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 backventil består främst av ett ventilhuvud med in- och utloppsportar samt en fjäderbelastad rörlig del. Den rörliga delen kan vara en skiva, platta eller stötdisk – i hydrauliska system är det oftast en kula eller en stötdisk med säte.
Fluid kan endast flöda genom en backventil i en riktning — den fria flödesriktningen. När systemtrycket vid inloppsporten stiger tillräckligt för att övervinna fjäderkraften som belastar stötdisken, pressas stötdisken bort från sätet och fluiden flödar igenom. Detta är den fria flödesriktningen. När fluiden försöker flöda tillbaka från utloppsporten pressas stötdisken mot sätet, vilket täter passage och blockerar återflöde.
Figur 8-1 Backventil. Den fjäderbelastade stötdisken sitter fast när flödet omvänder riktning, vilket blockerar återflöde fullständigt. Backventilen är den hydrauliska motsvarigheten till en enkelriktad gata.
En backventil har både riktningsskydd och tryckstyrningsfunktioner – den tillåter flöde i endast en riktning. I hydrauliska system används backventiler ofta som bypassventiler, vilket gör att flödet kan gå förbi en komponent. Till exempel tillåter en backventil parallellkopplad med en flödesregleringsventil att omvända flöde går förbi flödesregleringsventilen.
Backventiler kan också isolera en gren eller en komponent i ett system. Till exempel: vid en ackumulator förhindrar backventilen att ackumulatorn urladdas tillbaka genom tryckbegränsningsventilen eller hydraulpumpen.
SAKERHET: När backventiler används i ackumulatorsystem måste kretsen ha en mekanism för att automatiskt urladda ackumulatorn när maskinen stängs av.
En backventil är i allmänhet en anordning med låg läckage; faktiskt kan den konstrueras att vara helt läckfri. En backventil kan hålla en last nästan obegränsat länge. Kom dock ihåg att en backventil är en enkelriktningventil – för att släppa lasten måste den rörliga delen tvingas bort från sin säte. Detta kräver en särskild typ av backventil som kallas pilotstyrda backventiler.
Figur 8-2 Tre vanliga användningsområden för backventiler i hydrauliska kretsar: bypass runt en flödesreglerare, isolering av en ackumulator och trycktröskel med fjäderbelastning.
De flesta hydrauliska komponenter av spoltyp har viss intern bypass-strömning – detta indikerar inte dålig kvalitet, eftersom större delen av denna bypass-strömning faktiskt är avsedd för att smörja komponenten. Om ett system dock kräver att en cylinder ska kunna hålla en last upphängd utan att krypa, blir läckage ett problem. I detta fall måste en backventil med tätningsfunktion användas.
En pilotstyrda backventil tillåter fri strömning i en riktning; när ett pilottryck pressar den rörliga delen bort från dess säte kan även omvänd strömning passera genom ventilen.
Precis som en vanlig backventil har en pilotstyrda backventil ett ventilhuvud med in- och utportar samt en fjäderbelastad klaff (rörlig del) mot ett säte. Dessutom är klaffen, direkt mitt emot sätet, utrustad med en tryckstav och en pilotpiston som belastas av en mjuk fjäder. Pilottrycket från pilotporten verkar på pistonen. Fjäderutrymmet vid pistonen har en avloppsport.
En pilotstyrda backventil tillåter fri strömning från in- till utport på samma sätt som en vanlig backventil. Strömning som försöker komma in från utporten pressar klaffen mot dess säte och stänger passage. När tillräckligt högt pilottryck verkar på pilotpistonen rör sig pistonen och trycker på klaffen, vilket lyfter den från dess säte. Så länge kraften på pilotpistonen är tillräckligt stor kan strömning passera från ut- till inport.
Figur 8-3 Pilotstyrda backventiler. Utan pilottryck fungerar den som en vanlig backventil (fritt flöde i endast en riktning). Med tillämpat pilottryck tillåts även omvändt flöde – vilket möjliggör lastfrigöring.
Genom att använda en pilotstyrda backventil för att spärra flödet från cylinderns B-port hålls lasten upphängd så länge cylindertätningarna är effektiva och det inte finns någon läcka i ledningarna, cylindern eller backventilen. För att sänka lasten tillämpas helt enkelt pilottryck från ledning A på kontrollkolven.
Pilottrycket för den pilotstyrda backventilen hämtas från arbetsledningen till hydraulcylindern – så länge trycket i ledning A är tillräckligt högt förblir backventilen öppen. När lasten lyfts passerar oljan lätt genom backventilen eftersom detta är riktningen för fritt flöde.
I vissa situationer måste laster som är kopplade till cylinderpistongens stång låsas i stillastående position. För att uppnå detta kan en styrd backventil installeras i varje cylinderarbetsledning – de styrd backventilerna blockerar flödet ut från cylindern. Så länge cylinderpackningarna förblir effektiva och det inte finns något läckage någonstans kan lasten hållas på plats.
För absolut lastlåsning måste en specialkonstruerad låscylinder med mekanisk låsenhet användas. Mekanisk låsning är den säkraste metoden för att hålla lasten på plats.
En ackumulator lagrar hydrauliskt tryck. Detta hydrauliska tryck utgör potentiell energi som kan omvandlas till arbetsenergi (flöde och tryck).
Ackumulatorer kan delas in i typer med tyngdkraftslast, fjäderlast och vätska/gas. De skiljer sig åt i hur ackumulatorn bibehåller den arbetskraft som verkar på den lagrade oljan.
En gravitationsbelastad ackumulator använder vikten av ett tungt föremål som verkar på en kolvm eller stötstång för att upprätthålla arbetskraften på den lagrade oljan. Vikten kan tillverkas av vilket tungt material som helst — järn, betong eller till och med vatten. Gravitationsbelastade ackumulatorer är i allmänhet mycket stora, ibland med en kapacitet på hundratals gallon. De betjänar flera hydrauliska system samtidigt och används i valsverk och centrala hydrauliska system.
Den önskvärda egenskapen hos en gravitationsbelastad ackumulator är att den lagrar olja vid ett relativt konstant tryck — oavsett om behållaren är full eller nästan tom förblir det lagrade trycket i princip oförändrat. Detta beror på att kraften som verkar på oljan är tyngdkraften (vikten), som är konstant — oavsett hur mycket olja som finns i ackumulatorn är den applicerade kraften densamma.
En oönskad egenskap hos gravitationsdrivna ackumulatorer är att de orsakar stötar. När en gravitationsdriven ackumulator plötsligt stoppas under snabb flödesutmatning skapar trögheten hos den tunga vikten betydande trycktoppar i systemet. Detta kan orsaka läckage i rör och kopplingar samt leda till metallutmattning, vilket i sin tur kan orsaka tidig komponentbrott.
Figur 8-6 Gravitationsdriven ackumulator. Den konstanta vikten ger ett konstant tryck oavsett oljevolym. Används i stora industrisystem, till exempel hydrauliksystem för stålverk.
En fjäderbelastad ackumulator använder en fjäder som verkar på en kolvm för att upprätthålla kraft på den lagrade oljan. Fjäderbelastade ackumulatorer är i allmänhet mindre än tyngdkraftstyper och rymmer några gallon. De används vanligtvis för ett enda hydrauliskt system och fungerar oftast vid lågt tryck. När tryckolja strömmar in i den fjäderbelastade ackumulatorn bestäms det lagrade oljetrycket av hur mycket fjädern komprimeras. När kolven rör sig uppåt och komprimerar fjädern 10 tum (25,4 cm) är det lagrade trycket högre än när fjädern komprimeras 4 tum (10,2 cm).
För att förhindra att läckande olja samlas upp i fjäderkammaren har fjäderkammaren en avloppsport för att låta läckan rinna ut. Fjäderbelastade ackumulatorer bör inte avtappas externt till reservoaren, eftersom detta skulle orsaka att oljan skummade. Oavsett om avloppsledningens ände befinner sig ovanför eller under reservoarens vätskenivå kommer ackumulatorn alltid att orsaka skumning vid drift – när ackumulatorn snabbt levererar flöde kan oljan ovanför kolven inte följa med kolvrörelsen, vilket skapar ett delvacuum i fjäderkammaren och gör att luft separeras från oljan. När ackumulatorn laddas igen rör sig kolven uppåt och trycker tillbaka oljan, som innehåller luftbubblor, till reservoaren. Luftbubblor i reservoaren är oönskade, så fjäderbelastade ackumulatorer avtappas vanligtvis inte externt.
För fjäderbelastade ackumulatorer med extern avloppsport för fjäderkammaren krävs omedelbar åtgärd om kolvmanschetten slits. Utan tidig reparation kan en renoveringsarbete bli nödvändigt.
Figur 8-7 Federbelastad ackumulator. Fjäderkraften — och därmed det lagrade trycket — ökar när kolven rör sig uppåt. Används i små, lågtryckssystem.
Vätske-/gasackumulatorn är den vanligaste typen i industriella hydraulsystem. Den använder komprimerad gas för att upprätthålla arbetskraft på den lagrade oljan.
SAKERHET: I industriella system som använder vätske-/gasackumulatorer ska alltid torr kvävgas användas. Använd aldrig komprimerad luft, eftersom gas-/oljångblandningar är explosiva.
Vätske-/gasackumulatorer delas in i kolvtyp, membrantyp och blåstertyp, beroende på vilken anordning som används för att separera gasen från oljan.
En kolvmatig ackumulator består av ett cylindriskt skal och en rörlig kolvrings med elastiska tätningsringar. Det övre utrymmet ovanför kolven fylls med komprimerad gas. När olja fylls in i skalet komprimeras gasen. När oljan avges från ackumulatorn minskar gastrycket. När all olja har avgetts når kolven slutet på sin slaglängd och täcker utloppsporten, vilket förhindrar att gasen lämnar ackumulatorn.
En diaträmackumulator är en sfär som bildas genom att två metallhalvklot skruvas samman. Det inre utrymmet delas av en syntetisk gummidiaträm – den övre kammaren fylls med gas. När tryckolja strömmar in i den andra kammaren komprimeras gasen. När all olja har avgetts täcker diaträmen utloppsporten och håller gasen kvar i ackumulatorn; diaträmen kommer inte att tryckas ut bortom sin tjocklek.
En ackumulator av blåsotyp består av ett metallskal och en inre syntetisk gummi-blåsa. Blåsan fylls med gas. När olja strömmar in i skalet komprimeras gasen i blåsan, och oljan strömmar ut ur skalet. När all olja har avgetts försöker gastrycket trycka blåsan genom utloppsporten – men när blåsan kommer i kontakt med sätesventilen vid utloppet försegles oljan i skalet automatiskt.
Figur 8-8 Tre typer av fluid/gas-ackumulatorer. Alla använder komprimerad kvävgas för att lagra hydraulisk energi. Kolvtyp (överst), membrantyp (mitt) och blåstyp (nederst) skiljer sig åt i hur gasen och oljan separeras.
Ackumulatorer kan utföra flera funktioner i hydrauliska system: tillföra flöde, bibehålla tryck och absorbera stötar.
Försörjningsflöde är ett användningsområde för en ackumulator. En laddad ackumulator är en källa till hydraulisk potentiell energi. När systemet kräver mer flöde än pumpen kan leverera kan den i ackumulatorn lagrade energin användas för att generera systemflöde. Till exempel kan en maskin vara utformad så att den faktiska arbetsperioden är mycket kort under dess driftcykel, vilket gör att en pump med liten fördelning kan ladda ackumulatorn under en viss tid. När maskinen är i drift växlar riktningsservoverkningen till arbetsläge och ackumulatorn avger omedelbart tryckolja till aktuatorn enligt behov. Denna metod att använda ackumulatorn tillsammans med en liten pump lagrar toppkraft – med andra ord ersätter den den stora flödes-/kraftkapaciteten från en stor pump/motor under kort tid med en liten pump/motor som genomsnittligt arbetar under en längre period.
Ackumulatorer kan användas för att uppretthålla tryck. När pumpen/motorn levererar flöde till andra delar av systemet kan en ackumulator uppretthålla trycket i en gren av kretsen.
När systemet kräver att spännkolv A återgår måste spännkolv B bibehålla trycket. När riktningssventilen A växlar sjunker trycket i hydraulpumpen och i ledningarna till kolv A snabbt, medan kolv B bibehålls av ackumulatorn, som redan har lagrat tillräckligt med tryckolja för att kompensera för läckage i ledningarna till kolv B.
I ett annat tillfälle utsätts en arbetscylinder nära en ugn för hög omgivningstemperatur, vilket orsakar termisk utvidgning av oljan. Ackumulatorn absorberar den ökade volymen och bibehåller trycket på en relativt konstant nivå. Utan ackumulator skulle tryckökningen i ledningarna vara oreglerad och kunde orsaka sprickor i komponenthus, rör eller kopplingar.
Figur 8-10 Ackumulator för tryckbibehållning. (Överst) Bibehåller tryck i en kretsgren samtidigt som pumpen betjänar en annan. (Nedre del) Absorberar volymändringar från termisk oljeutvidgning nära värme-källor.
Fluid-/gasackumulatorer kan också användas för att absorbera systemstötar. Stöt i ett hydrauliskt system kan orsakas av trögheten hos en last som är kopplad till en cylinder eller motor, eller genom plötslig flödesstoppning eller snabb riktningsskiftning i en riktningssventil, vilket skapar stöt på grund av fluidens tröghet. En ackumulator i kretsen kan absorbera en del av stöten och förhindra att den sprider sig genom hela systemet.
Yttre mekaniska krafter kan också skapa hydraulisk stöt. En last som är kopplad till en hydraulcylinder med tendens att studsar tillbaka trycker tillbaka kolven, vilket skapar hydraulisk stöt. En ackumulator i cylinderraden, om den är korrekt laddad, hjälper till att minska stöteffekten. Om den är felaktigt laddad kan den även orsaka övertryck.
Eftersom vätske-/gasackumulatorer använder komprimerad gas för att lagra oljetryck påverkar gasens egenskaper ackumulatorns prestanda. När en vätske-/gasackumulator laddas komprimeras gasen och dess temperatur stiger. Vid konstant tryck upptar varm gas mer utrymme än kallare gas.
Den isoterma processen beskriver ackumulatorns drifttillstånd när gastemperaturen hålls konstant. Vid laddning innebär isotherm drift att gasen komprimeras tillräckligt långsamt för att all värme som genereras vid kompressionen fullständigt ska avledas. Den adiabatiska processen beskriver ackumulatorns drifttillstånd när gastemperaturen förändras. Vid laddning innebär adiabatisk drift att gasen komprimeras så snabbt att all värme behålls.
För en vätske-/gasackumulator som laddats till samma tryck lagrar den isoterma processen mer olja än den adiabatiska processen.
Numeriskt exempel: En kolvmätare har från början gastryck på 500 psi (34,48 bar) och temperatur på 70 °F (21 °C). Om den laddas till 1 000 psi (68,97 bar) genom en adiabatisk process (snabbt), stiger temperatur och tryck tillsammans. Vid 1 000 psi (68,97 bar) upphör oljan att tränga in; temperaturen är 150 °F (65,6 °C) och mätaren lagrar 135 in³ (2 215,65 cm³) olja. Om laddningen sker isotermt (långsamt) förblir temperaturen hela tiden 70 °F (21 °C); vid 1 000 psi (68,97 bar) upphör oljan att tränga in och mätaren lagrar 150 in³ (2 458,5 cm³) olja.
Figur 8-12 Isotermisk vs. adiabatisk laddning. Långsam (isotermisk) laddning lagrar mer olja än snabb (adiabatisk) laddning vid samma sluttryck, eftersom temperaturen förblir lägre och gasen upptar mindre volym.
Under oljeutsläpp expanderar gasen och kyls av. Vid konstant tryck upptar kallare gas mindre utrymme än varmare gas. I praktiken är ackumulatorns drift i allmänhet adiabatisk – inte isotermisk. I följande avsnitt är huvudfokus inte hur mycket olja ackumulatorn kan lagra, utan snarare hur mycket olja den avger innan trycket sjunker till en lägre nivå, vilket påverkas kraftigt av förspänningstrycket.
När en ackumulator är helt tom på olja är det gastryck som laddas in i fluid-/gasackumulatorn förspänningstrycket. Detta tryck påverkar i hög grad den effektiva volymen och stötdämpningsprestandan hos ackumulatorn.
Fluid-/gasackumulatorer som används för att generera systemflöde eller bibehålla tryck fungerar vanligtvis mellan maximalt och minimalt arbetstryck. När ackumulatorn är fulladdad med olja når den maximalt arbetstryck. När det behövs sjunker arbetsstrycket, och ackumulatorn avger olja ned till ett lägre minimialt tryck. Den oljenvolym som ackumulatorn avger mellan maximalt och minimalt arbetstryck kallas den effektiva volymen.
Förspännningstrycket påverkar den effektiva volymen. Exempel: En fluid-/gasackumulator med volymen 231 tum³ (3 786 cm³) i ett system använder en liten pump för att ladda olja upp till systemtrycket 2 000 psi (137,9 bar). För att leverera flöde tillåts trycket sjunka till 1 500 psi (103,4 bar). Det valda förspännningstrycket avgör hur mycket olja ackumulatorn tillförsystemet.
Från prestandatabellen kan en ackumulator med volymen 231 tum³ (3 786 cm³) och förspänning på 100 psi (6,89 bar) lagra 210 tum³ (3 441,9 cm³) olja vid isotermer laddning till 1 000 psi (övre gräns = isoterma värden). Vid 1 500 psi (103,4 bar) lagrar den 202 tum³ (3 310,8 cm³), vilket ger en levererad mängd på 8 tum³ (131 cm³) mellan de två trycknivåerna. Denna ackumulator med låg förspänning lagrar mycket olja men levererar mycket lite.
Om förspänningstrycket ökas till 1 000 psi (68,96 bar) lagrar ackumulatorn 93 tum³ (1 524,3 cm³) vid 2 000 psi (137,9 bar) och 59,5 tum³ (975 cm³) vid 1 500 psi (103,4 bar), vilket ger en levererad mängd på 33,5 tum³ (594,1 cm³). En högre förspänning innebär att mindre olja lagras, men mycket mer levereras. Med en förspänning på 1 400 psi (96,6 bar) är den lagrade oljan minimal, men den levererade oljan maximal.
Figur 8-13 Prestandatabell för ackumulator (kapacitet 231 tum³). En högre förspänningspress ger mer olja per cykel mellan angivna tryckgränser, men lagrar mindre totalt. Välj förspänning baserat på det krävda effektiva volymbehovet, inte på den totala kapaciteten.
Den effektiva volymutgången från en ackumulator bör styras av flödet. För tryckhållning bestäms det reglerade flödet av läckan som måste kompenseras. För ackumulatorer som används för att försörja tryckolja är den effektiva volymutgången för snabb när den nedströms belägna riktningsspetsventilen växlar. Därför är dessa ackumulatorer ofta utrustade med flödesregleringsventiler och bypass-kontrollventiler på deras in- respektive utlopp.
När en vätske-/gasackumulator används som en stötutjämnare är dess förspänning i allmänhet inställd något högre än det maximala arbetstrycket i kretsen (inställd till ca 100 psi / 6,896 bar över det maximala trycket enligt tryckbegränsningsventilens inställning). Om det maximala arbetstrycket bestäms av tryckbegränsningsventilen kan förspänningen ställas in till ca 100 psi över tryckbegränsningsventilens inställning.
Förspänningstrycket i en vätske-/gasackumulator påverkar dess förmåga att dämpa stötar. I ett hydrauliskt system orsakas stötar av yttre mekaniska krafter på en cylinder eller motor som leder till en snabb tryckhöjning, eller av vätskans tröghet när en hydraulisk ventil plötsligt stängs.
Ackumulatorn kan absorbera den del av stöttrycksoljan som den kan komprimera och överföra. En ledning med en ackumulator blir kompressibel över ett visst tryck. Om förspänningstrycket är för lågt har den redan lagrat lite olja innan stöten inträffar, så den kan endast absorbera 4 in³ (65,6 cm³). Om förspänningstrycket är 2 500 psi (172,4 bar) – för högt – stiger trycket nästan till 2 800 psi (193 bar) innan 4 in³ absorberas. För stötdämpare är förspänningstrycket extremt viktigt.
En fluid-/gasackumulator laddas en gång med gas till lämpligt förtryck. Detta innebär att samma förtryck inte kan bibehållas obegränsat. När ackumulatorn är i drift läcker komprimerad gas genom gasventilen — möjligen på grund av fel på gasventilen eller dålig täthet, eller ett problem med konisk ventilkärna som inte sitter korrekt i ventilsätet. Gastrycket minskar också gradvis under oljeutsläppet för blås- och membranackumulatorer — detta sker vanligtvis katastrofalt och orsakar att syntetgummimembranmaterialet brister. För kolvrörsackumulatorer kan laddad gas under utsläppsförloppet läcka förbi slitna tätningar från kolvrörets område. Gradvis förlust av förtryck kan tyda på att en kolvrörsackumulator har någon grad av slitage.
Rätt förspänningstryck är avgörande för fluid-/gasackumulatorns prestanda, så det bör kontrolleras regelbundet. En fyllningsanordning med manometer krävs för att kontrollera förspänningstrycket. Anordningen består främst av en fyllningskärl, ett avluftningsventil och en manometer.
Förfarande för kontroll: töm ackumulatorn på all olja, ta bort skyddskapseln (vanligtvis på gasventilen längst upp). När kärnhandtaget är fullt utdragen ska du kontrollera att avluftningsventilen är stängd. Anslut fyllningskärlet till ackumulatorns gasventil, ådra kärnvingmuttern ordentligt och säkerställ en pålitlig anslutning till gasventilen. Skruva in kärnskruven för att fullständigt trycka ner ackumulatorns gasventilkärna; läs av trycket på manometern – detta är ackumulatorns förspänningstryck.
Om förladdningen är korrekt, rotera chuckhandtaget utåt för att stänga gasventilen på ackumulatorn, öppna avluftningsventilen för att trycklossa laddningsanordningen, lossa chuckvingmudden, ta bort anordningen från ackumulatorn och montera tillbaka skyddskapseln på gasventilen.
Om förtrycket är för högt, öppna avblåsningsventilen för att släppa ut överskridande tryck. Om förtrycket behöver ökas, dra först ut chuckhandtaget för att stänga ackumulatorns gasventil, öppna avblåsningsventilen för att minska trycket i laddningsanordningen, stäng sedan avblåsningsventilen, anslut laddningsanordningen till en kväveflaska. Rotera chuckhandtaget inåt för att fullständigt trycka in kärnan i ackumulatorns gasventil, öppna kväveflaskans ventil för att låta gasen tränga in i ackumulatorn långsamt. När manometern visar önskat tryck stängs gasventilen. När manometern visar korrekt förtryck stängs kväveflaskans ventil, chuckhandtaget dras ut för att stänga ackumulatorns gasventil, avblåsningsventilen öppnas och den flexibla laddningsslangen samt laddningsanordningen kopplas från.
Figur 8-15 Kontroll och inställning av ackumulatorns förtryck. (Överst) Slitna kolvmanschetter orsakar gradvis förlust av förtryck. (Nedre delen) Standard kväveladdningsutrustning – använd alltid torr kvävgas, aldrig komprimerad luft.
I en typisk hydraulcirkuit med en ackumulator ska pumpens/motorns flöde avlastas till reservoaren vid så lågt tryck som möjligt när ackumulatorn är fulladdad och inga delar av systemet är i drift. I den visade kretsen används en utsläppssventil för avlastning. När ackumulatorn laddas upp till utsläppssventilens inställning öppnas ventilen och pumpflödet dirigeras till reservoaren.
Denna typ av avlastning varar vanligtvis endast några sekunder, eftersom det alltid finns lite läckage nedströms kontrollventilen. Ackumulatorn måste kompensera för detta läckage – trycket sjunker gradvis – utsläppssventilen stängs gradvis och öppningen till reservoaren blir mindre och mindre, tills ackumulatortrycket sjunker under ventilen öppningstryck. När ventilen stängs måste pumpen/motorn generera mer effekt för att återladda ackumulatorn till utsläppssventilens inställning.
För att säkerställa att pumpen/motorn är helt urlastad innan ackumulatorn laddas om kan en tryckbrytare användas. I kretsen upptäcker tryckbrytaren trycket i ackumulatorn och skickar ett elektriskt växlingsignal vid en inställd trycknivå. Det elektriska signalen går till en normalt stängd tvåvägs-magnetventil – denna magnetventil kan styra en pilotstyrd säkerhetsventil för urlastning. När ackumulatorn laddas upp till tryckbrytarens inställning skickar reläet ett signal till magnetventilen för att urlasta säkerhetsventilen och leda pumpens/motorns flöde till reservoaren genom säkerhetsventilen.
Figur 8-16 Urlastningskretsar för ackumulatorer. (Överst) Enkel urlastningsventil – urlastar till tanken när ackumulatorn når inställt tryck, men tenderar att cykla. (Nederst) Tryckbrytare med pilotstyrd säkerhetsventil – säkerställer fullständig urlastning och exakt reglering av tryckband.
Efter att ackumulatorn har laddats kan en differentiellt tryckstyrad avlastningsventil ersätta tryckbrytaren och magnetventilen för att öppna säkerhetsventilen och avlasta pumpen/motorn. Den differentiellt tryckstyrda avlastningsventilen är en hydraulventil som är utformad specifikt för användning med ackumulatorer. Som namnet antyder använder denna ventilen en tryckdifferens för att avlasta pumpen/motorn.
Den differentiellt tryckstyrda avlastningsventilen består av en styrd säkerhetsventil, en kontrollventil och en differentiell kolvmekanism i ett och samma ventilkorpus. Ventilkorpusen har tre anslutningar: tryckanslutning, returanslutning och ackumulatoranslutning.
Inuti differentialtryckets avlastningsventil fungerar kolvventilen och den pilotstyrda tryckbegränsningsventilen normalt. Pumpens utgående olja kan ladda ackumulatorn genom kolvventilen. Differentialkolven sitter mitt emot spolen i pilotventilen och kan röra sig fritt i sitt bock. Kolvens båda ändar utsätts för lika stora tryckytor. När ackumulatorn laddas är trycket på båda sidor av kolven nästan lika (försummar tryckfallet genom kolvventilen), så kolven rör sig inte. När trycket på spolen i pilotventilen blir tillräckligt stort skjuts pilotspolen bort från sin säte – som redan är känt kan denna pilotrörelse begränsa trycket i huvudventilens fjäderkammare. Eftersom huvudventilens fjäderkammare och ena änden av differentialkolven är tryckbegränsade rör sig kolven mot pilotventilens spol och skjuter pilotspolen helt bort från dess säte, vilket effektivt frigör stycktrycket i huvudspolfjäderkammaren, avlastar tryckbegränsningsventilen och avlastar pumpen/motorn. Kolvventilen stängs samtidigt så att oljan i ackumulatorn inte kan avges genom tryckbegränsningsventilen.
Den differentiella kolvarytan som utsätts för tryck är 15 % större än styrventilens spolarea. Eftersom kraft = tryck × area är kraften som håller styrventilens spole borta från dess säte 15 % större än kraften som lyfter styrventilens spole. Detta innebär att fjädern måste erhålla en kraft som är mer än 15 % större från någon annanstans för att återställa styrventilens spole på dess säte — eller så måste systemtrycket sjunka med 15 % innan styrventilens spole kan återställas på sitt säte.
Detta säkerställer att differentialtrycksutlastningsventilen håller pumpen/motorn i utlastat tillfälle efter ackumulatorladdning tills trycket sjunker med en fast procentandel — vanligtvis cirka 15 % av styrventilens inställning. Till exempel sker utlastning vid en styrventilinställning på 1 000 psi (69 bar) mellan 1 000 psi (69 bar) och 850 psi (59 bar); vid en styrventilinställning på 2 000 psi (138 bar) är utlastningsområdet 2 000 psi (138 bar) till 1 700 psi (117 bar).
I alla tillämpningar måste hydraulisk arbetsenergi omvandlas till mekanisk energi för att utföra nyttigt arbete. Hydraulcylindrar omvandlar hydraulisk energi till linjär mekanisk rörelse.
En hydraulcylinder består av ett cylinderrör, en rörlig kolvmutter med elastiska tätringar som är kopplad till en kolvstång samt två ändkapslar. Ändkapslarna kan vara gängade, flänsade, dragöverdragna eller svetsade på cylinderröret. Industriella hydraulcylindrar använder vanligtvis skruvförbundna anslutningar vid kolvstången. När kolvstången rör sig kallas det för en kolvstångstätningssats eller en avtagbar guidring som guider och stödjer kolvstången.
Änden med kolvstången kallas för "stångändan"; den andra änden utan stång kallas för "blinda ändan". In- och utloppsportarna finns på ändkapslarna för respektive stångända och blinda ända.
För korrekt drift måste stötfångar- och stötfångarstavguidningsringen i den hydrauliska cylindern ha pålitliga tätningsringar. Vanliga tätningsringar som används i hydraulcylinderns stötfångare är läpp-tätningsringar, gjutjärnsstötfångarringar eller enkla dubbelriktade tätningsenheter. Tätningsmaterial och komponenter bör verifieras för att vara kompatibla med arbetsvätskan och driftsförhållandena.
Stötfångarstavens flerskikts-tätningsring är en effektiv typ av stötfångarstavtätning, som består av en huvudtätningsring med en läppformad inre tätningsyta, en rengöringsring som kontinuerligt är i kontakt med stötfångarstavens yta under drift och skrapar bort arbetsoljan från stötfångarstavens yta. Den sekundära dammtätningsringen samlar upp restoljan som lämnats kvar av huvudtätningsringen och torkar bort eventuellt främmande material som fastnat på stötfångarstaven vid stötfångarstavens retraktion.
Som beskrivet ovan kan olja som samlats i utrymmet mellan huvudtätningsringen och dammtätningsringen återvända till cylinderborren under inåtgående slag — detta är normalt. Om cylinderns slaglängd dock är särskilt lång (10 fot / 3,05 m eller längre) kan den olja som samlats i tätningsutrymmet bli tillräckligt mycket för att överskrida tätningskapaciteten för stångtätningsringen. I detta fall och när det finns för mycket olja i tätningsutrymmet bör stångtätningsringens utrymme ha en extern avloppsanslutning.
Figur 8-18 Detaljerad konstruktion av cylinder. Stångändskappen innehåller stångtätningsringens montering. För cylindrar med långt slag läggs ett avloppsuttag till för att förhindra att oljan överbelastar tätningsringen.
När hydraulisk energi driver cylinderpistonen mot slagänden (slutet på cylinderfärdens väg) blir oljans tröghet en stöt — den så kallade "hydrauliska stöten". Om energin är tillräckligt stor kan denna stöt skada hydraulcylindrar.
För att skydda hydraulcylindrar från överdrivna stötar kan kuddanordningar installeras. Kuddanordningar kan bromsa cylinderkolvens rörelse nära slagändan. Kuddanordningar kan installeras på antingen ena eller båda ändarna av en hydraulcylinder.
En kuddanordning består av en strömningsreglerande nålventil och en kuddspets monterad på den blinda änden av kolven samt en kuddmuff på kolvröret. Dessa komponenter fungerar som stopp i vardera änden.
När kolvstaven i den hydrauliska cylindern närmar sig slagändan blockerar kuddstiftet eller kuddhylsan den normala oljeutgången. Detta tvingar oljan att flöda endast genom nålventilen. En del av tryckoljan vid säkerhetsventilens inställning läcker ut genom nålventilen. Den återstående strömmen genom nålventilen bestämmer cylinderns retardationshastighet. Justering av nålventilen bestämmer kolvens retardationshastighet. Vid returströmmen kommer flödet in i cylindern genom en enkel backventil (inte avbildad) för att kringgå nålventilen, så att returhastigheten inte påverkas.
Ibland måste slaglängden för en hydraulcylinder begränsas av extern kontroll. Genom att installera en stoppskruv som kan skruvas in och ut på cylinderröret kan slaglängden förinställas. Alla typer av slaglängdsjusterare måste verifieras mot kraven på stoppkraft, kollision, stöt och dimensionspåverkan.
Figur 8-19 Cylinderdämpare, slagjusterare, monteringsstilar och lasttyper. Dämpare skyddar cylindern vid slagändan; monteringsstil avgör hur väl cylindern kan hantera sin last.
Hydraulcylindrar har många olika monteringsstilar, bland annat: flänsar, golvfötter, sidomontagefästen, centrumskruvar, dubbla fästringsringar, dragstänger och svetsmonteringar. Centrummontagefästen eller svetsmonteringar är en mycket bra konstruktion eftersom de ger minimal feljustering vid cylinderdrift.
Hydraulcylindrar kan omvandla hydraulisk energi till rätlinjig eller linjär mekanisk rörelse. På grund av valet av mekaniska kopplingar kan cylindrar dock även ge många olika typer av mekanisk rörelse.
Hydraulcylindrar kan förflytta många olika typer av laster i ett stort antal applikationer. I allmänhet kallas laster som trycks ut av kolvstången för trycklast; laster som dras in av kolvstången kallas draglast.
En stopprör är en solid metallhylsa som monteras på kolvstangen. När kolvstangen i en cylinder med långt slag är fullt utdragen separerar stoppröret kolven och ledhylsan med ett visst avstånd. Ledhylsan för kolvstangen är en lageranordning som stödjer kolvstangen under cylinderns drift. Den är utformad för att bära en viss belastning. Ledhylsan för kolvstangen utgör – förutom att vara en axel – även en belastningspunkt för kolvstangen. För cylindrar med långt slag som är kopplade till laster kommer kolvstangen utan styv ledning att tendera att böjas nedåt när den är fullt utdragen, eller böjning kan uppstå vid ledhylsan, vilket ger sidobelastning som skadar ledhylsan för kolvstangen.
Funktionen hos stoppröret är att separera kolven och ledhylsan med ett visst avstånd när kolvstangen är fullt utdragen, vilket minskar belastningen på ledhylsan för kolvstangen.
Hydraulcylindrar finns i många olika typer. Nedan följer några vanligt använda cylindertyper; de kommer också att förekomma i vissa applikationskretsar i senare lektioner.
Figur 8-20 Hydraulcylindertyper. Varje typ är lämplig för en specifik applikation: teleskopisk för lång slaglängd i begränsat utrymme, tandem för hög kraft vid begränsad cylinderborrdiameter, dubbelstavig för lika kraft/hastighet i båda riktningarna.
Den vanligaste typen inom industriell hydraulik är den dubbelverkande enkelstavig cylindern. För denna typ är de viktigaste aspekterna tillåten flödesvolym (gpm) och tryck (psi), samt den omvandlade mekaniska kraften och kolvrörelsens hastighet.
Kolvyta och effektiv kolvyta diskuteras vanligtvis för dubbelverkande enkelstaviga cylindrar. Den stora kolvytan är den fulla tvärsnittsytan av kolven som utsätts för tryck i cylinderns blinda ände (sidan utan stång). Den effektiva mindre ytan (ringformiga ytan) är den del av kolvytan som utsätts för tryck på stångsidan, eftersom kolvröret upptar en del av kolvytan. Därför är den effektiva mindre ytan i allmänhet mindre än den stora ytan.
Utsträckningshastigheten för kolvstången i en hydraulcylinder bestäms av hur snabbt vätskan fyller den blinda änden av cylindern. Kolvrörens hastighet uttrycks vanligtvis i ft/min eller m/min:
Kolvrörens hastighet (ft/min) = Flöde (gpm) × 19,25 / Kolvytan (in²)
*Kolvrörens hastighet (m/s) = Flöde (Lpm) × 0,167 / Kolvytan (cm²)
* Om beräkningen görs i m/s och resultatet är mindre än 0,1 m/s, ska resultatet uttryckas i mm/s.
Exempel: En cylinder med kolvyta 10 in² (64,5 cm²) får ett flöde på 5 gpm (18,95 lpm). Kolvrörens hastighet = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Med dubbla flödet (10 gpm / 37,9 lpm) fördubblas kolvrörens hastighet till 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Under retraktion av kolvröret strömmar vätskan in i stångsidan. Vid samma inkommande flöde är retraktionshastigheten snabbare än utsträckningshastigheten – använd den mindre (ringformade) kolvytan i formeln.
Exempel: En flödeshastighet på 10 gpm (38 l/min) strömmar in i stångändan på en cylinder med stor yta på 10 in² (65 cm²) och liten yta på 8 in² (52 cm²). Retraktionshastighet = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Stångens hastighet (ft/min) = Flöde (gpm) × 19,25 / Liten yta (in²)
Stångens hastighet (m/s) = Flöde (L/min) × 0,167 / Liten yta (cm²)
Med samma inkommande flöde retraherar en dubbelverkande cylinder med enkelstång snabbare än den utsträcker sig.
Vid retraktion strömmar flödet in i stångändan och lämnar blindändan. Utläppflödet är större än inkommande flöde – det kan beräknas med samma formel som för gpm (l/min), men med den stora kolvytan. Exempel: 10 gpm strömmar in i stångändan vid hastigheten 24,06 ft/min: utflöde = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Kraften som produceras av en hydraulisk cylinder är, som visas, en funktion av den hydrauliska trycket som verkar på cylinderpistonsytan. Om en specifik cylinder behöver producera mer än den nuvarande maximala utmatningskraften handlar det ofta om att höja trycket till en proportionell nivå. I vissa situationer gör systemtrycket och cylinderns storlek det omöjligt att använda en större cylinder – en tandemcylinder kan lösa detta.
En tandemcylinder består av två eller flera cylindrar i serie. Pistongstängerna är kopplade till varandra för att bilda en gemensam pistongstav. Tätningar för pistongstänger mellan cylindrarna gör att varje cylinder kan arbeta dubbelverkande. När cylinderns storlek är begränsad av utrymmet och maskinens storlek kan samma mekaniska utmatningskraft uppnås även om trycket från pumpen/motorn är relativt lågt.
Exempel: Den största maskininstallationen tillåter en kolvyta på 10 tum² (64,5 cm²). Det maximala trycket för att övervinna lastmotståndet är endast 500 psi (34,48 bar). Att lägga till 500 psi (34,48 bar) tryck på den effektiva ytan på 8 tum² (51,6 cm²) med mottryck ger en kraft på 781 psi (53,86 bar). I en tandemkrets med två cylindrar, var och en vid 500 psi (34,48 bar) med en yta på 10 tum² och en effektiv yta på 8 tum², blir den sammanlagda effekten mycket större.
NYCKELFORMLER – KAPITEL 8
|
Formel |
Ekvation |
Anteckningar |
|
Stångutskjutningshastighet |
v = Q × 19,25 / A_stor |
Q i gpm, A i tum², v i ft/min |
|
Stånginskjutningshastighet |
v = Q × 19,25 / A_liten |
Använd den annullära (lilla) arean |
|
Stånghastighet (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q i L/min, A i cm², v i m/s |
|
Utgående från blindänden |
Q_ut = v × A_stor / 19,25 |
Mer utgående flöde än ingående vid återdragning |
|
Cylinderkraft |
F = P × A |
F i pund, P i psi, A i in² |
Välkommen till Hovoo, en kinesisk tätningsfabrik. Produktion av PU, gummi och PTFE tätningar. Tätningarna inkluderar O-ring, kolv tätning, stang tätning, grå ring och gas tätning.
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
