Гидравлический насос двойного действия, 12 В: принцип работы, руководство по выбору и установке

Что такое гидравлический насос двойного действия на 12 В?

Гидравлический насос двойного действия на 12 В представляет собой автономную электрическую гидравлическую силовую установку, которая работает от источника питания 12 В постоянного тока (обычно от автомобильного аккумулятора или вспомогательного аккумуляторного блока) и подает жидкость под давлением к обеим сторонам гидравлического цилиндра двойного действия. Обозначение «двойного действия» означает, что насос может активно приводить в действие как ходы выдвижения, так и втягивания цилиндра, вместо того, чтобы полагаться на силу тяжести или пружину для возврата поршня при ходе вниз.

Чтобы понять, почему это важно, рассмотрим альтернативу. Насос одностороннего действия подает давление только в одно отверстие цилиндра — обычно в конец крышки, чтобы вытолкнуть шток поршня. Обратный ход полностью зависит от веса груза или возвратной пружины. Это приемлемо для простых подъемных устройств, таких как простой прицеп-самосвал, где сила тяжести надежно тянет платформу обратно вниз. Но для применений, где обратный ход должен контролироваться, приводиться в действие или быть способным тянуть груз (регулировка угла снегоочистителя, возврат дровокола, опускание опрокидывающегося кузова против сопротивления ветра), необходим насос двойного действия, поскольку он активно подает жидкость в конец штока, чтобы втягивать цилиндр под нагрузкой.

Номинальное напряжение постоянного тока 12 В делает эти устройства идеальными для мобильного оборудования, работающего от стандартной бортовой сети автомобиля. В отличие от промышленного лопастные насосы и другое стационарное гидравлическое силовое оборудование, требующее трехфазного переменного тока, насос двойного действия на 12 В можно установить на любой грузовик, прицеп или внедорожник со стандартной свинцово-кислотной батареей или аккумулятором AGM, что делает его доминирующим выбором для мобильных гидравлических приложений в строительстве, сельском хозяйстве и транспорте.

Как это работает: схема двойного действия

Понимание внутренней схемы насосного агрегата двойного действия на 12 В помогает как при выборе, так и при устранении неполадок. Полный силовой агрегат объединяет несколько компонентов в единый узел: электродвигатель, гидравлический шестеренчатый насос, резервуар, распределительный клапан с электромагнитным управлением, предохранительный клапан и блок портов — все они смонтированы вместе на общей опорной плите.

Когда оператор нажимает кнопку «выдвинуть» на пульте дистанционного управления, электрический ток подает питание на одну соленоидную катушку гидрораспределителя. При этом золотник клапана смещается, направляя выходной поток насоса в Порт (крышка цилиндра). Поршень выдвигается, и жидкость, вытесненная из конца штока, возвращается через Порт Б обратно в водоем. Предохранительный клапан на порте А, обычно настроенный на давление 3000–3200 фунтов на квадратный дюйм на стандартных устройствах, защищает систему от избыточного давления во время расширения под большой нагрузкой.

Когда оператор нажимает кнопку «втягивать», подается питание на противоположный соленоид, сдвигая золотник клапана в другом направлении. Выходная мощность насоса теперь поступает в порт B (штоковая часть цилиндра), активно толкая поршень назад. Вытесненная жидкость из конца крышки возвращается через порт А в резервуар. Поскольку конец штока имеет меньшую эффективную площадь, чем конец колпачка (из-за поперечного сечения штока поршня), ход втягивания создает меньшую силу, чем ход выдвижения при том же давлении. Вот почему во многих спецификациях насосов двойного действия указана более низкая настройка сброса давления на порте B (обычно 1400–1500 фунтов на квадратный дюйм), чем на порте A: нижняя область на стороне штока означает, что достаточная сила втягивания достигается при более низком давлении, а более низкая настройка сброса давления на порте B защищает уплотнения штока цилиндра от избыточного давления во время втягивания.

Когда ни на один из соленоидов не подается питание, центры распределительных клапанов и оба порта блокируются, удерживая цилиндр на месте. В большинстве стандартных агрегатов двигатель насоса останавливается, что экономит заряд батареи и снижает выделение тепла во время стоянки.

Ключевые характеристики для понимания

Сравнение характеристик насоса двойного действия на 12 В требует понимания того, что каждый параметр означает на практике. Одних только маркетинговых описаний недостаточно для уверенного выбора.

Мощность двигателя (кВт или л.с.): В стандартных агрегатах малой мощности используются двигатели мощностью 1,2–1,6 кВт (1,6–2,2 л.с.), подходящие для периодического применения с умеренными нагрузками. Агрегаты для тяжелых условий эксплуатации имеют мощность от 2,0 до 3,0 кВт (2,7–4,0 л.с.) и предназначены для частой езды на велосипеде или более тяжелых нагрузок на цилиндр. Более высокая мощность двигателя обеспечивает более высокую скорость цилиндра при эквивалентном давлении и обеспечивает больший тепловой резерв для приложений с большим циклом работы.

Номинальное давление (PSI или бар): Настройка предохранительного клапана А-порта определяет максимальное рабочее давление, доступное для хода удлинения. Большинство стандартных устройств имеют заводскую настройку на 3000–3200 фунтов на квадратный дюйм (207–221 бар). Некоторые агрегаты для тяжелых условий эксплуатации достигают давления 3500 фунтов на квадратный дюйм (241 бар). Разгрузка порта B обычно устанавливается на уровне 1400–1800 фунтов на квадратный дюйм. Всегда проверяйте, что номинальное давление насоса превышает максимальное давление нагрузки в цилиндре как минимум на 10–15 %, чтобы избежать непрерывной работы предохранительного клапана.

Скорость потока (галлон в минуту или л/мин): Поток определяет скорость цилиндра: чем быстрее вам нужно, чтобы цилиндр двигался, тем выше требуется скорость потока. Стандартные компактные устройства обеспечивают производительность 0,8–1,1 галлона в минуту (3–4,2 л/мин). Устройства с более высокой производительностью достигают 1,5–2,0 галлонов в минуту (5,7–7,6 л/мин). Рассчитайте требуемый расход по формуле: Расход (галлон в минуту) = объем цилиндра на один ход (кубические дюймы) ÷ 231 ÷ желаемое время цикла (минуты).

Емкость резервуара (кварты или литры): Резервуар должен содержать достаточно жидкости для обеспечения полного рабочего объема цилиндра плюс запас прочности. Цилиндру с рабочим объемом 6 литров на ход требуется резервуар емкостью как минимум 8–10 литров для учета жидкости в магистралях и теплового расширения. Резервуары недостаточного размера вызывают перегрев, возвращая горячую жидкость непосредственно обратно в контур без достаточного времени для охлаждения между циклами.

Рабочий цикл: Это, пожалуй, самый недооцененный параметр в описаниях каталогов. Рабочий цикл показывает, какой процент времени двигатель может работать непрерывно, прежде чем потребуется период охлаждения. Двигатель с рабочим циклом 50% может работать в течение 3 минут, а затем должен отдохнуть в течение 3 минут. Агрегаты, продаваемые для прерывистого использования (прицеп-самосвал, который включается один раз за доставку), могут выдерживать более низкие рабочие циклы, чем агрегаты, установленные на оборудовании, которое циклически повторяется в течение рабочей смены. Эксплуатация двигателя с низким рабочим циклом за пределами его номинальных значений приводит к перегреву обмотки и преждевременному выходу из строя.

Общие приложения

Сочетание совместимости с напряжением 12 В, двунаправленного выхода и компактной автономной конструкции делает насос двойного действия с напряжением 12 В стандартным источником питания для широкого спектра мобильного оборудования.

Самосвалы и самосвалы: Самое распространенное приложение. Схема двойного действия приводит в движение кровать при полной нагрузке и контролирует скорость опускания при обратном ходе, предотвращая падение кровати в пустом состоянии. Ограничитель потока на порте B, входящий в комплект более качественных агрегатов, измеряет обратный поток, обеспечивая контролируемый демпфированный спуск.

Системы угла наклона снегоочистителей и отвалов: Производители снегоочистителей полагаются на насосы двойного действия на 12 В для одновременного управления углом наклона отвала и подъема. В этом случае необходим механический ход втягивания, поскольку сама по себе сила тяжести не может надежно вернуть отвал, который был направлен под углом к ​​слежавшемуся снегу.

Автомобильные краны и шарнирно-сочлененные стрелы: В сервисных, грузовых автомобилях и эвакуаторах используются системы двойного действия напряжением 12 В для выдвижения, вращения и развертывания опор стабилизатора. Способность удерживать положение под нагрузкой без непрерывной работы двигателя имеет решающее значение в этих приложениях.

Самосвальные кузова и мусоровозы: Сельскохозяйственные самосвальные прицепы, зерновозы и легкие мусоровозы используют схемы двойного действия для управления подъемом и опусканием кузова, при этом нижний ход с электроприводом обеспечивает устойчивость к резким смещениям груза во время разгрузки.

Дровоколы и деревообрабатывающее оборудование: Производители дровоколов используют цилиндры двойного действия для приведения в действие как хода расколки (высокая сила, более низкая скорость), так и быстрого обратного хода (меньшее усилие, более высокая скорость), максимизируя скорость цикла по сравнению с конструкциями одностороннего действия с пружинным возвратом.

Сельскохозяйственная и садовая техника: В сеялках, опрыскивателях и навесном оборудовании на тракторах и квадроциклах используются насосы двойного действия напряжением 12 В, когда гидравлическая система автомобиля с приводом от ВОМ недоступна или недостаточна для работы вспомогательного оборудования.

Как правильно выбрать насос двойного действия на 12 В

Последовательная обработка следующих пяти параметров позволяет получить спецификацию, соответствующую условиям применения насоса. Сокращение этого процесса является основной причиной преждевременного выхода насоса из строя и неудовлетворительной работы системы. Для более широкого контекста технологий и конфигураций гидравлических насосов наш ассортимент гидравлические насосы обеспечивает полезную точку отсчета для понимания того, какое место мобильные устройства на 12 В занимают в более широком ассортименте продукции.

Шаг 1 — Определите максимальное рабочее давление. Рассчитайте силу нагрузки на цилиндр и разделите ее на эффективную площадь поршня цилиндра, чтобы определить необходимое рабочее давление. Добавьте 15 % запас на трение и потери в линии, а затем убедитесь, что настройка сброса давления на А-порте насоса значительно превышает это значение. Если ваши расчеты требуют устойчивого давления выше 3200 фунтов на квадратный дюйм, подумайте, можно ли использовать поршневой насос блок питания лучше подходит для применения.

Шаг 2 — Рассчитайте требуемый расход. Определите диаметр цилиндра и ход цилиндра, рассчитайте объем за полный ход и разделите его на желаемое время цикла. Если цилиндр вашего прицепа-самосвала имеет диаметр цилиндра 4 дюйма и ход поршня 24 дюйма, объем цилиндра на конце крышки составит примерно 301 кубический дюйм (4,9 литра). Чтобы завершить ход выдвижения за 30 секунд, вам потребуется примерно 2,6 галлона в минуту, что исключает компактные агрегаты емкостью 1,1 галлона в минуту и ​​указывает на модель с более высокой производительностью 2,0 галлона в минуту.

Шаг 3 — Правильно определите размер резервуара. Как минимум, резервуар должен вмещать в 1,5 раза больший общий объем жидкости, необходимый для полного цикла выдвижения и втягивания, плюс запас по тепловому расширению 20%. Для применений с большим количеством циклов увеличьте это значение до 2-кратного объема цикла, чтобы обеспечить адекватное рассеивание тепла между циклами.

Шаг 4. Сопоставьте рабочий цикл с приложением. Классифицируйте свое применение: прерывистое (менее 10 циклов в час с длинными паузами между циклами) или непрерывное (более 20 циклов в час или длительные периоды выдержки). Выберите двигатель с номинальным рабочим циклом, соответствующим категории более высокого спроса. В случае сомнений укажите класс рабочего цикла на один класс выше расчетного — разница в стоимости между двигателем с рабочим циклом 50 % и 75 % невелика по сравнению со стоимостью ранней замены двигателя.

Шаг 5 — Проверка электрической мощности. Для двигателя на 12 В, потребляющего ток 150–200 А при полной нагрузке, требуется кабель толстого сечения, чтобы избежать падения напряжения, которое снижает крутящий момент двигателя и увеличивает выделение тепла в проводке. Используйте кабель 2/0 AWG или больше на расстоянии до 10 футов от батареи и 4/0 AWG на расстоянии 15–20 футов. Установите предохранитель или автоматический выключатель соответствующего номинала на расстоянии не более 18 дюймов от положительной клеммы аккумулятора. Неисправный аккумулятор или кабели недостаточного сечения являются основной причиной жалоб «новый насос не достигает номинального давления».

Основы установки и подключения

Правильно подобранный насос, который неправильно установлен, будет работать недостаточно эффективно или преждевременно выйдет из строя. Следующие методы установки имеют решающее значение для достижения номинальной производительности и срока службы.

Установите агрегат ровно или слегка наклонив резервуар в сторону впускного отверстия насоса. Внутренний зубчатый ряд насоса должен постоянно обеспечивать надежную подачу жидкости. Монтаж с приподнятой стороной впуска позволяет образовывать воздушные карманы над шестернями насоса, вызывая аэрацию и шум. Большинство устройств имеют стрелку или маркировку, указывающую правильную ориентацию резервуара.

Используйте правильный размер гидравлического шланга. Порты A и B насоса обычно имеют номер SAE №6 (3/8 дюйма) на стандартных агрегатах и ​​SAE №8 (1/2 дюйма) на агрегатах с более высоким расходом. Недостаточный размер шланга создает противодавление, которое лишает доступную силу цилиндра и выделяет тепло. Старайтесь, чтобы шланги были как можно более короткими, с плавными изгибами, а не с сильными изломами, которые создают ограничения.

Подключите двигатель непосредственно к аккумулятору кабелем соответствующего номинала. Никогда не подключайте провода через панель предохранителей автомобиля и не делите цепь двигателя с другими аксессуарами — высокий пусковой ток при запуске двигателя приведет к срабатыванию предохранителей и вызовет колебания напряжения, которые повлияют на чувствительную электронику автомобиля. Проложите специальный положительный кабель от положительной клеммы аккумулятора через держатель предохранителя к двигателю, а специальный отрицательный кабель непосредственно к отрицательному полюсу аккумулятора или к чистой точке заземления шасси как можно ближе к аккумулятору.

Заполните резервуар гидравлической жидкостью соответствующего сорта. перед первым использованием. В большинстве насосных агрегатов на 12 В используется гидравлическое масло ISO 46 или ISO 32. Не используйте жидкость для автоматических трансмиссий в качестве замены — ATF имеет другие характеристики вязкости и пакеты присадок, которые могут разбухать уплотнения и вызывать неустойчивую работу клапанов. Заполните систему до максимальной отметки на смотровом стекле и несколько раз включите систему с минимальной нагрузкой, чтобы удалить воздух из линий, прежде чем подавать полное рабочее давление.

Распространенные проблемы и способы их устранения

Большинство проблем с насосами двойного действия на 12 В попадают в небольшое количество предсказуемых категорий. Правильная идентификация симптома указывает непосредственно на причину.

Мотор не запускается или запускается слабо. Наиболее распространенной причиной является недостаточное напряжение аккумулятора или несоответствующее сечение кабеля. Измерьте вольтметром напряжение аккумулятора под нагрузкой — при запуске двигателя напряжение должно оставаться выше 11,5 В. Если напряжение падает ниже 10 В, аккумулятор либо разряжен, либо его способность холодного проворачивания недостаточна для пускового тока двигателя. Проверьте все кабельные соединения на наличие коррозии на клеммах, которая увеличивает сопротивление и снижает доступное напряжение на двигателе. Корродированная клемма, которая снаружи выглядит неповрежденной, может иметь значительное сопротивление на контактной поверхности.

Насос работает, но цилиндр не достигает номинального давления. Сначала убедитесь, что цилиндр действительно находится в механическом упоре — цилиндр, у которого еще есть оставшийся ход, не сможет сбросить давление. Если цилиндр остановился, а давление по-прежнему ниже заданного, проверьте, не был ли предохранительный клапан случайно переведен в исходное положение. Регулировочный винт предохранительного клапана обычно расположен на корпусе насоса или блоке клапанов; Перед регулировкой проверьте документацию устройства на предмет его местоположения. Изношенный насос с внутренним шунтированием также не сможет достичь номинального давления — измерьте потребление тока во время остановки: насос, выполняющий байпасирование, потребляет меньший ток, чем номинальный, поскольку он не выполняет полную гидравлическую работу.

Система перегревается во время нормальной работы. Сначала проверьте уровень жидкости: низкий уровень жидкости является наиболее распространенной причиной перегрева устройств на 12 В. Если уровень жидкости в норме, рабочий цикл может быть превышен: дайте устройству остыть и уменьшите частоту циклов. Если перегрев сохраняется при правильном уровне жидкости и соответствующих рабочих циклах, предохранительный клапан может треснуть при давлении ниже номинального, постоянно преобразуя выходную мощность насоса в тепло, а не доставляя его с пользой в цилиндр. Проверьте давление сброса с помощью манометра на отверстии А, останавливая цилиндр до упора.

Цилиндр дрейфует, когда соленоид обесточен. Наиболее распространенной причиной является внутренняя утечка через золотник гидрораспределителя. Снимите клапан и осмотрите золотниковые площадки на наличие задиров и загрязнений. Загрязненный золотник, который не полностью сидит в центральном положении, позволяет жидкости медленно проходить между портами A и B, вызывая дрейф цилиндра. Промойте корпус клапана чистой жидкостью и установите его на место; если дрейф продолжается, клапан требует замены. Для приложений по удержанию нагрузки, где дрейф недопустим, установите отдельный обратный клапан с пилотным управлением или клапан регулирования нагрузки в линиях цилиндров, а не полагайтесь исключительно на направляющий клапан для удержания нагрузки.