33-99Nr. Mufu E Rd. Gulou-distriktet, Nanjing, Kina [email protected] | [email protected]
33-99Nr. Mufu E Rd. Gulou-distriktet, Nanjing, Kina [email protected] | [email protected]
En tilbakeslagsventil består hovedsakelig av et ventilkropp med inn- og utløpsporter samt en fjærbelastet bevegelig del. Den bevegelige delen kan være en skive, plate eller stempel — i hydrauliske systemer er det vanligvis en kule eller et stemplesete.
Væske kan strømme gjennom en tilbakeslagsventil bare i én retning — den frie strømningsretningen. Når systemtrykket ved innløpsporten stiger tilstrekkelig høyt til å overvinne fjærkraften som belaster stempelet, blir stempelet presset bort fra setet sitt og væsken strømmer gjennom. Dette er den frie strømningsretningen. Når væsken prøver å strømme tilbake fra utløpsporten, blir stempelet presset mot setet sitt, hvilket tetner passasjen og blokkerer omvendt strømning.
Figur 8-1 Tilbakeslagsventil. Det fjærlastede stempelet setter seg på setet når strømningen reverseres, og blokkerer fullstendig omvendt strømning. Tilbakeslagsventilen er den hydrauliske ekvivalenten til en ensrettet gate.
En tilbakeslagventil har både retningsspesifikk og trykkstyringsfunksjon — den tillater strømning i én retning bare. I hydrauliske systemer brukes tilbakeslagventiler ofte som bypass-ventiler, slik at strømningen kan gå forbi en komponent. For eksempel tillater en tilbakeslagventil i parallell med en strømningsreguleringsventil omvendt strømning å gå forbi strømningsregulatoren.
Tilbakeslagventiler kan også isolere en gren eller en komponent i et system. For eksempel: når det brukes sammen med en akkumulator forhindrer tilbakeslagventilen akkumulatoren i å tømmes tilbake gjennom trykkavlastningsventilen eller hydraulikkpumpen.
SIKKERHET: Når tilbakeslagventiler brukes i akkumulatorkretser, må kretsen ha en mekanisme for automatisk utladning av akkumulatoren når maskinen slås av.
En tilbakeslagsventil er vanligvis en enhet med lav lekkasje; faktisk kan den utformes til å være helt lekkasjefri. En tilbakeslagsventil kan holde en last nesten uendelig lenge. Husk imidlertid at en tilbakeslagsventil er en ensrettingsventil — for å frigjøre lasten må den bevegelige delen tvinges bort fra setet sitt. Dette krever en spesiell type tilbakeslagsventil som kalles en styrventilstyrt tilbakeslagsventil.
Figur 8-2 Tre vanlige bruksområder for tilbakeslagsventiler i hydrauliske kretser: bypass rundt en strømningsregulator, isolering av en akkumulator og trykkterskel med fjærbelastning.
De fleste spolebaserte hydrauliske komponenter har en viss intern bypass-strømning — dette indikerer ikke dårlig kvalitet, da mye av denne bypass-strømningen faktisk er beregnet på å smøre komponenten. Hvis et system imidlertid krever at en sylinder holder en last hengende uten å krype, blir lekkasje et problem. I denne situasjonen må en tilbakeslagsventil med tettingsfunksjon brukes.
En pilotstyrt tilbakeslagventil tillater fritt strøm i én retning; når en pilottrykkkraft presser den bevegelige delen vekk fra setet, kan også omvendt strøm passere gjennom.
Som en vanlig tilbakeslagventil har en pilotstyrt tilbakeslagventil et ventilkropp med inngangs- og utgangsporter, en fjærbelastet poppet (bevegelig del) mot et sete. I tillegg er poppeten utstyrt med en trykkstang og en myk-fjærbelastet pilotpiston direkte motsatt setet. Pilottrykk fra pilotporten virker på pistonen. Fjærrummet ved pistonen har en avløpsport.
En pilotstyrt tilbakeslagventil tillater fritt strøm fra inngang til utgang på samme måte som en vanlig tilbakeslagventil. Strøm som prøver å gå inn fra utgangen tvinger poppeten mot setet og lukker passasjen. Når tilstrekkelig pilottrykk virker på pilotpistonen, beveger pistonen seg og presser på kontrollpoppeten, slik at denne løftes fra setet. Så lenge kraften på pilotpistonen er stor nok, kan strøm gå fra utgang til inngang.
Figur 8-3 Pilotstyrt sjekkventil. Uten pilottrykk fungerer den som en vanlig sjekkventil (fri strømning bare i én retning). Med påført pilottrykk tillates også omvendt strømning – noe som muliggjør lastfrigjøring.
Ved å bruke én pilotstyrt sjekkventil for å sperre strømningen fra sylinderens B-port holdes lasten svevet så lenge sylindertetthetene er effektive og det ikke er lekkasje i ledningene, sylinderen eller sjekkventilen. For å senke lasten, påfør bare pilottrykk fra linje A til kontrollpistonen.
Pilottrykket for den pilotstyrte sjekkventilen tas fra arbeidsledningen til hydrauliksylinderen – så lenge trykket i linje A er høyt nok, forblir sjekkventilen åpen. Når lasten heves, passerer oljen lett gjennom sjekkventilen, siden dette er retningen for fri strømning.
I noen situasjoner må laster som er festet til stempelstangen på en sylinder låses i ro. For å oppnå dette kan en pilotstyrt sjekkventil installeres i hver av sylindrens arbeidsledninger – de pilotstyrte sjekkventilene sperrer av strømmen ut fra sylinderen. Så lenge sylindertettingene forblir effektive og det ikke forekommer lekkasje noe sted, kan lasten holdes på plass.
For absolutt lastlåsing må en spesiell låsesylinder med mekanisk låseinnretning brukes. Mekanisk låsing er den sikreste metoden for å holde lasten på plass.
En akkumulator lagrer hydraulisk trykk. Dette hydrauliske trykket er potensiell energi som kan omformes til arbeidsenergi (strømning og trykk).
Akkumulatorer kan deles inn i typer med tyngdekraftlast, fjærbelastning og væske/gass. De skiller seg fra hverandre i hvordan akkumulatoren opprettholder den arbeidsgivende kraften på den lagrede oljen.
En gravitasjonslastet akkumulator bruker vekten av et tungt objekt som virker på en stempel eller stempelpinne for å opprettholde arbeidskraft på den lagrede oljen. Vekten kan være laget av hvilket som helst tungt materiale — jern, betong eller til og med vann. Gravitasjonslastede akkumulatorer er vanligvis svært store, og kan noen ganger inneholde flere hundre gallon. De betjener flere hydrauliske systemer samtidig og brukes i valser og sentrale hydrauliske systemer.
Den ønskelige egenskapen ved en gravitasjonslastet akkumulator er at den lagrer olje ved en relativt konstant trykknivå — uansett om beholderen er full eller nesten tom, er det lagrede trykket i praksis uendret. Dette skyldes at kraften som virker på oljen er tyngdekraften (vekten), som er konstant — uansett hvor mye olje som er i akkumulatoren, er den anvendte kraften den samme.
En uønsket egenskap ved gravitasjonsbelastede akkumulatorer er utviklingen av sjokk. Når en gravitasjonsbelastet akkumulator plutselig stoppes under rask strømning, fører tregheten til den tunge vekten til betydelige trykkspisser i systemet. Dette kan føre til lekkasjer i rør og forbindelser og kan forårsake metallutmattelse som resulterer i tidlig komponentfeil.
Figur 8-6 Gravitasjonsbelastet akkumulator. Den konstante vekten gir konstant trykk uavhengig av oljemengden. Brukes i store industrielle systemer, for eksempel hydraulikk i stålverk.
En fjærbelastet akkumulator bruker en fjær som virker på en stempel for å opprettholde kraft på den lagrede oljen. Fjærbelastede akkumulatorer er vanligvis mindre enn tyngdekraftstyper og kan inneholde noen få gallon. De brukes typisk til ett hydraulisk system og opererer vanligvis ved lavt trykk. Når trykkolje strømmer inn i den fjærbelastede akkumulatoren, bestemmes trykket i den lagrede oljen av hvor mye fjæren er komprimert. Når stempelet beveger seg oppover og komprimerer fjæren 10 tommer (25,4 cm), er det lagrede trykket høyere enn når fjæren er komprimert 4 tommer (10,2 cm).
For å forhindre at lekkende olje samler seg i fjærkammeret, har fjærkammeret en utløpsåpning slik at lekkasjen kan renne ut. Fjærlastede akkumulatorer bør ikke ha ekstern avledning til reservoaret, da dette vil føre til at oljen skummer. Uansett om enden på utløpsrøret befinner seg over eller under væskenivået i reservoaret, vil akkumulatoren alltid produsere skum under drift — når akkumulatoren raskt leverer væskestrøm, klarer oljen over pistonen ikke å følge med på pistons bevegelse, noe som skaper et delvis vakuum i fjærkammeret og fører til at luft skiller seg ut fra oljen. Når akkumulatoren lades opp igjen, beveger pistonen seg oppover og presser oljen med luftbobler tilbake til reservoaret. Luftbobler i reservoaret er uønsket, så fjærlastede akkumulatorer har vanligvis ikke ekstern utløp.
For fjærlastede akkumulatorer med ekstern utløp fra fjærkammeret kreves umiddelbar oppmerksomhet hvis pistontetningen slites. Uten tidlig repareringsinngrep kan det bli nødvendig med en grundig rengjøring.
Figur 8-7 Fjærbelastet akkumulator. Fjærkraften – og dermed den lagrede trykket – øker når stempelet beveger seg oppover. Brukes i små, lavtrykkssystemer.
Væske-/gassakkumulatoren er den mest brukte typen i industrielle hydrauliske systemer. Den bruker komprimert gass for å opprettholde arbeidskraft på den lagrede oljen.
SIKKERHET: I industrielle systemer som bruker væske-/gassakkumulatorer må alltid tørr nitrogenbrukes. Bruk aldri komprimert luft, fordi gass-/oljedampblandinger er eksplosive.
Væske-/gassakkumulatorer deles inn i stempeltype, membrantype og ballongtype, avhengig av hvilken enhet som brukes til å skille gassen fra oljen.
En akkumulator av stempeletype består av et rør og et bevegelig stempel med elastiske tettringsringer. Den øvre delen av rommet over stempelet er fylt med komprimert gass. Når olje fylles inn i røret, komprimeres gassen. Når oljen tappes fra akkumulatoren, synker gasspresset. Når all olje er tapt, når stempelet slutten av sin slaglengde og lukker utløpsåpningen, slik at gassen beholdes inne i akkumulatoren.
En membranakkumulator er en kuleformet beholder som dannes ved å skru sammen to metallhalvkuler. Det indre rommet er delt av en syntetisk gummimembran – den øvre kammeren er fylt med gass. Når trykkolje strømmer inn i den andre kammeren, komprimeres gassen. Når all olje er tapt, dekker membranen utløpsåpningen og holder gassen inne i akkumulatoren; membranen blir ikke presset ut forbi sin egen tykkelse.
En beholder-akkumulator av blærese-typen består av et metallskall og en intern syntetisk gummiblære. Blæren fylles med gass. Når olje strømmer inn i skallet, komprimeres gassen i blæren, og olje strømmer ut av skallet. Når all olje er utladet, prøver gasspresset å presse blæren gjennom utløpsåpningen – men når blæren kommer i kontakt med setetventilen ved utløpet, forsegles oljen automatisk inne i skallet.
Figur 8-8: Tre typer væske-/gassakkumulatorer. Alle bruker komprimert nitrogen til lagring av hydraulisk energi. Pistontype (øverst), membrantype (midten) og blæresetype (nederst) skiller seg fra hverandre ved hvordan gass og olje er adskilt.
Akkumulatorer kan utføre flere funksjoner i hydrauliske systemer: levere væskestrøm, opprettholde trykk og dempe støt.
Forsyning av strøm er ett bruksområde for en akkumulator. En ladet akkumulator er en kilde til hydraulisk potensiell energi. Når systemet krever mer strøm enn pumpen kan levere, kan den lagrede energien i akkumulatoren brukes til å generere systemstrøm. For eksempel, hvis en maskin er konstruert slik at den faktiske arbeidstiden er veldig kort under dens driftssyklus, kan en pumpe med liten forskyvningsvolum lade akkumulatoren over en periode. Når maskinen er i drift, skifter rettningsventilen til arbeidsposisjonen, og akkumulatoren gir umiddelbart trykkolje til aktuatoren etter behov. Denne metoden for å bruke akkumulatoren sammen med en liten pumpe lagrer toppkraft – med andre ord erstatter den den store strømmen/kraften fra en stor pumpe/motor på kort tid med en liten pumpe/motor som gjennomsnittlig leverer kraft over en lengre periode.
Akkumulatorer kan brukes til å vedlikeholde trykk. Når pumpen/motoren leverer strøm til andre deler av systemet, kan en akkumulator vedlikeholde trykk på én gren av kretsen.
Når systemet krever at klemesylinder A skal returnere, må klemesylinder B opprettholde trykk. Når rettningsventil A skifter stilling, faller trykket i hydraulikkpumpen og i ledningene til sylinder A raskt, mens trykket i sylinder B opprettholdes av akkumulatoren, som allerede har lagret tilstrekkelig mengde trykkolje for å kompensere for lekkasje i ledningene til sylinder B.
I et annet bruksområde utsettes en arbeidssylinder nær en ovn for høy omgivelsestemperatur, noe som fører til termisk utvidelse av oljen. Akkumulatoren absorberer den økte volumet og opprettholder trykket på et relativt konstant nivå. Uten akkumulatoren ville trykkøkningen i ledningene være ukontrollert og kunne føre til sprekking av komponenthus, rør eller koblingsdeler.
Figur 8-10 Akkumulator for trykkoppbevaring. (Topp) Opprettholder trykk på én kretsgren mens pumpen betjener en annen. (Bunn) Absorberer volumendringer som skyldes termisk oljeutvidelse nær varmekilder.
Væske-/gassakkumulatorer kan også brukes til å absorbere systemstøt. Støt i et hydraulisk system kan skyldes tregheten til en last som er koblet til en sylinder eller motor, eller ved plutselig strømavbrudd eller rask retningsskifting i en styringsventil, noe som skaper støt på grunn av væskens treghet. En akkumulator i kretsen kan absorbere deler av støtet og forhindre at det spres gjennom hele systemet.
Eksterne mekaniske krefter kan også skape hydraulisk støt. En last som er koblet til en hydraulisk sylinder med tendens til tilbakeslag presser stempelet tilbake og skaper hydraulisk støt. En akkumulator i sylinderledningen, hvis den er korrekt ladet, hjelper til å redusere støteffekten. Hvis den er feilaktig ladet, kan den også føre til overtrykk.
Siden væske-/gassakkumulatorer bruker komprimert gass til å lagre oljetrykk, påvirker gassens egenskaper akseleratorens ytelse. Når en væske-/gassakkumulator lades, komprimeres gassen og temperaturen stiger. Ved konstant trykk tar varm gass mer plass enn kald gass.
Den isotermiske prosessen beskriver akseleratorens driftstilstand når gassens temperatur holdes konstant. Under opplading betyr isotermisk drift at gassen komprimeres langsomt nok til at all varme som genereres ved kompresjonen fullstendig avledes. Den adiabatiske prosessen beskriver akseleratorens driftstilstand når gassens temperatur endres. Under opplading betyr adiabatisk at gassen komprimeres så raskt at all varme beholdes.
For en væske-/gassakkumulator som er ladet til samme trykk lagrer den isotermiske prosessen mer olje enn den adiabatiske prosessen.
Numerisk eksempel: En stempelakkumulator har opprinnelig gasstrykk på 500 psi (34,48 bar) og temperatur på 70 °F (21 °C). Hvis den lades til 1 000 psi (68,97 bar) ved en adiabatisk prosess (hurtig), stiger temperatur og trykk sammen. Ved 1 000 psi (68,97 bar) stopper oljen å strømme inn; temperaturen er da 150 °F (65,6 °C), og akkumulatoren lagrer 135 in³ (2 215,65 cm³) olje. Hvis ladningen skjer isotermt (sakte), holder temperaturen seg konstant på 70 °F (21 °C) gjennom hele prosessen; ved 1 000 psi (68,97 bar) stopper oljen å strømme inn, og akkumulatoren lagrer 150 in³ (2 458,5 cm³) olje.
Figur 8-12: Isoterm vs. adiabatisk ladning. Langsom (isoterm) ladning lagrer mer olje enn rask (adiabatisk) ladning ved samme sluttrykk, fordi temperaturen holder seg lavere og gassen opptar mindre volum.
Under oljeutslipp utvider gassen seg og kjøles ned. Ved konstant trykk tar kaldere gass mindre plass enn varmere gass. I praksis er akkumulatorens drift vanligvis adiabatisk – ikke isotermisk. I de følgende avsnittene er hovedfokuset ikke på hvor mye olje akkumulatoren kan lagre, men heller på hvor mye olje den leverer før trykket faller til et lavere nivå, noe som sterkt påvirkes av forspenningspresset.
Når en akkumulator er helt tom for olje, er gasspresset som lades inn i væske-/gassakkumulatoren forspenningspresset. Dette trykket påvirker betydelig den effektive volumet og støtdempende ytelsen til akkumulatoren.
Væske-/gassakkumulatorer som brukes til å produsere systemstrøm eller opprettholde trykk, opererer vanligvis mellom maksimalt og minimalt driftstrykk. Når akkumulatoren er fulladet med olje, oppnår den maksimalt driftstrykk. Når det er behov for det, synker driftstrykket, og akkumulatoren frigir olje ned til et lavere minimumstrykk. Volumet av olje som akkumulatoren frigir mellom maksimalt og minimums driftstrykk kalles det effektive volumet.
Forladesstrykket påvirker det effektive volumet. Eksempel: En væske-/gassakkumulator på 231 in³ (3 786 cm³) i et system bruker en liten pumpe til å fylle olje opp til systemtrykket på 2 000 psi (137,9 bar). For å levere strøm tillates trykket å synke til 1 500 psi (103,4 bar). Det valgte forladesstrykket avgjør hvor mye olje akkumulatoren leverer til systemet.
Fra ytelsestabellen kan en akkumulator med volum 231 in³ (3 786 cm³) og forspenning på 100 psi (6,89 bar) lagre 210 in³ (3 441,9 cm³) olje ved isoterme ladning på 1 000 psi (øvre grense = isoterme verdier). Ved 1 500 psi (103,4 bar) lagrer den 202 in³ (3 310,8 cm³), og leverer 8 in³ (131 cm³) mellom de to trykkene. Denne akkumulatoren med lav forspenning lagrer mye olje, men leverer svært lite.
Ved å øke forspenningen til 1 000 psi (68,96 bar) lagrer 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 33,5 in³ (594,1 cm³). Høyere forspenning gir mindre total lagret olje, men mye større leveranse. Med en forspenning på 1 400 psi (96,6 bar) er den lagrede oljemengden minimal, mens den leverte oljemengden er maksimal.
Figur 8-13: Ytelsestabell for akkumulator (kapasitet 231 in³). Høyere forspenningstrykk gir mer olje per syklus mellom gitte trykkgrenser, men lagrer mindre total olje. Velg forspenning basert på den nødvendige effektive volumet, ikke på total kapasitet.
Den effektive volumutgangen fra en akkumulator bør styres av strømmen. Ved trykkvedlikehold bestemmes den styrte strømmen av lekkasjen som må kompenseres. For akkumulatorer som brukes til å levere trykkolje, er den effektive volumutgangen for rask når den nedstrømsliggende rettningsventilen skifter. Av denne grunnen har disse akkumulatorene ofte strømstyringsventiler og bypass-sjekkventiler på inngangs-/utgangsportene sine.
Når en væske-/gassakkumulator brukes som støtdemper, settes forspenningen vanligvis litt over det maksimale arbeidstrykket i kretsen (ca. 100 psi / 6,896 bar over det maksimale trykket som er satt av trykkbegrensningsventilen). Hvis det maksimale arbeidstrykket settes av trykkbegrensningsventilen, kan forspenningen settes ca. 100 psi over innstillingen av trykkbegrensningsventilen.
Forladespresset til en væske-/gassakkumulator påvirker dets evne til å dempe støt. I et hydraulisk system oppstår støt som følge av eksterne mekaniske krefter på en sylinder eller motor som fører til en rask trykkstigning, eller som følge av væskens treghet når en hydraulisk ventil plutselig lukkes.
Akkumulatoren kan absorbere den delen av støttrykkoljen som den kan komprimere og overføre. En ledning med en akkumulator blir komprimerbar over et visst trykk. Hvis forladespresset er for lavt, har den allerede lagret litt olje før støtet kommer, og kan derfor bare absorbere 4 in³ (65,6 cm³). Hvis forladespresset er 2 500 psi (172,4 bar) — for høyt — stiger trykket til nesten 2 800 psi (193 bar) før 4 in³ absorberes. For støtdempere er forladespresset svært viktig.
En væske-/gassakkumulator lades med gass til den riktige forspenningspressen én gang. Dette betyr at samme forspenning ikke kan opprettholdes uendelig lenge. Når akkumulatoren er i drift, lekker komprimert gass gjennom gassventilen — muligens på grunn av feil på gassventilen eller dårlig tetting, eller et problem med konisk ventilkjerne som ikke sitter ordentlig i ventilselen. Gasspressen avtar også gradvis under oljeutslipp for blærese- og membranakkumulatorer — dette skjer vanligvis katastrofalt og fører til brudd på syntetisk gummimembranmaterialet. For stempelekkumulatorer kan ladet gass unnslippe forbi slitt tetning fra stempelet under utslippsprosessen. Gradvis tap av forspenning kan indikere en stempelekkumulator med en viss grad av slitasje.
Riktig fortrykk er avgjørende for ytelsen til væske-/gassakkumulatorer, så det bør sjekkes regelmessig. Et fyllingsutstyr med manometer er nødvendig for å sjekke fortrykket. Utstyret består hovedsakelig av en fyllingsklo, utløpsventil og manometer.
Fremgangsmåte for sjekk: Tøm hele oljen fra akkumulatoren, fjern beskyttelsesdekselet (vanligvis på gassventilen øverst). Med håndtaket på kloen fullt trukket ut, kontroller at utløpsventilen er lukket. Koble fyllingskloen til gassventilen på akkumulatoren, stram fast vingemutteren på kloen og sikre en pålitelig tilkobling til gassventilen. Skru inn kloskruen for å trykke helt inn ventilkjernen på akkumulatorens gassventil; les av trykket på manometeret — dette er akkumulatorens fortrykk.
Hvis forladingen er korrekt, roter spennhåndtaket ut for å lukke gassventilen på akkumulatoren, åpne avluftningsventilen for å redusere trykket i ladeutstyret, løsne vingemutteren på spennen, fjern utstyret fra akkumulatoren og monter tilbake beskyttelseslokket på gassventilen.
Hvis fortrykket er for høyt, åpner du utløpsventilen for å frigjøre overskytende trykk. Hvis fortrykket må økes, trekker du først ut spennhåndtaket for å lukke akkumulatorens gassventil, åpner utløpsventilen for å redusere trykket i ladeutstyret, lukker deretter utløpsventilen og kobler ladeutstyret til en nitrogenflaske. Roter spennhåndtaket innover for å fullstendig presse ned kjernen i akkumulatorens gassventil, åpner ventilen på nitrogenflasken for å la gassen strømme sakte inn i akkumulatoren. Når manometeret viser ønsket trykk, lukker du gassventilen. Når manometeret viser riktig fortrykk, lukker du ventilen på nitrogenflasken, trekker ut spennhåndtaket for å lukke akkumulatorens gassventil, åpner utløpsventilen og koble deretter fra den fleksible ladeslangen og ladeutstyret.
Figur 8-15: Kontroll og innstilling av akkumulatorfortrykk. (Topp) Slitte stemelpakninger fører til gradvis tap av fortrykk. (Bunn) Standard nitrogenladeutstyr — bruk alltid tørr nitrogen, aldri komprimert luft.
I en typisk hydraulisk krets med akkumulator skal pumpens/motorens strøm utlastes til reservoaren ved så lav trykk som mulig når akkumulatoren er fullt ladet og ingen del av systemet er i drift. I den viste kretsen brukes en utløpsventil for utlasting. Når akkumulatoren lades opp til utløpsventilens innstilling, åpner ventilen og leder pumpens strøm til reservoaren.
Vanligvis kan denne typen utlasting bare vare i noen få sekunder, fordi det alltid er litt lekkasje nedstrøms sjekkventilen. Akkumulatoren må kompensere for denne lekkasjen — trykket synker gradvis — utløpsventilen lukkes gradvis, og åpningen til reservoaren blir mindre og mindre, inntil akkumulatortrykket synker under ventilenes åpningspress. Når ventilen lukkes, må pumpen/motoren utvikle mer effekt for å gjenopplade akkumulatoren til utløpsventilens innstilling.
For å sikre at pumpen/motoren er fullstendig lastet ut før akkumulatoren lades opp igjen, kan en trykkbryter brukes. I kretsen registrerer trykkbryteren trykket i akkumulatoren og sender et elektrisk brytesignal ved en innstilt trykkverdi. Det elektriske signalet går til en normalt lukket toveis-magnetventil — denne magnetventilen kan styre en pilotstyrt overtrykkventil for å laste ut. Når akkumulatoren lades opp til trykkbryterens innstilling, sender reléet et signal til magnetventilen for å laste ut overtrykkventilen og lede pumpens/motorens strøm til reservoaret gjennom overtrykkventilen.
Figur 8-16: Kretser for laste ut akkumulatorer. (Øverst) Enkel dumpventil — laster ut til tanken når akkumulatoren når innstilt trykk, men har tendens til å sykle. (Nederst) Trykkbryter med pilotstyrt overtrykkventil — sikrer full lasteut og nøyaktig trykkbåndstyring.
Etter at akkumulatoren er ladet, kan en differensialtrykkavlastningsventil erstatte trykkbryteren og magnetventilen for å frigjøre sikkerhetsventilen og avlaste pumpen/motoren. Differensialtrykkavlastningsventilen er en hydraulisk ventiler som er spesielt utformet for bruk med akkumulatorer. Som navnet antyder, bruker denne ventilen et trykkfall for å avlaste pumpen/motoren.
Differensialtrykkavlastningsventilen består av en styret sikkerhetsventil, en kontrollventil og en differensialpiston montert i ett ventilkorpus. Ventilkorpuset har tre tilkoblinger: trykktilkobling, returtilkobling og akkumulatortilkobling.
Inne i differensialtrykk-unntakventilen fungerer kontrollventilen og trykkstyrte overlastventilen normalt. Pumpens utgangsolje kan fylle akkumulatoren gjennom kontrollventilen. Differensialpistonen sitter motsatt trykkstyrte overlastventilens spole og kan bevege seg fritt i sin bore. De to endene av pistonen er utsatt for like store trykkarealer. Når akkumulatoren fylles, er trykket på begge sider av pistonen nesten likt (unntatt trykkfallet gjennom kontrollventilen), så pistonen beveger seg ikke. Når trykket på spolen til trykkstyrte ventilen blir stort nok, skyves spolen bort fra setet sitt — som allerede er kjent, kan denne pilotbevegelsen begrense trykket i hovedventilens fjærkammer. Ettersom hovedventilens fjærkammer og den ene enden av differensialpistonen er trykkbegrenset, beveger pistonen seg mot spolen til trykkstyrte ventilen og skyver spolen fullstendig bort fra setet, noe som effektivt frigjør kontrolltrykket i hovedspolens fjærkammer, utlaster overlastventilen og utlaster pumpen/motoren. Kontrollventilen lukkes samtidig, slik at olje fra akkumulatoren ikke kan tappes gjennom overlastventilen.
Den differensielle pistonsarea som er utsatt for trykk er 15 % større enn styrventilens spoleareal. Siden kraft = trykk × areal, er kraften som holder styrventilens spole unna setet dens 15 % større enn kraften som løfter styrventilens spole. Dette betyr at fjæren må få en kraft som er mer enn 15 % større fra en annen kilde for å få styrventilens spole til å sitte fast igjen — eller trykket i systemet må synke med 15 % før styrventilens spole kan sitte fast igjen.
Dette sikrer at differensialtrykksutlastingsventilen holder pumpen/motoren i utlastet tilstand etter fylling av akkumulatoren inntil trykket synker med en fast prosentandel — vanligvis ca. 15 % av styrventilens innstilling. For eksempel skjer utlastning ved en styrventilinnstilling på 1 000 psi (69 bar) mellom 1 000 psi (69 bar) og 850 psi (59 bar); ved en styrventilinnstilling på 2 000 psi (138 bar) er utlastingsområdet 2 000 psi (138 bar) til 1 700 psi (117 bar).
I enhver applikasjon må hydraulisk arbeidsenergi omformes til mekanisk energi for å utføre nyttig arbeid. Hydrauliske sylindre omformer hydraulisk energi til lineær mekanisk bevegelse.
En hydraulisk sylinder består av et rør (barrel), en bevegelig stempel med fleksible tettringsringar som er festa til en stemplestang, samt to endekapsler. Endekapslene kan være gjengede, flensede, trukket over eller sveisede på røret. Industrielle hydrauliske sylindre bruker vanligvis boltede forbindelser på stemplestangen. Når stemplestangen beveger seg, refereres dette til som et tettingssett for stemplestang eller en avtagbar veiering som guider og støtter stemplestangen.
Enden med stemplestangen kalles «stangenden»; den andre enden uten stang kalles «blindeenden». Innløps- og utløpsportene er plassert på endekapslene for henholdsvis stangenden og blindeenden.
For å sikre riktig drift må stempel- og stemplestangveiledningstettet i hydraulikksylinderen ha pålitelige tetninger. Vanlige tetninger som brukes i hydraulikksylinderstempler er leppetetninger, støpejernsstempleringer eller enkelte/dobbeltriktet tetningsenheter. Tetningsmaterialer og -komponenter må bekreftes som kompatible med arbeidsvæsken og driftsforholdene.
Flerelagstetting for stemplestangen er en effektiv type tetning for stemplestangen, bestående av en hovedtetning med en leppeformet indre tetningsflate, en tørkepensel som kontinuerlig er i kontakt med overflaten til stemplestangen under driften og fjerner arbeidsoljen fra stemplestangoverflaten. Den sekundære støvtetningen samler opp restoljen som etterlates av hovedtetningen og fjerner eventuelle fremmede partikler som sitter fast på stemplestangen under innkjøring av stemplestangen.
Som beskrevet ovenfor kan olje som samles i hulrommet mellom hovedtetningen og støvtetningen returnere til sylinderrøret under tilbaketrekking — dette er normalt. Hvis sylinderens slaglengde er spesielt lang (10 fot / 3,05 m eller lengre), kan mengden olje som samles i tetningshulrommet bli så stor at den overstiger kapasiteten til stempelestangenstetningen. I en slik situasjon, og når det er for mye olje i tetningshulrommet, bør tetningshulrommet til stempelestangstetningen ha en ekstern avløpsforbindelse.
Figur 8-18: Detaljer ved sylinderkonstruksjon. Stempelstangendenkappen inneholder tetningsanordningen for stempelestangen. Ved sylindere med lang slaglengde legges det til en avløpsåpning for å hindre at olje oversvømmer tetningen.
Når hydraulisk energi driver sylinderstempelet mot slutt på slaget (slutt på sylindrens bevegelse), blir oljens treghet til sjokk — det såkalte «hydrauliske sjokket». Hvis energien er stor nok, kan dette sjokket skade hydrauliske sylindre.
For å beskytte hydrauliske sylindere mot overmålig sjokk kan dempningsanordninger installeres. Dempningsanordninger kan senke hastigheten til sylinderens stempel nær slutten av slaglengden. Dempningsanordninger kan monteres på enten den ene eller begge endene av en hydraulisk sylinder.
En dempningsanordning består av en strømningsregulerende nålventil og en dempningspil som er montert på den blinde enden av stempelet, samt en dempningshylse på stempelestangen. Disse enhetene virker som propper på hver ende.
Når stempelen i hydraulisk sylinder nærmer seg sluttstillingen på slaglengden, blokkerer dempingspissen eller dempingsskuffen den normale oljeutgangen. Dette tvinger oljen til å strømme gjennom nålventilen alene. En del av trykkoljen ved overtrykksventilens innstilling slipper ut gjennom nålventilen. Den resterende strømmen gjennom nålventilen bestemmer sylinderns bremsingsrate. Innstilling av nålventilen bestemmer bremsingsraten til stempelet. Ved tilbakestillingen strømmer væsken inn i sylinderen gjennom en enkelt kontrollventil (ikke vist) for å gå forbi nålventilen, slik at tilbakefartshastigheten ikke påvirkes.
Noen ganger må slaglengden til en hydraulisk sylinder begrenses ved ekstern kontroll. Ved å montere en stoppskru som kan skrus inn og ut på sylinderrøret, kan slaglengden forhåndsinnstilles. Enhver type slaglengdeinnstiller må verifiseres mot krav til stoppkraft, kollisjon, støt og dimensjonelle effekter.
Figur 8-19 Sylinderdempere, slagjusteringsenheter, monteringsformer og belastningstyper. Dempere beskytter sylinderen ved slutt på slaget; monteringsform avgörer hvor godt sylinderen kan håndtera sin belastning.
Hydrauliske sylindere har mange monteringsformer, blant annet: flenser, støtter, sidefester, sentralskruer, dobbelte festeringer, tilkoblingsstenger og sveisemonteringer. Sentralfester eller sveisemonteringer er en svært god konstruksjon, da de gir minimal feiljustering under sylinderverkemåten.
Hydrauliske sylindere kan omforme hydraulisk energi til rettlinjet eller lineær mekanisk bevegelse. På grunn av valg av mekaniske koblinger kan imidlertid sylindere også levere mange ulike typer mekanisk bevegelse.
Hydrauliske sylindere kan flytte mange ulike typer belastninger i tallrike anvendelser. Generelt kalles belastninger som skyves ut av stempelstangen for skyvebelastninger; belastninger som trekkes inn av stempelstangen kalles trekkbelastninger.
En stopprør er et solidt metallskall som er montert på stempelstangen. Når stempelstangen i en sylinder med lang stroke er fullt utrekt, skiller stopprøret stempelet og veilederskallet med en avstand. Veilederskallet for stempelstangen er et lager som støtter stempelstangen under sylindrens drift. Det er konstruert for å bære en viss belastning. Veilederskallet for stempelstangen – i tillegg til å fungere som en akse – er også et belastningspunkt for stempelstangen. Ved lange-stroke-sylindere som er koblet til last, vil stempelstangen uten en stiv veileder ha tendens til å bøye seg nedover når den er fullt utrekt, eller bøyning kan oppstå ved veilederskallet, noe som fører til sidobelastning som skader veilederskallet for stempelstangen.
Funksjonen til stopprøret er å skille stempelet og veilederskallet med en avstand når stempelstangen er fullt utrekt, noe som reduserer belastningen på veilederskallet for stempelstangen.
Hydrauliske sylindere forekommer i mange typer. Nedenfor er noen vanlige sylindertyper; de vil også dukke opp i visse anvendelseskretser i senere leksjoner.
Figur 8-20 Hydraulisk sylindertyper. Hver type er egnet for en spesifikk anvendelse: teleskopisk for lang slaglengde i begrenset plass, tandem for høy kraft i begrenset sylinderdiameter og dobbeltstang for lik kraft/fart i begge retninger.
Den mest vanlige typen i industriell hydraulikk er dobbeltdrivende enkelstangsylinder. For denne typen er de viktigste hensynene tillatt volumstrøm (gpm) og trykk (psi), samt den omregnede mekaniske kraften og stangens bevegelse.
Stempelareal og effektivt stempelareal omtales vanligvis for dobbeltdrivende enkelstangsylindere. Det store stempelarealet er det fulle tverrsnittsarealet til stempelet som er utsatt for trykk på den blinde siden av sylinderen (siden uten stang). Det effektive småarealet (ringformet areal) er det stempelareal som er utsatt for trykk på stangssiden, fordi stangen okkuperer en del av stempelarealet. Derfor er det effektive småarealet vanligvis mindre enn det store arealet.
Utstøtningshastigheten til stempelstangen i en hydraulisk sylinder bestemmes av hvor raskt væsken fyller den blinde enden av sylinderen. Stempelstanghastigheten uttrykkes vanligvis i ft/min eller m/min:
Stanghastighet (ft/min) = Strømningshastighet (gpm) × 19,25 / Stempelareal (in²)
*Stanghastighet (m/s) = Strømningshastighet (L/min) × 0,167 / Stempelareal (cm²)
* Hvis beregningen utføres i m/s og resultatet er mindre enn 0,1 m/s, skal resultatet uttrykkes i mm/s.
Eksempel: En sylinder med stempelareal på 10 in² (64,5 cm²) mottar en strømningshastighet på 5 gpm (18,95 L/min). Stanghastighet = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Ved dobbelt så stor strømningshastighet (10 gpm / 37,9 L/min) fordobles stanghastigheten til 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Under innstøtning av stempelstangen strømmer væsken inn i stangenden. Ved samme inngående strømningshastighet er innstøtningshastigheten raskere enn utstøtningshastigheten – bruk det mindre (annulære) stempelarealet i formelen.
Eksempel: En strømningshastighet på 10 gpm (38 l/min) går inn i stangenden av en sylinder med et stort areal på 10 in² (65 cm²) og et lite areal på 8 in² (52 cm²). Tilbakeslagsfart = (10 × 19,25) ÷ 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Stangfart (ft/min) = Strømningshastighet (gpm) × 19,25 ÷ Lite areal (in²)
Stangfart (m/s) = Strømningshastighet (L/min) × 0,167 ÷ Lite areal (cm²)
Med samme inngående strømningshastighet trekker en dobbeltvirkende sylinder med enkeltstang seg raskere sammen enn den utvider seg.
Under tilbakeslag går strømmen inn i stangenden og ut fra blindenden. Utløpsstrømmen er større enn inngående strøm — den kan beregnes ved hjelp av samme formel som for gpm (l/min), men med bruk av det store stempelets areal. Eksempel: 10 gpm som går inn i stangenden ved farten 24,06 ft/min: utstrømning = (24,06 × 10) ÷ 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Som vist er kraften som produseres av en hydraulisk sylinder en funksjon av hydraulisk trykk som virker på stempelets areal i sylinderen. Hvis en bestemt sylinder må produsere mer enn den nåværende maksimale utgangskraften, handler det ofte om å øke trykket til et proporsjonalt nivå. I noen situasjoner tillater systemtrykket og sylindermålene ikke bruk av en større sylinder – en tandem-sylinder kan løse dette.
En tandem-sylinder består av to eller flere sylindre i serie. Stempelstangene er koblet sammen for å danne én felles stempelstang. Stempelstangtetninger mellom sylindrene gjør at hver sylinder kan virke dobbeltvirkende. Når sylindermålene er begrenset av plass og maskinstørrelse, kan samme mekaniske utgangskraft oppnås selv om trykket fra pumpen/motoren er relativt lavt.
Eksempel: Den største maskininstallasjonen tillater en stempeleffektivt areal på 10 tommer² (64,5 cm²). Maksimalt trykk for å overvinne belastningsmotstand er bare 500 psi (34,48 bar). Ved å legge til 500 psi (34,48 bar) trykk på den effektive siden med 8 tommer² (51,6 cm²) areal og mottrykk genereres en kraft på 781 psi (53,86 bar). I en tandemkrets med to sylindere, hver med 500 psi (34,48 bar) og 10 tommer² areal samt 8 tommer² effektivt areal, er den samlede utgangskraft mye større.
NØKKELFORMLER – KAPITTEL 8
|
Formel |
Ligning |
Merknader |
|
Stempelutstrekningshastighet |
v = Q × 19,25 / A_stor |
Q i gpm, A i tommer², v i fot/min |
|
Stempelinntrekningshastighet |
v = Q × 19,25 / A_liten |
Bruk anular (liten) areal |
|
Stempelhastighet (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q i L/min, A i cm², v i m/s |
|
Utgang fra blindenden |
Q_ut = v × A_stor / 19,25 |
Mer strømmer ut enn inn under tilbakeslag |
|
Sylinderkraft |
F = P × A |
F i pund, P i psi, A i in² |
Velkommen til HOVOO, et kinesisk seglfabrikk. Produksjon av PU, gummisegler og PTFE-segler. Seglene omfatter O-ring, pistonsegler, stangsegler, Gray ring og gasssegl.
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
