Ba ưu tiên chính để thiết kế thủy lực nông nghiệp thành công (P1)

Hệ thống thiết kế thủy lực nông nghiệp phải tiết kiệm năng lượng, dễ vận hành và bảo trì, và tất nhiên là đáng tin cậy. 

Các nhà thiết kế hệ thống thủy lực cho máy nông nghiệp phải đối mặt với một số thách thức khó khăn. Điều này đặc biệt đúng đối với máy kéo cần mã lực cao, không chỉ có chức năng lái và phanh, mà ở đó rất nhiều dụng cụ thủy lực sẽ được kết nối và kéo đi. 

Máy gặt tự động hiện nay đạt kích cỡ của nhiều máy kéo với động cơ lớn hơn 500 hp. Một số máy gặt ngô thức ăn gia súc có động cơ với hơn 1.000 hp. Đối với một số máy này, lý do duy nhất để khởi động động cơ là cấp nguồn cho máy bơm thủy lực. 

Thách thức chung trên toàn bộ phổ của máy móc nông nghiệp là tạo ra một hệ thống thủy lực tiết kiệm năng lượng, dễ vận hành và bảo trì, và tất nhiên là đáng tin cậy. Tự động hóa một phần là một điều cần thiết tối thiểu tuyệt đối cho các máy quy mô lớn, nơi sự chú ý của người vận hành có thể được thu hút theo nhiều hướng.

Đầu tiên: hiệu quả năng lượng

Giả sử rằng các yêu cầu và chuyển vị mô-men xoắn động cơ thủy lực đã được tính toán và các xi-lanh đã được kích thước để tạo ra lực nâng cần thiết (trong phạm vi áp suất thủy lực bình thường), việc lựa chọn kích thước và kiểu bơm sẽ là quyết định chính tiếp theo. Đối với một trang trại quy mô nhỏ, một loại máy tiện ích có thể kết hợp một bơm bánh răng cố định với một ngân hàng van trung tâm mở vì đơn giản và chi phí thấp.

Mặc dù máy bơm có thể không được nạp áp suất với dòng chảy ngược vào bể khi không sử dụng chức năng thủy lực, mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn mức cần thiết vẫn xảy ra do tốc độ dòng chảy đầy đủ.

Khi chỉ cần một phần của tổng lưu lượng có sẵn từ máy bơm cho một xi lanh, thì đã cố tình mở rộng ở tốc độ chậm bằng cách sử dụng hợp lý của đòn bẩy van. Lưu lượng vượt quá được buộc qua van giảm áp lò xo. Ống van được dịch chuyển một phần sẽ đóng đường dẫn của máy bơm vào bể chứa và đặt một van mở một phần trong đường dẫn là một hạn chế chính và tải áp suất.

Máy bơm buộc phải làm việc ở lưu lượng đầy đủ và ở áp suất tối đa, ngay cả khi xi lanh chỉ nâng một tải nhẹ. Nói cách khác, yêu cầu lưu lượng cho tốc độ xi lanh có thể chỉ là một phần của tổng lưu lượng có sẵn, tuy nhiên máy bơm chỉ có thể bơm ở tốc độ đầy đủ. Ngoài ra, xi lanh có thể chỉ cần nâng một tải nhẹ (yêu cầu áp suất tối thiểu), tuy nhiên tổng thể hệ thống sẽ ở áp suất tối đa do hạn chế của van định hướng được mở một phần.

Tiêu thụ nhiên liệu cao nhất khi bơm ở lưu lượng đầy đủ và áp suất đầy đủ, nhưng điều này có thể được chấp nhận đối với máy kéo đơn giản với tay lái thủ công và khi chuyển động xi lanh thủy lực thỉnh thoảng trong khi làm việc với máy.

Đối với các máy móc quy mô sản xuất lớn, hoạt động liên tục với các chức năng thủy lực như trồng hoặc thu hoạch mạch, và với nhu cầu hành động mạnh mẽ bất cứ lúc nào, bơm piston thay đổi vẫn là lựa chọn tiêu chuẩn. Một bơm pit – tong bù áp suất và cảm biến tải sẽ tránh được sự thiếu hiệu quả của bơm bánh răng đơn giản. Nó cung cấp tốc độ dòng chảy tự động phù hợp với nhu cầu lưu lượng của xi lanh và động cơ thủy lực, trên nhiều đường mạch song song và cũng đặt áp suất hệ thống tối đa chỉ cao hơn một chút so với mức hiện tại cần cho tải hoạt động cao nhất.

Phản hồi áp suất được gửi đến bộ bù cảm giác tải trên máy bơm từ mạch áp suất cao nhất trong hệ thống. Phản hồi này điều chỉnh máy bơm khi đang bay. Với dung tích bơm tối đa có kích thước chỉ lớn hơn một chút so với lưu lượng tối đa dự kiến, hiệu suất nhiên liệu được cung cấp bởi một máy bơm có thể liên tục điều chỉnh áp suất và lưu lượng khi cần.

Tính năng cảm biến tải cũng cung cấp độ chính xác lưu lượng lớn hơn trong toàn bộ hệ thống. Những thay đổi nhỏ trong tốc độ động cơ không hiển thị dưới dạng phương sai dòng chảy vì bộ bù cảm giác tải có thể tự động điều chỉnh bơm. Nếu hệ thống thủy lực vận hành động cơ theo các chức năng sản xuất được định thời trên máy gặt đập, thì độ chính xác của dòng chảy này có ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất và chất lượng.

Bộ bù áp là một cơ chế điều khiển trên máy bơm phản ứng khi đạt đến mức áp suất tối đa đặt trước. Thay vì sử dụng van xả hệ thống làm phương tiện hạn chế áp suất chính, bộ bù làm giảm độ dịch chuyển của bơm và giữ gần bằng 0 cho đến khi tình trạng áp suất quá mức (ví dụ như quá tải tại xi lanh hoặc động cơ) chết. Khi áp suất giảm xuống, bộ bù cho phép bơm tăng dịch chuyển một lần nữa.

Bộ bù áp tương tự như một van xả tiêu chuẩn ở chỗ nó giữ cho áp suất hệ thống không tăng lên trên mức an toàn. Nhưng bộ bù áp suất thực hiện điều này bằng cách giảm công suất bơm, thay vì chuyển dòng không hiệu quả trở lại bể. Bộ bù áp cung cấp một tính năng an toàn tương tự như van xả, nhưng có thêm phần tiết kiệm năng lượng.

Dòng chảy và van điều khiển hướng trên hầu hết các máy kéo và máy gặt hiện đại đều có điều khiển điện tử. Với các solenoids hiện tại thay đổi, các van có khả năng lưu lượng tỷ lệ để đặt các xi lanh và động cơ chuyển động với tốc độ mong muốn.

Các van có thể giữ một hình trụ ở vị trí khóa (ví dụ: chiều cao cắt hoặc độ sâu cày) hoặc cho phép một thanh xi lanh di chuyển tự do ra vào để thực hiện có thể nổi lên và xuống với đường viền mặt đất. Đối với các dụng cụ nhỏ hơn, được gắn trực tiếp, xi lanh nâng và hạ này được tìm thấy trên móc ba điểm của máy kéo.

Đối với các dụng cụ kéo lớn hơn với xi lanh và động cơ thủy lực của riêng họ, các cặp khớp nối nhanh từ van máy kéo thường được gọi là điều khiển từ xa được tìm thấy ở phía sau máy kéo để nhận các kết nối ống thủy lực.

Một bộ bù áp thường được tìm thấy trong mỗi phần của ngân hàng van. Thông thường thành phần van phụ này được tìm thấy ở phía đầu vào của ống chính. Bộ bù cảm nhận áp suất tải của xi lanh hoặc động cơ đang chuyển động, và điều chỉnh áp suất ở đầu vào của ống van chính để đảm bảo chênh lệch áp suất ổn định trên ống, do đó duy trì tốc độ dòng ổn định ngay cả khi áp suất hệ thống hoặc áp suất tải xi lanh thay đổi. Điều này có nghĩa là người vận hành không phải nhanh chóng di chuyển cần gạt trong phản ứng với chức năng thủy lực đang thay đổi tốc độ trong quá trình chuyển động. Bộ bù áp giúp loại bỏ vấn đề.

Các ngân hàng van chứa một mạng lưới các van đưa đón với những quả bóng thép nhỏ hoặc poppets bên trong. Các van đưa đón này (còn gọi là bộ phân giải bóng) cho phép áp suất tải chỉ từ phần van được tải cao nhất được truyền đến bộ bù cảm giác tải trên máy bơm, thông qua một ống tín hiệu đặc biệt. Việc sử dụng bộ bù cảm giác tải trên máy bơm và ngân hàng van có van đưa đón như mô tả đã hoàn thành sơ đồ điều khiển vòng kín với việc sử dụng đường áp suất chất lỏng để đưa phản hồi từ tải đến bơm.

Các hệ thống cảm biến tải được coi là một trong những hệ thống tiết kiệm nhiên liệu nhất cho các hệ thống thủy lực chạy liên tục. Chúng cũng có thể là các hệ thống đầy thách thức để điều chỉnh chính xác cho máy kéo kéo thực hiện biến thể thiết kế vô hạn. Có rất nhiều thành phần liên quan, làm cho việc xử lý sự cố hệ thống trở thành một quy trình phức tạp.

Những cải tiến gần đây như Kiến trúc dòng chảy thông minh của máy bơm chia tách Parker Hannifin sử dụng một bơm pit – tong cho mỗi chức năng chính trên máy, cho phép tiết kiệm năng lượng thậm chí còn lớn hơn. Những loại hệ thống này, đã được chứng minh cho máy xúc lật và một số máy đào, sẽ từ từ tiến lên máy nông nghiệp. Tốc độ dòng bơm và ống van tỷ lệ được điều khiển điện tử. Điều này cung cấp các tùy chọn xung quanh việc kết hợp các máy bơm để sử dụng với một xi lanh thực hiện trong các yêu cầu chuyển động nhanh hoặc cho các chức năng riêng biệt khi vận hành nhiều chuyển động xi lanh khác nhau cùng một lúc. Các bộ phận bên trong của ngân hàng van đơn giản hơn và việc sử dụng ống tín hiệu cảm giác tải giữa bộ bù bơm và bộ phận van được loại bỏ để kiểm soát bơm điện tử nhanh hơn.

Thiết kế tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống thủy lực trên các máy nông nghiệp lớn cũng giúp giảm nhiệt độ dầu, giúp hạ thấp hoặc thậm chí loại bỏ nhu cầu về máy làm mát và quạt lớn. Việc giảm kích thước cho các bể chứa chất lỏng cũng có thể cho các hệ thống này.

Nội dung ba ưu tiên chính để thiết kế thủy lực nông nghiệp thành công P2 đã được chúng tôi upadte trên website của chúng tôi.

Đóng góp bởi Carl Dyke, CD Industrial Group, Inc.

Nguồn tham khảo:

Three key priorities for successful agricultural hydraulic design