DC mikro napájacia jednotka
Cat:Hydraulická pohonná jednotka série DC
Táto mikrojednosmerná pohonná jednotka kombinuje vysokotlakové zubové čerpadlá, jednosmerné motory, stredové ventilové bloky, kazetové ventily a ol...
See DetailsA hydraulická pohonná jednotka (HPU) funguje pomocou elektromotora alebo spaľovacieho motora na pohon hydraulického čerpadla, ktoré nasáva kvapalinu zo zásobníka a natlakuje ho. Táto stlačená tekutina je potom nasmerovaná cez riadiace ventily do akčných členov – valcov alebo hydraulických motorov – ktoré premieňajú energiu tekutiny na mechanickú silu alebo pohyb. Akonáhle kvapalina dokončí svoju prácu, vráti sa do zásobníka, kde sa prefiltruje a ochladí pred opakovaním cyklu.
Tento uzavretý proces umožňuje kompaktnej jednotke generovať obrovskú silu. Štandardný priemyselný HPU pracujúci pri 3 000 PSI (207 barov) môže dodávať desiatky tisíc libier tlačnej alebo ťažnej sily cez relatívne malý valec, čo je dôvod, prečo hydraulické systémy zostávajú dominantnou voľbou v ťažkých zariadeniach, výrobných lisoch, leteckej pozemnej podpore a námorných aplikáciách.
Pochopenie toho, ako funguje hydraulická hnacia jednotka, začína vedomím toho, čo robí každý hlavný komponent. Každý HPU – od 1-galónovej stolovej jednotky až po 500-galónový priemyselný zdroj – obsahuje rovnaké základné stavebné bloky.
Zásobník uchováva zásobu hydraulickej kvapaliny. Nie je to len pasívny kontajner. Dobre navrhnutá nádrž umožňuje uniknutému vzduchu uniknúť z vracajúcej sa tekutiny, poskytuje dostatočnú plochu na odvádzanie tepla a využíva vnútorné prepážky na oddelenie spätného potrubia od sacieho vstupu čerpadla. Toto oddelenie bráni tomu, aby horúca, prevzdušnená vratná kvapalina okamžite znovu vstúpila do čerpadla. Všeobecné pravidlá veľkosti nádrže naznačujú, že objem tekutiny sa rovná troj- až päťnásobok prietoku čerpadla za minútu , hoci systémy s vysokým pracovným cyklom často vyžadujú viac.
Hlavný motor dodáva mechanickú energiu, ktorá poháňa čerpadlo. V priemyselných a stacionárnych aplikáciách a trojfázový elektromotor na striedavý prúd je štandardná, zvyčajne v rozsahu od 1 HP pre malé dielenské lisy až po viac ako 200 HP pre veľké hydraulické lisovacie linky alebo vstrekovacie stroje. Mobilné zariadenia – rýpadlá, šmykom riadené nakladače, žeriavy – využívajú ako hlavný pohon naftový motor vozidla s vývodovým hriadeľom (PTO), ktorý ho spája s hydraulickým čerpadlom.
Čerpadlo je srdcom hydraulického agregátu. Nevytvára tlak – vytvára tok. Tlak sa vyvíja iba vtedy, keď tento prúd narazí na odpor (záťaž). Dominujú tri typy čerpadiel:
Regulačné ventily určujú, kam tekutina prúdi, ako rýchlo sa pohybuje a aký je povolený tlak. Tri hlavné kategórie sú:
Aktuátory sú výstupné zariadenia, ktoré premieňajú silu hydraulickej kvapaliny späť na mechanickú prácu. Hydraulické valce vytvárajú lineárnu silu a pohyb - vysúvanie alebo zasúvanie tyče. Hydraulické motory vytvárajú rotačný pohyb a krútiaci moment. Výber závisí výlučne od toho, aký druh pohybu aplikácia vyžaduje.
Znečistenie je najčastejšou príčinou zlyhania hydraulických komponentov, ako to neustále pripisujú priemyselné prieskumy 70-80% hydraulických porúch ku kontaminácii tekutín. Filtre sú umiestnené pri nasávaní (na ochranu čerpadla), tlaku (na ochranu komponentov po prúde) a pri návrate (na čistenie kvapaliny pred jej opätovným vstupom do zásobníka). Hodnoty filtrov sú vyjadrené v mikrónoch; väčšina systémov sa zameriava na úroveň čistoty podľa normy ISO 4406 triedy 16/14/11 alebo vyššej.
Hydraulické systémy generujú teplo — zhruba 25 – 30 % príkonu sa zvyčajne stráca ako teplo v štandardnom systéme. Kvapalina pracujúca nad 180 °F (82 °C) rýchlo degraduje, čím sa urýchľuje opotrebovanie tesnenia a oxidácia. Vzduchové chladiče alebo vodou chladené výmenníky tepla zvyčajne udržiavajú teplotu kvapaliny v odporúčanom prevádzkovom rozsahu 100 °F až 140 °F (38 °C až 60 °C) .
Rozdelenie prevádzkového cyklu objasňuje, ako presne funguje hydraulická hnacia jednotka od začiatku do konca:
Nie všetky hydraulické pohonné jednotky fungujú interne rovnakým spôsobom. Voľby dizajnu výrazne ovplyvňujú výkon, efektivitu a vhodnosť aplikácie.
| Typ HPU | Typ čerpadla | Typický rozsah tlaku | Najlepšia aplikácia | Efektívnosť |
|---|---|---|---|---|
| Pevný posuv, pevná rýchlosť | Zubové čerpadlo | Až 3000 PSI | Štiepačky dreva, sklápače, jednoduché výťahy | Nízka (konštantné straty pri obtoke) |
| Pevný posuv, pevná rýchlosť | Lopatkové čerpadlo | Až 2 500 PSI | Obrábacie stroje, prostredie s nízkou hlučnosťou | Mierne |
| Variabilný posun | Axiálne piestové čerpadlo | Až 6000 PSI | Lisy, vstrekovanie, letecký priemysel | Vysoká (výstup zodpovedá dopytu) |
| Pohon s premenlivou rýchlosťou (VSD) HPU | Pevný objemový piest alebo ozubené koleso | Až 5 000 PSI | Energeticky citlivé priemyselné aplikácie | Veľmi vysoká (otáčky motora sa menia podľa potreby) |
| Vzduchom poháňaný HPU | Vzduchohydraulický zosilňovač | Až 10 000 PSI | Prenosné upínanie, údržba lietadiel | Nízky prietok, veľmi vysoký tlak |
V HPU s premenlivým objemom čerpadlo automaticky upravuje svoj výstupný prietok tak, aby zodpovedal systémovým požiadavkám. Keď je ovládač v držanej polohe a nie je potrebný žiadny pohyb, čerpadlo sa zastaví a dodáva iba dostatočný prietok na udržanie tlaku. To dramaticky znižuje tvorbu tepla a spotrebu energie v porovnaní so systémami s pevným objemom, ktoré nepretržite obchádzajú prebytočný prietok cez poistný ventil. Dobre implementované systémy s premenlivým objemom môžu znížiť spotrebu energie 30 – 50 % oproti porovnateľným dizajnom s pevným objemom.
Hydraulická hnacia jednotka VSD namiesto menenia výtlaku čerpadla mení otáčky motora prostredníctvom pohonu s premenlivou frekvenciou (VFD). Keď dopyt klesne, motor sa spomalí namiesto toho, aby čerpadlo obchádzalo prietok. Tieto systémy sú čoraz populárnejšie v moderných priemyselných zariadeniach, pretože znižujú náklady na energiu aj hladinu hluku – VSD poháňaný HPU pri voľnobehu môže pracovať pri menej ako 65 dB(A) v porovnaní so 75–80 dB(A) pri bežnej jednotke pri plnej rýchlosti.
Hydraulická kvapalina dokáže oveľa viac ako len prenášať tlak. Premazáva všetky vnútorné komponenty čerpadla a motora, odvádza teplo z miest trenia, zabraňuje korózii a utesňuje medzery medzi pohyblivými časťami. Výber a údržba správnej kvapaliny je rovnako dôležitá ako výber správneho čerpadla.
Viskozita je najdôležitejšou vlastnosťou kvapaliny v hydraulickom systéme. ISO VG 46 minerálny olej je najbežnejšou voľbou pre priemyselné HPU pracujúce v prostredí s normálnou teplotou. Príliš nízka viskozita spôsobuje zvýšenú vnútornú netesnosť čerpadla a zrýchlené opotrebovanie. Príliš vysoká viskozita zvyšuje odpor, generuje viac tepla a pri studených štartoch môže čerpadlo vyhladovať. Väčšina systémov špecifikuje rozsah viskozity 25–54 cSt pri prevádzkovej teplote .
Dôvod, prečo sa hydraulické pohonné jednotky používajú v toľkých priemyselných odvetviach, spočíva v jednej hlavnej výhode: žiadna iná technológia neposkytuje porovnateľnú hustotu sily za rovnakú cenu . Hydraulická hnacia jednotka s výkonom 10 HP dokáže generovať silu cez 50 000 lbf prostredníctvom skromného valca. Elektrický lineárny pohon s ekvivalentnou silou by stál niekoľkonásobne viac a zaberal by oveľa viac miesta.
Hydraulické lisy sú základom lisovania, kovania a tvárnenia kovov. Hydraulický lis s hmotnosťou 500 ton využíva HPU s prietokom 3 000 – 5 000 PSI na vyvinutie tonáže potrebnej na výrobu oceľových komponentov. Vstrekovacie stroje používajú HPU na generovanie zvieracej sily - bežne 100 až 6000 ton — ktorá drží polovice formy pohromade počas vstrekovania plastov.
Každý bager, buldozér a žeriav sa spolieha na hydraulickú energiu. Stredne veľké rýpadlo (trieda 20 ton) zvyčajne nesie dodávku HPU 50-80 galónov za minútu pri tlaku 5 000 PSI na súčasné poháňanie výložníka, ramena, lopaty a výkyvu. Kompaktné balenie HPU umožňuje všetku túto silu zabaliť do otočného rámu stroja.
Komerčné lietadlá používajú na palube hydraulické pohonné jednotky – často nazývané hydraulické agregáty – na ovládanie plôch riadenia letu, podvozku a reverzorov ťahu. Hydraulický systém Boeingu 737 funguje pri 3000 PSI a používa dva nezávislé systémy čerpadiel poháňaných motorom plus elektrické záložné čerpadlá. Vojenské vozidlá používajú HPU na otáčanie veží, vyrovnávanie zavesenia a polohovanie zbraňových systémov.
Lodné riadiace systémy (hydraulické kormidlové zariadenia typu barana), palubné žeriavy, kotevné navijaky a systémy ochrany pred vyfúknutím na mori (BOP), všetky používajú vyhradené HPU. Podmorské riadiace systémy BOP využívajú HPU schopné prevádzky pri 5 000 PSI s akumulátorovými bankami zaisťujúcimi schopnosť núdzového uzavretia aj v prípade výpadku hlavného napájania.
Nakladacie mostíky, nožnicové zdvíhacie plošiny, zdvíhacie plošiny na vozidlá a zhutňovače smetiarskych vozidiel všetky používajú malé až stredné HPU. Dvojstĺpový automobilový zdvihák dimenzovaný na 10 000 libier zvyčajne používa a 2 HP, 2-galónový HPU pracujúci pri 2 500 – 3 000 PSI – demonštruje, ako dokáže skromná jednotka zvládnuť značné zaťaženie pri použití správnej veľkosti valca.
Praktické pochopenie základnej fyziky pomáha operátorom a inžinierom správne dimenzovať systémy a efektívne diagnostikovať problémy.
Pascalov zákon je základný princíp: tlak aplikovaný na uzavretú tekutinu sa prenáša rovnako vo všetkých smeroch cez tekutinu. To umožňuje malému čerpadlu generovať obrovskú silu cez valec s veľkým priemerom - tlak je rovnaký na výstupe čerpadla a na čele piestu valca, ale sila sa násobí väčšou plochou.
Kľúčové hydraulické vzorce, ktoré riadia fungovanie hydraulickej pohonnej jednotky:
Dokonca aj dobre navrhnutý HPU časom vyvinie problémy. Poznanie symptómov a základných príčin urýchľuje diagnostiku a znižuje prestoje.
Prekročenie teploty kvapaliny 180 °F (82 °C) je najčastejším prevádzkovým problémom. Medzi príčiny patrí poddimenzovaný chladič, upchaté rebrá chladiča, nadmerná vnútorná netesnosť cez opotrebované komponenty (ktorá premieňa tlakovú energiu na teplo) alebo poistný ventil nastavený príliš vysoko na nepretržitú prevádzku. Každé zvýšenie o 18 °F (10 °C) nad odporúčaný teplotný rozsah zhruba zdvojnásobuje rýchlosť oxidácie kvapaliny a degradácie tesnenia.
Pomalé vysúvanie valca v kombinácii s normálnym tlakom v systéme zvyčajne indikuje problém s prietokom – opotrebované čerpadlo, upchaté sacie sitko alebo čiastočne uzavretý uzatvárací ventil nasávania. Slabá sila pri normálnom prietoku naznačuje nedostatočný tlak – skontrolujte nastavenie poistného ventilu a hľadajte vnútorný obtok valca (opotrebované tesnenia piestu). Čerpadlo dodáva menej ako 85 % svojho menovitého prietoku pri prevádzkovom tlaku sa zvyčajne vyžaduje výmena alebo prestavba.
Kavitácia – kde čerpadlo nemôže prijímať dostatočné množstvo tekutiny – vytvára charakteristický škrípavý alebo škrípavý zvuk. Spôsobuje rýchle poškodenie čerpadla. Medzi príčiny patrí zablokovaný sací filter, príliš vysoká viskozita kvapaliny pre dané podmienky (najmä pri studenom štarte) alebo príliš malé alebo príliš dlhé sacie potrubie. Prevzdušňovanie spôsobené vzduchom vstupujúcim cez voľné armatúry na sacej strane vytvára iný zvuk – skôr kňučanie alebo chrastenie – a spôsobuje hubovité správanie sa pohonu.
Úniky hydraulickej kvapaliny sú problémom údržby aj bezpečnostným rizikom. Tesnenia stvrdnú a prasknú, keď sú vystavené teplu a kontaminovanej kvapaline. Vysokotlaková hydraulická kvapalina vstrekovaná cez kožu z dierky v hadici je a lekárska pohotovosť — môže spôsobiť vážnu deštrukciu tkaniva, aj keď sa počiatočná rana javí ako malá. Pravidelná kontrola a výmena hadíc na plánovanom základe (zvyčajne každých 4–6 rokov bez ohľadu na vzhľad) je štandardnou praxou v programoch zodpovednej údržby.
Ak systém nemôže dosiahnuť svoje nastavenie tlaku, poistný ventil môže byť zaseknutý otvorený, nesprávne nastavený alebo opotrebovaný. Ďalšou častou príčinou je opotrebovanie vnútorného čerpadla spôsobujúce nadmerný obtok. Najskôr systematicky skontrolujte poistný ventil — izolujte ho a priamo otestujte výstupný tlak čerpadla. Dobré čerpadlo by malo ľahko dosiahnuť 110 – 120 % menovitého tlaku systému v teste mŕtvej hlavy pred otvorením poistného ventilu.
Správne udržiavaná hydraulická pohonná jednotka môže dodať Životnosť 20 000 hodín pre zásobník, ventily a hlavné konštrukčné komponenty. Čerpadlá v čistých systémoch s dobre udržiavanou kvapalinou bežne dosahujú 10 000 – 15 000 hodín. Zanedbané systémy môžu katastrofálne zlyhať do 2 000 hodín.
Správne dimenzovanie HPU vyžaduje prácu so štyrmi vzájomne prepojenými parametrami: požadovaná sila, požadovaná rýchlosť, pracovný cyklus a prevádzkový tlak. Preskočenie ktorejkoľvek z nich vedie buď k poddimenzovanej jednotke, ktorá nedokáže splniť výkonnostné ciele, alebo k nadrozmernej jednotke, ktorá plytvá kapitálom a energiou.
Začnite s maximálnym zaťažením, ktoré musí pohon zvládnuť. Pridajte 25% pre straty trením a protitlakom. Vyberte si pracovný tlak – zvyčajne 1 500 – 3 000 PSI pre bežné priemyselné práce – a vypočítajte požadované vŕtanie valca: Oblasť = sila ÷ tlak . Vyšší pracovný tlak umožňuje menšie valce a ľahšie konštrukcie, ale vyžaduje lepšie utesnenie a prísnejšiu filtráciu.
Požadovaný prietok (GPM) = plocha valca (v²) × požadovaná rýchlosť (in/min) ÷ 231. Ak sa valec musí vysunúť o 12 palcov za 4 sekundy (180 palcov/min) s 3-palcovým otvorom (plocha = 7,07 in²), požadovaný prietok je približne 5,5 GPM . Pridajte 10–15 % pre straty ventilov a vnútorné netesnosti.
HP = (PSI × GPM) ÷ (1 714 × celková účinnosť). Pre systém s tlakom 2 500 PSI, 5,5 GPM a účinnosťou 85 % je požadovaný výkon motora približne 9,4 HP . Zaokrúhlite na ďalšiu štandardnú veľkosť rámu motora – v tomto prípade motor s výkonom 10 HP.
Stroj pracujúci nepretržite pri plnom zaťažení potrebuje väčšiu nádrž a väčšiu chladiacu kapacitu ako jeden cyklus 20 % času s dlhými obdobiami nečinnosti. Pre nepretržitú prevádzku zmeňte veľkosť zásobníka na päťnásobok prietoku čerpadla za minútu a obsahujú aktívny chladič dimenzovaný tak, aby odvádzal najmenej 25 % vstupnej energie ako teplo