričnog klipa, definira odnos sila: 

1. Kod dvogranog regulatora protoka sa stražnjim tlakom: 

A = A = A 

1 2 

F = F + F 

2 1 

p ⋅ A = p ⋅ A + F 

2 

o 

R o 

Fo 

p2 − pR = ∆ p = 

A 

(2.1) 

10

2. Kod dvogranog regulatora protoka sa prednjim tlakom: 

A = A = A 

1 2 

F = F + F 

2 1 

F = p ⋅ A − p ⋅ A 

o 

o 

max 1 

Fo 

pmax − p1 = ∆ p = 

A 


Ukoliko kod bilo koje konstrukcije regulatora protoka dođe do pada ili porasta tlaka na ulazu p max ili 

na izlazu p R , dolazi do poremećaja sila sa donje ili gornje strane klipa, stoga se on pomiče gore ili 

dolje. Mijenja se i veličina protočne površine, pa se pad tlaka povećava ili smanjuje, ovisno da li je 

protočna površina smanjena ili povećana. 

Ulje se dovodi na ulaz dvogranog regulatora protoka sa prednjim tlakom pod tlakom p max , koji se 

prostire i do gornje čeone površine klipa. Na gornjoj površini klipa stvara se sila tlaka jednaka 

F2 = pmax ⋅ A . Na prigušnom ventilu dolazi do pada tlaka ∆ p , tlak na izlazu iz prigušnog ventila jednak 

je 1 p . Tlak 1 

opruge ukupne veličine 

Sile 

´ 

F 1 i 2 

(2.2) 

p se prenosi na donju čeonu površinu klipa, na donju površinu klipa djeluje sila tlaka i 

F = F + p ⋅ A . 

´ 

1 o 1 

F dovesti će klip u takav položaj koji stalno osigurava ravnotežu sila : 

F = F 

´ 

1 2 

F + p ⋅ A = p ⋅ A 

o 

1 max 

A⋅ ( p − p ) = F 

Fo 

∆ p = 

A 

max 1 

Na “tlačnoj vagi” dolazi do pada tlaka 

o 

(2.3) 

´ 

∆ p , tlak R p manji je od tlaka 1 p . Ako tlak p R poraste (poraslo 

je opterećenje izvršnog elementa), smanjuje se protok kroz površinu “ tlačne vage “, raste tlak p 1 i sila 

´ 

F 1 . Klip se pomiče prema gore sve dok se ponovno ne izjednače sile 

povečava slobodna površina na “tlačnoj vagi”, pa smanjenje pada tlaka 

vrijednosti tlaka p R . 

´ 

F 1 i 2 

F . Istovremeno se 

´ 

∆ p kompenzira porast 

Ako se u toku rada smanji vrijednost tlaka p R (smanjenje opterećenja aktuatora), ponovno dolazi do 

poremećaja odnosa sila, jer je sada 

F > F . Klip se pomiče prema dolje, smanjuje se površina protoka 

´ 

2 1 

11


i uspostavlja ravnotežni odnos sila. Nedostatak dvogranih ventila za regulaciju protoka je što 

konstrukcijom ventila nije riješen problem odvođenja viška ulja, koji nastaje kao razlika količine koju 

dobavlja crpka i koja se iz ovog ventila potiskuje prema izvršnom organu, QV = QP − QR 

. 

Slika 2.5- Karakteristike dvogranih regulatora protoka [5] 

Količina ulja Q V se odvodi preko ventila za ograničenje tlaka u spremnik ulja, što znači da će sustav 

stalno raditi u području najvišeg dozvoljenog tlaka p max , a ventil za ograničenje tlaka će biti stalno 

otvoren. Što je protok prema izvršnom organu veći to će biti manja količina ulja Q V koja se odvodi 

preko ventila za ograničenje tlaka, a time i manji energetski gubici, slika 2.5. 

Kod dvogranih regulatora protoka brzine izvršnih elemenata neće ovisiti o opterećenju. Dvograni 

regulator protoka mora biti postavljen u kombinaciji sa ventilom za ograničenjem tlaka. Kod 

hidrauličkih sustava sa ugrađenim dvogranim regulatorom protoka javlja se problem preopterećenja 

hidrauličke crpke. 

2.1.3 Hidraulički sustavi sa trogranim regulatorom protoka 

Trograni regulatori protoka obavljaju istu funkciju u hidrauličkim sustavima kao i dvograni 

regulatori protoka. Oba regulatora osiguravaju konstantan protok bez obzira na veličinu tlaka ispred ili 

iza ventila. Razlikuju se jedino po tome što se kod hidrauličkih sustava sa ugrađenim dvogranim 

regulatorom protoka višak ulja Q V odvodi u spremnik preko ventila za ograničenje tlaka, a kod 

12


hidrauličkih sustava sa ugrađenim trogranim regulatorom protoka višak ulja Q V se odvodi u spremnik 

direktno iz regulatora, slika 2.6. 

Slika 2.6- Trograni regulator protoka [5] 

Kod hidrauličkog sustava sa ugrađenim dvogranim ventilom u području od crpke do regulatora protoka 

vlada tlak podešen na ventilu za ograničenje tlaka, u hidrauličkom sustavu sa trogranim ventilom tlak 

p 2 prati promjene tlaka iza ventila R 

p . Razlika tlaka ∆ p je znatno manja, pa je i gubitak energije 

manji, slika 2.7 [5]. Pad tlaka ∆p mora biti dovoljno veliki da može pokrenuti “tlačnu vagu” i svladati 

silu opruge koja je drži u početno zatvorenom položaju. 

Slika 2.7-Karakteristike trogranih regulatora protoka [5] 

Kod trogranog regulatora protoka riješen je i problem konstantog protoka pri promjenjivoj brzini vrtnje 

pogonskog stroja hidrauličke crpke, što je bitna karakteristika mobilne hidraulike gdje su pogonski 

strojevi motori sa unutrašnjim izgaranjem. 

Sa slike 2.7 se vidi da se višak ulja odvodi na radnome tlaku uvećanom za tlak ∆p koji se troši za rad 

regulatora. 

13

2.2 CF i CP hidraulički sustavi 


2.2.1 CF - sustav konstantnog protoka sa crpkom konstantne dobave 

CF sustav omogućuje konstantan protok pri odgovarajućoj brzini vrtnje vratila crpke dok se tlak 

postavlja ovisno o opterećenju aktuatora. CFO (sustav sa razvodnim ventilom otvorenog srednjeg 

položaja) sustav nalazi primjenu u mobilnoj hidraulici. U usporedbi sa ostalim sustavima, sadrži manje 

složene hidrauličke elemente i relativno je neosjetljiv na nečistoće u hidrauličkom ulju. Hidrauličko 

ulje koje ne otječe prema aktuatoru otječe u spremnik preko vodova unutar ventila. Pri istovremenom 

radu više aktuatora tlak se postavlja prema najopterećenijem aktuatoru. Pri većem protoku crpke CFO 

sustav je ekonomičniji, zato je važan pravilan odabir crpke. 

Postoje dvije izvedbe CF sustava: 

• Sustav sa razvodnikom otvorenog srednjeg položaja (CFO), slika 2.8 (a) [1]. 

• Sustav sa razvodnikom zatvorenog srednjeg položaja (CFC), slika 2.8 (b) [1]. 

(a) (b) 

Slika 2.8- Sustav sa razvodnikom otvorenog srednjeg položaja (a) i sustav sa 

razvodnikom zatvorenog srednjeg položaja (b) [1] 

Slika 2.9- CFO ventil [1], A sa slike 2.8 

14


Načelno se elementi hidrauličkih sustava ne projektiraju, već su to gotove hidrauličke komponente koje 

proizvode mnogobrojni proizvođači hidraulike kao što su Parker [1], Rexroth [2], Vickers [3], Sauer- 

Danfoss [6] i mnogi drugi. Potrebno je poznavati koncepciju hidrauličkih elemenata, proučiti princip 

njihova rada te ih kvalitetno odabrati ili zasebno modelirati Bond graf sustavima. Presjek CFO ventila 

prikazan je na slici 2.9. CFC sustav razlikuje se od CFO sustava u višku dodatnog hidrauličkog ulja 

koje otječe prema spremniku ulja kroz odvojene premosne 2/2 razvodne ventile. Razlika tlaka ( ∆ p ), 

između crpke i najopterećenijeg aktuatora održava se konstantnim. Protok prema najopterećenijem 

aktuatoru ne ovisi o opterećenju. Ručno upravljani CFO ventili nemaju jednoličnu vezu između 

položaja ručice razvodnog ventila i brzine podizanja tereta. 

a brzinu gibanja aktuatora utječe: 

• Protok crpke 

• Veličina, smjer i gibanje tereta 

• Istovremeni rad više aktuatora 

• Hod klipa ventila 

• Temperatura hidrauličkog ulja 

Pri istovremenom radu više razvodnih ventila bolje su upravljačke karakteristike što omogućuje 

operateru da “osjeti” težinu tereta. Radne karakteristike CFC sustava uglavnom su neovisne o tlaku 

uzrokovanog opterećenjem aktuatora. CFC ima iste radne karakteristike kao LS sustav, ali i manju 

iskoristivost. 

CFO sustav upotrebljava se u hidrauličkim sustavima jednostavnih hidrauličkih elemenata, 

hidrauličkim sustavima gdje nema istovremenog rada više aktuatora. CFO sustav uglavnom zahtjeva 

hidrauličke elemente i hidrauličku instalaciju niže cijene. Potrošnja energije u CFO sustavima ovisi o 

radnoj sekvenci i veličini hidrauličkog sustava. 

CFO i CFC sustavi nalaze primjenu u viljuškarima, bager jaružarima, kamionima za odvoz otpada, 

dizalicama i sličnim sustavima gdje se radna sekvenca povremeno ponavlja. 

2.2.2 CP - sustav konstantnog tlaka 

Hidraulički CP sustav omogućuje konstantan tlak, protok se postavlja ovisno o režimu rada, 

opterećenju aktuatora. CP sustav kao i CF sustav nije složen hidraulički sustav, koristi jednostavne 

hidrauličke elemente. Crpka je udesiva, upravljana zbog osiguranja konstantnog tlaka. Crpka mora biti 

izabrana da osigura ukupni maksimalni protok pri istovremenom radu više aktuatora. CP sustav manje 

je osjetljiv na pad tlaka u usporedbi sa CFO sustavom. Crpka osigurava konstantan tlak sve dok se ne 

15


dostigne njen maksimalni protok. Udesiva crpka i razvodni ventil sa zatvorenim srednjim položajem 

osnovna je razlika između CP i CF sustava, koji koristi crpku konstantnog protoka i razvodni ventil 

otvorenog srednjeg položaja. U jednostavnome CP sustavu maksimalni tlak održava se uz pomoć 

tlačnog kompenzatora (PC kompenzatora). Konstantan visoki tlak uzrokuje curenje ulja kroz klip 

razvodnog ventila u priključak aktuatora kada je klip razvodnog ventila u srednjem položaju. 

Kod CPU sustava hidraulički signal iz razvodnog ventila uzrokuje rasterećenje crpke, prilikom 

promjene položaja razvodnog ventila crpka osigurava maksimalan tlak, slika 2.10. 

Slika 2.10- Primjer CP hidrauličkog sustava za mobilnu hidrauliku [1] 

Postoje izvedbe CP sustava koje rade na dvije razine tlakova: 

• Niski tlak za funkcije koje zahtjevaju rad crpke na niskom tlaku 

• Visoki tlak za visoko opterećene aktuatore 

Porastom broja razina tlakova ujedno se povećava efikasnost sustava ali povećava broj hidrauličkih 

elemenata. CP sustav posjeduje vrlo dobre radne i antikavitacijske značajke. Kombinacijom protočne 

površine razvodnog klipa i razlike tlaka između crpke i tlaka uzrokovanog opterećenjem aktuatora 

dobiva se željena brzina aktuatora. Porastom opterećenja manja je razlika tlaka što uzrokuje manju 

brzinu aktuatora. CP sustav ima dobre upravljačke značajke. 

Upotrebljava se u sustavima koji zahtjevaju veće snage, točnost upravljanja i istovremen rad više 

aktuatora. CP sustavi su česti u hidrauličkim šumskim strojevima, platformama i strojevima za bušenje 

kamena. 

16

2.3 LS sustavi 


Zadatak LS-a temelji se na prilagođavanju tlaka i protoka crpke zahtjevima potrošača odnosno 

trenutnim uvjetima rada. Kao rezultat dobije se sustav malih gubitaka energije. LS sustav omogućava 

vrlo precizno upravljanje traženih hidrauličkih funkcija koje bi bilo vrlo teško postići na bilo koji drugi 

način bez značajne pretvorbe velike količine energije u neželjenu toplinu i vrlo štetnog zagrijavanja 

hidrauličkog ulja. 

Krajem 1960-ih počelo se raditi na sustavima upravljanja impulsom tlaka, LS sustavima. Do tada se 

problem iskorištenja energije nastojao riješiti primjerice, kod zupčastih crpki pomoću razvodnika sa 

otvorenim srednjim položajem ili kod udesivih crpki reguliranog tlaka sa zatvorenim srednjim 

položajem razvodnika. 

U prvom slučaju koristi se jednostavna i robusna zupčasta crpka, a za mirovanja sustava zbog 

otvorenog srednjeg položaja crpka je rasterećena. U drugom primjeru za mirovanja izvršnog organa 

crpka se zadržava na visokom radnom tlaku i minimalnom protoku pa se u trenutku pokretanja dobiva 

brza reakcija. 

Nastoje se razviti hidraulički sustavi sa velikim stupnjem iskorištenja. Standardne elektrohidrauličke 

sustave karakterizira nizak stupanj iskorištenja. Crpka dobavlja ulje prema konstantnom tlaku i 

konstantnom protoku. Kao rezultat imamo energetske gubitke. Postoje sustavi koji imaju veliki stupanj 

iskoristivosti. Sustav sa crpkom konstantnog tlaka i LS sustav. LS sustav je najbolji, zato što ima 

najmanje gubitke energije i tlak u sustavu je minimalan. Postoji više izvedbi LS sustava ali startna 

točka je uvijek ista. Protok se postavlja povećanjem brzine okretaja i volumena. Prvi način je 

hidraulički LS sustav, a drugi je elektrohidraulički LS sustav, postoji također i treći način, mjenjanjem i 

volumena i broja okretaja. 

2.3.1 ačelo rada LS sustava 

Kod sustava koji nemaju jednostavnu i ponovljivu radnu sekvencu varijacije tlaka i protoka su 

značajne. Karakterističan primjer gdje su različite brzine aktuatora i promjenjiva opterećenja je 

mobilna hidraulika. Dodatno, u mobilnoj hidraulici svako pregrijavanje ulja štetno utječe na sustav i 

značajno utječe na potrošnju goriva. 

17


Slika 2.11- Hidraulički sustavi tipa Load-Sensing [7] 

LS hidraulički sustavi mogu biti sa crpkom kod koje se protok može regulirati slika 2.11 (izvedba a) i 

sa crpkom konstantnog protoka (kapaciteta) slika 2.11 (izvedba b). Kod ovoga tipa hidrauličkih sustava 

ugrađuju se razvodni ventili sa elektromagnetima ili hidrauličkim upravljanjem, koji se iz jednog u 

drugi položaj dovode postupno, a mogu se držati i u međupoložaju. Izvedba hidrauličkog sustava koji 

ima ugrađen regulator protoka prikazana je na slici 2.11 (izvedba a). 

Zadatak ovog konstruktivnog rješenja je osiguravanje tlaka i količine ulja trenutno potrebne 

hidrauličkom motoru. Impulsi tlaka, ispred i iza razvodnog ventila, dovode se do električnog 

pretvarača. U njemu se te dvije veličine uspoređuju, a rezultat se pomoću električnog impulsa šalje 

razvodnom ventilu. On se u odnosu na veličinu električnog signala pomiče i dovodi u odgovarajući 

položaj, tako da se razlika tlaka ispred i iza razvodnog ventila drži približno konstantnom, na oko 15 

bara. 

Gubitak energije u sustavu se može izračunati prema: 

P = ( p − p ) ⋅ Q 

(2.4) 

g p l R 

gdje je: p − p ≅ const. 

≅ 15 bar 

p l 

Hidraulički sustav sa crpkom konstantne dobave prikazan je na slici 2.11 (izvedba b). U cilju smanjenja 

gubitaka energije, u sustav je ugrađen ventil za ograničenje tlaka indirektnog djelovanja, a impuls tlaka 

18


se dovodi na pilotni ventil od tlačnog voda iza razvodnog ventila. Takvo rješenje upravljanja 

omogućuje odvođenja viška ulja u spremnik ulja pri nižem tlaku, čija veličina uvijek odgovara veličini 

radnog tlaka. 

Gubitak energije se računa prema: 

P = ( Q − Q ) ⋅ p + Q ⋅( p − p ) 

(2.5) 

g p R p R p l 

gdje je: p − p ≅ const. 

≅ 15 bar 

p l 

LS sustav prilagođava protok crpke režimu rada u iznosima potrebnim za obavljanje određenih 

zahtjevanih radnih funkcija. Gubici ovakvog sustava su vrlo mali. LS sustav omogućuje vrlo preciznu 

kontrolu hidrauličkih funkcija, što bi bilo vrlo teško postići bilo kojim drugim sustavom bez značajne 

pretvorbe velike količine energije u toplinu. Ovakav način upravljanja rada crpkom zahtjeva prigušnik 

protoka (protočni ventil) na izlaznom vodu crpke (tlačna strana crpke). Pad tlaka ( ∆ p ) na prigušnom 

ventilu uzrokuje pomak kuta nagibne ploče kod klipno aksijalne crpke, odnosno pomičnog prstena kod 

lamelaste crpke. 

Mnoge udesive crpke koje se koriste u LS sustavima imaju upravljački mehanizam koji će smanjiti 

protok crpke uvijek kada razlika između dva tlaka (tlak na izlazu iz crpke i tlak sustava) prijeđe 

vrijednost postavljenog pada tlaka na prigušnom ventilu. Crpka će povećati protok kada razlika između 

dva tlaka (tlak na izlazu iz crpke i tlak sustava) padne ispod vrijednosti postavljene na prigušnom 

ventilu. Protok crpke će biti maksimalan kada su oba tlaka jednaka, slika 3.3 u poglavlju 3.1. 

Upravljački mehanizam crpke reagira samo na razliku između dva upravljačka tlaka (tlak na izlazu iz 

crpke i tlak sustava), protok će biti isti bez obzira na promjene tlaka u sustavu. Protok prema izvršnim 

elementima ostati će konstantan bez obzira na brzinu vrtnje pogonskog stroja. Pomoću udesive crpke 

moguće je regulirati protok i održavati tlak crpke na tlaku potrebnom za pokretanje aktuatora. Potreban 

je signalni vod na mjestu nižeg tlaka iza prigušnog ventila, LS vod, slika 2.12 . 

LS vod iza prigušnog ventila prenosi tlak na upravljački mehanizam crpke koji podešava protok crpke i 

na taj način zadržao izvjestan pad tlaka ( ∆ p ) preko prigušnog ventila. 

19


Slika 2.12- 5/3 razvodni ventil u LS sustavu [1] 

Glavno načelo LS sustava je mogućnost sačuvanja energije. LS sustav ne “dopušta” crpki rad na 

maksimalnom tlaku, umjesto toga, crpka će raditi na tlaku koji je potreban za pokretanje izvšnih 

elemenata. Taj tlak jednak je zbroju tlaka uzrokovanog opterećenjem aktuatora (radni tlak izvršnog 

elementa, p R ) i pada tlaka ( ∆ p ) na prigušnom ventilu. 

pR + ∆ p = tlak crpke 

(2.6) 

Primjer na kojemu se može ilustrirati prednost LS načina regulacije rada crpke dan je na slici 2.13, 

koja pokazuje standardne postavke pomoću kojih se određuje karakteristike hidrauličkog sustava. 

Sustav sa udesivom crpkom i kompenzatorom crpke postavljenim na 138 bar. Crpka ima dobavu 

58 l . Protok je smanjen na prigušnom ventilu, prema izvršnom elementu dobavlja se 30 l . 

min 

min 

Tlak potreban za pokretanje izvršnog elementa iznosi 35 bar. Tlak na mjestu (1) iznosi 138 bar i 

postavljen je na tlačnom kompenzatoru crpke, slika 2.13 (a). 

(a) (b) 

Slika 2.13- Otvoreni hidraulički sustav (a) i LS hidraulički sustav (b) 

Iz dijagrama na slici 2.14 [1] za ovu crpku pri protoku od 30 l može se očitati tlak od 138 bar. 

min 

20


Slika 2.14- Dijagram tlak-protok [1] 

Tlak na mjestu (2) iza prigušnog ventila iznosi 35 bar (ovisno o opterećenju izvršnog elementa). Pad 

tlaka preko prigušnog ventila iznosi : 

Gubitak energije P g iznosi : 

Pg = QR ⋅∆ p = 30 l ⋅103⋅ 10 m 

min 

[ ] 

∆ p = 138 − 35 = 103bar 

(2.7) 

5 2 

P = 5,150 kW 

(2.8) 

g 

LS sustav sadrži iste hidrauličke elemente ali je crpka regulirana impulsom tlaka, LS regulacija, slika 

2.13 (b). Ovisno o tlaku uzrokovanog opterećenjem izvršnog elementa (radni tlak aktuatora, p R ) i 

dovođenjem tog tlaka preko LS signalnog voda na upravljački mehanizam crpke koji će postaviti tlak 

crpke koji održava postavljeni pad tlaka na prigušnom ventilu. Ovaj tlak uglavnom iznosi od 7 bar ili 

14 bar, na nekim crpkama može se postaviti na veću ili manju vrijednost. Obično je tvornička postavka 

10 bar. Iznos od 10 bar koristi se u ovom proračunu. Tlak na mjestu (2) iznosi 35 bar, tlak potreban za 

pokretanje aktuatora. 

Tlak na mjestu (1) jednak je zbroju tlaka potrebnog za pokretanje aktuatora, 35 bar, i pada tlaka preko 

prigušnog ventila. Iznos tlaka na mjestu (1) jednak je 45 bar. Pad tlaka na prigušnom ventilu pri 

protoku od 30 l iznosi 10 bar. 

min 

21

Gubitak energije P g u ovom slučaju: 

l 5 

Pg = QR ⋅∆ p = 30 ⋅10 ⋅ 10 

min 

[ ] 

m 

2 


P = 0,5 kW 

(2.10) 

g 

U LS sustavu samo je 0.5 kW gubitaka pretvoreno u toplinu, dakle gubici energije u odnosu na 

otvoreni hidraulički sustav su deset puta manji. 

Druga važna prednost LS sustava je sposobnost održavanja konstantnog protoka prema izvršnom 

elementu bez obzira na promjene iznosa opterećenja aktuatora. Kada se regulator protoka postavi na 

protok od 30 l/min pri tlaku opterećenja od 35 bar, i ako se u toku radnog ciklusa tlak opterećanja 

povisi na 69 bar, LS kontrola će postaviti tlak crpke tako da se osigura postavljeni pad tlak na 

prigušnom ventilu od 10 bar. Tlak na izlazu iz crpke sada iznosi 79 bar. Održavanjem konstantog pada 

tlaka preko prigušnog ventila osigurati će konstantni protok, aktuatori neće ni usporavati ni ubrzavati 

uslijed promjene opterećenja. 

LS sustav također održava konstantan protok prema izvršnim elementima bez obzira na promjenu 

brzine vrtnje pogonskog stroja. 

Značajka LS sustava je i sposobnost rasterećenja crpke (engl.”low pressure standby“), rada crpke na 

niskom tlaku. Razvodni ventil 2/2 ugrađen u LS signalni vod, povezan sa spremnikom ulja omogućuje 

rasterećenje crpke. LS razvodni ventili rasterećuju crpku kada se nalaze u srednjem položaju. 

Četri su osnovne značajke pri izboru LS regulacije rada crpke: 

• Konstantan protok kroz prigušni ventil bez obzira na iznos opterećenja izvršnog elementa 

• Konstantan protok kroz prigušni ventil bez obzira na promjenu brzine vrtnje pogonskog stroja 

• Jednostavno rasterećenje crpke i rad crpke na niskom tlaku 

• Manje zagrijavanje ulja, odnosno manji gubitci energije u odnosu na standardne sustave 

LS sustav sadrži prigušni ventil koji stvara pad tlaka potreban za upravljanje upravljačkim 

mehanizmom crpke. Protok kroz prigušni ventil Q R mjenja se u ovisnosti o veličini poprečnog presjeka 

prigušnog ventila A 0 . 

Prema [8]: 

Q = 100⋅ 

A ⋅ ∆ p 

(2.11) 

R 

0 

Promjenom presjeka strujanja prigušnog ventila mjenja se protok. Pad tlaka preko prigušnog ventila 

obično se postavlja u rasponu od 7 bar do 14 bar. Razvodni ventil koji se upotrebljava u LS sustavima 

22


rasterećuje crpku u srednjem položaju i zamjenjuje ulogu prigušnog ventila. Razvodni ventil 

omogućuje priključak LS voda sa upravljačkim mehanizmom crpke. 

2.3.1 Energetske značajke hidrauličkih sustava 

U ovom poglavlju prikazano je iskorištenje energije kod različitih vrsta regulacije rada crpke i 

približni inžinjerski proračuni energije hidrauličkog sustava. 

Energija dobivena od crpke ( P ) karakterizirana je svojim protokom i tlakom sustava (2.12). Energija 

upotrebljena od strane potrošača ( P R) 

karakterizirana je na sličan način (2.13). Razlika je izgubljena 

energija ( P g ) . Jedan dio nje troši se zbog lokalnih otpora dok se veći dio gubi preko ventila za 

ograničenje tlaka. 

P = QP ⋅ pP 

(2.12) 

PR = QR ⋅ pR 

(2.13) 

CF sustav karakterizira konstantan protok, efikasnost sustava je mala. 

P = Q ⋅ p 

P max P 

P = Q ⋅ p 

R R R 

P = Q ⋅ p − Q ⋅ p 

g max P R R 

η = 

38% 

gdje je: P p − tlak na izlazu iz crpke [bar], pR − radni tlak izvršnog elementa [bar], 

3 3 

Qmax − maksimalni protok crpke [ m / s ], QR − protok prema izvršnom elementu [ m / s ], 

PR 

η = − stupanj iskoristivosti 

P 

CP sustav karakterizira konstantan tlak u hidrauličkom sustavu. 

P = Q ⋅ p 

P R P 

P = Q ⋅ p 

R R R 

P = Q ⋅( p − p ) 

g R P R 

η = 67% 

(2.14) 

(2.15) 

LS sustav je najefikasniji sustav. Tlak u sustavu i protok postavljaju se u ovisnosti o opterećenju 

aktuatora. 

P = Q ⋅ ( p + ∆p) 

C R P 

P = Q ⋅ p 

R R R 

P = Q ⋅∆p 

g R 

η > 67% 

(2.16) 

23


U tablici 2.1 su prikazani hidraulički sustavi navedenih vrsta regulacije rada crpke kod različitih uvjeta 

rada. Potreban se protok, tj. brzina gibanja izvršnog elementa (aktuatora) određuje upravljačkim 

elementima, pomoću prigušnog ventila ili proporcionalnog razvodnika. 

Crpka konstantnog protoka 

CF 

Legenda: max 

Crpka sa regulacijom tlaka 

CP 

Crpka sa regulacijom tlaka 

pomoću impulsa tlaka 

LS 

Opis 

Niski 

radni tlak i 

visoki 

protok. 

p < pmax 

Q → Qmax 

Visoki 

radni tlak i 

niski 

protok. 

p → pmax 

Q < Qmax 

Niski 

radni tlak i 

niski 

protok- 

više 

potrošača 

p < p 

i 

i 

max 

∑ Q < Q 

p - postavljeno na ventilu za ograničenje tlaka, pR - tlak uzrokovan opterećenjem, 

Qmax - maksimalan protok crpke, RT- radna točka crpke 

Tablica 2.1 -Iskorištenje energije kod različitih vrsta regulacije rada crpke [5] 

max 

24


Pomoću manjeg otpora regulacijskog elementa želi se postići brže gibanje aktuatora. Minimalan tlak 

koji je potrebno postići u sustavu određen je trenutnim opterećenjem aktuatora. Kod crpke konstantnog 

protoka (konstrukcijom ili regulacijom) se kod tlaka nižeg od p max gotovo sva snaga dobivena na 

izlazu iz crpke iskoristi na aktuatoru (1A). Ako je opterećenje visoko, a dobiveni protok je prevelik 

snaga se gubi na ventilu za ograničenje tlaka (1B). 

Kod sustava sa regulacijom tlaka su u slučaju niskog opterećenja i visokog protoka gubici veliki jer se 

tlak gubi na elementima za upravljanje protokom (2A). Kod obrnutog zahtjeva, visoki tlak i mali 

protok, tlačna kompenzirana crpka smanjuje protok na potrebnu veličinu i tako radi u energetski 

povoljnijem režimu (2B). Sustav sa LS regulacijom tlak (3A) i protok (3B) prilagođava potrebama i 

tako radi u energetski povoljnijem režimu. 

Kod sustava sa CF i CP regulacijom i više različitih opterećenih aktuatora ne može se postići 

energetski povoljan režim (1C i 2C). To se postiže LS regulacijom (3C) kada crpka daje protok jednak 

ukupnome protoku, a tlak joj je podešen na tlak najviše opterećenoga. 

2.4 Regulacija brzine izvršnih elemenata servo sustavima 

Upravljanje je način vođenja koje se zapravo posredno oslanja na vođenje procesa pomoću 

povratne veze. Naime, pri zamišljanju vođenja nekog procesa pomoću upravljanja, povratnu vezu 

zatvara čovjek. Upravljanje nema povratnu vezu, ako je čovjek u povratnoj vezi onda je to upravljanje 

ovisno o volji. Regulacija ima povratnu vezu, slika 2.15 (a), servo sustav, slika 2.15 (b), posebna vrsta 

regulacijskog sustava. U skladu s tim, razlikuju se regulacijski krug ili regulacijski sustav od servo 

kruga ili servo sustava. Usporedno su prikazani na slici 2.15. 

Slika 2.15- Definicija regulacijskog sustava i servosustava [9] 

Razlikuju se prema građi, ali važnije je istaknuti da je servo sustav zapravo posebni slučaj slijednog 

regulacijskog sustava. U servo sustavu izostala je upravljiva ulazna veličina kao utjecaj okoline, a 

izvršna sprava mehanički je vezana uz objekt. Referentna veličina je slobodno promjenjiva i 

mijenjanjem njene vrijednosti utječe se na stanje objekta. Tada objekt slijedi promjene referentne 

25


veličine koja se naziva “ vodeća veličina ”. U servo sustavu vođena veličina uvijek je jedna od veličina 

gibanja: pomak, brzina, ubrzanje ili sila koja je uzrok ili posljedica gibanja. Prema navedenoj definiciji 

servo sustava, LS sustav bi mogli promatrati kao servo sustav zbog povratne veze i zbog toga što LS 

sustav slijedi promjene referentne veličine, kod LS sustava bi to bio pad tlaka ∆ p preko prigušnog 

ventila odnosno 5/3 proporcionalnog razvodnog ventila. LS sustav nastoji održati konstantan pad tlaka 

∆ p preko 5/3 proporcionalnog razvodnog ventila, odnosno LS sustav slijedi promjene referentne 

veličine. 

Servo hidraulika povezana je sa mehaničkom veličinom. Servo hidraulički ventili imaju puno bržu 

reakciju i finiju regulaciju nego proporcionalni ventili. Servo razvodnici se koriste kod zatvorenih 

petlji. Kod servo hidrauličkih sustava ne “štedi” se crpka nego je postavljena na najviši tlak, jer se 

jedino tako može postići brza reakcija za razliku od LS sustava gdje zahtjevamo prilagođavanje protoka 

i tlaka crpke uvjetima trenutnoga opterećenja. 

Servo sustav bi bio jedino sustav koji ujedno koristi i servo ventile, LS sustav koristi proporcionalne 

ventile koji se svrstavaju između običnih i servo ventila, u tom slučaju LS sustav bi mogli promatrati 

kao proporcionalni hidraulički sustav sa povratnom vezom. 

Hidrauličke LS sustave valja razmatrati kao zasebnu vrstu koja po svojim elementima i prilagodljivosti 

u radu ima značajke proporcionalnog sustava, a po strukturi sa stanovišta definicija automatike ima 

značajke servosustava. 

26

3 Udesive crpke u LS sustavima 

Udesive crpke u LS sustavima 

U LS sustavima najćešće se koriste dvije vrste hidrauličkih crpki: klipna-aksijalna i lamelasta 

(krilna) crpka. U ovom poglavlju opisana je konstrukcija i princip rada tih dviju crpki. 

Klipno-aksijalne crpke 

Klipno-aksijalne crpke i hidromotori danas su, zbog niza izvanrednih svojstava, najčešće korišteni 

tip pogonskih agregata u hidrauličnim sustavima. Odlikuju se kompaktnom konstrukcijom, visokim 

tlakovima, velikim protocima i pogodnim konstruktivnim mogućnostima za ugradnju uređaja za regulaciju 

protoka, smjera toka ulja kod crpki i smjera rotacije kod motora. 

Traže ulje visokog stupnja čistoće 10-20 µ m (najčešće klase 9 prema AS 1638 ili 6 prema SAE 

standardu). Ovisno o konstrukciji imaju radni vijek 5000-100000 sati. 

Dijele se na: 

1. aksijalno-klipne crpke sa nagibnom pločom - slika 3.1 (a) 

2. aksijalno-klipne crpke sa nagibnom osi – slika 3.1 (b) 

Obje konstrukcije su slične i sastoje se od kućišta koje rotira, u kojemu se duž rotacije postavljeni klipovi. 

Uvijek ih je neparan broj, a najčešće se postavlja sedam ili devet klipova. S njima se postiže visok stupanj 

ravnomjernosti potiskivanja ulja u sustav, a istovremeno je dostignuta gornja granica složenosti 

konstrukcije s obzirom na zahtjeve u pogledu veličine crpke i cijene izrade. 

Kod crpke sa nagibnom pločom, osi razvodne ploče, kućišta i pogonskog vratila su u jednoj liniji. 

Razvodna ploča miruje; na njenoj lijevoj polovini je postavljen usisni kanal, a na desnoj, kanal preko 

kojeg se vrši tlačenje ulja pod tlakom. Radni klipovi su postavljeni u cilindrima, duž osi rotacije, a 

zglobno su vezani preko poluge sa nagibnom pločom. Ona je uležištena na kosoj ravnini. Ploča je 

postavljena pod kutom (α ), pa se kod rotacije vodi po ravnini uležištenja. Kako su klip i ploča povezani, 

klipovi će se za vrijeme rotacije kretati duž osi. Kada se klip nađe u gornjem položaju, izvučen je u krajnje 

desnu stranu, a kada se nađe u donjem položaju, nalazi se u krajnje lijevoj strani. Dužina hoda klipa (s) 

funkcija je veličine kuta nagibne ploče. Klip koji se nađe u krajnjem donjem položaju, kod daljnje rotacije 

počinje sa izvlačenjem iz cilindra. U njegovoj klipnoj komori će se zbog toga stvarati podtlak, a kako je 

ona spojena s usisnom komorom i usisnim cjevovodom, doći će do procesa punjenja komore uljem. Istu 

funkciju obavljaju svi klipovi postavljeni u lijevoj polovini kućišta i povezani sa usisnom komorom. Kada 

dođe u krajnji gornji položaj, klip se počinje pomicati u lijevo, pa dolazi do procesa tlačenje ulja iz 

27


cilindra u tlačnu komoru. Kada se klip nađe u krajnjem donjem položaju, završava se proces tlačenja ulja 

u tlačnu komoru i ponovno počinje proces usisavanja ulja. 

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 

(a) (b) 

Slika 3.1(a) -Aksijalno-klipna crpka sa nagibnom pločom [5] 

1. upravljačka ploča; 2. rotacijski bubanj; 3. klip; 

4. uležištenje; 5. nagibna ploča; 6. pogonsko vratilo 

(b) -Aksijalno-klipna crpka sa nagibnom osi [5] 

1. upravljačka ploča; 2. rotacijski bubanj; 3. klip; 

4. uležištenje; 5. pogonsko vratilo 

Konstrukcija klipno-aksijalne crpke sa zakretnom osi razlikuje se od klipno-aksijalne crpke sa nagibnom 

pločom po tome što se rotacijski bubanj sa upravljačkom pločom postavlja pod određenim kutem u 

odnosu na os rotacije. 

Kapacitet klipno-aksijalnih pumpi ovisan je od broja klipova, površine klipa, dužine njegovog hoda i broja 

okretaja. Promjenom nagibnog kuta ( α ) kod klipno-aksijalne crpke sa nagibnom pločom i kuta ( β ) kod 

klipno-aksijalne crpke sa nagibnom osi može se mijenjati dužina hoda klipa. Iz takvog zaključka slijedi, 

promjenom kuta nagibne ploče ili kuta rotacijskog bubnja crpke, protok se može mijenjati od nule do 

najveće vrijednosti. Ukoliko se promijeni pravac nagiba u području kutova ( α) i ( − α) 

, odnosno ( β ) i 

( − β ) , usisne strane crpke postaju tlačne, a tlačne postaju usisne. Ta mogućnost je iskorištena za 

konstrukciju crpki kod kojih je moguće mijenjati tok ulja, odnosno usisnu sa tlačnom i tlačnu sa usisnom 

stranom.Najveća vrijednost protoka je određena i najvećom vrijednošću kuta nagiba ploče ili bubnja, a 

kako su oni vezani sa klipovima zglobno, sile i otpori definiraju gornju vrijednost kuta zakretanja. Kod 

o o 

crpki sa nagibnom pločom najveća vrijednost zakretnog kuta je α = 15 do 18 , a kod crpki sa nagibnom 

o o 

osi najveća vrijednost zakretnog kuta je β = 25 do 35 . 

28

Lamelaste (krilne) crpke 


Krilne crpke spadaju u grupu konstruktivno najjednostavnijih zapreminskih crpki. Princip rada 

lamelaste crpke jest mijenjanje volumena radnih komora između krilaca na rotoru koji je ekscentrično 

postavljen s obzirom na kućište crpke. Usisni kanal smješten je na srpastoj razvodnoj ploči i omogućuje 

popunjavanje radnih komora sve dok se njihov volumen povećava. Tlačni kanal omogućava odvođenje 

radne tekućine za vrijeme smanjivanja volumena radnih komora. 

Konstrukciju lamelastih crpki možemo podijeliti na : 

• crpke s jednim prolazom radne tekućine 

• crpke s više prolaza radne tekućine 

Isto tako, postoje lamelaste crpke s vanjskim djelovanjem tekućine. Ulazni i izlazni protok tekućine 

pojavljuje se duž vodova kroz kućište. Lamelaste crpke s unutrašnjim djelovanjem, slično kao i radijalne 

klipne crpke napajaju volumni prostor između rotora kroz prolaznu osovinu. Kod lamelaste crpke s jednim 

prolazom su u ekscentrično postavljenom rotoru izrađeni radijalni utori za krilca. Centrifugalna sila i 

djelovanje tlaka potiskuju krilca među kojima se formiraju različiti volumeni. Okretanjem rotora za prvu 

polovicu kruga povećavaju se ti volumeni i spajaju s usisnim vodom crpke. U drugom dijelu okreta rotora, 

oni se smanjuju i povezuju preko razvodne ploče s tlačnim vodom. Ako je crpka udesiva (prilagođavanje 

protoka) može se mijenjati ekscentricitet rotora prema statoru. Veličina tog ekscentriciteta mijenja se 

mehaničkim ili hidrauličkim mehanizmom. Promjena volumena je proporcionalna veličini ekscenticiteta 

odnosno pomaku kliznog prstena. 

Karakteristike ove crpke : 

• smanjeno trenje 

• dobar koeficijent korisnog djelovanja 

• smanjeno pulsiranje protoka 

• radni tlak od 17,5 MPa 

Lamelasta crpka s više prolaza radi na istom principu. Svaki usisni i tlačni dio na unutrašnjosti kućišta ima 

dvostruki ekscentricitet s dva suprotna pola čija je forma slična elipsi. Izvedena su dva ulazna voda, a 

suprotno njima dva tlačna voda. Poznate su također crpke s tri usisna i isto toliko tlačnih vodova. Ova 

konstrukcija nema mogućnosti prilagođavanja jer se promjenom ekscentriciteta ne mjenjaju radni 

volumeni. Maksimalni tlakovi su 21 MPa. 

29


Udešavanje volumena dobave kod lamelaste crpke s promjenjivim volumenom omogućeno je pomicanjem 

prstena statora. Ovo pomicanje mijenja veličinu ekscentriciteta, odnosno veličinu zahvaćenog volumena. 

Punjenje tlačnog prostora obavlja se kroz srpasti upravljački kanal u bočnim pločama kućišta. 

5 4 3 2 1 

Slika 3.2 –Predupravljanja lamelasta crpka [5] 

1. regulator crpke ; 2. upravljački klip ; 3. rotor ; 

4. pomični prsten ; 5. manji upravljački klip 

Opruga u lijevo potiskuje pomični statorski prsten. Ovaj položaj odgovara maksimalnom protočnom 

volumenu. Suprotno od opruge djeluje postavni klip kojim upravlja tlak sustava. Povećanje tlaka u sustavu 

pomiče klip svladavajući silu opruge, tako da se pomiče i klizni prsten statora. Pomicanjem statora prema 

sredini smanjuje se i protok prema potrebama potrošača. Klizni prsten pomiče se do položaja koji 

ograničuje udesivi vijak. Regulator crpke je 3/2 proporcionalni ventil (1), slika 3.2. Protok crpke poveća 

upravljački klip (control piston) (2) koji je većeg promjera. Zbog opruge koja izvlači upravljački klip, u 

početnom stanju crpka daje maksimalni protok. Regulator crpke (1) je zbog opruge u svome lijevom, 

početnome položaju potpuno otvoren na upravljački klip. Krajnji desni položaj regulatora crpke bez 

prigušenja spaja kontrolni klip sa spremnikom. Manji upravljački klip (bias piston) (5) je cijelo vrijeme 

spojen na tlačni vod. Najopterećeniji dijelovi krilnih crpki su mjesta dodira vrha krilaca i statora, te svih 

strana krilaca sa površinama žlijeba u rotoru i bočnim površinama statora. Najkritičnije je mjesto dodira 

vrha krilca i ovalne površine statora, gdje vladaju visoka specifična opterećenja, visoki koeficijenti trenja i 

intenzivni procesi abrazivnog habanja. Koeficijenti trenja od 0,12 do 0,15. Da bi se smanjila veličina 

radijalne sile krilaca, na unutrašnju površinu statora, umjesto jednog, u žljeb se postavljaju po dva krilca. 

Krilca se slobodno pomiču u žljebu, pa je osigurano čvrsto nalijeganje vrha svakog krilca, posebno na 

površinu statora. 

30

3.1 LS regulacija rada klipno-aksijalne crpke 


Regulacija protoka se postiže postavljanjem prigušnog ventila na tlačnom vodu crpke (na izlaznom 

vodu crpke). Pad tlaka ( ∆ p ) na prigušnom ventilu koristi se kao upravljački signal koji upravlja 

upravljačkim mehanizmom crpke, upravljački signal naziva se LS signal. Povećanje pada tlaka ( ∆ p ) 

(povećanje protoka crpke) na prigušnom ventilu upravljački mehanizam crpke nastoji kompenzirati 

promjenu smanjenjem protoka crpke. LS signalni vod (C) priključen je iza prigušnog ventila na mjestu 

nižeg tlaka. Sila tlaka (od LS voda) koja djeluje na donju površinu upravljačkog klipa uspostavlja 

ravnotežu sa silom tlaka na izlazu iz crpke koji preko voda (D) djeluje na gornju površinu upravljačkog 

klipa. Na upravljački klip djeluje smanjeni tlak LS voda i sila opruge sa donje strane i veći tlak (tlak 

crpke) sa gornje strane. Upravljački klip pomiče se prema dolje, rasterećuje upravljački klip crpke (servo 

klip), nagibna ploča postavljena je pod kutem koji osigurava protok koji održava postavljeni pad tlaka 

( ∆ p ) na prigušnom ventilu, slika 3.3. 

Slika 3.3- LS regulacija udesive klipno-aksijalne crpke [1] 

Smanjenje pada tlaka ( ∆ p ) (smanjenje protoka crpke) na prigušnom ventilu uzrokuje pomicanje 

upravljačkog klipa prema gore. Povećava se protok crpke i održava postavljeni pad tlaka ( ∆ p ) na 

prigušnom ventilu odnosno konstantan protok. Prigušni ventil (F) služi za zaštitu tlačnog kompenzatora 

crpke i prostora u kojem se nalazi opruga upravljačkog klipa od zasićenja ulja iz LS voda. 

31


Za ispravan rad tlačnog kompenzatora crpke ulje iz LS voda mora ustrujavati u prostor u kojem je opruga 

upravljačkog klipa. To je mala količina ulja koja struji iz sustava unutar i preko upravljačkog dijela i 

natrag u spremnik preko drenažnog voda (A). Količina ulja koji prostrujava preko drenažnog voda iznosi 

ne više od 1.14 l . Upravljački mehanizam crpke “osjeti” iznos tlaka koji je potreban za pokretanje 

min 

aktuatora i postavi protok crpke na iznos koji će osiguravati tlak na izlazu iz crpke jednak zbroju tlaka 

potrebnog za pokretanje aktuatora (tlak opterećenja) i padu tlaka ( ∆ p ) na prigušnom ventilu. Rad crpke na 

niskom tlaku ( engl.”low pressure standby“) osigurava se ugradnjom 2/2 razvodnog ventila, protoka 4-8 

l min u LS signalni vod. Kada je potreban protok i tlak, ventil je u zatvorenom položaju, slika 3.4. 

Slika 3.4- Rad crpke na niskom tlaku 

Kod LS crpke slika 3.5 ako je prigušni ventil zatvoren, tlak na izlazu iz crpke, vod (D), se povećava. Iznos 

tlaka u sustavu, LS vodu (C), smanjuje se na nulu. Upravljački klip u gornjem položaju drži opruga (10-14 

bar). Tlak crpke u vodu (D) raste dok se ne savlada sila opruge upravljačkog klipa. U trenutku kada sila 

tlaka na gornjoj strani upravljačkog klipa savlada silu opruge upravljačkog klipa na donjoj strani 

upravljački klip se pomiče prema dolje, rasterećuje se upravljački klip crpke (servo klip). Ovo stanje 

zahtjeva minimalnu potrebnu snagu pogonskog stroja. U slučaju preopterećenja, pad tlaka ( ∆ p ) se 

smanjuje na nulu. Tlak u LS signalnom vodu (C) i tlak u vodu (D) približno su jednaki. Sa jednakim 

iznosom tlakova sa obje strane upravljačkog klipa, upravljački klip u gornjem položaju drži opruga. Dio 

ulja struji kroz prigušni ventil (E) u upravljački klip crpke (servo klip). Upravljački klip crpke (servo klip) 

postavlja maksimalni kut nagibne ploče, protok crpke se povećava prema maksimalnom protoku. 

Povećani protok (nastoji uspostaviti postavljeni pad tlaka ∆ p na prigušnom ventilu) uzrokuje povećanje 

tlaka u vodovima (D) i (C). 

32

Slika 3.5- LS crpka [1] 


Tlak u vodovima (D) i (C) se povećava dok ne dostigne iznos tlaka postavljen na tlačnom kompenzatoru. 

Tlak u vodu (D) se nastavlja povećavati sve dok sila tlaka sa gornje strane upravljačkog klipa ne savlada 

silu na donjoj strani upravljačkog klipa, klip se pomiče prema dolje. Ovo pomicanje je moguće zbog 

rasterećenja donje strane upravljačkog klipa preko tlačnog kompenzatora. Rasterećuje se upravljački klip 

crpke (servo klip), a nagibna ploča zauzima vertikalni položaj (protok crpke jednak nuli). Još jedan način 

regulacije rada klipne aksijalne crpke prikazan je na slici 3.6. 

Slika 3.6- Upravljački mehanizam LS crpke [1] 

33


Upravljanje nagibnom pločom nešto se razlikuje u odnosu na prethodno opisan način. Kod ovog načina 

regulacije rada crpke, mali upravljački klip (bias klip) dovodi nagibnu ploču u vertikalni položaj. Preko 

unutarnjih vodova mali upravljački klip (bias klip) povezan je sa izlaznim vodom crpke, tlačnom stranom 

crpke. Veći, servo klip povezan je preko upravljačkih vodova sa izlazom crpke i kompenzatorom tlaka. 

Servo klip pomiče nagibnu ploču do maksimalnog nagiba. Opruga u servo klipu služi za pridržanje 

nagibne ploče pod nekim kutem prilikom pokretanja crpke. Ravnoteža sila između dva klipa (bias i servo) 

određuje kut nagibne ploče, a time i protok crpke. 

U slučaju zatvaranja prigušnog ventila, tlak u LS signalnom vodu, iza prigušnog ventila, biti će jednak 

nuli. Klip tlačnog kompezatora u desnom položaju drži opruga (10 bar). Desna površina klipa povezana je 

sa izlazom crpke preko upravljačkog voda kroz provrt po sredini klipa tlačnog kompenzatora. Kada se sila 

tlaka na izlazu iz crpke izjednači sa sa silom u opruzi (10 bar), klip se pomiče prema lijevo, rasterećuje se 

servo klip. Nagibna ploča zauzima vertikalni položaj. Crpka radi pri tlaku od 10 bar (tlak opruge), protok 

je jednak nuli. Crpka je rasterećena. Ako dođe do preopterećenja, pad tlaka ( ∆ p ) na prigušnom ventilu 

jednak je nuli. Iznos tlaka sa obje strane klipa tlačnog kompenzatora je jednakog iznosa. Opruga tlačnog 

kompenzatora drži klip u krajnjem desnom položaju. U ovom položaju izlaz crpke je povezan sa servo 

klipom. Protok crpke se povećava prema maksimumu. Tlak crpke se povećava, klip tlačnog kompenzatora 

zadržava desni položaj. 

Kada crpka radi na maksimalnom protoku i vrlo visokom tlaku, koji može dovesti do oštečenja 

hidrauličkih elemenata i osobnih ozljeda operatera, sigurnosni ventil mora biti ugrađen zbog kontrole tlaka 

u sustavu. 

Dodatna regulacija rada klipne aksijalne crpke prikazana je na slici 3.7. 

LS vod povezan je iza prigušnog ventila. Sila tlaka uzrokovana opterećenjem i opruga upravljačkoga bias 

klipa postavljaju klip u lijevi položaj. Opruga nagibne ploče drži nagibnu ploču pod nekim kutem. Kada 

tlak crpke dostigne vrijednost jednaku tlaku opterećenja i klipne opruge, upravljački klip pomiče se prema 

desno, ulje ustrujava u servo klip koji postavlja nagibnu ploču u vertikalan položaj. 

Kada je prigušni ventil zatvoren, tlak iza prigušnog ventila jednak je nuli. Jedina sila koja drži upravljački 

klip u lijevom položaju je sila opruge. Porastom tlaka sustava (tlak na izlazu iz crpke) koji djeluje na 

lijevu stranu upravljačkog klipa, sila tlaka sa lijeve strane upravljačkog klipa se povećava. U trenutku 

kada iznos sile savlada silu opruge upravljački klip se pomiče prema desno i dozvoljava protok ulja na 

izlazu iz crpke prema servo klipu. 

34

Slika 3.7- LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom [1] 


Servo klip pomiče nagibnu ploču u vertikalan položaj. U slučaju preopterećenja tlak na izlazu iz crpke i 

tlak uzrokovan opterećenjem (tlak na aktuatoru), u prostoru opruge upravljačkog klipa, jednaki su po 

iznosu. Opruga drži upravljački klip u lijevom položaju sve dok iznos tlaka u LS vodu ne dostigne 

vrijednost postavljenu na kompenzatoru tlaka. Postavke kompenzatora tlaka ograničavaju maksimalni tlak 

crpke i uvjetuju gibanje upravljačkog klipa koji upravlja servo klipom. Servo klip dovodi nagibnu ploču u 

vertikalni položaj pri maksimalnom tlaku. 

Slika 3.8- LS regulacija rada klipno-aksijalne crpke [1] 

35


LS signalni vod povezuje prostor u kojem se nalazi opruga upravljačkog klipa sa mjestom iza prigušnog 

ventila, slika 3.8. Sa zatvorenim prigušnim ventilom, sila tlaka na izlazu iz crpke djeluje na lijevu stranu 

upravljačkog klipa. Kada sila na lijevoj strani dostigne vrijednost jednaku sili opruge, upravljački klip se 

pomiče u desno. Tlak u LS vodu približno je jednak nuli. Servo klip dovodi nagibnu ploču u vertikalan 

položaj. U slučaju preopterećenja, tlak u LS signalnom vodu koji djeluje na desnu stranu upravljačkog 

klipa i tlak na izlazu iz crpke su jednaki. Opruga upravljačkog klipa drži klip u lijevom položaju. Crpka 

radi na maksimalnom protoku, pri visokom tlaku koji može uzrokovati oštećenje hidrauličkih elemenata i 

osobne ozljede operatera. Sigurnosni ventil mora biti ugrađen u hidraulički krug. 

Slika 3.9- LS ventil [6] 

LS ventil tipa PVG 32 renomiranog svjetskog proizvođača hidrauličkih elemenata tvrtke SauerDanfoss 

prikazan je na slici 3.9 [6]. 

36

3.2 LS regulacija rada lamelaste crpke 


Dva su osnovna načina upravljanja radom lamelaste crpke. Prvi način je “istrujavanje”, (engl. “flow- 

out”) ulja iz PC kompenzatora, slika 3.10 (a) [1]. LS signalni vod sa nepovratnim ventilom priključen je 

sa PC kompenzatorom crpke iza prigušnog ventila na mjestu nižeg tlaka. Kada pad tlaka ( ∆ p ) preko 

prigušnog ventila ostaje ne promijenjen uspostavljena je ravnoteža sila na klipu PC kompenzatora. Na 

lijevoj strani klipa PC kompenzatora, opruga i tlak uzrokovan opterećenjem aktuatora uspostavljaju 

ravnotežu sa tlakom na izlazu iz crpke na desnoj strani PC kompenzatora. Pad tlaka ( ∆ p ) upravlja PC 

kompenzatorom preko LS signalnog voda. LS signal postavlja protok crpke u nastojanju održanja 

konstantnog protoka preko prigušnog ventila. 

(a) (b) 

Slika 3.10- LS upravljanje radom krilne (lamelaste) crpke [1] 

Protok kroz prigušni ventil kružnog poprečnog presjeka : 

Iz jednadžbe(3.1)može se zaključiti: 

2 ∆p 

Q = k ⋅ do 

⋅ (3.1) 

ρ 

• Protok ovisi o promjeru protočne površine prigušnog ventila 

• Pad tlaka ( ∆ p ) preko prigušnog ventila održava se konstantnim uz pomoć PC kompenzatora 

• Jedina varijabla koja utječe na protok kroz prigušni ventil i ovisna je o temperaturi je gustoća 

hidrauličkog ulja. Gustoća se ne kontrolira pomoću LS sustava. 

2 

d o 

37


Kada je prigušni ventil zatvoren, izlazni vod crpke povezan je preko unutrašnjih vodova sa desnim krajem 

klipa PC kompenzatora. Dio sustava iza prigušnog ventila ne prima ulje, tlak u tom dijelu ima maleni 

iznos. Ulje iz PC kompenzatora struji preko unutrašnjeg prigušenja i izvan PC kompenzatora, preko 

nepovratnog ventila u dio sustava sa nižim tlakom. Sada samo sila opruge (13 bar) i sila tlaka djeluju na 

lijevi dio klipa PC kompenzatora. Iznos sila koju djeluju na lijevi dio PC kompenzatora jednak je sili 

opruge na desnoj strani klipa PC kompenzatora. Tlak crpke povećava se do iznosa koji odgovara tlaku 

opruge (13 bar) i padu tlaka ( ∆ p ) preko ne povratnog ventila. Kada tlak crpke dostigne vrijednost tlaka 

opruge (13 bar) klip PC kompenzatora pomaknuti će se prema lijevo. Crpka se rasterećuje, protok crpke 

jednak je nuli pri tlaku od nekoliko bar (tlak opruge PC kompenzatora). Ovo stanje zahtjeva minimalni 

iznos snage pogonskog stroja crpke. 

Ako dođe do preopterećenja, tlak u LS signalnom vodu raste. Sila tlaka LS signalnog voda i sila opruge 

pomiču klip PC kompenzatora u desno, crpka povećava protok prema maksimumu. Tlak u sustavu 

povećava se sve dok se ne dostigne maksimalni tlak postavljen na PC kompenzatoru (ventilu za 

ograničenje tlaka) u tom trenutku protok se smanjuje na nulu. 

Tlak u sustavu i tlak u PC kompenzatoru približno su jednaki, opruga ne povratnog ventila zatvara ne 

povratni ventil, koji je potreban zbog zaštite zasićenja uljem PC kompenzatora. Bez nepovratnog ventila 

došlo bi do zasićenja uljem, a time i smetnji u upravljanju crpkom. 

Regulacija rada lamelaste crpke sa PC kompenzatorom kod kojeg ulje ustrujava, (engl. “flow-in”), 

prikazana je na slici 3.10 (b) [1]. Ovdje može doći do zasićenja upravljačkog mehanizma crpke sa viškom 

hidrauličkog ulja, a time i do smetnji prilikom rada. Da bi se to spriječilo, ugrađuje se prigušni ventil u LS 

signalnom vodu koji zamjenjuje nepovratni ventil. 

U slučaju zatvaranja prigušnog ventila, protok iza prigušnog ventila jednak je nuli, dok tlak ima nizak 

iznos. Nema protoka upravljačkog ulja prema PC kompenzatoru. Klip PC kompenzatora u desnom 

položaju drži sila opruge (13 bar). Tlak na izlazu iz crpke preko unutarnjih vodova PC kompenzatora 

djeluje na desnu stranu klipa PC kompenzatora. Kada tlak crpke dostigne vrijednost opruge, klip se 

pomiče u lijevo, crpka smanjuje protok na nulu. Minimalni iznos snage je potreban za pogonski stroj 

crpke. 

U slučaju preopterećenja tlak u LS signalnom vodu i tlak koji djeluje na desnu stranu PC kompenzatora 

jednaki su. Opruga drži klip PC kompenzatora u krajnjem desnom položaju. Tlak raste dok se ne dostigne 

vrijednost tlaka postavljena na PC kompenzatoru. 

38


U tom trenutku sila tlaka na desnoj strani klipa PC kompenzatora raste preko iznosa sile tlaka i sile opruge 

na lijevoj strani klipa PC kompenzatora, klip se pomiče u lijevo. Crpka se rasterećuje, protok je jednak 

nuli. Kada upravljački mehanizam crpke ime ugrađen ventil za ograničenje tlaka u sklopu PC 

kompenzatora, crpka će smanjiti protok na nulu kada se dostigne vrijednost tlaka postavljena na ventilu za 

ograničenje tlaka. Bez ventila za ograničenje tlaka u sklopu PC kompenzatora crpka će raditi na 

maksimalnom tlaku koji je postavljen na sigurnosnom ventilu. 

39

4 LS izvedbe 

4.1 LS sustav sa crpkom konstantnog protoka 

LS izvedbe 

Na slici 4.1 prikazana je shema hidrauličkog sustava sa LS regulacijom, kod kojega je ugrađena 

crpka (1) konstantnog protoka. U sustav je ugrađen i proporcionalni 5/3 razvodni ventil (2), koji se može 

dovesti u bilo koji položaj između nultog, prikazanog na shemi, i krajnjeg lijevog ili desnog položaja. Od 

položaja klipa proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila (2) ovisi vrijednost razlike tlaka ispred i iza njega. 

U sustavu se nalazi i 2/2 proporcionalni razvodni ventil (3) koji rasterećuje crpku ovisno o opterećenju 

cilindra. Klip proporcionalnog 2/2 razvodnog ventila može se dovesti u bilo koji položaj. Upravljanje 

položajem 2/2 proporcionalnog razvodnog ventila vrši se impulsima tlaka, koji se u 2/2 proporcionalni 

razvodni ventil dovode od tlačnog voda ispred i iza razvodnog ventila (2). 

Slika 4.1- LS sustav sa crpkom konstantnog protoka [5] 

Klip razvodnog ventila (3) dovodi se u zatvoren položaj silom opruge, u trenutku kada u vodu ispred 

razvodnog ventila (2) ne djeluje tlak. Uobičajene vrijednosti sile opruge odgovaraju tlaku od 12-25 bar sa 

suprotne strane. Na slici 4.2 (a) prikazan je LS sustav sa proporcionalnim razvodnim ventilima u 

međupoložajima. Ako je razvodni ventil (2) u prikazanom zatvorenom položaju, gornji upravljački 

cilindar je rasterećen, pa se razvodni ventil (3) dovodi u otvoreni položaj, crpka radi na minimalnom tlaku, 

tlaku koji jedan tlaku opruge proporcionalnog 2/2 razvodnog ventila, u sustavu se brzo postiže visoki tlak. 

Sada se cjelokupna količina ulja odvodi preko 2/2 proporcionalnog razvodnog ventila u spremnik ulja, 

hidraulički sustav se rasterećuje, slika 4.2 (b). Ako se razvodni ventil (2) dovede u bilo koji položaj, kroz 

njega protječe ulje prema potrošaču, ovisno o veličini u razvodniku i veličini suprostavljajućeg otpora 

kretanja klipa hidrauličkog cilindra. 

3 

4 

1 

2 

40

(a) (b) 

Slika 4.2- LS upravljanje crpkom konstantnog protoka -1 [5] 


Na upravljačkim vodovima ispred i iza razvodnog ventila (2) dolazi do razlike tlaka, pa se klip razvodnog 

ventila (3) pomiče u položaj proporcionalan međusobnom odnosu ovih sila i sile opruge. Dio ulja otječe 

prema cilindru, a višak ulja otječe preko proporcionalnog 2/2 razvodnog ventila u spremnik. Količina ulja 

koja se potiskuje prema cilindru ovisna je o položaju klipa razvodnog ventila (2), tlak u sustavu malo je 

veći od opterećenja, slika 4.3(a). 

(a) (b) 

Slika 4.3- LS upravljanje crpkom konstantnog protoka -2 [5] 

Kod preopterećenja ili zaustavljanja, svo ulje otječe preko ventila za ograničenje tlaka (4). Sustavi sa LS 

regulacijom i crpkom konstantnog protoka nemaju visoki stupanj iskorištenja uložene snage, jer crpka radi 

u području definiranog tlaka sa konstantnim protokom, slika 4.3 (b). 

41

4.2 LS sustav sa udesivom crpkom 


Ako se za razliku od LS sustava sa crpkom konstantnog protoka u LS hidraulički sustav ugradi crpka 

(5) sa regulatorom protoka, slika 4.4, u upravljačkom dijelu će se postaviti dvopoložajni razvodni ventil 

(6), preko kojega će se upravljati položajem regulatora crpke. Ako je 5/3 proporcionalni razvodni ventil 

(4) u prikazanom zatvorenom položaju, tlak ulja iz tlačnog voda crpke pomiče razvodni ventil (6) u 

položaj suprotan od prikazanog, ulje pod tlakom se dovodi u klipnu stranu regulatora crpke i pomiče ga u 

krajnji desni položaj, tada je protok jednak nuli. Kapacitet crpke jednak je nuli, a u tlačnom vodu od crpke 

(5) do razvodnog ventila (4) vlada tlak p max . Ako se klip razvodnog ventila (4) dovede u lijevi ili desni 

radni položaj, impuls tlaka iza razvodnog ventila (4) i sila opruge pomiču klip razvodnog ventila (6) u 

položaj koji odgovara izjednačavanju sile sa desne i lijeve strane. Prigušuje se protjecanje ulja prema 

regulatoru crpke, pa on, ovisno u stupnju prigušenja, zauzima odgovarajući položaj. 

Slika 4.4- Sustav sa crpkom promjenljivog protoka [5] 

Sustav se sastoji od proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila, hidrauličkog cilindra, LS kompenzatora, 

ventila za ograničenje tlaka i udesive klipno-aksijalne crpke. Zaštita od propterećenja je ventil za 

ograničenje tlaka u kompenzatoru crpke. 

Ventil za ograničenje tlaka manji jer kroz njega ne ide cijeli protok crpke, slika 4.4, (klipno aksijalna 

crpka sa nagibnom pločom i ugrađenim LS regulatorom). 

Na slici 4.5 prikazan je proporcionalni 5/3 razvodni ventil, koji spada u grupu prigušnih ventila, sa 

međupoložajima, kao i LS kompenzator sa međupoložajem. 

6 

2 5 

4 

42

Slika 4.5- LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom-1 [5] 


Puštanjem sustava u pogon, hidraulički cilindar se ne pokreće, proporcionalni 5/3 razvodni ventil nalazi se 

u srednjem položaju. Na hidrauličkom cilindru vlada tlak ovisan o opterećenju i nema utjecaja na tlak koji 

vlada u sustavu. Proporconalni 5/3 razvodni ventil u srednjem je položaju, sa lijeve strane LS 

kompenzatora je nizak tlak (odgovara tlaku opruge LS kompenzatora). Sa desne strane LS kompenzatora 

je tlak sustava. U sustavu se brzo podiže tlak, slika 4.6 (a). 

Kada tlak sa desne strane LS kompenzatora savlada silu opruge koja djeluje sa lijeve strane LS 

kompenzatora, LS kompenzator se prebacuje u krajnji desni položaj, dolazi do rasterećenja crpke koja 

smanjuje protok na minimum. Crpka je rastererećena kada je proporcionalni 5/3 razvodni ventil u 

srednjem položaju, slika 4.6 (b). Prebacivanjem proporcionalnog razvodnog ventila u lijevi položaj 

pokreće se radni hod hidrauličkog cilindra. Sa desne strane LS kompenzator opterećen je tlakom na crpki, 

a sa lijeve strane tlakom na cilindru i oprugom. LS kompenzator djeluje kao tlačna vaga. 

Crpka udešava protok prema prigušenju na proporcionalnom 5/3 razvodnom ventilu, odnosno LS sustav 

održava konstantan pad tlaka ∆ p na prigušnom ventilu, a time i protok kroz proporcionalni 5/3 razvodni 

ventil bez obzira na promjene opterećenja hidrauličkog cilindra ili promjena u brzini vrtnje pogonskog 

stroja hidrauličke crpke. Hidraulički cilindar neće ni ubrzavati ni usporavati. Tlak je viši od opterećenja 

zbog opruge LS kompenzatora, slika 4.6 (c). 

43

(a) (b) 

(c) (d) 

Slika 4.6- LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom -2 [5] 


U slučaju preopterećenja hidrauličkog cilindra ili kada je hidraulički cilindar u krajnjem položaju, otvara 

se ventil za ograničenje tlaka u kompenzatoru crpke. Preko ventila za ograničenje tlaka ostvaruje se protok 

kroz signalni vod, sa desne strane LS kompenzatora vladati će veći tlak. Kompenzator se prebacuje u 

desni položaj. Tlak u crpki će biti maksimalan, a protok minimalan, slika 4.6 (d). 

44

4.3 LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom sa PC kompenzatorom 


Sustav se sastoji od proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila, hidrauličkog cilindra, LS kompenzatora, 

PC kompenzatora i udesive klipno aksijalne crpke, slika 4.7 (a) (klipno aksijalna crpka sa nagibnom 

pločom i ugrađenim LS regulatorom). 

(a) (b) 


Na slici 4.7 (b) prikazan je proporcionalni 5/3 razvodni ventil sa međupoložajima kao i LS i PC 

kompenzator (ograničava maksimalni tlak sustava) sa pripadajućim međupoložajima. 

Hidraulička shema LS regulacije klipno aksijalne crpke prikazana je na slici 4.8. 

Slika 4.8 - LS upravljanje klipno-aksijalnom crpkom -2 [5] 

45


Kod puštanja sustava u pogon, proporcionalni 5/3 razvodni ventil nalazi se u srednjem položaju, 

hidraulički cilindar se ne pokreće. Na cilindru vlada tlak ovisan o opterećenju i ne utječe na tlak u sustavu. 

Sa lijeve strane LS kompenzatora nizak je tlak jer je 5/3 proporcionalni razvodni ventil u srednjem 

položaju. Sa desne strane LS kompenzatora je tlak u sustavu. U sustavu se brzo podiže tlak, slika 4.9. 


LS kompenzator se prebacuje u krajnji desni položaj. Crpka se postavlja na minimalan protok i tlak, slika 

4.10. 


46

(a) 

(c) (d) 



Prebacivanjem proporcionalnog 5/3 razvodnog ventila u lijevi položaj hidraulički cilindar se giba. LS 

kompenzator sa lijeve strane ima tlak na cilindru (opterećenje) i silu opruge, a sa desne strane ima tlak u 

47


sustavu. U sustavu se postavlja minimalan protok da se postigne tražena brzina gibanja hidrauličkog 

cilindra, slika 4.11 (a). 

U slučaju preopterećenja hidrauličkog cilindra otvara se PC kompenzator jer je dostignut maksimalni tlak. 

LS kompenzator je u nekom srednjem položaju, ali nema utjecaja na protok, slika 4.11 (b) [5]. 

Kada je hidraulički cilindar u krajnjem položaju, LS kompenzator je u nekom lijevom položaju, jer nema 

protoka kroz 5/3 proporcionalni razvodni ventil. Opruga ga prebacuje u krajni lijevi položaj. Zbog PC 

kompenzatora nema utjecaja na protok. PC kompenzator se otvara jer je dostignut maksimalni tlak. Protok 

se smanjuje na minimum, a u sustavu vlada maksimalni tlak, slika 4.11 (c) [5]. 

4.4 LS sustav sa više izvršnih elemenata 

Hidraulički sustav na slici 4.4 radi sa izvjesnim netočnostima, jer je protok, a to znači i pad tlaka, 

kroz razvodni ventil (6) ovisan od veličine tlaka ispred i iza njega. Zato se u tlačnom vodu ispred 

razvodnika (4) postavlja tlačna vaga. Osim toga, umjesto ventila za ograničavanje tlaka u sklopu 

regulatora crpke može se postaviti, hidraulički upravljani ventil za ograničenje tlaka, koji će, obzirom na 

konstrukciju i mjesto ugradnje, raditi sa većim stupnjem točnosti. Ove izmjene u konstrukciji LS sustava 

prikazane su na shemi hidrauličkog sustava sa dva hidraulična cilindra, slika 4.1 [7]. Crpka (1) je sa 

ugrađenim regulatorom (2) protoka (kapaciteta), regulacionim ventilom (3) i ventilom za ograničenje tlaka 

(4). Crpka potiskuje ulje pod tlakom prema dva hidraulična cilindra (7) i (9) preko razvodnih ventila (6) i 

(8). Ugrađene tlačne vage (5.1) i (5.2) kompenziraju promjenu tlaka ispred ili iza razvodnih ventila. 

Regulacioni ventil (3) dovodi regulator crpke u položaj koji je ovisan od veličine tlakova u tlačnom vodu 

iza crpke i upravljačkom vodu iza razvodnog ventila (6) ili (8). 

Na upravljačkom vodu je ugrađen naizmjenično zaporni ventil (10), koji ima zadaću da prema 

regulacijskome ventilu propusti impuls tlaka veće vrijednosti. U klipnim stranama hidrauličkih cilindara 

mijenja se tlak u funkciji promjene vanjskog opterećenja. Zadatak sustava regulacije LS je definiranje 

radne točke crpke u dijagramu Q-p, na mjestu koje će uvijek odgovarati trenutnim zahtjevima u pogledu 

protoka i tlaka. Na slici 4.13 prikazana su četiri karakteristična uvjeta rada crpke u hidrauličnom sustavu, 

koji je prikazan na slici 4.12 . 

48

Slika 4.12- Shema hidrauličnog sustava sa dva hidraulična cilindra i LS regulacijom [7] 

Slika 4.13- Karakteristika crpke kod različitih stanja [7] 

a) sustav je u neutralnom položaju 

b) djelomično su iskorišteni protok i tlak 

c) protok crpke je potpuno iskorišten 

d) tlak crpke je potpuno iskorišten 


Kod neutralnog položaja hidrauličkog sustava slika 4.13 (a) koristi se neznatna količina snage, 

proporcionalna količini i tlaku, koji su dovoljni da putem regulacionog ventila dovedu crpku u stanje 

Q=0. 

Ukoliko crpka treba raditi u području djelomičnog iskorištenja protoka i tlaka slika 4.13 (b), a pritom ni 

zahtjevi pojedinačnih potrošača nisu isti, crpka će raditi u području protoka (kapaciteta) koji je jednak 

zbroju pojedinih zahtjeva potrošača, i u području tlaka koji stvara potrošač sa višim opterećenjem. Ovaj 

49


tlak treba povećati za vrijednost koja se izgubi na regulacionom ventilu. Radna točka se nalazi u presjeku 

linija protoka i tlaka. Osim dva navedena slučaja, crpka može raditi u području potpunog iskorištenja 

protoka slika 4.13 (c) i tlaka slika 4.13 (d). Gornja vrijednost protoka je određena konstruktivnim 

karakteristikama crpke, a najviši tlak postavljen na ventilu za ograničenje tlaka. 

Rad sa više aktuatora zahtjeva više razvodnih ventila, LS sustav tada ima neke dodatne dijelove. 

Upravljački mehanizam crpke ima samo jedan priključak za LS signalni vod. Ako se uzima najveći tlak u 

LS vodu, onda je moguće opskrbljivati protok na sve niže tlakove do granice kada crpka radi na 

maksimalnom protoku. Tada se u sustav moraju ugraditi naizmjenično zaporni ventili koji određuju 

najviši tlak (najviše opterećen aktuator) koji upravlja upravljačkim mehanizmom crpke. 

U slučaju (a), slika 4.14, opterećenje je nepromjenjeno, tlak uzrokovan opterećenjem na aktuatoru 1 iznosi 

p L1, 

tlak uzrokovan opterećenjem na aktuatoru 2 je L2 

p L1 

preko “ili” logičkog ventila. Protok prema aktuatorima je QL1 i L2 

zbroju protoka Q L1 

i Q L2 

. Povećanjem tlaka p L1 

(b), L1 

crpka povećava protok S Q (d). S 

P se povećava (e) i L1 

drugog upravljačkog ventila raste (e), povećava se protok Q S (f). 

p . Kompenzator crpke reagira na veći iznos tlaka 

Q (a). Protok crpke Q S jednak je 

Q se smanjuje (c). Zbog kompenzatora crpke, 

Q se povećava (e). Zbog porasta P S pad tlaka preko 

Slika 4.15- Vremenski prikaz promjene tlaka i protoka kod LS sustava sa više izvršnih elemenata 

prilikom promjene opterećenja aktuatora [11] 

50

Usporedba LS sustava sa otvorenim hidrauličkim krugom i CP sustavom 

5 Usporedba LS sustava sa otvorenim hidrauličkim krugom i CP 

sustavom 

5.1 Karakteristike LS sustava, otvorenog hidrauličkog sustava i CP sustava 

Iskorištenje energije u različitim hidrauličkim krugovima može se opisati brojčanim 

primjerom.Otvoreni hidraulički krug, CP i LS sustav imaju radnu sekvencu sa zahtjevanim protokom i 

radnim tlakom kako je prikazano u tablici 5.1 : 

Red. br. Radna sekvenca Protok (l/min) Tlak (bar) 

1 Naprijed 37 138 

2 Zadržavanje 0 207 

3 Nazad 45.5 41 

4 Prazni hod 0 Minimalan 

Tablica 5.1 – Radne sekvence i odgovarajući radni protoci i tlakovi 

Sva tri hidraulička sustava pogonjena su crpkom koja ima brzinu vrtnje od 1000 

1 

min − . Crpka osigurava 

protok od 56.9 l / min . Maksimalni dozvoljeni tlak iznosi 207 bar. Zbog pojednostavljena sva curenja i 

ostali gubici su zanemareni. 

Otvoreni hidraulički sustav 

Kod otvorenog hidrauličkog sustava izvršni organ može biti hidraulični cilindar ili rotacijski motor. 

Nakon transformacije hidraulične energije u mehaničku u izvršnom organu, ulje se vraća u spremnik, slika 

5.1 i slika 2.1. 

Slika 5.1- Otvoreni hidraulički sustav 

51

CP sustav 


U hidrauličkom sustavu konstantnog tlaka ( CP sustav), crpku konstantnog protoka zamijenjuje 

udesiva crpka tlačno kompenzirana, 5/3 proporcionalni razvodni ventil otvorenog srednjeg položaja 

zamjenjuje 5/3 proporcionalni razvodni ventil sa zatvorenim srednjim položajem, slika 5.2. 

LS sustav 

Slika 5.2- CP hidraulički sustav 

Hidraulička shema LS sustava prikazana je na slici 4.4. 

Postavke LS sustava sa slike 4.4. 

1. Kompenzator crpke postavljen na 207 bar 

2. Minimalan tlak kompenzatora 14 bar 

3. Ostale značajke kao kod CP sustava 

Pojednostavljeni proračun gubitaka snage otvorenog hidrauličkog sustava, CP sustava i LS sustava 

prikazan je u tablici 5.2. 

52

Hidraulički sustav 

Otvoreni hidraulički 

sustav 

Slika 5.1 

CP sustav 

Slika 5.2 

LS sustav 

Slika 4.4 

* Vidi tablicu 5.1 

Proporcionalni 

5/3 razvodni 

ventil 

Ventil za 

ograničenje 

tlaka 


5/3 razvodni 

ventil 

Drenaža 


5/3 razvodni 

ventil 

Drenaža 


Radna 

sekvenca * 

Gubici snage P = Q ⋅ p[ kW ] 

5 

1 

0.000616 ⋅69 ⋅ 10 = 4.25 

5 

2 

0⋅ 207 ⋅ 10 = 0 

5 

3 

0.000758⋅165 ⋅ 10 = 12.55 

4 0.000948 ⋅ 345 = 0.32 

Ukupno: 17.12 [kW] 

5 

1 

0.000308⋅ 207 ⋅ 10 = 6.37 

5 

2 

0.00094⋅ 207 ⋅ 10 = 19.45 

5 

3 

0.000185⋅ 207 ⋅ 10 = 3.83 

4 0⋅ 0 = 0 


Ukupni gubici snage otvorenog hidrauličkog 

46.77 kW / ciklusu 

sustava: [ ] 

5 

1 

0.000616 ⋅69 ⋅ 10 = 4.25 

5 

2 

0⋅ 207 ⋅ 10 = 0 

5 

3 

0.000758⋅165 ⋅ 10 = 12.55 

5 

4 

0⋅ 207 ⋅ 10 = 0 


5 

1 

0.000616 ⋅ 207 ⋅ 10 = 1.275 

5 

2 

0.000616⋅ 207 ⋅ 10 = 1.275 

5 

3 

0.000616⋅ 207 ⋅ 10 = 1.275 

5 

4 

0.000616 ⋅ 207 ⋅ 10 = 1.275 


Ukupni gubici snage CP hidrauličkog sustava: 


G 

[ ] 

5 

1 

0.000616⋅14 ⋅ 10 = 0.862 

5 

2 

0⋅ 207 ⋅ 10 = 0 

5 

3 

0.000758⋅14 ⋅ 10 = 1.061 

5 

4 

0⋅14 ⋅ 10 = 0 


5 

1 0.000616⋅152 ⋅ 10 = 0.936 

5 

2 0.000616 ⋅ 207 ⋅ 10 = 1.275 

5 

3 0.000616 ⋅55.21⋅ 10 = 0.340 

5 

4 0.000616⋅14 ⋅ 10 = 0.085 


Ukupni gubici snage u LS hidrauličkom sustavu: 


[ ] 

Tablica 5.2- Pojednostavljeni proračun gubitaka snage različitih hidrauličkih sustava 

53


5.2 Modeli hidrauličkih sustava za regulaciju brzine izvršnih elemenata 

U ovom poglavlju prikazani su modeli hidrauličkih sustava koji su modelirani i simulirani u 

programskom paketu AMESim-u [13]. Parametri modela dani su u prilogu kao i tehnički opis, primjena, 

proračuni, itd. svakog pojedinog elementa sustava. 

Dijagram radnog ciklusa (engl. duty cycle) prikazan je na slici 5.3. Radni ciklus isti je za sve modele. 

Model hidrauličkog sustava sa prigušnim ventilom 

Slika 5.3- Radni ciklus 

Shema hidrauličkog sustava prikazana je na slici 2.1 [5]. Ovaj hidraulički sustav prilikom promjene 

iznosa opterećenja izvršnog elementa ne održava konstantan protok prema izvršnom elementu, a time i 

konstantnu brzinu izvršnog elementa. 

Model hidrauličkog sustava sa prigušnim ventilom prikazan je na slici 5.4. 

Slika 5.4- Model hidrauličkog sustava sa prigušnim ventilom u AMESim-u 

54


Slika 5.5- Dijagram tlak-protok crpke 

Crpka radi na maksimalnom tlaku p max , iznos tog tlaka postavljen je na ventilu za ograničenje tlaka, slika 

5.5. 

Snaga crpke (slika 5.5): 

P = QP ⋅ pP 

p = p 

P 

P 

P 

P 

P 

max 

l 5 

= 135 ⋅180⋅ 10 

min 

m 

−3 

3 

5 

= 2.25⋅10 m ⋅180 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

2 

P = 40.5 kW 

(5.1) 

P 

Slika 5.6- Dijagram tlak na ulazu u hidraulički motor-broj okretaja hidrauličkog motora 

55


Na dijagramu na slici 5.6 vidi se da porastom tlaka na ulazu u hidraulički motor p R , odnosno porastom 

opterećenja hidrauličkog motora, broj okretaja hidrauličkog motora se smanjuje, a smanjenjem tlaka na 

ulazu u hidraulički motor p R , broj okretaja hidrauličkog motora raste. 

Snaga hidrauličkog motora (slika 5.6): 

P = Q ⋅ p 

M1 R1 R1 

4 

3 3 

4 

3 

510okr − 

1 10 m 0.051m − 

QR = n 8.5 10 m 

1 M ⋅ q 

1 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

1 min okr min 

s 

P 

M1 

M1 

−4 

3 

5 

= 8.5⋅10 m ⋅65 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

P = 5.525 kW 

(5.2) 

P = Q ⋅ p 

M 2 R2 R2 

4 

3 3 

4 

3 

410okr − 

1 10 m 0.041m − 

QR = n 6.833 10 m 

2 M ⋅ q 

2 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

2 min okr min 

s 

P 

M 2 

M 2 

−4 

3 

5 

= 6.833⋅10 m ⋅105⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

P = 7.175 kW 

(5.3) 


Oscilacije tlaka na ulazu u hidraulički motor p R kod hidrauličkog sustava sa prigušnim ventilom nastaju 

smanjenjem iznosa koeficijenta viskoznog trenja sa 0.2 m okr / min na 0.1 m okr / min i promjenom 

56


protočne površine prigušnog ventila. Rezultati na dijagramu na slici 5.7 dobiveni su sa 90% otvorenim 

prigušnim ventilom. 

Model hidrauličkog sustava sa dvogranim regulatorom protoka 

Na slici 5.8 prikazan je model hidrauličkog sustava sa dvogranim regulatorom protoka. Sheme 

hidrauličkih sustava sa ugrađenim dvogranim regulatorom protoka sa stražnjim tlakom i dvogranim 

regulatorom protoka sa prednjim tlakom nalaze se na slikama 2.3 [5] i 2.4 [5]. 

Slika 5.8- Model hidrauličkog sustava sa dvogranim regulatorom protoka u AMESim-u 


Crpka radi na maksimalnom tlaku pmax koji je postavljen na ventilu za ograničenje tlaka. Protok crpke je 

konstantan i iznosi Q P = 135 l , slika 5.9. 

min 

57


P = QP ⋅ pP 

p = p 

P 

P 

P 

P 

P 

max 

l 5 

= 135 ⋅180⋅ 10 

min 

m 

−3 

3 

5 

= 2.25⋅10 m ⋅180 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

2 


P = 40.5 kW 

(5.4) 

P 

Sa dijagrama na slici 5.10 vidi se da broj okretaja hidrauličkog motora ostaje konstantan bez obzira na 

promjenu tlaka na ulazu u hidraulički motor p R , odnosno promjene opterećenja hidrauličkog motora. 


Snaga motora (slika 5.10): 

P = Q ⋅ p 

M1 R1 R1 

4 

3 3 

4 

3 

500okr − 

1 10 m 0.05m − 

QR = n 8.33 10 m 

1 M ⋅ q 

1 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

1 min okr min 

s 

P 

M1 

M1 

−4 

3 

5 

= 8.33⋅10 m ⋅62 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

P = 5.164 kW 

(5.5) 

58

P = Q ⋅ p 

M2 R2 R2 

4 

3 3 

4 

3 

500okr − 

1 10 m 0.05 m − 

QR = n 8.33 10 m 

2 M ⋅ q 

2 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

2 min okr min 

s 

P 

M2 

M2 

−4 

3 

5 

= 8.33⋅10 m ⋅125⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 


P = 10.412 kW 

(5.6) 

Model LS hidrauličkog sustava 

LS hidraulički sustav sa crpkom konstantnog protoka prikazan je na slici 4.1 u poglavlju 4.1. Model 

LS hidrauličkog sustava sa crpkom konstantnog protoka prikazan je na slici 5.11. 

Slika 5.11- Model LS hidrauličkog sustava u AMESim-u 

Tlak crpke P p prati promjene tlaka na ulazu u hidraulički motor p R , slika 5.12. Tlak crpke postavlja se na 

iznos koji je jednak zbroju tlaka na ulazu u hidraulički motor i pada tlaka preko prigušnog ventila. 

pP = pR + ∆ p 

(5.7) 


59


P = Q ⋅ p 

P1 P1 P1 

P 

P1 

P 

P1 

P1 

l 5 

= 135 ⋅71⋅ 10 

min 

m 

−3 

3 

5 

= 2.25⋅10 m ⋅71⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

2 


P = 15.975 kW 

(5.8) 

P = Q ⋅ p 

P2 P2 P2 

P 

P2 

P 

P2 

P2 

l 5 

= 135 ⋅132⋅ 10 

min 

m 

−3 

3 

5 

= 2.25⋅10 m ⋅132 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

2 

P = 29.7 kW 

(5.9) 


Snaga motora (slika 5.13): 

P = Q ⋅ p 

M1 R1 R1 

4 

3 3 

4 

3 

520okr − 

1 10 m 0.052 m − 

QR = n 8.66 10 m 

1 M ⋅ q 

1 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

1 min okr min 

s 

P 

M1 

M1 

−4 

3 

5 

= 8.66⋅10 m ⋅65 ⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

P = 5.633 kW 

(5.10) 

60

P = Q ⋅ p 

M2 R2 R2 


4 

3 3 

4 

3 

520okr − 

1 10 m 0.052 m − 

QR = n 8.66 10 m 

2 M ⋅ q 

2 R = ⋅ ⋅ = = ⋅ 

2 min okr min 

s 

P 

M2 

M2 

−4 

3 

5 

= 8.66 ⋅10 m ⋅130⋅ 10 

s m 

[ ] 

2 

P = 11.258 kW 

(5.11) 

Broj okretaja hidrauličkog motora ostaje konstantan bez obzira na promjenu opterećenja izvršnog 

elementa, slika 5.13. 

61

6 Zaključak 

Zaključak 

U ovome radu prikazane su razlike između “običnih” (hidraulički sustav sa prigušnikom protoka, 

hidraulički sustav sa dvogranim regulatorom protoka sa prednjim i stražnjim tlakom, CF hidraulički 

sustav, CP hidraulički sustav i servo sustav) i LS hidrauličkih krugova. 

Opisana su područja primjene LS sustava i obrazložene su njihove prednosti. LS sustav omogućuje 

konstantan protok prema izvršnom elementu, a time i konstantnu brzinu izvršnog elementa bez obzira na 

promjene u iznosu opterećenja izvršnog elementa ili promjene brzine vrtnje pogonskog stroja hidrauličke 

crpke. LS sustav ne “dopušta” rad crpke na maksimalnom tlaku i na taj način štiti crpku, dok manji gubici 

snage uzrokuju manje zagrijavanje ulja u odnosu na “obične” hidrauličke sustave. Stoga, najveću 

primjenu LS sustav nalazi u mobilnoj hidraulici gdje je važno smanjiti zagrijavanje hidrauličkog ulja, 

odnosno smanjiti gubitke viskoznosti i smanjiti potrošnju goriva. 

Prikazani su i analizirani LS sustav sa crpkom konstantne dobave, LS sustav sa klipno-aksijalnom 

crpkom i LS sustav sa klipno-aksijalnom crpkom sa PC kompenzatorom. Pomoću simulacija u 

programskom paketu AMESim [13] uspoređeni su otvoreni hidraulički krug sa prigušnikom protoka i 

hidraulički krug sa dvogranim regulatorom protoka sa LS sustavom. 

Daljni rad na ovome području trebalo bi usmjeriti u smjeru detaljnog modeliranja proporcionalnog 

5/3 razvodnog ventila, 2 sa slike 4.1. 

62

7 Literatura 

[1] Parker Hannifin Corporation (1999), Mobile Hydraulic Technology, Cleveland. 

[2] Schmitt, A. (1981), Hidraulik Trener, G.L. Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main. 

[3] www.eaton.com 

[4] www.bondgraphs.com 

[5] Barlé, J. (2004), Hidraulički i pneumatički uređaji-interna skripta, FESB, Split. 

[6] www.sauer-danfoss.com 

Literatura 

[7] Savić, V. (1990), Uljna hidraulika 2- Konstrukcija, proračun i održavanje hidrauličkih sistema, 

Dom štampe, Zenica. 

[8] Merritt, Herbert E. (1967), Hydraulic control systems, John Wiley & Sons, Inc. 

[9] Božičević, J. (1990), Temelji automatike, Školska knjiga, Zagreb. 

[10] Ogata K. (1998), System Dynamics, University of Minnesota, New Jersey. 

[11] Duqiang, Wu (2003), Modeling and experimental evaluation of load-sensing and pressure 

compensated hydraulic system, University of Saskatchewan. 

[12] Nikolić G. i Novaković J. (1996), Pneumatika i hidraulika II. dio- Hidraulika, Školske novine, 

Zagreb 

[13] www.amesim.com 

63

Prilog 

A) TERMII I KRATICE 

Hrvatski Engleski 

Regulacija protoka crpke impulsom tlaka Load sensing 

Udesiva crpka Variable displacement pump 

Prigušni ventil Orifice 

Regulator protoka Flow control orifice 

Pad tlaka Pressure drop 

Crpka konstantnog protoka Constant flow, CF 

Crpka sa regulatorom tlaka Constant pressure, CP 

Sustav sa razvodnikom otvorenog srednjeg 

položaja 

Constant flow, open center, CFO 

Sustav sa razvodnikom zatvorenog srednjeg Constant flow, close center, CFC 

položaja 

Udesiva klipno-aksijalna crpka Variable volume axial piston pump 

Udesiva lamelasta crpka Variable volume vane pump 

Upravljački klip Control piston 

Manji upravljački klip Bias piston 

Kompentazor tlaka Pressure compensator 

P-1

Životopis 

Moje je ime Ivan Tolj, rođen sam 5. kolovoza 1982. u Splitu. Srednju strukovnu školu “Blaž Jurjev 

Trogiranin” u Trogiru, upisujem 1996. godine, smjer strojarski tehničar, nakon koje 2000. godine 

upisujem Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu gdje se odlučujem za studij 

strojarstva. Aktivno se služim engleskim jezikom. Tijekom studiranja dobitnik sam triju nagrada; za 

aktivno praćenje nastave iz kolegija Nauka o toplini I, polaganja ispita u prvom ispitnom roku i dobivanja 

visoke ocjene, koju mi je dodijelila Katedra za termotehniku za 2002/2003. školsku godinu, 6. prosinca 

2003. godine sam dobio Konstruktorovu godišnju nagradu koja se dodjeljuje najboljim studentima 

Sveučilišta u Splitu, te 29. travnja 2004. godine prigodom Dana fakulteta dodijeljeno mi je priznanje za 

naročit uspjeh u studiju u akademskoj 2002/2003. godini.

LS REGULACIJA RADA CRPKE

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?