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Eaton ® N º 03-206

Bomba de pistones Servicio del Medio Noviembre 1992

Detección de Cargas

Principios de Fundamento

Página

La Fundación .......................................... 3

Que es deteccion de Carga? .......................... 4

¿Cómo funciona la carga de detección ..................... 5

Ventajas de la detección de carga ............... 14

Desarrollo y Prueba ..................... 25

Comparación de los sistemas ....................... 26

Aplicaciones ........................................... 27

Futuro de los Sistemas de detección de carga ......... 27

En algunos jóvenes ingenieros fines de 1960, es

ponderó las ventajas y

desventajas de los sistemas hidráulicos.

El sistema hidráulico de centro abierto,

utilizando una bomba de desplazamiento artes fijos,

proporciona un caudal fijo de aceite. Sistema

la presión está determinada por la resistencia

fluya en el sistema hidráulico. Un alto

válvula de alivio de presión es necesario

control de la presión máxima del sistema;

cuando el sistema alcanza el máximo

presión, caudal de la bomba completa se pasa por alto

a través de la válvula de alivio, el consumo de

caballos de fuerza excesiva y la generación de

calor excesivo en el sistema.

El sistema de centro cerrado, por el otro

lado, ofrece la ventaja de la variable

flujo de cero al flujo completo y elimina

la necesidad para el alivio del sistema

de la válvula. La presión máxima es controlada

por el compensador de la bomba que

destrokes la bomba y corta las

de flujo para el sistema cuando el sistema hidráulico

sistema fuera debido a una sobrecarga de puestos

condición. La bomba de espera en

alta presión, manteniendo la máxima

presión, hasta que la carga es

superar o es el sistema hidráulico

vuelve a colocar en su condición de espera.

La desventaja de este centro cerrado

sistema es que la bomba se esfuerza por

mantener la alta presión máxima

en todas las condiciones. Hay sistema de

condiciones en las que las altas tasas de flujo son

la presión deseada, pero bajo solo trabajo

es necesario. El sistema de centro cerrado

lleva a caídas de presión en estos

condiciones y genera excesiva

el calor durante este derroche de energía

proceso.

Los ingenieros de pensamiento debe haber un

mejor forma de combinar las ventajas

de ambos sistemas. El ideal

sistema de este tipo sólo el flujo

necesario, a la presión necesaria, para

operar el sistema hidráulico. Variable

presión y de caudal variable son deseables,

sin embargo, ni el centro abierto o

de centro cerrado con ofrecer estos

características. La solución requiere la

desarrollo de una nueva bomba que podría

entrega de caudal variable y variable

presión según lo dictado por la hidráulica

del sistema. Obviamente, un émbolo de caudal variable

la bomba era una bomba ideal básicos para empezar a

con, pero, ¿cómo hacer que responda

a las dos variables?

Uno de los ingenieros en este proyecto

desarrollado un compensador de la nueva bomba

que detecta la presión y el flujo de

requisitos del sistema y ha causado

la bomba de pistón para reaccionar adecuadamente a

ambas variables. El sensor de carga de la bomba

había nacido! Técnicamente, se denomina

La presión de flujo variable compensada

Volumen de la bomba de pistón.

¿Qué es el sensor de carga?

Muy simplemente, es un sistema hidráulico

sistema que detecta y proporciona solamente

la presión y el caudal requerido por la

sistema hidráulico.

Los componentes necesarios para llevar a cabo

las características de la carga

El sistema de detección son: un volumen variable

bomba de pistón, que tiene un compensador

que permita que la bomba de reserva en

baja presión (200 PSI) cuando el

sistema no está activado. Será

sentido de las necesidades de flujo de la

sistema cuando se acciona y se

proporcionar un caudal variable, el flujo

las demandas del sistema hidráulico se

variados. La bomba también tiene sentido y

responder a la presión variable

requisitos del sistema hidráulico.

La mayoría de los sistemas hidráulicos no funcionan

a presión constante. La hidráulica

presión variará según la carga en el

cambios del sistema hidráulico.

Una válvula de control, con sensor especial

pasajes y los cheques, también se requiere

para obtener el beneficio completo de la carga

El sistema de detección. Cuando el sistema hidráulico

sistema no está siendo operado, y se encuentra en

el modo de espera, la válvula de control

debe cortar la señal de la presión de

el cilindro de accionamiento (o motor) a la

de la bomba. Esto hace que la bomba

automáticamente en el de baja presión

espera que el sistema no está siendo

operado. Cuando la válvula de control es

accionada, la válvula de control se recogen

el requisito de la presión de la

accionamiento del cilindro (o motor) y enviar

que la señal de presión a la bomba

cuando la bomba comienza a responder a

la presión del sistema. El flujo de

requisito del sistema es dictada

por el movimiento de la bobina. La

requisitos del sistema de flujo se envía de vuelta

a la bomba, a través de la línea de señal,

de la válvula de control. Esta combinación

de una bomba con sensor de carga y de carga

detección de la válvula de control permite que el total de

sistema para proporcionar sólo el flujo y la

presión requerida por la detección de carga

sistema de Código de color

Volver / Consumo - Todo el aceite en el circuito no está bajo alta presión. Este aceite

puede ser la presión del aceite libre de aceite de la bomba o el retorno al depósito.

El petróleo atrapado - Todo el aceite en el circuito no conectado a una bomba de flujo o

retorno. Este aceite puede ser la presión estática de alta o baja.

En espera de baja presión - Cualquier aceite a presión a la baja presión

la presión de espera.

Presión de trabajo - Todo el aceite en el circuito conectado a una bomba de flujo

bajo la presión de trabajo.

En espera de Alta Presión - El petróleo en el sistema de presión a la

ajuste máximo de alta presión del compensador de Abajo espera de baja presión -. petróleo en los momentos de la línea de flujo de la bomba después de la puesta en marcha.

¿Cómo funciona la carga de detección

El Eaton presión-flujo y sistema hidráulico

tiene una amplia aplicación en la industria de fluidos, y ha

varias ventajas en comparación con otros tipos de

sistemas.

Esto se logra mejor mediante el uso de un sistema simplificado de manera que la teoría y principios básicos de la operación se puede

claramente. Esta es una de pistones axiales, bomba de caudal variable, su camplate y el pistón camplate control.

Como su nombre indica, el sistema tiene la capacidad de controlar la presión del sistema, el flujo y la carga, y ajustar en consecuencia su rendimiento para una máxima eficiencia. Pero, antes de discutir su aplicación y las ventajas, es importante saber lo que

componentes forman el sistema y su funcionamiento.

Este es el compensador que controla el sistema y controla el funcionamiento de la bomba.

Contiene una alta presión de compensador de cola que va en contra de un resorte de 3000 PSI, y un carrete compensador de presión-flujo que va en contra de un resorte de 200 PSI. El compensador se monta directamente sobre la bomba.

Los últimos dos componentes principales son la válvula de control direccional y el cilindro. Hemos mostrado solamente una válvula de control direccional y un cilindro para mantener el ejemplo sencillo.

En realidad, no puede haber varias válvulas y cilindros en un sistema.

Tenga en cuenta que la válvula de control direccional es el centro cerrado, cerrado tipo de puerto. Esto significa que cuando el carrete de la válvula se centra, flujo de la bomba está bloqueado en la entrada de la válvula y los dos puertos que conducen al cilindro se bloquean también

La válvula tiene un control de ascensor, que permanece cerrada hasta que la presión en el pasaje de descarga de la bomba es igual a la presión

en el cilindro. Si no fuera por la comprobación de ascensor, un cilindro cargado que tienden a asentarse cuando el pistón de mando se trasladó inicialmente.

La válvula también tiene un control de sensor. Cuando el sistema tiene más de un carrete, hay un control del sensor para cada carrete.

La verificación permite el compensador para que se ajuste al circuito que se pide la máxima presión.

Supongamos que el sistema ha sido sentados sin hacer nada y está a punto de comenzar. Porque no hay presión en el sistema, el

200 PSI primavera ha obligado a la presión-flujo compensador de cola de todo el camino a la izquierda. Esto proporciona un pasaje directo para que el petróleo fluya desde el pistón de control camplate al tanque. Este

camino de drenaje se muestra en azul.

Porque no hay presión de aceite actúa contra el pistón de control, las fuerzas de la camplate para mover a su ángulo máximo.

En esta posición, la bomba está lista para producir un flujo máximo.

Cuando el motor o el motor se arranca, el flujo de la bomba entra en la válvula de control direccional, sino porque es un tipo de centro cerrado, el flujo es bloqueado.

Caudal de la bomba también entra en el compensador de la bomba. Actúa contra el extremo izquierdo de la corredera de presión-flujo compensador y

contra el extremo izquierdo de la alta presión del compensador de cola.

Recuerde que todo esto ocurre en una fracción de segundo.

Cuando la presión que actúa contra el pistón compensador de presión-flujo llega a 200 PSI, se mueve la cola hacia la derecha

contra la tensión del muelle. Medida que se mueve a la derecha que descubre un pasaje para que la presión, que se ha creado en el

cavidad de la bomba de descarga, se canaliza al pistón de control camplate. El pistón se mueve en contra de su resorte y hace que el camplate en la bomba de golpe de nuevo a un ángulo de desplazamiento cercano a cero. Esta posición se llama en espera de baja presión. La presión de flujo compensador de cola de impresión modular y vuelta

adelante para controlar la presión que actúa sobre el pistón de control camplate y en última instancia, el flujo que la bomba va a producir. En espera de baja presión, la bomba se produce sólo el flujo suficiente para compensar las fugas internas en el sistema.

Tenga en cuenta que la cámara del resorte a la derecha de la cola de pressureflow compensador es drenado de aceite. Este aceite fluye desde la cámara del resorte de la válvula de control direccional.

En caso de que sangra por un pequeño orificio en la cavidad del tanque.

Ahora, vamos a ver lo que ocurre cuando la válvula de control direccional

carrete se mueve hacia la izquierda. Lo primero a destacar es que la presión contenida en el cilindro se canaliza por el carrete de la válvula, en torno a la comprobación del sensor, la cámara del resorte a la derecha de la cola de presión-flujo compensador. Esta presión se combina con la fuerza de la primavera de 200 PSI para mover el

presión-flujo compensador de cola a la izquierda y los desagües parte de la presión del pistón de control camplate al tanque. El resorte fuerza el pistón de control para mover el camplate camplate a un mayor ángulo y la bomba comienza a producir

un mayor flujo.

Debido a que el carrete de la válvula de control direccional se trasladó, el flujo de la bomba de ahora puede pasar todo el control de elevación, más allá de la cola, y en la base del cilindro. El orificio en la válvula de control direccional es tan pequeño que no hay pérdida de una importante presión en la línea que lleva al extremo derecho del compensador de cola de presión-flujo.

Mediante la instalación de algunos indicadores, podemos ver cómo la caída de presión en las tierras de la dirección de control de la válvula de carrete se puede utilizar para controlar el flujo de la bomba. Medidores "A" y "B" tienen la misma presión y medidores de "C" y "D" tienen la misma

de presión. Tenga en cuenta que hay exactamente 200 PSI diferencia en las lecturas de los dos conjuntos de indicadores. La caída de presión en las tierras de la cola junto con la presión de flujo

compensador de cola y 200 PSI primavera flujo de la bomba de control.

Tenga en cuenta que 800 PSI en el extremo izquierdo de la bobina se opone a 600 PSI de presión de aceite y 200 PSI de presión de muelle. 600

y 200 es de 800

PSI.

En este diagrama, el carrete de la válvula de control direccional se ha avanzado más en la misma dirección. Porque se ha movido más lejos, el paso alrededor de la bobina es mayor, lo que

significa que crea menos resistencia al flujo del petróleo. Esta disminución de la resistencia se hace sentir por la cola de presión-flujo compensador. La presión de flujo compensador de cola se mueve a la fuga de más petróleo del pistón de control camplate que permite que el

bomba a un accidente cerebrovascular en un ángulo mayor desplazamiento. La bomba produce un mayor flujo.

Si instalamos los cuatro indicadores más vemos que, a pesar de la resistencia creada por el paso de bobina es menor y la bomba se produce el flujo de movimiento, todavía hay exactamente 200 PSI diferencia de presión entre los dos conjuntos de indicadores. La

presión-flujo compensador de cola siempre se esforzará por mantener esta diferencia PSI 200, mientras que el carrete de la válvula de control direccional se desplaza al aceite directo a un actuador.

Esto crea un sistema hidráulico muy eficiente ya que la bomba va a dar sólo el aceite que se necesita en 200 PSI por encima de la presión del sistema actual de

trabajo.

La bomba se ajustará automáticamente a las diferentes demandas de presión y de caudal del sistema.

Finalmente, el pistón en el cilindro llega al final de su recorrido. Cuando lo hace, el flujo más allá de la tierra del control direccional de corredera se detiene. Presión se iguala en ambos lados de la bobina de control direccional y la presión también se iguala en ambos extremos de la cola de presión-flujo compensador. El PSI 200

primavera las fuerzas de la presión de flujo compensador de cola de todo el camino a la izquierda. Cuando la presión alcanza 3.000 PSI, la alta presión de compensador de carrete se mueve hacia la derecha y dirige oilto el pistón de control camplate. El pistón se mueve hacia el camplate a cerca de cero el ángulo y la bomba deja de producir el flujo. Esto se conoce como el modo de espera la presión alta.

La bomba de Eaton se mantendrá en espera hasta que la presión alta (1)

La carga es superar o (2) El carrete de la válvula vuelve a neutral.

Se producen sólo el flujo suficiente para compensar las fugas internas.

Aquí el carrete de la válvula de control direccional se ha vuelto a neutral. La presión que se dirige hacia el extremo derecho de la corredera de presión-flujo compensador está drenado a través del orificio en la válvula de control. La bomba tiempos de vuelta a cerca de cero el desplazamiento y prácticamente no hay flujo

se produce. Los 200 PSI que actúan sobre el extremo izquierdo de la cola de presión-flujo compensador se verá compensado por el resorte de 200 PSI que actúan sobre el extremo derecho de la bobina. El carrete se modulan de ida y vuelta para mantener 200 PSI en el circuito de descarga de la bomba.

Ventajas de la detección de carga

Ahora que usted entiende el funcionamiento del sistema de carga de Eaton pressureflow de detección, vamos a hablar de sus ventajas en comparación con una central convencional, abierto, desplazamiento fijo

del sistema.

El sistema de Eaton utiliza caballos de fuerza de manera más eficiente que otros sistemas. Un uso más eficiente de la potencia significa una mejor economía de combustible y genera menos calor en el sistema.

¿Por qué se utilizan caballos de fuerza de manera más eficiente?

Un uso común de ingeniería estados fórmula, la potencia requerida para accionar una bomba hidráulica es igual a la presión del sistema (ISP), el flujo de tiempos del sistema (GPM), dividido por una constante de 1714. La fórmula es correcta pero no toma en cuenta

pérdidas mecánicas debido a la fricción.

Vamos a ver cómo funciona la fórmula. Considere un sistema típico que se produce un flujo de 20 GPM a una presión de 2000 PSI.

2000 veces PSI GPM 20, dividido por la constante de 1714 nos dice que el 23,3 caballos de fuerza es necesaria para accionar la bomba en las condiciones indicadas. Si nos fijamos en la fórmula con cuidado, puede

ver que si bien los cambios de presión o caudal, la potencia necesaria para accionar la bomba también cambia.

Aquí es un típico centro de sistema abierto, de la potencia hidráulica fija. La bomba puede producir 20 GPM. Supongamos que el operador quiere hidrocarburómetro al cilindro que requiere 2000 PSI para mover la carga. Si tan sólo 5 de los 20 GPM se requiere para mover el cilindro a la velocidad deseada, el satélite GPM 15 se volvió a

tanque. Sin embargo, el pleno del 20 GPM está presurizada a 2.000 PSI.

La fórmula nos dice que sólo el 5,8 caballos de fuerza se utiliza para mover la carga.

17.5 caballos de fuerza se pierde en la devolución de aceite en el tanque.

Otra ecuación de ingeniería dice que un minuto caballos de fuerza es igual a 42,4 BTU de calor por minuto. Caballos de fuerza cada minuto que no se convierte en trabajo mecánico se convierte en calor.

Eso significa que, en este sistema, 17,5 veces caballos de fuerza 42.4 BTU o 742 BTU de calor por minuto debe ser absorbida por el sistema hidráulico y, finalmente, se disipa a través de un aceite más fresco.

En el sistema de Eaton, 5 GPM se mide en el cilindro y el auto de la bomba se ajusta a la bomba sólo requiere 5 GPM a 2000

PSI más el PSI 200 para activar el compensador.

Sólo el 5 GPM está presurizada a 2.200 PSI por lo que sólo 6.4 caballos de fuerza se requiere para hacer el trabajo.

Esto representa un ahorro de 16.9 caballos de fuerza o 716 BTU de calor por minuto o 42.960 horas por BTU.

Aquí está el sistema convencional de nuevo, pero esta vez se muestra en la posición de alivio. El pistón en el cilindro ha llegado al final de su recorrido y todo el flujo de la bomba pasa a través de la válvula de alivio del sistema que se ha fijado en 3000 PSI.

3000 veces PSI 20 GPM dividido por 1714 muestra que 35 caballos de fuerza se pierde en el by-pass de aceite a través de la válvula de alivio del sistema.

Caballos de fuerza 35 veces por minuto 42,4 BTU equivale a 1,484 BTU de calor que se genera innecesariamente cada minuto o 89.040 horas por BTU.

En el sistema de Eaton, cuando el pistón en el cilindro llega al final de su recorrido, la bomba entra en modo de espera de alta presión. El camplate bomba mueve a la posición neutral y no hay flujo se produce.

Como no hay un máximo de sólo el 2,7 por fuga de internos GPM a 3000 PSI, sólo el 4,7 caballos de fuerza se pierde. 4,7 veces 42,4 minutos por BTU equivale a sólo 199 BTU de calor que se genera innecesariamente cada minuto o sólo 11.940 BTU

por hora. Esto se compara con 89.040 BTU en el sistema de centro abierto.

Además de utilizar caballos de fuerza de manera más eficiente, el Eaton presión-flujo y la carga del sistema de detección permite controlar el operador mejor.

He aquí por qué. Supongamos que en este sistema convencional de producción de la bomba es 20 GPM y el carrete de la válvula se mueve a dirigir parte del flujo de la bomba al cilindro, y parte hacia el tanque. El flujo de petróleo más allá de la cola de control hace que una cierta presión

caída. Que la caída de presión se puede sentir por el operador en el esfuerzo necesario para mover el carrete de la válvula palanca de control.

Si el carrete se mueve para dirigir más o menos aceite en el cilindro, la caída de presión en el carrete de la válvula va a cambiar y el esfuerzo de la palanca de control será diferente. El operador debe acostumbrarse a la siempre cambiante "sensación" de la palanca.

En el sistema de Eaton no hace ninguna diferencia en qué medida el control de la válvula de carrete se mueve. El compensador siempre ajustar el flujo de la bomba de modo que no es exactamente una caída de presión de 200 PSI a través de la bobina.

Es mucho más fácil para el operador para controlar las operaciones del sistema, ya que la palanca tiene siempre la misma "sensación".

Otra ventaja del sistema de Eaton es que una bomba se ajusta a los requisitos de presión y el flujo de varios circuitos.

En el centro de sistema abierto, desplazamiento fijo, una bomba independiente es necesaria para cada circuito que requiere un flujo diferente o un divisor de flujo debe ser utilizado.

En el sistema de la bomba de Eaton se ajusta a los requisitos de flujo de cada circuito

El sistema de Eaton también tiene la capacidad de utilizar una bomba de cilindro de accionamiento múltiple. Todos los cilindros se mueven a la misma velocidad, independientemente de la carga, con el uso de compensación de caudal en cada circuito.

En el sistema convencional, el actuador con la menor carga se mueve primero, luego el otro.

Al comprender los principios de funcionamiento de la Eaton presión-flujo y la carga del sistema de detección, es fácil ver que es lo mejor en el mercado porque, sino que utiliza caballos de fuerza de manera eficiente,

que proporciona un mejor control,

y permite el uso de una bomba para el funcionamiento del circuito múltiples donde los flujos y las presiones se requieren diferentes.

Desarrollo y Prueba

Muchas horas fueron dedicadas a la

desarrollo y prueba del proceso

sensible a la carga de la bomba.

El grupo de rotación y camplate había

ya se han desarrollado y probado por un

línea de bombas de propulsión por lo que fueron

utiliza como banco de pruebas para la carga

detección de la bomba. ¿Qué había que hacer

era perfeccionar el compensador y el

camplate pistón de control.

Muchos millones de ciclos de prueba se llevaron a cabo

en las bombas de prueba. Bancos de prueba corrió

durante todo el día, las pruebas y volver a probar.

El principal obstáculo a superar en

el desarrollo de la detección de carga

la bomba era la estabilidad en relación camplate

a tiempos de respuesta y recuperación. Si el

la respuesta fue demasiado rápido, la bomba se

inestables, si la respuesta era muy lento,

los picos de alta presión o la presión

rebasamiento se observaron en el sistema. Lo

tomó muchas horas de pruebas para obtener sólo

la combinación perfecta para dar el derecho de

respuesta y una respuesta estable

de la bomba.

Después de las características de funcionamiento correcto

fueron diseñados en la bomba, y luego

era necesario para iniciar la tarea de largo

de las pruebas de resistencia de la bomba y

compensador. El ciclo de la resistencia

consistió en hacer funcionar la bomba a la corriente nominal

velocidad, el desplazamiento total y el 75%

la presión de 1 / 2 segundo. La bomba

Fue entonces deadheaded a cero el flujo (cero

desplazamiento) a la presión máxima de 1 / 2

segundos. Este ciclo se alterna

continuó durante 500.000 ciclos de entonces el

Las bombas fueron revisados para la operación

eficiencia. Las bombas fueron destruidas después

hacia abajo y para detectar signos de

deterioro. Toma 138,9 horas de

completar cada ciclo de pruebas de 500.000.

Estas pruebas se continuó hasta nuestros

ingenieros sentido el diseño de la bomba

era sólido.

La siguiente fase del programa de pruebas

fue el "ciclo de la destrucción" de prueba.

Las bombas fueron de nuevo un ciclo y ejecutar

hasta que hubo una pérdida del 10% de flujo o un

una falla mecánica. Esto ayudó a

determinar la durabilidad a largo plazo de

el diseño de la bomba. En este punto, hay

fueron también las bombas en la prueba de los clientes

laboratorios se ejecutan en los perímetros de las pruebas.

El resultado final de todas estas pruebas se

que cuando el sensor de carga de la bomba se

liberado para la producción. Se trata de una muy

diseño sólido, durable, listo para

aplicación en una variedad de máquinas.

Comparación de los sistemas

Después de la detección de carga de la bomba se ha desarrollado bien, ha llegado el momento de instalarlo en una aplicación real de la máquina. La retroexcavadora fue seleccionado debido a que utiliza un sistema muy difícil de accionamiento hidráulico con un montón de variables.

Eaton compró y arrendó varios diferentes tipos de retroexcavadoras con el fin de obtener una evaluación completa de la prueba de comparación.

La retroexcavadora se compró una alta presión compensada, cerró retroexcavadora centro tipo. La conversión consiste en la instalación de un sensor de carga de la bomba de pistón, un sensor de carga de la válvula de control y la eliminación del intercambiador de calor. Las líneas de presión y de los cilindros fueron sustituidos también con las líneas siguiente tamaño más grande para reducir la pérdida de la línea.

El retroexcavadoras alquiladas se utilizan como valores de fábrica. Uno de ellos era una alta presión, de tipo cerrado el centro, el otro tenía un sistema de centro abierto.

Hay básicamente dos maneras de medir la eficiencia de un sistema de retroexcavadora. Una de ellas es mediante la comparación de consumo de combustible mientras se hace el trabajo productivo y el otro es para medir la cantidad de calor generado durante las pruebas.

Los siguientes gráficos muestran los resultados de estas pruebas

Prueba de consumo de combustible de 1-1/2 horas

Cerrado System Center 5143 ml por 1 / 2 hora = 2,70 galones por hora

Sistema de abrir el Centro de 4508 ml por 1 / 2 hora = 2,38 galones por hora

La carga del sistema de detección de 3.380 ml por 1 / 2 hora = 1,78 galones por hora

Consumo de combustible por Yardage Movido

Máquina N º 1

Máquina de centro cerrado con 1100 horas

2 horas de ejecución

Medio de combustible consumido por hora 1,64 gal.

Promedio cúbicos. yarda tierra movido por hora 31.75 cu. yds.

Combustible galones consumidos por metro cúbico. yarda 0,05165 gal.

The pump can produce 20 GPM.