Руководство по силовой установке дизельного двигателя: характеристики, гидравлическая интеграция и советы по покупке

Выбор дизельного силового агрегата для гидравлической системы – это не просто выбор между брендами; это решение на уровне системы о том, какая мощность двигателя вам нужна, как рабочий объем насоса соответствует оборотам двигателя и как вы управляете шумом и соответствием выхлопных газов. Для производителей оборудования, работающих с передвижной техникой или оборудованием на удаленных площадках, дизельный агрегат остается наиболее надежным способом создания гидравлического давления, не полагаясь на электроэнергию из сети. Наиболее практичный подход состоит в том, чтобы сначала определить требования к гидравлическому потоку и давлению, затем выполнить обратный расчет объема двигателя и, наконец, выбрать конструкцию силового агрегата, которая соответствует ограничениям установки. Если вы оцениваете дизельный агрегат для гидравлического применения, разумным решением будет обеспечить, чтобы мощность двигателя не оставалась второстепенной, а соответствовала требованиям гидравлического контура из самой первой спецификации.

Что такое дизельный двигатель?

Силовая установка дизельного двигателя, иногда называемая дизель-гидравлической силовой установкой, объединяет дизельный двигатель с гидронасосом, муфтой, топливным баком, радиатором охлаждения и системой управления в одном салазках или раме. Двигатель передает механическую энергию через маховик и муфту на насос, который преобразует эту энергию вращения в гидравлический поток и давление. Главным отличием от стандартного гидроагрегата является тягач: вместо электродвигателя в агрегате используется двигатель внутреннего сгорания, который может работать полностью независимо от электросети.

Эти агрегаты широко распространены в таком оборудовании, как экскаваторы, самосвалы, мобильные подъемные платформы и аварийные гидравлические системы. Типичная сборка состоит из следующих компонентов:

• Дизельный двигатель : основной источник энергии, обычно одноцилиндровый или многоцилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом.
• Гидравлический насос : шестеренчатый, лопастной или поршневой насос, который преобразует крутящий момент двигателя в гидравлическое давление.
• Муфта : гибкая или жесткая муфта, передающая мощность от двигателя к насосу.
• Гидравлический масляный бак : резервуар с сапуном, указателем уровня и фильтром возвратной линии.
• Радиатор охлаждения : поддерживает безопасную температуру охлаждающей жидкости двигателя и гидравлического масла.
• Управляющий коллектор : блок клапанов, который направляет поток к нужному приводу.

В отличие от электродвигателя, который имеет фиксированные характеристики скорости и крутящего момента, дизельный двигатель передает мощность в более узком диапазоне оборотов. Эта разница влияет на все: от выбора насоса до конструкции гидравлической системы.

Как силовые агрегаты дизельных двигателей приводят в движение гидравлические системы

Производительность дизельного гидравлического агрегата определяется взаимодействием частоты вращения двигателя и рабочего объема насоса. Гидравлический расход рассчитывается по формуле Q = Вп × n/1000 , где Vp — объем насоса в кубических сантиметрах на оборот, а n — частота вращения двигателя в об/мин. Например, если двигатель работает со скоростью 1800 об/мин, а объем насоса составляет 60 куб.см/об, теоретический расход составит 108 л/мин. Реальная производительность будет немного ниже из-за объемного КПД, обычно 90–95% для шестеренного насоса и 93–98% для поршневого насоса.

Для определения необходимой мощности двигателя используют формулу P = p×Q/(600×η) , где p — давление в барах, Q — расход в л/мин, а η — совокупный КПД. При 200 бар, 100 л/мин и комбинированном КПД 0,85 требуемая мощность двигателя составляет около 39 кВт, что означает, что вам следует указать дизельный двигатель мощностью не менее 40 кВт. Тот же принцип применяется и при уменьшении масштаба: небольшой подъемник с задним бортом, требующий давления 60 бар при 30 л/мин, требует всего около 3,5 кВт, поэтому компактный двигатель мощностью 10–15 кВт обеспечивает достаточный запас мощности.

Взаимосвязь гидравлического контура и двигателя подробно объяснена в нашей статье о принцип работы гидравлических систем . Понимание этой связи поможет вам избежать распространенной ошибки, связанной с покупкой мощного двигателя, который обеспечивает больший расход, чем может принять насос, или насоса, который гидравлически останавливает двигатель при большой нагрузке.

Одним из важнейших аспектов, о которых следует помнить, является запас крутящего момента двигателя. При максимальном давлении в системе дизельный двигатель должен еще иметь возможность достигать номинальной скорости. Если под нагрузкой частота вращения двигателя падает ниже 1200 об/мин, он будет производить меньшую мощность, и поток гидравлической жидкости упадет, что приведет к увеличению времени цикла. Именно поэтому хорошо спроектированный силовой агрегат с приводом от дизельного двигателя всегда включает в себя гидротрансформатор или соответствующий редуктор, особенно для поршневых насосов большого объема.

Основные характеристики и критерии выбора

Прежде чем разместить заказ на покупку, проверьте следующие параметры. Эти восемь значений определяют, будет ли устройство работать должным образом на вашей конкретной машине.

Мощность двигателя является первым критерием принятия решения. Если вам нужен только небольшой гидроцилиндр для управления задней дверью или небольшой подъемной платформой, достаточно дизельного двигателя мощностью 15–20 кВт. Для многофункциональных машин с несколькими приводами, работающими одновременно, следует планировать мощность 50–100 кВт или более.

Объем гидравлического насоса следует выбирать в соответствии с используемым диапазоном оборотов двигателя. Слишком большой насос заглушит двигатель или создаст кавитацию; слишком маленький насос не обеспечит достаточного времени цикла. Давление в системе определяется максимальной нагрузкой, которую должны преодолеть цилиндры. Если ваша машина работает при давлении выше 250 бар, поршневые насосы обычно являются лучшим выбором, чем шестеренные, поскольку поршневые насосы могут выдерживать более высокие давления и обеспечивают более высокую эффективность.

Емкость бака влияет на теплоотдачу. Хорошее практическое правило — выбирать объем резервуара, равный расходу насоса в 1–2 раза в минуту. Для насоса производительностью 80 л/мин обычно используется бак емкостью 100–160 л. Шум является основной проблемой для дизельных гидравлических агрегатов, работающих рядом с пешеходами или в городских условиях. Стандартный дизельный агрегат без звукоизоляционного кожуха может производить 90–100 дБ(А) на расстоянии одного метра. Если вам нужна более тихая работа, рассмотрите вариант малошумного корпуса или масляного силового агрегата, который снижает шум гидравлического насоса. Для получения рекомендаций по выбору подходящего гидравлического агрегата с электрическим или дизельным приводом для вашего применения, наш Руководство по выбору гидравлического силового агрегата постоянного тока охватывает дополнительный процесс принятия решений для систем с батарейным питанием и двигателем.

Распространенные области применения дизельных энергоблоков

Дизельные силовые установки и их гидравлические аналоги используются во многих областях, где важна независимость от электрической сети или где само оборудование перемещается с места на место. Следующий список охватывает наиболее типичные установки:

• Мобильное подъемное оборудование, такое как ножничные подъемники и стреловые подъемники.
• Самозагружающиеся прицепы-самосвалы и прицепы-самосвалы
• Гидравлические борта для грузовых автомобилей
• Оборудование для содержания дорог, такое как машины для разметки линий.
• Аварийные резервные гидравлические системы для пожаротушения или спасения
• Сельскохозяйственная техника, такая как прицепы для зерна и прицепы для тюков.

Гидравлический агрегат одностороннего действия для прицепов-самосвалов Это компактное устройство сочетает в себе шестеренчатый насос, двигатель постоянного тока и блок клапанов для надежного подъема. Он предлагает дополнительный контроль расхода и материалы бака для различных применений прицепа. Посмотреть продукт →

Для каждого применения гидравлический силовой агрегат должен быть рассчитан на работу в рамках рабочего цикла двигателя. Когда прицеп-самосвал приводит в действие гидравлический цилиндр, потребность в насосе является прерывистой и обычно двигатель может использоваться совместно с приводом транспортного средства. Напротив, мобильная подъемная платформа может работать непрерывно в течение длительного времени, поэтому накопление тепла и сжигание топлива становятся более важными. Вот почему тот же дизельный двигатель, который приводит в действие привод шасси, может также обслуживать гидронасос через вал отбора мощности или отдельный гидроагрегат.

Гидравлическая силовая установка двигателя с постоянными магнитами для мобильных подъемников Это устройство, предназначенное для портативных подъемных столов, оснащено шестеренчатым насосом высокого давления и дроссельным клапаном с компенсацией давления для плавного и контролируемого спуска. Доступны двигатели различных размеров и напряжений. Посмотреть продукт →

Для оборудования, которое должно работать бесшумно, например, гидравлических грузовых лифтов или гаражных систем, маслонаполненная конструкция предпочтительнее дизельного силового агрегата с открытой рамой. Масляная ванна поглощает пульсации насоса и снижает вибрацию, а в сочетании с закрытым кожухом общий шум можно поддерживать на уровне ниже 70 дБ(А) на расстоянии одного метра, что подходит для жилых или коммерческих помещений.

Вопросы стоимости и обслуживания

Стоимость дизельной силовой установки делится на три сегмента: капитальные затраты, стоимость топлива и масла и стоимость технического обслуживания. Небольшой дизельный гидравлический агрегат мощностью 20 кВт может стоить примерно 5 000–10 000 долларов США, а мощный агрегат мощностью 100 кВт со звукоизоляцией может достигать 50 000 долларов США и более.

Экономия топлива зависит от коэффициента загрузки. Дизельный двигатель имеет удельный расход топлива около 200–240 г/кВтч при полной нагрузке. Если ваш агрегат работает со средней нагрузкой 40 кВт в течение 8 часов, вы будете потреблять примерно 64–77 литров дизельного топлива в день. При типичной цене топлива 1,1–1,3 доллара США за литр ежедневная стоимость топлива колеблется от 70 до 100 долларов США. Гидравлическое масло — это дополнительные эксплуатационные расходы, которые часто упускаются из виду. Гидравлический агрегат объемом 100 л потребует периодической замены масла примерно каждые 2000–4000 часов, в зависимости от загрязнения и режима работы.

Интервалы технического обслуживания дизельного двигателя обычно составляют 250–500 часов для замены масла и фильтров, 1000–2000 часов для топливных фильтров и 10 000–20 000 часов для капитального ремонта. Сама гидравлическая система требует чистоты. Засоренный фильтр возвратной линии является одним из наиболее частых видов неисправности после выхода из строя гидравлического насоса. Поддержание чистоты воздушного фильтра системы вентиляции бака — это простой, но эффективный этап технического обслуживания.

Для операций, где шум или потребление энергии являются решающим фактором, энергосберегающая гидравлическая силовая установка с насосом с регулируемой скоростью или устройством управления, чувствительным к нагрузке, может сократить расход топлива на 20–30% по сравнению с насосной системой с фиксированным рабочим объемом. Это особенно актуально для приложений, которые работают в течение длительного времени без возможности выключения двигателя.

Дизель против электроэнергии: где выигрывает каждая трансмиссия

Выбор между дизельной системой и полностью электрической системой часто зависит от того, является ли ваша техника стационарной или мобильной. Следующее сравнение суммирует основные компромиссы.

Если ваша машина перемещается между рабочими площадками и не может зависеть от подключения к сети, дизельный вариант часто является единственным практичным выбором. Если оборудование находится в заводском цехе или на складе, электродвигатель или тихий масляный гидравлический агрегат обеспечивают более низкий уровень шума и отсутствие выхлопов. В смешанной среде некоторые производители оборудования комбинируют дизельный двигатель с электродвигателем для работы насоса, обеспечивая лучшее из обоих миров: независимость от топлива при поездках и работу в экологически чистом городе при загрузке внутри помещений.

Советы по интеграции дизельных двигателей и гидравлических агрегатов

Интеграция дизеля с гидроагрегатом – техническая задача, требующая внимания к нескольким деталям. Наиболее распространенными ошибками являются неправильный выбор насоса, неправильная центровка муфты и недостаточный размер масляного бака. Проработайте эти пункты шаг за шагом:

1. Выбирайте прямую муфту или гибкую муфту с правильным выравниванием. Несоосная муфта может вызвать вибрацию и преждевременный выход подшипника из строя.
2. Впускной трубопровод насоса в бак должен быть как можно короче и как можно большего диаметра во избежание кавитации, особенно при работе дизельного двигателя на высоких оборотах.
3. Установите на бак качественный сливной фильтр и сапун, чтобы поддерживать систему в чистоте.
4. Учитывайте ориентацию установки. В некоторых гидравлических силовых агрегатах используется маслопогружная конструкция, в которой насос погружен в масло для снижения шума и продления срока службы насоса. Эта конфигурация хорошо работает с дизельными агрегатами, которым необходима тишина.
5. Сопоставьте частоту вращения двигателя со скоростью насоса. Многие дизельные двигатели имеют номинальную частоту вращения от 1500 до 2200 об/мин, тогда как гидравлические насосы обычно могут работать со скоростью до 3000 об/мин. Если частота вращения двигателя слишком низкая, вам может потребоваться насос большего объема для достижения требуемого расхода.
6. Проверьте, имеет ли дизельный двигатель достаточный запас мощности. Рекомендуемый запас запаса должен превышать расчетную гидравлическую мощность не менее чем на 15–20 % для покрытия износа насоса, потерь давления и сопротивления холодному пуску.

Энергосберегающая гидроустановка на аккумуляторной основе В этой станции используется аккумулятор и компоненты с низкой утечкой для поддержания давления при минимальной работе двигателя, что значительно снижает энергопотребление и шум в обрабатывающих центрах. Посмотреть продукт →

Часто упускаемый из виду фактор — вязкость гидравлической жидкости. Силовые агрегаты с дизельными двигателями часто запускаются в холодную погоду, а высоковязкое масло может остановить работу насоса или вызвать кавитацию в низкая температура окружающей среды . Использование всесезонного гидравлического масла с температурой застывания ниже -30°C и установка подогревателя бака — простые способы повысить надежность в холодную погоду.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое силовая установка дизельного двигателя?

Силовая установка дизельного двигателя представляет собой автономную силовую установку, состоящую из дизеля, гидронасоса, муфты, бачка с жидкостью и системы охлаждения. Он преобразует дизельное топливо в гидравлическую энергию для привода цилиндров или гидравлических двигателей. Он широко используется в мобильном и полевом оборудовании, где электроснабжение недоступно.

2. Как подобрать дизельный двигатель для гидравлического насоса?

Отталкивайтесь от требуемого расхода и давления. Использование P = p×Q/(600×η) Чтобы найти необходимую мощность двигателя, то добавьте запас 15–20 %. Например, для давления 200 бар при расходе 80 л/мин требуется примерно 32 кВт при общем КПД 0,85, поэтому выбирайте двигатель мощностью около 37–40 кВт.

3. Можно ли использовать дизельный силовой агрегат в помещении?

Да, но с ограничениями. Выхлопы дизельных двигателей содержат угарный газ, поэтому использование в помещении требует надлежащей вентиляции и удаления выхлопных газов. Если работа внутри помещения происходит часто, электрический или масляный гидравлический блок обычно является более безопасным выбором. Для непрерывной работы с низким уровнем шума рассмотрите бесшумный силовой агрегат с закрытым кожухом двигателя и глушителем выхлопных газов.

4. В чем разница между открытым и закрытым гидравлическим контуром?

В разомкнутом контуре насос всасывает масло из бака, а возвратное масло течет обратно в бак. В замкнутом контуре насос и гидромотор образуют контур, а небольшой подкачивающий насос компенсирует утечку. В силовых установках с дизельными двигателями обычно используется разомкнутая цепь для простоты и удобства обслуживания.

5. Как долго может работать дизельный силовой агрегат непрерывно?

Дизельный двигатель, обслуживаемый в хорошем состоянии, может работать 24 часа в сутки, но ограничивающими факторами становятся охлаждение и температура масла. Рекомендуемая максимальная температура гидравлического масла составляет около 60–70°C для стандартного минерального масла. Если температура масла постоянно превышает 80°C, вам потребуется масляный бак большего размера или масляный радиатор.

6. Какое обслуживание требует дизельный гидроагрегат?

Ежедневные проверки включают уровень моторного масла, уровень охлаждающей жидкости в радиаторе, уровень гидравлического масла и уровень топлива. Регулярное техническое обслуживание включает замену моторного масла и фильтров каждые 250–500 часов, замену топливного фильтра каждые 1000 часов, очистку воздушного фильтра каждые 500 часов и замену гидравлического масла каждые 2000–4000 часов. Муфту и соосность вала следует проверять каждые 1000 часов.

Ключом к успешной силовой установке с дизельным двигателем является не покупка самого большого двигателя, который вы можете найти, а соответствие мощности гидравлическим требованиям. Если вы создаете мобильную гидравлическую систему, которая должна работать независимо и надежно в удаленных условиях или на открытом воздухе, выберите дизельный агрегат с насосом правильного размера, надежной системой охлаждения и разумной стратегией снижения шума. Когда гидравлическая часть системы тщательно согласована с двигателем, весь пакет будет обеспечивать долгие годы надежной работы с предсказуемым бюджетом на техническое обслуживание.