Modern hidrolik tahrik sistemlerinde hız , bir motorun temel performans ölçütlerinden biridir. Birçok mühendis, bakım personeli veya ekipman kullanıcısı motor seçimi sırasında sıklıkla şunu sorar:
'Düşük hızlı, hatta ultra düşük hızlı bir hidrolik motora ihtiyacım var. Yalnızca birkaç düzine RPM'de, hatta sadece birkaç RPM'de istikrarlı bir şekilde çalışabilir mi?'
Görünüşte basit olan bu istek aslında bir dizi karmaşık yapısal sınırı, akışkanlar dinamiği zorluklarını ve hidrolik teknolojisindeki mekanik çelişkileri gizlemektedir. Nedenini gerçekten anlamak için Düşük hızlı motorlar çok nadirdir ve bu nedenle birini seçerken özellikle dikkatli olmanız gerekir; hidrolik motor hızlarının nasıl kategorize edildiğiyle başlamamız gerekir. Buradan itibaren motorun yapısal prensiplerini, düşük hızlara ulaşmanın teknik zorluklarını, ultra düşük hızlara uygun motor türlerini ve ilgili sistemik sınırlamaları inceleyeceğiz.
Düşük Hızlı Motorların Tanımı
Hidrolik endüstrisinde motorlar genel olarak nominal hızlarına göre kabaca aşağıdaki gibi sınıflandırılır:
Yüksek hızlı motorlar: 500 rpm'nin üzerinde
Orta hızlı motorlar: ~300–500 rpm
Düşük hızlı motorlar: 300 rpm'nin altında
Bununla birlikte, bu sınıflandırmanın içinde genellikle gözden kaçırılan bir 'gizli aralık' vardır; ultra düşük hız aralığı. kabaca 50 rpm'nin altı olarak tanımlanan Neden 50 rpm'nin altındaki aralığı ayrı ayrı çağıralım ki? Çünkü akışkanlar mekaniği, triboloji (sürtünme bilimi) ve hidrolik kontrol açısından bakıldığında, bir motorun davranışı niteliksel bir değişime uğrar. ~50 rpm eşiği civarında
Elli rpm keyfi bir sayı değildir; hidrolik tahriklerde kritik bir teknik ayrım çizgisini temsil eder:
Son derece düşük akış, titreşimleri artırır: Çok düşük hızlarda, motordaki akış o kadar küçüktür ki, herhangi bir basınç dalgalanması veya pompa titreşimi büyük ölçüde artar.
Sürtünme baskın hale gelir ve yapışıp kaymaya neden olur: İç sürtünme kuvvetleri torkun büyük bir bölümünü temsil etmeye başlar ve bu da düzgün dönüş yerine yapışarak kayma hareketine (sürünme) yol açabilir.
Sızıntı etkileri çoğalır: Küçük bir iç sızıntının bile düşük hızda etkin dönüş üzerinde orantılı olarak daha büyük bir etkisi vardır ve potansiyel olarak hız dalgalanmalarına veya durmalara neden olur.
Besleme kararlılığı konusunda daha yüksek talep: Motorun giriş akışı ve basıncı, yüksek hızlı çalışmaya göre çok daha kararlı ve tutarlı olmalıdır, aksi takdirde motor düzgün dönmeyecektir.
Bu faktörlerden dolayı, 'çok yavaş' dönme yeteneğine sahip görünen birçok hidrolik motor , birkaç düzine veya tek haneli RPM aralığına girildiğinde yapışma, başlama-durma hareketi, dalgalanma veya dengesiz hızlar gibi sorunlar sergileyecektir. Mühendislikte genel bir fikir birliği vardır:
50 dev/dak'nın üzerinde sabit düşük hızlara ulaşmak zor değildir ancak 50 dev/dak'nın altında sürekli, düzgün ve titreşimsiz dönüş sağlamak tamamen farklı bir teknik alandır.
Bu aynı zamanda ultra düşük hızlı motorların neden özel tasarım özelliklerine ihtiyaç duyduğunu da açıklamaktadır; 'hızı düşürmek için akışı düşüremezsiniz' ve bu rejimde iyi performans göstermesini bekleyemezsiniz. normal bir motorda basitçe
Neden 'Daha Yavaş, Daha Zor'? – Düşük Hızlarda Teknik Engeller
Bir hidrolik motor çok düşük hızda çalıştığında, 'yavaşlamayı' giderek zorlaştıran bir dizi yapısal ve fiziksel zorlukla karşı karşıya kalır:
1.Akışkanlar Dinamiği: Küçük akış, kırılgan basınç kontrolü – A hidrolik motorun hızı, içine giren akışla doğru orantılıdır. Akış hızı azaldıkça motorun hızı düşer ve tork dalgalanması çok daha belirgin hale gelir . Düşük hız aralığında akışlar genellikle saniyede yalnızca mililitreye kadar düşer. Bu kadar küçük akış hızlarında, hafif basınç dalgalanmaları, valfteki küçük salınımlar veya yağın viskozitesindeki küçük değişiklikler bile motorun aralıklı olarak dönmesine veya düzgün bir şekilde ilerlemek yerine yavaş yavaş dönmesine neden olabilir. Başka bir deyişle, akış ne kadar düşük olursa motor herhangi bir bozulmaya karşı o kadar hassas hale gelir.
2.İç Sürtünme ve Sızıntı: Orantılı olarak daha büyük bir etki – Bir motorun yüksek hızda küçük olan iç sürtünmesi ve sızıntısı, düşük hızda kritik faktörler haline gelir. Örnekler şunları içerir: pistonlar ve silindir delikleri arasındaki sürtünme, valf plakası veya komütatördeki mekanik sürtünme ve boşluklardan sıvı sızıntısı. Amaçlanan akış zaten çok küçük olduğunda, biraz ekstra sürtünme veya iç sızıntıdaki hafif bir artış, motorun dönüşünü durdurmaya yetecek kadar sürüş torkunu çalabilir . Belgelenmiş bir durumda, nominal akışta iyi çalışan bir çift yörünge motoru, çok düşük akış altında belirli şaft konumlarında durmaya başladı çünkü iç çapraz bağlantı sızıntısı, bu konumlarda basıncın oluşmasını engelledi. Bu olay daha yüksek akışta fark edilmiyordu ancak son derece düşük hızlarda dikkat çekici hale geldi. Temel olarak, düşük RPM'de dahili kayıplar (sürtünme, sızıntı) motorun çıkış torkunun çok daha büyük bir kısmını tüketerek tereddüt veya 'yapıştırma-kayma' hareketine yol açar.
3.Mekanik Yapı Sınırlamaları: Tasarımların tümü sürünmek için tasarlanmamıştır. Bir hidrolik motorun düşük hızda düzgün çalışma yeteneği, büyük ölçüde tasarımına bağlıdır. Farklı motor türleri doğası gereği farklı düşük hız özelliklerine sahiptir:
Yapısal açıdan bakıldığında, düşük hızda gerçekten üstün performans sergileyen bir motor tipik olarak şu özelliklere sahiptir: büyük yer değiştirme (düşük akışta devir başına daha fazla tork üretmek için), birden fazla çalışma odası (atılımı azaltmak ve daha düzgün çıktı sağlamak için), yüksek hacimsel sızdırmazlık ve hassas boşluklar (sızıntıyı en aza indirmek için) ve stabil yağlamaya sahip düşük sürtünmeli bileşenler . Yalnızca birkaç motor tasarımı tüm bu kutuları işaretliyor, bu nedenle nispeten az sayıda motor türü ultra düşük RPM'de istikrarlı bir şekilde çalışabilir.
Dişli motorlar: Genel olarak çok düşük hızlar için uygun değildir ; düşük RPM'de önemli tork dalgalanmasına ve yüksek iç sızıntıya sahip olma eğilimindedirler, bu da düşük hız stabilitesinin zayıf olmasına neden olur (aslında dişli motorlar, düşük hız kararsızlığı ve nominal torklarına kıyasla daha düşük başlatma torkuyla bilinir).
Eksenel pistonlu (eğik plakalı) motorlar: Tipik olarak orta ila yüksek hızlar için optimize edilmiştir; özel olarak tasarlanmadıkça, ultra düşük hızlarda düzgün hareketi sürdürmekte zorlanabilirler.
Orbital (gerotor/geroller) motorlar: Bu düşük hızlı yüksek torklu (LSHT) motorlar, dahili sikloidal mekanizmaları nedeniyle düşük hız aralığında doğal bir avantaja sahiptir. Tasarımları, özellikle büyük deplasmanlı modellerde, düşük RPM'deki çıkışı doğal olarak düzgünleştirir.
Radyal pistonlu motorlar: Radyal olarak düzenlenmiş birden fazla pistonla (genellikle 'yıldız' motorlar olarak adlandırılır), bunlar son derece düşük hızlara ulaşabilir. Sırayla çalışan çok sayıda pistona sahip olmak, tork dalgalanmasını önemli ölçüde azaltır ve sürünme seviyesinde hızları mümkün kılar.
Yuvarlanma elemanlarına sahip iç eğri (kam loblu) motorlar (örneğin çelik bilyeli veya makaralı motorlar): Bu motorlar özellikle için üretilmiştir . çok düşük hızda, yüksek torklu çalışma Üretimde çok yüksek hassasiyet gerektirme pahasına, minimum dalgalanmayla sürekli tork üretmek için birden fazla kam ve yuvarlanma elemanı (bilyalar veya makaralar) kullanırlar.
Hangi Motorlar Gerçekten <50 RPM'ye Ulaşabilir?
Yalnızca bir avuç dolusu hidrolik motor türü, birkaç düzineden tek haneli RPM'ye kadar düzgün, sürekli hareketle güvenilir bir şekilde çalışabilir . Ana kategoriler şunları içerir:
Orbital Motorlar (Gerotor/Geroller motorlar): Bunlar düşük hızlı, yüksek torklu uygulamalarda yaygın tercihtir . Yörünge motorları (aynı zamanda sikloid veya 'yörünge motorları' olarak da bilinir), birden fazla odacık oluşturan dahili bir halka dişliye ve rotor setine sahiptir. Bu yapı onlara düşük hızda çalışma konusunda doğal bir avantaj sağlar; esas olarak, çıkışları tasarım gereği zaten yavaş ve yüksek torktur ve yer değiştirmenin arttırılması ulaşılabilir hızı daha da düşürür. Pratikte, yer değiştirme ne kadar büyük olursa, motor çok düşük RPM'de o kadar kararlı çalışabilir. Örneğin OMER-300 (300 cc/devir deplasman) gibi bir model yaklaşık 15 rpm'de stabil olarak çalışabilir . 400+ cc/devir aralığındaki pek çok yörünge motoru, 30-50 rpm aralığında veya üzerinde minimum titremeyle sabit dönüş sağlama kapasitesine sahiptir. Aslında üreticiler genellikle minimum hız belirler; yörüngesel motorlar için bir örneğin bir Danfoss OMR 125 (125 cc), yaklaşık 9 rpm'lik (kabaca 1,2 L/dakika akışa karşılık gelen) referans alınan minimum sabit hıza sahiptir. Bu, iyi tasarlanmış gerotor motorlarının doğru koşullar altında tek haneli RPM'ye yaklaşabildiğini, ancak belirtilen minimum değerlerin altında 'hız dalgalanması' veya aralıklı hareket gösterebildiklerini göstermektedir.
Radyal Pistonlu Motorlar : Bunlar düşünülebilir . ultra düşük hızın kralları olarak hidrolikte Radyal pistonlu bir motorda, bir kam etrafında düzenlenmiş birden fazla piston bulunur ve çoğu zaman döngü başına birkaç piston itilir. Yeterli pistonla (ve dolayısıyla devir başına yüksek sayıda tork darbesiyle), çıkış torku dalgalanması son derece küçük hale getirilerek motorun çok yavaş dönmesine olanak sağlanır. sarsılmadan Büyük deplasmanlı radyal pistonlu motorlar (örneğin, belirli 'dış yıldız' radyal tasarımlar) ~10 rpm'de sabit bir şekilde çalışabilir ve özel valf manifoldları veya servo kontrolleri ile hızlara ulaşabilirler . 5 rpm veya daha düşük pürüzsüz kalarak Bu performansın bir bedeli vardır; bu tür çözümler pahalıdır ve genellikle yalnızca ileri teknoloji ekipmanlarda veya katı gereksinimlere sahip uygulamalarda kullanılır. Radyal pistonlu motorların düşük hızdaki yetenekleri iyi bir şekilde belgelenmiştir: olarak sınıflandırılırlar düşük hızlı, yüksek torklu motorlar ve genellikle 10 rpm'nin altında kararlı çalışma sergilerler; aslında bazı çok pistonlu radyal tasarımlar kadar yavaş çalışabilir . 0,5 rpm'ye yük altında Parker'ın LSHT motor kataloğu, 0,5 dev/dak'dan binlerce dev/dak'ya kadar hızları kapsamakta olup , 1 dev/dk'nın altında çalışmaya uygun motorların mevcut olduğunu göstermektedir. Özetle, radyal pistonlu motorlar (Staffa, Poclain veya Hägglunds sürücüleri gibi varyantlar dahil), kontrollü ve sürekli bir şekilde (1 rpm civarında) gezinme hızlarına ulaşabilen birkaç motor arasındadır.
Çelik Bilyalı Motorlar (İç Eğri Bilyalı Pistonlu Motorlar): Çin'de genellikle 'QJM' serisi veya iç eğri motorlar olarak anılan bu motorlar, çelik bilyaların dönen pistonlar gibi davrandığı bir tür radyal tasarımdır. bir iç kam halkasına karşı Doğaları gereği düşük hızlı, yüksek torklu çıkışa uygundurlar. Örneğin, 1QJM-32 serisi ve üzeri modellerin sürekli olarak yaklaşık stabil çalıştığı bilinmektedir 10 rpm'de . Çelik bilyeli motorlar, düzgün tork sağlamak için büyük deplasmanı birden fazla temas noktasıyla (bilyalar) birleştirir. Ancak bunlar son derece yüksek işleme hassasiyetine ve doğru montaja bağlıdır; en ufak bir hata, düşük hızlarda titreşime neden olabilir. Böyle bir motor seçerken, üreticiyi ultra düşük hız gereksinimi konusunda bilgilendirmek çok önemlidir. motorun bu çalışma aralığı için üretildiğinden ve ayarlandığından emin olabilmeleri için Uygulamada, iyi tasarlanmış bir iç kavisli bilyeli motor, düşük hız performansında diğer radyal pistonlu motorlarla rekabet edebilir, ancak kalite ve hassasiyet çok önemlidir.
Geçici Çözüm: Motoru Yavaşlatmak İçin Dönüş Hattını Kısma
Gerçek dünya mühendisliğinde, bazı kişilerin daha yavaş motor hızlarına ulaşmak için denediği bir 'hızlı çözüm' vardır: motorun dönüş hattında tek yönlü bir gaz kelebeği (akış sınırlayıcı) kullanmak. bir miktar geri basınç oluşturmak için Buradaki fikir, çıkış akışına direnç ekleyerek motorun, düşük hızlı çalışmayı yumuşatmaya yardımcı olabilecek ve serbest dönmesini veya çok kolay sarsılmasını önleyebilecek kontrollü bir yük görmesidir. Bu ilave karşı basınç aslında motoru düşük akışta yalpalamaya daha az eğilimli hale getirebilir ve onu belirli bir düşük hız aralığında daha istikrarlı bir şekilde hareket etmeye etkili bir şekilde zorlayabilir.
Ancak bu yöntemin önemli dezavantajları vardır:
, Sistemdeki karşı basıncı arttırır yani motor ve tüm hidrolik devre daha yüksek bir temel basınç altında çalışır. Boşa harcanan bu basınç dönüşür , ısı olarak enerji kaybına . Başka bir deyişle, geri dönüşün kısılması verimlilikten ödün verir; hidrolik pompanın, sıvıyı kısıtlamadan içeri itmek için daha fazla çalışması (daha fazla enerji kullanması) gerekir ve bu enerjinin büyük bir kısmı, sıvı içinde ısı olarak dağılır.
Artan karşı basınç, iç sızıntıyı şiddetlendirebilir . motordaki Geri dönüş hattı basıncı daha yüksek olduğundan, iç contalar arasındaki basınç farkı azalır ve bu durum potansiyel olarak çıkış torkuna katkıda bulunmak yerine daha fazla sıvının boşluklardan kaymasına neden olur. Bu, düşük hız performansını ve verimliliğini daha da düşürebilir.
verebilir . motorun salmastralarına zarar Aşırıya kaçıldığında Standart hidrolik motor dudaklı contaları tam sistem basıncına dayanacak şekilde tasarlanmamıştır ; genellikle yalnızca motorun dahili kasa drenaj basıncını (bu çok daha düşüktür) tutmak için kullanılırlar. Dönüşü uygun bir kasa tahliyesi olmadan kıstığınızda, motor çıkışında ve gövdesinde yüksek basınç oluşması riskiyle karşı karşıya kalırsınız. Bu, salmastranın patlamasına, sızıntılara ve motor arızasına neden olabilir. (Geri dönüş hattını kapatmak veya geri dönüşün boyutunun küçük/bloke olması gibi yaygın hatalar, sıkışan basınç yağın contalardan geçmesine neden olduğundan benzer şekilde ciddi conta arızalarına neden olabilir.)
Ek yan etkiler arasında yağ üzerindeki ısı yükünün artması (aşırı ısınma) ve parça ömrünün kısalması yer alır. parçalar üzerindeki sürekli ekstra stres ve daha yüksek basınç nedeniyle muhtemelen Daha yüksek çalışma basıncı zamanla rulmanların, contaların ve diğer bileşenlerin aşınmasını hızlandırabilir.
Özetle, geri dönüş hattı gazının kullanılması, en iyi ihtimalle, yara bandı çözümüdür . yetersiz tasarlanmış bir motorun düşük hızda biraz daha düzgün çalışmasına yardımcı olacak bir Bu yalnızca son çare olmalıdır. ve Uygun bir düşük hızlı motorun gerçek bir alternatifi değildir bu şekilde görülmemelidir. Ultra düşük hıza ulaşmak için doğru yaklaşım, standart bir motoru rahat olmadığı bir rejime zorlamak yerine doğası gereği bu amaç için tasarlanmış bir motor kullanmaktır.
Düşük Hızlı Hidrolik Motorların Kullanımında Önemli Noktalar
İster mobil makinelerde ister endüstriyel ekipmanlarda olsun, düşük hızlı çalışma söz konusu olduğunda aşağıdaki ilkeleri aklınızda bulundurun:
Ultra düşük hızlarda yüksek yük torkundan kaçının – Motor çok yavaş dönerken aşırı tork çıkışı talep etmeyin. Hız ne kadar düşük olursa, motorun yüksek yük altında düzgün hareketi sürdürmesi o kadar zor olur. Sürünme hızlarında yüksek basınç (tork) için baskı yaparsanız, motorun dengesiz hale gelmesi veya durması daha olasıdır. Aslında çoğu motor, çok düşük hızda, yüksek hızdaki nominal torkundan daha düşük bir başlangıç torku sergiler. Her zaman motorun başlangıç torku özelliklerini kontrol edin ve neredeyse durma noktasında tam nominal tork beklemeyin; Bir tork güvenlik marjı sağlamak için gerekiyorsa motoru büyük boyutlandırın.
Akış beslemesinin sürekli ve istikrarlı olduğundan emin olun – Düşük hızda, akıştaki herhangi bir dalgalanma doğrudan dönüş hızında bir dalgalanmaya dönüşecektir. Akıştaki her küçük darbe veya düşüş, motorun hareketinde bir titreme veya sarsılma olarak kendini gösterecektir. Sabit düşük hızda dönüş elde etmek için hidrolik pompa ve valfler mümkün olan en yumuşak akışı sağlamalıdır. Bu, yüksek kaliteli oransal veya servo valflerin, titreşimi azaltmak için akümülatörlerin kullanılmasını ve akış dalgalanması kaynaklarından kaçınmayı içerebilir. Esasen, düşük hızlı bir motor, yalnızca onu besleyen yağın stabilitesi kadar iyidir. Sistem akışında dalgalanma veya kayma olursa, motor bu bozuklukları eşit olmayan çıkış olarak yansıtacaktır.
Yağ sıcaklığını ve viskozitesini kontrol edin – Yağ sıcaklığı yönetimi düşük hızlarda çok daha kritiktir. Yağ ısınınca viskozitesi düşer. İnce (düşük viskoziteli) yağ, iç boşluklardan daha kolay sızacak, iç sızıntıyı artıracak ve motorun etkin çıkış torkunu azaltacaktır. Bu, akışın büyük bir kısmının şaftı hareket ettirmek yerine dahili olarak 'kayması' nedeniyle motorun yavaş dönüşünü sürdürmesini daha da zorlaştırır. Bununla mücadele etmek için, hidrolik yağını optimum sıcaklık aralığında tutun (soğutucular veya uygun rezervuar boyutu aracılığıyla), böylece viskozite, boşlukları kapatmak için yeterli kalır. Daha soğuk ve daha viskoz bir sıvı, sızıntıyı azaltarak ve yağlama için daha iyi bir yağ filmi sağlayarak düşük hız performansını artıracak ve böylece sürtünmeyi de azaltacaktır.
Yüksüz ve yüksüz arasındaki farkı tanıyın – Bir motorun çok az yükle veya hiç yük olmadan son derece düşük hızda dönmesi nispeten kolaydır (çünkü yalnızca iç sürtünmenin üstesinden gelinmesi gerekir). Aslında birçok hidrolik motor, hızda sürünerek hareket ettirilebilir . 1 RPM'de veya hatta daha yavaş bir açık bir çıkış miliyle Ancak aynı işlemi yük altında yapmak katlanarak daha zordur. Motora gerçek bir yük torku uyguladığınız anda, ultra düşük hız performansı büyük ölçüde düşebilir; yüksüz olarak 1 rpm'de sorunsuz bir şekilde dönen şey, orta düzeyde bir yükte bile durabilir veya sarsılabilir. Bu nedenle, her zaman düşük hız kapasitesini değerlendirin beklenen yük koşulları altında . Bir motorun minimum kararlı hızı genellikle belirli bir yük veya basınçta belirtilir; yüksüz olarak çalışmak, çalışma senaryosunda motorun düşük hız stabilitesini gerçek anlamda test etmez. Yüksüz bir test sizi yanıltmasın; motorunuzun (ve hidrolik devrenizin) gerçek çalışma yükü altında düşük hızda çalışmayı kaldırabileceğinden emin olun.
Sonuç: Düşük Hız Sadece Bir Sayı Değil, Sistemik Bir Zorluktur
Birçok kişi, hidrolik motorla düşük hızlara ulaşmanın yalnızca 'akışın biraz daha kısılması' meselesi olduğunu varsayar. Gerçekte, gerçek düşük hız performansı, faktörlerin birleşiminin sonucudur : motor yapısal tasarımı, akışkan dinamiği, sürtünme özellikleri, sızdırmazlık hassasiyeti ve kontrol sisteminin kararlılığı, bir motorun kararlı, kontrollü bir şekilde yavaş çalışıp çalışmayacağını belirlemek için birlikte hareket eder.
Bu nedenle yalnızca birkaç tür hidrolik motor – özellikle Orbital motorlar , radyal pistonlu motorlar ve iç eğri (çelik bilyalı/makaralı) motorlar, çok düşük dönme hızlarında gerçekten düzgün çalışma sağlamak için doğal tasarım özelliklerine sahiptir. Bunların her biri dikkate alınması gereken ödünleşimleri (boyut, maliyet veya karmaşıklık gibi) beraberinde getirir. Düşük hızda görev için bir motor seçerken, istenen devir sayısının ötesine bakılmalı ve tüm sistem dikkate alınmalıdır: pompa, valfler, sıvı kalitesi, sıcaklık kontrolü ve yük koşullarının tümü başarının ayrılmaz bir parçasıdır.
Günün sonunda, bir 'düşük hızlı motorun' özü, yalnızca yavaş dönebilmesi değil, aynı zamanda düşük hızda sürekli, stabil sürdürüp sürdürememesidir **. ve sarsıntısız dönüşü Bunu akılda tutmak, hem doğru motorun seçilmesine hem de hidrolik sistemin ultra düşük hızda çalışmanın zorluğunu karşılayacak şekilde yapılandırılmasına yardımcı olacaktır. Dikkatli tasarım ve doğru bileşenlerle, hidrolik motorlar gerçekten de şaşırtıcı derecede düşük hızlarda ilerleyebilir ve aynı zamanda teknolojilerinin vaat ettiği yüksek torku sağlayabilirler.
