Руководство по выбору гидравлического силового агрегата: основные расчеты, формулы и советы по выбору

Среди вопросов, которые мы чаще всего слышим от покупателей гидроагрегатов, выделяется один: «Какой размер мне нужен?» Обычно он поставляется со списком размеров цилиндра, целевой скоростью подъема и источником питания. Короткий ответ: размер устройства определяется тремя цифрами, которые определяют все остальное — расход, давление и рабочий цикл. Поток определяет скорость, давление определяет силу, а рабочий цикл определяет, сколько тепла должно выделять устройство. Любой другой выбор, от объема насоса до мощности двигателя и объема резервуара, вытекает из этих трех.

В этом руководстве представлена ​​практическая последовательность определения размеров с формулами, рабочими примерами и критериями выбора, которые можно применять непосредственно к подъемным платформам, доковому оборудованию, станкам, гидробортам и многим другим устройствам. Цель проста: дать вам правильный размер силового агрегата — не тот, который перегружен, недостаточен или склонен к перегреву.

Прежде чем начать: три управляющих числа

Каждое задание по определению размеров гидравлической силовой установки сводится к трем определяющим числам. Скорость потока, выраженная в литрах в минуту, определяет, насколько быстро выдвигается цилиндр или вращается гидравлический двигатель. Давление, выраженное в барах, определяет, какую силу может создать привод. Рабочий цикл, выраженный в процентах, контролирует тепловую нагрузку, которую должны поглотить резервуар, охладитель и компоненты. Как только эти три параметра зафиксированы, объем насоса, мощность двигателя, размер клапана и объем резервуара становятся арифметическими.

Рассмотрим подъемный стол, для которого требуется ход 500 мм, время подъема пять секунд и усилие полной нагрузки 20 кН. Типичный инстинкт говорит: «Купи двигатель побольше, чтобы быть в безопасности». Расчеты показывают другую картину: расход получается около 18,7 л/мин, давление около 64 бар, а правильная мощность двигателя примерно 2,2–3 кВт. Выбор двигателя мощностью 4 или 5,5 кВт увеличивает стоимость на 30–50%, увеличивает энергопотребление на холостом ходу и часто выделяет больше тепла, чем система фактически генерирует при нормальной работе. Если начать с трех управляющих цифр, подобные потери устраняются еще до того, как они произойдут.

Ключевые параметры определения размеров с первого взгляда

В таблице ниже приведены основные параметры, используемые при выборе гидравлического силового агрегата. Эти значения применимы к типичным промышленным и мобильным агрегатам в диапазоне 0,5–40 л/мин, который охватывает большинство подъемных платформ, грузовых лифтов, откидных бортов, доклевеллеров, станков и систем дорожных заграждений.

На практике вам не нужно точно указывать каждый параметр с первого прохода. Поток калибровки, показанный ниже, движется от цилиндра к насосу и двигателю, так что каждое значение поддерживает следующее.

Пошаговая процедура определения размера

Правильная последовательность определения размеров всегда начинается с привода и профиля движения. Невозможно рассчитать надежную величину расхода насоса или мощности двигателя, пока не известны диаметр цилиндра, ход поршня, время цикла и нагрузка. Следующие шаги следуют этому порядку.

Шаг 1. Установите требования к цилиндру и движению.

Запишите следующие значения для каждого привода в системе:

• Диаметр отверстия цилиндра (мм) и диаметр штока (мм)
• Длина хода (мм)
• Требуемое время продления (с) и время возврата (с)
• Перемещаемая нагрузка (Н или кг), включая потери на трение или наклон

Для ножничных подъемников или механизмов наклона требуемая сила в цилиндре — это не просто полезная нагрузка, разделенная на площадь поршня. Механическая связь умножает силу в зависимости от угла наклона платформы, поэтому используйте диаграмму нагрузки производителя или расчет свободного кузова, чтобы найти наихудшую нагрузку на цилиндр вблизи нижнего положения.

Шаг 2. Рассчитайте необходимую производительность насоса.

Используйте площадь поперечного сечения цилиндра и ход поршня, чтобы получить объем вытесненного масла, затем разделите его на необходимое время движения:

А = π × D²/4
V = А × ход
Q = V×60/t

Где A — площадь поршня в см², D — диаметр цилиндра в см, ход поршня в см, V — вытесняемый объем в миллилитрах (см³), t — время выдвижения в секундах, а Q — скорость потока в л/мин.

Рабочий пример: Цилиндр диаметром 63 мм и ходом 500 мм должен выдвигаться за 5 секунд. А = π×6,3²/4 = 31,17 см². V = 31,17 × 50 = 1558 мл. Q = 1558 × 60/5 = 18,7 л/мин. Добавьте 10–15 % запаса на внутренние утечки и износ: расчетный расход ≈ 21 л/мин.

Шаг 3 – Определите рабочее давление

Давление — это сила, деленная на площадь, выраженная в барах. Учитывайте падение давления на гидрораспределителе, обратных клапанах и трубопроводах, что обычно добавляет 5–10 бар в компактном силовом агрегате.

p (бар) = F (Н) / A (см²) / 10

При использовании того же цилиндра: p = 20 000 Н / 31,17 см² / 10 = 64,2 бар. При потерях в клапанах расчетное давление становится около 70 бар. Установите предохранительный клапан на давление 80 бар, что примерно на 15–20 % выше рабочего давления.

Шаг 4. Выберите объем насоса и мощность двигателя.

При заданной скорости двигателя рабочий объем шестеренного насоса рассчитывается как:

Vg (см³/об) = Q (л/мин) × 1000 / (n (об/мин) × η _v )

Предполагая двигатель переменного тока со скоростью 1450 об/мин и объемный КПД 0,92 для типичного шестеренчатый насос : Vg = 21×1000/(1450×0,92) = 15,7 см³/об. Выберите следующий стандартный размер, 16 см³/об, который обеспечивает производительность примерно 21,3 л/мин.

Мощность двигателя зависит от расхода и давления:

P (кВт) = p (бар) × Q (л/мин) / (600 × η _t )

При общем КПД (двигатель насоса) примерно 0,85: P = 70×21,3/(600×0,85) = 2,92 кВт. Выберите Двигатель переменного тока мощностью 3 кВт , следующий типоразмер выше 2,2 кВт.

В таблице ниже приведены четыре примера использования именно этого метода. Все значения рассчитаны для двигателя переменного тока со скоростью 1450 об/мин и включают запас по потоку 12%.

Для получения готового согласованного решения в этом диапазоне мощностей многие покупатели обращаются непосредственно к специальному силовому агрегату для подъемной платформы. Эти агрегаты объединяют насос, группу клапанов, резервуар и двигатель в одном узле, что исключает риск несоответствия компонентов.

Интегрированная силовая установка подъемной платформы с компенсацией давления Этот агрегат сочетает в себе насос, двигатель, блок клапанов и бак для подъемных платформ. Его клапан компенсации давления поддерживает постоянную скорость спуска при различных нагрузках, а варианты двигателя и бака подходят для различных рабочих циклов. Посмотреть продукт →

Шаг 5 – Размер резервуара

Общее практическое правило: при повторно-кратковременном промышленном режиме резервуар должен вмещать В 2–3 раза больше производительности насоса в минуту; для непрерывной работы используйте 3–5 раз. В рассматриваемом примере насосу производительностью 21 л/мин требуется резервуар емкостью 40–60 л для непрерывной работы или резервуар емкостью 20 л для мобильного применения с коротким циклом. Резервуар служит одновременно воздухоотделителем и радиатором, поэтому его уменьшение приведет к вспениванию и быстрому разложению масла.

Шаг 6 – Выберите клапаны и коллектор

• Предохранительный клапан: устанавливайте на рабочее давление плюс 15–20%, а не на максимальную мощность двигателя.
• Направляющий клапан: номинальная производительность должна равняться расходу насоса или превышать его; проверьте кривую падения давления.
• Пилотный обратный клапан: настоятельно рекомендуется для подъемных контуров во избежание сноса цилиндров.
• Компоновка блока клапанов: просверленные проходы делайте короткими и прямыми; резкие изгибы создают ненужную потерю давления и нагрев.

Если вы подбираете агрегат для машины постоянного тока или компактной машины, применяются те же формулы, но скорость двигателя другая (обычно 2800–4000 об/мин для двигателей постоянного тока). Объем насоса становится меньше при более высокой скорости, и ток двигателя необходимо сверять с мощностью аккумулятора или генератора. Основной принцип работы гидравлической системы остается неизменным независимо от источника питания.

Рабочий цикл, температура масла и эффективность

Рабочий цикл — это процент времени, в течение которого насос фактически подает масло под давлением в течение одного рабочего периода. Машина, которая работает 30 секунд, а затем простаивает 30 секунд, имеет рабочий цикл 50%. Доклевеллер, который поднимается три раза в час, имеет рабочий цикл, близкий к 2%. Отношения:

Рабочий цикл (%) = t _на / (т _на t _выкл. ) × 100

КПД шестеренного насосного агрегата обычно составляет 80–90%. Оставшаяся энергия преобразуется в тепло. Для агрегата, производящего 2,68 кВт гидравлической мощности при КПД 85 %, необходимо отказаться от примерно 0,4 кВт. В резервуаре объемом 40 л с естественной конвекцией поддерживается температура масла примерно ниже 70°C при температуре окружающей среды до 40°C. Если рабочий цикл превышает 50%, добавьте маслоохладитель или увеличьте объем резервуара еще на 20–30%.

Машины непрерывного действия, такие как гидравлические грузовые подъемники, парковочные подъемники и подъемные колонны с длинным ходом, часто выигрывают от масляный силовой агрегат , где двигатель и насос работают погруженными в резервуар. Такая конструкция работает тихо, рассеивает тепло непосредственно в масло и занимает меньше места, чем отдельный бак и рама.

Аккумуляторная энергосберегающая гидроэлектростанция Эта станция, предназначенная для приложений с длительным выдерживанием давления, таких как обрабатывающие центры, использует аккумулятор для остановки двигателя в периоды простоя, сокращая энергопотребление, шум и нагрев, одновременно продлевая срок службы оборудования. Посмотреть продукт →

AC, DC или масляное погружение: различия в размерах

Формулы расхода и давления в активной зоне одинаковы для всех типов энергоблоков. Различия проявляются в скорости двигателя, потреблении тока и управлении теплом.

Блоки питания переменного тока

Блоки переменного тока работают со скоростью 1450 об/мин (4-полюсный, 50 Гц) или 1740 об/мин (4-полюсный, 60 Гц). Они являются выбором по умолчанию для промышленного оборудования, имеющего стабильное электропитание — подъемных платформ, станков, конвейеров и докового оборудования. Таблица размеров в предыдущем разделе относится непосредственно к блокам переменного тока.

Блоки питания постоянного тока

Установки постоянного тока работают от аккумуляторов напряжением 12 В, 24 В или 48 В и используются в гидробортах, тележках с поддонами, мобильных подъемных платформах и самоопрокидывающихся прицепах. Двигатели постоянного тока вращаются со скоростью 2800–4000 об/мин, поэтому объем насоса при заданном расходе примерно вдвое меньше, чем у шестеренного насоса переменного тока. Ток двигателя является критической проверкой:

I(A) = P(W)/(U(V)×η _мотор )

Двигатель мощностью 1,5 кВт в системе 24 В потребляет примерно 74 А — сечение кабеля аккумулятора, номинал предохранителя и размер контактора должны соответствовать этому току. Если применение происходит с перерывами и пространство ограничено, компактная насосная станция с двигателем постоянного тока часто является самым чистым упаковочным решением.

Компактный микроблок питания постоянного тока для цилиндров двустороннего действия Этот блок постоянного тока, созданный для работы в ограниченном пространстве, приводит в действие гидравлические цилиндры двойного действия через картриджный электромагнитный клапан. Благодаря вариантам напряжения 12–48 В и компактной упаковке он подходит для периодических задач в морском, автомобильном и логистическом оборудовании. Посмотреть продукт →

Маслонаполненные силовые агрегаты

Маслонаполненные агрегаты размещают насос, двигатель и клапаны непосредственно внутри резервуара. Они тише и компактнее обычных агрегатов, что делает их признанным выбором для гидравлических подъемных колонн, антитеррористических столбов, гаражных подъемников и гидравлических грузовых лифтов. Поскольку двигатель находится в масле, тепло передается непосредственно жидкости, что улучшает охлаждение во время непрерывной езды на велосипеде. Размер резервуара в этих агрегатах может быть меньше, чем предполагает правило 3–5, поскольку тепло двигателя передается непосредственно в масло, а не излучается в корпус.

Распространенные ошибки при выборе размеров и как их избежать

По нашему опыту поддержки покупателей гидравлики, шесть ошибок возникают чаще, чем любые другие. У каждого из них есть предсказуемый симптом и простая профилактика.

Часто задаваемые вопросы

Какой параметр является наиболее важным при выборе гидравлического силового агрегата?

Тремя наиболее важными параметрами являются расход, давление и рабочий цикл, но расход обычно рассчитывается в первую очередь. Если расход неправильный, скорость привода неправильная, и никакие настройки давления не смогут это исправить. Сначала проверьте расход, затем проверьте давление и рабочий цикл, прежде чем переходить к двигателю и резервуару.

Какую маржу я должен добавить к расчетному расходу?

Для новой системы шестеренного насоса разумным является запас в 10–15 %. Добавьте больше, если уплотнения цилиндра старые, трубопроводы длинные или насос проработал более 10 000 часов. Не превышайте 20 %, если только вы не планируете будущую производительность, поскольку дополнительный поток увеличивает мощность двигателя и стоимость.

Могу ли я использовать один и тот же блок питания для двух разных машин?

Только если обе машины требуют одинакового расхода, давления и рабочего цикла. Устройство, рассчитанное на медленный пресс с высокой силой, вряд ли подойдет для быстрого подъемного стола с низким усилием. Использование одного устройства для двух задач вынуждает вас идти на компромисс либо в скорости, либо в силе, и обычно приводит к тому, что одна машина работает неэффективно.

Что будет, если мотор немного занижен?

Двигатель будет потреблять сверхток, нагреваться и отключать защиту от тепловой перегрузки. При продолжительной работе температура обмотки двигателя превышает номинальный класс, что сокращает срок службы изоляции. В тяжелом случае двигатель полностью сгорает, а насос также может быть поврежден из-за возникающей вибрации и кавитации.

Что выбрать для своего силового агрегата: шестеренный или поршневой насос?

Шестеренчатые насосы являются стандартным выбором для систем с давлением 50–200 бар и расходом примерно до 40 л/мин. Они просты, экономичны и устойчивы к умеренному загрязнению. Поршневые насосы становятся целесообразными при давлении выше 200 бар или когда требуется пропорциональное управление потоком и переменный рабочий объем. Для большинства операций подъема и зажима шестеренный насос представляет собой правильный баланс стоимости и надежности.

Почему мой силовой агрегат долго набирает давление в холодную погоду?

Холодное масло имеет гораздо более высокую вязкость, иногда превышающую 400 сСт при температуре -20°C. Насос с трудом всасывает масло из резервуара, что приводит к кавитации и медленному нарастанию давления. Распространены два решения: перейти на класс вязкости 32 сСт для холодного климата или добавить в резервуар электрический погружной нагреватель, который нагревает масло перед запуском.

Окончательный контрольный список предварительного заказа

Прежде чем отправить спецификацию производителю гидравлической силовой установки, просмотрите следующий контрольный список:

• Усилие цилиндра проверено в худшей рабочей точке, включая потери в рычажном механизме.
• Проверено время полного цикла (выдвижение, втягивание и задержка)
• Расход насоса после объемного КПД превышает требуемый расход.
• Мощность двигателя выбирается с учетом общей эффективности системы, а не только мощности гидравлической системы.
• Объем резервуара соответствует рабочему циклу и температуре окружающей среды.
• Настройка предохранительного клапана на 15–20 % выше рабочего давления.
• Уровень фильтрации (10–25 мкм) соответствует типу насоса.
• Потребление постоянного тока проверяется по номиналам аккумулятора и предохранителей.
• Охлаждение или масляный обогреватель запланированы для экстремальных условий окружающей среды.

Гидравлический агрегат правильного размера обеспечивает заданную скорость и усилие, работает при стабильной температуре масла и не тратит энергию впустую. Несколько минут, потраченных на эти расчеты, обычно экономят недели на устранение неполадок позже. Если вам нужна помощь в подборе силового агрегата к вашим конкретным требованиям к цилиндру и циклу, наша команда инженеров может просмотреть ваши данные и порекомендовать подходящий блок из серии переменного, постоянного или масляного типа.