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        知識課堂

         
        移動液壓與工業液壓的區別
        發布時間:2022-05-16   點擊率:143

        移動機械對液壓元件要求有更輕的重量、更小的尺寸和成本的需求,這意味著,移動機械為流體動力的功率密度改善奠定了基礎。

        通常人們會認為,所有液壓機械的設計都應該相似。畢竟,流體動力的關鍵是傳遞力。那么,為什么大多數移動機械在液壓系統上與工業機械大不相同呢?如果我們只是傳遞力,難道不能用同樣的,同樣的閥和同樣的液壓執行元件(馬達或者油缸)來實現嗎?

        這樣問題當然是天真的。機械的不同有許多原因,這不僅僅是設計它們的工程師的偏好。

        移動機械在更加廣泛的環境條件下(溫度、濕度、粉塵、海拔、電磁干擾、振動等等)工作,并有特定的設計限制(比如嚴格的空間尺寸等),這兩個都不是工業機械的障礙,工業機械更自由地“做自己”。

        卡特彼勒的小型挖掘機

        1.不同之一,成本和工作空間的不同

        移動機械無法享有工業機械在環境上的自由。其中最明顯的是空間和預算。雖然工業機械的自由不是無限的,液壓動力單元通常都是定制的設計,自然需要關注獨立個體的需求,因此成本通常很高。

        液壓動力單元和執行機構通常沒有地面或安裝空間的尺寸限制。至于重量,對于工業機械來說,更不是問題,如果您見過大型的液壓機(圖片1),對這一點,就不會有絲毫的懷疑。

        圖片1:全球最大80000噸級模鍛液壓機

        (2013年建成, 總高度42米,總重量2.2萬噸)

        然而,移動式液壓機械行業是一個利潤微薄、競爭激烈、成本控制嚴格的行業。大批量機械,如挖掘機、裝載機和高空平臺車等,有幾十家甚至上百家公司批量生產這些機械,每家的產量至少數以千計,從螺釘螺母到核心的泵、閥的每一個部件的成本都處于其細分市場的價格低端。

        這并不是說制造商選擇經濟級液壓元件,因為很多應用絕對需要高度工程化、堅固可靠的泵、閥、馬達和油缸。這是因為零件供應商的利潤率微薄,但同樣他們可以通過規?;纳a降低成本。比如:一家滑移裝載機制造商每季度出貨一千臺,都使用相同的旋裝式過濾器組件,你可以肯定他們的購買價格只是終端用戶零售價的一小部分(1/3甚至更低)

        然而,工業液壓系統并不是在一個低成本的環境中運行的,但是工業機械用戶比機械用戶更看重可靠性、安靜性和效率。工業機器往往會24小時運行,對機器的使用壽命往往要求十年以上甚至幾十年;同樣對于一臺在封閉的車間里工作的機械,當然對噪音也有更高的要求。

        我們知道輪式裝載機上閉式驅動使用了最先進的變量柱塞泵,但并不意味著你的原木劈木機制造商也可以接受這樣的產品。這是一個很好的案例,其中成本絕對是采購決策中最關鍵的因素,只要零件能夠滿足使用,所以他們可以選擇使用低成本的齒輪泵。

        2.不同之二:尺寸和重量限制

        對于大多數移動機械來說,質量是最重要的考慮因素,通常與成本一起考慮。與人們直覺相反,減輕重量需要付出更多的成本。機械設計的簡單解決方案是將厚板扔到任何地方,以確保機器足夠堅固,能夠可靠地處理其功能用途。

        輕量化的解決方案可以通過這些方式:先進的計算機設計模型和仿真,特殊的輕量化的材料,電氣化以取代部分機械或液壓元件等,這些方案的實施往往需要付出更多的成本。比如基于金屬3D 打印的液壓閥(圖片2),可以將重量減輕50%–70% (公眾號文章“未來已來:液壓閥3D打印已經不是停留在生產樣機階段”)

        圖片2:金屬3D打印技術制造的液壓閥

        從機器部件上減少的重量可以轉化為設備的負載能力,特別是如果對車輛總重量有特定要求的領域如果通過液壓系統減輕重量,將運載能力可以提高幾百公斤或者更多,可以為客戶創造更多的效益,這一點在液壓自卸車(圖片3)上已經得到了實踐。

        圖片3:輕量化液壓系統讓自卸車創造更大效益

        考慮功率密度及其與液壓機械的關系,這是移動機械與工業機械最重要的區別因素之一。功率密度定義為功率輸出與液壓執行器重量(液壓馬達或者油缸)的比值。就功率密度而言,幾乎沒有任何執行器可以與液壓執行器相比,而且很可能永遠也不會。例如,現代推土機上的輪驅動馬達的工作壓力可以達到420bar,是工業液壓標準的兩倍。想象一下,220KW的液壓馬達(圖片4)重量只有170公斤。如果你認為170公斤看起來很重,然而一個220KW@1800轉/分的工業電機的重量1360公斤。請注意,同樣的液壓馬達也適用于工業液壓應用,比如注塑機上的螺桿馬達,然而,螺桿馬達不太可能在420bar的壓力下運轉。

        圖片4:MHP27液壓馬達

        (170Kg,功率最高可達280KW)

        接下來給您介紹一款軸向彎軸小型液壓馬達。這種馬達有一個獨特的固定旋轉斜盤角度和重型軸承組合,可以在350bar壓力和10000rpm轉速下工作。這款排量為5cc的小小馬達(圖片4),重量只有2.5Kg, 尺寸甚至可以放入咖啡中,然而他的功率可以達到29KW。

        圖片5:可以裝進咖啡杯的高速液壓馬達

        因此,液壓功率密度釋放了移動機械中的質量,無論減輕的質量是否代替了承載能力。在這個時代,減少質量可能有助于機器達到嚴格的排放標準并減小動力單元的尺寸。同樣的機器也可能意味著發動機功率的降低,發動機及與其排放相關的組件,也會從中受益.

        3.不同之三:在控制原理上完全不同

        在控制方面,移動液壓和工業液壓幾乎完全不同。兩者均使用完全不同的組件,回路和邏輯進行調節。工業應用主要使用板式閥、疊加閥或定制集成回路,組成液壓系統。然而,盡管移動機械通常也使用定制集成閥塊,但具有定制功能的高級片式多路閥是重型機械的標準做法。它們可用于定量或變量泵,并配有插孔和輔助閥端口。端口可以增加安全閥或平衡閥,如果不使用這些備用端口,可以用堵頭堵死這些通道。也就是說移動液壓系統的集成化程度更高。

        圖片6:負載敏感系統的基本控制原理

        在工業市場上很少見到移動液壓系統中常見的控制“負載敏感系統”(圖片5)。負載感應是一種控制理念,它采集液壓執行器附近的下游壓力,以比較負載壓力和流量引起的壓降。此負載感應信號反饋給泵,泵解釋信號并僅提供足夠的流量和壓力,以滿足任何當前操作閥門的需求,負載感應壓降通常20–30bar。負載敏感系統是單泵而且多執行機構液壓系統有效的控制解決方案。

        圖片7:移動機械經典單泵多機構液壓系統

        相信隨著技術的進步,移動和工業液壓設計趨勢將繼續會平行發展。移動應用中的功率密度繼續上升,同時將提高液壓系統效率放在首位,以確保減少碳排放并提高機械的生產效率

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