33-99No. Mufu E Rd. Gulou District, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
33-99No. Mufu E Rd. Gulou District, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
Een terugslagklep bestaat voornamelijk uit een klephuis met inlaat- en uitlaatpoorten, en een veerbelaste beweegbare onderdelen. Het beweegbare onderdeel kan een schijf, plaat of poppet zijn — in hydraulische systemen is het meestal een kogel of een poppetzitting.
Vloeistof kan slechts in één richting door een terugslagklep stromen — de vrijstromingsrichting. Wanneer de systeemdruk op de inlaatpoort hoog genoeg stijgt om de veerkracht die op de poppet werkt te overwinnen, wordt de poppet van zijn zitting geduwd en stroomt de vloeistof erdoorheen. Dit is de vrijstromingsrichting. Wanneer de vloeistof probeert terug te stromen vanaf de uitlaatpoort, wordt de poppet tegen zijn zitting gedrukt, waardoor de doorgang wordt afgesloten en de terugstroming wordt geblokkeerd.
Figuur 8-1 Terugslagklep. De veerbelaste poppet zit vast wanneer de stroming omkeert, waardoor de terugstroming volledig wordt geblokkeerd. De terugslagklep is het hydraulische equivalent van een eenrichtingsweg.
Een terugslagklep heeft zowel richtings- als drukregelfuncties — hij laat stroming slechts in één richting toe. In hydraulische systemen worden terugslagkleppen vaak gebruikt als omleidingskleppen, waardoor de stroming een component kan omzeilen. Bijvoorbeeld: een terugslagklep parallel aan een stroomregelklep laat stroming in omgekeerde richting toe om de stroomregelklep te omzeilen.
Terugslagkleppen kunnen ook een tak of component van een systeem isoleren. Bijvoorbeeld bij een accumulator: de terugslagklep voorkomt dat de accumulator via de veiligheidsklep of de hydraulische pomp ontladt.
VEILIGHEID: Wanneer terugslagkleppen in accumulatorcircuits worden gebruikt, moet het circuit een mechanisme hebben om de accumulator automatisch te ontladen wanneer de machine wordt uitgeschakeld.
Een terugslagklep is over het algemeen een apparaat met een lage lekkage; in feite kan deze zelfs volledig lekvrij worden ontworpen. Een terugslagklep kan een last bijna onbeperkt lang vasthouden. Houd er echter rekening mee dat een terugslagklep een eenrichtingsklep is — om de last te lossen, moet het beweegbare deel van zijn zitting worden gedwongen. Dit vereist een speciaal type terugslagklep, genaamd een pilootgestuurde terugslagklep.
Figuur 8-2 Drie veelvoorkomende toepassingen van terugslagkleppen in hydraulische circuits: bypass rond een stromingsregelaar, isolatie van een accu en drukdrempel met veerbelasting.
De meeste kleppen van het spooltype in hydraulische componenten hebben enige interne bypassstroom — dit duidt niet op slechte kwaliteit, aangezien het grootste deel van deze bypassstroom juist is ontworpen om de component te smeren. Als een systeem echter vereist dat een cilinder een last opgehangen moet houden zonder te kruipen, wordt lekkage een probleem. In deze situatie moet een terugslagklep met afdichtvermogen worden gebruikt.
Een pilootgestuurde terugslagklep laat vrije stroming in één richting toe; wanneer een pilootdruk het beweegbare deel van zijn zitting afduwt, kan ook stroming in omgekeerde richting erdoorheen gaan.
Net als een gewone terugslagklep heeft een pilootgestuurde terugslagklep een klephuis met inlaat- en uitlaatpoorten, een door een veer belaste poppet (beweegbaar deel) tegen een zitting. Daarnaast is, recht tegenover de zitting, de poppet voorzien van een duurstang en een door een zachte veer belaste pilootzuiger. De pilootdruk van de pilootpoort werkt op de zuiger. De veerholte van de zuiger heeft een afvoerpoort.
Een pilootgestuurde terugslagklep laat vrije stroming van inlaat naar uitlaat toe op dezelfde manier als een gewone terugslagklep. Stroming die vanuit de uitlaat probeert binnen te komen, dwingt de poppet tegen de zitting, waardoor de doorgang wordt gesloten. Wanneer voldoende pilootdruk op de pilootzuiger werkt, verplaatst de zuiger zich en duwt tegen de terugslagpoppet, waardoor deze van zijn zitting wordt opgetild. Zolang de kracht op de pilootzuiger groot genoeg is, kan stroming van uitlaat naar inlaat doorgaan.
Figuur 8-3: Pilotgestuurde terugslagklep. Zonder pilotdruk werkt deze als een gewone terugslagklep (vrije stroming in één richting alleen). Bij aanleg van pilotdruk is ook stroming in omgekeerde richting toegestaan — waardoor de belasting kan worden vrijgegeven.
Door één pilotgestuurde terugslagklep te gebruiken om de stroming vanaf de B-aansluiting van de cilinder af te sluiten, blijft de belasting opgehangen zolang de afdichtingen van de cilinder effectief zijn en er geen lekkage optreedt in de leidingen, de cilinder of de terugslagklep. Om de belasting te laten zakken, wordt eenvoudig pilotdruk van leiding A naar de bedieningszuiger toegevoerd.
De pilotdruk voor de pilotgestuurde terugslagklep wordt afgetapt van de werklijn van de hydraulische cilinder — zolang de druk in leiding A voldoende hoog is, blijft de terugslagklep open. Tijdens het omhoogbrengen van de belasting stroomt olie gemakkelijk door de terugslagklep, omdat dit de richting van vrije stroming is.
In sommige situaties moeten belastingen die aan de zuigerstang van de cilinder zijn bevestigd, volledig worden geblokkeerd. Om dit te bereiken kan in elke werklijn van de cilinder een pilootgestuurde terugslagklep worden geïnstalleerd — de pilootgestuurde terugslagkleppen sluiten de stroming vanuit de cilinder af. Zolang de afdichtingen van de cilinder effectief blijven en nergens lekkage optreedt, kan de belasting op positie worden gehouden.
Voor absolute belastingvergrendeling moet een speciale vergrendelcilinder met een mechanisch vergrendelingsmechanisme worden gebruikt. Mechanische vergrendeling is de veiligste methode om een belasting vast te houden.
Een accu slaat hydraulische druk op. Deze hydraulische druk is potentiële energie die kan worden omgezet in arbeidsenergie (stroming en druk).
Accu’s kunnen worden ingedeeld in zwaartekrachtbelaste, veerbelaste en vloeistof-/gasgevoede typen. Ze verschillen in de manier waarop de accu de werkkracht op de opgeslagen olie handhaaft.
Een zwaartekrachtgevoede accumulator gebruikt het gewicht van een zwaar object dat op een zuiger of stempel werkt om de werkkracht op de opgeslagen olie te handhaven. Het gewicht kan uit elk zwaar materiaal bestaan — ijzer, beton of zelfs water. Zwaartekrachtgevoede accumulators zijn over het algemeen zeer groot, soms met een inhoud van honderden gallons. Ze dienen meerdere hydraulische systemen tegelijkertijd en worden gebruikt in walsinstallaties en centrale hydraulische systemen.
Het gewenste kenmerk van een zwaartekrachtgevoede accumulator is dat deze olie op een relatief constante druk opslaat — of de container nu vol of bijna leeg is, de opgeslagen druk verandert nauwelijks. Dit komt doordat de kracht die op de olie werkt, de zwaartekracht (gewicht) is, die constant is — ongeacht hoeveel olie zich in de accumulator bevindt, blijft de toegepaste kracht hetzelfde.
Een ongewenste eigenschap van zwaartekrachtbelaste accumulatoren is het optreden van schokken. Wanneer een zwaartekrachtbelaste accumulator plotseling wordt gestopt tijdens een snelle stromingsafvoer, veroorzaakt de traagheid van het zware gewicht aanzienlijke drukpieken in het systeem. Dit kan leiden tot lekkages in pijpen en fittingen en kan metaalvermoeiing veroorzaken, wat op zijn beurt vroegtijdig componentenfalen tot gevolg heeft.
Figuur 8-6 Zwaartekrachtbelaste accumulator. Het constante gewicht levert een constante druk, ongeacht het olievolume. Wordt gebruikt in grote industriële systemen, zoals hydraulische systemen in staalfabrieken.
Een veerbelaste accumulator gebruikt een veer die op een zuiger werkt om kracht op de opgeslagen olie te handhaven. Veerbelaste accumulators zijn over het algemeen kleiner dan zwaartekrachttypen en kunnen slechts enkele gallons opslaan. Ze dienen meestal één hydraulisch systeem en werken doorgaans bij lage druk. Wanneer persolie de veerbelaste accumulator binnenkomt, wordt de opgeslagen oliedruk bepaald door de mate waarin de veer is samengeperst. Wanneer de zuiger omhoog beweegt en de veer 10 inch (25,4 cm) comprimeert, is de opgeslagen druk hoger dan wanneer de veer 4 inch (10,2 cm) is gecomprimeerd.
Om te voorkomen dat lekkende olie zich ophoopt in de veerholte, is de veerholte voorzien van een afvoeropening waardoor de lekkage kan weglopen. Veerbelaste accumulatoren mogen niet extern naar de reservoir afvoeren, omdat dit zou leiden tot schuimen van de olie. Of het uiteinde van de afvoerpijp zich nu boven of onder het vloeistofniveau van de reservoir bevindt, de accumulator zal bij bedrijf altijd schuimen veroorzaken — wanneer de accumulator snel stroming afgeeft, kan de olie boven de zuiger niet bijhouden met de beweging van de zuiger, waardoor er een gedeeltelijk vacuüm ontstaat in de veerholte en lucht uit de olie vrijkomt. Wanneer de accumulator opnieuw wordt gevuld, beweegt de zuiger omhoog en duwt de met lucht beladen olie terug naar de reservoir. Luchtbellen in de reservoir zijn ongewenst, dus veerbelaste accumulatoren worden doorgaans niet extern afgevoerd.
Bij veerbelaste accumulatoren met externe afvoer van de veerholte is onmiddellijke aandacht vereist als de zuigerdichting versleten raakt. Zonder tijdige reparatie kan een reinigingsactie noodzakelijk zijn.
Figuur 8-7 Veerbelaste accumulator. De veerkracht — en dus de opgeslagen druk — neemt toe naarmate de zuiger omhoog beweegt. Gebruikt in kleine, lagedruksystemen.
De vloeistof-/gasaccumulator is het meest gebruikte type in industriële hydraulische systemen. Hij maakt gebruik van samengeperst gas om de werkdruk op de opgeslagen olie te handhaven.
VEILIGHEID: Gebruik bij industriële systemen met vloeistof-/gasaccumulators altijd droge stikstofgas. Gebruik nooit perslucht, omdat mengsels van gas en olie damp explosief zijn.
Vloeistof-/gasaccumulators worden onderverdeeld in zuigertype, membraantype en ballonnetype, afhankelijk van het apparaat dat wordt gebruikt om het gas van de olie te scheiden.
Een zuigeraccumulator bestaat uit een cilinder en een beweeglijke zuiger met elastische afdichtingsringen. De bovenruimte van de zuiger is gevuld met samengeperst gas. Wanneer olie in de cilinder wordt gebracht, wordt het gas samengeperst. Naarmate olie uit de accumulator wordt afgevoerd, neemt de gasdruk af. Wanneer alle olie is afgevoerd, bereikt de zuiger het einde van zijn slag en sluit de uitlaatopening af, waardoor het gas binnen de accumulator blijft.
Een membranaccumulator is een bolvormig apparaat dat bestaat uit twee metalen halfrondes die met bouten aan elkaar zijn bevestigd. De binnenvolume is verdeeld door een synthetisch-rubberen membraan — de bovenkamer is gevuld met gas. Wanneer onder druk staande olie de andere kamer binnengaat, wordt het gas samengeperst. Zodra alle olie is afgevoerd, bedekt het membraan de uitlaatopening en houdt het gas in de accumulator vast; het membraan wordt niet verder naar buiten geduwd dan zijn eigen dikte.
Een blaasaccumulator bestaat uit een metalen behuizing en een interne synthetische rubberen blaas. De blaas is gevuld met gas. Wanneer olie de behuizing binnendringt, wordt het gas in de blaas samengeperst en stroomt olie uit de behuizing. Wanneer alle olie is afgevoerd, probeert de gasdruk de blaas door de uitlaatopening te duwen — maar zodra de blaas in contact komt met de zittingklep aan de uitlaat, wordt de olie binnenin de behuizing automatisch afgesloten.
Figuur 8-8 Drie soorten vloeistof/gas-accumulators. Allemaal gebruiken ze gewikkeld stikstof om hydraulische energie op te slaan. De zuigertype (boven), de membraantype (midden) en de blaastype (onder) verschillen in de manier waarop gas en olie van elkaar worden gescheiden.
Accumulators kunnen diverse functies vervullen in hydraulische systemen: het leveren van stroming, het handhaven van druk en het opnemen van schokken.
Het leveren van stroming is een toepassing voor een accumulator. Een geladen accumulator is een bron van hydraulische potentiële energie. Wanneer het systeem meer stroming nodig heeft dan de pomp kan leveren, kan de in de accumulator opgeslagen energie worden gebruikt om stroming in het systeem te genereren. Bijvoorbeeld: als een machine zo is ontworpen dat de daadwerkelijke werktijd tijdens zijn bedrijfscyclus zeer kort is, kan een pomp met kleine verplaatsing gedurende een bepaalde tijd de accumulator laden. Wanneer de machine in werking treedt, schakelt de richtingsklep naar de werkpositie en levert de accumulator onmiddellijk onder druk staande olie aan de actuator, zoals vereist. Deze methode van gebruik van de accumulator in combinatie met een kleine pomp slaat piekvermogen op — met andere woorden, deze vervangt het grote debiet/vermogen van een grote pomp/motor in een korte tijd door een kleinere pomp/motor die gemiddeld over een langere periode werkt.
Accumulatoren kunnen worden gebruikt om de druk te handhaven. Wanneer de pomp/motor stroming levert aan andere delen van het systeem, kan een accumulator de druk op één tak van de circuit handhaven.
Wanneer het systeem vereist dat de klepcilinder A terugkeert, moet de klepcilinder B de druk handhaven. Terwijl richtingsklep A schakelt, daalt de druk in de hydraulische pomp en de leidingen van cilinder A snel, terwijl de druk in cilinder B wordt gehandhaafd door de accu, die al voldoende onder druk staande olie heeft opgeslagen om de lekkage in de leidingen van cilinder B te compenseren.
In een andere toepassing ondergaat een werkcilinder in de buurt van een oven een hoge omgevingstemperatuur waardoor de olie thermisch uitzet. De accu neemt het toegenomen volume op en handhaaft de druk op een relatief constant niveau. Zonder de accu zou de drukstijging in de leidingen ongecontroleerd zijn en zou dit kunnen leiden tot breuk van componentengevallen, buizen of aansluitingen.
Figuur 8-10 Accu voor drukhandhaving. (Boven) Handhaaft de druk in één circuittak terwijl de pomp een andere bedient. (Onder) Neemt volumeveranderingen op als gevolg van thermische olie-uitzetting in de buurt van warmtebronnen.
Vloeistof-/gasaccumulators kunnen ook worden gebruikt om systeemschokken op te nemen. Schok in een hydraulisch systeem kan worden veroorzaakt door de traagheid van een belasting die is verbonden met een cilinder of motor, of door plotselinge stromingsafsluiting of snelle schakeling van een richtingsklep, wat schok veroorzaakt door de traagheid van de vloeistof. Een accumulator in de circuit kan een deel van de schok opnemen en voorkomen dat deze zich door het hele systeem verspreidt.
Externe mechanische krachten kunnen ook hydraulische schok veroorzaken. Een belasting die is verbonden met een hydraulische cilinder met een neiging tot terugveren duwt de zuiger terug, waardoor hydraulische schok ontstaat. Een accumulator in de cilindertoevoerlijn, indien correct gevuld, helpt het schok-effect te verminderen. Indien onjuist gevuld, kan deze ook overdruk veroorzaken.
Aangezien vloeistof/gasaccumulators gebruikmaken van gecomprimeerd gas om oliedruk op te slaan, beïnvloeden de eigenschappen van het gas de prestaties van de accumulator. Wanneer een vloeistof/gasaccumulator wordt gevuld, wordt het gas samengeperst en stijgt de temperatuur. Bij constante druk neemt heet gas meer ruimte in dan koel gas.
Het isotherme proces beschrijft de werkingstoestand van de accumulator wanneer de gastemperatuur constant wordt gehouden. Tijdens het vullen betekent isotherme werking dat het gas langzaam genoeg wordt samengeperst zodat alle door compressie gegenereerde warmte volledig wordt afgevoerd. Het adiabatische proces beschrijft de werkingstoestand van de accumulator wanneer de gastemperatuur verandert. Tijdens het vullen betekent adiabatisch dat het gas zo snel wordt samengeperst dat alle warmte wordt vastgehouden.
Voor een vloeistof/gasaccumulator die tot dezelfde druk is gevuld, slaat het isotherme proces meer olie op dan het adiabatische proces.
Numeriek voorbeeld: Een zuigeraccumulator heeft aanvankelijk een gasdruk van 500 psi (34,48 bar) en een temperatuur van 70 °F (21 °C). Als deze wordt opgeladen tot 1.000 psi (68,97 bar) via een adiabatisch proces (snel), stijgen temperatuur en druk samen. Bij 1.000 psi (68,97 bar) stopt de olie met instromen; de temperatuur bedraagt dan 150 °F (65,6 °C) en de accumulator bevat 135 in³ (2.215,65 cm³) olie. Bij isotherme lading (langzaam) blijft de temperatuur gedurende het gehele proces constant op 70 °F (21 °C); bij 1.000 psi (68,97 bar) stopt de olie met instromen en bevat de accumulator 150 in³ (2.458,5 cm³) olie.
Figuur 8-12: Isotherme versus adiabatische lading. Langzame (isotherme) lading slaat meer olie op dan snelle (adiabatische) lading bij dezelfde einddruk, omdat de temperatuur lager blijft en het gas minder ruimte inneemt.
Tijdens het afvoeren van olie expandeert het gas en koelt af. Bij constante druk neemt koeler gas minder ruimte in dan warmer gas. In de praktijk verloopt de werking van een accumulator over het algemeen adiabatisch — niet isothermisch. In de volgende secties staat niet het volume olie dat de accumulator kan opslaan centraal, maar eerder het volume olie dat hij afgeeft voordat de druk daalt tot een lager niveau, wat sterk wordt beïnvloed door de voorladedruk.
Wanneer een accumulator volledig leeg is van olie, is de gasdruk die in de vloeistof/gas-accumulator wordt aangebracht de voorladedruk. Deze druk beïnvloedt aanzienlijk het effectieve volume en de schokabsorberende prestaties van de accumulator.
Vloeistof-/gasaccumulators die worden gebruikt om stroming in het systeem te genereren of de druk te handhaven, werken doorgaans tussen een maximale en een minimale bedrijfsdruk. Wanneer de accumulator volledig met olie is gevuld, bereikt hij de maximale bedrijfsdruk. Wanneer nodig, daalt de bedrijfsdruk en geeft de accumulator olie af, tot een lagere minimale druk. Het olievolume dat de accumulator tussen de maximale en minimale bedrijfsdruk afgeeft, is het effectieve volume.
De voorlaaddruk beïnvloedt het effectieve volume. Voorbeeld: een vloeistof-/gasaccumulator van 231 inch³ (3.786 cm³) in een systeem gebruikt een kleine pomp om olie op te laden tot de systeemdruk van 2.000 psi (137,9 bar). Om stroming te leveren, wordt de druk toegestaan om te dalen tot 1.500 psi (103,4 bar). De gekozen voorlaaddruk bepaalt hoeveel olie de accumulator aan het systeem levert.
Uit de prestatietabel blijkt dat een accumulator met een inhoud van 231 in³ (3.786 cm³) en een voorlading van 100 psi (6,89 bar) 210 in³ (3.441,9 cm³) olie kan opslaan bij een isotherme lading van 1.000 psi (bovengrens = isotherme waarden). Bij 1.500 psi (103,4 bar) slaat deze 202 in³ (3.310,8 cm³) op en levert dus 8 in³ (131 cm³) tussen deze twee drukken. Deze accumulator met lage voorlading slaat veel olie op, maar levert zeer weinig.
Bij verhoging van de voorlading tot 1.000 psi (68,96 bar) slaat de accumulator 93 in³ (1.524,3 cm³) op bij 2.000 psi (137,9 bar) en 59,5 in³ (975 cm³) bij 1.500 psi (103,4 bar), en levert daarmee 33,5 in³ (594,1 cm³). De hogere voorlading leidt tot minder opgeslagen olie, maar een aanzienlijk grotere levering. Bij een voorlading van 1.400 psi (96,6 bar) is de opgeslagen oliehet minimum, maar de geleverde olie het maximum.
Figuur 8-13 Prestatietabel van de accumulator (capaciteit: 231 in³). Een hogere voorladingsdruk levert meer olie per cyclus binnen gegeven drukgrenzen, maar de totale hoeveelheid opgeslagen olie is kleiner. Kies de voorlading op basis van het vereiste effectieve volume, niet op basis van de totale capaciteit.
De effectieve volumestroom van een accu moet worden geregeld via de stroom. Voor het handhaven van de druk wordt de gereguleerde stroom bepaald door de lekkage die moet worden gecompenseerd. Bij accu’s die worden gebruikt om drukolie te leveren, is de effectieve volumestroom te snel wanneer de richtingsklep stroomafwaarts schakelt. Om deze reden zijn deze accu’s vaak voorzien van stroomregelkleppen en omleidingscheckkleppen op hun inlaat-/uitlaatpoorten.
Wanneer een vloeistof-/gasaccu als schokdemper wordt gebruikt, wordt de voorbelasting meestal ingesteld op een waarde die net boven de maximale werkdruk in het circuit ligt (ongeveer 100 psi / 6,896 bar boven de maximale werkdruk zoals ingesteld door de veiligheidsklep). Indien de maximale werkdruk wordt bepaald door de veiligheidsklep, kan de voorbelasting ongeveer 100 psi boven de instelling van de veiligheidsklep worden ingesteld.
De voorladedruk van een vloeistof-/gasaccumulator beïnvloedt zijn schokabsorptiecapaciteit. In een hydraulisch systeem wordt schok veroorzaakt door externe mechanische krachten op een cilinder of motor die een snelle drukstijging veroorzaken, of door de traagheid van de vloeistof wanneer een hydraulische klep plotseling sluit.
De accumulator kan het deel van de schokdrukolie absorberen dat hij kan comprimeren en overdragen. Een leiding met een accumulator wordt boven een bepaalde druk comprimeerbaar. Als de voorladedruk te laag is, heeft de accumulator reeds een hoeveelheid olie opgeslagen voordat de schok optreedt, waardoor hij slechts 4 in³ (65,6 cm³) kan absorberen. Als de voorladedruk 2.500 psi (172,4 bar) bedraagt — wat te hoog is — stijgt de druk bijna tot 2.800 psi (193 bar) voordat 4 in³ wordt geabsorbeerd. Voor schokdempers is de voorladedruk uiterst belangrijk.
Een vloeistof/gasaccumulator wordt eenmaal opgeladen met gas tot de juiste voorlaaddruk. Dit betekent dat dezelfde voorlading niet onbeperkt kan worden gehandhaafd. Tijdens bedrijf lekt het samengeperste gas via de gasafsluiter — mogelijk als gevolg van een defect aan de gasafsluiter of een slechte afdichting, of door een probleem met de conische klepkern die niet goed in de klepzitting zit. De gasdruk neemt ook geleidelijk af tijdens het uitstoten van olie bij balg- en membraanaccumulators — dit gebeurt meestal catastrofaal, waardoor het synthetisch-rubberen membraanmateriaal breekt. Bij zuigeraccumulators kan het geladen gas tijdens het uitstootproces ontsnappen langs versleten afdichtingen vanaf het zuigergebied. Een geleidelijk verlies van de voorlading kan wijzen op een zuigeraccumulator met een zekere mate van slijtage.
De juiste voorlaaddruk is essentieel voor de prestaties van een vloeistof-/gasaccumulator, dus deze dient regelmatig te worden gecontroleerd. Voor het controleren van de voorlaaddruk is een laadapparaat met een manometer vereist. Het apparaat bestaat voornamelijk uit een laadklem, een ontluchtingsklep en een manometer.
Procedure voor controle: laat alle olie uit de accumulator ontsnappen, verwijder de beschermkap (meestal op de gasafsluiter aan de bovenzijde). Controleer met de handgreep van de laadklem volledig ingetrokken of de ontluchtingsklep gesloten is. Verbind de laadklem met de gasafsluiter van de accumulator, draai de vleugelmoer van de klem vast en zorg voor een betrouwbare verbinding met de gasafsluiter. Draai de schroef van de klem in om de kern van de gasafsluiter van de accumulator volledig in te drukken; lees de manometeraflezing af — dit is de voorlaaddruk van de accumulator.
Als de voorlading correct is, draai de spanklinkhandgreep naar buiten om de gasafsluiter van de accumulator te sluiten, open de ontluchtingsklep om het vulapparaat te ontlasten, los de vleugelmoer van de spanklink, verwijder het apparaat van de accumulator en plaats de beschermkap van de gasafsluiter opnieuw.
Als de voorlading te hoog is, opent u de ontluchtingsklep om de overtollige druk af te laten. Als de voorlading moet worden verhoogd, trekt u eerst de klemgreep terug om de gasafsluiter van de accumulator te sluiten, opent u de ontluchtingsklep om het laadapparaat te ontlasten, sluit u vervolgens de ontluchtingsklep, en verbindt u het laadapparaat met een stikstofcilinder. Draait u de klemgreep naar binnen om de kern van de gasafsluiter van de accumulator volledig in te drukken, en opent u de klep van de stikstofcilinder om het gas langzaam in de accumulator te laten stromen. Wanneer de manometer de gewenste druk aangeeft, sluit u de gasafsluiter. Zodra de manometer de juiste voorlading aangeeft, sluit u de klep van de stikstofcilinder, trekt u de klemgreep terug om de gasafsluiter van de accumulator te sluiten, opent u de ontluchtingsklep en verwijdert u vervolgens de flexibele laadslang en het laadapparaat.
Figuur 8-15: Controleren en instellen van de voorlading van de accumulator. (Boven) Versleten zuigerdichtingen veroorzaken geleidelijk verlies van de voorlading. (Onder) Standaard stikstoflaadkit — gebruik altijd droge stikstof, nooit perslucht.
In een typisch hydraulisch circuit met een accu moet, wanneer de accu volledig geladen is en geen onderdeel van het systeem actief is, de pomp-/motordebiet zo laag mogelijk onder druk naar de reservoir worden geleid. In het getoonde circuit wordt hiervoor een afvoerklep gebruikt. Zodra de accu is opgeladen tot de instelwaarde van de afvoerklep, opent deze klep en leidt de pompdebiet naar de reservoir.
Dit type ontlasting duurt doorgaans slechts enkele seconden, omdat er altijd enige lekkage optreedt stroomafwaarts van de terugslagklep. De accu moet deze lekkage compenseren — de druk daalt geleidelijk — de afvoerklep sluit geleidelijk en de opening naar de reservoir wordt steeds kleiner, totdat de druk in de accu onder de openingsdruk van de klep daalt. Naarmate de klep dichtgaat, moet de pomp/motor meer vermogen leveren om de accu opnieuw op te laden tot de instelwaarde van de afvoerklep.
Om ervoor te zorgen dat de pomp/motor volledig wordt ontlast voordat de accumulator opnieuw wordt gevuld, kan een drukswitch worden gebruikt. In de schakeling detecteert de drukswitch de druk in de accumulator en zendt een elektrisch schakelsignaal uit bij een ingesteld drukpunt. Dit elektrische signaal gaat naar een normaal gesloten tweeweg-solenoïdeklep — deze solenoïdeklep kan een pilootgestuurde veiligheidsklep besturen om deze te ontlasten. Wanneer de accumulator is opgeladen tot de ingestelde druk van de drukswitch, stuurt het relais een signaal naar de solenoïdeklep om de veiligheidsklep te ontlasten en de stroming van de pomp/motor via de veiligheidsklep naar de reservoir te leiden.
Figuur 8-16: Ontlastcircuits voor accumulators. (Boven) Eenvoudige afvoerklep — ontlaadt naar de tank wanneer de accumulator de ingestelde druk bereikt, maar neigt tot cyclisch gedrag. (Onder) Drukswitch met pilootgestuurde veiligheidsklep — waarborgt volledige ontlasting en nauwkeurige drukbandregeling.
Nadat de accumulator is opgeladen, kan een drukverschilontlastingsklep de drukschakelaar en de magneetklep vervangen om de veiligheidsklep te ontlasten en de pomp/motor te ontlasten. De drukverschilontlastingsklep is een hydraulische klep die specifiek is ontworpen voor toepassingen met accumulators. Zoals de naam al aangeeft, gebruikt deze klep een drukverschil om de pomp/motor te ontlasten.
De drukverschilontlastingsklep bestaat uit een pilootgestuurde veiligheidsklep, een terugslagklep en een differentiële zuiger, allemaal geïntegreerd in één kleplichaam. Het kleplichaam heeft drie aansluitingen: een drukpoort, een retourpoort en een accumulatorpoort.
Binnen de drukverschilontlaadvendel werken de terugslagklep en de pilootgestuurde veiligheidsklep normaal. De olieafvoer van de pomp kan de accumulator laden via de terugslagklep. De differentiële zuiger bevindt zich tegenover de spil van de pilootveiligheidsklep en kan vrij bewegen in zijn boring. De twee uiteinden van de zuiger staan bloot aan gelijke drukoppervlakten. Tijdens het laden van de accumulator is de druk aan weerszijden van de zuiger bijna gelijk (met uitzondering van de drukval door de terugslagklep), zodat de zuiger niet beweegt. Wanneer de druk op de spil van de pilootklep voldoende groot is, wordt de pilootspil van zijn zitting geduwd — zoals bekend, kan deze pilootbeweging de druk in de veerholte van de hoofdklep beperken. Aangezien de veerholte van de hoofdklep en het ene uiteinde van de differentiële zuiger onder drukbeperking staan, beweegt de zuiger naar de spil van de pilootklep toe, waardoor de pilootspil volledig van zijn zitting wordt geduwd. Hierdoor wordt effectief de regeldruk op de veerholte van de hoofdspil opgeheven, waardoor de veiligheidsklep ontlast wordt en de pomp/motor ontlast wordt. Tegelijkertijd sluit de terugslagklep, zodat olie uit de accumulator niet via de veiligheidsklep kan worden afgevoerd.
Het differentiële zuigeroppervlak dat aan druk is blootgesteld, is 15 % groter dan het oppervlak van de stuurschuif. Aangezien kracht = druk × oppervlak, is de kracht die de stuurschuif van zijn zitting houdt 15 % groter dan de kracht die de stuurschuif optilt. Dit betekent dat de veer een kracht van meer dan 15 % moet ontvangen vanuit een andere bron om de stuurschuif weer op zijn zitting te laten terugkeren — of de systeemdruk moet met 15 % dalen voordat de stuurschuif weer op zijn zitting kan terugkeren.
Dit zorgt ervoor dat de differentieeldruk-ontlastingsklep de pomp/motor in onbelaste toestand houdt na het laden van de accumulator tot de druk met een vast percentage daalt — meestal circa 15 % van de instelling van de stuurschuif. Bijvoorbeeld: bij een stuurschuifinstelling van 1.000 psi (69 bar) vindt ontlasting plaats tussen 1.000 psi (69 bar) en 850 psi (59 bar); bij een stuurschuifinstelling van 2.000 psi (138 bar) ligt het ontlastingsbereik tussen 2.000 psi (138 bar) en 1.700 psi (117 bar).
In elke toepassing moet hydraulische arbeidsenergie worden omgezet in mechanische energie om nuttige arbeid te verrichten. Hydraulische cilinders zetten hydraulische energie om in lineaire mechanische beweging.
Een hydraulische cilinder bestaat uit een buisvormig lichaam (barrel), een beweegbare zuiger met flexibele afdichtingsringen die verbonden is met een zuigerstang, en twee einddoppen. De einddoppen kunnen zijn bevestigd via schroefdraad, flens, trekbevestiging of lassen aan het buisvormige lichaam. Industriële hydraulische cilinders maken veelal gebruik van boutverbindingen aan de zuigerstangzijde. Wanneer de zuigerstang beweegt, wordt gesproken van een zuigerstangafdichtingsset of een afneembare geleidring die de zuigerstang leidt en ondersteunt.
De zijde met de zuigerstang wordt de 'zuigerstangzijde' genoemd; de andere zijde zonder stang wordt de 'blinde zijde' genoemd. De inlaat- en uitlaatpoorten bevinden zich op de einddoppen aan respectievelijk de zuigerstangzijde en de blinde zijde.
Voor een juiste werking moeten de zuiger en de zuigerstanggeleidingsdichting van de hydraulische cilinder betrouwbare afdichtingen hebben. Veelgebruikte afdichtingen voor hydraulische cilinderzuigers zijn lipafdichtingen, gietijzeren zuigerringen of enkelvoudige of dubbelwerkende afdichtingsunits. Het materiaal en de onderdelen van de afdichtingen moeten compatibel zijn met de werkfluïdum en de bedrijfsomstandigheden.
De meervlaams afdichting voor de zuigerstang is een effectief type zuigerstangafdichting, bestaande uit een hoofdabdichting met een lipvormig binnenoppervlak, een veeglip die tijdens de bedrijfstoestand voortdurend in contact staat met het oppervlak van de zuigerstang en het werkolie van het oppervlak van de zuigerstang verwijdert. De secundaire stofafdichting verzamelt de restolie die door de hoofdabdichting achterblijft en verwijdert bij het intrekken van de zuigerstang eventuele vreemde stoffen die aan de zuigerstang vastzitten.
Zoals hierboven beschreven, kan olie die zich heeft opgehoopt in de holte tussen de hoofdverzegeling en de stofverzegeling tijdens de intrekbeweging terugkeren naar de cilinderboring — dit is normaal. Als de cilinderstroke echter bijzonder lang is (10 ft / 3,05 m of langer), kan de hoeveelheid olie die zich in de verzegelingsholte heeft opgehoopt voldoende zijn om de capaciteit van de zuigerstangverzegeling te overschrijden. In deze situatie en wanneer er te veel olie in de verzegelingsholte aanwezig is, dient de verzegelingsholte van de zuigerstang te zijn voorzien van een externe afvoeransluiting.
Figuur 8-18: Details van de cilinderconstructie. De staafzijdekap bevat de verzegelingsset voor de zuigerstang. Bij cilinders met lange slag wordt een afvoeropening toegevoegd om te voorkomen dat olie de verzegeling overweldigt.
Wanneer hydraulische energie de zuiger van de cilinder naar het einde van de slag (het einde van de cilinderbeweging) drijft, wordt de traagheid van de olie een schok — de zogenaamde 'hydraulische schok'. Indien de energie groot genoeg is, kan deze schok hydraulische cilinders beschadigen.
Om hydraulische cilinders te beschermen tegen overmatige schokken, kunnen dempingseenheden worden geïnstalleerd. Dempingseenheden kunnen de zuiger van de cilinder vertragen vlak voor het einde van de slag. Dempingseenheden kunnen aan één of beide uiteinden van een hydraulische cilinder worden geïnstalleerd.
Een dempingseenheid bestaat uit een stroomregelende naaldklep en een dempingspunt die op het blinde uiteinde van de zuiger zijn geïnstalleerd, en een dempingsbus op de zuigerstang. Deze onderdelen fungeren als stoppen aan elk uiteinde.
Wanneer de zuiger van de hydraulische cilinder het einde van de slag nadert, blokkeert de dempingsnaald of de dempingsbus de normale olieafvoer. Hierdoor wordt de olie gedwongen om uitsluitend door de naaldklep te stromen. Een deel van de drukolie bij de instelling van de veiligheidsklep ontsnapt via de naaldklep. De resterende stroming door de naaldklep bepaalt de vertragingssnelheid van de cilinder. De afstelling van de naaldklep bepaalt de vertragingssnelheid van de zuiger. Bij de terugslag stroomt de vloeistof via een enkele terugslagklep (niet weergegeven) naar binnen in de cilinder om de naaldklep te omzeilen, zodat de terugvaartsnelheid onaangetast blijft.
Soms moet de slaglengte van een hydraulische cilinder worden beperkt door externe regeling. Door een instelbout te monteren die in en uit de cilinderbuis kan worden geschroefd, kan de slag vooraf worden afgesteld. Elk type slagafsteller moet worden gecontroleerd op overeenstemming met de eisen voor stopkracht, botsing, impact en dimensionale effecten.
Figuur 8-19: Cilinderdemper, slaginstellers, montagevormen en belastingtypes. Dempers beschermen de cilinder aan het einde van de slag; de montagevorm bepaalt hoe goed de cilinder de belasting kan opnemen.
Hydraulische cilinders hebben vele montagevormen, waaronder: flensmontage, oogmontage (trunnions), zijmontage met steunvlakken (side-lug mounts), centraal geplaatste schroefmontage (centerline screws), dubbele steunringen (double lug rings), klemstangen (tie-rods) en lasmontage (weld mounts). Centraal geplaatste steunmontage (center-lug mounts) of lasmontage zijn zeer geschikte ontwerpen, omdat zij minimale uitlijningsfouten tijdens de cilinderbedrijfsvoering veroorzaken.
Hydraulische cilinders kunnen hydraulische energie omzetten in rechte of lineaire mechanische beweging. Door de keuze van mechanische verbindingen kunnen cilinders echter ook talloze andere soorten mechanische beweging genereren.
Hydraulische cilinders kunnen in talloze toepassingen vele verschillende belastingtypes verplaatsen. In het algemeen worden belastingen die door de zuigerstang worden voortgestuwd ‘duibelastingen’ genoemd; belastingen die door de zuigerstang worden getrokken, worden ‘trekbelastingen’ genoemd.
Een stopbuis is een massieve metalen huls die op de zuigerstang is gemonteerd. Wanneer de zuigerstang van een cilinder met lange slag volledig is uitgeschoven, houdt de stopbuis de zuiger en de geleidhuls op een bepaalde afstand van elkaar. De geleidhuls voor de zuigerstang is een lager dat de zuigerstang ondersteunt tijdens de werking van de cilinder. Het is ontworpen om een bepaalde belasting te dragen. De geleidhuls voor de zuigerstang fungeert niet alleen als as, maar ook als belastingspunt voor de zuigerstang. Bij cilinders met lange slag die zijn verbonden met een belasting, neigt de zuigerstang zonder stijve geleiding bij volledige uitschuiving naar beneden te hangen, of kan buiging optreden bij de geleidhuls, waardoor een zijdelingse belasting ontstaat die de geleidhuls voor de zuigerstang beschadigt.
De functie van de stopbuis is om de zuiger en de geleidhuls op een bepaalde afstand van elkaar te houden wanneer de zuigerstang volledig is uitgeschoven, waardoor de belasting op de geleidhuls voor de zuigerstang wordt verminderd.
Hydraulische cilinders bestaan in vele soorten. Hieronder staan enkele veelgebruikte cilindertypes; deze zullen ook in bepaalde toepassingscircuits in latere lessen terugkomen.
Figuur 8-20 Soorten hydraulische cilinders. Elke soort is geschikt voor een specifieke toepassing: telescopisch voor lange slag in beperkte ruimte, tandem voor hoge kracht bij beperkte boringdiameter, dubbele zuigerstang voor gelijke kracht/snelheid in beide richtingen.
Het meest voorkomende type in industriële hydraulica is de dubbelwerkende cilinder met enkele zuigerstang. Voor dit type zijn de toegestane gpm en psi, evenals de omgezette mechanische kracht en de beweging van de zuigerstang, de belangrijkste aandachtspunten.
Zuigeroppervlak en effectief zuigeroppervlak worden over het algemeen besproken voor dubbelwerkende cilinders met enkele zuigerstang. Het grote zuigeroppervlak is het volledige doorsnede-oppervlak van de zuiger dat aan druk wordt blootgesteld aan de blinde kant van de cilinder (de zijde zonder zuigerstang). Het effectieve kleine oppervlak (ringvormig oppervlak) is het zuigeroppervlak dat aan druk wordt blootgesteld aan de zijde van de zuigerstang, omdat de zuigerstang een deel van het zuigeroppervlak inneemt. Daarom is het effectieve kleine oppervlak over het algemeen kleiner dan het grote oppervlak.
De uitbreidingssnelheid van de zuigerstang van de hydraulische cilinder wordt bepaald door hoe snel de vloeistof de blinde kant van de cilinder vult. De snelheid van de zuigerstang wordt meestal uitgedrukt in ft/min of m/min:
Stangsnelheid (ft/min) = Debiet (gpm) × 19,25 / Zuigeroppervlakte (in²)
*Stangsnelheid (m/s) = Debiet (L/min) × 0,167 / Zuigeroppervlakte (cm²)
* Indien u berekent in m/s en het resultaat minder dan 0,1 m/s is, dient het resultaat te worden uitgedrukt in mm/s.
Voorbeeld: een cilinder met een zuigeroppervlakte van 10 in² (64,5 cm²) ontvangt een debiet van 5 gpm (18,95 L/min). Stangsnelheid = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Bij dubbel debiet (10 gpm / 37,9 L/min) verdubbelt de stangsnelheid tot 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Tijdens het intrekken van de zuigerstang stroomt de vloeistof naar de stangzijde. Bij dezelfde instroomdebiet is de inhalingsnelheid hoger dan de uitbreidingssnelheid — gebruik in de formule de kleinere (ringvormige) zuigeroppervlakte.
Voorbeeld: Een stroming van 10 gpm (38 l/min) komt de staafzijde van een cilinder binnen met een grote oppervlakte van 10 in² (65 cm²) en een kleine oppervlakte van 8 in² (52 cm²). Intreksnelheid = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Staafsnelheid (ft/min) = Debiet (gpm) × 19,25 / Kleine oppervlakte (in²)
Staafsnelheid (m/s) = Debiet (L/min) × 0,167 / Kleine oppervlakte (cm²)
Bij dezelfde ingangsstroming trekt een dubbelwerkende cilinder met enkele staaf sneller in dan dat hij uitstoot.
Tijdens intrekken komt de stroming de staafzijde binnen en verlaat deze de blinde zijde. De afvoerstroming is groter dan de instroom — deze kan worden berekend met dezelfde formule als voor gpm (l/min), maar dan met gebruikmaking van de grote zuigeroppervlakte. Voorbeeld: 10 gpm die de staafzijde binnengaat bij een snelheid van 24,06 ft/min: afvoer = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Zoals hierboven weergegeven, is de kracht die wordt opgewekt door een hydraulische cilinder een functie van de hydraulische druk die werkt op het oppervlak van de cilinderzuiger. Als een specifieke cilinder meer kracht moet opwekken dan de huidige maximale uitvoerkracht, is het vaak een kwestie van het verhogen van de druk tot een evenredig niveau. In sommige situaties maken de systeemdruk en de cilindergrootte het onmogelijk om een grotere cilinder te gebruiken — een tandemcilinder kan dit probleem oplossen.
Een tandemcilinder bestaat uit twee of meer cilinders in serie. De zuigerstangen zijn met elkaar verbonden om één gemeenschappelijke zuigerstaaf te vormen. Zuigerstangdichtingen tussen de cilinders zorgen ervoor dat elke cilinder dubbelwerkend kan functioneren. Wanneer de cilindergrootte beperkt wordt door ruimte- en machineafmetingen, kan dezelfde mechanische uitvoerkracht worden verkregen, ook al is de druk die door de pomp/motor wordt opgewekt relatief laag.
Voorbeeld: de grootste machine-installatie staat een zuigeroppervlakte van 10 in² (64,5 cm²) toe. De maximale druk die nodig is om de belastingsweerstand te overwinnen, bedraagt slechts 500 psi (34,48 bar). Door een extra druk van 500 psi (34,48 bar) op de effectieve oppervlaktezijde van 8 in² (51,6 cm²) toe te voegen, met tegendruk, ontstaat een kracht van 781 psi (53,86 bar). In een tandemcircuit met twee cilinders, elk op 500 psi (34,48 bar) met een oppervlakte van 10 in² en een effectieve oppervlakte van 8 in², is de gecombineerde uitvoer veel groter.
BELANGRIJKE FORMULES – HOOFDSTUK 8
|
Formule |
Vergelijking |
Opmerkingen |
|
Uitschuifsnelheid van de stang |
v = Q × 19,25 / A_groot |
Q in gpm, A in in², v in ft/min |
|
Intreksnelheid van de stang |
v = Q × 19,25 / A_klein |
Gebruik de ringvormige (kleine) oppervlakte |
|
Stangsnelheid (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q in L/min, A in cm², v in m/s |
|
Uitlaat aan blinde kant |
Q_out = v × A_groot / 19,25 |
Meer uitgangen dan ingangen tijdens intrekken |
|
Cilinderkracht |
F = P × A |
F in lbs, P in psi, A in in² |
Welkom bij HOVOO, een Chinese zegelfabriek. Productie van PU, Rubber en PTFE zegels. De zegels omvatten O-ring, pistonzegel, stangzegel, Gray ring en gaszegel.
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
