Przewodnik po jednostkach napędowych silnika Diesla: dane techniczne, integracja hydrauliczna i wskazówki dotyczące zakupów

Wybór jednostki napędowej silnika wysokoprężnego do układu hydraulicznego nie jest po prostu opcją między markami; jest to decyzja na poziomie systemu dotycząca potrzebnej mocy silnika, dopasowania pojemności pompy do prędkości obrotowej silnika oraz sposobu zarządzania poziomem hałasu i zgodnością spalin. Dla konstruktorów sprzętu pracujących na maszynach mobilnych lub sprzęcie zdalnym agregaty napędzane silnikiem wysokoprężnym pozostają najpasekdziej niezawodnym sposobem wytwarzania ciśnienia hydraulicznego bez polegania na energii elektrycznej z sieci. Najbardziej praktycznym podejściem jest najpierw zdefiniowanie wymagań dotyczących przepływu i ciśnienia hydraulicznego, następnie odwrotne obliczenie wielkości silnika i na koniec wybranie projektu jednostki napędowej, która spełnia ograniczenia instalacyjne. Jeśli oceniasz pakiet napędzany silnikiem wysokoprężnym pod kątem zastosowań hydraulicznych, mądrą decyzją jest upewnienie się, że moc silnika nie jest kwestią drugorzędną, ale zamiast tego odpowiada zapotrzebowaniu obwodu hydraulicznego już na pierwszym arkuszu specyfikacji.

Czym dokładnie jest zespół napędowy silnika wysokoprężnego?

Zespół napędowy silnika wysokoprężnego, czasami nazywany agregatem hydraulicznym diesla, integruje silnik wysokoprężny z pompą hydrauliczną, sprzęgłem, zbiornikiem paliwa, chłodnicą i układem sterowania w jedną płozę lub ramę. Silnik dostarcza moc mechaniczną poprzez koło zamachowe i sprzęgło do pompy, która przekształca tę energię obrotową w przepływ i ciśnienie hydrauliczne. Główną różnicą w stosunku do standardowego agregatu hydraulicznego jest jego główny napęd: zamiast silnika elektrycznego zastosowano w nim silnik spalinowy, który może działać całkowicie niezależnie od sieci elektrycznej.

Jednostki te są powszechnie stosowane w sprzęcie takim jak koparki, wywrotki, mobilne platformy podnoszące i awaryjne układy hydrauliczne. Typowy zespół składa się z następujących elementów:

• Silnik Diesla : główne źródło zasilania, zwykle jednocylindrowy lub wielocylindrowy silnik wysokoprężny z turbodoładowaniem.
• Pompa hydrauliczna : pompa zębata, łopatkowa lub tłokowa, która przekształca moment obrotowy silnika na ciśnienie hydrauliczne.
• sprzęgło : sprzęgło elastyczne lub sztywne, które przenosi moc z silnika na pompę.
• Zbiornik oleju hydraulicznego : zbiornik z odpowietrznikiem, wskaźnikiem poziomu i filtrem przewodu powrotnego.
• Chłodnica chłodząca : utrzymuje płyn chłodzący silnik i olej hydrauliczny w bezpiecznej temperaturze.
• Kolektor sterujący : blok zaworowy, który kieruje przepływ do odpowiedniego siłownika.

W przeciwieństwie do silnika elektrycznego, który ma stałą prędkość i moment obrotowy, silnik wysokoprężny dostarcza moc w węższym zakresie obrotów. Ta różnica wpływa na wszystko, od wyboru pompy po projekt układu hydraulicznego.

Jak jednostki napędowe silników wysokoprężnych napędzają układy hydrauliczne

Wydajność zespołu hydraulicznego diesla określa się na podstawie interakcji pomiędzy prędkością obrotową silnika a wydajnością pompy. Przepływ hydrauliczny oblicza się ze wzoru Q = Vp × n / 1000 , gdzie Vp to pojemność skokowa pompy w centymetrach sześciennych na obrót, a n to prędkość obrotowa silnika w obr./min. Na przykład, jeśli silnik pracuje z prędkością 1800 obr./min, a pompa ma pojemność skokową 60 cm3/obr., teoretyczny przepływ wynosi 108 l/min. Rzeczywista wydajność będzie nieco niższa ze względu na sprawność objętościową, zwykle 90–95% w przypadku pompy zębatej i 93–98% w przypadku pompy tłokowej.

Aby określić wymaganą moc silnika, użyj wzoru P = p × Q / (600 × η) , gdzie p to ciśnienie w barach, Q to przepływ w l/min, a η to łączna wydajność. Przy ciśnieniu 200 barów i 100 l/min przy łącznej wydajności 0,85 wymagana moc silnika wynosi około 39 kW, co oznacza, że ​​należy wybrać silnik wysokoprężny o mocy co najmniej 40 kW. Ta sama zasada obowiązuje w przypadku zmniejszenia skali: mała winda tylna wymagająca ciśnienia 60 barów przy 30 l/min potrzebuje tylko około 3,5 kW, zatem kompaktowy silnik o mocy 10–15 kW zapewnia wystarczającą rezerwę.

Zależność między obwodem hydraulicznym a silnikiem wyjaśniono szczegółowo w naszym artykule na temat zasada działania układów hydraulicznych . Zrozumienie tego powiązania pomoże Ci uniknąć typowego błędu polegającego na kupowaniu mocnego silnika zapewniającego większy przepływ, niż jest w stanie przyjąć pompa, lub pompy, która hydraulicznie zatrzymuje silnik podczas dużego obciążenia.

Jednym z kluczowych aspektów, o którym należy pamiętać, jest rezerwa momentu obrotowego silnika. Przy maksymalnym ciśnieniu w układzie silnik wysokoprężny musi nadal osiągać prędkość znamionową. Jeśli pod obciążeniem prędkość obrotowa silnika spadnie poniżej około 1200 obr./min, będzie wytwarzać mniej mocy, a przepływ hydrauliczny spadnie, powodując wydłużenie czasu cyklu. Dlatego dobrze zaprojektowany zespół napędowy napędzany silnikiem wysokoprężnym zawsze zawiera przemiennik momentu obrotowego lub odpowiednią reduktor, szczególnie w przypadku pomp tłokowych o dużej pojemności.

Kluczowe specyfikacje i kryteria wyboru

Przed złożeniem zamówienia sprawdź poniższe parametry. Te osiem wartości określa, czy urządzenie będzie działać zgodnie z oczekiwaniami w konkretnej maszynie.

Moc silnika jest pierwszym punktem decyzyjnym. Jeżeli do obsługi tylnej klapy lub małej platformy podnoszącej potrzebny jest jedynie mały siłownik hydrauliczny, wystarczy silnik wysokoprężny o mocy 15–20 kW. W przypadku maszyn wielofunkcyjnych z wieloma siłownikami pracującymi jednocześnie należy zaplanować moc 50–100 kW lub większą.

Wydajność pompy hydraulicznej należy dobrać tak, aby odpowiadała użytecznemu zakresowi prędkości obrotowej silnika. Zbyt duża pompa spowoduje zgaśnięcie silnika lub powstanie kawitacji; zbyt mała pompa nie zapewni wystarczającego czasu cyklu. Ciśnienie w układzie zależy od maksymalnego obciążenia, jakie muszą pokonać cylindry. Jeśli Twoja maszyna pracuje przy ciśnieniu powyżej 250 barów, pompy tłokowe są zwykle lepszym wyborem niż pompy zębate, ponieważ pompy tłokowe mogą wytrzymać wyższe ciśnienia i zapewniają lepszą wydajność.

Pojemność zbiornika wpływa na odprowadzanie ciepła. Dobrą zasadą jest wybór objętości zbiornika równej 1–2-krotności przepływu pompy na minutę. W przypadku pompy o wydajności 80 l/min typowy jest zbiornik o pojemności 100–160 l. Hałas stanowi poważny problem w przypadku jednostek hydraulicznych napędzanych silnikiem wysokoprężnym pracujących w pobliżu pieszych lub w środowisku miejskim. Standardowy zespół napędowy z silnikiem wysokoprężnym bez dźwiękoszczelnej obudowy może wytwarzać 90–100 dB(A) na jeden metr. Jeśli potrzebujesz cichszej pracy, rozważ obudowę o niskim poziomie hałasu lub konstrukcję zespołu napędowego zanurzonego w oleju, która zmniejsza hałas pompy hydraulicznej. Wskazówki dotyczące wyboru odpowiedniego modułu hydraulicznego z napędem elektrycznym lub silnikiem wysokoprężnym do danego zastosowania można znaleźć w naszym artykule Poradnik doboru zasilacza hydraulicznego prądu stałego obejmuje uzupełniający proces decyzyjny dla systemów zasilanych akumulatorowo i napędzanych silnikiem.

Typowe zastosowania jednostek napędowych napędzanych silnikiem wysokoprężnym

Jednostki napędowe z silnikami wysokoprężnymi i ich odpowiedniki hydrauliczne służą w wielu dziedzinach, w których niezależność od sieci elektrycznej jest niezbędna lub gdzie sam sprzęt przemieszcza się z miejsca na miejsce. Poniższa lista obejmuje najbardziej typowe instalacje:

• Mobilne urządzenia dźwigowe, takie jak podnośniki nożycowe i podnośniki wysięgnikowe
• Przyczepy samozaładowcze i wywrotki
• Hydrauliczne burty tylne do samochodów dostawczych
• Sprzęt do utrzymania dróg, taki jak maszyny do znakowania linii
• Awaryjne, zapasowe układy hydrauliczne do gaszenia pożarów lub ratownictwa
• Maszyny rolnicze, takie jak przyczepy do zboża i przyczepy do bel

Agregat hydrauliczny jednostronnego działania do przyczep wywrotkowych To kompaktowe urządzenie łączy w sobie pompę zębatą, silnik prądu stałego i blok zaworów, co zapewnia niezawodne podnoszenie. Oferuje opcjonalną kontrolę przepływu i materiały zbiornika dostosowane do różnych zastosowań przyczep. Zobacz produkt →

Dla każdego zastosowania agregat hydrauliczny musi być dobrany tak, aby działał w cyklu pracy silnika. Gdy przyczepa wywrotka uruchamia cylinder hydrauliczny, zapotrzebowanie na pompę jest przerywane i zwykle może dzielić silnik z napędem pojazdu. W przeciwieństwie do tego mobilna platforma podnosząca może pracować nieprzerwanie przez długi czas, dlatego gromadzenie się ciepła i spalanie paliwa stają się ważniejsze. Dlatego ten sam silnik wysokoprężny, który napędza napęd podwozia, może obsługiwać także pompę hydrauliczną poprzez wał odbioru mocy lub oddzielny agregat hydrauliczny.

Zasilacz hydrauliczny z silnikiem z magnesem trwałym do podnośników mobilnych Zaprojektowane z myślą o przenośnych stołach podnośnych, urządzenie to jest wyposażone w wysokociśnieniową pompę zębatą i zawór dławiący z kompensacją ciśnienia, zapewniający płynne i kontrolowane opuszczanie. Dostępne w wielu rozmiarach silników i napięciach. Zobacz produkt →

W przypadku urządzeń, które muszą zachować ciszę, takich jak hydrauliczne windy towarowe lub systemy garaży, preferowana jest konstrukcja zanurzona w oleju zamiast jednostki napędowej wysokoprężnej z otwartą ramą. Kąpiel olejowa pochłania tętnienia pompy i redukuje wibracje, a w połączeniu z zamkniętą osłoną całkowity hałas można utrzymać na poziomie poniżej 70 dB(A) z odległości jednego metra, co jest odpowiednie dla otoczenia mieszkalnego lub komercyjnego.

Rozważania dotyczące kosztów i konserwacji

Koszt jednostki napędowej silnika wysokoprężnego można podzielić na trzy segmenty: koszt kapitału, koszt paliwa i oleju oraz koszt konserwacji. Mały agregat hydrauliczny napędzany silnikiem wysokoprężnym o mocy 20 kW może kosztować około 5 000–10 000 USD, natomiast zestaw hydrauliczny o dużej mocy 100 kW z wygłuszeniem może osiągnąć kwotę 50 000 USD lub więcej.

Oszczędność paliwa zależy od współczynnika obciążenia. Jednostkowe zużycie paliwa silnika wysokoprężnego przy pełnym obciążeniu wynosi około 200–240 g/kWh. Jeśli Twoje urządzenie będzie pracować przy średnim obciążeniu 40 kW przez 8 godzin, zużyjesz około 64–77 litrów oleju napędowego dziennie. Przy typowej cenie paliwa wynoszącej 1,1–1,3 USD za litr dzienny koszt paliwa waha się w granicach 70–100 USD. Olej hydrauliczny to dodatkowy koszt eksploatacyjny, o którym często się zapomina. Agregat hydrauliczny o pojemności 100 l będzie wymagał okresowej wymiany oleju co około 2 000–4 000 godzin, w zależności od zanieczyszczenia i obciążenia.

Okresy międzyobsługowe silnika wysokoprężnego wynoszą zazwyczaj 250–500 godzin w przypadku wymiany oleju i filtrów, 1 000–2 000 godzin w przypadku filtrów paliwa i 10 000–20 000 godzin w przypadku remontów głównych. Sam układ hydrauliczny wymaga czystości. Zablokowany filtr przewodu powrotnego to jedna z najczęstszych usterek występujących po awarii pompy hydraulicznej. Utrzymanie filtra powietrza odpowietrzającego na zbiorniku w czystości jest prostym, ale wymagającym wysiłku krokiem konserwacyjnym.

W przypadku operacji, w których decydującym czynnikiem jest hałas lub zużycie energii, energooszczędny agregat hydrauliczny z pompą o zmiennej prędkości lub sterowaniem z czujnikiem obciążenia może zmniejszyć zużycie paliwa o 20–30% w porównaniu z układem pomp o stałej wydajności. Jest to szczególnie istotne w przypadku zastosowań, które działają przez dłuższy czas bez możliwości wyłączenia silnika.

Diesel kontra energia elektryczna: gdzie wygrywa każdy układ napędowy

Wybór między systemem napędzanym silnikiem wysokoprężnym a systemem w pełni elektrycznym często sprowadza się do tego, czy maszyna jest stacjonarna, czy mobilna. Poniższe porównanie podsumowuje główne kompromisy.

Jeśli Twoja maszyna przemieszcza się między miejscami pracy i nie może być uzależniona od podłączenia do sieci, opcja z silnikiem wysokoprężnym jest często jedynym praktycznym wyborem. Jeśli sprzęt znajduje się w hali fabrycznej lub magazynie, silnik elektryczny lub cichy zespół hydrauliczny zanurzony w oleju zapewnia niższy poziom hałasu i brak emisji spalin. W przypadku środowiska mieszanego niektórzy producenci sprzętu łączą silnik wysokoprężny z silnikiem elektrycznym do napędzania pompy, zapewniając to, co najlepsze z obu światów: niezależność paliwową podczas podróży i ekologiczną pracę w mieście przy załadunku w pomieszczeniach zamkniętych.

Wskazówki dotyczące integracji silników Diesla i agregatów hydraulicznych

Zintegrowanie silnika wysokoprężnego z agregatem hydraulicznym to zadanie techniczne wymagające zwrócenia uwagi na kilka szczegółów. Najczęstsze błędy to nieostrożny dobór pompy, nieprawidłowe ustawienie sprzęgła i zbyt mały zbiornik oleju. Przeanalizuj te elementy krok po kroku:

1. Wybierz sprzęgło bezpośrednie lub sprzęgło elastyczne z odpowiednim ustawieniem. Nieprawidłowo ustawione sprzęgło może powodować wibracje i przedwczesną awarię łożyska.
2. Przewód wlotowy pompy do zbiornika musi być jak najkrótszy i mieć jak największą średnicę, aby uniknąć kawitacji, szczególnie w przypadku silnika wysokoprężnego pracującego z dużą prędkością.
3. Zainstaluj wysokiej jakości filtr przewodu powrotnego i odpowietrznik na zbiorniku, aby utrzymać system w czystości.
4. Rozważ orientację montażu. W niektórych agregatach hydraulicznych zastosowano konstrukcję zanurzoną w oleju, w której pompa jest zanurzona w oleju, aby zmniejszyć hałas i wydłużyć żywotność pompy. Ta konfiguracja dobrze sprawdza się w przypadku zestawów napędzanych silnikiem wysokoprężnym, które muszą być ciche.
5. Dopasuj obroty silnika do prędkości pompy. Wiele silników wysokoprężnych ma prędkość znamionową od 1500 do 2200 obr./min, podczas gdy pompy hydrauliczne mogą zwykle pracować z prędkością do 3000 obr./min. Jeśli prędkość obrotowa silnika jest zbyt niska, do osiągnięcia wymaganego przepływu może być konieczna większa pojemność pompy.
6. Sprawdź, czy silnik wysokoprężny ma wystarczającą rezerwę mocy. Zalecany margines rezerwy wynosi co najmniej 15–20% powyżej obliczonej mocy hydraulicznej, aby pokryć zużycie pompy, straty ciśnienia i opór podczas zimnego rozruchu.

Energooszczędny zasilacz hydrauliczny oparty na akumulatorze Stacja ta wykorzystuje akumulator i komponenty o niskim wycieku w celu utrzymania ciśnienia przy minimalnej pracy silnika, znacznie zmniejszając zużycie energii i hałas w centrach obróbczych. Zobacz produkt →

Często pomijanym czynnikiem jest lepkość płynu hydraulicznego. Zespoły napędowe silników wysokoprężnych są często uruchamiane w niskich temperaturach, a olej o dużej lepkości może spowodować zablokowanie pompy lub spowodować kawitację niska temperatura otoczenia . Stosowanie wielosezonowego oleju hydraulicznego o temperaturze płynięcia poniżej -30°C i instalacja podgrzewacza zbiornika to proste sposoby na poprawę niezawodności w niskich temperaturach.

Często zadawane pytania

1. Co to jest jednostka napędowa silnika wysokoprężnego?

Zespół napędowy silnika wysokoprężnego to samodzielny zespół napędowy składający się z silnika wysokoprężnego, pompy hydraulicznej, sprzęgła, zbiornika płynu i układu chłodzenia. Przekształca olej napędowy w energię hydrauliczną do napędzania cylindrów lub silników hydraulicznych. Jest szeroko stosowany w sprzęcie mobilnym i terenowym, gdzie zasilanie elektryczne nie jest dostępne.

2. Jak dobrać silnik wysokoprężny do pompy hydraulicznej?

Rozpocząć od wymaganego przepływu i ciśnienia. Użyj P = p × Q / (600 × η) aby znaleźć niezbędną moc silnika, następnie dodaj rezerwę 15–20%. Na przykład 200 barów przy 80 l/min wymaga około 32 kW przy całkowitej wydajności 0,85, więc wybierz silnik o mocy około 37–40 kW.

3. Czy agregat napędowy z silnikiem wysokoprężnym może być użytkowany w pomieszczeniach zamkniętych?

Tak, ale z ograniczeniami. Spaliny diesla zawierają tlenek węgla, dlatego użytkowanie w pomieszczeniach zamkniętych wymaga odpowiedniej wentylacji i wyciągu spalin. Jeśli często pracuje się w pomieszczeniach zamkniętych, bezpieczniejszym wyborem jest zwykle jednostka hydrauliczna elektryczna lub zanurzona w oleju. Do zastosowań charakteryzujących się ciągłym niskim poziomem hałasu należy rozważyć cichy zespół napędowy z zamkniętą osłoną silnika i tłumikiem wydechu.

4. Jaka jest różnica pomiędzy otwartym a zamkniętym obwodem hydraulicznym?

W obwodzie otwartym pompa pobiera olej ze zbiornika, a olej powrotny przepływa z powrotem do zbiornika. W obwodzie zamkniętym pompa i silnik hydrauliczny tworzą pętlę, a mała pompa ładująca kompensuje wyciek. Ze względu na prostotę i łatwość konserwacji jednostki napędowe z silnikami wysokoprężnymi zwykle wykorzystują obwód otwarty.

5. Jak długo może pracować nieprzerwanie zespół napędowy silnika wysokoprężnego?

Dobrze utrzymany silnik wysokoprężny może pracować 24 godziny na dobę, ale czynnikami ograniczającymi są chłodzenie i temperatura oleju. Zalecana maksymalna temperatura oleju hydraulicznego wynosi około 60–70°C dla standardowego oleju mineralnego. Jeśli temperatura oleju stale przekracza 80°C, potrzebny jest większy zbiornik oleju lub chłodnica oleju.

6. Jakiej konserwacji wymaga agregat hydrauliczny napędzany silnikiem Diesla?

Codzienne kontrole obejmują poziom oleju silnikowego, poziom płynu chłodzącego chłodnicy, poziom oleju hydraulicznego i poziom paliwa. Regularna konserwacja obejmuje wymianę oleju silnikowego i filtrów co 250–500 godzin, wymianę filtra paliwa co 1000 godzin, czyszczenie filtra powietrza co 500 godzin oraz wymianę oleju hydraulicznego co 2000–4000 godzin. Sprzęgło i współosiowość wałów należy sprawdzać co 1000 godzin.

Kluczem do udanego zespołu napędowego z silnikiem wysokoprężnym nie jest zakup największego silnika, jaki można znaleźć, ale dopasowanie mocy do wymagań hydraulicznych. Jeśli budujesz mobilny układ hydrauliczny, który musi działać niezależnie i niezawodnie w warunkach odległych lub na zewnątrz, wybierz jednostkę napędzaną silnikiem wysokoprężnym z pompą o odpowiedniej wielkości, solidnym układem chłodzenia i rozsądną strategią kontroli hałasu. Gdy część hydrauliczna układu zostanie starannie dopasowana do silnika, cały pakiet zapewni lata niezawodnej pracy przy przewidywalnym budżecie na konserwację.