Защо електрическите хидравлични помпи имат нужда от превключвател за стартиране и спиране по налягане?

Хидравличната силова единица, която задвижва помпа с фиксирана подаваема обемна част чрез клапан за предпазване от претоварване, е по отношение на енергията машина, която преобразува електричеството в топлина посредством допълнителни стъпки. Помпата продължава да се върти, маслото продължава да циркулира, а клапанът за предпазване от претоварване непрекъснато го връща обратно в резервоара при зададеното налягане. Нищо полезно не се случва, освен че маслото се загрява и електрическият брояч продължава да се върти. Превключвателът за стартиране-спиране, управляван от налягането, прекъсва този цикъл. Той следи налягането в системата и уведомява контактора на двигателя кога да прекъсне захранването и кога да го възстанови. Самата част е малка и евтина в сравнение с помпата или двигателя. Последиците от изключването ѝ или неправилната ѝ настройка обаче не са нито малки, нито евтини.

Клапанът за предпазване от претоварване не регулира енергията — тя се разсейва.

Клапанът за релевантно налягане предпазва веригата от прекомерно налягане. Това е основната му функция. Той не е регулатор на налягането в смисъла на управление на енергията. Когато помпа с фиксиран обем продължава да работи след спиране на изпълнителния механизъм или затваряне на стискателното устройство, всеки литър в минута, който надвишава нуждите на товара, преминава през клапана за релевантно налягане при зададеното налягане. Този поток се превръща в топлина с интензитет, пропорционален на произведението от налягането и потока. В стискателен хидравличен агрегат, изследван от Гатингер и Швимер в Weber-Hydraulik, двигателят работи приблизително шестдесет процента от цикъла от 483 секунди, а значителна част от това време е свързана с преминаване на масло през главния клапан за релевантно налягане. Температурата на маслото се стабилизира около 90°C, въпреки че самото стискателно налягане е само около 80 bar. Това е характерният признак на помпа, която продължава да работи без команда за спиране, базирана на налягането.

Решението в това проучване не беше нова помпа или модернизиране с променлива подавана обемна мощност. Беше добавен малък акомулатор на входа за налягане и отделен превключвател за налягане беше свързан към контактора на мотора, така че помпата да стартира отново само когато налягането в акомулатора падне под прага на превключвателя. Времето на работа на мотора намаля до няколко кратки презареждания на цикъл. Измереното енергийно потребление спадна от 96 Wh до 11 Wh на цикъл, а температурата на маслото се стабилизира при стайна температура вместо при 90°C. Превключвателят извърши работата, която редукционен клапан не може да свърши: той спря плащането за налягане, което не се използва.

Превключватели за налягане и вериги за разтоварване решават различни проблеми

Стойи си труда да се разделят прекъсвачът за стартиране/спиране и клапанът за разтоварване или веригата за разтоварване. Често те се обсъждат заедно и функциите им наистина се припокриват, но те действат върху различни части от системата. Клапанът за разтоварване пренасочва потока от помпата към резервоара при ниско налягане, докато помпата продължава да се върти. Прекъсвачът за стартиране/спиране прекъсва електрическото захранване на мотора. Първият спестява хидравлична енергия чрез намаляване на пада на налягането през помпата; вторият спестява електрическа енергия чрез спиране на първичния двигател.

Сравнение на двата подхода в хидравлична система с фиксиран обем на подаване прави тази разлика конкретна.

Третият ред е мястото, където превключвателят за старт/стоп намира своето предназначение. В случая с Weber-Hydraulik превключвателят за налягане замени командата за стартиране на мотора, базирана на време, изпращана от контролера на машината от по-високо ниво. Контролерът стартираше мотора преди всяко действие по фиксиране или освобождаване и го спираше по фиксиран таймер, независимо от това дали налягането вече беше налично. Превключвателят направи така, че моторът да реагира на действителната хидравлична нужда, а не на предварително зададено разписание.

Мъртвата зона е регулировката, която определя дали превключвателят помага или вреди

Превключвателят за стартиране и спиране не работи при едно-единствено налягане. Той има налягане за изключване, при което двигателят спира, и налягане за включване, при което двигателят се стартира отново. Разликата между двете се нарича мъртва зона (deadband), понякога означавана като диференциал или хистерезис. Ако мъртвата зона е зададена твърде тясна, помпата ще извършва кратки цикли всеки път, когато малка теч или термично свиване намали налягането под точката за включване. Ако е зададена твърде широка, налягането в системата ще се колебае толкова силно, че изпълнителният механизъм или стискателният елемент може да не получат необходимото налягане преди двигателят да се включи отново.

Публикуваните данни за превключвателите дават представа за използваемия диапазон. Промишлените налягане-превключватели обикновено позволяват мъртва зона от минимална фиксирана стойност до приблизително 45 процента от зададената точка. Емпирично правило при работа с хидравлични силови агрегати е да се започне с мъртва зона около 10–15 процента от налягането при изключване и да се разшири, ако броячът на циклите покаже прекалено много включвания. Оптималната стойност зависи от обема на акомулатора, течовете през проверъчния клапан и степента на вариация на налягането, която процесът по-нататък може да понася. Превключвател за налягане, който механично е способен да осигури диференциал от 0,5 бар, не е задължително подходящ за настройка с такава тясна разлика в система с 200 бар.

Двигателните лагери и контактите зависят от честотата на включване

Всеки старт предизвиква ток при заключено роторно положение за кратък интервал, преди двигателят да достигне номиналната си скорост. Този ток предизвиква нагряване на намотките на статора и термичен стрес в пръчките на ротора. Производителите на електродвигатели публикуват допустимия брой старти на час, а тези ограничения съществуват по определена причина. Давачът на налягане с излишно тесен мъртъв ход може да накара двигателя да надвиши своята максимална честота на стартиране, без никой да забележи това, докато контакторът не се завари в затворено положение или намотката не се повреди.

Същата логика важи и за контактите на давача на налягане. Механичен ключ с микроключ с бързо действие има ограничено електрическо време на живот, а всеки старт на двигателя циклира тези контакти. Обикновено ключът не е най-слабото звено, но става такова, когато мъртвият ход е зададен толкова тесен, че помпата се рестартира на всеки няколко секунди. Малък акомулатор или леко по-голяма диференциална настройка струват по-малко от редовната подмяна на контактори. Ключът трябва да се разглежда като управляващо устройство с определен цикъл на работа, а не като пасивен сензор.

Където ключът за стартиране и спиране е неподходящият инструмент

Има обосновани случаи, при които превключвателят за стартиране и спиране не е правилният отговор. Ако помпата трябва да работи непрекъснато, за да осигури постоянен поток към пропорционален клапан или сервоактуатор, спирането на двигателя противоречи на целта. Ако системата няма акумулатор и клапан за проверка, способен да поддържа налягането след спирането на двигателя, превключвателят просто ще рестартира помпата почти веднага и резултатът ще бъде краткотрайно циклиране, а не спестяване на енергия. Ако процесът изисква поддържане на налягането в много тесен диапазон, превключвател с практически мъртъв ход може да не отговаря на изискваната точност и по-подходящо решение е затворената пропорционална система за регулиране на налягането.

Превключвателят също не заменя предпазен клапан. Той е устройство за управление, а не за безопасност. Предпазният клапан все още трябва да бъде настроен на налягане, по-високо от налягането за изключване на превключвателя, за да не се получи блокиране на помпата в затворена верига при повреда на превключвателя или заваряване на контактора. Двете устройства се монтират на един и същи агрегат, но изпълняват различни функции и не трябва да се нагласяват така, че да компенсират едно друго.

Как изглежда добре интегриран превключвател за налягане на серийно производствен енергиен агрегат

На правилно конструиран електрически хидравличен помпен агрегат превключвателят за пускане-спиране не е добавено след това решение. Неговият вход е разположен там, където измерва истинското системно налягане, а не в „мъртва“ линия, в която се задържа въздух, или в тръбопровод, който измерва налягане само по време на един ход на изпълнителното устройство. Електрическата кутия е подходяща за околната среда — независимо дали става дума за зона, подложена на често миене, външна инсталация на вдигателна система или машинен инструмент с фини маслени мъгли във въздуха. Стойността за задаване на превключвателя и мъртвата зона са документирани, а контакторът за двигателя е оценен за съответната честота на пускове.

Hydrarite произвежда хидравлични енергийни блокове, като тези детайли за интеграция се третират като част от сглобяването, а не като опции за монтаж на място. От значение е производствената страна, тъй като налягане-чувствителен превключвател, който е правилно специфициран, но е инсталиран върху разпределителна плоча с ограничена чувствителна тръбичка, няма да регистрира налягането, което трябва да измери. Еднородно фрезоване на присъединителните отвори, чисто сглобяване и документирано изпитване на налягането за изключване и включване в края на производствената линия превръщат превключвателя от каталогова компонента в функциониращ елемент за управление. Превключвателят е прост. Системата около него определя дали ще работи.