Hydraulisen voimayksikön mitoitusopas: keskeiset laskelmat, kaavat ja valintavinkit

Hydraulisten voimayksiköiden ostajilta useimmin kuulemamme kysymyksistä erottuu yksi: "Minkä kopäällä tarvitsen?" Yleensä sen mukana tulee luettelo sylinterin mitoista, tavoitenostpäälläopeudesta ja virtalähteestä. Lyhyt vastaus: kokoa yksikkö kolmen numeron ympärille, jotka ohjaavat kaikkea muuta – virtausta, painetta ja käyttösuhdetta. Virtaus määrittää nopeuden, paine määrää voiman ja käyttöjakso määrittää, kuinka paljon lämpöä yksikön on erotettava. Kaikki muut valinnat pumpun tilavuudesta moottorin tehoon ja säiliön tilavuuteen perustuvat näistä kolmesta.

Tämä opas opastaa sinut käytännöllisen mitoitussarjan läpi kaavoineen, työstetyi esimerkeineen ja valintakriteereineen, joita voit soveltaa suoraan nostolavoihin, telakointilaitteisiin, työstökoneisiin, takalaitanostimiin ja moniin muihin sovelluksiin. Tavoite on suoraviivainen: anna sinulle a oikean kokoinen tehoyksikkö - ei ylirakennettu, alitehoinen tai altis ylikuumenemiselle.

Ennen kuin aloitat: Kolme hallitsevaa numeroa

Jokainen hydraulivoimayksikön mitoitusharjoitus pienenee kolmeen määräävään numeroon. Virtaus, ilmaistuna litroina minuutissa, ohjaa kuinka nopeasti sylinteri ulottuu tai hydraulimoottori pyörii. Paine, joka ilmaistaan ​​baareina, ohjaa kuinka paljon voimaa toimilaite voi tuottaa. Käyttösuhde prosentteina ilmaistuna ohjaa lämpökuormitusta, joka säiliön, jäähdyttimen ja komponenttien on absorboitava. Kun nämä kolme on korjattu, pumpun iskutilavuus, moottorin teho, venttiilin koko ja säiliön tilavuus muuttuvat aritmeettisiksi.

Harkitse nostopöytää, joka vaatii 500 mm:n iskun, viiden sekunnin nostoajan ja 20 kN:n täyteen kuormitetun voiman. Tyypillinen vaisto sanoo "osta isompi moottori varmuuden vuoksi". Laskelmat osoittavat toisenlaista: virtaus toimii noin 18,7 l/min, paine noin 64 baaria ja oikea moottoriteho noin 2,2-3 kW. 4 kW:n tai 5,5 kW:n moottorin valinta lisää kustannuksia 30–50 %, lisää joutokäynnin tehonkulutusta ja tuottaa usein enemmän lämpöä kuin järjestelmä todellisuudessa tuottaa normaalissa pyöräilyssä. Kolmesta hallitsevasta numerosta aloittaminen eliminoi tällaisen tuhlauksen ennen kuin se tapahtuu.

Tärkeimmät kokoparametrit yhdellä silmäyksellä

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto ensisijaiset parametrit, joita käytetään hydraulisen voimayksikön mitoituksessa. Nämä arvot koskevat tyypillisiä teollisuus- ja liikkuvia yksiköitä alueella 0,5–40 l/min, joka kattaa suurimman osan nostolavasta, lastinnostimista, takalaudoista, telakkatasoittimista, työstökoneista ja tiesulkujärjestelmistä.

Käytännössä sinun ei tarvitse määrittää kaikkia parametreja täydellisesti ensimmäisellä kerralla. Alla oleva mitoitusvirtaus siirtyy sylinteristä pumppuun moottoriin siten, että jokainen arvo tukee seuraavaa.

Vaiheittainen koon määritysmenettely

Oikea mitoitusjärjestys alkaa aina toimilaitteesta ja liikeprofiilista. Pumpun virtaukselle tai moottorin teholle ei voida laskea luotettavaa lukua ennen kuin sylinterin reikä, isku, sykliaika ja kuormitus ovat tiedossa. Seuraavat vaiheet noudattavat tätä järjestystä.

Vaihe 1 – Määritä sylinteri- ja liikevaatimukset

Kirjoita seuraavat arvot jokaiselle järjestelmän toimilaitteelle:

• Sylinterin reiän halkaisija (mm) ja tangon halkaisija (mm)
• Iskun pituus (mm)
• Vaadittu pidennysaika (a) ja palautusaika (a)
• Siirrettävä kuorma (N tai kg), mukaan lukien kitka- tai kallistushäviöt

Saksinostimissa tai kallistusmekanismeissa tarvittava sylinterivoima ei ole pelkästään hyötykuorma jaettuna männän pinta-alalla. Mekaaninen vivusto moninkertaistaa voiman lavan kulman mukaan, joten käytä valmistajan kuormituskaaviota tai vapaan rungon laskelmaa löytääksesi pahimman mahdollisen sylinterin kuormituksen lähellä ala-asentoa.

Vaihe 2 – Laske vaadittu pumpun virtaus

Käytä sylinterin poikkileikkausalaa ja iskua syrjäytyneen öljymäärän saamiseksi ja jaa sitten vaaditulla liikeajalla:

A = π × D² / 4
V = A × veto
Q = V × 60 / t

Missä A on männän pinta-ala cm², D on sylinterin halkaisija cm, isku cm, V on siirtymätilavuus millilitroina (cm³), t on pidennysaika sekunneissa ja Q on virtausnopeus L/min.

Toiminut esimerkki: 63 mm:n sylinterin, jonka iskunpituus on 500 mm, tulee ulottua 5 sekunnissa. A = π × 6,3² / 4 = 31,17 cm². V = 31,17 × 50 = 1558 ml. Q = 1558 × 60 / 5 = 18,7 l/min. Lisää 10–15 %:n marginaali sisävuodolle ja kulumiselle: mitoitusvirtaus ≈ 21 l/min.

Vaihe 3 – Määritä käyttöpaine

Paine on voima jaettuna pinta-alalla, ilmaistuna baareina. Sisällytä painehäviö suuntaventtiilin, takaiskuventtiilien ja putkien kautta, mikä lisää tyypillisesti 5–10 baaria kompaktissa tehoyksikössä.

p (bar) = F (N) / A (cm²) / 10

Samaa sylinteriä käytettäessä: p = 20 000 N / 31,17 cm² / 10 = 64,2 baaria. Venttiilihäviöillä suunnittelupaine on noin 70 baaria. Säädä ylipaineventtiili 80 baariin, mikä on noin 15–20 % käyttöpaineen yläpuolella.

Vaihe 4 – Valitse Pumpun iskutilavuus ja Moottorin teho

Tietyllä moottorin nopeudella hammaspyöräpumpun iskutilavuus lasketaan seuraavasti:

Vg (cm³/kierros) = Q (L/min) × 1000 / (n (rpm) × η _v )

Olettaen 1450 rpm AC-moottorin ja tilavuushyötysuhteen 0,92 tyypillisellä hammaspyöräpumppu : Vg = 21 × 1000 / (1450 × 0,92) = 15,7 cm³/kierros. Valitse seuraava vakiokoko, 16 cm³/kierros, joka tuottaa noin 21,3 l/min.

Moottorin teho seuraa virtauksesta ja paineesta:

P (kW) = p (bar) × Q (L/min) / (600 × η). _t )

Kokonaishyötysuhteella (pumppumoottori) noin 0,85: P = 70 × 21,3 / (600 × 0,85) = 2,92 kW. Valitse a 3 kW AC moottori , seuraava vakiokoko yli 2,2 kW.

Alla olevassa taulukossa on neljä työstettyä esimerkkiä tällä tarkalla menetelmällä. Kaikki arvot olettavat 1450 rpm AC-moottorin ja sisältävät 12 % virtausmarginaalin.

Monet ostajat hakevat valmiin sovitetun ratkaisun tälle tehoalueelle suoraan omaan nostotason voimayksikköön. Nämä yksiköt yhdistävät pumpun, venttiiliryhmän, säiliön ja moottorin yhdeksi kokoonpanoksi, mikä eliminoi yhteensopimattomien komponenttien riskin.

Integroitu nostotason voimayksikkö paineenkompensoinnilla Tämä yksikkö yhdistää pumpun, moottorin, venttiililohkon ja säiliön nostoalustoja varten. Sen paineentasausventtiili pitää laskunopeuden tasaisena vaihtelevilla kuormituksilla, ja moottori- ja säiliövaihtoehdot sopivat erilaisiin käyttösykleihin. Näytä tuote →

Vaihe 5 – Säiliön koko

Yleinen nyrkkisääntö: ajoittain tapahtuvassa työssä säiliön tulee kestää 2-3 kertaa pumpun virtaus minuutissa; jatkuvassa käytössä, käytä 3–5 kertaa. Työstetyssä esimerkissä 21 l/min pumppu tarvitsee 40–60 litran säiliön jatkuvaan työhön tai 20 litran säiliön lyhytaikaisiin mobiilisovelluksiin. Säiliö toimii sekä ilmanerottimena että jäähdytyselementtinä, joten sen alimitoitus aiheuttaa vaahtoamista ja nopeaa öljyn hajoamista.

Vaihe 6 – Valitse Venttiilit ja Jakotukki

• Ylipaineventtiili: asetettu käyttöpaineeseen plus 15–20 %, ei koskaan moottorin enimmäiskapasiteettiin.
• Suuntaventtiili: nimelliskapasiteetin on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin pumpun virtaus; tarkista paineen pudotuskäyrä.
• Pilottiohjattu takaiskuventtiili: suositellaan voimakkaasti nostopiireihin sylinterin ajautumisen estämiseksi.
• Venttiililohkon asettelu: pidä poratut kanavat lyhyinä ja suorina; jyrkät mutkat aiheuttavat tarpeettomia painehäviöitä ja lämpöä.

Jos mitoit yksikön tasavirtakäyttöiselle tai kompaktille koneelle, pätevät samat kaavat, mutta moottorin nopeus vaihtelee (tasavirtamoottoreille tyypillisesti 2800–4000 rpm). Pumpun iskutilavuus pienenee suuremmalla nopeudella ja moottorin virta on tarkistettava akun tai laturin kapasiteettia vasten. The hydraulijärjestelmän toimintaperiaate pysyy samana virtalähteestä riippumatta.

Käyttömäärä, öljyn lämpötila ja tehokkuus

Käyttöjakso on prosenttiosuus ajasta, jolloin pumppu todella toimittaa öljyä paineen alaisena yhden työjakson aikana. Koneen, joka käy 30 sekuntia ja sitten tyhjäkäynnillä 30 sekuntia, käyttösuhde on 50 %. Kolme kertaa tunnissa nousevan telakointiaseman käyttöaste on lähes 2 %. Suhde on:

Käyttösuhde (%) = t _on / (t _on t _{pois päältä} ) × 100

Hammaspyöräpumppuvoimayksikön hyötysuhde on tyypillisesti 80–90 %. Jäljelle jäävä energia muuttuu lämmöksi. Yksiköstä, joka tuottaa 2,68 kW hydraulitehoa 85 % hyötysuhteella, noin 0,4 kW on hylättävä. 40 litran säiliössä, jossa on luonnollinen konvektio, tämä pitää öljyn lämpötilan noin 70 °C:ssa ympäristöolosuhteissa jopa 40 °C:ssa. Jos käyttösuhde ylittää 50 %, lisää öljynjäähdytin tai lisää säiliön tilavuutta vielä 20–30 %.

Jatkuvasti toimivat koneet, kuten hydrauliset lastinnostimet, pysäköintihissit ja pitkätahtiset nostopylväät hyötyvät usein öljyllä upotettu voimayksikkö , jossa moottori ja pumppu käyvät upotettuna säiliöön. Tämä rakenne toimii hiljaa, haihduttaa lämmön suoraan öljyyn ja vie vähemmän tilaa kuin erillinen säiliö ja runko.

Akkupohjainen energiaa säästävä hydraulinen voimalaitos Tämä asema on suunniteltu pitkäaikaisiin paineenpitosovelluksiin, kuten koneistuskeskuksiin, ja se pysäyttää moottorin akun avulla joutokäyntijaksojen aikana, mikä vähentää tehonkulutusta, melua ja lämpöä ja pidentää laitteen käyttöikää. Näytä tuote →

AC, DC tai öljyupotettu: kokoerot

Sydänvirtaus- ja painekaavat ovat samat kaikille voimayksikkötyypeille. Erot näkyvät moottorin nopeudessa, virrankulutuksessa ja lämmönhallinnassa.

AC-virtayksiköt

AC-yksiköt käyvät 1450 rpm (4-napainen, 50 Hz) tai 1740 rpm (4-napainen, 60 Hz). Ne ovat oletusvalinta teollisuuslaitteisiin, joissa on vakaa verkkovirta – nostolavat, työstökoneet, kuljettimet ja laiturilaitteet. Edellisen osan mitoitustaulukko koskee suoraan AC-laitteita.

DC-virtayksiköt

DC-yksiköt toimivat 12 V:n, 24 V:n tai 48 V:n akuilla, ja niitä käytetään takalaitanostimissa, haarukkavaunuissa, siirrettävissä nostolavoissa ja itsepotkuvissa perävaunuissa. Tasavirtamoottorit pyörivät 2800–4000 rpm, joten pumpun iskutilavuus tietyllä virtauksella on suunnilleen puolet vaihtovirtahammaspumpun iskutilavuudesta. Moottorin virta on kriittinen tarkistus:

I (A) = P (W) / (U (V) × η _moottori )

1,5 kW:n moottori 24 V:n järjestelmässä kuluttaa noin 74 A – akkukaapelin poikkileikkauksen, sulakkeen nimellisarvon ja kontaktorin koon on sovitettava yhteen virtaan. Jos käyttö on erittäin ajoittaista ja tilaa on vähän, kompakti tasavirtamoottoripumppuasema on usein puhtain pakkausratkaisu.

Kompakti DC-mikrovirtalähde kaksitoimisille sylintereille Tämä ahtaisiin tiloihin suunniteltu DC-yksikkö antaa virtaa kaksitoimisille hydraulisylintereille patruunan solenoidiventtiilin kautta. 12–48 V:n vaihtoehdoilla ja kompaktilla pakkauksella se soveltuu satunnaisiin tehtäviin meri-, auto- ja logistiikkalaitteissa. Näytä tuote →

Öljyupotetut voimayksiköt

Öljyllä upotetut yksiköt sijoittavat pumpun, moottorin ja venttiilit suoraan säiliön sisään. Ne ovat hiljaisempia ja kompaktimpia kuin perinteiset yksiköt, mikä tekee niistä vakiintuneen valinnan hydraulisille nostopylväille, terrorismin vastaisille pollareille, pysäköintihallin hisseille ja hydraulisille lastihisseille. Koska moottori on öljyssä, lämpö siirtyy suoraan nesteeseen, mikä parantaa jäähdytystä jatkuvan pyöräilyn aikana. Säiliön koko näissä yksiköissä voi olla pienempi kuin 3–5-sääntö antaa ymmärtää, koska moottorin lämpö viedään suoraan öljyyn sen sijaan, että se säteilee kaappiin.

Yleisimmät kokovirheet ja niiden välttäminen

Kokemuksemme mukaan hydrauliikan ostajien tukemisesta kuusi virhettä ilmenee useammin kuin muita. Jokaisella on ennakoitavissa oleva oire ja suora esto.

Usein kysytyt kysymykset

Mikä on tärkein parametri hydraulisen voimayksikön mitoituksessa?

Kolme tärkeintä parametria ovat virtaus, paine ja käyttösuhde – mutta virtaus on yleensä se, joka lasketaan ensin. Jos virtaus on väärä, toimilaitteen nopeus on väärä, eikä mikään paineasetus voi korjata sitä. Säädä virtaus ensin oikealle ja vahvista sitten paine ja käyttösuhde ennen kuin siirryt moottoriin ja säiliöön.

Kuinka paljon marginaalia minun pitäisi lisätä laskettuun virtausnopeuteen?

Uudelle hammaspyöräpumppujärjestelmälle 10–15 % marginaali on kohtuullinen. Lisää lisää, jos sylinterin tiivisteet ovat vanhoja, putkien kulku pitkiä tai pumpulla on yli 10 000 käyttötuntia. Älä ylitä 20 %, ellet suunnittele tulevaa kapasiteettia, sillä ylimääräinen virtaus lisää moottorin tehoa ja kustannuksia.

Voinko käyttää samaa tehoyksikköä kahdelle eri koneelle?

Vain jos molemmat koneet vaativat saman virtauksen, paineen ja käyttöjakson. Hitaalle, voimakkaalle puristimelle mitoitettu yksikkö ei todennäköisesti tyydytä nopeaa, matalavoimaista nostopöytää. Yhden yksikön käyttäminen kahdessa tehtävässä pakottaa sinut tekemään kompromisseja joko nopeuden tai voiman suhteen, ja yleensä seurauksena on, että yksi kone toimii huonommin.

Mitä tapahtuu, jos moottori on hieman alimitoitettu?

Moottori ottaa ylivirran, lämpenee ja laukeaa ylikuormitussuojansa. Jatkuvassa käytössä moottorin käämityksen lämpötila nousee nimellisluokan yläpuolelle, mikä lyhentää eristeen käyttöikää. Vakavassa tapauksessa moottori palaa kokonaan loppuun, ja myös pumppu voi vaurioitua tästä aiheutuvasta tärinästä ja kavitaatiosta.

Pitäisikö minun valita voimanlähteeksi hammaspyöräpumppu vai mäntäpumppu?

Hammaspyöräpumput ovat vakiovalinta 50–200 baarin sovelluksiin ja virtausnopeuksille noin 40 l/min asti. Ne ovat yksinkertaisia, kustannustehokkaita ja sietävät kohtalaista saastumista. Mäntäpumput ovat kannattavia yli 200 barin paineissa tai kun tarvitaan suhteellista virtauksen säätöä ja muuttuvaa iskutilavuutta. Useimmissa nosto- ja kiinnityssovelluksissa hammaspyöräpumppu on oikea tasapaino kustannusten ja luotettavuuden välillä.

Miksi voimayksiköstäni kestää kauan muodostaa painetta kylmällä säällä?

Kylmällä öljyllä on paljon korkeampi viskositeetti, joskus yli 400 cSt -20 °C:ssa. Pumppu yrittää imeä öljyä säiliöstä, mikä johtaa kavitaatioon ja hitaaseen paineen muodostumiseen. Kaksi yleistä korjausta ovat: vaihda 32 cSt:n viskositeettiluokkaan kylmää ilmastoa varten tai lisää säiliöön sähköinen sähkövastus, joka lämmittää öljyn ennen käynnistystä.

Lopullinen ennakkotilauksen tarkistuslista

Ennen kuin lähetät tekniset tiedot hydraulikoneiston valmistajalle, käy läpi tämä tarkistuslista:

• Sylinterin voima tarkistettu pahimmassa toimintapisteessä, mukaan lukien vivustohäviöt
• Täysi syklin aika tarkistettu (pidentää, vetää sisään ja viipyä)
• Pumpun virtaus tilavuushyötysuhteen jälkeen on suurempi kuin vaadittu virtaus
• Moottorin teho valitaan käyttämällä järjestelmän kokonaistehokkuutta, ei vain hydraulitehoa
• Säiliön tilavuus vastaa käyttöjaksoa ja ympäristön lämpötilaa
• Ylipaineventtiilin asetus on 15–20 % käyttöpaineen yläpuolella
• Suodatustaso (10–25 µm) sopii pumpputyypille
• DC-virrankulutus on tarkastettu akun ja sulakkeen arvojen perusteella
• Jäähdytys tai öljylämmitin suunniteltu äärimmäisiin ympäristöolosuhteisiin

Oikean kokoinen hydraulikoneisto tuottaa halutun nopeuden ja voiman, käy tasaisessa öljyn lämpötilassa eikä tuhlaa energiaa. Näihin laskelmiin käytetty muutama minuutti säästää yleensä viikkoja myöhemmin tehtävältä vianetsintää. Jos tarvitset apua voimayksikön sovittamisessa tiettyihin sylinteri- ja syklivaatimuksiisi, insinööritiimimme voi tarkistaa luvut ja suositella sopivaa yksikköä AC-, DC- tai öljyllä upotetusta sarjasta.