Распечатать

Гидравлика & Пневматика

Инновационная гидравлика

25.05.2018

Источник: Bucher Hydraulics AG

Компания Bucher Hydraulics — один из мировых лидеров в производстве мобильной и промышленной гидравлики. Фирма, основанная в 1923 г., разрабатывает и производит широкую номенклатуру специальных гидроприводов и органов управления по требованиям клиента, имеет широкую сеть производственных мощностей и торговых центров в Европе, Индии, Китае, Бразилии и США. В номенклатуре поставок компоненты для строительных машин, конвейеров и подъёмной техники, коммунального оборудования, возобновляемой энергетики, сельскохозяйственной техники.

Основные группы продукции: гидронасосы, гидромоторы, гидроаппаратура, электронные системы управления, цилиндры, приводные узлы, комплектные гидроприводы, системы гидропривода для лифтов и для эргономических столов (рис. 1). Большое внимание уделяется проблемам защиты окружающей среды (ECOdraulics).

Основные группы продукции: гидронасосы, гидромоторы, гидроаппаратура, электронные системы управления, цилиндры, приводные узлы, комплектные гидроприводы, системы гидропривода для лифтов и для эргономических столов. Источник: Bucher Hydraulics AG Рис. 1

Насосы и моторы серии QX

Одним из наиболее ярких достижений последних лет является создание гаммы шестеренных гидромашин внутреннего зацепления QXEH, основное отличие которой -жесткий прецизионный рабочий комплект (рис. 2), состоящий из минимального количества основных деталей: вала-шестерни 1, серповидного разделителя 2 , выполненного за одно целое с задней крышкой, и зубчатого венца 3.

Основное отличие гамммы шестеренных гидромашин Bucher Hydraulics внутреннего зацепления QXEH - жесткий прецизионный рабочий комплект, состоящий из минимального количества основных деталей. Источник: Bucher Hydraulics AG Рис. 2

Специальный профиль зубчатого зацепления обеспечивает чрезвычайно низкий уровень пульсации даже на минимальных частотах вращения, а прецизионное изготовление позволяет отказаться от компенсации по давлению и применения каких-либо уплотнительных элементов между трущимися парами в широком диапазоне рабочих частот вращения, характерных для частотного регулирования. Существенное улучшение гидродинамической смазки зубчатого венца достигнуто путем подвода смазочной среды в критические зоны подшипников. Важным достоинством насосов является их полностью симметричный дизайн, дающий возможность работы в многоквадрантных режимах. Насосы отличаются также низким уровнем трения и плавным изменением давления в рабочих камерах. Все это обеспечивает проверенные на практике существенные преимущества по сравнению с известными аналогами:

- повышение производительности;

- экономия энергии до 70 %;

- минимальные пульсации давления и шум, сниженный в среднем на 20 дБ(А);

- высокие эксплуатационная безопасность и надежность, в том числе в условиях реверсивных режимов на различных частотах вращения;

- упрощенное техническое обслуживание.

Основные параметры насосов (рис. 3) приведены в таблице.

Шестеренные гидромашины внутреннего зацепления QXEH. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 3 QXEH…

Типоразмер

Давление продолжит./ пиковое, бар

Рабочий объем

V0, см3

Частота вращения макс, мин-1

(минеральное масло)

Уровень шума, дБ(А)

QXEH32

250 / 280

10…15,6

3800…4600

61

QXEH42

20,4…32,4

3400…4000

63

QXEH52

39,3…63,7

2800…3200

67

QXEH62

80,2…160,5

2300…2700

70

Насосы обладают высокими динамическими характеристиками, например, мод. QXEH62 допускает изменение частоты вращения 0…2750 мин-1 за 70 мс. Возможна установка на корпусе предохранительных клапанов. Основными областями применения насосов являются гидравлические силовые агрегаты, машины для обработки пластмасс, машины для литья под давлением, оборудование для металлообработки, ветроэнергетические турбины.

Гидромоторы

Аналогичные концепции проектирования используются в высокооборотных гидромоторах серии QXM-Mobil. Высокооборотные гидромоторы серии QXM-Mobil. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 5

Основные параметры: V0 = 2,5; 3; 3,5; 4,1; 5,1; 6,3; 7; и 8 см3; давление 210 бар; частота вращения 100…6000 мин-1.

Предусмотрены исполнения гидромоторов с антикавитационным клапаном (АК) и дренажом; с АК и электроуправляемым гидрораспределителем пуск/стоп (рис. 4); с двойным уплотнением вала (рис. 5) и АК; с предохранительным клапаном и дренажом.

Типичный пример применения — «интеллектуальный» привод вентилятора воздушного теплообменника (рис. 6) с управлением от пропорционального клапана. Программное изменение частоты вращения, а также направление вращения гидромотора позволяет оптимизировать тепловой режим гидросистемы, а также исключить вращение вентилятора в паузах между циклами регулирования. «Интеллектуальный» привод вентилятора воздушного теплообменника. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 6

Серия QXM1&2 Mobil высокооборотных шестеренных гидромашин внутреннего зацепления (рис. 7) дополняет группу QX…, которая охватывает широкий круг применения в самых разнообразных областях техники.

Серия QXM1&2 Mobil высокооборотных шестеренных гидромашин внутреннего зацепления дополняет группу QX…, которая охватывает широкий круг применения в самых разнообразных областях техники. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 7 Серия QXM42-HS, специально разработанная для харверстерных головок, обеспечивает надежную работу при скоростях до 10500 об/мин и показывает более высокий КПД и пониженный уровень шума. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 8

Серия QXM42-HS (рис. 8), специально разработанная для харверстерных головок, обеспечивает надежную работу при скоростях до 10500 об/мин и показывает более высокий КПД и пониженный уровень шума при сравнении с другими традиционно применяемыми конструкциями.

Электрогидростатические приводы

Оптимированные для работы в многоквадрантном режиме серии QXEM и QXEH имеют полностью симметричную конструкцию с одинаковыми зонами высокого и низкого давлений. С помощью специальных дозирующих канавок и системы смазки, а также двух однонаправленных герметичных соединений достигается возможность работы в двух- и четырехквадрантных режимах (рис. 9), таким образом, привод, работающий в циклах мотор-насос, идеально подходит для обоих направлений вращения при высоких и низких давлениях и оборотах. Оптимированные для работы в многоквадрантном режиме серии QXEM и QXEH имеют полностью симметричную конструкцию с одинаковыми зонами высокого и низкого давлений. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 9

Общий принцип электрогидростатического привода (ЭГСП) или автономной сервогидравлической оси представлен на рис. 10.

Автономная  сервогидравлическая ось Bucher. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 10

Для такого типа систем насосы QXEH могут поставляться в комплекте с частотно-регулируемыми серводвигателями, изменяющими направление и подачу рабочей жидкости; такой узел обычно называют сервонасосом (рис. 11),

Сервонасос - это насос QXEH в комплекте с частотно-регулируемым серводвигателем, изменяющим направление и подачу рабочей жидкости. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 11

ЭГСП объединяют преимущества электрического сервопривода с преимуществами мощных и эффективных гидроприводов и образует полностью автономный узел, связанный с системами питания и управления только электрическими проводами. Здесь система управления машиной клиента соединяется через полевую шину Fieldbus с контроллером подсистемы, содержащим требуемый алгоритм управления (прошивку), и гарантирующим точное выполнение целевых значений для цилиндра (положение, скорость, сила), управляемого сервонасосом, причем гидравлические характеристики уже запрограммированы в прошивке. Контроллер подсистемы в режиме он-лайн получает информацию от датчиков давления, перемещения, силы и возможно температуры. Основная идеология и преимущества ЭГСП подробно описаны в работе [1]. Эта новая техника интенсивно развивается и уже находит практическое применение в формовочных, упаковочных и испытательных машинах, имитаторах, осциллирующих осях, конвейерных системах, подъемных устройствах, транспортном оборудовании и др. областях.

На рис. 12 показан фрагмент экспозиции фирмы Bucher Hydraulics на выставке Hannover Messe 2015. Компания презентовала автономную сервогидравлическую ось в новом компактном дизайне. В этом приводе с равномерным движением (причем независимо от монтажа и нагрузки) применены следующие компоненты Bucher Hydraulics:

- шестеренный насос-мотор с внутренним зацеплением серии QXEH;

- управляющий блок с гидроаппаратурой, в котором применяются тормозные клапаны опускания CINDY

- гидроцилиндр;

Автономная сервогидравлическая ось Bucher Hydraulics в новом компактном дизайне. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 12

Энергосбережение

Традиционная гидравлика еще часто остается стандартом в многочисленных областях применения. В частности, системы дроссельного регулирования по-прежнему часто используются, несмотря на их очень высокие потери, что создает огромный потенциал для повышения энергоэффективности. Несомненно, что лучшим решением является «Управление насосом — мощность по требованию», где генерируется ровно столько давления и расхода, сколько необходимо для привода в каждом конкретном отрезке времени. Вместо централизованно расположенного силового агрегата, который включал в себя длинные трубопроводы, приводы теперь расположены прямо на гидродвигателе, поэтому потери давления в трубопроводах, занимаемое пространство, а также время и затраты на установку и техническое обслуживание значительно сокращаются. Это приводит к большой экономии с точки зрения общей стоимости владения. Внедрение тихих, компактных автономных осей требует обширного опыта в разных дисциплинах, поэтому Bucher Hydraulics непрерывно расширяет эту мультитехнологию.

Для наглядности на рис. 13 показан числовой пример реализации простейшей гидросистемы на базе существующей и перспективной технологий.

Простейшая гидросистема на базе существующей технологий.Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 13, а

Пример реализации простейшей гидросистемы на базе перспективной технологии. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 13, бЕще один пример реализации простейшей гидросистемы на базе перспективной технологии. Источник: Bucher Hydraulics AG

Рис. 13, в

В варианте а используется традиционное дроссельное регулирование, при котором дроссельные потери мощности составляют 37,5 кВт и отсутствует рекуперация энергии опускания груза, в результате чего КПД системы не превышает 16 %. В варианте б использован привод на базе сервонасоса QXEH, работающего в двухквадрантном режиме, при котором в процессе опускания груза серводвигатель, работая в режиме генератора, выдает электроэнергию в сеть и обеспечивает таким образом рекуперацию энергии опускания. Результат — сокращение дроссельных потерь мощности до 0,3 кВт и повышение КПД системы до 80 %. Аналогичный результат достигается в варианте в с двухштоковым цилиндром и сервонасосом, работающим в 4-квадрантном режиме. Как говорится, комментарии излишни!

Испытательные стенды

Примером использования ЭГСП в испытательных стендах является установка для исследования железнодорожных тележек, спроектированная и изготовленная фирмой Bucher Hydraulics (рис. 14). Накопленный опыт эксплуатации в швейцарской компании Nencki AG свидетельствует о наличии следующих основных преимуществ:

Основные параметры испытательного стенда на базе решений Bucher Hydraulics:  номинальное усилие до 1000 кН; длина хода до 1500 мм; скорость до 100 мм/с (ускоренного хода — до 400 мм/с); мощность привода 30 кВт. Источник: Bucher Hydraulics AGРис. 14

- эффективная система с энергосбережением до 70%;

- низкий уровень шума;

- исключен большой центральный гидравлический бак (объем масла снижен с 250 до 30 л);

- сокращены требования к площади;

- исключены длинные трубопроводы к двум двухштоковым цилиндрам;

- обеспечена возможность быстрой настройки «Plug and Play», исключена необходимость тонкой настройки гидросистемы и присутствия квалифицированного специалиста-гидравлика;

- наличие подсистемного контроллера с встроенной микропрограммой, адаптированной под данную конкретную задачу, управление и связь через стандартные полевые шины;

- заложена основа для «Индустрии 4.0».

Основные параметры стенда: номинальное усилие до 1000 кН; длина хода до 1500 мм; скорость до 100 мм/с (ускоренного хода — до 400 мм/с); мощность привода 30 кВт; точность позиционирования в зависимости от используемой измерительной системы и требуемой рабочей скорости. Испытательная установка для тележки является типичным приложением для линейной технологии привода, включающей управление силой, перемещением и скоростью.

Гидроаппаратура

Примером инновационных решений в области гидроаппаратуры может являться клапан блокировки дифференциала (рис. 15) предназначенный для применения в гидрообъемных трансмиссиях с открытым или закрытым контуром и параллельно подключенными гидромоторами привода колес транспортного средства c 2-мя (MT..DV), c 3-мя (MT..DVD) или 4-я (MT..DVV) гидромоторами.

Источник: Bucher Hydraulics AGДля 2-х гидромоторов

Источник: Bucher Hydraulics AGДля 3-х гидромоторов

Источник: Bucher Hydraulics AG

Для 4-х гидромоторов

Рис. 15

Основой клапана являются два делителя/сумматора потока и гидрораспределитель с гидравлическим или электрическим управлением. При выключенном распределителе входной поток разделяется между гидромоторами произвольным образом. После включения выходной поток разделяется на равные части или соответственно выбранной пропорции. Независящий от нагрузки заданный поток обеспечивает специальная золотниковая конструкция, компенсирующая изменения давления. В результате моторы вращаются с фиксированной частотой, что предотвращает пробуксовку колес. Жиклеры 1 и 2 сглаживают нежелательное повышение давление в отдельных приводах, в том числе при повороте транспортного средства. Клапан надежен и безопасен в работе, не требует технического обслуживания, обеспечивает точное функционирование без применения электроники, а также имеет хорошее соотношение цена-качество. Основные параметры: давление до 420 бар; количество подключаемых гидромоторов 2, 3 или 4; диаметр условного прохода 8 мм (номинальные расходы Qн = 25; 50; 75 или 100 л/мин) или 16 мм (Qн = 120; 160: 200 и 250 л/мин).

Обзор подготовлен В.К. Свешниковым,

к.т.н., зав. лабораторией ЭНИМС

Литература

  1. В.К. Свешников, М.В. Сонных. Автономные электрогидростатические приводы // Конструктор. Машиностроитель. 2016. № 4. С. 34-41.
  2. Журнал O+P Fluidtechnik, April/2017.
  3. Журнал O+P Fluidtechnik, 11-12/2017.
  4. Журнал Fluid 04/2015.
  5. Журнал Fluid 06/2017.
  6. Fluid.de, 01. Jun 2017, Energieeffizienz mit Differenzialsperrventilen
  7. Специализированная статья Bucher Hydraulics GmbH: Specialist article, Klettgau 20. Oktober 2016.
  8. Специализированная статья Bucher Hydraulics AG: Servo-Hydraulic Axes, 300-FL-9010610-EN-00 / 04.2017.
  9. iVT International Off-Highway 2018, ALL-TERRAIN VALVE.
Электропривод 16.10.2018 АО «Технодинамика» активизирует разработку технологии «более электрического самолета» (БЭС), подразумевающую максимальный отказ от гидравлических систем в пользу электрических. Для этих целей создано специальное подразделение.
Автоматизация 09.10.2018 Компания Omron представила новые датчики для контроля расхода E8FC и давления E8PC жидкостей и газов на основе технологии Интернета вещей. Датчики способны осуществлять передачу информации о состоянии контролируемой системы.
Гидравлика & Пневматика 02.10.2018 Люди и коботы всё более тесно сотрудничают в области логистики. Поэтому компания J. Schmalz GmbH разработала решение для захвата, которое обеспечивает безопасное сотрудничество системы «человек-робот» (MRK) благодаря новой конструкции продукта.
Гидравлика & Пневматика 27.09.2018 Компания Freudenberg Sealing Technologies разработала новый пластмассовый поршень для пневмогидроаккумуляторов, который опирается на технологию однокомпонентной герметизации, помогает экономить энергию и облегчает проблемы установки в автомобильных системах передачи с двойным сцеплением.
Гидравлика & Пневматика 15.09.2018 На типичном современном автомобиле F1 находятся около десятка гидравлических приводов, управляющих различными автоматизированными системами и помогающих водителю. Важнейшим преимуществом гидравлики в приложениях для автоспорта является плотность мощности.
Гидравлика & Пневматика 13.09.2018 Выпуск одностороннего уплотнения вращательного действия с поджимным кольцом круглого сечения Turcon Roto Glyd Ring DXL, изготовленного из PTFE (политетрафторэтилена), начала компания «Треллеборг Силинг Солюшнс».
Гидравлика & Пневматика 29.08.2018 Компания ROSS представила новый сдвоенный клапан плитового монтажа серии RSe для безопасного наполнения и выхлопа пневматической системы, а также безопасного возврата штока цилиндра в соответствии с 4 категорией безопасности и уровнем эффективности защиты (PL) e.