Miks vajavad elektrilised hüdraulilised pumbaid käivitus-seiskus rõhuklappi?

Hüdrauliline võimsusüksus, mis töötab püsivat mahutavust andva pumba ja ülekoormusklapi vahel, on energiakäesolevuses masin, mis teisendab elektri soojuseks lisategevuste kaudu. Pumbaga pööratakse pidevalt, õli voolab pidevalt ja ülekoormusklapp juhib selle tagasi paaki seadistatud rõhul. Ühtegi kasulikku toimet ei toimu, vaid õli soojeneb ja elektriarvesti pöörleb edasi. Käivitus-seiskus rõhuklapp katkestab selle tsükli. See jälgib süsteemi rõhku ja annab mootorikontaktorile käsu elektrit lülitada välja või tagasi sisse lülitada. Seade ise on väike ja odav suhtes pumba või mootoriga. Selle ära jätmine või vale seadistamine ei ole aga väike ega odav probleem.

Ülekoormusklapp ei reguleeri energiat, vaid kulutab seda

Turvaventill kaitseb ahelat üleõhurõhu eest. See on selle ülesanne. See ei ole rõhu regulaator energiama managementi mõttes. Kui püsivõimsusega pumbaga jätkub töö, kui tööelement on seiskunud või kinnitusplokk on suletud, siis läheb iga liiter minutis, mis ületab koorma vajadust, turvaventilile seadistatud rõhul läbi. See vool teiseneb soojuseks kiirusega, mis on võrdeline rõhuga korrutatud vooluhulgaga. Weber-Hydraulikis Gattingeri ja Schwimmeri uuritud kinnituspumbaplokis töötas mootor umbes 60 protsenti 483 sekundi tsüklitest ja suur osa sellest ajast oli õli voolumine peamise turvaventili kaudu. Õli temperatuur stabiilus umbes 90°C juures, kuigi kinnitusrõhk ise oli vaid umbes 80 bar. See on pumba tunnusjoon, mis jääb tööle ilma rõhupõhise peatamiskäskudeta.

Selle uuringu lahendus ei olnud uus pumbaga ega muutuva töömahuga moderniseerimine. Survepordile lisati väike akumulaator ja eraldi survelülitus ühendati mootorikontaktoriga nii, et pumba taaskäivitamine toimus ainult siis, kui akumulaatori rõhk langes allapoole lülituse läveväärtust. Mootori tööaeg vähenes mõnele lühikestle taaslaadimisele iga tsükli kohta. Mõõdetud energiatarbimine vähenes iga tsükli kohta 96 Wh-lt 11 Wh-ni ja õli temperatuur stabiilnes toatemperatuuril asemel 90 °C juures. Lülitus tegi selle, mida rõhuklapp teha ei saa: see lõpetas rõhu maksmise juhul, kui rõhku ei kasutatud.

Survelülitused ja lahti laadimise ahelad lahendavad erinevaid probleeme

Väärib vahet teha käivitus-seiskuslülituse ja tühjendusventiili või tühjendusahela vahel. Neid arutatakse sageli koos ja nende funktsioonid ülekiiruvad, kuid nad toimivad süsteemi erinevates osades. Tühjendusventiil suunab pumbaga tehtava voolu madalal rõhul tagasi paagi, samal ajal kui pumba pöörlemine jätkub. Käivitus-seiskusrükkumislülitus katkestab mootorile antava elektritoite. Esimene säästab hüdraulikat energiat, vähendades rõhukao pumbas; teine säästab elektrienergiat, seiskades esmase liikumisallika.

Kahe lähenemisviisi võrdlus fikseeritud mahutavusega võimsusplokis muudab erinevuse selgeks.

Kolmas rida on see, kus käivitus-seiskus lülitus oma koha leiab. Weber-Hydraulik juhul asendas rõhukontrolli lülitus ülemise taseme masinijuhtimissüsteemi ajapõhjusel mootorikäskluse. Juhtimissüsteem käivitas mootori enne iga kinnitamis- või lahti tegemisoperatsiooni ja seiskas selle fikseeritud ajaloogaga, olenemata sellest, kas rõhk oli juba saadaval. Lülitus põhjustas mootori reageerimise tegelikule hüdraulikatasule, mitte ajakavale.

Surve on reguleerimise ulatus, mis määrab, kas lülitus aitab või kahjustab

Start-stop rõhulülitil ei toimi ühes kindlas rõhus. Sellel on väljalülitusrõhk, millega mootor peatub, ja sisselülitusrõhk, millega mootor taas käivitub. Nende kahe vaheline erinevus on survepiirkond (deadband), mida nimetatakse ka diferentsiaalrõhuks või histeresiiks. Kui survepiirkond on liiga kitsas, siis pumbaga teeb iga väike õhukäik või soojuspinkumine rõhu sisselülitusrõhust madalamaks ja põhjustab seetõttu mootori kiiret korduvat käivitumist ja seiskumist. Kui survepiirkond on liiga lai, siis süsteemirõhk muutub nii palju, et tööorgan või kinnitus ei saa vajalikku rõhku enne mootori taaskäivitumist.

Avaldatud lülitusandmed annavad ettekujutuse kasutatavast vahemikust. Tööstuslikud rõhulülitid võimaldavad tavaliselt surnavahemikku minimaalsest fikseeritud väärtusest kuni umbes 45 protsendini seadistatud rõhust. Hübriidenergiaplokkide puhul on üldreegel alustada surnavahemikuga umbes 10–15 protsenti väljalülitusrõhust ja laiendada seda, kui tsüklite loendamine näitab liialdatud käivitusi. Õige väärtus sõltub akumulaatori mahust, tagasivooluklapi lekkest ja sellest, kui palju rõhukõikumisi allapoole tootmisprotsess talub. Rõhulülitit, mis on mehaaniliselt võimeline 0,5 bar erinevusele, ei pruugi olla otstarbekas seadistada nii kitsalt 200 bar süsteemis.

Mootori kullerid ja kontaktid sõltuvad käivitussoovitusest

Iga käivitumine teeb mootoril lühiajaliselt lukustunud rotorvoolu, enne kui mootor saavutab oma kiiruse. See vool teeb soojuskoormust staatoripõhja keermes ja termilist koormust rotorvarras. Mootoritootjad avaldavad lubatud käivitusi tunnis ning need piirangud on olemas põhjusel. Rõhuklapp, mille surmapiirkond on liialt kitsas, võib panna mootori ületama oma käivituskoormust, ilma et keegi seda märkaks, kuni kontaktor kinnitub või keermepõhi läheb katki.

Sama loogika kehtib ka rõhuklapi kontaktide kohta ise. Mekaaniline lülitus, millel on kiire toimimisega mikrolülitus, on piiratud elektrilise elueaga ja iga mootori käivitumine tsüklid neid kontakte. Lülitus ei ole tavaliselt nõrgem link, kuid see muutub nõrgemaks, kui surmapiirkond on seatud nii kitsaks, et pumbat käivitatakse iga mõne sekundi järel uuesti. Väike akumulaator või veidi laiem erinevus maksab vähem kui kontaktorite regulaarne asendamine. Lülitust tuleb käsitleda juhtseadmena, millel on oma töötsükkel, mitte passiivsena andurina.

Kus start-stop lüliti ei ole õige tööriist

On õiguspäraseid juhtumeid, kus start-stop rõhulüliti ei ole õige lahendus. Kui pumbal peab mootor töötama pidevalt, et tagada pidev vool proportionalventilile või servoaktuaatorile, siis mootori seiskamine eesmärki ei täida. Kui süsteemis puudub akumulaator ja kontrollklapp, mis suudaks rõhku pärast mootori seiskumist säilitada, siis lüliti käivitab pumba peaaegu kohe uuesti ja tulemuseks on lühike tsüklitus mitte energiasääst. Kui protsess nõuab rõhu hoidmist väga kitsas vahemikus, siis praktilise surnavööndiga lüliti ei pruugi vastata täpsustingimustele ning parem lahendus on sulgutud tsüklis toimiv proporsionaalne rõhukontroll.

Lüliti ei asenda ka ülekoormusklappi. See on juhtseade, mitte turvaseade. Ülekoormusklapp tuleb ikkagi seadistada lüliti väljalülitumisrõhust kõrgemal, et vältida pumpa surmamist blokeeritud ahela korral, kui lüliti läheb katki või kontaktor keeb kokku. Mõlemad seadmed kuuluvad samasse ühikusse, kuid täidavad erinevaid funktsioone ja neid ei tohi seadistada üksteise kompenseerimiseks.

Näide hästi integreeritud rõhulülitist tootmisel kasutataval võimsusühikul

Õigesti ehitatud elektrilisel hüdraulikapumbal ühikul ei ole käivitus-seiskuslüliti järelmõte. Selle port asub kohas, kus see registreerib tegelikku süsteemirõhku, mitte surnaservas, kus õhk koguneb, ega torus, mis registreerib rõhu ainult ühe tööelemendi liikumise ajal. Elektrikorpuse kaitseaste vastab keskkonnatingimustele – olgu see siis puhastuspiirkond, välimine tõsteseade või masinatöötlusmasin, mille õhus on peenike õliuus, ja lüliti seadistuspunkt ning surnoväärtus on dokumenteeritud; samuti on mootorikontaktor märgistatud vastavalt tekkinud käivituskoormusele.

Hydrarite ehitab hüdraulikuvõimsusüksusi, kus need integreerimisüksikud on osa kokkupanekust ning mitte väliplatsi valikud. Tootmispoole tähtsus tuleneb siit, et rõhuklapp, mille spetsifikatsioon on õige, kuid mis on paigaldatud manifoldsile, millel on kitsendatud tundlik läbilaskeava, ei mõõda seda rõhku, mida peaks mõõtma. Ühtlane portide töötlemine, puhas kokkupanek ja dokumenteeritud lõpukontroll, kus kontrollitakse väljalülitus- ja sisselülitusrõhku, muudavad klapi kataloogikomponendist töötava juhtimiselementi. Klapil ise on lihtne ehitus. Selle ümber olev süsteem aga määrab, kas see töötab.