Хидравличният захранващ агрегат (HPU), понякога наричан хидравличен захранващ блок, доставя потока и налягането, необходими за работа на цилиндри, хидравлични мотори, скоби, преси, повдигащо оборудване и други флуидни{0}}машини.
За OEM инженерите и промишлените купувачи обаче изборът на HPU включва много повече от съпоставяне на номиналното налягане на помпата към задвижващия механизъм. Типът помпа, мощността на двигателя, обемът на резервоара, архитектурата на клапана, чистотата на флуида, отхвърлянето на топлината, сензорите, електрическите контроли, работният цикъл и характеристиките на задвижващия механизъм влияят на производителността на системата.
Основният принцип е ясен:помпата създава поток, докато съпротивлението на този поток създава налягане. След това вентилите определят къде се движи маслото, колко бързо се движи и максималното налягане, което системата може да достигне. Задвижващият механизъм преобразува тази хидравлична енергия в механична сила или движение.
За допълнителна информация относно връзката между помпите, налягането, клапаните и задвижващите механизми вижте нашето ръководство за това как работят хидравличните системи.
Основни компоненти на хидравличния агрегат и какво прави всеки
Пълният HPU обикновено съчетава хидравлични, механични, инструментални и електрически компоненти, а не просто помпа и резервоар.
| Компонент | Съображения за функция и дизайн |
|---|---|
| Хидравлична помпа | Произвежда поток от течност. Зъбните помпи са прости и икономични; лопатковите помпи могат да осигурят по-плавна и тиха работа; буталните помпи са подходящи за приложения с по-високо-налягане или променлив-работен обем. |
| Електрически двигател или двигател | Доставя механично захранване на помпата. Изборът на мотор трябва да отчита необходимите хидравлични конски сили, ефективност, начално натоварване, работен цикъл, напрежение, честота и условия на околната среда. |
| Резервоар | Съхранява хидравличната течност, като същевременно осигурява пространство за термично разширение, обезвъздушаване, утаяване на замърсяване и връщане на течност. Капацитетът трябва да се изчислява от обема на системата, обема на задвижващия механизъм, работния цикъл, нуждите от охлаждане и необходимото минимално ниво на маслото. |
| Насочващи вентили | Насочете маслото между тръбопровода за налягане, отворите на задвижващия механизъм и резервоара, за да контролирате посоката на удължаване, прибиране или хидравличен мотор. |
| Предпазен клапан | Ограничава максималното налягане в системата чрез отклоняване на потока при достигане на предварително зададеното налягане. Това е защитно устройство, а не нормален заместител на регулиране на налягането с правилен размер. |
| Регулиране-на потока и пропорционални вентили | Регулирайте скоростта на задвижващия механизъм или осигурете непрекъснато променлив контрол на потока и налягането. Серво вентилите могат да се използват, когато се изисква много бърза реакция и висока точност на позициониране. |
| Филтри | Отстранете частиците от смукателни, напорни, връщащи или офлайн филтриращи вериги. Степента на филтъра трябва да бъде избрана според най-чувствителния към замърсяване-компонент в системата. |
| Акумулатор | Съхранява енергия във флуид под налягане, поддържа пиков-потребен поток, компенсира изтичането, абсорбира пулсациите или осигурява ограничено аварийно движение. |
| Охладител или топлообменник | Отстранява топлината, генерирана от загуби на помпата, дроселиране, течове и продължителна работа. Въздушните-маслени и водни-маслени охладители са обичайни опции. |
| Сензори | Трансмитери за налягане, температурни сензори, превключватели за ниво, сензори за поток и монитори за замърсяване осигуряват обратна връзка за управление и диагностика. |
| Колектор, тръби, маркучи и фитинги | Разпределете течността между компонентите. Спецификациите на свързване може да включват SAE ORB, NPT/NPTF, метрични или BSPP резби и хидравлични фланци в стил SAE/ISO-в зависимост от спецификацията на машината. |
| Съединител или съединител | Свързва двигателя или двигателя към помпата. Гъвкавите съединители компенсират малки отклонения в подравняването; някои приложения, управлявани-от двигателя, може да използват съединител или друго устройство за изключване. |
| Електрически контролен панел | Съдържа разединители, защитни устройства, стартер на двигателя или VFD, PLC, релета, захранвания, изходи на клапани, входове на сензори, HMI интерфейси и вериги за безопасност. |
За практична BOM не посочвайте само помпата, двигателя и резервоара. Включете стандарти за портове, размери на маркучи или тръби, интерфейси на колектори, индикатори за филтри, индикация за ниво/температура на резервоара, напрежение на двигателя, управляващо напрежение, обхват на сензора, видове конектори, входни точки на кабели и изисквания за корпуса.
Типичните позиции на сензора включват трансмитер за налягане на колектора за налягане, температурен сензор в резервоара или връщащата верига, превключвател за ниво на резервоара и индикация за диференциално-налягане през критичните филтри. Електрическите чертежи трябва да идентифицират клемите за захранване на двигателя, защитното заземяване, 24 VDC контроли, където се използват, соленоидни изходи, аналогови сензорни входове, мрежови връзки, вериги за аварийно-спиране и външни блокировки.
За проекти в САЩ електрическите изисквания трябва да бъдат потвърдени спрямо изданието на NEC, прието от местния орган с юрисдикция. NFPA 79 може също да е подходящ за промишлени машини, докато UL 508A може да бъде важен, когато проектът изисква изброен индустриален контролен панел.
Принцип на работа на хидравличния захранващ агрегат: поток, налягане и управление
Една полезна схема на HPU трябва да показва хидравличен поток и електрически контролни сигнали на един и същи чертеж. Идентифицирайте най-малко резервоара, смукателния тръбопровод, помпата, предпазния клапан, манометъра или трансмитера, насочващия клапан, задвижващия механизъм, връщащия филтър, охладителя и пътя на връщане-към-резервоара. Трябва също да се покажат връзките на PLC или контролер към сензори и електромагнитни или пропорционални вентили.
Типичният цикъл на цилиндъра работи по следния начин:
Започнете и циркулирайте.Електрическият мотор стартира помпата. Маслото се изтегля от резервоара и се доставя в тръбопровода под налягане. По време на работа без натоварване подходящо устройство на клапана може да насочи потока обратно към резервоара при ниско налягане, за да се намали консумацията на топлина и енергия.Командно разширение.PLC, релейна логика или ръчно управление захранва насочващия вентил. Маслото под налягане тече към края на капачката на цилиндъра, докато маслото от противоположната камера се връща в резервоара. Трансмитер за налягане може да докладва натоварването на системата, докато дебит-регулатор или пропорционален клапан определя скоростта на цилиндъра.Достигнете товара и задръжте натиска.Когато цилиндърът срещне съпротивление, налягането се повишава. Превключвател за налягане или трансмитер може да потвърди, че целевото налягане е достигнато.
Устройство-за задържане на товара, възвратен или насочващ{1}}вентил след това поддържа необходимата позиция според конструкцията за безопасност на машината.Прибиране.Контролерът измества насочващия клапан, за да изпрати масло към страната на пръта. Флуидът от капачката се връща през връщащата верига и системата за филтриране към резервоара.Разтоварване или готовност.Когато движението приключи, системите с фиксирано{0}}изместване могат да разтоварят потока на помпата към резервоара, докато-променливите помпи с компенсация на налягането могат да намалят изместването след достигане на налягането в режим на готовност.
Системите с постоянен-поток обикновено използват помпи с-фиксиран обем, където потокът основно следва работния обем и скоростта на помпата. Системите с постоянно{3}}налягане често използват-компенсирани помпи с променлив-обем на налягането, които намаляват мощността, когато налягането достигне предварително зададено ниво.
Също така е важно да се прави разликаархитектура на хидравличната веригаотконтролна{0}}архитектура на цикъла. Отворената хидравлична верига обикновено връща потока на задвижващия механизъм към резервоара, докато затворената хидростатична верига насочва обратния поток обратно към помпата. Отделно, система за управление с отворен-контур изпраща команда без непрекъснато коригиране от обратната връзка; контролът със затворен -контур използва обратна връзка за налягане, позиция, скорост или поток, за да намали грешката между командата и действителния изход.
Приоритетна верига изпраща необходимия поток първо към критична функция и насочва излишния поток към второстепенни функции. Веригите за разтоварване и рециркулация осигуряват връщащ път с ниско{1}}налягане, когато не е необходима полезна работа, което спомага за намаляване на ненужната загуба на мощност.
Съвременните електрохидравлични HPU могат да използват 4–20 mA или 0–10 V аналогови сензорни сигнали, PWM или токови-управляеми команди на клапани и CAN-базирана комуникация в мобилни или разпределени-управляващи приложения. Точният тип сигнал трябва да бъде потвърден спрямо избрания сензор, клапанен драйвер, PLC и архитектура на машината.
Препоръчителна схема за този раздел:показват хидравлични линии с плътни стрелки, линии за връщане на резервоар-отделно идентифицирани и линии за електрически сигнали, свързващи PLC/HMI с трансмитер за налягане, температурен сензор, насочен/пропорционален клапан, стартер на двигателя или VFD и изходи на аларми. Маркирайте тестовите точки при изпускане на помпата, отвори на задвижващия механизъм, точки на диференциално-налягане на филтъра и връщане на резервоара.
Типове помпи, функции на клапаните и опции за управление
Изборът на помпа трябва да започне с необходимотопоток, налягане, работен цикъл, скорост, вискозитет на течността, толерантност към замърсяване, граници на шума и метод на управление, а не просто най-ниската покупна цена.
| Тип помпа | Основни предимства | Ограничения | Типична логика на избор |
|---|---|---|---|
| Зъбна помпа | Здрав, компактен, икономичен, прост | Фиксирано изместване в повечето приложения; ефективността пада с увеличаване на износването и изтичането; може да е по-шумно | Добър за-чувствително към разходите оборудване, вериги с периодично или умерено-натоварване и ясни функции на цилиндрите |
| Лопаткова помпа | Плавен поток, сравнително нисък шум, добра индустриална производителност | По-чувствителни към замърсяване и състояние на течността от много прости зъбни помпи | Полезно за фабрични машини, където по-ниският шум и гладката работа са важни |
| Бутална помпа | Възможност за високо-налягане, силен потенциал за ефективност, опции с променливо-изместване и-компенсация на налягането | По-висока цена и по-голяма чувствителност към чистотата на течността | Предпочитан за високо-налягане, непрекъснато-работа, енерго-съзнателно,-чувствително натоварване или приложения в затворен-контур |
Не сравнявайте помпите, като използвате само общ процент на ефективност. Поискайте криви на производителя, показващи действителен поток, обемна ефективност, входяща мощност, налягане, скорост и допустим вискозитет при предвидената работна точка. Две помпи с еднакъв номинален работен обем могат да работят различно, след като се вземат предвид температурата, налягането и скоростта.
Насочващите вентили определят пътя на потока. Предпазните клапани затварят системното налягане. Редуцирните вентили поддържат по-ниско налягане в разклонения кръг. Дроселната клапа и клапаните за-контрол на потока регулират скоростта. Пропорционалните вентили променят дебита или налягането електрически, докато серво вентилите обикновено са запазени за управление на движението в затворен-контур с по-висок-отклик.
Двигателят с фиксирана-скорост с помпа с фиксиран{1}}обем е прост, но може да губи енергия, когато не се изисква пълен поток. Задвижване с-променлива честота може да промени скоростта на двигателя, където помпата и стратегията за управление позволяват. Буталната-помпа с променлив обем осигурява друг начин за контрол на налягането или потока без непрекъснато дроселиране на излишната мощност на помпата.
При посочване на помпа за HPU, която задвижвапромишлени хидравлични цилиндри, съпоставете кривата на помпата с отвора на цилиндъра, необходимата сила, целевата скорост, времето на цикъла и допустимото налягане в системата. Приложенията с високо{1}}натоварване също трябва да се проверяват спрямо действителното номинално налягане на задвижващия механизъм, вместо да се приема, че настройката за освобождаване на HPU определя безопасно налягане в цилиндъра. За приложения, които работят при повишено налягане,хидравличен цилиндър с високо{0}}наляганеобхватът предоставя полезен контекст-от страната на задвижващия механизъм.
Дизайн на HPU: оразмеряване, течност, филтрация, топлина и шум
Първата зависимост на размера е хидравличната мощност:
Хидравлични конски сили=Налягане (psi) × Дебит (GPM) ÷ 1714
За предварително оразмеряване на двигателя, което включва общата ефективност на помпата/задвижването:
Необходим вход HP=Налягане × Дебит ÷ (1714 × обща ефективност)
Помислете за изискване на HPU10 GPM при 2500 psi. Теоретичната хидравлична мощност е около14,6 к.с. Ако предварителната обща ефективност се приеме за 85%, необходимата входна мощност е приблизително:
10 × 2500 ÷ (1714 × 0,85)=17.2 к.с.
Следователно номинален двигател с мощност 20 к.с. може да бъде разумна отправна точка, но окончателният избор все пак трябва да провери коефициента на обслужване на двигателя, началния въртящ момент, условията на претоварване, работния цикъл, надморската височина, заграждението, температурата на околната среда и действителната ефективност на помпата.
Втори пример показва защо първо трябва да се изчисли геометрията на задвижващия механизъм. 4--инчов цилиндър има площ на буталото приблизително12,57 in². За 12-инчов ход на удължаване изместването на края на капачката е около150.8 in³, или0,653 гал. За да завършите този удар за 10 секунди, е необходимо приблизително:
0,653 gal ÷ (10/60 мин)=3.92 GPM
При 2000 psi и 85% предварителна обща ефективност, необходимата входна мощност е приблизително5,38 к.с. След това изборът на двигател ще бъде преместен към следващия подходящ рейтинг след проверка на реалния работен цикъл и стартовите условия.
Оразмеряването на резервоара не трябва да се основава на правило за един галон-на-GPM. Изчислете промените в обема на задвижващия механизъм, течността, върната по време на цикъла, минималното потапяне на помпата, допустимото термично разширение, времето за обезвъздушаване, необходимостта от охлаждане и обема, необходим за предотвратяване на преливане по време на прибиране на цилиндъра. Компактните мобилни системи могат да използват по-малки резервоари, когато охлаждането, разделянето на въздуха и филтрирането са проектирани по съответния начин.
Акумулаторите изискват по-внимателно оразмеряване, тъй като наличният обем на маслото се променя с предварително зареждане, минимално налягане, максимално налягане, температура и скорост на цикъла. Основно газово-правно отношение е:
P₁V₁ⁿ = P₂V₂ⁿ
където трябва да се използва абсолютно налягане и експонентата зависи от това дали работата е по-близо до бавно/изотермично или бързо/адиабатно поведение. Окончателният избор на акумулатор трябва да използва метода за оразмеряване на производителя и приложимите{1}}изисквания за съд под налягане, а не само опростена формула.
За избор на течност, посочете степента на вискозитет от изисквания работен-диапазон на вискозитета на производителите на помпата и вентила. ISO VG 32, 46 и 68 минерални-масла против-износване са обичайни индустриални отправни точки, но климатът и температурата на машината могат да променят правилния избор. Студеният климат в САЩ може да изисква подобрено вискозитетно-температурно поведение, докато местата с гореща околна среда изискват адекватно задържане на вискозитета, устойчивост на окисляване и допълнително охлаждане.
Филтрирането също трябва да се основава на най-чистите изисквания сред помпата, пропорционалните или серво вентилите и други чувствителни компоненти. Кодовете за чистота по ISO 4406 предоставят стандартен начин за изразяване на замърсяване с частици; целевият код трябва да идва от производителите на компоненти, а не от една универсална HPU стойност.
Генерирането на топлина трябва да се оцени от неефективността на системата и загубите при дроселиране. Ако резервоарът не може да отхвърли достатъчно топлина естествено, изберете топлообменник въздух-масло или вода-масло от изчисленото топлинно натоварване. Шумът може да бъде намален чрез избор на помпа, гъвкави съединители, правилно подравняване, анти-вибрационни стойки, правилно оразмерени смукателни линии, по-ниска скорост на потока, изолация на резервоара и акустични заграждения.
Поддръжка, отстраняване на неизправности, стандарти и основи на инсталирането
Преди пускане в експлоатация проверете основата и монтажа, чистотата на резервоара, спецификацията на течността, въртенето на помпата, подравняването на съединителя, чистотата на тръбопроводите, електрическото заземяване, окабеляването на сензора, настройката на предпазния-клапан, нивото на маслото и правилните връзки на задвижващия механизъм. Заредете помпата, където е необходимо, и първоначално стартирайте системата при условия на ненатоварено или ниско-налягане в съответствие с инструкциите на производителя на компонента.
| Симптом | Първи проверки |
|---|---|
| Прекален шум | Ниво на маслото, ограничение на засмукване, изтичане на въздух, условия на входа на помпата, подравняване на съединителя, кавитация, вискозитет |
| Не може да се създаде натиск | Настройка на предпазния клапан, въртене на помпата, вътрешен теч, позиция на клапана, състояние на помпата, байпас на задвижващия механизъм |
| Прегряване | Непрекъснат облекчаващ поток, прекомерно дроселиране, недостатъчен охладител, ниско ниво на маслото, теч от помпата, неподходящ вискозитет |
| Външен теч | Фитинги, маркучи, уплътнения, фланцови болтове, вибрации, повредени тръби |
| Неравномерно движение | Увлечен въздух, замърсяване, залепващ клапан, нестабилен сигнал за обратна връзка, неправилна настройка за-контрол на дебита |
Интервалите за превантивна поддръжка трябва-да се основават на състоянието, когато е възможно. Проследявайте диференциалното налягане на филтъра, чистотата на маслото, водното съдържание, температурата на течността, нивото на резервоара, състоянието на маркуча, течове, вибрации, шум от помпата и калибриране на сензора. Честотата на-анализа на маслото и интервалите-за смяна на филтъра трябва да отразяват работния цикъл и излагането на замърсяване, а не произволен календарен интервал.
За инсталации в САЩ ISO 4413 предоставя общи насоки за безопасност на хидравличната-система. При електрическите работи може да се наложи да се вземат предвид NFPA 70/NEC, NFPA 79, приложимите електрически изисквания на OSHA и-специфичните за проекта UL или NRTL изисквания. OSHA 29 CFR 1910.147 е особено важен по време на обслужване, тъй като съхраняваното хидравлично налягане е опасна енергия и трябва да се контролира преди поддръжка.
Използваното хидравлично масло от търговски и промишлени операции също трябва да се управлява съгласно приложимите изисквания на EPA за използвано-масло, като държавните правила се проверяват отделно, защото може да са по-строги.
Записът за пускане в експлоатация трябва да документира въртенето на помпата, типа на течността, нивото на течността, настройката на облекчаване, работното налягане, дебита, когато е измерен, температурата след стабилизиране, показанията на сензора, функциите на клапана, посоката на цилиндъра, операцията по аварийно-спиране, проверката на течовете, зададените точки на алармата и окончателните подписи за приемане.
Специфициране на HPU за OEM хидравлична система
Надеждната спецификация на HPU започва с машината, а не с каталога на захранващия блок. Осигурете максимално и нормално работно налягане, необходим дебит на задвижващия механизъм, размери на цилиндъра, времена за удължаване и прибиране, работен цикъл, едновременни функции, тип течност, минимална и максимална околна температура, електрическо захранване, архитектура на управление, необходими сигнали, цел за филтриране, условия на охлаждане, изисквания за шум, стандарти за портове, инсталационна обвивка и приложими нормативни изисквания.
Задвижващият механизъм и захранващият блок трябва да бъдат проектирани като една система. Ако все още определяте геометрията на цилиндъра, монтажа, силата, хода или работното налягане, ръководството завидове хидравлични цилиндрии изборът може да помогне за установяване на данните от -страната на задвижващия механизъм, необходими за оразмеряване на HPU.
За OEM или резервни проекти, които изискват хидравличен цилиндър, съответстващ на съществуващ или новопроектиран захранващ блок, DALLAST може да прегледа изискванията за цилиндър въз основа на отвор, размер на пръта, ход, монтаж, портове, работно налягане, натоварване, работен цикъл и среда на приложение.
Бележка за проверка на публикацията:преди да рекламирате шаблон за оразмеряване на HPU за изтегляне, онлайн калкулатор на помпа/мотор, безплатна 15-минутна консултация с HPU или пълна BOM и оферта за HPU за търг, потвърдете, че тези конкретни услуги и активи в момента са достъпни от DALLAST.
Често задавани въпроси
Кои са основните компоненти на хидравличния агрегат и какво прави всеки от тях?
Основните компоненти са помпата, главният двигател, резервоарът, клапаните за налягане и посоката, клапаните за-контрол на потока, филтрите, колекторът и тръбопроводите, сензорите, опционалният акумулатор и охладител и електрическата система за управление. Заедно те генерират поток, ограничават и контролират налягането, насочват маслото към задвижващия механизъм, кондиционират течността и наблюдават работата на системата.
Как един хидравличен агрегат генерира и контролира поток и налягане?
Моторът или двигателят завърта помпата, която премества хидравличното масло от резервоара във веригата. Потокът определя скоростта на задвижващия механизъм, докато съпротивлението на потока води до повишаване на налягането. След това клапаните за управление на посоката, налягането и дебита- регулират течността, преди да достигне задвижващия механизъм.
Как да избера между зъбни, лопаткови и бутални помпи?
Използвайте зъбни помпи за относително прости, икономични вериги; разгледайте лопатковите помпи, при които плавната работа и по-ниският шум са приоритети; и оценявайте бутални помпи за системи с по-високо налягане, непрекъснат режим на работа, променлив работен обем,-отчитане на натоварване или-ефективност. Окончателният избор трябва да използва действителните криви на производителност на производителя при предвидените работни условия.
Какви изчисления определят размера на помпата и двигателя?
Започнете със скоростта на задвижващия механизъм и изместването, за да изчислите необходимия поток. Определете налягането от необходимата сила на задвижването плюс загубите в системата. Хидравличната мощност в единиците в САЩ е приблизително PSI × GPM ÷ 1714, след което ефективността на помпата и задвижването, стартовите условия и работният цикъл трябва да бъдат включени в избора на мотор.
Как трябва да се избират хидравлична течност и филтриране за различни климатични условия в САЩ?
Изберете вискозитет от работните-изисквания за вискозитет на помпата и клапаните, след което проверете очакваните студен-старт и максималните работни температури. Филтрирането трябва да отговаря на изискванията за чистота на най-чувствителния към замърсяване-компонент. Изключително студен или горещ климат може да изисква различен клас масло, нагревател, охладител или стратегия за синтетична течност.
Каква превантивна поддръжка минимизира времето за престой на HPU?
Следете нивото и състоянието на течността, диференциалното налягане на филтъра, чистотата, температурата на маслото, изтичането, състоянието на маркуча, шума на помпата, вибрациите, работата на сензора, чистотата на охладителя и предварителното зареждане на акумулатора, където е приложимо. Използвайте анализ на маслото и оперативна история, за да установите сервизни интервали, вместо да разчитате само на фиксирани промени в календара.
Кои стандарти трябва да се имат предвид при инсталиране на HPU в Съединените щати?
Общите препратки включват ISO 4413 за безопасност на хидравличната-система, изискванията на OSHA за контрол на-опасна{2}}енергия, NFPA 70/NEC и NFPA 79 за съответните електрически инсталации и машини и UL 508A, където се изисква индустриален контролен панел, за да отговаря на тази рамка за сертифициране. Окончателните изисквания зависят от машината, работното място, държавата, спецификацията на клиента и местните власти с юрисдикция.