طراحی سیستم های هیدرولیک: راهنمای مهندسی کامل برای ماشین های قابل اعتماد

طراحی سیستم های هیدرولیک فرآیند منظم تبدیل انرژی محرک اولیه به حرکت مکانیکی دقیق کنترل شده از طریق سیال تحت فشار است. نتیجه گیری مستقیم از قبل: یک سیستم هیدرولیک قابل اعتماد بر اساس چهار تصمیم گرفته شده به ترتیب ساخته شده است - تنظیم فشار کاری، اندازه جریان، انتخاب معماری مدار، و انتخاب اجزای با درجه بندی تایید شده. هنگامی که مهندسان از آن توالی صرف نظر می کنند و مستقیماً به سمت انتخاب جزء می روند، عواقب معمول آن گرم شدن بیش از حد، حرکت کند محرک، کاویتاسیون پمپ و مقاوم سازی پرهزینه میدان است. این راهنما گردش کار طراحی، روش‌های اندازه‌گیری، اهرم‌های کارآیی و اشتباهات رایج را ادغام می‌کند که توسط جداولی پشتیبانی می‌شود که می‌توانید در طول بررسی طراحی واقعی از آنها به عنوان مرجع استفاده کنید.

اصول طراحی اصلی که عملکرد سیستم هیدرولیک را تعیین می کند

هر سیستم هیدرولیکی از قوانین فیزیکی یکسانی پیروی می کند. فشار نیرو ایجاد می کند، جریان سرعت ایجاد می کند و حاصلضرب این دو قدرت هیدرولیک را تعریف می کند. وظیفه طراح این است که آن توان را با تلفات قابل قبول و رفتار قابل پیش بینی در سراسر پوشش کامل به محرک تحویل دهد.

فشار کاری اولین پارامتری است که باید اصلاح شود زیرا اندازه هر جزء دیگر را هدایت می کند. ماشین آلات صنعتی معمولا بین 100 بار تا 210 بار کار می کنند، در حالی که تجهیزات سیار، در مواردی که وزن اهمیت دارد، معمولاً در 250 بار یا بالاتر کار می کنند. سقف فشار بالاتر امکان سیلندرهای کوچکتر و مخازن کوچکتر را فراهم می کند، اما نشت داخلی، تولید گرما و هزینه شیلنگ، اتصالات و آب بندی را نیز افزایش می دهد.

دبی سرعت محرک را تعیین می کند و مستقیماً جابجایی پمپ را تعیین می کند. یک سیلندر 50 میلی متری که باید 400 میلی متر در 4 ثانیه گسترش یابد، قبل از محاسبه نشتی، به 11.8 لیتر در دقیقه جریان نیاز دارد. افت فشار در شیرها و اتصالات با مربع سرعت جریان مقیاس می شود، بنابراین قطر لوله و شلنگ باید طوری انتخاب شود که سرعت سیال در سمت فشار کمتر از 4.5 متر بر ثانیه و در سمت برگشت کمتر از 1.5 متر بر ثانیه باشد.

معماری مدار: حلقه باز، حلقه بسته و نگهداری بار

قبل از انتخاب اجزای جداگانه، مهندس باید توپولوژی مدار را تعریف کند. متداول ترین معماری مدار حلقه باز است که در آن سیال از مخزن کشیده می شود، از طریق یک شیر جهت دار به محرک تحویل می شود و پس از انجام کار به مخزن باز می گردد. مدارهای حلقه باز بر تجهیزات صنعتی ثابت غالب هستند زیرا ساده، مقاوم در برابر آلودگی و عیب یابی آسان هستند.

سیستم های حلقه بسته سیال را مستقیماً بین پمپ و موتور به گردش در می آورند و تنها یک پمپ شارژ کوچک جایگزین نشتی می شود. این مدارها راندمان بالاتری را در برنامه‌های حرکت چرخشی پیوسته مانند درایوهای وینچ و درایوهای مسیر ارائه می‌کنند، اما نیاز به فیلتراسیون دقیق‌تر و درک عمیق‌تری از پایداری حلقه دارند. برای اکثر ماشین های حرکت خطی مانند پرس ها، بالابرها و گیره ها، یک حلقه باز با یک منیفولد سوپاپ با طراحی خوب انتخاب مناسبی است.

نگهداری بار یک تصمیم طراحی جداگانه است که هرگز نباید یک فکر بعدی باشد. بارهای عمودی برای جلوگیری از رانش به دریچه های تعادل، شیرهای بازرسی که توسط خلبان کار می کنند یا قفل های مکانیکی نیاز دارند. حالت خرابی کلاسیک یک سیلندر افقی است که تحت نیروی گرانش زمانی که قرقره سوپاپ جهت دار به داخل نشت می کند، حرکت می کند. شیرهای ضد تعادل با نسبت پیلوت 3:1 تا 8:1 یک راه حل استاندارد هستند و فشار ترک خوردگی آنها باید حداقل 30 درصد بالاتر از فشار برگشتی ناشی از بار تنظیم شود.

آکومولاتورها نیز بخشی از معماری مدار هستند. یک انباشته کننده مثانه یا پیستونی می تواند انرژی را برای حداکثر نیازهای حرکتی ذخیره کند، اندازه پمپ را کاهش دهد، نوک فشار مرطوب را کاهش دهد یا به عنوان یک منبع کاهش اضطراری عمل کند. برای کاربردهایی با پیک جریان بالا کوتاه و به دنبال آن یک دوره بیکاری طولانی، یک مدار انباشته کننده می تواند نیاز جریان پمپ را تا 60 درصد کاهش دهد و با صرفه جویی مستقیم در توان موتور و تولید گرما.

یک بررسی کامل از فیزیک پشت این مدارها در توضیح ما در مورد این مدارها ظاهر می شود اصل کار یک سیستم هیدرولیک . هنگامی که طراحی مدار ثابت شد، بسیاری از تولیدکنندگان ترجیح می دهند پمپ، شیرآلات و مخزن را به عنوان یک واحد از پیش مونتاژ شده تهیه کنند. الف ایستگاه هیدرولیک سفارشی مطابق با نمودار مدار، خطر عدم تطابق اندازه پورت ها را از بین می برد و نصب را در سمت سازنده دستگاه آسان می کند.

تولید کنندگان ایستگاه پمپ هیدرولیک عمده فروشی، کارخانه OEM/ODM Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd تولید کننده ایستگاه پمپ هیدرولیک OEM/ODM چین و کارخانه ایستگاه پمپ هیدرولیک است. مشاهده محصول →

• مدارهای مرکز باز: جریان پمپ در زمان بیکاری با فشار کم به مخزن باز می گردد که برای ماشین های تک محرک بهترین است.
• مدارهای مرکز بسته: جریان پمپ در دریچه مسدود می شود و این امکان را فراهم می کند که فشار برای پاسخ سریع در سیستم های چند محرک بالا بماند.
• مدارهای حسگر بار: پمپ جریان و فشار را با تقاضای واقعی مطابقت می دهد و تلفات آماده به کار را 30 تا 50 درصد کاهش می دهد.
• مدارهای احیا کننده: روغن سمت میله در طول کشش به سمت پیستون برگشت داده می شود و بدون جریان پمپ اضافی سرعت را افزایش می دهد.

اندازه کامپوننت: گام به گام قدم به قدم

سریعترین راه برای درک اندازه هیدرولیک، کار با یک مثال عینی است. سکوی بالابری را در نظر بگیرید که باید بار 3000 کیلوگرمی را از طریق 200 میلی متر حرکت در 6 ثانیه افزایش دهد. فشار طراحی بر روی 160 بار تنظیم شده است.

مرحله 1 - نیروی مورد نیاز را محاسبه کنید. نیروی گرانش 3000 کیلوگرم ضربدر 9.81 متر بر ثانیه است که برابر با 29.43 کیلونیوتن است. مقدار اصطکاک 10% را اضافه کنید و 32.4 کیلو نیوتن را به عنوان نیروی مورد نیاز پیستون به دست آورید.

مرحله 2 - سوراخ سیلندر را انتخاب کنید. مساحت پیستون نیرو با فشار تقسیم می شود: 32400 نیوتن تقسیم بر 16 مگاپاسکال معادل 2025 میلی متر مربع است. این مربوط به قطر سوراخ 50.8 میلی متر است، بنابراین اندازه سوراخ استاندارد بعدی 50 میلی متر است. با بررسی انتخاب، یک سوراخ 50 میلی‌متری در 160 بار، 31.4 کیلونیوتن را تولید می‌کند که بسیار کمتر از برآورد اصطکاک است. تا 63 میلی متر، 49.9 کیلو نیوتن را فراهم می کند که انتخاب ایمن تری برای بالابر تولیدی است.

مرحله 3 - میزان جریان مورد نیاز را تعیین کنید. حرکت 200 میلی متری در 6 ثانیه سرعت پیستون 33.3 میلی متر بر ثانیه را می دهد. با سوراخ 63 میلی متری، مساحت پیستون 3117 میلی متر مربع است، بنابراین جریان 6.23 لیتر در دقیقه است. با افزودن حاشیه نشتی 15 درصد، جریان طراحی 7.2 لیتر در دقیقه به دست می آید.

مرحله 4 - پمپ و موتور محرک را اندازه کنید. در 1450 دور در دقیقه، جابجایی پمپ دنده ای 5.0 سی سی بر دور، 7.25 لیتر در دقیقه تولید می کند. توان هیدرولیک برابر فشار ضرب در جریان تقسیم بر 600 است: 160 بار x 7.2 لیتر در دقیقه / 600 = 1.92 کیلو وات. با فرض 85% راندمان پمپ، موتور نصب شده باید حداقل 2.26 کیلو وات را تامین کند، بنابراین یک موتور 2.2 کیلووات حداقل است، با 3 کیلو وات به عنوان یک انتخاب قوی تر اگر چرخه کار مداوم باشد.

برای طراحانی که می خواهند از محاسبات مکرر اندازه در ماشین های مشابه صرف نظر کنند، با استفاده از یک دستگاه از پیش مهندسی شده واحد قدرت سکوی بالابر باعث صرفه جویی در زمان و کاهش ریسک خرید می شود. این واحدها قبلاً گروه پمپ، موتور، مخزن و سوپاپ را با کلاس وظیفه برنامه مطابقت می‌دهند و فقط سیلندر و شیلنگ‌های اتصال برای مشخص کردن باقی مانده‌اند.

تولید کنندگان واحد نیرو پلت فرم بالابر عمده فروشی، کارخانه Ningbo Panic Hydraulic Technology Co.,Ltd تولید کننده و کارخانه واحد قدرت پلت فرم بالابر OEM/ODM چین است، ما در کل ... مشاهده محصول →

بهره وری، تولید گرما و مدیریت حرارتی

سیستم های هیدرولیک انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیک و سپس به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. هر مرحله تبدیل مقداری انرژی به گرما از دست می دهد. یک سیستم پمپ دنده ای با جابجایی ثابت معمولی با دریچه های متناسب دارای راندمان کلی 55 تا 75 درصد است، به این معنی که 25 تا 45 درصد از توان ورودی به گرما تبدیل می شود. اگر دستگاهی 10 کیلو وات مصرف کند و راندمان سیستم 65 درصد باشد، بار حرارتی به 3.5 کیلو وات می رسد، که برای افزایش دمای مخزن 100 لیتری تا 50 درجه سانتی گراد در کمتر از دو ساعت بدون کولر کافی است.

موثرترین اقدامات کارایی، رتبه بندی شده بر اساس تاثیر: پمپ های جابجایی متغیر که جریان را در حالت آماده به کار کاهش می دهند. کنترل های حسگر بار که فشار را با بار مطابقت می دهند. مدارهای انباشته کننده که انرژی ذخیره شده را به فازهای اوج انتقال می دهند. و شیرهای افت فشار کم با سوراخ های قرقره بزرگتر.

اندازه مبدل حرارتی از یک قانون ساده پیروی می کند. هنگامی که بار گرمایی بر حسب کیلووات مشخص شد، آن را بر افزایش دمای مجاز بالاتر از محیط، ضرب در ضریب انتقال حرارت نوع کولر تقسیم کنید. به عنوان مثال، یک بار حرارتی 3 کیلووات با افزایش 30 درجه سانتی گراد و ضریب 0.025 کیلووات / درجه سانتی گراد · متر مربع به 4 متر مربع منطقه خنک کننده موثر نیاز دارد. اکثر مبدل‌های حرارتی تجاری با هوا خنک، ظرفیت اتلاف خود را در یک اختلاف دمای استاندارد فهرست می‌کنند، بنابراین انتخاب یک جستجوی مستقیم پس از رفع بار حرارتی است.

برای ماشین هایی که به طور متناوب با مکث های طولانی کار می کنند، یک مخزن با اندازه مناسب با دنده های خنک کننده صفحه آلومینیومی اغلب نیاز به خنک کننده روغن را برطرف می کند. در کاربردهای مداوم مانند پرس ها یا درایوهای نوار نقاله، یک بای پس ترموستاتیک از شیر کمکی به مخزن یک راه ساده اما موثر برای حفظ دمای روغن در پنجره بهینه 40 تا 55 درجه سانتی گراد است.

ملاحظات طراحی سیستم هیدرولیک مخصوص کاربرد

طراحی سیستم هیدرولیک هرگز صرفاً نظری نیست. برنامه اولویت ها را تعیین می کند. یک بالابر درب عقب سوار بر کامیون و یک گیره ماشین ابزار دقیق معادلات اساسی یکسانی دارند، اما محدودیت‌های طراحی آنها در انتهای طیف قرار دارند.

سیستم های متحرک و سوار بر خودرو

هیدرولیک های متحرک مانند بالابرهای عقب، تریلرهای تخلیه و سکوهای کاری هوایی از یک منبع برق 12 ولت یا 24 ولت DC کار می کنند. محدودیت‌های طراحی شدید هستند: ظرفیت باتری محدود، پاکت فشرده و شروع سرمای زمستان. این سیستم‌ها معمولاً از پمپ‌های دنده‌ای با موتور DC، منیفولدهای یکپارچه و مخازن کوچک استفاده می‌کنند که به‌عنوان صفحات نصب ساختاری عمل می‌کنند. یک سیستم 24 ولتی که 120 آمپر را در اوج می کشد می تواند تقریباً 2.4 کیلو وات توان هیدرولیک را ارائه دهد که حد عملی جابجایی پمپ و فشار کاری را تعیین می کند. برای این دسته از تجهیزات، یک کامپکت یونیت برق دو اثره DC پمپ، موتور، مخزن و سوپاپ های جهت را در کمترین میزان ممکن ادغام می کند، که عامل تعیین کننده برای بسیاری از تاسیسات خودرو است.

تولید کنندگان واحد قدرت دوتایی DC، کارخانه عمده فروشی - Ningbo Panic Hydr Ningbo Panic Hydraulic Technology Co.,Ltd تولید کننده واحدهای برق دوطرفه DC چین و کارخانه OEM/ODM است، ما در کل ... مشاهده محصول →

• محیط های دریایی و خورنده: قطعات فولادی ضد زنگ یا روی نیکل اندود شده و سیال هیدرولیک غیر معدنی را مشخص کنید.
• محرک های پرسرعت: از سیلندرهای دیفرانسیل و مدارهای احیا کننده برای کاهش تقاضای پمپ در حین عبور سریع استفاده کنید.
• مکان های با ارتفاع زیاد یا دمای شدید: تنظیم کاهش فشار را تنظیم کنید و مایع با ویسکوزیته پایین را انتخاب کنید تا از پاسخگویی در هنگام شروع سرد اطمینان حاصل کنید.

اشتباهات رایج طراحی سیستم هیدرولیک و نحوه اجتناب از آنها

داده های خرابی میدانی از سازندگان ماشین بارها به همان مراحل اشتباه طراحی اشاره می کند. شناخت این الگوها در اوایل بازنگری طراحی، پروژه را از کار مجدد و ماشین را از سرویس خارج می کند.

1. بزرگ کردن پمپ و کوچک کردن مخزن. یک پمپ بزرگ جریان بالایی ایجاد می کند که مخزن باید آن را رام کند. اگر حجم مخزن کمتر از 2.5 برابر دبی در دقیقه باشد، حباب هوا و کف به مشکل مزمن تبدیل می شود. رفع: حجم مخزن را با قانون تعیین شده دوباره محاسبه کنید.
2. نادیده گرفتن افت فشار در مسیرهای طولانی شیلنگ. یک شیلنگ 10 متری با قطر داخلی 1/4 اینچ می تواند 15 تا 25 بار فشار را با سرعت 20 لیتر در دقیقه مصرف کند. این افت فشار به صورت نیروی از دست رفته در محرک و گرمای اضافی نشان داده می شود. رفع: قبل از قرار دادن شیلنگ ها از یک ماشین حساب افت فشار استفاده کنید.
3. انتخاب شیرها فقط بر اساس جریان، بدون بررسی درجه بندی فشار. دریچه ای که برای 60 لیتر در دقیقه در 50 بار تعیین می شود ممکن است به دلیل استحکام ناکافی بدنه و نشتی داخلی، در 200 بار پیش از موعد از کار بیفتد. رفع: رتبه بندی فشار برگه داده را در فشار عملیاتی واقعی بررسی کنید.
4. در نظر گرفتن فیلتراسیون به عنوان یک فکر بعدی. آلودگی باعث بیش از 70 درصد خرابی قطعات هیدرولیک می شود. یک فیلتر خط برگشت با 10 میکرومتر با نشانگر بای پس حداقل است. سیستم های سروو نیاز به فیلتراسیون خط فشار در 3 میکرومتر دارند. رفع: یک طرح تصفیه در P&ID بسازید، نه به عنوان یک افزونه.
5. فراموش کردن جریان جانبی میله در سیلندرهای دو کاره. از آنجایی که میله حجم سیال را جابجا می کند، جریان برگشتی می تواند بیشتر از جریان پمپ باشد. اگر شیلنگ و شیر برگشت خیلی کوچک باشند، فشار برگشتی ایجاد شده و نیروی قابل استفاده را کاهش می دهد. رفع: همیشه نسبت مساحت و اندازه مسیر برگشت را برای جریان سمت میله محاسبه کنید.
6. بدون تسکین حرارتی در خطوط هد پایان مسدود شده. هنگامی که یک سیلندر عمودی توسط یک شیر تعادل نگه داشته می شود، روغن محبوس شده با دما منبسط می شود و می تواند بیش از 1000 بار فشار ایجاد کند. رفع: یک دریچه تسکین حرارتی با فشار بالا با فشار 250 تا 300 بار روی خط به دام افتاده نصب کنید.

سوالات متداول در مورد طراحی سیستم های هیدرولیک