Hydraulmotorns accelerationsmoment: tröghet och ramptid

Hydraulmotoraccelerationsmomentet följer Ta = Jα : axelavsedd tröghet multiplicerad med vinkelacceleration. Lägg till det motståndskraftiga processmomentet för kravet på accelererande axel. Exemplet nedan börjar med en antagen processbelastning på 8 N·m och beräknar vad en start på en sekund tillför den, innan man granskar tillförseln och stoppet.

Beräkningarna här bygger ett hypotetiskt direktdrivet exempel från axelrörelse till hydrauliskt behov. De är skärmningsberäkningar, med antagna verkningsgrader och en idealisk hastighetsramp. De representerar inte ett BLINCE-test, en standardmotorspecifikation eller en inställning för en avlastningsventil. Det slutliga valet kräver den erbjudna motorns data och maskinens faktiska rörelsekrav.

Sätt den önskade rörelsen på specifikationen

Skissa acceleration, stadigt arbete, retardation och dwell, med processbelastningen under. På en blandare som kan innehålla sedimenterat material i början; på ett indexeringsbord, den laddade fixturen. En fläkt behöver sitt motstånd när hastigheten ändras. Beräkningen här använder medvetet ett konstant motstånd så att tröghetsdelen kan ses separat.

Markera var klockan startar och stannar. En ventilkommandotidsstämpel inkluderar en svarsfördröjning som timing för första rörelse utelämnar. Slutet kan vara första ankomsten vid målvarvtal eller avveckling inom den erforderliga toleransen. Tillämpa den valda definitionen på kravet, erbjudandet och testprotokollet.

Tröghetsekvationen använder axelns faktiska hastighetsändring. Den beordrade profilen måste fortfarande passera genom ventilen, oljekretsen och lasten innan den blir i rörelse. Tryckuppbyggnad, efterlevnad och flödesleverans kan omforma den. Bevara hastighetsmätningen när du kontrollerar en befintlig maskin; Om du ersätter den med kontrollinställningen förkastas en del av bevisen.

Om en befintlig enhet körs med rätt hastighet men startar för långsamt, bevara dess startspår innan du väljer en ersättare. BLINCE's Guide för beräkning av motorvridmoment täcker förhållandet mellan tryck och vridmoment. Den extra uppgiften här är att fastställa det vridmoment som krävs av hastighetsändringen.

Upprätta tröghet vid motoraxeln

En tröghetssiffra behöver en rotationsaxel och enheten kg·m². En notering som säger '30 kg rotor' är ofullständig: att flytta den massan längre från axeln ändrar vridmomentet som behövs för att accelerera den. Axelvridmomentet är en separat storhet, uttryckt i N·m.

För en geometrijämförelse, ta två hypotetiska 30 kg delar med en 0,20 m yttre radie:

Ringen i denna jämförelse har dubbelt så hög accelerationsbehov, även om de två delarna har samma massa. Välj en geometri som representerar den faktiska delen innan du använder någon av relationerna.

Behåll CAD-komponentlistan, densiteter och axel med ett sammansättningströghetsresultat. Kontrollera om det innehåller navet, fälgen, bladen, verktygen och medfört material. En siffra för den blottade rotorn lämnar alla tillagda kopplingar eller fixturer att ta hänsyn till.

De axelspecifika cylinderillustrationerna i Oriental Motors storleksreferens är användbara för detta mekaniska steg. Referensen skiljer också lastmoment från accelerationsmoment. Dess elektriska motorvärden stannar utanför det hydrauliska valet.

Osäkerhet i materialbelastning hör också med i beräkningen. En rötor med ett delvis fyllt kärl eller utbytbart verktyg kan ha flera trovärdiga tröghetsfall. Lista de lättaste och tyngsta avsedda konfigurationerna med deras processbelastningar. En motor vald från den tomma fixturen kan klara idrifttagningstester och sedan misslyckas med att accelerera den normala produktionsbelastningen.

Arbeta dig igenom en acceleration på en sekund

För det huvudsakliga hypotetiska exemplet, antag en direktdrift med:

Denna 0,60 kg·m² är en antagen totalsumma för huvuddrivningsexemplet. Den tidigare skivan var en separat geometriillustration och läggs inte till igen.

Beräkningen använder radianer för vinkelrörelse. Varje rad matar nästa:

Relationerna ges i SI-form i Tokyo Keikis hydrauliska formler, Bilaga 1-5 . Denna beräkning använder masströghet i kg·m² över hela. Att konvertera ett svänghjulseffektvärde från en annan konvention skulle kräva dess definition och enheter först.

Beräkningen har ingen extra designmarginal. Dess öppna föremål är brytningsmotstånd, lastosäkerhet, den faktiska rampformen och komponentgränser. Identifiera dem bredvid resultatet. En oförklarad procentandel kan inte berätta för en granskare vilket saknade tillstånd den var avsedd att täcka.

Se vad det kostar att ändra ramptiden

Använd samma tröghet, målvarvtal och konstant motstånd för att jämföra fyra möjliga linjära starter:

En längre ramp kan göra den befintliga förskjutningen till en mer rimlig kandidat. Kostnaden är tid i maskincykeln, och eventuellt mer processarbete medan axeln accelererar. Produktionskravet avgör om den handeln är acceptabel. Förlängning av en ramp är inte tillgänglig när en annan maskinfunktion är beroende av att nå hastigheten inom ett fast intervall.

Håll bordets raka hastighetsramp fäst vid dess resultat. En S-formad profil omfördelar accelerationen inom den tillgängliga tiden, och dess topp kan vara större än det slutpunktsbaserade medelvärdet. För den profilen, använd dess toppacceleration i J × acceleration när du kontrollerar det maximala tröghetsmomentet.

Det finns också en tidsfälla i ett kommando på en sekund. I en separat hypotetisk kurva innehåller de första 0,3 s ingen axelrörelse; accelerationen upptar de återstående 0,7 s. Tröghetsberäkningen blir 0,60 × 157,08/0,7 , vilket ger 134,64 N·m före processresistans. Att räkna den stationära fördröjningen som rörelsetid skulle ha gett det lägre resultatet på 94,25 N·m.

En brännare som bara visar några få punkter genom rampen kan lokalisera det slutliga varvtalet men lämna den brantaste delen olöst. Ange sensorn och inspelningssvaret med spåret. Antalet siffror på en hastighetsdisplay ger ingen tidshistorik som saknas. Om det inte finns något lämpligt spår, behåll det linjära antagandet som en uppskattning.

Konvertera axelbehovet till användbar tryckskillnad

För en preliminär motorberäkning i metriska enheter:

Taxel ≈ D × Δp × ηhm ÷ 62,83

Enheterna för denna version är N·m för vridmoment, cm³/varv för deplacement och bar för den uppmätta inlopps-minus-utloppstryckskillnaden. Ange ηhm som en bråkdel. För att beräkna tryck, använd Δp ≈ 62,83 × Tshaft/(D × ηhm) ​​. Omvandlingen till stapel ingår i 62,83; de Tokyo Keiki-referensen presenterar motsvarande förhållande med hjälp av SI-tryckenheter.

För en antagen 40 cm³/varv motor vid ηhm = 0,90 är tryckskärmen under. Dessa antaganden är inte en BLINCE-modellspecifikation.

Anta att en krets endast har 200 bars användbar tryckskillnad tillgänglig över motorn. I denna förenklade modell behöver halvsekundsmålet mer än vad utbudet kan ge. Ett tryck på 400 bar på en ersättning skulle inte skapa det saknade kretstrycket. Fallet på en sekund rensar just denna aritmetiska skärm, men behöver fortfarande granska den faktiska vridmomentkurvan, betyg och andra undantag.

Användbar motor Δp ​​mäts mellan dess arbetsportar under samma händelse. Pumptrycket kan innefatta förluster före inloppet, och trycket vid utloppet förbrukar en del av den tillgängliga skillnaden. Håll höljestrycket som sin egen begränsning under den valda motorns dokumentation. Subtrahera det inte en andra gång från ett uppmätt inlopp-minus-utloppsvärde som en generisk korrigering.

Ett effektivitetsantagande är särskilt osäkert nära rörelsens början. Danfoss allmänna omloppsmotorreferens skiljer minsta startmoment från löpande vridmoment och förklarar förändringen när smörjfilmen etableras. Använd ett startmomentvärde eller kurva för kandidaten där utbrytning är avgörande, istället för att föra ett antagande om köreffektivitet ner till noll hastighet. Danfoss General Orbital Motors, december 2021, sidorna 14–15.

Kontrollera flöde och toppeffekt vid samma arbetspunkt

Flödesändpunkten i detta exempel är cirka 65,22 L/min . Den kommer från Q ≈ D × n ÷ (1 000 × ηv) med antagna 40 cm³/varv, 1 500 rpm och volymetrisk verkningsgrad ηv = 0,92. Q är i L/min. Håll det slutliga flödet vid sidan av varje ramps tryckkrav på matningsarbetsbladet.

Båda ramperna slutar vid det flödet under antagandet. Jämför pumpens levererade flöde vid accelerationstrycket, tillsammans med drivmotorn och styrresponsen. En nominell siffra på 65 l/min utan dess trycktillstånd lämnar den jämförelsen ofullbordad.

För samma idealmodell ger integrering av flöde över start ytterligare en användbar förrådskvantitet. Antag att ηv förblir konstant när hastigheten stiger linjärt från noll. Medelflödet är då 65,22/2 = 32,61 L/min: cirka 0,543 L genom motorn på en sekund, eller 2,174 L på fyra sekunder. Övergående fyllning är utesluten. De extra varven i den längre starten står för dess större volym. Skicka flödesslutpunkt och varaktighet tillsammans när du granskar vad försörjningen måste leverera.

Strax innan den ideala ensekundsrampen tar slut behöver exemplet fortfarande 102,25 N·m vid 1 500 rpm. Strömkontrollen vid den punkten är:

Drivmotorn levererar också pump- och uppströmsförluster, som ligger utanför dessa arbetsportberäkningar.

För fyrasekundersrampen sjunker motsvarande axeleffekttoppen till cirka 4,96 kW. Efter endera rampen är de antagna 8 N·m vid 1 500 rpm endast cirka 1,26 kW processeffekt. Att välja en drivkraft enbart från den stabila uteffekten skulle missa exemplets accelerationstopp. En nominell jämn effekt säger också lite om matningens tillåtna korttidsöverbelastningsreaktion.

Flödesuttrycket beskriver varvtal och läckage som ingår i dess antagna verkningsgrad. En verklig trycktransient innebär också vätskekompression, slangexpansion, ventilrespons och tillförseldynamik. Använd inte den enkla flödesrampen som en komplett transientsimulering. Beräkningen identifierar ett behov av kretsgenomgången; den uppmätta responsen fastställer hur den sammansatta maskinen möter den.

En längre ramp kan minska efterfrågan på toppar utan att minska det totala arbetet

Vid exemplets målhastighet, ½Jω² = 0,5 × 0,60 × 157,08² ger cirka 7 402 J (7,40 kJ) lagrad i rotation. Valet av ramptid har inte ändrats vare sig J eller den slutliga ω, så denna ändpunktsenergi är oförändrad.

Det antagna motståndet på 8 N·m förbrukar också arbete när axeln svänger. En linjär ramp färdas genom ½ωfinal × t: ungefär 78,54 rad på en sekund eller 314,16 rad på fyra sekunder. Multiplicering med 8 N·m ger processarbete på cirka 628 J respektive 2 513 J.

Fyrasekundersalternativet köper därför en lägre topp medan axeln gör fler varv mot det antagna motståndet. Ett energibesparande påstående skulle kräva en fullständig cykeljämförelse, inklusive produktionseffekt, uppehåll, pumpstyrning och förluster. Enbart lägre topptryck etablerar inte den besparingen.

För en hastighetsberoende last, såsom en fläkt, behöver arbetsberäkningen det tillämpliga vridmoment-mot-hastighetsförhållandet genom rampen. En stadig avläsning vid målvarvtal ger bara en poäng. Behåll en identifierad uppskattning för resten tills lämplig processdata finns tillgänglig.

Produktionsjämförelsen kräver också den produktion som levereras under rampen. En längre start kan lämna färre sekunder i full fart i en fast cykel. Att höja det slutliga varvtalet för att återställa den uteffekten skulle ändra flödesändpunkten och lagrad energi.

Reflektera trögheten korrekt när du lägger till en växellåda

Använd i = motorhastighet ÷ lasthastighet . Då är det ideala stel-drivningsförhållandet Jreflected = Jload ÷ i² ger utgående lastens bidrag vid motoraxeln. Lägg till de relevanta roterande delarna på ingångssidan vid den referensaxeln.

I ett separat idealfall, 0,60 kg·m² vid en 4:1-reduktion bidrar uteffekten 0,60/16 = 0,0375 kg·m² vid motorn. Motor, ingångskoppling och växellådsingångar återstår att läggas till; förluster är uteslutna.

Motorn går också fyra gånger snabbare än effekten i det förhållandet. En uteffekt på 1 500 rpm skulle kräva 6 000 motorrpm. Reduktionen kan sänka det lastrelaterade vridmomentet vid motorn samtidigt som det skapar ett hastighetskrav utanför en kandidats intervall. BLINCE's Vägledningen för val av höghastighetshydraulikmotor tar upp de resulterande motor-, flödes- och installationskontrollerna.

Inkludera data om effektivitet och övergående drift i växellådans förfrågan. Omkastningar involverar dess bakslag, och upprepade starter involverar mer än stadig överföring. Monteringsritningen och genomgången av cykeldrift behövs båda innan minskningen blir ett urvalsresultat.

Relativ oscillation mellan motor och last kräver en mekanisk responsöversyn av den flexibla axeln eller kopplingen. Bifoga eventuellt observerat överskridande till problembeskrivningen. Ett högre vridmoment löser inte begränsningarna för en steldriven modell i den situationen.

Redogör för stopp såväl som start

Stoppet börjar med exemplets 7,40 kJ kvar i den roterande enheten. Identifiera var det kommer att gå: processmotstånd, en broms, den hydrauliska kretsen eller ett konstruerat återvinningsarrangemang. Ventilkommandot ensamt tilldelar inte dessa andelar eller definierar hur snabbt axeln stannar.

Ett separat idealiskt tvåsekunders linjärt stopp ger 0,60 × 157,08 ÷ 2 = 47,12 N·m tröghetsretardationsmoment. Motstånd från processen kan hjälpa till att ge det. En last som driver axeln kan istället tillföra energi. Fastställ den lastriktningen innan du tilldelar det erforderliga vridmomentet till en broms eller till hydraulisk bromsning.

Om en bana absorberar de antagna 7,40 kJ på två sekunder, är dess händelsemedelvärde 7,40/2 = 3,70 kW. Med det idealiska konstanta bromsmomentet sjunker absorptionen när hastigheten sjunker, med start över det genomsnittet. Ge komponentleverantören formen på evenemanget och dess upprepningar, plus temperaturförhållandena för granskningen.

För den hydrauliska delen, Danfoss' referens för General Orbital Motors, sidorna 20–22 , behandlar bromsmotorn som en pump och diskuterar påfyllning för belastningar med hög tröghet. Dess motor- och pumpeffektivitetsförhållanden skiljer sig åt. Den tidigare tryckskärmen kan inte återanvändas oförändrad som en bromsventilinställningsberäkning.

Hålla efter stoppet är ett annat krav. Internt läckage kan tillåta rörelse, och en hållbroms har sitt eget syfte och betyg. Skaffa maskinens godkända stopp- och hållanordning, inklusive konsekvenserna av försörjningsbortfall. Beräkningarna i den här artikeln ger mekaniska indata till den recensionen; de tillåter inte att portar stängs för att stoppa en snurrande last eller justera en bromskontrollventil.

Lägg in upprepade händelser i tjänsteöversynen

En kort ramp kan inträffa många gånger per timme. Ge leverantören händelsens varaktighet, antal händelser och resten av cykeln, snarare än att märka hela tjänsten 'intermittent.'

För en illustrativ timbudget, antag 360 identiska punkter utan återhämtning, och allokera all lagrad energi till förlust inom enheten:

Håll denna tilldelning åtskild från pump, motor, ventil och andra driftsförluster. Den del som når oljan måste också fastställas innan den hydrauliska värmebalansen är klar. Bär det två sekunder långa 3,70 kW händelsegenomsnittet till komponenttjänstgenomgången, inklusive dess topp och upprepningar; föra de 0,74 kW per timme till energibalansen.

Med variabel förskjutning, bifoga dess schema till hastighetsprofilen. Varje förskjutning ändrar både det erhållna vridmomentet per bar och det flöde som krävs per varv. Inkludera kontrollalternativet, förskjutningsgränser och övergångsvillkor i förslaget. Det fasta exemplet på 40 cm³/varv innehåller ingen skiftsekvens att bedöma.

För en delad försörjning, identifiera den andra funktionen som beordras under start och flödet den tar emot. Ett test av endast motor kan lämna det samtidiga kravet frånvarande. Skicka pump- och styrbeskrivningen med händelseprotokollet så att ett lastkännande, tryckbegränsat eller fast flödesarrangemang bedöms som monterat.

Jämför kandidaten med hela rampen

En kandidatgranskning bör följa driftspunkterna från vila till maximal hastighet. Kontrollera i början avbrottsmomentet och eventuella bromssläpp. Under rörelse, jämför tillgängligt motorvridmoment med process- och accelerationsbehov. Nära målhastigheten, kontrollera flödes- och effektändpunkten. Undersök sedan retardation, eventuell överkörning och hållning.

BLINCE listar en CMF-serien växelmotor och en axialkolvmotorkategori , bland andra motorfamiljer. Dessa sidor fastställer produktvägar för förfrågningar. De godkänner inte det antagna exemplet på 40 cm³/varv eller publicerar en universell tillåten accelerationstid. Begär data för den specifika erbjudna versionen innan du behandlar ett efternamn som ett urvalsresultat.

Jämför en föreslagen större deplacement med dess reviderade flödeskrav vid målvarvtal. Jämför en ny sänkning med dess reviderade motorvarvtal. En ändrad ramp kräver en produktionscykelkontroll. För en föreslagen tryckökning, granska den påverkade kretsen samt den erbjudna motorklassen. Behåll dessa ändringar i erbjudandet så att dess omfattning kan prissättas.

Inkludera axeln och monteringsarrangemanget när du begär en översyn av toppbelastning. Ett kedjehjul eller remskiva tillför lagerkrafter såväl som överfört vridmoment. En laddning som inte stöds kan lägga till mer. Dessa hör hemma på den mekaniska ritningen och lastposten; de saknas från J × acceleration.

För en befintlig maskin, arrangera ett godkänt test med en kvalificerad person. Registrera hastighet och båda arbetsporttrycken på samma tidsbas, med belastningskonfiguration, oljeförhållanden och relevant flödesinformation. Välj instrumentområde, noggrannhet och respons för rampen. Håll laster säkrade och människor borta från roterande delar; använd de godkända testanslutningarna och proceduren, utan improviserat stall eller öppning av en trycksatt armatur.

Skicka en rörelseprofil med motorförfrågan

Starta förfrågan med rörelsekravet: hastigheter, start- och stopptider, tröghet och dess referensaxel, processvridmoment och repetitioner. Bifoga försörjningsvillkoren och gränssnittsritningen, inklusive en växeldrifts utväxlingskonvention. Granskaren bör kunna återskapa belastningsberäkningen från dessa indata.

Märk hur varje input erhölls. En CAD-tröghet kan utesluta verktyg; ett vridmoment som härleds från tryck beror på motordata som används; ett hastighetsspår har sina mätgränser. Ange den saknade delen av varje uppskattning bredvid den. Det gör nästa begäran om data specifik.

Det tekniska svaret bör namnge motorkonstruktionen och de prestandadata som används för att bedöma start, ramp och stopp. Den bör identifiera dess hastighet/tryckdrift och inlopps-/dräneringsförhållanden, tillsammans med olösta överskridande eller hållningsfrågor. Har någon föreslagen ändring av förskjutning, tidpunkt eller leverans registrerad i det svaret, så att de kommersiella erbjudandena beskriver jämförbara uppgifter.

Skicka profilen och den relevanta ritningen genom BLINCE kontaktsida . För det hypotetiska exemplet anger en användbar förfrågan '0,60 kg·m² total motoraxeltröghet, 0–1 500 rpm, föreslagen linjär ramp på en sekund, beräknat 8 N·m motstånd,' tillsammans med de faktiska kretsgränserna. Dessa indata ger leverantören en definierad accelerationsplikt att bedöma.

Tel: +86 132 4232 1601

✉️ E-post: sales16@blince.com

Webbplats: https://blince.com

Ansvarsfriskrivning

Den här artikeln är en allmän teknisk guide. Slutligt komponentval bör baseras på maskinritningar, uppmätta hydrauliska data, arbetsförhållanden, säkerhetskrav och bekräftelse från en kvalificerad hydraulingenjör eller leverantör.

Blince Hydraulic Team

Blince Hydraulic är ett branschledande företag dedikerat till precisionskonstruerad vätskekraftstillverkning och anpassade hydrauliska lösningar. Uppbackad av årtionden av djupfältsexpertis inom industrimaskiner och tusentals framgångsrika globala implementeringar, fokuserar vårt ingenjörsteam helt på högpresterande hydraulisk komponenttillverkning, inklusive specialiserade orbitalmotorer, högtrycksresor driver motor , och robusta riktningsventiler . Vår produktionsinfrastruktur använder toppmoderna fleraxliga CNC-bearbetningssystem och är helt ISO 9001-certifierade för att garantera repeterbar volymetrisk noggrannhet över varje enskild tillverkningsserie.

Vi levererar snabba, mycket pålitliga och kostnadseffektiva hydrauliska lösningar till tungindustridistributörer, maskintillverkare och underhållspersonal i mer än 150 länder. Oavsett om ditt aktiva projekt kräver en liten volym av skräddarsydda axelprofiler eller en storskalig produktionsserie av kraftfull kugghjulspump i gjutjärn konfigurerar vi våra flexibla produktionsscheman för att möta dina målledtider med total prissättningsförutsägbarhet. Att samarbeta med Blince innebär att säkerställa maximal systemeffektivitet, elitmaterialkvalitet och kompromisslös vätskekraftsprofessionellitet.

För att lära dig mer om vårt kompletta produktsortiment, besök vår officiella hemsida: www.blince.com.