33-99No. Mufu E Rd. Gulou District, Nanjing, Kina [email protected] | [email protected]
33-99No. Mufu E Rd. Gulou District, Nanjing, Kina [email protected] | [email protected]
En tilbageholdelsesventil består hovedsageligt af et ventilkabinet med indgangs- og udgangsporte samt en fjederbelastet bevægelig del. Den bevægelige del kan være en skive, plade eller stempel — i hydrauliske systemer er det oftest en kugle eller et stemplede sæde.
Væske kan kun strømme gennem en tilbageholdelsesventil i én retning — den frie strømningsretning. Når systemtrykket ved indgangsporten stiger tilstrækkeligt til at overvinde fjederkraften, der presser klappen mod sædet, bliver klappen skubbet væk fra sit sæde, og væsken strømmer igennem. Dette er den frie strømningsretning. Når væsken forsøger at strømme tilbage fra udladningsporten, bliver klappen skubbet ind mod sit sæde, hvilket tætter passage og blokerer omvendt strømning.
Figur 8-1: Tilbageholdelsesventil. Den fjederbelastede klappe sætter sig, når strømningen vendes, og blokerer fuldstændigt omvendt strømning. Tilbageholdelsesventilen er det hydrauliske ækvivalent til en énvejsvej.
En tilbageholdelsesventil har både retningsspecifikke og trykkontrollerende funktioner — den tillader strømning i kun én retning. I hydrauliske systemer bruges tilbageholdelsesventiler ofte som omgåelsesventiler, der tillader strømning forbi en komponent. For eksempel tillader en tilbageholdelsesventil i parallel med en strømningsreguleringsventil omvendt strømning at omgå strømningsreguleringsventilen.
Klapventiler kan også isolere en gren eller en komponent i et system. For eksempel ved en akkumulator: Klapventilen forhindrer, at akkumulatoren aflader tilbage gennem trykafbryderen eller hydraulikpumpen.
SAFETY: Når klapventiler anvendes i akkumulatorkredsløb, skal kredsløbet have en mekanisme til automatisk afladning af akkumulatoren, når maskinen slukkes.
En klapventil er generelt en lavt-lækkende enhed; faktisk kan den udformes helt lækkefri. En klapventil kan holde en last næsten ubegrænset lang tid. Husk dog, at en klapventil er en énvægsventil – for at frigøre lasten skal den bevægelige del tvænges væk fra sædet. Dette kræver en speciel type klapventil, der kaldes en pilotstyret klapventil.
Figur 8-2 Tre almindelige anvendelser af klapventiler i hydrauliske kredsløb: omgåelse af en strømningsregulator, isolation af en akkumulator og tryktrin med fjederbelastning.
De fleste hydrauliske komponenter af tromletype har en vis intern bypass-strømning — dette indikerer ikke dårlig kvalitet, da den største del af denne bypass-strømning faktisk er designet ind for at smøre komponenten. Hvis et system dog kræver, at en cylinder skal kunne holde en last hængende uden at krybe, bliver utætheder et problem. I denne situation skal der anvendes en tilbageholdelsesventil med tætningsfunktion.
En pilotstyret tilbageholdelsesventil tillader fri strømning i én retning; når pilottryk presser den bevægelige del væk fra sædet, kan omvendt strømning også passere igennem.
Ligesom en almindelig tilbageholdelsesventil har en pilotstyret tilbageholdelsesventil et ventilkabinet med indgangs- og udgangsporte samt en fjederbelastet poppet (bevægelig del), der presses mod et sæde. Derudover er poppetten direkte over for sædet udstyret med en trykstang og en pilotpiston, der er belastet af en blød fjeder. Pilottryk fra pilotporten virker på pistonen. Fjederrummet ved pistonen har en afløbsport.
En pilotstyret tilbageholdelsesventil tillader fri strømning fra indgang til udgang på samme måde som en almindelig tilbageholdelsesventil. Strømning, der forsøger at trænge ind fra udgangen, tvinger stempelklappen til at sidde fast, hvilket lukker passageen. Når der påvirkes stempelklappen med tilstrækkeligt pilottryk, bevæger stemplet sig og presser på stempelklappen, så den løftes fra sædet. Så længe kraften på pilotstemplet er stor nok, kan strømning passere fra udgang til indgang.
Figur 8-3: Pilotstyret tilbageholdelsesventil. Uden pilottryk fungerer den som en almindelig tilbageholdelsesventil (fri strømning i én retning kun). Når pilottryk anvendes, tillades også omvendt strømning – hvilket muliggør aflastning af belastningen.
Ved at bruge én pilotstyret tilbageholdelsesventil til at blokere strømningen fra cylinderens B-port holdes belastningen suspenderet, så længe cylinderens tætningsforhold er effektive og der ikke er noget utæthed i ledninger, cylinder eller tilbageholdelsesventil. For at sænke belastningen påføres blot pilottryk fra ledning A til styrestempel.
Pilottrykket for den pilotstyrede tilbageholdelsesventil udtages fra arbejdslinien til den hydrauliske cylinder — så længe trykket i linie A er tilstrækkeligt højt, forbliver tilbageholdelsesventilen åben. Når lasten løftes, passerer olie let gennem tilbageholdelsesventilen, fordi det er retningen for fri strømning.
I nogle situationer skal laste, der er fastgjort til cylinderens stempelstang, holdes fuldstændig stille. For at opnå dette kan en pilotstyret tilbageholdelsesventil monteres i hver af cylindernes arbejdslinier — de pilotstyrede tilbageholdelsesventiler spærre strømmen ud fra cylinderen. Så længe cylinderens tætninger forbliver effektive og der ikke er nogen utætheder noget sted, kan lasten holdes på plads.
For absolut lastlåsning skal der anvendes en speciel låsecylinder med en mekanisk låseanordning. Mekanisk låsning er den sikreste metode til at holde lasten på plads.
En akkumulator lagrer hydraulisk tryk. Dette hydrauliske tryk er potentiel energi, som kan omformes til arbejdsenergi (strømning og tryk).
Akumulatorer kan opdeles i tyngdekraftbelastede, fjederbelastede og væske-/gasbelastede typer. De adskiller sig fra hinanden i, hvordan akumulatoren opretholder den arbejdskraft, der virker på den lagrede olie.
En tyngdekraftbelastet akumulator bruger vægten af et tungt objekt, der virker på en kolben eller et stempel, til at opretholde den arbejdskraft, der virker på den lagrede olie. Vægten kan fremstilles af ethvert tungt materiale – jern, beton eller endda vand. Tyngdekraftbelastede akumulatorer er generelt meget store, nogle gange med en kapacitet på flere hundrede gallons. De betjener flere hydrauliske systemer samtidigt og anvendes i trillebænker og centrale hydrauliske systemer.
Den ønskelige egenskab ved en tyngdekraftbelastet akumulator er, at den lagrer olie ved en relativt konstant tryk – uanset om beholderen er fuld eller næsten tom, forbliver det lagrede tryk stort set uændret. Dette skyldes, at kraften, der virker på olien, er tyngdekraften (vægten), som er konstant – uanset hvor meget olie der er i akumulatoren, er den påførte kraft den samme.
En uønsket egenskab ved akkumulatorer med tyngdekraftspåvirkning er frembringelsen af stød. Når en akkumulator med tyngdekraftspåvirkning pludselig standses under hurtig strømningsafgivelse, skaber inertien fra det tunge lod betydelige trykspidser i systemet. Dette kan forårsage utætheder i rør og tilslutninger og kan føre til metaltræthed, hvilket resulterer i for tidlig komponentfejl.
Figur 8-6: Akkumulator med tyngdekraftspåvirkning. Det konstante lod frembringer konstant tryk uanset olievolumen. Anvendes i store industrielle systemer, såsom hydraulikanlæg på stålverker.
En fjederbelastet akkumulator bruger en fjeder, der virker på en kolben, til at opretholde kraften på den lagrede olie. Fjederbelastede akkumulatorer er generelt mindre end tyngdekrafttyper og kan indeholde et par gallon. De bruges typisk til ét enkelt hydraulisk system og fungerer normalt ved lavt tryk. Når trykolie trænger ind i den fjederbelastede akkumulator, bestemmes det lagrede oliepressur af, hvor meget fjederen er komprimeret. Når kolben bevæger sig opad og komprimerer fjederen 10 tommer (25,4 cm), er det lagrede tryk højere end, når fjederen er komprimeret 4 tommer (10,2 cm).
For at forhindre, at der samles utæt olie i fjederkammeret, er fjederkammeret udstyret med en afløbsåbning, så utætheden kan løbe ud. Fjederbelastede akkumulatorer bør ikke afløbe eksternt til reservoaret, da dette vil få olien til at skumme. Uanset om afløbsrørets ende befinder sig over eller under væskeniveauet i reservoaret, vil akkumulatoren altid frembringe skum under drift – når akkumulatoren hurtigt afgiver strømning, kan olien over stemlen ikke følge med stemlens bevægelse, hvilket skaber et delvist vakuum i fjederkammeret og får luft til at adskilles fra olien. Når akkumulatoren genopfyldes, bevæger stemlen sig opad og presser den luftfyldte olie tilbage til reservoaret. Luftbobler i reservoaret er uønskede, hvorfor fjederbelastede akkumulatorer typisk ikke afløber eksternt.
For fjederbelastede akkumulatorer med ekstern afløb fra fjederkammeret kræves øjeblikkelig opmærksomhed, hvis stemletætningen slits. Uden tidlig reparation kan en rengøringsproces blive nødvendig.
Figur 8-7 Fjederbelastet akkumulator. Fjederkraften – og dermed den lagrede trykkraft – øges, når stemlen bevæger sig opad. Anvendes i små, lavtryksystemer.
Væske-/gasakkumulatoren er den mest almindelige type i industrielle hydrauliske systemer. Den anvender komprimeret gas til at opretholde den arbejdskraft, der påvirker den lagrede olie.
SAFETY: I industrielle systemer med væske-/gasakkumulatorer skal der altid anvendes tørt kvælstofgas. Brug aldrig komprimeret luft, da gas-/olie-dampblandinger er eksplosive.
Væske-/gasakkumulatorer opdeles i stemletype, membrantype og blæsebagtype, afhængigt af den enhed, der bruges til at adskille gassen fra olien.
En akkumulator af kolvetype består af et cylinderhus og en bevægelig kolve med elastiske tætningsringe. Den øverste del af rummet over kolven er fyldt med komprimeret gas. Når olie fyldes ind i cylinderhuset, bliver gassen komprimeret. Når olie afgives fra akkumulatoren, falder gastrykket. Når al olie er afgivet, når kolven enden af sin slaglængde og lukker udløbsåbningen, således at gassen forbliver inden i akkumulatoren.
En akkumulator af membrantype er en kugle, der dannes ved at skru to metalhalvkugler sammen. Det indre rum er opdelt af en syntetisk gummimembran – den øverste kammer er fyldt med gas. Når trykolie trænger ind i det andet kammer, bliver gassen komprimeret. Når al olie er afgivet, dækker membranen udløbsåbningen og holder gassen inde i akkumulatoren; membranen bliver ikke presset ud over sin egen tykkelse.
En akkumulator af blæse type består af et metalhus og en indre syntetisk gummiblæse. Blæsen er fyldt med gas. Når olie trænger ind i huset, bliver gassen i blæsen komprimeret, og olie strømmer ud af huset. Når al olie er frigivet, forsøger gastrykket at presse blæsen ud gennem udløbsåbningen – men når blæsen kommer i kontakt med sædeventilen ved udløbet, forsegles olie i huset automatisk.
Figur 8-8 Tre typer væske-/gasakkumulatorer. Alle bruger komprimeret nitrogen til at lagre hydraulisk energi. Pistontype (øverst), membrantype (midten) og blæsetype (nederst) adskiller sig fra hinanden ved, hvordan gas og olie adskilles.
Akkumulatorer kan udføre flere funktioner i hydrauliske systemer: levere strømning, opretholde tryk og absorbere stød.
Forsyning af strøm er én anvendelse af en akkumulator. En ladet akkumulator er en kilde til hydraulisk potentiel energi. Når systemet kræver mere strøm, end pumpen kan levere, kan den energi, der er lagret i akkumulatoren, bruges til at generere systemstrøm. For eksempel kan en maskine være designet således, at den faktiske arbejdstid er meget kort under dens driftscyklus, og en pumpe med lille fortrængning kan så ladte akkumulatoren i et stykke tid. Når maskinen er i drift, skifter den retningsservostyring til arbejdspositionen, og akkumulatoren afgiver straks trykolie til aktuatoren efter behov. Denne metode til at bruge akkumulatoren sammen med en lille pumpe lagrer top-effekt – med andre ord erstatter den den store strøm/effekt fra en stor pumpe/motor i kort tid med en lille pumpe/motor, der gennemsnitligt leverer over en længere periode.
Akkumulatorer kan bruges til at opretholde tryk. Når pumpen/motoren leverer strøm til andre dele af systemet, kan en akkumulator opretholde tryk på én gren af kredsløbet.
Når systemet kræver, at spændecylinder A skal returnere, skal spændecylinder B opretholde trykket. Når retningssventilen A skifter, falder trykket i hydraulikpumpen og i ledningerne til cylinder A hurtigt, mens trykket i cylinder B opretholdes af akkumulatoren, som allerede har lagret tilstrækkeligt trykolie til at kompensere for utætheder i ledningerne til cylinder B.
I et andet anvendelsestilfælde udsættes en arbejdscylinder nær en ovn for høj omgivende temperatur, hvilket får olien til at udvide sig termisk. Akkumulatoren optager den øgede volumen og opretholder trykket på et relativt konstant niveau. Uden akkumulatoren ville trykstigningen i ledningerne være ukontrolleret og kunne medføre brud på komponenthuse, rør eller forbindelsesdele.
Figur 8-10 Akkumulator til trykopretholdelse. (Øverst) Opretholder tryk på én kredsløbsgren, mens pumpen betjener en anden. (Nederst) Optager volumenændringer fra termisk olieudvidelse nær varmekilder.
Væske-/gasakkumulatorer kan også bruges til at absorbere systemstød. Stød i et hydraulisk system kan forårsages af inertien fra en belastning, der er forbundet til en cylinder eller motor, eller ved pludselig strømningsafbrydelse eller hurtig retningsskift i en ventil, hvilket skaber stød som følge af væskens inertie. En akkumulator i kredsløbet kan absorbere en del af stødet og forhindre, at det spreder sig gennem hele systemet.
Eksterne mekaniske kræfter kan også skabe hydraulisk stød. En belastning, der er forbundet til en hydraulisk cylinder med tendens til at springe tilbage, presser stemlen tilbage og skaber hydraulisk stød. En akkumulator i cylinderledningen, hvis den er korrekt ladet, hjælper med at reducere stødets virkning. Hvis den er forkert ladet, kan den også forårsage overtryk.
Da væske-/gasakkumulatorer bruger komprimeret gas til at opbevare oliepres, påvirker gasegenskaberne akkumulatorens ydeevne. Når en væske-/gasakkumulator fyldes, bliver gassen komprimeret, og dens temperatur stiger. Ved konstant tryk optager varm gas mere plads end kølig gas.
Den isoterme proces beskriver akkumulatorens driftstilstand, når gastemperaturen holdes konstant. Under påfyldning betyder isotherm drift, at gassen komprimeres langsomt nok til, at al varme, der genereres ved kompressionen, fuldstændigt afledes. Den adiabatiske proces beskriver akkumulatorens driftstilstand, når gastemperaturen ændres. Under påfyldning betyder adiabatisk, at gassen komprimeres så hurtigt, at al varme bevares.
For en væske-/gasakkumulator, der er fyldt til samme tryk, lagrer den isoterme proces mere olie end den adiabatiske proces.
Numerisk eksempel: En kolbeakkumulator har oprindeligt en gastryk på 500 psi (34,48 bar) og en temperatur på 70°F (21°C). Hvis den oplades til 1.000 psi (68,97 bar) ved en adiabatisk proces (hurtig), stiger temperatur og tryk sammen. Ved 1.000 psi (68,97 bar) standser olieindtrængen; temperaturen er 150°F (65,6°C), og akkumulatoren indeholder 135 in³ (2.215,65 cm³) olie. Hvis den oplades isothermisk (langsomt), forbliver temperaturen konstant på 70°F (21°C); ved 1.000 psi (68,97 bar) standser olieindtrængen, og akkumulatoren indeholder 150 in³ (2.458,5 cm³) olie.
Figur 8-12: Isothermisk versus adiabatisk opladning. Langsom (isothermisk) opladning lagrer mere olie end hurtig (adiabatisk) opladning ved samme sluttryk, fordi temperaturen forbliver lavere, og gassen optager mindre plads.
Under olieudladning udvider gas sig og afkøles. Ved konstant tryk optager køligere gas mindre plads end varmere gas. I praksis foregår akkumulatorers drift generelt adiabatisk — ikke isotermisk. I de følgende afsnit er den primære bekymring ikke, hvor meget olie akkumulatoren kan lagre, men derimod, hvor meget olie den afgiver, inden trykket falder til et lavere niveau, hvilket stærkt påvirkes af forspændingstrykket.
Når en akkumulator er helt tom for olie, er det gastryk, der indfyldes i væske-/gasakkumulatoren, forspændingstrykket. Dette tryk påvirker betydeligt den effektive volumen og stødabsorberende ydeevne af akkumulatoren.
Væske-/gasakkumulatorer, der bruges til at frembringe systemstrømning eller opretholde tryk, fungerer typisk mellem maksimalt og minimalt arbejdstryk. Når akkumulatoren er fuldt ladet med olie, opnår den maksimalt arbejdstryk. Når det er nødvendigt, falder arbejdstrykket, og akkumulatoren afgiver olie, ned til et lavere minimumstryk. Den olievolumen, som akkumulatoren afgiver mellem maksimalt og minimums arbejdstryk, er den effektive volumen.
Forudspændingstrykket påvirker den effektive volumen. Eksempel: En væske-/gasakkumulator på 231 in³ (3.786 cm³) i et system bruger en lille pumpe til at lade olie op til systemtrykket på 2.000 psi (137,9 bar). For at levere strømning tillades trykket at falde til 1.500 psi (103,4 bar). Det valgte forudspændingstryk bestemmer, hvor meget olie akkumulatoren leverer til systemet.
Fra ydelsestabellen kan en akkumulator med en kapacitet på 231 in³ (3.786 cm³) og en forspænding på 100 psi (6,89 bar) opbevare 210 in³ (3.441,9 cm³) olie ved isotherm ladning ved 1.000 psi (øvre grænse = isotherme værdier). Ved 1.500 psi (103,4 bar) opbevarer den 202 in³ (3.310,8 cm³) og leverer dermed 8 in³ (131 cm³) mellem de to trykniveauer. Denne akkumulator med lav forspænding opbevarer meget olie, men leverer meget lidt.
Hvis forspændingen øges til 1.000 psi (68,96 bar), opbevarer akkumulatoren 93 in³ (1.524,3 cm³) ved 2.000 psi (137,9 bar) og 59,5 in³ (975 cm³) ved 1.500 psi (103,4 bar) og leverer dermed 33,5 in³ (594,1 cm³). Den højere forspænding opbevarer mindre olie, men leverer betydeligt mere. Med en forspænding på 1.400 psi (96,6 bar) er den opbevarede oliemængde minimal, mens den leverede oliemængde er maksimal.
Figur 8-13: Akkumulator-ydelsestabel (kapacitet på 231 in³). En højere forspændingstryk leverer mere olie pr. cyklus inden for givne trykgrænser, men opbevarer mindre samlet oliemængde. Vælg forspænding ud fra den krævede effektive volumen og ikke den samlede kapacitet.
Den effektive volumenudgang fra en akkumulator skal styres af strømmen. Ved trykvedligeholdelse bestemmes den styrede strøm af det utæthedsflow, der skal kompenseres. For akkumulatorer, der anvendes til at levere trykolie, er den effektive volumenudgang for hurtig, når den nedstrøms retningsservostyring skifter. Af denne grund er disse akkumulatorer ofte udstyret med strømningsreguleringsventiler og bypass-hæklåseventiler på deres ind- og udgangsport.
Når en væske-/gasakkumulator anvendes som en støddæmper, indstilles dens forspænding normalt lidt over det maksimale arbejdstryk i kredsløbet (indstillet til ca. 100 psi / 6,896 bar over det maksimale tryk efter trykafbryderens indstilling). Hvis det maksimale arbejdstryk fastsættes af trykafbryderen, kan forspændingen indstilles til ca. 100 psi over trykafbryderens indstilling.
Forladningstrykket for en væske-/gasakkumulator påvirker dets evne til at absorbere stød. I et hydraulisk system skyldes stød eksterne mekaniske kræfter på en cylinder eller motor, der forårsager en hurtig trykstigning, eller væskens inertimasse, når en hydraulisk ventil pludseligt lukkes.
Akkumulatoren kan absorbere den del af stødtryk-olien, som den kan komprimere og overføre. En ledning med en akkumulator bliver komprimerbar over et bestemt tryk. Hvis akkumulatorens forladningstryk er for lavt, har den allerede opbevaret en vis mængde olie, inden stødet rammer, og kan derfor kun absorbere 4 in³ (65,6 cm³). Hvis forladningstrykket er 2.500 psi (172,4 bar) – for højt – stiger trykket næsten til 2.800 psi (193 bar), inden 4 in³ absorberes. For støddæmpere er forladningstrykket yderst vigtigt.
En væske-/gasakkumulator fyldes én gang med gas til den korrekte forspændingstryk. Dette betyder, at samme forspænding ikke kan opretholdes ubegrænset tid. Når akkumulatoren er i drift, kan komprimeret gas lekke gennem gasventilen — muligvis på grund af fejl på gasventilen eller dårlig tætning, eller på grund af et problem med den koniske ventilkerns sæde i ventilsædet. Gastrykket falder også gradvist under olieudladning for blæse- og membranakkumulatorer — dette sker typisk katastrofalt og fører til brud på den syntetiske gummi-membran. For stempeleakkumulatorer kan den opladte gas undslippe forbi slidte tætninger fra stempelets område under udladningsprocessen. En gradvis tab af forspænding kan indikere en stempeleakkumulator med en vis grad af slitage.
Korrekt forspændingspres er afgørende for væske-/gasakkumulatorers ydeevne, og det bør derfor kontrolleres regelmæssigt. Der kræves en påfyldningsenhed med manometer til kontrol af forspændingspresset. Enheden består hovedsageligt af en påfyldningsklo, en afladningsventil og et manometer.
Procedure til kontrol: Tøm hele akkumulatoren for olie, og fjern beskyttelseskappen (typisk på gasventilen i toppen). Med kloens håndtag fuldt udtrukket kontrolleres det, at afladningsventilen er lukket. Forbind påfyldningskloen med akkumulatorens gasventil, stram kloens vingemøtrik, og sikr en pålidelig forbindelse til gasventilen. Skru kloskruen ind, så akkumulatorens gasventilkern presses helt ind; aflæs manometerets tryk — dette er akkumulatorens forspændingspres.
Hvis forladningen er korrekt, drej spændehåndtaget ud for at lukke akkumulatorgasventilen, åbn afladningsventilen for at reducere trykket i ladeenheden, løs spændevingemøtrikken, fjern enheden fra akkumulatoren og monter igen beskyttelsesdækslet på gasventilen.
Hvis forspændingen er for høj, åbn afladningsventilen for at frigøre overskydende tryk. Hvis forspændingen skal øges, træk først chuck-håndtaget ud for at lukke akkumulator-gasventilen, åbn afladningsventilen for at nedtrykke opladningsenheden, luk derefter afladningsventilen, og tilslut opladningsenheden til en kvælstofcylinder. Drej chuck-håndtaget ind, så akkumulator-gasventilens kerne trykkes fuldt ud, og åbn kvælstofcylinderventilen, så gasen langsomt kan trænge ind i akkumulatoren. Når manometeret viser det ønskede tryk, luk gasventilen. Når manometeret viser den korrekte forspænding, luk kvælstofcylinderventilen, træk chuck-håndtaget ud for at lukke akkumulator-gasventilen, åbn afladningsventilen, og afkoble derefter den fleksible opladningsløsning og opladningsenheden.
Figur 8-15: Kontrol og indstilling af akkumulator-forspænding. (Øverst) Slidte pistonsæt forårsager gradvis forspændingstab. (Nederst) Standard kvælstof-opladningskit — brug altid tør kvælstof, aldrig komprimeret luft.
I en typisk hydraulikkreds med akkumulator skal pumpens/motorens strøm aflastes til reservoiret ved så lavt et tryk som muligt, når akkumulatoren er fuldt opladet og ingen del af systemet er i brug. I den viste kreds anvendes en dumpventil til aflastning. Når akkumulatoren oplades til dumpventilens indstilling, åbner dumpventilen og leder pumpestrømmen til reservoiret.
Typisk kan denne type aflastning kun vare i få sekunder, da der altid er en vis lækkage nedstrøms for checkventilen. Akkumulatoren skal kompensere for denne lækkage — trykket falder gradvist — dumpventilen lukker gradvist, og åbningen til reservoiret bliver mindre og mindre, indtil akkumulatortrykket falder under ventilens åbningstryk. Når ventilen lukker, skal pumpen/motoren yde mere effekt for at genoplade akkumulatoren til dumpventilens indstilling.
For at sikre, at pumpen/motoren er fuldstændigt aflastet, inden akkumulatoren genopfyldes, kan en trykskifter anvendes. I kredsløbet registrerer trykskiften akkumulatorens tryk og sender et elektrisk skiftesignal ved en indstillet trykværdi. Det elektriske signal sendes til en normalt lukket tovejs-magnetventil – denne magnetventil kan styre en pilotstyret trykafladningsventil til aflastning. Når akkumulatoren opnår trykskiftens indstillede tryk, sender relæet et signal til magnetventilen for at aflaste trykafladningsventilen og lede pumpens/motorens strøm til reservoiret gennem trykafladningsventilen.
Figur 8-16: Aflastningskredsløb for akkumulatorer. (Øverst) En simpel dumpventil – aflaster til tanken, når akkumulatoren når det indstillede tryk, men har tendens til at cykle. (Nederst) Trykskifter med pilotstyret trykafladningsventil – sikrer fuldstændig aflastning og præcis kontrol af trykbåndet.
Efter akkumulatoren er blevet ladet, kan en differenstryksudlastningsventil erstatte trykafbryderen og magnetventilen for at frigøre afladningsventilen og udlaste pumpe/motor. Differenstryksudlastningsventilen er en hydraulisk ventil, der er designet specifikt til akkumulatoranvendelser. Som navnet antyder, bruger denne ventil en trykforskel til at udlaste pumpe/motor.
Differenstryksudlastningsventilen er monteret fra en styret afladningsventil, en tilbageholdelsesventil og en differentialpiston i én ventilkrop. Ventilkroppen har tre tilslutninger: tryktilslutning, returtilslutning og akkumulatortilslutning.
Inden i differenstryk-unloadningsventilen fungerer kontaktklappen og den styrede trykafbryderventil normalt. Pumpens udløbsolie kan oplade akkumulatoren gennem kontaktklappen. Den differentielle kolben sidder over for spædestyret ventils klap og kan bevæge sig frit i sin cylinder. Kolbens to ender er udsat for lige store trykarealer. Når akkumulatoren oplades, er trykket på begge sider af kolben næsten identisk (idet trykfaldet gennem kontaktklappen ignoreres), så kolben bevæger sig ikke. Når trykket på spædestyret ventils klap bliver tilstrækkeligt stort, bliver spædestyret klap skubbet væk fra sædet — som allerede kendt kan denne spædestyring begrænse trykket i hovedventilens fjederkammer. Da hovedventilens fjederkammer og den ene ende af den differentielle kolbe er trykbegrænsede, bevæger kolben sig mod spædestyret ventils klap og skubber spædestyret klap fuldstændigt væk fra sædet, hvilket effektivt frigør styretrykket i hovedklappens fjederkammer, udlaster trykafbryderventilen og udlaster pumpen/motoren. Kontaktklappen lukker samtidig, så olie fra akkumulatoren ikke kan aflades gennem trykafbryderventilen.
Den differentielle stemmelareal, der er udsat for tryk, er 15 % større end styreventilens spoleareal. Da kraft = tryk × areal, er kraften, der holder styrespolen væk fra dens sæde, 15 % større end kraften, der løfter styrespolen. Dette betyder, at fjederen skal modtage en kraft, der er mere end 15 % større fra en anden kilde, for at styrespolen kan genoptage sit sæde — eller trykket i systemet skal falde med 15 %, før styrespolen kan genoptage sit sæde.
Dette sikrer, at differentialtryks-unloadingsventilen holder pumpe/motor i en utrykket tilstand efter akkumulatoren er ladet, indtil trykket falder med en fast procentdel — generelt ca. 15 % af styreventilens indstilling. For eksempel sker unloadning ved en styreventilindstilling på 1.000 psi (69 bar) i området mellem 1.000 psi (69 bar) og 850 psi (59 bar); ved en styreventilindstilling på 2.000 psi (138 bar) er unloadningsområdet 2.000 psi (138 bar) til 1.700 psi (117 bar).
I enhver anvendelse skal hydraulisk arbejdsenergi omformes til mekanisk energi for at udføre nyttigt arbejde. Hydrauliske cylindre omdanner hydraulisk energi til lineær mekanisk bevægelse.
En hydraulisk cylinder består af et cylinderhus, en bevægelig kolbe med fleksible tætningsringe, der er forbundet til en kolbestang, samt to endekapper. Endekapperne kan være gevindskruet, flangemontet, trukket over eller svejset på cylinderhuset. Industrielle hydrauliske cylindre bruger ofte boltede forbindelser ved kolbestangen. Når kolbestangen bevæger sig, kaldes det en kolbestangstætningskit eller en aftagelig føringsskive, der guider og understøtter kolbestangen.
Enden med kolbestangen kaldes "stangenden"; den anden ende uden stang kaldes "blindeenden". Ind- og udløbsportene er placeret på henholdsvis stangenden og blindeenden.
For korrekt funktion skal stempel- og stemplestangguidestopringen i den hydrauliske cylinder have pålidelige tætninger. Almindelige tætninger, der anvendes i hydrauliske cylindrestempler, er læbestopringe, støbejernsstempleringe eller enkelt- eller dobbeltrigtede tætningsenheder. Tætningsmaterialer og komponenter skal bekræftes som kompatible med arbejdsvæsken og driftsforholdene.
Stemplestangens flerlags-tætning er en effektiv type tætning for stemplestangen og består af en hovedtætning med en læbeformet indre tætningsflade, en tørre, der konstant har kontakt med stemplestangens overflade under driften og skraber arbejdsolien fra stemplestangens overflade. Den sekundære støvtætning opsamler den resterende olie, som hovedtætningen efterlader, og rengør ved stemplestangens tilbagetrækning eventuelle fremmedlegemer, der sidder fast på stemplestangen.
Som beskrevet ovenfor kan olie, der samles i hulrummet mellem hovedtætningen og støvtætningen, vende tilbage til cylinderboren under tilbagetrækningsbevægelsen — dette er normalt. Hvis cylinderens slaglængde imidlertid er særlig lang (10 fod / 3,05 m eller længere), kan den ophobede olie i tætningshulrummet blive så stor, at den overstiger stempelstangens tætningskapacitet. I denne situation og når der er for meget olie i tætningshulrummet, bør tætningshulrummet for stempelstangen have en ekstern afløbsforbindelse.
Figur 8-18: Detaljer vedrørende cylinderkonstruktionen. Stempelstangsenden af låget indeholder tætningsanordningen for stempelstangen. Ved lange slagcylindre tilføjes en afløbsåbning for at forhindre, at olie oversvømmer tætningen.
Når hydraulisk energi driver cylinderstempelen til slagets ende (enden af cylinderens bevægelse), bliver oliens inertimasse til stød — det såkaldte «hydrauliske stød». Hvis energien er tilstrækkelig stor, kan dette stød beskadige hydraulikcylindere.
For at beskytte hydrauliske cylindre mod overdreven stød, kan dæmpningsanordninger installeres. Dæmpningsanordninger kan reducere hastigheden af cylinderens stempel nær enden af slaglængden. Dæmpningsanordninger kan installeres på enten den ene ende, den anden ende eller begge ender af en hydraulisk cylinder.
En dæmpningsanordning består af en strømningsregulerende nåleventil og en dæmpningsspids, der er monteret på den blinde ende af stemplet, samt en dæmpningssleeve på stemmelangen. Disse komponenter fungerer som propper i hver ende.
Når stempelstangen i den hydrauliske cylinder nærmer sig slagets ende, blokerer dæmpepilen eller dæmpesleeven den normale olieudgang. Dette tvinger olien til kun at strømme gennem nåleventilen. En del af trykolien ved sikkerhedsventilens indstilling slipper ud gennem nåleventilen. Den resterende strømning gennem nåleventilen bestemmer cylinderens decelerationshastighed. Justering af nåleventilen bestemmer stemplets decelerationshastighed. Ved returstrømmen træder strømmen ind i cylinderen gennem en enkelt tilbageholdelsesventil (ikke vist), så nåleventilen omgås, og dermed påvirkes den modsatte hastighed ikke.
I nogle tilfælde skal slaglængden af en hydraulisk cylinder begrænses ved ekstern kontrol. Ved at montere en stopskrue, der kan skrues ind og ud på cylinderkroppen, kan slaglængden forudindstilles. Enhver type slagjusteringsanordning skal verificeres i forhold til kravene til stopkraft, kollision, stød og dimensionelle virkninger.
Figur 8-19 Cylinderpuder, slagjusteringsanordninger, monteringsformer og lasttyper. Puder beskytter cylinderen ved slagets ende; monteringsformen bestemmer, hvor godt cylinderen kan håndtere sin last.
Hydrauliske cylindre har mange monteringsformer, herunder: flanger, kardanmonteringer, sidefæste, centrumskruer, dobbelte fæsteringe, tilspændingsstænger og svejsemonteringer. Centrumfæstemonteringer eller svejsemonteringer er en meget god konstruktion, da de giver mindst mulig misjustering under cylinderens drift.
Hydrauliske cylindre kan omforme hydraulisk energi til retlinet eller lineær mekanisk bevægelse. På grund af valget af mekaniske koblinger kan cylindre dog også levere mange forskellige typer mekanisk bevægelse.
Hydrauliske cylindre kan flytte mange forskellige typer last i talrige anvendelser. Generelt kaldes laste, der skubbes af stemmelangen, for skubbelaste; laste, der trækkes af stemmelangen, kaldes for trækelaste.
En stoprør er en massiv metalhylse, der er monteret på stempelstangen. Når stempelstangen i en cylinder med langt slag er fuldt udrekket, adskiller stoprøret stemplet og guidehylsen med en afstand. Guidehylsen til stempelstangen er et leje, der understøtter stempelstangen under cylindrens drift. Den er konstrueret til at bære en bestemt belastning. Guidehylsen til stempelstangen fungerer – ud over at være en akse – også som et belastningspunkt for stempelstangen. Ved lange cylindre med langt slag, der er forbundet til en belastning, vil stempelstangen uden en stiv guide have tendens til at bukke, når den er fuldt udrekket, eller bukning kan opstå ved guidehylsen, hvilket giver en sideskæv belastning, der beskadiger guidehylsen til stempelstangen.
Funktionen for stoprøret er at adskille stemplet og guidehylsen med en afstand, når stempelstangen er fuldt udrekket, hvilket reducerer belastningen på guidehylsen til stempelstangen.
Hydrauliske cylindre findes i mange typer. Nedenfor er nogle almindeligt anvendte cylindertyper; de vil også forekomme i visse anvendelseskredsløb i senere lektioner.
Figur 8-20: Typer af hydrauliske cylinder. Hver type er velegnet til en specifik anvendelse: teleskopisk til lang slaglængde på begrænset plads, tandem til høj kraft ved begrænset bohradius og dobbeltstang til lige stor kraft/fart i begge retninger.
Den mest almindelige type inden for industrielle hydraulikanlæg er den dobbeltvirkende enkelstangs-cylinder. For denne type er de vigtigste overvejelser den tilladte gpm (gallons per minute) og psi (pounds per square inch) samt den omregnede mekaniske kraft og stangens bevægelse.
Pistomareal og effektivt pistomareal diskuteres generelt for dobbeltvirkende enkelstangs-cylindre. Det store pistomareal er det fulde tværsnitsareal af pistonen, der udsættes for tryk i cylinderens blinde ende (siden uden stang). Det effektive lille areal (ringformet areal) er det pistomareal, der udsættes for tryk på stang-siden, da stangen optager en del af pistomarealet. Derfor er det effektive lille areal generelt mindre end det store areal.
Udtrækningshastigheden for stempelstangen i den hydrauliske cylinder bestemmes af, hvor hurtigt væsken fylder den blinde ende af cylinderen. Stempelstangens hastighed angives typisk i ft/min eller m/min:
Stanghastighed (ft/min) = Strømningshastighed (gpm) × 19,25 / Stempelareal (in²)
*Stanghastighed (m/s) = Strømningshastighed (L/min) × 0,167 / Stempelareal (cm²)
* Hvis beregningen foretages i m/s og resultatet er mindre end 0,1 m/s, skal resultatet angives i mm/s.
Eksempel: En cylinder med et stempelareal på 10 in² (64,5 cm²) modtager en strømningshastighed på 5 gpm (18,95 L/min). Stanghastighed = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Ved dobbelt så stor strømningshastighed (10 gpm / 37,9 L/min) fordobles stanghastigheden til 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Under indtrækning af stempelstangen strømmer væsken ind i stangenden. Ved samme indgangsstrømningshastighed er indtrækningshastigheden hurtigere end udtrækningshastigheden – brug det mindre (ringformede) stempelareal i formlen.
Eksempel: En strømningshastighed på 10 gpm (38 l/min) strømmer ind i stangenden af en cylinder med et stort areal på 10 in² (65 cm²) og et lille areal på 8 in² (52 cm²). Tilbagetrækningshastighed = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Stanghastighed (ft/min) = Strømningshastighed (gpm) × 19,25 / Lille areal (in²)
Stanghastighed (m/s) = Strømningshastighed (L/min) × 0,167 / Lille areal (cm²)
Med samme indgangsstrømningshastighed tilbagetrækker en dobbeltvirkende cylinder med én stang hurtigere, end den udskubbes.
Under tilbagetrækning strømmer væsken ind i stangenden og ud fra den blinde ende. Afladningsstrømmen er større end indgangsstrømmen – den kan beregnes med samme formel som for gpm (l/min), men ved brug af det store pistons areal. Eksempel: 10 gpm strømmer ind i stangenden ved hastigheden 24,06 ft/min: udløbsstrøm = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Som vist er kraften, som en hydraulisk cylinder frembringer, en funktion af den hydrauliske tryk på virkende cylinderpistonareal. Hvis en bestemt cylinder skal frembringe mere end den nuværende maksimale udgangskraft, drejer det sig ofte om at øge trykket til et proportionalt niveau. I nogle situationer tillader systemtrykket og cylinderstørrelsen ikke brug af en større cylinder – her kan en tandemcylinder løse problemet.
En tandemcylinder består af to eller flere cylindre i serie. Stempelstængerne er forbundet med hinanden for at danne én fælles stempelstang. Stempelstangtætninger mellem cylindrene gør, at hver cylinder kan fungere dobbeltvirkende. Når cylinderstørrelsen er begrænset af plads og maskinstørrelse, kan samme mekaniske udgangskraft opnås, selvom pumpe/motor-produceret tryk er relativt lavt.
Eksempel: Den største maskininstallation tillader en stemmelareal på 10 in² (64,5 cm²). Den maksimale trykbelastning, der skal overvindes for at håndtere belastningen, er kun 500 psi (34,48 bar). Ved at tilføje et tryk på 500 psi (34,48 bar) på den effektive side med areal på 8 in² (51,6 cm²) sammen med modtryk frembringes en kraft på 781 psi (53,86 bar). I en tandemkreds med to cylindre, hvor hver er på 500 psi (34,48 bar) med et areal på 10 in² og et effektivt areal på 8 in², er den samlede ydelse betydeligt større.
NØGLEFORMLER – KAPITEL 8
|
Formel |
Ligning |
Noter |
|
Stempeludskudshastighed |
v = Q × 19,25 / A_stor |
Q i gpm, A i in², v i ft/min |
|
Stempelindskudshastighed |
v = Q × 19,25 / A_lille |
Brug anular (lille) areal |
|
Stempelhastighed (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q i L/min, A i cm², v i m/s |
|
Udgang fra blindende |
Q_ud = v × A_stor / 19,25 |
Flere udgange end indgange under tilbagetrækning |
|
Cylinderydelse |
F = P × A |
F i lbs, P i psi, A i in² |
Velkommen til HOVOO, et kinesisk sigillfabrik. Produktion af PU, gummi og PTFE-sigiller. Sigillerne omfatter O-ring, piston sigill, stålsøjle sigill, Gray ring og gas sigill.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
