加工设备的液压系统和执行器

正确操作和维护这些设备所需的知识

液压泵套件。照片由Amin Almasi提供。
液压泵套件。 照片由Amin Almasi提供。

and facilities in processing units . 液压系统用于 处理单元 中的许多不同的机械,设备 设施 employed in many key machineries, equipment and devices such as processing equipment, material handling units, control valves, machinery packages, automation systems and production facilities. 液压装置和执行器 用于 许多关键机械,设备和装置,例如加工设备,物料搬运单元,控制阀,机械组件,自动化系统和生产设施。 hydraulic actuators, etc) to exert a certain force, or in the case of a rotary hydraulic motor for a specified torque, and for a certain operating speed to be achieved. 液压系统首先需要一组致动器(例如液压缸, 液压致动器 等)来施加一定的力,或者在旋转液压马达的情况下需要一定的扭矩,并且需要一定的运行速度。实现。 hydraulic valves, control systems, hydraulic fluid reservoirs and others. 这样的系统包含液压泵,液压致动器,管道, 液压 阀,控制系统,液压油箱等。 discusses 本文 讨论   液压的   for processing facilities . 加工设备 系统   he focus is on practical notes and useful guideline s to properly specify, purchase, operate and maintain hydraulic units. 着重于实用说明和 有用的 准则, 以正确指定,购买,操作和维护液压单元。  

工作压力  

液压系统可以由使用小流量流体的高压系统提供,也可以由大流量的低压系统提供。 任一种都可以在液压执行器上提供规定的力或扭矩。  

工作压力的选择是液压系统的主要决定。 一些工程师鼓励使用高压,因为这会减小尺寸并导致整体紧凑的设备和装置。 压力损失不直接取决于工作压力。 因此,压力越高,损失将成比例地减小,并且效率越高。 另一方面,液压总是存在一些限制。 工作压力不能无限高。 如果使用非常高的压力会涉及到更坚固且可能更昂贵的设备,那么是否会有净收益尚不明确。 只有详细的优化才能表明最佳压力。  

许多工程师和专家认为,使用非常高的工作压力并没有固有的优势。 为了更好地说明,工作压力应该很高并且适合每种液压应用,但不是很高。 某些应用和服务需要较高的工作压力,而高压设备的紧凑性通常是一个优势。 但是,几乎总是有一些限制。 应该进行优化以找到每种应用的最佳和最佳工作压力。 工作压力的选择往往受可用的经济有效且可靠的设备,部件和零件的最大工作压力支配。 如今,超过100 Bar的工作压力已普遍用于液压系统。 在不同的紧凑型液压单元中使用的压力高达250 Barg,350 Barg,400 Barg或更高。 确定工作压力后,通常可以确定流速。 然后有必要确定管道,阀门等的尺寸。  

  尺寸和选择  

粗略地指出,在液压回路中使用的流速在3.5 m / s至5.5 m / s之间。 尽管超出此范围的流速也已成功使用。 该粗略规则可用于检查管道直径,阀门尺寸以及其他零件和组件的尺寸。 尽管对于检查或粗略估计很有用,但在许多情况下依靠这种简单的过程可能并不适合。 关键是压降不仅取决于尺寸。 不同的零件,管线,阀门,设备和组件具有不同的性能,功能和压降模式,无法使用上述简单规则确定。  

为了确定管道,阀门和其他液压项目的尺寸,建议使用允许压力损失的估算值。 换句话说,在选型和选择时,首先应根据操作和功能要求确定液压回路中的总体允许压力损失。 然后确定如何在物品和设备(管道,配件,阀门等)之间分配压力损失,以实现最佳性能和最低总体成本。 作为另一种指示,可以将全速工作时的压力损失与最大压力的比值用于这种估算和尺寸确定。  

液压泵  

液压泵是任何液压系统中的重要组件。 通常,正排量泵类型用于液压系统。 液压泵有许多类型和型号,例如往复泵,活塞泵和齿轮泵。 这些泵中的许多可以布置为卧式泵或立式泵。 a number of pistons in a circular array within a cylinder block. 轴向柱塞泵是一种容积泵, 在气缸体 中具有 多个 呈圆形阵列 活塞。 该气缸体被一体轴驱动而绕其对称轴旋转。 这种类型的液压泵用于高压应用。 齿轮泵已被用于所谓的中等压力。  

液压泵有不同的配置和布置。 某些系统在工作备用配置中使用两个泵。 其他一些泵可能使用“ n + 1”台泵(“ n”台工作泵和一个备用泵)。 通常,提供独立的流比将泵产生的流分开更容易。 因此,在某些液压系统中,通常使用多泵或双泵(由驱动器驱动的两个泵壳)。  

液压泵的速度是一个重要的因素,应谨慎选择。 每种类型的泵都有特定的速度范围,以实现最佳运行。 高速驱动泵可减少其所需的排量,从而减小其尺寸,重量和扭矩要求。 reduced and high maintenance can be expected. 另一方面,如果速度过高,高于最佳速度,则会 降低 泵的寿命和可靠性, 并可能导致高维护成本。  

驱动器额定功率  

sufficient power at the best efficiency. 液压泵的驱动器应 以最佳效率 提供 足够的 动力。 应谨慎计算驱动器的额定功率。 许多驱动器尺寸过小,导致故障和操作问题。 另一方面,如果驱动器太大,并且额定功率远远高于所需功率,则泵单元大部分时间将在远离其最佳效率范围的位置工作。 这也是有问题且效率低下的。 这会浪费金钱,甚至造成可靠性问题。 液压泵及其驱动器的最佳选择是高效可靠运行的关键。  

s , the hydraulic pump should provide power for a set of actuators working at different loading over the time. 在某些应用中 ,液压泵应随时间推移为一组在不同负载下工作的执行器提供动力。 the time. 换句话说,所需功率将随 时间 变化 应当考虑所有可能的工作周期和工况,仔细计算所需的额定功率。 are different power ratings for each segment of the cycle. 这尤其适用于重复液压执行器,在该液压执行器中 ,每个周期段的额定功率都不同。 for a hydraulic actuator of repetitive work is 12.7 kW for 35 second, 8.6 kW for 15 second and 2.9 kW for 25 second ( total cycle of 75 second). 例如, 重复工作的液压执行器 所需 额定 功率为35秒12.7 kW,15秒8.6 kW和25秒2.9 kW( 总循环为 75秒)。 t might be assumed that the minimum power rating should be 12.7 kW and a 15-kW electric motor is needed. 可以假定最小额定功率应为12.7 kW,并且需要15 kW的电动机。 and overall the electric motor would work far from its best efficiency point. 这是一种保守的方法 ,总的来说,电动机的工作效率远未达到其最佳效率点。 sing , 使用   root-mean-square ( RMS ] method , the required power rating is estimated as 9.5 kW. In this way, 11 kW electric motor can be selected. 例如, 采用均方根 RMS 方法 ,所需的额定功率估计为9.5 kW, 因此可以选择 11 kW的电动机  

最大液压压力和最大扭矩  

在许多应用中,液压执行器需要最大负载(力,扭矩等)才能开始操作,侵入或通过工作障碍物。 一个重要的考虑因素是应用所需的最大液压压力。 这与驱动液压泵所需的最大扭矩有关。 换句话说,除了可以确定额定功率外,驾驶员还可以提供驱动液压泵所需的最大扭矩以及合理的裕量。  

torque requirement is an important factor in the sizing and selection of the driver. 通常, 扭矩要求是 驾驶员选型和选择 的重要 因素 hydraulic fluid. 速度不是很关键,因为如果泵运行缓慢,它仍将泵送 液压 油。 driver does not develop enough torque to drive the hydraulic pump, the pump will not produce any output flow at maximum pressure. 但是,如果 驾驶员 未产生足够的扭矩来驱动 液压泵 ,则该泵将不会 在最大压力下 产生任何输出流量 his issue is not often a major problem as in each electric motor power rating (in each electric motor family) , there are several available models with different torque capabilities. 对于电动机, 这个 问题 通常不是 主要问题,因为在每个电动机额定功率 (每个 电动机 系列)中 有几种可用的型号具有不同的扭矩能力。 or turbines. 但是,这可能是其他类型的驱动器(例如发动机 涡轮机)中 的主要问题  

rivers 电动  

checked and its suitability should be verified. 检查 电动机的曲线 并验证其适用性。 当电动机启动并开始加速时,扭矩通常会减小,直到以一定速度达到最低点(上拉扭矩)为止,然后再增大,直到在较高速度点达到最高扭矩(分解扭矩)为止。 换句话说,电动机在接收到电力时产生初始的堵转转矩,并且转子转动。 随着转子的加速,扭矩会略微减小,然后随着转子的进一步加速而开始增大。 转矩曲线中的这种下降通常称为上拉转矩。 扭矩最终达到最大值。 这是电动机的分解转矩。 当转子速度增加到此点以上时,施加到转子的转矩会急剧下降。 这被称为运行转矩,当电动机以其额定满载速度运行时,该转矩变成满载转矩。  

上拉扭矩对于需要负载才能通过一些工作障碍物以实现运行的许多液压应用至关重要。 通常,检查电动机的上拉扭矩是否大于工作裕量所需的最大扭矩。 由于许多原因,通常需要足够的余量,其中之一是电压变化。 例如,电动机在低8%的电压下运行只会产生额定上拉转矩的85%。  

通用做法是确保电动机所需的扭矩始终小于击穿扭矩。 施加等于或大于击穿转矩的转矩将导致电动机的速度突然急剧下降,这将使电动机停转并极有可能将其烧毁。 如果电动机已经在运行,则可以立即将电动机加载到接近其击穿扭矩的位置。 如果负载增加,电动机速度将降低,并且扭矩将增加到高于满负载扭矩的值; 尽管这小于击穿扭矩。  

引擎驱动  

许多液压系统使用汽油,柴油或汽油发动机作为液压泵的驱动器。 对于相同的液压系统应用,发动机驱动器的尺寸和选择更具挑战性,并且发动机的额定功率通常比电动机驱动器更大。 换句话说,指定用于驱动液压动力单元的汽油,汽油或柴油发动机遵循与指定电动机不同的过程。 粗略地指出,内燃机的额定功率可以是等效电动机的两倍或更多倍。 because internal combustion engines have different torque-speed relationships than electric motors. 这是 因为 内燃机具有与电动机不同的转矩-速度关系。 这意味着发动机在整个转速范围内的可变扭矩输出要小得多。 发动机通常在其整个工作转速范围内都表现出相似的扭矩曲线。 根据其特性,额定功率相同的柴油发动机在较低的转速下可能会比汽油发动机产生更高或更低的扭矩。  

, the maximum required hydraulic torque depending on the maximum hydraulic pressure dictates the power rating of the engine. 对于发动机驾驶员来说,通常 取决于最大液压的最大所需液压扭矩决定了发动机的额定功率。 produced by an engine usually occurs at speeds near the rated speed , but is still well below the maximum hydraulic torque required by the pump if the power rating was calculated as per common rules employed for electric motor drivers. 发动机产生的 最大转矩 通常 在接近 额定速度的 速度下发生 ,但 如果按照 电动机驱动器的通用规则 计算 额定功率 ,则仍远低于 泵所需 最大液压转矩  

即使发动机在接近额定速度的速度下产生了足够的扭矩,驾驶员仍然不足,因为在较低速度下需要高扭矩。 此外,制造商建议发动机仅在其最大额定值的约85%时连续运转,以防止严重缩短其使用寿命。 这是最大扭矩和额定功率的另一个因素。  

the details and 取决于 细节和   engine's optimum fuel efficiency often occurs at a speed other than where it produces maximum torque. 因此, 发动机的最佳燃油效率通常会以其产生最大扭矩的速度以外的速度发生。 kW engine achieves the best fuel efficiency at about 2,200 rpm . 例如,一台30 千瓦的发动机在约2,200 rpm时达到了最佳的燃油效率   t its maximum speed 3,000 rpm, the engine would be considerably less fuel efficient. 最高转速为3,000 rpm时,发动机的燃油效率将大大降低。   

对于速度选择,发动机产生最大扭矩的工作速度通常优先。 这是因为如果发动机不能以其最佳燃料效率速度产生足够的扭矩,则将需要更大的发动机。 然而,较大的发动机消耗更多的燃料,这将无法达到通过以特定速度运行以节省燃料的目的。 另外,液压泵通常具有最有效的速度范围。 因此,即使发动机在其最佳燃油效率速度以上或以下运行10%到20%,产生的扭矩和泵动力通常也会对泵驱动器单元的整体效率产生更明显的影响。 通常,总体最佳速度在最佳燃油效率速度和最大扭矩速度之间。  

重要的是选择一个能将泵性能和发动机性能完美结合的泵速。 正确选择液压泵和正确的速度匹配至关重要。 通过增加发动机产生的扭矩并减少泵所需的扭矩,使液压泵单元以更高的速度运行,可使发动机性能与应用更紧密地匹配。 更具体地,选择高速泵并且以相对较高的速度操作泵可以减小液压系统所需的最大扭矩并增加发动机产生的扭矩。 总体而言,这简化了大小和选择。  

alternative would be to provide a gear unit or other type of speed changing unit between the engine and pump. 一种 替代方案是 在发动机和泵之间 提供齿轮 或其他类型的变速 单元 尽管这会增加动力单元的组件,但会增加扭矩并降低速度,同时允许发动机和泵都以最佳速度运行。 较小的,更轻的和更便宜的发动机的较低成本可以抵消减速器的额外成本。  

 

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