Hướng dẫn sử dụng bộ nguồn động cơ Diesel: Thông số kỹ thuật, tích hợp thủy lực và mẹo mua hàng

Việc lựa chọn bộ nguồn động cơ diesel cho hệ thống thủy lực không chỉ đơn giản là sự lựa chọn giữa các thương hiệu; đó là quyết định ở cấp hệ thống về công suất động cơ bạn cần, dung tích bơm phù hợp với vòng/phút của động cơ như thế nào cũng như cách bạn quản lý việc tuân thủ tiếng ồn và khí thải. Đối với các nhà chế tạo thiết bị làm việc trên máy móc di động hoặc thiết bị ở xa, gói chạy bằng động cơ diesel vẫn là cách đáng tin cậy nhất để tạo ra áp suất thủy lực mà không cần dựa vào điện lưới. Cách tiếp cận thực tế nhất là trước tiên xác định các yêu cầu về lưu lượng và áp suất thủy lực, sau đó tính toán ngược kích thước động cơ và cuối cùng chọn thiết kế bộ nguồn hỗ trợ các ràng buộc lắp đặt. Nếu bạn đang đánh giá một gói dẫn động bằng động cơ diesel cho một ứng dụng thủy lực, quyết định thông minh là đảm bảo rằng công suất động cơ không phải là yếu tố cần cân nhắc mà thay vào đó phù hợp với nhu cầu mạch thủy lực ngay từ bảng thông số kỹ thuật đầu tiên.

Chính xác thì bộ nguồn động cơ Diesel là gì?

Bộ nguồn động cơ diesel, đôi khi được gọi là bộ nguồn thủy lực diesel, tích hợp động cơ diesel với bơm thủy lực, khớp nối, bình xăng, bộ tản nhiệt làm mát và hệ thống điều khiển vào một khung trượt hoặc khung. Động cơ cung cấp năng lượng cơ học thông qua một bánh đà và khớp nối với máy bơm, chuyển đổi năng lượng quay này thành dòng chảy và áp suất thủy lực. Điểm khác biệt chính so với bộ nguồn thủy lực tiêu chuẩn là động cơ chính: thay vì động cơ điện, bộ phận này sử dụng động cơ đốt trong có thể hoạt động hoàn toàn độc lập với lưới điện.

Các bộ phận này phổ biến trong các thiết bị như máy xúc, xe ben, bệ nâng di động và hệ thống thủy lực khẩn cấp. Việc lắp ráp điển hình bao gồm các thành phần sau:

• Động cơ diesel : nguồn năng lượng chính, thường là động cơ diesel tăng áp một xi-lanh hoặc nhiều xi-lanh.
• Bơm thủy lực : bơm bánh răng, cánh gạt hoặc piston chuyển đổi mô-men xoắn của động cơ thành áp suất thủy lực.
• Khớp nối : khớp nối cứng hoặc linh hoạt để truyền công suất từ động cơ tới máy bơm.
• Thùng dầu thủy lực : một bình chứa có ống thở, thước đo mức và bộ lọc đường hồi lưu.
• Bộ tản nhiệt làm mát : giữ nước làm mát động cơ và dầu thủy lực ở nhiệt độ an toàn.
• Kiểm soát đa tạp : một khối van hướng dòng chảy đến bộ truyền động chính xác.

Không giống như động cơ điện có đặc tính tốc độ và mô-men xoắn cố định, động cơ diesel cung cấp công suất trên dải RPM hẹp hơn. Sự khác biệt này định hình mọi thứ từ việc lựa chọn máy bơm đến thiết kế hệ thống thủy lực.

Bộ nguồn động cơ Diesel điều khiển hệ thống thủy lực như thế nào

Hiệu suất của bộ thủy lực diesel được xác định bởi sự tương tác giữa tốc độ động cơ và dung tích bơm. Lưu lượng thủy lực được tính theo công thức Q = Vp×n/1000 , trong đó Vp là lưu lượng bơm tính bằng cm khối trên vòng quay và n là tốc độ động cơ tính bằng RPM. Ví dụ: nếu động cơ chạy ở tốc độ 1800 vòng/phút và máy bơm có dung tích 60 cc/vòng, lưu lượng lý thuyết là 108 L/phút. Sản lượng thực tế sẽ thấp hơn một chút do hiệu suất thể tích, thường là 90–95% đối với bơm bánh răng và 93–98% đối với bơm piston.

Để xác định công suất động cơ cần thiết, hãy sử dụng công thức P = p × Q / (600 × η) , trong đó p là áp suất tính bằng thanh, Q là lưu lượng tính bằng L/phút và η là hiệu suất tổng hợp. Ở 200 bar và 100 L/phút với hiệu suất tổng hợp là 0,85, công suất động cơ yêu cầu là khoảng 39 kW, có nghĩa là bạn nên chỉ định ít nhất một động cơ diesel 40 kW. Nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng khi bạn thu nhỏ quy mô: một bộ nâng gầm nhỏ cần 60 bar ở tốc độ 30 L/phút chỉ cần khoảng 3,5 kW, do đó, một động cơ nhỏ gọn 10–15 kW sẽ cung cấp lượng dự trữ dồi dào.

Mối quan hệ giữa mạch thủy lực và động cơ được giải thích chi tiết trong bài viết của chúng tôi về nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực . Hiểu được liên kết này giúp bạn tránh được sai lầm phổ biến khi mua một động cơ mạnh mẽ mang lại nhiều lưu lượng hơn mức máy bơm có thể chấp nhận hoặc một máy bơm làm dừng động cơ bằng thủy lực khi tải nặng.

Một khía cạnh quan trọng cần nhớ là dự trữ mô-men xoắn động cơ. Ở áp suất hệ thống tối đa, động cơ diesel vẫn phải đạt được tốc độ định mức. Nếu động cơ giảm xuống dưới khoảng 1200 vòng/phút khi chịu tải, nó sẽ tạo ra ít công suất hơn và dòng thủy lực sẽ giảm, khiến thời gian chu kỳ kéo dài. Đó là lý do tại sao bộ nguồn dẫn động bằng động cơ diesel được thiết kế tốt luôn bao gồm bộ biến mô hoặc bộ giảm tốc thích hợp, đặc biệt đối với máy bơm piston có dung tích lớn.

Thông số kỹ thuật chính và tiêu chí lựa chọn

Trước khi đặt hàng, hãy kiểm tra các thông số sau. Tám giá trị này xác định liệu thiết bị có hoạt động như mong đợi trong máy cụ thể của bạn hay không.

Sức mạnh động cơ là điểm quyết định đầu tiên. Nếu bạn chỉ cần một xi lanh thủy lực nhỏ để vận hành cửa sau hoặc bệ nâng nhỏ thì động cơ diesel 15–20 kW là đủ. Đối với máy đa chức năng có nhiều bộ truyền động hoạt động đồng thời, bạn nên lập kế hoạch cho công suất 50–100 kW trở lên.

Nên chọn dung tích bơm thủy lực để phù hợp với phạm vi tốc độ động cơ có thể sử dụng. Máy bơm quá lớn sẽ làm động cơ chết máy hoặc tạo ra bọt khí; một máy bơm quá nhỏ sẽ không tạo ra đủ thời gian chu kỳ. Áp suất hệ thống được xác định bởi tải trọng tối đa mà xi lanh cần vượt qua. Nếu máy của bạn hoạt động ở áp suất trên 250 bar, bơm piston thường là lựa chọn tốt hơn bơm bánh răng, vì bơm piston có thể xử lý áp suất cao hơn và mang lại hiệu quả tốt hơn.

Dung tích bình chứa ảnh hưởng tới khả năng tản nhiệt. Một nguyên tắc nhỏ là chọn thể tích bể bằng 1–2 lần lưu lượng bơm mỗi phút. Đối với máy bơm 80 L/phút, bình chứa 100–160 L là điển hình. Tiếng ồn là mối quan tâm lớn đối với các thiết bị thủy lực chạy bằng động cơ diesel hoạt động gần người đi bộ hoặc trong môi trường đô thị. Một bộ nguồn diesel tiêu chuẩn không có vỏ cách âm có thể tạo ra 90–100 dB(A) ở một mét. Nếu bạn cần hoạt động yên tĩnh hơn, hãy xem xét thiết kế vỏ có độ ồn thấp hoặc thiết kế bộ nguồn ngâm trong dầu để giảm tiếng ồn của bơm thủy lực. Để được hướng dẫn chọn thiết bị thủy lực chạy bằng điện hoặc diesel phù hợp cho ứng dụng của bạn, chúng tôi Hướng dẫn lựa chọn bộ nguồn thủy lực DC bao gồm quá trình ra quyết định bổ sung cho các hệ thống chạy bằng pin và động cơ.

Các ứng dụng phổ biến cho các bộ nguồn chạy bằng diesel

Các bộ nguồn động cơ diesel và các bộ phận thủy lực tương ứng của chúng phục vụ nhiều lĩnh vực đòi hỏi sự độc lập với lưới điện hoặc nơi thiết bị tự di chuyển từ địa điểm này sang địa điểm khác. Danh sách sau đây bao gồm các cài đặt điển hình nhất:

• Thiết bị nâng di động như xe nâng cắt kéo và xe nâng cần cẩu
• Rơ moóc tự đổ và rơ moóc tự đổ
• Ván đuôi thủy lực dành cho xe tải giao hàng
• Thiết bị bảo trì đường bộ như máy đánh dấu đường
• Hệ thống thủy lực dự phòng khẩn cấp phục vụ chữa cháy, cứu hộ
• Máy móc nông nghiệp như xe chở ngũ cốc và xe chở kiện

Bộ nguồn thủy lực tác động đơn cho xe moóc đổ Thiết bị nhỏ gọn này kết hợp bơm bánh răng, động cơ DC và khối van để nâng đáng tin cậy. Nó cung cấp các vật liệu thùng và kiểm soát dòng chảy tùy chọn để phù hợp với các ứng dụng xe moóc khác nhau. Xem sản phẩm →

Đối với mỗi ứng dụng, bộ nguồn thủy lực phải có kích thước phù hợp để hoạt động trong chu kỳ hoạt động của động cơ. Khi xe ben chạy xi lanh thủy lực, nhu cầu bơm không liên tục và thường có thể chia sẻ động cơ với bộ dẫn động xe. Ngược lại, sàn nâng di động có thể chạy liên tục trong thời gian dài nên việc tích tụ nhiệt và đốt cháy nhiên liệu trở nên quan trọng hơn. Đó là lý do tại sao động cơ diesel cung cấp năng lượng cho bộ truyền động khung gầm cũng có thể phục vụ bơm thủy lực thông qua trục PTO hoặc bộ nguồn thủy lực riêng biệt.

Bộ nguồn thủy lực động cơ nam châm vĩnh cửu cho thang máy di động Được thiết kế cho bàn nâng di động, thiết bị này có bơm bánh răng áp suất cao và van tiết lưu bù áp suất để hạ xuống êm ái, có kiểm soát. Có sẵn trong nhiều kích cỡ và điện áp động cơ. Xem sản phẩm →

Đối với các thiết bị phải hoạt động yên tĩnh, chẳng hạn như thang máy chở hàng thủy lực hoặc hệ thống gara đỗ xe, thiết kế ngâm trong dầu được ưu tiên hơn so với bộ nguồn diesel khung mở. Bể dầu hấp thụ gợn sóng của máy bơm và giảm độ rung, đồng thời khi kết hợp với mái che kín, tiếng ồn tổng thể có thể được giữ ở mức dưới 70 dB(A) trên một mét, phù hợp với môi trường dân cư hoặc thương mại xung quanh.

Cân nhắc về chi phí và bảo trì

Chi phí của bộ nguồn động cơ diesel rơi vào ba phân đoạn: chi phí vốn, chi phí nhiên liệu và dầu, và chi phí bảo trì. Một bộ thủy lực nhỏ chạy bằng diesel 20 kW có thể có giá khoảng 5.000–10.000 USD, trong khi gói 100 kW công suất cao có cách âm có thể đạt tới 50.000 USD trở lên.

Tính kinh tế nhiên liệu phụ thuộc vào hệ số tải. Động cơ diesel có mức tiêu hao nhiên liệu riêng khoảng 200–240 g/kWh khi đầy tải. Nếu thiết bị của bạn chạy ở mức tải trung bình 40 kW trong 8 giờ, bạn sẽ tiêu thụ khoảng 64–77 lít dầu diesel mỗi ngày. Với mức giá nhiên liệu thông thường là 1,1–1,3 USD mỗi lít, chi phí nhiên liệu hàng ngày rơi vào khoảng 70 USD đến 100 USD. Dầu thủy lực là một chi phí vận hành bổ sung thường bị bỏ qua. Một bộ nguồn thủy lực có dung tích 100 L sẽ cần thay dầu định kỳ khoảng 2.000–4.000 giờ một lần, tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn và hoạt động.

Khoảng thời gian bảo trì cho động cơ diesel thường là 250–500 giờ đối với thay dầu và bộ lọc, 1.000–2.000 giờ đối với bộ lọc nhiên liệu và 10.000–20.000 giờ đối với đại tu lớn. Bản thân hệ thống thủy lực đòi hỏi phải sạch sẽ. Bộ lọc đường hồi lưu bị chặn là một trong những chế độ hỏng hóc thường gặp nhất sau khi bơm thủy lực bị hỏng. Giữ sạch bộ lọc không khí trên bình chứa là một bước bảo trì đơn giản nhưng có tác động cao.

Đối với các hoạt động mà tiếng ồn hoặc mức tiêu thụ năng lượng là yếu tố quyết định, bộ nguồn thủy lực tiết kiệm năng lượng với bơm có tốc độ thay đổi hoặc bộ điều khiển cảm biến tải có thể cắt giảm mức tiêu thụ nhiên liệu từ 20–30% so với hệ thống bơm chuyển vị cố định. Điều này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng chạy trong nhiều giờ mà không có khả năng tắt động cơ.

Động cơ diesel và điện: Nơi mỗi hệ thống truyền động thắng

Sự lựa chọn giữa hệ thống chạy bằng động cơ diesel và hệ thống chạy hoàn toàn bằng điện thường phụ thuộc vào việc máy móc của bạn đứng yên hay di động. Sự so sánh sau đây tóm tắt những sự đánh đổi chính.

Nếu máy của bạn di chuyển giữa các địa điểm làm việc và không thể phụ thuộc vào kết nối với lưới điện thì tùy chọn động cơ diesel thường là lựa chọn thực tế duy nhất. Nếu thiết bị được đặt trong nhà xưởng hoặc nhà kho, động cơ điện hoặc bộ thủy lực ngâm trong dầu yên tĩnh sẽ tạo ra tiếng ồn thấp hơn và không có khí thải. Đối với môi trường hỗn hợp, một số nhà chế tạo thiết bị kết hợp động cơ diesel với động cơ điện để chạy máy bơm, mang lại lợi ích tốt nhất cho cả hai thế giới: độc lập về nhiên liệu khi đi lại và vận hành sạch trong thành phố khi tải trong nhà.

Mẹo tích hợp cho động cơ Diesel và bộ nguồn thủy lực

Việc tích hợp động cơ diesel với bộ nguồn thủy lực là một nhiệm vụ kỹ thuật đòi hỏi phải chú ý đến một số chi tiết. Những lỗi phổ biến nhất là lựa chọn máy bơm thô, căn chỉnh khớp nối không chính xác và thùng dầu quá nhỏ. Hãy thực hiện các mục này từng bước một:

1. Chọn khớp nối trực tiếp hoặc khớp nối linh hoạt có căn chỉnh phù hợp. Khớp nối không thẳng hàng có thể gây rung và hỏng vòng bi sớm.
2. Đường vào của máy bơm vào bể phải càng ngắn và đường kính càng lớn càng tốt để tránh hiện tượng xâm thực, đặc biệt với động cơ diesel chạy tốc độ cao.
3. Lắp đặt bộ lọc đường hồi chất lượng cao và ống thông hơi trên bể để giữ cho hệ thống sạch sẽ.
4. Hãy xem xét hướng lắp đặt. Một số bộ nguồn thủy lực sử dụng thiết kế ngâm trong dầu trong đó máy bơm chìm trong dầu để giảm tiếng ồn và kéo dài tuổi thọ của máy bơm. Cấu hình này hoạt động tốt với các gói chạy bằng động cơ diesel cần yên tĩnh.
5. Ghép vòng tua động cơ với tốc độ bơm. Nhiều động cơ diesel có tốc độ định mức từ 1500 đến 2200 vòng/phút, trong khi máy bơm thủy lực thường có thể hoạt động ở tốc độ lên tới 3000 vòng/phút. Nếu tốc độ động cơ quá thấp, bạn có thể cần dung tích bơm lớn hơn để đạt được lưu lượng yêu cầu.
6. Kiểm tra xem động cơ diesel có đủ năng lượng dự trữ hay không. Mức dự trữ được khuyến nghị cao hơn công suất thủy lực tính toán ít nhất là 15–20% để bù đắp độ hao mòn của máy bơm, tổn thất áp suất và khả năng chống khởi động nguội.

Đơn vị thủy lực tiết kiệm năng lượng dựa trên ắc quy Trạm này sử dụng bộ tích lũy và các bộ phận ít rò rỉ để duy trì áp suất với hoạt động động cơ ở mức tối thiểu, giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng và tiếng ồn trong các trung tâm gia công. Xem sản phẩm →

Một yếu tố thường bị bỏ qua là độ nhớt của chất lỏng thủy lực. Bộ nguồn động cơ diesel thường được khởi động trong thời tiết lạnh và dầu có độ nhớt cao có thể làm ngừng hoạt động của máy bơm hoặc gây ra hiện tượng sủi bọt ở nhiệt độ môi trường thấp . Sử dụng dầu thủy lực đa cấp có điểm đông đặc dưới -30°C và lắp đặt bộ gia nhiệt bình chứa là những cách đơn giản để cải thiện độ tin cậy trong thời tiết lạnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ nguồn động cơ diesel là gì?

Bộ nguồn động cơ diesel là một bộ nguồn khép kín bao gồm động cơ diesel, bơm thủy lực, khớp nối, bình chứa chất lỏng và hệ thống làm mát. Nó chuyển đổi nhiên liệu diesel thành năng lượng thủy lực để truyền động xi lanh hoặc động cơ thủy lực. Nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động và hiện trường nơi không có nguồn điện.

2. Làm cách nào để xác định kích thước động cơ diesel cho máy bơm thủy lực?

Bắt đầu từ lưu lượng và áp suất cần thiết. sử dụng P = p × Q / (600 × η) để tìm công suất động cơ cần thiết, sau đó thêm dự trữ 15–20%. Ví dụ: 200 bar ở tốc độ 80 L/phút cần khoảng 32 kW với tổng hiệu suất là 0,85, vì vậy hãy chọn động cơ có công suất khoảng 37–40 kW.

3. Bộ nguồn động cơ diesel có thể được sử dụng trong nhà không?

Có, nhưng với những hạn chế. Khí thải diesel có chứa carbon monoxide nên việc sử dụng trong nhà cần có hệ thống thông gió và hút khí thải thích hợp. Nếu hoạt động trong nhà thường xuyên, thiết bị thủy lực chạy điện hoặc ngâm trong dầu thường là lựa chọn an toàn hơn. Đối với các ứng dụng có độ ồn thấp liên tục, hãy xem xét một bộ nguồn im lặng có vỏ động cơ kín và bộ giảm âm xả.

4. Sự khác biệt giữa mạch thủy lực hở và mạch kín là gì?

Trong mạch hở, máy bơm hút dầu từ thùng chứa và dầu hồi lưu chảy trở lại thùng chứa. Trong mạch kín, máy bơm và động cơ thủy lực tạo thành một vòng lặp, và một máy bơm tích điện nhỏ sẽ bù đắp cho sự rò rỉ. Các bộ nguồn động cơ diesel thường sử dụng mạch hở để đơn giản và dễ bảo trì.

5. Bộ nguồn động cơ diesel có thể chạy liên tục trong bao lâu?

Một động cơ diesel được bảo dưỡng tốt có thể chạy 24 giờ một ngày, nhưng khả năng làm mát và nhiệt độ dầu trở thành những yếu tố hạn chế. Nhiệt độ dầu thủy lực tối đa được khuyến nghị là khoảng 60–70°C đối với dầu khoáng tiêu chuẩn. Nếu nhiệt độ dầu luôn vượt quá 80°C, bạn cần bình dầu lớn hơn hoặc bộ làm mát dầu.

6. Bộ nguồn thủy lực chạy bằng động cơ diesel cần bảo dưỡng những gì?

Kiểm tra hàng ngày bao gồm mức dầu động cơ, mức nước làm mát bộ tản nhiệt, mức dầu thủy lực và mức nhiên liệu. Bảo dưỡng thường xuyên bao gồm thay dầu động cơ và bộ lọc sau mỗi 250–500 giờ, thay bộ lọc nhiên liệu sau mỗi 1000 giờ, vệ sinh bộ lọc không khí sau mỗi 500 giờ và thay dầu thủy lực sau mỗi 2000–4000 giờ. Khớp nối và căn chỉnh trục phải được kiểm tra sau mỗi 1000 giờ.

Chìa khóa để sản xuất bộ nguồn động cơ diesel thành công không phải là mua động cơ lớn nhất mà bạn có thể tìm thấy mà là kết hợp công suất với yêu cầu thủy lực. Nếu bạn đang xây dựng một hệ thống thủy lực di động phải hoạt động độc lập và đáng tin cậy trong điều kiện từ xa hoặc ngoài trời, hãy chọn thiết bị chạy bằng động cơ diesel có máy bơm có kích thước phù hợp, hệ thống làm mát mạnh mẽ và chiến lược kiểm soát tiếng ồn hợp lý. Khi bộ phận thủy lực của hệ thống được khớp cẩn thận với động cơ, toàn bộ gói sẽ mang lại hiệu suất đáng tin cậy trong nhiều năm với ngân sách bảo trì có thể dự đoán được.