Mit kell tudni a méretezés előtt?
Egy hidraulika tápegység méretezése nem a tápegységnél kezdődik, hanem a gépnél. Négy dolgot kell ismerni: mekkora erő kell, milyen sebességgel, mekkora úton (löket), és milyen ciklusban – mennyit dolgozik, mennyit áll, mennyit tart nyomás alatt.
- Erő vagy nyomaték – a munkahenger erőigénye (kN) vagy a hidromotor nyomatéka (Nm).
- Sebesség vagy fordulatszám – a henger mozgási sebessége (mm/s) vagy a motor fordulatszáma (1/perc).
- Fogyasztók és egyidejűség – hány henger vagy motor mozog, egyszerre vagy egymás után.
- Ciklus – a mozgás, a nyomástartás és az állás aránya. Ebből jön a hő és az energiafogyasztás.
- Környezet – beltér vagy kültér, hőmérséklet, zajkorlát, hűtővíz, tápfeszültség.
Ha ezek megvannak, a méretezés négy kérdésre bontható: mekkora nyomás, mekkora térfogatáram, mekkora hajtás, végül mekkora tartály és milyen hűtés kell. Ez a cikk azt mutatja be, mitől függenek ezek az értékek, hogyan hatnak egymásra, és hol szoktak hibázni. A végleges tervezéshez a kapcsolási rajz és a teljes munkaciklus ellenőrzése is kell.
1. A szükséges nyomás
A térfogat-kiszorításos szivattyú térfogatáramot szállít; a rendszer nyomása a terhelés és az áramlási ellenállások hatására alakul ki, a szabályozó- vagy nyomáshatároló elemek beállításáig. A munkahenger nyomásigényét az erőigény és a dugattyúfelület aránya adja: ugyanakkora erőhöz nagyobb hengerrel kisebb nyomás is elég, kisebb hengerrel nagyobb nyomás kell.
A henger nem veszteségmentes. A tömítések súrlódása miatt a kifejtett erő kisebb az elméletinél; a különbség a tömítésrendszertől, a nyomástól, a sebességtől, a hőmérséklettől és a henger állapotától függ. Ha a visszatérő oldalon jelentős ellennyomás van, az is csökkenti a rendelkezésre álló nettó erőt.
Ehhez jön hozzá a rendszer nyomásvesztesége: a vezetékek, a szelepek, a szűrők, a hűtők és a csatlakozók nyomásesése. Egyszerű rendszereknél első közelítésben néhányszor tíz bar nagyságrendű, de a tényleges érték a térfogatáramtól, a csőátmérőktől és -hosszaktól, a munkafolyadék viszkozitásától és hőmérsékletétől függ – a végleges tervnél elemenként számoljuk.
A nyomáshatároló beállítását a szükséges üzemi nyomás, a szivattyú szabályozási módja, a szelep karakterisztikája, a dinamikus nyomáscsúcsok és a rendszer legkisebb megengedett nyomásértékű komponense alapján kell meghatározni.
Visszahúzásnál a dugattyúrúd elveszi a felület egy részét. A gyűrűfelület kisebb, ezért ugyanakkora erőhöz nagyobb nyomás kell, ugyanakkora térfogatáram viszont gyorsabban húzza vissza a hengert.
2. A térfogatáram
A sebességet a fogyasztóhoz jutó térfogatáram adja: percenként annyi olajnak kell a hengerbe áramlania, amennyi helyet a dugattyú a kívánt sebességnél felszabadít. Nagyobb henger ugyanahhoz a sebességhez arányosan több olajat igényel – a nagyobb henger tehát a nyomásigényt csökkenti, a térfogatáram-igényt növeli.
Ha több fogyasztó mozog egyszerre, a térfogatáramok összeadódnak. Ha egymás után, minden mozgásirány külön munkapont, és a legnagyobb teljesítményű munkapont a mértékadó – nem a legnagyobb nyomás és a legnagyobb térfogatáram egymástól független kombinációja.
Rövid idejű csúcstérfogatáram hidroakkumulátorból is fedezhető, ha a szükséges olajtérfogat, az előtöltő nyomás, a legkisebb és legnagyobb üzemi nyomás, a töltési idő, a ciklusszám és a nyomástartó berendezésekre vonatkozó biztonsági követelmények ezt lehetővé teszik. Részletek: hidroakkumulátor méretezése.
Hidromotornál
Hidromotornál a térfogatáramot a fajlagos nyelőtérfogat és a fordulatszám, a nyomásigényt a nyomaték és a nyelőtérfogat adja. A motor volumetrikus és hidromechanikai veszteségei miatt mindkettő valamivel több az elméletinél, a tápegység oldalán pedig a nyomó- és a visszatérő ág veszteségei is hozzáadódnak.
3. A motorteljesítmény
A hidraulikus teljesítményt a nyomás és a térfogatáram együtt adja – bármelyik nő, nő a teljesítményigény is. A villanymotornak ennél többet kell tudnia, mert a szivattyú és a hajtás veszteséges; a szükséges tartalék a szivattyú típusától és a munkaponttól függ.
A motort a következő szabványos IEC méretre választjuk (pl. 5,5 · 7,5 · 11 · 15 · 18,5 kW). Szakaszos üzemben a motor termikus méretezése a tényleges terhelési ciklus és a motor üzemmódja – például S1, S3 vagy S6 – alapján végezhető. Emiatt bizonyos alkalmazásokban kisebb névleges motor is elegendő lehet, de ezt termikus és nyomatéki ellenőrzés nélkül nem szabad kijelenteni.
Példa: présgép munkahengere
Egy présnek 120 kN erő kell, 50 mm/s préselő sebességgel. A henger: 100 mm-es dugattyú, 56 mm-es rúd, 400 mm löket.
Ezek a számok egy tartományt jelölnek ki. Hogy a feladatra egyedi tápegység vagy egy sorozatgyártott egység a jobb, azt a teljes ciklus, a környezet, a vezérlés és a gép többi része dönti el.
Becsült értékek, becsült hatásfokkal és rendszerveszteséggel. Az eredmény nem gyártási vagy biztonsági méretezés: nem helyettesíti a kapcsolási rajz, a munkaciklus, a dinamikus terhelések, a hőmérleg és a komponensek gyártói határértékeinek ellenőrzését.
A konfigurátor a henger- vagy hidromotoradatokból megbecsüli a szükséges nyomást, térfogatáramot és hajtásteljesítményt – a kitöltött lappal árajánlatot is kérhet.
Tápegység konfigurátor →4. Tartály és hőmérleg
A tartály nemcsak tárolja az olajat: itt válik ki a levegő, itt ülepszik a szennyeződés, és a felületén távozik a hő egy része. Méretét a szivattyú térfogatárama, a hengerek térfogatváltozása és a hőterhelés együtt határozza meg.
A szivattyú percenkénti térfogatáramának többszöröse hagyományos rendszereknél használható első ökölszabályként, de a végleges tartályméretet a rendszer térfogatmérlege, a henger(ek) differenciált térfogatváltozása, a levegőleválasztás, a hőmérleg, a szivattyú szívási feltételei, a visszatérő térfogatáram és a szükséges üzemi olajszint-tartomány alapján kell meghatározni. Részletek a hidraulikatartály méretezéséről szóló cikkben.
A hidraulikus rendszer energiaveszteségeinek döntő része végül hővé alakul. Ha a termelt hő nagyobb annál, amit a tartály, a csőhálózat és a környezet le tud adni, hűtő kell – erről a hűtés és hőmérleg cikkben írunk részletesen.
Tipikus méretezési hibák
- Csak az erővel számolnak. A nyomás rendben van, de a sebesség lassú, mert a térfogatárammal senki nem számolt.
- Kimarad a veszteség. A hengerben elég a nyomás, de a vezeték, a szelepek és a szűrők nyomásesése után már nem.
- Elfelejtett egyidejűség. Két henger mozog egyszerre, a térfogatáram nem elég, az egyik lelassul vagy megáll.
- Összemossák a munkapontokat. Az egyik mozgás nyomását és a másik térfogatáramát kombinálják – olyan teljesítményre méretezve, amely a ciklusban soha nem lép fel egyszerre.
- Elmarad a hőmérleg. A tápegység statikusan megfelelőnek tűnik, üzemben azonban az olajhőmérséklet a kiválasztott folyadék és komponensek számára kedvezőtlen tartományba emelkedik.
- Túlméretezés „biztonságból”. Drágább, többet fogyaszt, és jobban melegszik, mint a pontosan méretezett.
Gyakori kérdések
Mitől függ egy hidraulikus henger nyomásigénye?
Az erőigénytől és a dugattyúfelülettől: nagyobb hengerhez ugyanakkora erőnél kisebb nyomás kell. Ehhez jön a henger súrlódási vesztesége és a rendszer nyomásesése a vezetékekben, szelepekben és szűrőkben – a tápegység nyomását ezekkel együtt kell meghatározni.
Mekkora motor kell egy hidraulika tápegységhez?
A munkapont nyomása és térfogatárama együtt adja a hidraulikus teljesítményt, ehhez jön a szivattyú és a hajtás vesztesége, majd a következő szabványos motorméret. Szakaszos üzemben a motor termikus ellenőrzéssel kisebb is lehet; a végleges választáshoz a szivattyú munkaponti hatásfoka, az indítási nyomaték és a motor üzemmódja kell.
Mekkora legyen a tartály?
Első ökölszabályként hagyományos rendszereknél a szivattyú percenkénti térfogatáramának többszöröse (gyakran 3–5×). A végleges méretet a térfogatmérleg, a hengerek differenciált térfogatváltozása, a levegőleválasztás, a hőmérleg és a szívási feltételek határozzák meg.
Mennyi a hidraulika tápegység hatásfoka?
A szivattyú és a hajtás együttes hatásfoka munkaponttól és szivattyútípustól függ. Ha a fölösleges térfogatáram nagy nyomáson, például nyomáshatárolón át folyik el, a rendszer tényleges hatásfoka ennél jóval rosszabb lehet – ezért számít a kapcsolás és a hajtás megválasztása.
Elég a konfigurátor eredménye a rendeléshez?
Nem: a konfigurátor becslést ad. Kollégánk a kapcsolási rajz, a munkaciklus, a vezérlés és a környezet ismeretében ellenőrzi és pontosítja, mielőtt árajánlatot adunk.
