Đơn vị thủy lực xe tải mini pallet
Danh mục:Bộ nguồn thủy lực dòng DC
Bộ nguồn thủy lực này được thiết kế đặc biệt cho tất cả các xe nâng pallet điện. Nó bao gồm bơm bánh răng điện áp cao, động cơ DC nam châm vĩnh cửu và...
Xem chi tiếtA bộ nguồn thủy lực (HPU) tồn tại vì một mục đích cơ bản: để chuyển đổi năng lượng điện hoặc cơ học thành năng lượng thủy lực được điều khiển - chất lỏng có áp suất - có thể được truyền đi, định hướng và sử dụng để thực hiện công cơ học hữu ích ở khoảng cách xa. Nó là nguồn năng lượng trung tâm của bất kỳ hệ thống thủy lực nào, tạo ra dòng chảy và áp suất mà các bộ truyền động, động cơ và xi lanh cần để di chuyển tải, giữ vị trí hoặc tác dụng các lực không thực tế hoặc không thể thực hiện được bằng các phương tiện cơ hoặc điện thuần túy.
Trong thực tế, bộ nguồn thủy lực lấy năng lượng điện từ động cơ, sử dụng máy bơm để tạo áp suất cho chất lỏng thủy lực và đưa chất lỏng đó qua các van điều khiển đến bất cứ nơi nào cần thực hiện công việc - cho dù đó là nâng máy ép 500 tấn, lái máy xúc xây dựng, kẹp một bộ phận gia công hoặc mở rộng bộ phận hạ cánh của máy bay thương mại. HPU không tự mình thực hiện công việc; nó cung cấp sức mạnh và cơ sở hạ tầng kiểm soát để thực hiện công việc.
Nếu không có bộ nguồn thủy lực, các bộ truyền động, xi lanh và động cơ thủy lực trong hệ thống sẽ không có nguồn năng lượng. HPU đối với mạch thủy lực giống như nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống điện tử - nó xác định đường bao nguồn khả dụng, đặt phạm vi áp suất vận hành và xác định hệ thống có thể phản hồi nhanh chóng và chính xác như thế nào.
Mục đích của bộ nguồn thủy lực có thể được chia thành nhiều vai trò chức năng riêng biệt mà nó thực hiện đồng thời trong bất kỳ hệ thống thủy lực nào.
Công việc chính của HPU là chuyển đổi năng lượng. Một động cơ điện - thường được đánh giá ở mọi nơi từ 0,5 kW cho các thiết bị để bàn nhỏ đến hơn 1.000 kW cho các hệ thống công nghiệp lớn - Dẫn động bơm thủy lực. Máy bơm chuyển đổi năng lượng cơ quay của động cơ thành năng lượng thủy lực dưới dạng dòng chảy ở áp suất. Năng lượng này sau đó có thể được vận chuyển qua các ống mềm và đường ống đi một khoảng cách đáng kể và chuyển đổi trở lại thành công cơ khí ở bất cứ nơi nào cần thiết.
Bình chứa được tích hợp vào bộ nguồn thủy lực lưu trữ chất lỏng làm việc - thường là giữa 10 và 2.000 lít tùy thuộc vào kích thước hệ thống - và cho phép nó nguội, khử khí và lắng xuống trước khi đưa vào lại máy bơm. HPU cũng có hệ thống lọc giúp chất lỏng luôn sạch và thường là bộ trao đổi nhiệt để duy trì nhiệt độ chất lỏng tối ưu. Vai trò điều hòa này rất quan trọng: độ sạch và nhiệt độ của chất lỏng ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ sử dụng của mọi bộ phận ở hạ lưu.
HPU chứa một van giảm áp giúp giới hạn áp suất hệ thống tối đa, ngăn ngừa hư hỏng do quá tải đối với máy bơm, van, bộ truyền động và đường ống. Trong hầu hết các hệ thống thủy lực công nghiệp, áp suất tối đa này được đặt trong khoảng thanh 150 và 350 , mặc dù các hệ thống áp suất cao trong hàng không vũ trụ, thử nghiệm và các ứng dụng đặc biệt có thể vượt quá 700 thanh . Chức năng điều chỉnh áp suất đảm bảo rằng hệ thống không thể vượt quá giới hạn thiết kế của nó bất kể mạch hạ lưu yêu cầu gì.
Các bộ nguồn thủy lực hiện đại kết hợp các van điều khiển hướng, van tỷ lệ hoặc van servo phân phối chất lỏng có áp suất đến các bộ truyền động cụ thể theo trình tự cụ thể và ở tốc độ dòng chảy được kiểm soát. Chức năng điều khiển này xác định tốc độ, lực và hướng của mọi chuyển động trong hệ thống. Một HPU duy nhất có thể cung cấp đồng thời nhiều mạch, mỗi mạch có yêu cầu về áp suất và lưu lượng độc lập, sử dụng các khối đa dạng và cụm van được gắn trực tiếp trên thiết bị.
Mục đích của bộ nguồn thủy lực trở nên rõ ràng hơn khi bạn hiểu lý do tại sao thủy lực được chọn thay vì bộ truyền động điện, khí nén hoặc bộ truyền động cơ học thuần túy cho các ứng dụng cụ thể. Mỗi công nghệ đều có lĩnh vực riêng và hệ thống thủy lực - đặc biệt là hệ thống điều khiển bằng HPU - thống trị ở những nơi cần đồng thời mật độ lực cao, khả năng kiểm soát chính xác và độ tin cậy dưới tải nặng.
Hệ thống thủy lực tạo ra lực khó hoặc không thực tế để so sánh với động cơ điện có kích thước và trọng lượng tương đương. Một xi lanh thủy lực có Lỗ khoan 100 mm hoạt động ở áp suất 250 bar tạo ra lực khoảng 196 kN (khoảng 20 tấn) từ một bộ phận có trọng lượng vài kg. Một bộ truyền động tuyến tính điện tạo ra cùng một lực sẽ nặng hơn và lớn hơn đáng kể. Mật độ lực này là lý do tại sao các bộ nguồn thủy lực là tiêu chuẩn trong các ứng dụng như máy ép kim loại, máy ép phun và thiết bị xây dựng hạng nặng.
Một xi lanh thủy lực có cổng bị chặn giữ tải vô thời hạn mà không tiêu tốn năng lượng, vì chất lỏng không nén được không thể thoát ra ngoài qua một van đóng. Khả năng này rất cần thiết trong các ứng dụng như đồ gá kẹp, bệ nâng và kích thủy lực phải chịu tải trong thời gian dài. Một động cơ servo điện có cùng tải sẽ yêu cầu dòng điện liên tục — tạo ra nhiệt và tiêu thụ điện năng ngay cả khi đứng yên.
Van giảm áp trong bộ nguồn thủy lực cung cấp khả năng bảo vệ quá tải vốn có. Nếu hệ thống gặp tải vượt quá áp suất cài đặt, van giảm áp sẽ mở ra và bộ truyền động chỉ dừng hoạt động - không có bộ phận nào bị hỏng. Động cơ điện và truyền động cơ khí thường yêu cầu các sơ đồ bảo vệ phức tạp hơn để đạt được cùng mức độ chịu lỗi.
Một HPU có thể cấp nguồn cho các bộ truyền động nằm cách xa nhiều mét thông qua các ống mềm dẻo, giúp có thể đặt nguồn điện ở vị trí thuận tiện, được bảo vệ trong khi các bộ truyền động hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, không thể tiếp cận hoặc có nguy cơ cháy nổ. Ví dụ, ở các giàn khoan ngoài khơi, một bộ nguồn thủy lực duy nhất trên boong chính có thể điều khiển các van và bộ truyền động dưới đáy biển. hàng trăm mét dưới bề mặt qua ống rốn dài.
Bộ nguồn thủy lực là một trong những thiết bị công nghiệp được ứng dụng phổ biến nhất trên hầu hết mọi lĩnh vực liên quan đến máy móc hạng nặng, chuyển động chính xác hoặc tạo lực lớn. Hiểu được nơi HPU được triển khai sẽ làm rõ lý do tại sao mục đích của chúng lại có liên quan rộng rãi đến vậy.
| Công nghiệp | Ứng dụng HPU điển hình | Yêu cầu chính đã được đáp ứng |
|---|---|---|
| Tạo hình & dập kim loại | Máy ép thủy lực, máy rèn | Lực rất cao, kiểm soát hành trình chính xác |
| Sản xuất nhựa | Máy ép phun | Lực kẹp cao, thời gian chu kỳ nhanh |
| Thiết bị xây dựng | Máy xúc, cần cẩu, máy ủi | Chuyển động đa trục, độ tin cậy chắc chắn |
| Hàng không vũ trụ | Thiết bị hạ cánh, bề mặt điều khiển chuyến bay | Nhỏ gọn, áp suất cao, độ tin cậy cao |
| Dầu khí | Kiểm soát BOP, van đầu giếng, hệ thống ngầm | Hoạt động từ xa, hành vi không an toàn |
| Hàng hải & ngoài khơi | Cần trục, tời neo, máy đẩy | Công suất cao, chịu được môi trường nước mặn |
| Thép & Khai thác mỏ | Kẹp máy cán, máy nghiền quặng | Khả năng chịu tải cực cao, làm việc liên tục |
| Sản xuất ô tô | Kẹp gá hàn, dây chuyền ép chuyển | Độ lặp lại, tốc độ chu kỳ cao |
| Nông nghiệp | Điều khiển nông cụ máy kéo, máy gặt đập liên hợp | Nhiều chức năng đồng thời, độ bền hiện trường |
| Cơ sở hạ tầng dân dụng | Cửa ngăn lũ, van cống đập, cầu nâng | Độ tin cậy lâu dài, lực truyền động lớn |
Bộ nguồn thủy lực đạt được mục đích thông qua một bộ linh kiện được tích hợp cẩn thận. Mỗi bộ phận có một vai trò cụ thể và việc hiểu rõ chúng sẽ giúp làm rõ lý do tại sao HPU được thiết kế như vậy.
Động cơ cung cấp năng lượng cho động cơ chính. Hầu hết các HPU công nghiệp đều sử dụng động cơ cảm ứng xoay chiều ba pha vì độ tin cậy, đơn giản và sẵn có trong dải công suất rộng. Trục đầu ra của động cơ kết nối trực tiếp với máy bơm. Kích thước động cơ xác định công suất thủy lực tối đa mà thiết bị có thể cung cấp. Trong các thiết kế hiện đại tiết kiệm năng lượng, bộ truyền động có tốc độ thay đổi sẽ điều khiển động cơ để điều chỉnh công suất ra theo nhu cầu theo thời gian thực, giảm đáng kể lãng phí năng lượng khi tải một phần.
Máy bơm là trái tim của bộ nguồn thủy lực. Nó hút chất lỏng từ bình chứa và đẩy nó vào mạch hệ thống dưới áp suất. Bơm bánh răng được sử dụng trong các ứng dụng có áp suất thấp hơn, nhạy cảm với chi phí. Bơm cánh gạt giúp vận hành êm hơn. Bơm piston - cả loại hướng trục và hướng tâm - được sử dụng trong các ứng dụng áp suất cao, hiệu suất cao hoặc chuyển vị thay đổi. Độ dịch chuyển của bơm được xác định bằng cm khối trên mỗi vòng quay (cc/vòng) và ở tốc độ trục nhất định, điều này trực tiếp xác định tốc độ dòng chảy mà HPU có thể cung cấp.
Bể chứa lưu trữ chất lỏng thủy lực và phục vụ nhiều mục đích phụ: nó cho phép bọt khí thoát ra, cung cấp bộ đệm nhiệt để hấp thụ nhiệt từ hệ thống và cho thời gian lắng đọng các hạt ô nhiễm trước khi chất lỏng tuần hoàn. Nguyên tắc chung là xác định kích thước bể chứa ở mức 3 đến 5 lần tốc độ dòng bơm mỗi phút , mặc dù các ứng dụng nhiệt độ cao có thể yêu cầu bể lớn hơn hoặc làm mát bổ sung.
Van này là thiết bị an toàn chính của hệ thống. Nó tự động mở khi áp suất vượt quá giới hạn đặt trước, chuyển dòng chảy dư thừa trở lại bể chứa. Nếu không có nó, bộ truyền động bị chặn hoặc xi lanh bị ngừng hoạt động sẽ khiến áp suất tăng lên cho đến khi đường ống, ống mềm hoặc bộ phận bị hỏng. Van giảm áp không phải là bộ phận điều khiển — nó là một thiết bị bảo vệ — và HPU được thiết kế phù hợp hiếm khi kích hoạt nó trong quá trình hoạt động bình thường.
Độ sạch của chất lỏng thủy lực là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của hệ thống. Các bộ lọc trong HPU - thường là trên đường hồi lưu, đường áp suất hoặc cả hai - loại bỏ ô nhiễm dạng hạt trước khi nó có thể làm hỏng bộ phận bên trong máy bơm, ống cuộn van và vòng đệm xi lanh. Hầu hết các HPU công nghiệp đều hướng tới mức độ sạch của chất lỏng là ISO 4406 lớp 16/14/11 đến 18/16/13 , sử dụng các bộ lọc có xếp hạng tuyệt đối từ 3–10 micron.
Tổn thất năng lượng trong hệ thống thủy lực biểu hiện dưới dạng nhiệt trong chất lỏng. Nếu không có bộ trao đổi nhiệt, nhiệt độ chất lỏng sẽ tăng liên tục cho đến khi vòng đệm bị thoái hóa, độ nhớt giảm và độ mòn linh kiện tăng lên. Bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước có kích thước để tiêu tán tải nhiệt dự kiến - thường 25% đến 40% công suất đầu vào trong mạch bơm cố định thông thường — và duy trì nhiệt độ chất lỏng trong khoảng từ 40°C đến 60°C.
Các van điều khiển hướng, van tỷ lệ, van giảm áp và van điều khiển lưu lượng thường được gắn trên khối đa tạp được tích hợp vào HPU. Các bộ phận này định tuyến chất lỏng có áp suất đến bộ truyền động chính xác ở áp suất và tốc độ dòng chảy chính xác theo lệnh từ PLC, điều khiển thủ công hoặc bộ điều khiển trình tự tự động. Cách tiếp cận gắn trên ống góp làm giảm kết nối đường ống, giảm thiểu các điểm rò rỉ và giữ cho hệ thống nhỏ gọn.
Ngoài các ứng dụng lực mạnh, bộ nguồn thủy lực còn phục vụ mục đích chính xác trong sản xuất tự động và kiểm soát quy trình. Với công nghệ van tỷ lệ hoặc van servo, hệ thống điều khiển bằng HPU có thể điều khiển vị trí bộ truyền động trong ±0,01 mm và buộc vào bên trong 1% điểm đặt — các mức hiệu suất giúp cho hệ thống thủy lực có thể cạnh tranh với các bộ truyền động servo điện trong nhiều ứng dụng sử dụng nhiều lực.
Trong hệ thống thủy lực servo hiện đại, bộ điều khiển vòng kín liên tục so sánh vị trí của bộ truyền động thực tế (được đo bằng bộ chuyển đổi tuyến tính) với vị trí được lệnh và điều chỉnh độ mở van servo cho phù hợp, điều chỉnh các nhiễu loạn tải và biến đổi dòng chảy trong thời gian thực. Khả năng vòng kín này được sử dụng trong:
Trong mỗi ứng dụng này, bộ nguồn thủy lực là bộ phận tạo ra lực và chuyển động. Van servo và bộ điều khiển xác định độ chính xác; HPU xác định công suất điện.
Cách thức triển khai bộ nguồn thủy lực trong cơ sở hoặc máy móc phụ thuộc vào mục đích cụ thể mà nó cần phục vụ. Có hai cách tiếp cận kiến trúc cơ bản, mỗi cách phù hợp với các yêu cầu khác nhau.
Một HPU lớn duy nhất phục vụ nhiều máy hoặc máy trạm thông qua hệ thống phân phối chính hoặc phân nhánh. Cách tiếp cận này được sử dụng trong các nhà máy sản xuất lớn, nơi có nhiều máy móc cần nguồn thủy lực đồng thời. Ưu điểm là một bộ phận, một bộ điều khiển và một điểm bảo trì phục vụ toàn bộ cơ sở. Một HPU tập trung cho một cửa hàng sửa chữa ô tô có thể được đánh giá ở mức 500 kW trở lên , cung cấp hàng chục trạm hàn, kẹp. Sự đánh đổi là một sự cố sẽ ảnh hưởng đồng thời đến tất cả các máy ở hạ lưu và việc chạy đường ống dài sẽ gây ra tổn thất áp suất.
Mỗi máy hoặc ô xử lý đều có HPU chuyên dụng riêng, có kích thước đặc biệt phù hợp với yêu cầu của máy đó. Đây là cách sắp xếp phổ biến hơn trong sản xuất hiện đại vì nó mang lại sự độc lập - lỗi HPU của một máy không ảnh hưởng đến những máy khác - và cho phép mỗi bộ phận được tối ưu hóa cho chu kỳ nhiệm vụ cụ thể và các yêu cầu về áp suất. HPU nhỏ gọn trong danh mục này có phạm vi từ Bộ để bàn 0,5 kW cho các thiết bị thử nghiệm nhỏ lên đến đơn vị 200 kW cho máy ép phun lớn hoặc máy đúc khuôn.
HPU di động phục vụ một mục đích cụ thể trong bảo trì, xây dựng và ứng phó khẩn cấp: cung cấp năng lượng thủy lực theo yêu cầu khi không có hệ thống lắp đặt cố định. Các công cụ cứu hộ thủy lực (“hàm sự sống”) được cung cấp năng lượng từ HPU di động. Đội xây dựng đường ống sử dụng các thiết bị di động để vận hành máy uốn và máy uốn ống thủy lực. Đội bảo trì sử dụng chúng để vận hành cờ lê mô-men xoắn thủy lực trên các khớp nối mặt bích lớn nơi không có nguồn điện. Các thiết bị này thường chạy bằng động cơ diesel hoặc xăng thay vì chạy bằng điện, cho phép vận hành ở những địa điểm xa hoặc không có lưới điện.
Trong các ứng dụng quan trọng về an toàn, bộ nguồn thủy lực phục vụ mục đích không chỉ đơn thuần là chuyển động truyền động - nó phải cung cấp khả năng vận hành được đảm bảo, không an toàn trong các điều kiện lỗi. Điều này đặc biệt quan trọng trong ba lĩnh vực.
Các bộ nguồn thủy lực trong các cơ sở dầu khí điều khiển các van tắt khẩn cấp (ESD) và hệ thống ngăn chặn xả hơi (BOP). Các HPU này phải có khả năng vận hành các van lớn một cách nhanh chóng và đáng tin cậy trong các điều kiện lỗi - kể cả khi mất điện. Bộ ắc quy do HPU sạc sẽ lưu trữ đủ năng lượng thủy lực để vận hành tất cả các van khẩn cấp nhiều lần ngay cả khi mất nguồn điện chính. Trong các hệ thống lắp đặt ngoài khơi, HPU kiểm soát BOP được thiết kế để API 16D hoặc tiêu chuẩn tương đương có tính dự phòng đầy đủ.
Máy bay thương mại mang theo nhiều bộ nguồn thủy lực độc lập - thường là hai hoặc ba hệ thống, mỗi hệ thống có máy bơm riêng (điều khiển bằng động cơ, điện hoặc không khí), bình chứa và mạch điện - để sự cố trong một hệ thống không ảnh hưởng đến việc điều khiển chuyến bay. Ví dụ, chiếc Boeing 737 có hai hệ thống thủy lực độc lập, mỗi hệ thống có khả năng vận hành các bộ điều khiển chuyến bay chính một cách độc lập. Mục đích của mỗi HPU trong bối cảnh này là về khả năng dự phòng và khả năng chịu sự cố cũng như về sản xuất điện.
Máy cắt và phanh ép thủy lực sử dụng HPU để truyền động ram với lực có thể gây thương tích nghiêm trọng nếu không được kiểm soát. HPU trong các máy này kết hợp các van đối trọng, hệ thống van an toàn kênh đôi và giám sát vị trí để đảm bảo ram chỉ có thể di chuyển ở tốc độ được kiểm soát và không thể rơi tự do trong trường hợp hỏng ống hoặc lỗi van. Chức năng kiểm soát an toàn của HPU cũng quan trọng như chức năng cung cấp điện của nó.
Việc lựa chọn một bộ nguồn thủy lực cho một mục đích nhất định đòi hỏi phải kết hợp các thông số kỹ thuật của thiết bị với nhu cầu của ứng dụng. Các thông số chính xác định những gì HPU cần cung cấp là:
Việc thực hiện đúng thông số kỹ thuật này là điều cơ bản để HPU hoàn thành mục đích của mình một cách đáng tin cậy. Một thiết bị có kích thước nhỏ sẽ quá nóng và hỏng sớm. Một đơn vị quá khổ gây lãng phí năng lượng và vốn. Kỹ thuật phù hợp với thông số kỹ thuật của HPU là nền tảng của một hệ thống thủy lực thành công.
Mục đích của bộ nguồn thủy lực vẫn không đổi — chuyển đổi và cung cấp năng lượng thủy lực được kiểm soát — nhưng cách thức thực hiện mục đích đó đã phát triển đáng kể nhờ những tiến bộ trong điện tử, vật liệu và công nghệ chất lỏng.
HPU hiện đại ngày càng kết hợp các cảm biến hỗ trợ IoT để liên tục theo dõi nhiệt độ, áp suất chất lỏng, đầu ra dòng bơm, chênh lệch áp suất của bộ lọc và dòng điện động cơ. Dữ liệu này cung cấp cho các thuật toán bảo trì dự đoán có thể phát hiện tình trạng hao mòn của máy bơm, tắc nghẽn bộ lọc hoặc nhiễm bẩn chất lỏng nhiều tuần trước khi chúng gây ra lỗi. Một nhà máy có 50 HPU được nối mạng với hệ thống giám sát trung tâm có thể đạt được Giảm 40–60% thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch so với lịch trình bảo trì theo thời gian.
Bộ truyền động điện-thủy lực (EHA) — các bộ phận khép kín kết hợp động cơ điện nhỏ, máy bơm và bộ truyền động trong một gói duy nhất — đang bắt đầu thay thế các mạch cấp nguồn HPU thông thường trong một số ứng dụng, đặc biệt là trong máy móc hàng không vũ trụ và di động, nơi trọng lượng và không gian lắp đặt ở mức cao. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng công nghiệp công suất cao, nhiều thiết bị truyền động hoặc hoạt động liên tục, bộ nguồn thủy lực tập trung vẫn là giải pháp thiết thực và tiết kiệm chi phí nhất và dự kiến sẽ vẫn như vậy trong tương lai gần.
Sự ra đời của nước-glycol, este tổng hợp và chất lỏng thủy lực chống cháy cũng đã mở rộng môi trường mà HPU có thể hoạt động an toàn - đặc biệt là trong các xưởng đúc, cơ sở đúc khuôn và khai thác mỏ dưới lòng đất, nơi rủi ro hỏa hoạn khiến dầu khoáng không phù hợp. Trong các cài đặt này, HPU phục vụ cùng một mục đích cơ bản nhưng với thông số kỹ thuật chất lỏng được chọn để đáp ứng các quy định an toàn mà không làm giảm hiệu suất.