Шугаман хөдөлгөөнийг эргэлтэнд хувиргах: Зубчат рейка, цилиндрээр хөдөлгөөн хувиргах гидроцилиндр

Гидросистемд шугаман хөдөлгөөнийг эргэлтийн хөдөлгөөнд хувиргах зарчим

Урт нь хөдөлгөөнийг эргэлтийн гаралтанд хувиргах шинжлэх ухаан

Гидравлик систем нь Паскалын зарчим дээр ажилладаг бөгөөд шахуурга хөдөлгөөнийг эргэлтийн хүч болгон хувиргадаг. Шахуурга цилиндр дотор орж ирэхэд поршень шулуунаар урагш арагш түлхэгдэнэ. Энэ шугаман хөдөлгөөнийг хувиргах шаардлагатай байдаг тул инженерүүд энэ зорилгын дагуу олон төрлийн механик холболтыг ашигладаг. Хамгийн түгээмэл жишээ нь рейка-пиньон байгууламж юм. Энд поршень нь бага шестернятэй (пиньон) нарийхан металл хавтанд (рейка) холбогддог. Эд ангиуд идэвхжих үед гидравлик систем дотор үүсч буй эргэлтийн хүчийг үүсгэдэг. Ихэнх загварууд нь 0 градусаас эхлэн бүтэн тоймгүйгээр 270 градус хүртэл эргэх боломжтой байдаг ч нарийвчилсан тоонууд нь системийн бүтээлээс хамаарна. Хамгийн чухал нь энэ бүх процесс явагдаж байхад хүч нь тогтвортой байх ёстой гэдэг юм. Энэ системүүд нь олон төрлийн инженерийн ажлуудад итгэлтэй ашиглагддаг.

Гидравлик хөдөлгөөний хувиргалтанд рейка-пиньон механизмын үүрэг

Шаант шүдтэй механизм нь гидравлик шугаман ажиллагч болон эргэх төхөөрөмжүүдийн хоорондох гол холболтын цэг болгон ажилладаг. Гидравлик систем поршныг урагш түлхэхэд холбогдсон шаант нь дугуй шүдтэй шигшээнд шахагдана. Ийм шууд драйвны систем нь дунд үе шатны хэсгүүдгүйгээр хүчийг бараг түгээхгүйгээр дамжуулдаг тул энергийн алдагдлыг өнгөрсөн жил Fluid Power Journal-д дурдсанчлан 8% хүрээнд бууруулдаг. Мөн эдгээр системүүд маш өндөр даралтыг дааж чаддаг бөгөөд заримдаа 300 бар-аас давж болно. Поршны сантиметр тутамд эргэлтийн хэмжээ тодорхой хэмжээтэй байдаг бөгөөд ихэвчлэн шүдтэй дамжуулалтын харьцаагаас хамааран 5-15 градусын хооронд байдаг. Энэ нь хүрээ, цахилгаан хөдөлгүүртэй харьцуулахад хөдөлгөөний удирдлагыг илүү нарийн нарийвчлалтай хангах боломжийг олгодог.

Гидравлик цилиндр систем дэх механик үр ашиг ба энерги дамжуулалт

Ажиллагааны хүчин зүйл	Шаант шүдтэй шийдэл	Стандарт эргэх шийдэл
Хүчний нягтшил	15-20% илүү өндөр	Бага
Энерги алдалт	<8% шингэн-механик	12-15% хувиргах алдагдал
Хүчний хөрвүүлэлт	Шууд гадаргуутай хүрэлцэх	Олон дамжуулалтын цэгүүд

Гидроцилиндрийн шатрын зохион бүтээл нь бага үрэлтийн алдагдал, сайн шатрын хэлбэрээс болж 92-94 хувийн механик ашигтай байдаг. Эдгээр систем нь хатуу гангаар хийгдсэн шатрыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийг тэмдэглэсэн тосны замууд нь температурын хэлбэлзэл -40 хэмээс 120 хэм хүртэл өөрчлөгдөх үед ч бүх зүйлийг зохих байдлаар ажиллуулж байхад тусалдаг. Эдгээр нэгжүүдийг тийм чухал болгож буй зүйл бол сая сая үйл ажиллагааны циклийг гүйцэтгэсэн ч ажиллагааны чанар нь огцом буурдаггүй байдал юм. Тасралтгүй хөдөлгөөний удирдлага шаарддаг үйлдвэрлэлийн үйл ажиллагаануудад энэ төрлийн найдвартай байдал цаг хугацааны туршид маш чухал байдаг.

Шатрын эргэлтийн гидроцилиндрийн зохион бүтээл ба үндсэн хэсгүүд

Үндсэн бүтэц: Поршень, Шатар, Пиньон, Эргэх валын интеграци

Энэ системийн голд гидравлик даралт нь цилиндрийн бөмбөгний дотор байрлах поршень дээр даралт үүсгэх бөгөөд энэ нь шулуун замын хөдөлгөөн үүсгэдэг. Энэ поршеньд бэхлэгдсэн эсэргүүцэлд тэсвэл зэвэрдэггүй гангаар хийгдсэн шахалт нь нарийн боловсруулсан шестернятай хамтран ажилладаг. Шахалт байр шилжих үед шестерняг эргүүлэх бөгөөд эргэх хүчийг бүтээгдэхүүнд интегралчилсан эргэх валын дагуу дамжуулдаг. Энэ энгийн холболт нь хөдөлгөөнт элементүүдийн хооронд байх нэмэлт хэсгүүдийг зайлуулдаг тул ихэнх тохиолдолд 90 хувьтай тэнцэх ашигтай байдлыг хангаж байна. Чухал хэсгүүдийг элементийн аргаар нарийвчлан шалгаж, чиглэл өөрчлөх үед 50,000 Ньютон метр хүртэлх налуу хүчний нөлөөнд тэсвэртэй байхыг баталгаажуулдаг. Ийм төрлийн шалгалт нь эд ангиуд маш их хүчдэлийн нөхцөлд тэсвэртэй ажиллах чадварыг баталдаг.

Динамик ажиллагааны үед шаварлагч шийдэл болон даралт удирдах арга

Шүүгээнд байгаа өндөр даралтын уялдаа нь хүнд нөхцөлд системийг бүрэн байдалтай байлгахад чухал үүрэг гүйцэтгэнэ. Сунгах хүчийг эсэргүүцэх хувьд нүүрсөн утасны хүчээр бэхжүүлсэн хамтдаа ажилладаг полимерийн уялдаанууд нь 70 МПа-ийн орчим даралтанд сайн тэсвэрлэнэ. Тэр ч байтугай тэдгээр ээжийн уялдаанууд нь их хэмжээний урд араа хөдөлгөөн үед ч ажиллагаагаа сайн явуулсаар байна. Цаашдаа ажиллаж буй үед даралтын тогтвортой байдал, эргэлтийн моментийн нарийвчлалыг алдалтгүй байлгахын тулд дамжуулагч урсгалын өөрчлөлтийг шингээж авдаг аккумуляторууд чухал үүрэгтэй. Өнгөрсөн жил Флюид Пауэрын сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгаа нь уялдаа тавих болон даралт зохицуулах эдгээр нийлмэл хандлагын талаар сонирхолтой зүйл харуулсан. Эдгээр аргуудыг ашиглаж буй системүүд нь солих хэсгүүдийг нь хэрэглэхээс 60 хувь урт хугацаагаар ажилласан бөгөөд энэ нь төвөрмөц далайн орчинд ашигладаг тоног төхөөрөмжид ялангуяа чухал байдаг, учир нь тэнд үйлчилгээ хийх нь хэцүү, үнэтэй байдаг.

Материалын сонголт: Өндөр давтамжийн бат бөх чанар болон исэлдэгчийн эсэргүүцэл

Эдэлгээтэй байх хугацаа нь тактиктай материал сонгохоос хамаардаг:

• Хром-ээр бөөрөнгөржүүлсэн ган шахтууд (Роквелл С60) хэмнэлтийг багасгадаг
• Гадаргуугийн эсэргүүцэл өндөртэй нержавеющий гангаар хийсэн шестерня далайн усны коррози эсэргүүцдэг
• Электролизгүй никельдээр бүрхсэн эргэх валууд нь галлийг урьдчилан сэргийлдэг

Эдгээр материалын ашиглалтын зардлыг далайн инженерчлэлийн тайлангийн өгөгдлийн дагуу далайн орчинд коррози болон механик даардаг үед 35%-иар бууруулдаг.

Хэлбэлзэх оролт нь найдвартай өнцөгт гаралтыг хэрхэн хөдөлгөх вэ

Поршеньгийн урд араа хөдөлгөөн нь шигшүүртэй нарийн ажилладаг тэнхлэг дээр хяналттай хэлбэлзэл үүсгэж, энэ нь тэгш бүтээгдэхүүнд нарийвчлалтай өнцгийн хөдөлгөөн бий болгодог. Энэ тохируулга нь компонентүүдийн хоорондох ямар ч суналтгүйгээр олон сая удаагийн ажиллагааны цагаа дотор системийг ойролцоогоор 1 градусын нарийвчлалтай байлгана. Систем чиглэлээ гэнэгээр өөрчилж байх үед эрчим хүчнийг мөгөөр дамжуулж, шатамгаатай шингэний импульсыг гладкийн эргэх хөдөлгөөн болгон хувиргадаг. Хөдөлгөөнт хэсгүүдийн онцгой тохируулга нь орж ирж буй дохионууд цаг тухайд ямар ч байсан ч бүх зүйл зөв байрлалд нь байхыг хангаж байдаг.

Сөнөрч буй эрчим хүчний систем дэх шигшүүр-тэнхлэгт гидроцилиндрийн хэрэглээ

Шигшүүр-тэнхлэгт хэлбэлзэх цилиндрүүд нь тогтвортой эрчим хүчний системүүдэд шугаман хөдөлгөөнийг эргүүлэх хөдөлгөөн болгон хувиргах бөгөөд турбины ажиллагаа, коррозийн эсэргүүцэл чухал байдаг далайн орчинд онцгой ач холбогдолтой байдаг.

Долгион эрчим хүчний хувиргагч дахь гидравлик хүчний авах механизмын (PTO)

Гидравлик цилиндрүүд нь долгион эрчим хүчний хувиргагчийн гол хүчний гаралтын (PTO) бүрэлдэхүүн хэсэг болон ажилладаг. Тэд долгионуудын санамсаргүй хөдөлгөөнийг илүү урьдчилан таамаглах боломжтой болгоход тусалдаг - үндсэндээ далайн хөдөлгөөнийг хяналттой механик эргэлт болгон хувиргадаг. Шууд хөдөлгүүртэй шестернягүй бүтэц нь ихэвчлэн 2023 оны EWA-гийн судалгаагаар системийн үр ашгийг 60%-с 70% хүртэл нэмэгдүүлдэг. Энэ загварыг онцгой болгож буй зүйл бол далайн гүн усанд эсвэл усан дотор суурилуулсан системүүдийн хувьд үйлчилгээний асуудлыг багасгадаг. Мөн долгионууд жигд бус, тогтсон загварын дагуу хөдөлж байх үед ч тогтмол цахилгаан эрчим хүч үүсгэхэд тусалдаг.

Туршлагын жишээ: Урвалын хөдөлгөөнийг эргэлт болгон хувиргах технологийг ашиглан далайн эрчим хүчний системүүд

Хойд тэнгисийн туршилтын төсөл нь давалгааны хоёр чиглэлийн хүчийг эргэх энерги болгон хувиргахын тулд шахуургын цилиндр ашиглаж байв. Систем нь шугаман поршенийг цагийн зүүний дагуу болон цагийн зүүний эсрэг эргэлтээр хувиргаж байжээ. 12 сарын турш тус платформ нь 2.4 ГВт цахилгаан эрчим хүч үүсгэсэн бөгөөд дараах чанаруудыг баталгаажуулсан:

• традицион холболтын системээс 47% бага механик хүчдэл
• 8 метр давалгааны далайцтай үед тасралтгүй ажиллагаа
• Олон шатлалтай сэлбээр далайн усыг оруулахыг үр дүнтэй саатуулна

Шинжилгээ нь далайн орчинд хүрсэн хэсгийн амьдралд 300% нэмэгдсэн амьдралын хугацааг баталгаажуулсан.

Хөдөлгөөнийг цахилгаан эрчим хүчний гаралттай тэгшитгэхэд тулгарсан бэрхшээл

Давалгааны таамаглах боломжгүй байдал нь тэгшитгэлийн асуудлыг бий болгодог. Урсгал болон даралтын хувьд хувьд генераторын үр ашигт чанар нь дараах шалтгаанаар багасдаг:

1. Давалгааны оргил цэг болон турбинийн хариу урвалын фазын хоцрогдол
2. Далайн доорхи температурын хэлбэлзлээс шалтгаалан гидравлик шингэний зуурмал чанарын өөрчлөлт

Цаг хугацааны дагуу хэмжигч сүлжээнүүд нь клапны дарааллыг динамик аргаар тохируулснаар эдгээр асуудлыг багасгадаг. Урсгалаа тэнцвэртэй байлгах стратегүүд нь далайн урсгал өөрчлөгдөх үед турбины гаралтыг ±5%-ийн хэлбэлзэл дотор байлгаж, цахилгаан шүргэлтийн тогтворгүй байдлыг урьдчилан сэргийлж, тогтмол цахилгаан хүчний түгээлтийг хангана.

Хэлбийх гидравлик цилиндрүүдийн даралт ба урсгалын тогтворжилтийн удирдлагын стратегүүд

Буцах гидравлик систем дэх урсгалын хэлбэлзлийг удирдах

Машины механизм чиглэлээ эргүүлэхдээ гэнэтийн урсгалын асуудал үүсгэх бөгөөд энэ нь даралтын үсрэлтэд хүргэдэг. Энэ даралт нь жишээ нь IFPE-ийн өнгөрсөн жилийн стандартын аюулгүй байдлын түвшингээс хүртэл 25% өндөр байж болно. Хамгийн сүүлийн үеийн тоног төхөөрөмжүүд энэ асуудлыг цилиндрийн онцгой хэлбэрээр шийдвэрлэдэг бөгөөд эдгээр хэлбэр нь тэгш хэмгүй байдаг. Онцгой дизайн нь поршень тэлэх, багасах үеийн урсгалыг тэнцвэржүүлэхэд тусалдаг. Үйлдвэрлэгчид мөн чиглэл өөрчлөхийн өмнө насосны цахилгааныг тохируулах урьдчилан таамаглах ухаалаг программ хангамжийг оруулдаг. Эдгээр бүх шийдлүүд нийлж системийн даралтыг дунджаар ±5% хүртэл тогтвортой байлгах боломжийг олгодог. Энэ нь жилд нэгэндээ чиглэлээ сая удаа өөрчилдөг далайн онгоцны хөдөлгүүрт холбоотой системүүдийн хувьд маш гайхалтай юм.

Шахуургын гаралтыг эвтэй болгохын тулд вентиль болон акумуляторыг ашиглах

Цилиндрийн даралтыг тогтвортой байлгахын тулд даралт зохицуулах вентиль дамжуулагч цилиндрүүдтэй хамтран ажилладаг. Эдгээр цилиндрүүд нь чиглэл өөрчлөх үед гарах эрчим хүчний түргэн мөрөөдлийг дунджаар 50%-ийг шингээж авдаг үндсэн хэлхээнд байрладаг. NFPA-гийн 2024 оны судалгаагаар энэ тохируулга нь тоног төхөөрөмжинд хугацааны дагуу хор хөнөөл учруулах боломжтой даралтын сарнилтыг бууруулдаг. Түүнчлэн, пропорциональ урсгал зохицуулах вентильүүд системийн ачаалал бүрээс орж ирэх мэдээлэлд үндэслэн нээлтийг нь тогтмол засварладаг. Энэ нь хүчдэлийг хэвийн байлгах бөгөөд хэлбэлзэхгүй байлгана. Эдгээр хамтран ажиллах нь өдөр бүр тогтвортой ажиллагаа шаарддаг машин эвдэртэй ажиллуулах орчин үүсгэдэг.

Параметр	Зөвлөх	Шаардлага
Даралтын хэлбэлзэл	Бууралт ≥70%	Тогтвортой хүчдэлийн гаралт
Энерги хэрэглээ	22%-иар	Сэргээх хэлхээ
Шок амьдлах	90% шилжилтийн дарангуйлалт	Мэдрэг хөдөлгүүрийн системд чухал

Үр дүн нь доод түвшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд тогтвортой өнцгийн хяналт болон хамгаалалтыг хангана.

Системийн оновчлолын тулд бодит цагийн хяналт болон сэтгэгдэл

Орчин үеийн гидравлик системд байрлуулсан мэдрүүлэгчид байнга даралтын түвшин, температурын өөрчлөлт, шингэний урсгалын хурдны талаар мэдээллийг хянах бөгөөд үүний үр дүнд тохируулгыг мөгц хийх боломжтой болгодог. Хэрэв хазайлт нь ердийн хүрээнээсээ 10-15 хувийн хазайлт гарвал програмчлагдсан логик контроллерууд нөхөн тохируулах параметрүүдийг өөрчлөх эсвэл нөөцийн аккумуляторыг ажиллуулах замаар орж ирдэг. Үүний үр дүнд засварын зардал 35 хувиар буурдаг бөгөөд энерги хэрэглээ нь долгион энерги хувиргах тогтолцоонд 15-20 хувиар буурдаг. Инженерийн хэд хэдэн компаниудын судалгаагаар шингэний үйлчилгээ болон механик хэлбэлзлийг хамтдаа хянах нь эдгээрийн төвөгтэй системүүдийг хамгийн сайн үр дүнгийн түвшинд тохируулахад техникийн ажилтнуудад боломжийг олгодог.

Индустрийн ашиглалтад эргэх гидравлик акутаторуудын харьцуулах ажиллагаа

Шаардлагатай хүчний үед эдгээр хоёр төрлийн гидравлик ажиллагааг харьцуулбал, шат ба шигтгээний төрлийн ажиллагаа нь шингэнийг түлхэхээс илүү механик холболттой ажилладаг тул илүү давуу талтай байдаг.

Үйлдвэрт их хүч шаардлагатай тохиолдолд шат ба шигтгээний төрлийн ажиллагаа нь ихэвчлэн шигтгээний төрлийн загвараас илүү давуу талтай байдаг. Учир нь эдгээр нь шингэнийг л түлхэхээс илүү механик холболттой ажилладаг. Шигтгээний ажиллагаа нь дотор нь хаалттай хөндийг үүсгэж ажилладаг ч ихэвчлэн ачаалал эвдэрч хэлбэлзэх үед гулзайдаг. Шат ба шигтгээний систем нь шигтгээнүүдийг шүдэнд нь шахан холбох замаар хүчийг найдварт дамжуулдаг тул ачаалал хэр их байж болохыг харгалзахгүй найдвартай ажилладаг. Иймээс ихэвчлэн металл тэмдэглэх пресст түгжүүр эсвэл агуулах дээр том даавуу дахь том түүндэг тэрэг шиг нарийн нарийн хүч шаардлагатай үйлдвэрт эдгээрийг илүүд үздэг.

Хүчний нягт, Хариу үйлдлийн хурд, Ажиллагааны нарийн төвөгтэй байдал

Хүчний гаралтанд ирж үзвэл, шүүлтүүр цилиндрүүд нь традицион налуу төрлийн ажиллагааныхаа хувьд куб инч тутамд ойролцоогоор 40% илүү хүч чадал өгдөг. Мөн эдгээр системүүд чиглэлээ бараг мөгц солиж чаддаг бөгөөд хатуу механик холболтоор 0.1 секундэд шилжилт хийдэг. Налуу төрлийн ажиллагаанууд нь харьцуулахад удаан байдаг бөгөөд гидравлик шингэний даралт буурахад зарим 0.3-с 0.5 секунд хүртэл хугацаа шаарддаг. Нарийвчлал нь мөн шүүлтүүр ба шүүлтүүрт онцлог юм. Ихэнх загварууд нь давтагдах байрлалыг хагас градусын нарийвчлалтайгаар хүртэл хүрдэг бол налуу төрлийн нэгжүүд нь ажиллагааны үед дунджаар дээш доош 2 градусын хэлбэлзэлтэй байдаг. Шалгалтын лабораториуд эдгээр дүгнэлтүүдийг олон удаа баталж, индустрийн стандартын дагуу 100 Ньютон метрээс илүү ачааллыг оролт ба гаралтын хоорондох хоцрогдолгүйгээр эдгээр системүүд хэрхэн зохицуулах боломжтойг харуулсан.

Ажиллагааны төрлүүдийн дагуу үйлчилгээний шаардлага ба ердийн гэмтлийн хэлбэрүүд

• Шүүлтүүр ба шүүлтүүр : Сар бүрд тэнхлэгийн шалгалт, тослолт шаардлагатай; сэлгэгчийн элэгдэл нь зогсолтын 72% эзэлдэг.
• Хавтгай хөтлөх төрөл : Дотоод хэсгийн дэгээний урт зуур үед сар бүр шингэнийг шалгах шаардлагатай; хавтгайн үзүүрийн элэгдэл нь алдааны 58% учруулдаг.

Эхний үнэ илүү өндөр боловч 2019 оны үйл ажиллагааны судалгаагаар эдгээр систем нь амьдралын мөчлөгийн хувьд жилдээ 25% бага арчилтын зардалтай байдаг. Тэдгээрийн бат бөх чанар, алдаа гарах магадлал бага байх нь тэдгээрийг хүнд нөхцөл бүхий инженерийн орчинд илүү өртөг үр ашигтай болгодог.

Түгээмэл асуулт

Гидравлик системд тэнхлэг-шестернягийн үндсэн үүрэг юу вэ?
Тэнхлэг-шестернягийн механизм нь гидравлик шахуургын шугамын хөдөлгөөнийг эргэх хөдөлгөөн болгон хувиргах үүрэгтэй бөгөөд гидравлик системээс эргэх төхөөрөмж рүү хүчийг үр ашигтай дамжуулна.

Тэнхлэг-шестернягийн системийг хавтгай хөтлөх төрлийн шахуургатай харьцуулахад яагаад илүүд үзэж байгаа юм бэ?
Шанхай болон шүдтэй системүүд нь эргэлтийн моментийн нягтыг нэмэгдүүлж, нарийн ажиллагааг хангах бөгөөд энэ нь өндөр эргэлтийн момент шаардагдах үйлдвэрлэлийн төхөөрөмжид илүү тохиромжтой байдаг.

Шингэний цилиндрүүд сөнөөний энерги системд яаж тусалдаг вэ?
Долгионы энерги хувиргагчид шингэний цилиндр нь дурын долгионы хөдөлгөөнийг удирдаж эргэлтийг хөдөлгөөнд хөрвүүлдэг тул далайн гүн усан дахь ажиллагааны үр ашиг, үйлчилгээг сайжруулдаг.

Хүнд нөхцөл байдал дахь шингэний системийн найдвартай ажиллагааг хангахын тулд ямар арга хэмжээ авдаг вэ?
Элэгдэлд тэсвэлтэй материалыг ашиглах, сэлбэг хэрэгслийн шийдлийг боловсронгуй байлгах болон бодит цагийн хяналтын систем нь далайн гүн усны хүнд орчинд ч ажиллагааны найдвартай байдлыг хангаж чаддаг.

Орчин үеийн шингэний системүүд энерги хэмнэлтийг хэрхэн бий болгодог вэ?
Бодит цагийн мэдээллийн датчикаар болон оюун ухаант програм хангамжийн тусламжтайгаар эдгээр системүүд даралтын өөрчлөлтийг урьдчилан таамаглаж, ажиллагааг тохируулан энерги хэрэглээг оновчтой болгох, үйлчилгээний зардлыг бууруулах боломжийг олгодог.