Một máy ép thủy lực thường được cấp nguồn bởi một Đơn Vị Nguồn Công Suất Thủy Lực Công Nghiệp, còn được gọi là trạm thủy lực hoặc trạm nguồn thủy lực. So với một Đơn Vị Nguồn Công Suất Thủy Lực Mini, một trạm thủy lực ép thường yêu cầu một bể chứa lớn hơn, công suất động cơ cao hơn, kiểm soát van phức tạp hơn, làm mát tốt hơn và khả năng chu kỳ làm việc cao hơn. Đơn vị nguồn thủy lực tạo ra áp suất, kiểm soát chuyển động của xy lanh, duy trì lực ép và hỗ trợ từng giai đoạn của chu kỳ làm việc. Nếu đơn vị này nhỏ hơn so với yêu cầu, máy ép có thể di chuyển chậm, không đạt được lực cần thiết hoặc bị quá nhiệt. Nếu nó lớn hơn so với yêu cầu, máy có thể tiêu thụ năng lượng không cần thiết và tốn kém hơn mức cần thiết.
Chọn đúng Đơn Vị Nguồn Thủy Lực Công Nghiệp không chỉ đơn giản là chọn một bơm và động cơ. Đơn vị hoàn chỉnh phải phù hợp với tấn của máy ép, kích thước xilanh, tốc độ làm việc, thời gian giữ áp lực, chu kỳ làm việc, thứ tự điều khiển và môi trường hoạt động.
Tính Toán Áp Lực và Lực Cần Thiết của Máy Ép Thủy Lực
Bước đầu tiên là xác nhận lực tối đa mà máy ép phải tạo ra. Công suất ép thường được ghi dưới dạng tấn hoặc kilonewton, nhưng hệ thống thủy lực nên được tính toán từ đường kính xilanh và áp lực làm việc.
Lực xilanh được xác định bởi áp lực thủy lực nhân với diện tích piston hiệu quả. Một xilanh lớn hơn có thể tạo ra cùng một lực ở áp lực thấp hơn, trong khi một xilanh nhỏ hơn đòi hỏi áp lực cao hơn.
Phép tính nên cho phép ma sát cơ học, tổn thất áp lực, trở kháng dụng cụ và một biên an toàn hợp lý. Áp lực tối đa của hệ thống cũng phải nằm trong giới hạn định mức của xilanh, bơm, van, ống dẫn, gioăng và ống.
Đừng chọn một đơn vị nguồn thủy lực chỉ từ tấn quảng cáo của máy ép. Bản vẽ xilanh và yêu cầu lực thực tế là những đầu vào kỹ thuật đáng tin cậy hơn.
Ví dụ: Tính Toán Lực, Lưu Lượng và Công Suất Động Cơ cho một Chiếc Máy Ép Thủy Lực
Mối quan hệ giữa kích thước xy lanh, áp suất thủy lực, lưu lượng và công suất động cơ có thể được minh họa bằng một ví dụ đơn giản.
Giả sử rằng một máy ép thủy lực sử dụng một xy lanh có đường kính lỗ 250 mm và áp suất làm việc tối đa là 200 bar.
Diện tích xy lanh có thể được tính toán như sau:
Diện Tích Xy Lanh = π × Đường Kính² ÷ 4
Vì một lỗ 250 mm tương đương với 25 cm:
Diện Tích Xy Lanh = 3.1416 × 25² ÷ 4 ≈ 490.9 cm²
Lực ép lý thuyết là:
Lực Ép (kN) = Áp Suất (bar) × Diện Tích Xy Lanh (cm²) ÷ 100
Do đó:
Lực Ép = 200 × 490.9 ÷ 100 ≈ 981.8 kN
Điều này xấp xỉ bằng 100 tấn lực ép. Trong một máy ép thủy lực thực tế, ma sát cơ học, tổn thất áp suất và biên độ an toàn cần thiết cũng nên được xem xét.
Lưu lượng thủy lực cần thiết phụ thuộc vào tốc độ xy lanh mục tiêu:
Lưu Lượng (L/phút) = Diện Tích Xy Lanh (cm²) × Tốc Độ (cm/s) × 0.06
Nếu xy lanh phải tiếp cận chi tiết công việc với tốc độ 50 mm/s, hoặc 5 cm/s:
Lưu Lượng Tiếp Cận = 490.9 × 5 × 0.06 ≈ 147.3 L/phút
Tuy nhiên, nếu tốc độ ép chỉ là 5 mm/s, hoặc 0.5 cm/s:
Lưu lượng ép = 490.9 × 0.5 × 0.06 ≈ 14.7 L/phút
Điều này có nghĩa là máy ép yêu cầu lưu lượng cao gấp khoảng mười lần trong quá trình tiếp cận nhanh hơn so với giai đoạn ép áp suất cao thực tế.
Công suất động cơ có thể được ước tính bằng:
Công suất động cơ (kW) = Áp suất (bar) × Lưu lượng (L/phút) ÷ 600 ÷ Hiệu suất tổng
Giả sử hiệu suất thủy lực tổng là 85%, công suất động cơ khoảng cần thiết trong giai đoạn ép là:
Công suất động cơ = 200 × 14.7 ÷ 600 ÷ 0.85 ≈ 5.8 kW
Nếu hệ thống phải cung cấp lưu lượng tiếp cận đầy đủ 147.3 L/phút ở 200 bar, công suất động cơ yêu cầu sẽ tăng lên khoảng 57.8 kW. Tuy nhiên, trong hầu hết các máy ép thủy lực, áp suất tối đa và lưu lượng tối đa không cần thiết phải cùng lúc.
Trong quá trình tiếp cận nhanh, xy lanh thường hoạt động ở lưu lượng cao nhưng áp suất tương đối thấp. Trong quá trình ép, nó hoạt động ở áp suất cao nhưng lưu lượng thấp hơn nhiều.
Do đó, các máy ép thủy lực thường sử dụng:
- Một mạch bơm kép cao-thấp
- Một bơm piston biến thiên
- Một mạch hỗ trợ bình tích áp
- Điều khiển tốc độ tiếp cận nhanh và ép riêng biệt
Những cấu hình này cho phép đơn vị thủy lực cung cấp chuyển động xy lanh nhanh mà không cần một động cơ lớn không cần thiết hoặc liên tục tạo ra nhiệt quá mức.
Tính Toán Lưu Lượng Bơm Thủy Lực cho Mỗi Chu Kỳ Ép
Như ví dụ trên cho thấy, một máy ép thủy lực thường cần các lưu lượng khác nhau trong quá trình tiếp cận nhanh, ép, giữ áp suất, giải áp và quay trở lại. Do đó, lưu lượng bơm nên được tính toán cho mỗi giai đoạn của chu trình hoạt động thay vì từ một tốc độ xy lanh tối đa duy nhất.
Hầu hết các máy ép thủy lực không hoạt động ở một tốc độ cố định. Một chu kỳ làm việc điển hình bao gồm:
- Tiếp cận nhanh
- Ép chậm
- Giữ áp lực
- Giải nén
- Trở lại nhanh chóng
Mỗi giai đoạn có thể yêu cầu một sự kết hợp khác nhau của áp suất và lưu lượng.
Lưu lượng yêu cầu được tính toán từ diện tích xilanh và tốc độ di chuyển mục tiêu. Một xilanh lớn có thể cần lưu lượng cao trong khi tiếp cận nhanh nhưng chỉ cần lưu lượng thấp trong quá trình ép áp suất cao.
Một bơm cố định duy nhất được chọn cho tốc độ di chuyển tối đa có thể lãng phí năng lượng và tạo ra nhiệt quá mức trong giai đoạn ép. Tùy thuộc vào chu kỳ hoạt động, hệ thống có thể sử dụng mạch bơm đôi, bơm thay đổi thể tích, mạch phụ trợ tích trữ hoặc điều khiển lưu lượng tỷ lệ.
Mục tiêu là cung cấp đủ lưu lượng trong quá trình di chuyển nhanh trong khi tránh lưu lượng áp suất cao không cần thiết trong giai đoạn ép và giữ lại. Do đó, bơm và mạch thủy lực nên được lựa chọn từ chu trình áp suất-lưu lượng hoàn chỉnh chứ không phải chỉ từ áp suất tối đa hoặc tốc độ tối đa.
Chọn Bơm Thủy Lực Phù Hợp cho Máy Ép
Các tùy chọn bơm phổ biến cho máy ép thủy lực bao gồm bơm bánh răng, bơm cánh và bơm piston.
Bơm bánh răng tiết kiệm và phù hợp cho nhiều máy ép tiêu chuẩn với áp suất vừa phải và vận hành không liên tục. Chúng có cấu trúc đơn giản tương đối và dễ bảo trì.
Bơm cánh cung cấp lưu lượng mượt mà và tiếng ồn vận hành thấp trong các dải áp suất phù hợp. Chúng có thể được chọn cho các máy ép nơi chuyển động ổn định và tiếng ồn thấp là quan trọng.
Bơm piston trục thường được sử dụng cho hệ thống máy ép thủy lực áp suất cao, làm việc liên tục, lưu lượng thay đổi hoặc tiết kiệm năng lượng.
Bơm piston thay đổi thể tích có thể giảm sản lượng của nó sau khi áp suất yêu cầu được đạt, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tạo nhiệt. Tuy nhiên, nó thường đắt hơn và yêu cầu độ sạch dầu tốt hơn so với bơm bánh răng cơ bản.
Cấu hình bơm và mạch thích hợp cũng phụ thuộc vào cách mà máy ép thủy lực hoạt động:
| Yêu cầu máy ép thủy lực | Cấu hình thủy lực được khuyến nghị |
|---|---|
| Máy ép nhỏ với hoạt động ngắt quãng | Bơm bánh răng có lưu lượng cố định |
| Tiến nhanh và ép áp lực cao chậm | Mạch bơm đôi cao-thấp |
| Chu kỳ sản xuất thường xuyên | Bơm piston có lưu lượng thay đổi |
| Thời gian giữ áp lực lâu | Mạch xả bơm với van giữ áp lực |
| Chuyển động nhanh, thời gian ngắn | Mạch hỗ trợ tích trữ |
| Kiểm soát lực và tốc độ chính xác | Hệ thống thủy lực điều khiển tỉ lệ hoặc servo |
| Hoạt động liên tục trong điều kiện tải nặng | Bơm biến thiên với khả năng làm mát và lọc nước được cải thiện |
Việc chọn bơm phải xem xét:
- Áp suất liên tục và đỉnh điểm
- Phạm vi lưu lượng yêu cầu
- Hiệu suất bơm
- Tiếng ồn vận hành
- Độ nhớt dầu thủy lực
- Nhạy cảm với ô nhiễm
- Tuổi thọ dịch vụ dự kiến
- Tính khả dụng của linh kiện thay thế
Bơm không nên hoạt động liên tục ở áp suất hoặc lưu lượng tối đa tuyệt đối của nó. Một khoảng cách hoạt động phù hợp giúp cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ dịch vụ.
Phù Hợp Công Suất Động Cơ với Chu Kỳ Ép Thực Tế
Động cơ điện phải cung cấp đủ công suất để vận hành bơm dưới áp suất và lưu lượng thực tế mà chu trình ép cần. Như đã chỉ ra trong ví dụ tính toán, áp suất tối đa và lưu lượng tối đa có thể xảy ra trong các giai đoạn khác nhau, do đó chúng không nên tự động được kết hợp khi xác định kích thước động cơ.
Việc xác định kích thước động cơ theo cách này có thể làm tăng chi phí mua sắm, nhu cầu điện năng và tiêu thụ năng lượng mà không cải thiện hiệu suất ép thực tế.
Trong nhiều máy ép thủy lực, lưu lượng cao là cần thiết trong giai đoạn tiếp cận áp suất thấp, trong khi áp suất cao là cần thiết trong giai đoạn ép với lưu lượng thấp. Một mạch thủy lực được thiết kế đúng cách do đó có thể giảm công suất động cơ cần thiết mà không làm giảm hiệu suất của máy ép.
Nhà cung cấp đơn vị năng lượng thủy lực nên xem xét thời gian của từng giai đoạn trong chu kỳ làm việc trước khi chọn động cơ.
Thông số kỹ thuật của động cơ cũng nên phù hợp với nguồn điện địa phương và môi trường vận hành, bao gồm:
- Điện áp và tần số
- Công suất động cơ định mức
- Tốc độ động cơ
- Lớp cách điện
- Cấp độ bảo vệ
- Phương pháp khởi động
- Tiêu chuẩn điện địa phương
Một số đơn vị nguồn thủy lực của máy ép sử dụng bộ điều khiển tần số biến đổi để cải thiện kiểm soát tốc độ hoặc giảm tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, bộ điều khiển, động cơ, bơm và chiến lược điều khiển phải được chọn làm một hệ thống hoàn chỉnh.
Xác Định Bể Chứa Thủy Lực và Công Suất Làm Mát
Bể chứa dầu thủy lực có nhiều chức năng hơn là chỉ lưu trữ dầu. Nó cũng giúp giải phóng nhiệt, tách không khí, lắng đọng tạp chất và cung cấp nguồn cung cấp dầu ổn định cho bơm.
Một bể chứa nhỏ có thể dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng nhiệt độ dầu, tạo bọt, phát hiện khí, tách tạp chất kém và điều kiện đầu vào bơm không ổn định.
Dung tích bể chứa nên được chọn theo:
- Lưu lượng bơm
- Tổng thể tích dầu trong xi-lanh
- Chu kỳ làm việc của máy ép
- Yêu cầu làm mát
- Không gian lắp đặt có sẵn
Không có quy tắc kích thước bể chứa duy nhất nào phù hợp cho mọi máy ép thủy lực. Dung tích cuối cùng nên được xác minh từ sự thay đổi thể tích dầu, cân bằng nhiệt, thời gian giải phóng không khí, không gian bảo trì và chu kỳ làm việc dự kiến.
Một máy ép sản xuất hoạt động liên tục thường yêu cầu dung tích bể chứa và khả năng làm mát lớn hơn so với máy ép sử dụng ngẫu nhiên trong xưởng.
Nhiệt được sinh ra do sự không hiệu quả của bơm, rò rỉ bên trong, tổn thất áp suất và sự nghẽn qua các van điều khiển. Nếu bể chứa không thể tản nhiệt đủ mạnh mẽ, đơn vị nguồn thủy lực có thể cần một bộ làm mát dầu-khí hoặc bộ làm mát nước-dầu.
Bể chứa cũng nên bao gồm các tính năng bảo trì thực tế như chỉ số mức dầu và nhiệt độ, bộ lọc thoát khí, cổng xả, nắp làm sạch và các kết nối hút và hoàn trả được sắp xếp đúng cách.
Chọn Van Thủy Lực và Phương Pháp Kiểm Soát
Bộ tập hợp van thủy lực điều khiển hướng xi-lanh, tốc độ, áp suất, giữ và xả áp. Cấu hình của nó phải khớp với chuỗi hoạt động thực tế của máy ép thủy lực.
Một đơn vị nguồn thủy lực của máy ép thủy lực có thể bao gồm:
- Van điều khiển hướng
- Van an toàn
- Van bi kiểm tra
- Van kiểm tra điều khiển bằng pilot
- Van giảm áp
- Van xả
- Các van điều khiển lưu lượng
- Van áp suất hoặc dòng chảy tỷ lệ
Đối với các ứng dụng giữ áp suất, rò rỉ van bên trong phải được kiểm soát cẩn thận. Đối với các thời gian giữ áp suất dài, máy bơm không nhất thiết phải luôn hoạt động liên tục. Một mạch được thiết kế đúng cách có thể sử dụng van kiểm tra điều khiển pilot, van cartridge ít rò rỉ, bộ tích trữ, hoặc điều khiển xả bơm để duy trì áp suất trong khi giảm tiêu thụ năng lượng và tạo nhiệt.
Sự hao hụt áp suất trong khi giữ có thể do rò rỉ niêm phong xi lanh, rò rỉ van, nén dầu, giãn nở ống, hoặc thay đổi nhiệt độ dầu. Do đó, mức giảm áp cho phép và thời gian giữ cần được xác định trước khi thiết kế mạch thủy lực.
Đối với một máy ép chuyển từ giai đoạn tiếp cận nhanh sang ép chậm, mạch thủy lực phải chuyển đổi một cách mượt mà mà không tạo ra chuyển động đột ngột của xi lanh hoặc sốc áp suất.
Các xi lanh lớn, áp suất cao có thể yêu cầu giảm áp điều khiển trước khi van định hướng thay đổi vị trí. Điều này đặc biệt quan trọng khi xi lanh chứa một lượng lớn dầu nén hoặc khi máy ép giữ áp suất cao trong thời gian dài.
Thiết kế giảm áp kém có thể gây ra sốc áp suất, tiếng ồn, độ rung ống và hư hỏng cho van, niêm phong, hoặc các thành phần kết nối. Do đó, giảm áp nên được xem xét trong quá trình thiết kế hệ thống thủy lực ban đầu chứ không phải thêm vào sau.
Chỉ Ra Lọc và Độ Sạch Dầu
Máy ép thủy lực có thể sử dụng các van chính xác, cảm biến áp suất và bơm áp suất cao nhạy cảm với ô nhiễm.
Lọc đường hồi là phổ biến trong các đơn vị năng lượng thủy lực, trong khi lọc đường áp suất hoặc lọc offline có thể được thêm vào cho các ứng dụng đòi hỏi cao hơn. Các chỉ báo tình trạng bộ lọc giúp nhân viên bảo trì thay thế phần tử bộ lọc trước khi hệ thống vào chế độ chuyển tiếp.
Mức độ sạch sẽ của dầu cần thiết nên dựa trên thành phần nhạy cảm với ô nhiễm nhất trong hệ thống.
Tuy nhiên, chỉ lọc thôi không thể giữ cho hệ thống sạch sẽ. Lắp ráp sạch sẽ, niêm phong bể chứa đúng cách, xả hệ thống, nạp dầu chính xác và khởi động có kiểm soát cũng quan trọng không kém.
Đối với thiết bị sản xuất quan trọng, các thành phần độ chính xác cao hoặc máy ép thủy lực hoạt động liên tục, việc giám sát độ sạch của dầu trực tuyến cũng có thể được tích hợp vào trạm thủy lực hoặc hệ thống điều khiển máy.
Bao Gồm Giám Sát Áp Lực và Chức Năng An Toàn Thủy Lực
Một máy ép thủy lực có thể lưu trữ năng lượng thủy lực và cơ học đáng kể. Đơn vị năng lượng thủy lực phải phản ứng an toàn trong quá trình vận hành bình thường, mất điện, dừng khẩn cấp, hỏng ống dẫn, hoặc mất tín hiệu điều khiển.
Các chức năng bảo vệ và giám sát điển hình bao gồm:
- Bảo vệ giảm áp chính
- Cảm biến áp suất và đồng hồ đo áp suất cơ học
- Bảo vệ quá tải động cơ
- Cảnh báo mức dầu thấp
- Cảnh báo nhiệt độ dầu cao
- Giải phóng áp suất kiểm soát
- Chức năng giữ xi lanh an toàn
- Giao diện dừng khẩn cấp
- Tín hiệu bảo vệ an toàn và khóa cửa
Các yêu cầu về an toàn máy móc, thủy lực và điện phải được xem xét theo cấu trúc ép, phương pháp điều khiển, môi trường hoạt động và thị trường mục tiêu.
Xem Xét Loại Máy Ép Thủy Lực
Các loại máy ép thủy lực khác nhau có thể cần cấu hình đơn vị nguồn thủy lực rất khác nhau.
Một máy ép xưởng nhỏ có thể sử dụng một hệ thống bơm bánh răng tương đối đơn giản vì máy hoạt động không liên tục và không yêu cầu điều khiển tốc độ phức tạp. Một máy ép tạo hình sản xuất có thể cần tiếp cận nhanh, tốc độ ép được kiểm soát, giữ áp suất, giảm áp và trở về nhanh.
Một máy ép đóng kiện hoặc ép nén có thể cần hành trình dài, thể tích dầu lớn và thời gian giữ áp suất kéo dài. Một máy ép lắp ráp chính xác có thể cần điều khiển áp suất tỉ lệ, phản hồi dịch chuyển chính xác và điều khiển lực lặp lại.
Các máy ép thủy lực nhiều xi lanh cũng có thể cần bộ chia lưu lượng, cảm biến vị trí, van tỉ lệ hoặc điều khiển vòng kín để duy trì sự đồng bộ của các xi lanh.
Trước khi chọn thiết bị nguồn thủy lực, nhà cung cấp nên hiểu liệu thiết bị có phải là máy ép tại xưởng, máy ép tạo hình, máy ép bales, máy ép khuôn nén, máy ép lắp ráp hay máy ép nhiều xilanh.
Thông Tin Gì Cần Thiết Để Chọn Một Đơn Vị Nguồn Công Suất Máy Ép Thủy Lực?
Để nhận được một đề xuất thiết bị nguồn thủy lực chính xác, người mua nên cung cấp các thông tin sau:
| Thông tin yêu cầu | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|
| Lực ép yêu cầu | Xác định áp suất hệ thống và lực xilanh cần thiết |
| Đường kính xilanh và đường kính thanh | Dùng để tính toán lực và dòng chảy dầu |
| Hành trình của xilanh | Xác định lượng dầu bị dịch chuyển |
| Tốc độ tiếp cận, ép và trở về | Xác định dòng chảy cho từng giai đoạn |
| Thời gian giữ áp suất | Ảnh hưởng đến rò rỉ van và thiết kế xả |
| Chu kỳ mỗi giờ | Ảnh hưởng đến việc tạo nhiệt và làm mát |
| Điện áp và tần số động cơ | Xác định cấu hình điện |
| Phương pháp điều khiển | Xác định các van, cảm biến và chức năng PLC |
Một bản vẽ xilanh, sơ đồ thủy lực hoặc biểu đồ chu trình ép có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của việc chọn lựa và giảm thiểu rủi ro về kích thước thành phần không chính xác.
Kết luận
AiSoar Hydraulics thiết kế và sản xuất các Thiết bị Nguồn Thủy Lực Công Nghiệp tùy chỉnh cho các máy ép thủy lực, máy tạo hình, máy bales, thiết bị lắp ráp và các ứng dụng công nghiệp khác.
Để nhận được một đề xuất trạm thủy lực phù hợp, vui lòng cung cấp lực ép yêu cầu, đường kính xilanh, đường kính thanh, hành trình, tốc độ tiếp cận, tốc độ ép, tốc độ trở về, thời gian giữ áp suất, chu kỳ làm việc và điện áp động cơ. Kỹ sư của chúng tôi có thể xem xét toàn bộ chu trình làm việc và đề xuất máy bơm, động cơ, bể chứa, bộ chia van, làm mát, lọc và cấu hình điều khiển phù hợp.
