Az előre mozgó targonca tápegysége
Kategória:DC sorozatú hidraulikus tápegység
Ezt a hidraulikus tápegységet kifejezetten az elülső targoncához tervezték. Egy nagynyomású fogaskerék-szivattyú, egyenáramú szénkefe vagy kefe nél...
RészletekA hidraulikus tápegység (HPU) úgy működik, hogy villanymotort vagy belső égésű motort használnak egy hidraulikus szivattyú meghajtására, amely folyadékot szív ki a tartályból és nyomás alá helyezi azt. Ezt a túlnyomásos folyadékot ezután a vezérlőszelepeken keresztül a működtetőkhöz – hengerekhez vagy hidraulikus motorokhoz – irányítják, amelyek a folyadékenergiát mechanikai erővé vagy mozgássá alakítják. Amint a folyadék befejezte munkáját, visszatér a tartályba, ahol kiszűrik és lehűtik, mielőtt a ciklus megismétlődik.
Ez a zárt hurkú eljárás lehetővé teszi, hogy egy kompakt egység hatalmas erőt hozzon létre. Egy szabványos ipari HPU, amely a következő helyen működik 3000 PSI (207 bar) több tízezer font toló- vagy húzóerőt képes leadni egy viszonylag kis hengeren keresztül, ezért a hidraulikus rendszerek továbbra is a domináns választás a nehéz berendezésekben, a gyártási présekben, a repülési földi támogatásban és a tengeri alkalmazásokban.
A hidraulikus tápegység működésének megértése azzal kezdődik, hogy ismerjük az egyes fő alkatrészek működését. Minden HPU – az 1 gallonos asztali egységtől az 500 gallonos ipari tápegységig – ugyanazokat az alapvető építőelemeket tartalmazza.
A tartály tárolja a hidraulikafolyadékot. Ez nem egyszerűen passzív konténer. A jól megtervezett tartály lehetővé teszi a levegő eltávozását a visszatérő folyadékból, elegendő felületet biztosít a hőelvezetéshez, és belső terelőlemezekkel választja el a visszatérő vezetéket a szivattyú szívónyílásától. Ez az elválasztás megakadályozza, hogy a forró, levegőztetett visszatérő folyadék azonnal visszajusson a szivattyúba. A tartály méretére vonatkozó hüvelykujjszabályok szerint a folyadék térfogata egyenlő a szivattyú percenkénti áramlási sebességének három-ötszöröse , bár a nagy igénybevételű rendszerekhez gyakran többre van szükség.
Az indítómotor biztosítja a szivattyút meghajtó mechanikai energiát. Ipari és helyhez kötött alkalmazásokban a háromfázisú váltakozó áramú villanymotor szabványos, jellemzően 1 LE-től a kisüzemi présgépeknél a 200 LE-t meghaladó teljesítményig terjed a nagy hidraulikus préssoroknál vagy fröccsöntő gépeknél. A mobil berendezések – kotrógépek, csúszókormányzók, daruk – a jármű dízelmotorját használják hajtómotorként, amelyet egy erőleadó (TLT) köt össze a hidraulikus szivattyúval.
A szivattyú a hidraulikus tápegység szíve. Nem hoz létre nyomást – áramlást hoz létre. Nyomás csak akkor alakul ki, ha az áramlás ellenállásba ütközik (terhelés). Három szivattyútípus dominál:
A vezérlőszelepek szabályozzák, hogy hová kerüljön a folyadék, milyen gyorsan mozogjon, és mekkora nyomást engednek meg. A három fő kategória a következő:
Az aktuátorok olyan kimeneti eszközök, amelyek a hidraulikafolyadék teljesítményét mechanikus munkává alakítják vissza. Hidraulikus hengerek lineáris erőt és mozgást hoz létre – egy rudat kinyújtva vagy visszahúzva. Hidraulikus motorok forgó mozgást és nyomatékot hoznak létre. A választás teljes mértékben attól függ, hogy az alkalmazás milyen mozgást igényel.
A szennyeződés a hidraulikus alkatrészek meghibásodásának első számú oka – az iparági felmérések következetesen állítják A hidraulikus meghibásodások 70-80%-a folyadékszennyeződésre. A szűrők a szívó (a szivattyú védelme érdekében), a nyomás (az alsó komponensek védelme) és a visszatérő (a folyadék megtisztítására, mielőtt az újra belépne a tartályba) helyén vannak elhelyezve. A szűrők értékét mikronban fejezzük ki; a legtöbb rendszer az ISO 4406 Class 16/14/11 vagy jobb tisztasági szintet célozza meg.
A hidraulikus rendszerek hőt termelnek – nagyjából a bemeneti teljesítmény 25-30%-a tipikusan hőként veszítenek el egy szabványos rendszerben. A 82 °C (180°F) felett működő folyadék gyorsan lebomlik, felgyorsítva a tömítések kopását és oxidációját. A légfúvásos hűtők vagy vízhűtéses hőcserélők általában az ajánlott működési tartományon belül tartják a folyadék hőmérsékletét 100°F és 140°F (38°C és 60°C) között .
A működési ciklus lebontása világossá teszi, hogy a hidraulikus tápegység pontosan hogyan működik az elejétől a végéig:
Nem minden hidraulikus tápegység működik egyformán belül. A tervezési döntések jelentősen befolyásolják a teljesítményt, a hatékonyságot és az alkalmazási alkalmasságot.
| HPU típus | Szivattyú típusa | Tipikus nyomástartomány | Legjobb alkalmazás | Hatékonyság |
|---|---|---|---|---|
| Fix elmozdulás, fix sebesség | Fogaskerék szivattyú | Akár 3000 PSI | Rönkhasítók, billenő pótkocsik, egyszerű emelők | Alacsony (állandó bypass veszteségek) |
| Fix elmozdulás, fix sebesség | Lapátos szivattyú | Akár 2500 PSI | Szerszámgépek, alacsony zajszintű környezetek | Mérsékelt |
| Változó elmozdulás | Axiális dugattyús szivattyú | Akár 6000 PSI | Prések, fröccsöntés, repülés | Magas (a teljesítmény megfelel a keresletnek) |
| Változtatható sebességű meghajtó (VSD) HPU | Fix lökettérfogatú dugattyú vagy fogaskerék | Akár 5000 PSI | Energiaérzékeny ipari alkalmazások | Nagyon magas (a motor fordulatszáma igény szerint változik) |
| Léghajtású HPU | Léghidraulikus erősítő | Akár 10 000 PSI | Hordozható rögzítés, repülőgép karbantartás | Alacsony áramlás, nagyon magas nyomás |
A változtatható lökettérfogatú HPU-ban a szivattyú automatikusan beállítja a kimeneti áramlását a rendszer igényeihez. Amikor a működtető szerkezet pozícióban van, és nincs szükség mozgásra, a szivattyú működésbe lép, és csak a nyomás fenntartásához elegendő áramlást szállít. Ez drámaian csökkenti a hőtermelést és az energiafogyasztást azokhoz a fix lökettérfogatú rendszerekhez képest, amelyek folyamatosan megkerülik a túláramot a biztonsági szelepen. A jól megvalósított változtatható elmozdulású rendszerek csökkenthetik az energiafogyasztást 30-50% összehasonlítható fix elmozdulású kivitelekkel szemben.
A szivattyú lökettérfogatának változtatása helyett a VSD hidraulikus tápegység a motor fordulatszámát változtatható frekvenciájú hajtáson (VFD) keresztül változtatja. Ha az igény csökken, a motor lelassul, ahelyett, hogy a szivattyú megkerülné az áramlást. Ezek a rendszerek egyre népszerűbbek a modern ipari létesítményekben, mert csökkentik mind az energiaköltségeket, mind a zajszintet – a VSD-vezérelt HPU alapjáraton tud működni 65 dB(A) alatt 75–80 dB(A)-hez képest egy hagyományos egység teljes sebességnél.
A hidraulikafolyadék sokkal többet tesz, mint a nyomást továbbítja. Minden belső szivattyú- és motoralkatrészt megken, elvezeti a hőt a súrlódási pontokról, megakadályozza a korróziót és tömíti a mozgó alkatrészek közötti hézagokat. A megfelelő folyadék kiválasztása és karbantartása ugyanolyan fontos, mint a megfelelő szivattyú kiválasztása.
A viszkozitás a folyadék legfontosabb tulajdonsága a hidraulikus rendszerben. ISO VG 46 Az ásványolaj a leggyakoribb választás a normál hőmérsékletű környezetben működő ipari HPU-k számára. A túl alacsony viszkozitás növeli a belső szivattyú szivárgását és felgyorsítja a kopást. A túl magas viszkozitás növeli az ellenállást, több hőt termel, és hidegindításkor kiéheztetheti a szivattyút. A legtöbb rendszer viszkozitási tartományt ad meg 25–54 cSt üzemi hőmérsékleten .
Az ok, amiért a hidraulikus hajtóműveket oly sok iparágban használják, egy alapvető előnyben rejlik: egyetlen más technológia sem biztosít összehasonlítható erősűrűséget azonos költséggel . Egy 10 LE-s hidraulikus erőforrás több mint 50 000 lbf erőt képes generálni egy szerény hengeren keresztül. Az egyenértékű erőkapacitású elektromos lineáris hajtómű többszöröse többe kerülne, és sokkal több helyet foglalna el.
A hidraulikus présgépek a fém sajtolás, kovácsolás és alakítás gerincét képezik. Egy 500 tonnás hidraulikus prés egy HPU-t használ, amely 3000–5000 PSI-vel szállítja az áramlást az acél alkatrészek kialakításához szükséges tonnatartalom fejlesztéséhez. A fröccsöntő gépek HPU-kat használnak a szorítóerő létrehozására – általában 100-6000 tonna — amely összetartja a formafelet a műanyag fröccsöntés során.
Minden kotró, buldózer és daru hidraulikus erőre támaszkodik. A közepes méretű kotrógépek (20 tonnás osztály) általában HPU-t szállítanak 50-80 gallon percenként 5000 PSI-vel a gém, a kar, a kanál és a lengés funkcióihoz egyszerre. A HPU kompakt csomagja lehetővé teszi, hogy mindezt a teljesítményt a gép lengőkeretébe csomagolják.
A kereskedelmi repülőgépek fedélzeti hidraulikus tápegységeket használnak – gyakran hidraulikus tápegységeknek is nevezik – a repülésvezérlő felületek, futóművek és tolóerő irányváltók működtetésére. Egy Boeing 737-es hidraulikus rendszere üzemel 3000 PSI és két független motorral hajtott szivattyúrendszert és elektromos tartalék szivattyúkat használ. A katonai járművek HPU-kat használnak a torony forgatásához, a felfüggesztés szintbe állításához és a fegyverrendszer pozicionálásához.
A hajókormányrendszerek (hidraulikus nyomógombos kormányművek), a fedélzeti daruk, a horgonyzós szélvédők és a tengeri kifújásgátló (BOP) rendszerek mind dedikált HPU-kat használnak. A tenger alatti BOP vezérlőrendszerek olyan HPU-kat használnak, amelyek képesek működni 5000 PSI , akkumulátortelepekkel, amelyek biztosítják a vészzárási képességet akkor is, ha a fő tápegység meghibásodik.
A dokkolókiegyenlítők, ollós emelők, járműemelők és szemeteskocsi-tömörítők mind kis és közepes HPU-kat használnak. A 10 000 fontra tervezett kétoszlopos autóemelő általában a 2 LE, 2 gallonos HPU 2500–3000 PSI-vel működik – bemutatja, hogy egy szerény egység hogyan képes jelentős terhelést kezelni megfelelő hengerméret mellett.
A mögöttes fizika gyakorlati megértése segít a kezelőknek és a mérnököknek a rendszer helyes méretezésében és a problémák hatékony diagnosztizálásában.
Pascal törvénye Ez az alapelv: a zárt folyadékra kifejtett nyomás egyformán terjed a folyadékban minden irányban. Ez az, ami lehetővé teszi, hogy egy kis szivattyú óriási erőt hozzon létre egy nagy furatú hengeren keresztül – a nyomás azonos a szivattyú kimenetén és a henger dugattyújának felületén, de az erő megszorozódik a nagyobb területtel.
A hidraulikus tápegység működését szabályozó legfontosabb hidraulikus képletek:
Még egy jól megtervezett HPU is problémákat okoz idővel. A tünetek és a kiváltó okok ismerete felgyorsítja a diagnózist és csökkenti az állásidőt.
A folyadék hőmérséklete meghaladja 180°F (82°C) ez a leggyakoribb működési probléma. Az okok közé tartozik az alulméretezett hűtő, az eltömődött hűtőbordák, a túlzott belső szivárgás a kopott alkatrészek között (amely a nyomásenergiát hővé alakítja), vagy a túl magasra beállított biztonsági szelep a folyamatos működéshez. Az ajánlott hőmérsékleti tartomány fölé minden 18°F (10°C) emelkedés nagyjából megkétszerezi a folyadék oxidációjának és a tömítés leromlásának sebességét.
A henger lassú meghosszabbítása normál rendszernyomással kombinálva általában áramlási problémát jelez – kopott szivattyú, eltömődött szívószűrő vagy részben zárt szívószelep. Gyenge erő normál áramlásnál elégtelen nyomásra utal – ellenőrizze a nyomáscsökkentő szelep beállítását, és keresse meg a belső henger-megkerülőt (kopott dugattyútömítések). Egy szivattyú szállít névleges térfogatáramának kevesebb, mint 85%-a üzemi nyomáson általában csere vagy újjáépítés esedékes.
A kavitáció – ahol a szivattyú nem tud megfelelő folyadékellátást kapni – jellegzetes sikoltozó vagy csikorgó hangot ad ki. Gyors szivattyúkárosodást okoz. Az okok közé tartozik az eltömődött szívószűrő, a körülményekhez képest túl magas folyadék viszkozitása (különösen hidegindításkor), vagy a túl kicsi vagy túl hosszú szívóvezeték. A levegőztetés, amelyet a szívóoldalon lévő laza szerelvényeken keresztül beáramló levegő okoz, eltérő hangot kelt – inkább nyüszítést vagy zörgést –, és szivacsos működtetőművet okoz.
A hidraulikafolyadék szivárgása karbantartási problémát és biztonsági kockázatot is jelent. A tömítések megkeményednek és megrepednek, ha hőnek és szennyezett folyadéknak vannak kitéve. A nagynyomású hidraulikafolyadék, amelyet a bőrön keresztül fecskendeznek be egy tömlőben lévő tűlyuk szivárgásából, a orvosi sürgősségi – súlyos szövetkárosodást okozhat, még akkor is, ha a kezdeti seb enyhének tűnik. A tömlő rendszeres ellenőrzése és ütemezett cseréje (jellemzően 4-6 évente, megjelenéstől függetlenül) a felelős karbantartási programok szokásos gyakorlata.
Ha a rendszer nem tudja elérni a nyomásbeállítást, előfordulhat, hogy a biztonsági szelep nyitva van, nem megfelelően van beállítva vagy elkopott. Egy másik gyakori ok a szivattyú túlzott megkerülését okozó belső kopása. Először szisztematikusan ellenőrizze a biztonsági szelepet – válassza le, és közvetlenül ellenőrizze a szivattyú kimeneti nyomását. Egy jó szivattyúnak könnyen el kell érnie a rendszer névleges nyomásának 110–120%-át egy holtponti teszt során, mielőtt a biztonsági szelep kinyílik.
Megfelelően karbantartott hidraulikus tápegység képes szállítani 20 000 óra élettartam a tartályhoz, a szelepekhez és a fő szerkezeti elemekhez. A jól karbantartott folyadékkal rendelkező tiszta rendszerekben a szivattyúk rutinszerűen elérik a 10 000–15 000 órát. Az elhanyagolt rendszerek 2000 órán belül katasztrofálisan meghibásodhatnak.
A helyes HPU méretezéshez négy egymással összefüggő paraméteren kell dolgozni: szükséges erő, szükséges sebesség, munkaciklus és üzemi nyomás. Ezek bármelyikének kihagyása vagy alulméretezett egységhez vezet, amely nem tudja teljesíteni a teljesítménycélokat, vagy túlméretezett, amely tőkét és energiát pazarol.
Kezdje azzal a maximális terheléssel, amelyet a hajtóműnek kezelnie kell. Adjon hozzá 25%-ot a súrlódási és ellennyomásveszteséghez. Válasszon üzemi nyomást – általában 1500–3000 PSI általános ipari munkákhoz – és számítsa ki a szükséges hengerfuratot: Terület = Erő ÷ Nyomás . A nagyobb üzemi nyomás kisebb hengereket és könnyebb szerkezeteket tesz lehetővé, de jobb tömítést és szorosabb szűrést igényel.
Szükséges áramlás (GPM) = Henger területe (in²) × Szükséges sebesség (in/perc) ÷ 231. Ha a hengernek 4 másodperc alatt 12 hüvelyket (180 hüvelyk/perc) kell kinyúlnia egy 3 hüvelykes furattal (terület = 7,07 in²), akkor a szükséges áramlás kb. 5,5 GPM . Adjon hozzá 10–15%-ot a szelepveszteségekhez és a belső szivárgáshoz.
HP = (PSI × GPM) ÷ (1714 × teljes hatékonyság). Egy 2500 PSI, 5,5 GPM és 85%-os hatásfokú rendszer esetén a szükséges motor HP kb. 9,4 LE . Kerekítse fel a következő szabványos motorkeret méretre – ebben az esetben egy 10 LE-s motorra.
A folyamatosan teljes terhelésen működő gépnek nagyobb tartályra és nagyobb hűtőteljesítményre van szüksége, mint egy ciklus 20%-ában hosszú üresjáratokkal. Folyamatos használathoz a tartályt méretre kell méretezni a szivattyú percenkénti térfogatáramának ötszöröse és tartalmazzon egy aktív hűtőt, amely a bemeneti teljesítmény legalább 25%-át visszautasítja hőként.