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配置液压系统时应考虑的事项

来源:控制工程网2020.03.24阅读 355

  在很多工业和生产车间,液压系统都是重要的组成部分。用户在配置液压系统时,有很多选项可选,具有很大的灵活性,不同组合对系统的安全性、能效和成本也会产生很大影响。
  最终用户需要考虑很多因素,例如使用运行转矩还是启动转矩,使用哪种阀门,采用电子控制还是手动控制等。必须时刻注意,在发生问题时可能导致的安全风险和可靠性后果,这点十分重要。重视车间里这些常见的问题,有助于优化和改善用户、系统集成商以及所涉及的机器和设备制造商的决策。

  运行转矩与启动转矩的差异
  并非所有马达都是一样的。在为液压系统选择马达时,记住这一点很重要。每种类型的液压马达(齿轮、叶片和活塞式等),都具有不同的运行转矩和效率。选择液压马达时,将马达的启动转矩及其运行转矩混为一谈,是一个老生常谈且代价高昂的错误。
  每个马达都有公布的额定最大转矩值。相关人员通常据此来确定马达是否适用于该应用。必须要知道运行系统所需的转矩,但是,请勿仅根据额定最大转矩范围来选择马达。
  马达还应具有已发布的转矩曲线,或将转矩与流量和压力相关联的图表。在某些工况下,系统配置的马达可以按要求运行。但是,当系统发生变化时,甚至是像安装角度改变这种简单的变化,都可能会导致马达失速。这是因为作用在马达上的力的大小会改变启动转矩值。必须了解系统和运行参数。
  启动转矩会影响马达效率虽然叶片式液压马达在全速运行时效率很高,但在低速时却没有同样高的效率。因此,起动转矩比其运行转矩差得多。系统运行速度也是需要考虑的非常关键的因素之一。用户应了解运行时的输出转矩和效率。由于低速时效率低下,齿轮、叶片和下摆齿轮马达通常具有最差的启动转矩。活塞式液压马达在低速和高速应用中具有很高的效率,并且通常具有最佳的启动转矩。
  马达效率和长期可行性
  在为应用选择液压马达时,要考虑的另一个关键因素是液压马达效率如何随时间变化。每种类型的马达都有不同的功能特性,对于该马达的容积效率来讲,可能是好的也可能是坏的。例如,即使为齿轮马达选择了合适的启动和运行转矩,马达的效率也会逐渐下降。
  齿轮式液压马达的运行方式要求齿轮相互啮合,但这会导致齿轮磨损。因此可能会导致较高的内部泄漏,意味着马达效率较低,并且可用的启动和运行转矩减少。即使马达在首次投入现场运行时便以理想的效率运行,但由于效率逐渐降低,一年后仍可能无法正常运行系统。
  另一方面,叶片式马达在其整个寿命期间都保持其效率不变,直到发生灾难性故障为止。这是由叶片式马达的运行方式造成的。每个叶片在旋转过程中都从其套筒伸出,这种设计可以补偿马达的磨损。马达中的每个叶片都会随着时间的推移而磨损,但仍会保持其效率,因为叶片磨损后会继续延伸得更远控制工程网版权所有,从而降低了泄漏的风险。
  高效伴随着成本的增加。这就是为什么了解应用的启动和运行转矩要求,对于选择适合该应用的高性价比马达至关重要的原因。
  选择电子或手动控制?
  严格的控制有助于企业实现合规性,例如满足美国环境保护署Tier4排放要求,包括将电子设备集成到液压系统中。Tier4给出了电子、线束和显示器等更多应用的要求。
  制造商开始在机器上使用电子设备,而不是之前一直使用的手动控制。静液压泵可以从电子设备中受益。电子控制的液压调节器,可以提供一种清洁装置,其安装劳动强度较低,泄漏点较少,并且整体响应更快。
  手动控制的静液压泵易于使用。用户知道与泵的输入直接对应的输出。运行人员通过泵上的杠杆来手动接合斜盘。
  那种认为使用电子控制的静压调节器用户不能进行同等程度的控制的想法是错误的。事实上,由电子比例控制的液压调节器可以提供更多控制,而且用户可以消除在手动控制系统中经常发生的任何滞后或抖动。响应度也可以定制,以与引擎速度相关联,因此在低转速时更灵敏,在较高转速时不那么灵敏但控制更平滑。
  液压调节器上的电子控制装置增加了泵的成本。用户还必须添加一个控制器和电子操纵杆/脚踏板,用于通过电缆发送指令信号。相关人员需要明白,与标准手动控制泵相比,这并不是同一个事物的简单的比较。
  为了更好地理解这种比较,请对手动控制系统进行完整的成本分析,包括软管、配件和安装人工成本,并仔细查看电子产品为系统增加的其他它功能。
  电子设备的一个常见问题是当出现故障时,及时对系统进行故障排除。与控制器通信的小型显示器可以显示系统错误。该显示器还可以连接至发动机,从而使用户能够读取发动机故障代码。
  如果将显示器集成到系统设计中,则可以消除许多仪表报警灯和信号指示器。这为用户提供了更整洁的设置,还可以降低系统成本。
  另一个好处是大大减少了用户疲劳,降低了相关风险。手动进行泵的冲程和回缩,给运行人员带来了很大的压力。但是,对电子控制泵而言,这不是问题。操纵杆/脚踏板中的弹力,决定了用户控制泵斜盘的阻力。与手动操作系统不同,当系统上的压力增大或减小时,此力不会改变。
  将电子设备集成到液压系统是未来的发展方向,但不应将其视为一项艰巨的任务或对机器运行不利的改变。电子控制系统所带来的收益,可以迅速补偿任何额外的前期成本。
  配置多个安全阀的好处
  液压油可以非常有效地完成许多工作www.cechina.cn,但是如果没有安全泄压阀,也可能对泵、马达、软管和配件造成极大损坏。每个液压系统至少应配置一个以上的安全阀。一个做主阀,另一个可以做备用阀。主泄压口确保系统压力不会高于某个阈值。如果主阀失效,则备用安全阀阀将启动。同样,备用安全阀的开启通常设置为比主安全阀高200-300psi。
  在移动系统中,控制阀具有内置到终端站或每个操作站的安全阀。这使机器设计人员可以根据功能自定义操作,而不必为所有功能设置同一个压力。以履带式挖掘机为例,在一个歧管中可能有10个阀,这些阀用于操作气缸和马达。系统泵可提供高达5000psi的压力,但安全阀会将其限制为3500psi。
  液压缸操纵动臂,马达转动转盘,使铲斗进入正确的位置。马达也沿着轨道运行,从而推动设备运行。如果其中一个气缸中的密封件内部破裂,则会将碎屑送入液压阀。这会堵塞阀门内部的泄压通道,并导致安全阀无法打开。
  当系统安全阀未打开时,泵将达到全压,会导致软管连接(仅额定为4000psi)破裂。液压油会喷洒到机器周围的混凝土上,并可能对附近的工作人员造成严重伤害。
  如果发生事故www.cechina.cn,将需要花费数个小时的时间来清理机器周围因液压故障所造成的混乱,并更换已损坏的连接管线。如果有人因液压故障而受伤,那就需要更长的时间才能愈合。需要解决的问题包括:技术人员发现机器故障的原因需要多长时间?是否更换安全阀或气缸密封垫?所更换的软管连接,是否有再次故障的危险?停机成本是多少?这些问题如果得不到很好的解决,可能会导致公司停止运营。
  预防常见的安全阀故障
  集成到设计中的辅助安全泄压阀CONTROL ENGINEERING China版权所有,与压力传感器或过压报警装置配合使用,可以保护该系统。当主安全阀失效时,辅助安全阀将系统压力维持在略高于工作压力,而又不会导致组件失效。系统压力不会达到5000psi,可能只达到3700或3800psi。
  在这种情况下,运行人员可能会注意到设备效率的变化,并通知管理或维护人员。维护人员对其进一步研究以解决问题,在发生严重的系统故障、漏油或人员伤害之前,就可以修复系统。
  为了在大多数系统中安装辅助安全阀,只需在管线上增加安全阀,并在安全阀到油箱之间增加一条管线。增加测量仪表会有所帮助,但这是可选而不是必须的。几根软管和配件就可以节省数百或数千美元。
  流经安全阀会增加液压系统的热量。主安全阀应足够大,可以应对系统泵的流量。二级安全阀可以较小,因为它仅在紧急情况下使用,但它仍然需要能够处理泵全部流量的能力。
  选择正确的安全泄压阀
  安全泄压阀有多种形状和尺寸。在很多设计中,都是用一个球覆盖一个孔,这被称为弹簧安全阀。球由弹簧固定在适当的位置,改变弹簧的压力,将改变球向后压的力量。
  有些阀是直接作用的,也就是说,介质压力直接作用在球或阀芯上。有先导式安全阀,它们使用较小的操作面和弹簧来打开和关闭流路CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而操作辅助流路机构。
  该辅助流动路径可能具有高流量或需要精确操作。直动阀由于“直接”布置在流路中,会受到系统冲击和弹跳。在循环过程中,随着压力的变化,球可能会从座上弹起或回落。先导阀则可以缓冲反弹。
  安全阀可以进行多种配置。这些可以通过电磁阀(例如开/关或比例电磁阀)选择,也可以由可编程逻辑控制器(PLC)输入驱动的无限制设置进行选择。(作者:Zek Grantham)
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