Zrozumienie akumulatorów: Typy, funkcje i struktury

I. Zasada działania akumulatora

W układach hydraulicznych akumulator jest urządzeniem, które wykorzystuje zasadę równowagi sił do zmiany objętości oleju roboczego, tym samym magazynując i uwalniając energię hydrauliczną.

Jak pokazano na rysunku 1, akumulator składa się zasadniczo z czterech części: płaszcza, tłoka, azotu o wysokiej czystości (lub ewentualnie sprężyny) nad tłokiem oraz oleju roboczego podłączonego do systemu pod tłokiem. Proces roboczy można podzielić na dwa etapy: magazynowanie i uwalnianie energii.

1-Powłoka
2-tłok
3 - Azot o wysokiej czystości (lub ewentualnie sprężyna)
4-Olej roboczy

1. Etap magazynowania energii

Jak pokazano na rysunku 1a, akumulator znajduje się w stanie wstępnego magazynowania energii, w którym olej roboczy i gazowy azot o wysokiej czystości (lub siła sprężyny) powyżej i poniżej tłoka są w stanie równowagi. Gazowy azot o wysokiej czystości jest w stanie wstępnego naładowania (lub sprężyna jest w stanie wstępnego ściśnięcia), a objętość oleju roboczego wynosi V₁ .

Gdy ciśnienie w układzie wzrasta, ciśnienie oleju roboczego również wzrasta, popychając tłok do góry, a olej roboczy w układzie dostaje się do akumulatora (objętość wzrasta do V₂ ), aż do osiągnięcia stanu równowagi, jak pokazano na rysunku 1b.

W tym czasie objętość oleju roboczego (V₂ - V₁ ) wchodzi do akumulatora w celu przechowywania. Etap ten nazywany jest etapem magazynowania energii. Podczas tego etapu akumulator przechowuje określone ciśnienie i objętość (V₂ - V₁ ) oleju roboczego.

2. Etap zwolnienia

Kiedy układ hydrauliczny Podczas operacji otwierania lub zamykania ciśnienie w układzie jest niższe niż ciśnienie oleju roboczego w akumulatorze. Pod wpływem ciśnienia gazu (lub siły sprężyny) tłok jest popychany w dół, a olej roboczy jest odprowadzany do układu, aż do osiągnięcia stanu równowagi, jak pokazano na rysunku 1c. Ten etap nazywany jest etapem uwalniania. Na tym etapie część oleju roboczego zmagazynowanego na etapie magazynowania energii jest odprowadzana do układu.

Z powyższego wynika, że dopóki występuje zmiana ciśnienia w układzie, ciśnienie oleju roboczego w akumulatorze zmienia się odpowiednio. Zgodnie z zasadą równowagi sił, tłok porusza się, a objętość oleju roboczego odpowiednio się zmienia. To powtarzające się magazynowanie i uwalnianie energii osiąga cel akumulatora.

II. Klasyfikacja akumulatorów

W systemy hydrauliczneAkumulatory dzielą się na gazowe i sprężynowe w zależności od substancji działającej na olej roboczy. Każdy typ akumulatora ma różne formy oparte na jego strukturze. Konkretne klasyfikacje są następujące:

III. Budowa typowych akumulatorów

1. Akumulator gazowy

Zasada działania akumulatora ładowanego gazem polega na wykorzystaniu wysokiej czystości azotu wstępnie naładowanego w akumulatorze w celu zrównoważenia ciśnienia oleju ładowanego do akumulatora przez pompę hydrauliczną. Gdy system potrzebuje oleju, jest on odprowadzany pod ciśnieniem gazu. Akumulatory ładowane gazem dzielą się na izolowane i z bezpośrednim kontaktem.

Akumulator izolowany: Akumulator izolowany odnosi się do akumulatora, w którym znajduje się separator między gazem a cieczą wewnątrz akumulatora, zapobiegający łatwemu mieszaniu się gazu z cieczą. Ten typ akumulatora skutecznie wykorzystuje ściśliwość gazu i dlatego jest szeroko stosowany. Ze względu na formę separatora, akumulatory dzielą się na elastyczne i nieelastyczne.

Akumulatory elastyczne, takie jak akumulatory pęcherzowe, są stosowane w układach hydraulicznych, podczas gdy akumulatory nieelastyczne, takie jak akumulatory tłokowe i różnicowo-tłokowe, są najczęściej stosowane w układach hydraulicznych.

(1) Akumulator pęcherza

Zasada działania akumulatora pęcherzowego opiera się na prawie Boyle'a, a jego typową strukturę przedstawiono na rysunku 2.

1-Zawór napełniający
2-Powłoka
3-Bladder
4-Zawór grzybkowy
Zespół korpusu 5-zaworowego
6-Półokrągły zacisk
7-Nut
Uszczelka 8
9-O-ring
10-Nakrętka dokręcająca

Przed użyciem należy najpierw napełnić pęcherz 3 w akumulatorze azotem pod określonym ciśnieniem, a następnie za pomocą pompy hydraulicznej napełnić akumulator olejem. Pod wpływem ciśnienia oleju zawór grzybkowy 4 zostaje otwarty, a olej dostaje się do zbiornika, ściskając pęcherz. Gdy ciśnienie w komorze gazowej i komorze olejowej jest równe, pęcherz jest w stanie równowagi, a ciśnienie w akumulatorze jest ciśnieniem pompy. Gdy system potrzebuje oleju, pęcherz rozszerza się pod wpływem ciśnienia gazu, stopniowo wyciskając olej.

Zalety tego typu akumulatora są następujące: komora gazowa i komora olejowa są oddzielone pęcherzem, co zapewnia niezawodne uszczelnienie bez wycieków między nimi; pęcherz ma niską bezwładność, jest czuły, ma zwartą konstrukcję, niewielkie rozmiary, niską wagę, jest łatwy w utrzymaniu i jest często używany w układach hydraulicznych z akumulatorami pęcherzowymi o małej objętości do pochłaniania pulsacji ciśnienia lub jako bufory. Jest również stosowany w sytuacjach o niskiej mocy roboczej i ciśnieniu do magazynowania energii w układach hydraulicznych.

Typową strukturę akumulatora pęcherzowego przedstawiono na rysunku 2a. Składa się on z zaworu napełniającego 1, płaszcza 2, pęcherza 3 i zaworu grzybkowego 4. Płaszcz 2 jest zbiornikiem ciśnieniowym z otworem w górnej części, aby pomieścić zawór napełniający 1. Całkowicie zamknięty pęcherz 3, wykonany z gumy syntetycznej, jest dociskany do trzpienia zaworu, tworząc szczelną przestrzeń.

Po włożeniu pęcherza przez otwór w dolnej części obudowy, jest on mocowany do górnej części obudowy za pomocą nakrętki 10. Zespół korpusu zaworu 5 jest zaciśnięty za pomocą pary półokrągłych zacisków 6 zainstalowanych wewnątrz otworu powłoki, zabezpieczając ramię korpusu zaworu 5. Jest on instalowany w dolnej części obudowy i wraz z pierścieniem uszczelniającym 9 i uszczelką 8 jest dokręcany nakrętką 7.

Funkcją zaworu grzybkowego 4 w zespole korpusu zaworu 5 jest zapobieganie rozszerzaniu się pęcherza z powłoki, gdy cały olej zostanie spuszczony. Ten typ akumulatora posiada O-ring na otworze płaszcza. Gdy ciśnienie wewnętrzne w powłoce wzrośnie do ciśnienia rozrywającego, otwór powłoki rozszerza się jako pierwszy, powodując wyciśnięcie pierścienia uszczelniającego, bezpiecznie uwalniając ciśnienie oleju.

Powyżej opisano akumulator pęcherzowy o strukturze typu A. Ten typ akumulatora jest niewygodny w przypadku wymiany pęcherza. W związku z tym górna część powłoki i pęcherza ma konstrukcję "open-top", jak pokazano na rysunku 2b, określaną jako akumulator pęcherzowy typu B.

(2) Akumulator tłokowy

Akumulator tłokowy wykorzystuje tłok do oddzielenia oleju i azotu, jak pokazano na rysunku 3. Zaletami tego typu akumulatorów są: prosta konstrukcja i długa żywotność. Jednak tłok ma dużą bezwładność i odporność na tarcie uszczelniające, co skutkuje słabą reakcją; wymaga dużej precyzji obróbki i jest trudny do uszczelnienia, co czyni go nieodpowiednim do pochłaniania pulsacji i wstrząsów hydraulicznych.

1-tłok
2-cylindrowy
3-cylinder napełniający

W układach hydraulicznych struktura ta jest powszechnie stosowana do magazynowania energii. Powszechnie stosowany akumulator tłokowy do magazynowania energii w układach hydraulicznych pokazano na rysunku 4.

2. Akumulator sprężynowy

Ten typ akumulatora wykorzystuje siłę sprężyny działającej na tłok, aby zrównoważyć ciśnienie oleju, magazynując energię ciśnienia. Ciśnienie generowane przez akumulator zależy od sztywności i ściśnięcia sprężyny.

Typowe typy obejmują spiralne sprężyny naciskowe i sprężyny talerzowe. Spiralny akumulator ze sprężyną naciskową pokazano na rysunku 5. Ten typ akumulatora ma prostą konstrukcję i jest stosunkowo responsywny, a jego żywotność zależy od żywotności sprężyny.

1-Powłoka
2-Spring
3-tłok
4-Komora olejowa
5-Okładka

Służy do magazynowania i buforowania energii w układach o małej pojemności, niskim ciśnieniu i niskiej częstotliwości cykli i generalnie nie jest stosowany w układach hydraulicznych. W układach hydraulicznych powszechnie stosowane są akumulatory ze sprężyną talerzową, jak pokazano na rysunku 6.

1-Tłok magazynujący energię
2-pozycyjny otwór
3-Pierścień podtrzymujący
4-Mieszkania
5-Support Disc Spring
6-tarczowy zestaw sprężyn

3. Funkcja akumulatora

Akumulator jest urządzeniem służącym do przechowywania energii ciśnienia płynu hydraulicznego, które może uwolnić tę energię w celu wykonania użytecznej pracy w razie potrzeby. Jego główne funkcje w układzie hydraulicznym są następujące:

(1) Magazynowanie energii hydraulicznej

Główne zastosowanie akumulatora w mechanizmach hydraulicznych. Gdy wymagane natężenie przepływu zmienia się znacznie na różnych etapach cyklu pracy układu hydraulicznego, akumulator jest często używany w połączeniu z mniejszą pompą w celu utworzenia źródła oleju. Jeśli system wymaga małego natężenia przepływu, akumulator przechowuje nadmiar przepływu z pompy hydraulicznej; jeśli system wymaga dużego natężenia przepływu przez krótki czas, akumulator uwalnia zmagazynowany płyn hydrauliczny, aby dostarczyć olej do systemu wraz z pompą hydrauliczną.

Dodatkowo, gdy pompa hydrauliczna przestaje dostarczać olej do układu, akumulator dostarcza zmagazynowany olej pod ciśnieniem do układu, aby skompensować wyciek z układu lub utrzymać stałe ciśnienie w układzie. Może być również używany jako awaryjne źródło energii w przypadku awarii pompy hydraulicznej.

(2) Pochłanianie wstrząsów i pulsacji ciśnienia

Wtórne zastosowanie akumulatora w mechanizmach hydraulicznych. W układzie hydraulicznym akumulator służy do pochłaniania ciśnienia uderzeniowego generowanego przez nagłe zmiany prędkości przepływu płynu (np. gdy zawór kierunkowy nagle się przesuwa lub obciążenie siłownika hydraulicznego nagle przestaje się poruszać), zmniejszając w ten sposób szczytową wartość uderzeń ciśnienia.

Pulsacja przepływu pompy hydraulicznej może powodować nierównomierną prędkość ruchu obciążenia i pulsacje ciśnienia. Dlatego w systemach wymagających względnie równomiernej prędkości obciążenia należy zainstalować odpowiedni akumulator na wylocie pompy, aby poprawić stabilność działania systemu.