Venttiilitekniikka sähköhydraulisten kuormanpitotoimintojen yhteydessä

O+P Fluidtechnik 06/2021
Alkuperäisteksti: Peter Bruck, Alexander Streit ja Dr. Nora Nägele, Hydac. Kuvat: Hydac

Kuorman laskeminen tarkasti, erityisesti pyöräkuormaajissa ja traktoreissa, ei ole helppo tehtävä. Kuormanlaskuventtiilejä käytettäessä energiatehokkuutta ja vakautta on vaikea yhdistää toisiinsa. Sähköhydrauliset kuormanpitotoiminnot voivat olla tällöin eduksi.

Kun kyseessä on kuorman tarkka alaslasku nykyisten ratkaisujen avulla täytyy valmistajan valita karkaavien kuormien hallintaan kuormanlaskuventtiileillä energiatehokkuuden ja stabiiliuden välillä:
Energiatehokkuus vaatii korkean painesuhteen (φ), kun taas vakaa kuorman lasku kokemuksen mukaisesti pienemmän painesuhteen. Kuormanlaskuventtiilit pienellä painesuhteella (parempi vakaus) vaativat kuormaa alas laskettaessa kuitenkin korkean pumpunpuolisen syöttöpaineen, joka vaatii paljon energiaa. Tämä aiheuttaa öljyn lämpenemistä mikä lisää jäähdytystarvetta.

Venttiilit suurella painesuhteella ovat tosin energiatehokkaampia, mutta aiheuttavat sitä vastoin erityisesti helposti heilahtelevien kuormien kohdalla epävakautta kuorman laskemiseen reaktiivisen käyttäytymisen vuoksi.
Tämän seurauksena koneiden valmistajat joutuvat ristiriitaiseen tilanteeseen, koska heidän on tehtävä kompromissi energiatehokkuuden ja vakauden välillä.

Energiatehokkuus aina yhä tärkeämpää

Energiantehokkuuden näkökanta työntyy yhä enemmän etualalle sähköistymisen kasvavan suosion myötä myös mobiletyökoneiden kohdalla. Tämä on erityisesti tällä hetkellä tarkkailun keskipisteenä, koska sillä on suora yhteys sähköistettyjen koneiden akkujen suunnitteluun. Tämä tarkoittaa puolestaan oleellista kustannustekijää koneiden valmistajille.
Koneiden valmistajat joutuvat siis tilanteeseen, jossa heidän on tehtävä kompromissi energiatehokkuuden ja kuormanpidon vakauden välillä. Tällä hetkellä konevalmistajat keskittyvät yhä enemmän sähköhydrauliseen kuormanpitoon.

Sähköhydrauliset kuormanpito- ja laskutoiminnot

Sähköhydraulistenkin järjestelmien kanssa perinteinen kuormanlaskun perustoiminto, jossa toimilaitteen nopeutta säädetään tulovirtauksella, pysyy samana. Kuitenkin tämä tarjoaa mahdollisuuden säätää syöttöpaine ohjelmiston avulla aina  tilanteeseen sopivalle minimipainetasolle. Lopputuloksena vältytään kavitaatiolta ja näin koko laskuliikkeen täysi hallinta säilyy.
Säätöpiirin hydraulinen osa (kuva 01: Vertailu perinteinen hydraulinen kuormanpito vastaan sähköhydraulinen kuormanpito) toteutetaan korvaamalla perinteinen kuormanlaskuventtiili (1) esiohjatulla, proportionaalisella, istukkatyyppisellä virtauksensäätöventtiilillä (PWS) (2) ja järjestelmän tiloja tarkkaillaan esimerkiksi (paine)anturien (3) – (4) avulla.

01 Vertailu perinteinen kuormanpito vastaan sähköhydraulinen kuormanpito

Alentunut syöttöpaine

Kuvassa 02 on esitetty sähköhydraulisen kuormanpitotoiminnon energian säästöpotentiaali verrattuna perinteisiin ratkaisuihin. Jos pienempien karkaavien kuormien yhteydessä tarvitaan suuria tilavuusvirtoja, perinteisissä järjestelmissä  häviöteho on suurin, koska vaadittava ohjauspaine on tällöin korkeimmillaan. Sitä vastoin sähköhydraulisen kuormanpidon yhteydessä voidaan häviötehoa pitää matalammalla tasolla, kun syöttöpaine jää mahdollisimman matalaksi. Tämä tosiasia tarjoaa tapauksissa, joiden kuormitustilat vaihtelevat huomattavasti, suurimmat energiansäästömahdollisuudet, koska energiantarve ei ole enää riippuvainen perinteisen kuormanlaskuventtiilin säätöpaineesta. Jotta tällaisia järjestelmiä voitaisiin toteuttaa tehokkaasti, tarvitaan PWS- venttiileitä, jotka toimivat ilman kompensaatiota (esim.  painevaakojen avulla). Gravity-Lowering-sovelluksissa nämä venttiilit ovat osoittaneet toimintakykynsä sekä painevaa’an kanssa että ilman sitä.

02 Syöttöpaine kuorman paineesta riippuen

Perusta tarkkuudelle ja dynamiikalle

Hydac PWS -valikoiman ansiosta tällaiset järjestelmät on helppo toteuttaa ja konfliktia energiatehokkuuden ja vakauden välillä voidaan lieventää. Venttiilit tarjoavat niiden myös korkeissa eropaineissa tarkan ohjattavuuden ansiosta ihanteelliset edellytykset tällaisten säätöjärjestelmien toteuttamiselle.

Hydacin oma solenoidijärjestelmä muodostaa tällöin perustan tarkkuudelle  ja dynamiikalle. Tehokas hieno-ohjaus -geometria  ja näin siis tarkkuus on mahdollista suuren solenoidin ankkurin työliikkeen ansiosta. Korkea magneettivoima, joka puolestaan mahdollistaa sellaisten venttiilien suunnittelun, joiden esiohjauspoikkileikkaukset ovat suuria, johtaa lisäksi korkeadynaamisiin venttiileihin.  Tästä  syystä Hydac -venttiilit reagoivat erittäin nopeasti ohjaussignaaliin ja saavat aikaan vakaan kuormanpitotoiminnon.

Hydac-tuotevalikoima käsittää paljon eri nimelliskokojen venttiilejä monenlaisilla ominaiskäyrillä ja sopii sen vuoksi ihanteellisesti erilaisiin sovelluksiin. Käyttämällä Hydac PWS -venttiileitä kuormanpidon sähköhydraulisissa  säätöpiireissä, myös kriittisiä sovelluksia voidaan toteuttaa energiatehokkaasti.

03 Erityisen solenoidijärjestelmän ansiosta venttiilit reagoivat erittäin nopeasti ohjaussignaaleihin ja saavat aikaan vakaan kuormanpitotoiminnon

 


 

Julkaistu O+P Fluidtechnik  2021/06
Käännös: Juuso Puhakka, Product Engineer Hydac Oy