Bomba hidráulica descarga diesel

Tradicionalmente, las bombas hidráulicas en servicios públicos, cargadoras frontales y retroexcavadoras, excavadoras, camiones de trabajo, grúas y otros equipos móviles a menudo son impulsadas por el motor diesel o de gasolina de la máquina, generalmente a través de una toma de fuerza (PTO). Los motores que funcionan continuamente pueden ser un problema en los equipos que se usan en áreas residenciales, cerca de hospitales u otros lugares donde el ruido es una preocupación. Además, un motor siempre encendido agrega importantes costos de operación y mantenimiento.

La combinación de una bomba de desplazamiento fijo con un motor de velocidad variable puede proporcionar eficiencias en el rango del 96 % porque permite que la bomba funcione a la velocidad requerida por la aplicación en ese momento, en lugar de hacer funcionar el motor a toda velocidad y usar una válvula u otro para controlar la salida de la bomba. Pero hasta hace poco, las limitaciones y el alto costo de la tecnología de baterías hacían poco práctico el uso de unidades de bombas eléctricas de velocidad variable en dispositivos móviles, especialmente en vehículos completamente eléctricos.

En un sistema hidráulico móvil tradicional, un motor diésel o de gas impulsa una bomba hidráulica a través de una toma de fuerza que alimenta las funciones hidráulicas de la máquina. En un sistema electrohidráulico tradicional, el motor del vehículo impulsa un generador que acciona un motor eléctrico que acciona una bomba hidráulica. Ahora, algunos fabricantes están desarrollando aún más los vehículos semieléctricos o totalmente eléctricos, en los que la energía hidráulica y la energía generalmente la proporciona un motor eléctrico de velocidad variable que acciona una bomba hidráulica. Este enfoque es más eficiente desde el punto de vista energético al proporcionar electricidad según la demanda y reducir o eliminar las emisiones de gases de escape. En muchas aplicaciones, también puede proporcionar ahorros de energía adicionales cuando el circuito de regeneración carga la batería durante períodos de carga reducida.

Opciones de energía de la batería

La mayoría de los dispositivos móviles contienen algún tipo de batería para almacenar energía, ya sea suplementaria o completa. Aunque las baterías de plomo-ácido son comunes, relativamente baratas y fácilmente disponibles, las baterías de iones de litio tienen tres veces más energía que su tamaño. Aunque su costo inicial es mucho mayor que el de las baterías de plomo-ácido, tienen las ventajas de una alta densidad de energía, una autodescarga relativamente baja y bajos requisitos de mantenimiento. Las baterías de hidruro metálico de níquel (NiMH) son otra alternativa de gran densidad de energía, con densidades de energía que se acercan a las de las baterías de iones de litio.

Las baterías Absorbed Glass Mat (AGM) se utilizan en algunos dispositivos móviles y son un diseño de batería de plomo-ácido sellada en el que el ácido sulfúrico es absorbido por una capa de fibra de vidrio muy fina, lo que hace que la batería sea a prueba de derrames. Las baterías AGM tienen una resistencia interna muy baja, son capaces de entregar altas corrientes bajo demanda y brindan una vida útil relativamente larga, incluso cuando se ejecutan hasta casi descargarse (lo que se conoce como ciclos profundos).

Independientemente del tipo de batería utilizada, un sistema electrohidráulico móvil consta de uno o más paquetes de baterías, lo que requiere un sistema de gestión de baterías para controlar la carga y determinar cuánto debe cargarse cada batería. Debido a que los dispositivos móviles que funcionan con baterías a menudo se usan en áreas urbanas o en rutas más cortas y predecibles, la carga a menudo se puede realizar en instalaciones fijas al final de un turno.

Consideraciones de la bomba

Con el tiempo, las bombas hidráulicas en equipos móviles se han diseñado y mejorado para ser accionadas por motores de combustión interna, mientras que las bombas eléctricas tienen diferentes requisitos. Por ejemplo, las bombas baratas con altas pérdidas de energía desperdician la valiosa capacidad de la batería, por lo que los accionamientos de bombas eléctricas requieren bombas eficientes. Además, las bombas de pistones axiales que se utilizan a menudo en los sistemas hidráulicos móviles convencionales son relativamente ruidosas debido a las vibraciones provocadas por las pulsaciones de presión y la fuerza de bombeo asociada y fluctuante. Este ruido puede ser apenas perceptible cuando la bomba se usa con un motor diesel, pero puede ser fuerte cuando es impulsada por un motor eléctrico silencioso. Además, según Bucher Hidráulica , Klettgau, Alemania, el funcionamiento de bombas de pistones axiales convencionales en transmisiones de cabrestante puede ser problemático, ya que los problemas de ondulación del par pueden afectar el rendimiento, la eficiencia de arranque puede reducirse y el rendimiento de alta presión a bajas revoluciones puede verse comprometido.

Para solucionar estos problemas, Bucher Hydraulics ha desarrollado una versión de desplazamiento fijo de 24 pistones del bomba de eje , se dice que supera a las bombas de pistones axiales convencionales en términos de eficiencia, par de arranque y rango de velocidad. Jan Friedrich, director de marketing de Bucher, explica: «Anteriormente, las unidades de pistones axiales solían tener siete o nueve pistones de carrera larga. Cada lado de la nueva bomba contiene 12 pistones en pares uno frente al otro. Por lo tanto, la fuerza se compensa completamente en la unidad de bomba y motor. «

Las bombas AX de 24 pistones de Bucher Hydraulics contienen 12 pistones en cada lado para equilibrar las fuerzas de reacción y proporcionar un funcionamiento a baja velocidad más suave y eficiente que las bombas de pistón tradicionales.

Bucher informa que la bomba AX tiene una eficiencia mecánica de hasta el 99 por ciento, incluso en el arranque, debido a la baja fricción y la transferencia directa de par entre el eje y el pistón. Se dice que la eficiencia general es cercana al 94 % debido a las carreras cortas, el ángulo de desplazamiento optimizado, el equilibrio de fuerzas y los cojinetes hidrostáticos. Las bombas y motores de la serie AX tienen un rango de desplazamiento de 18 a 76 cm³/rev, una presión máxima continua de 450 bar y una presión pico de 500 bar. La velocidad máxima es de 3.600 rpm.

Otro desarrollo fue el uso de válvulas solenoides de alta velocidad para controlar el desplazamiento de las bombas hidráulicas. Este Bomba de desplazamiento positivo digital (DDP), desarrollado por Artemis Intelligent Power Ltd. en Loanhead, Escocia, utiliza varios cilindros radiales que se activan y desactivan en tiempo real a través de válvulas mecatrónicas ultrarrápidas controladas por una computadora integrada, en lugar de un mecanismo de plato cíclico.

La bomba de desplazamiento digital que se muestra aquí está instalada en una excavadora con sensores para realizar pruebas.

Esta tecnología hace que sea práctico reemplazar las cajas de cambios mecánicas con transmisiones hidráulicas. Los beneficios incluyen un menor consumo de energía (a menudo menos de un tercio del de las bombas tradicionales de placa oscilante de pistón axial), tiempos de respuesta típicamente 10 veces más rápidos y eliminación completa del ruido de alta frecuencia. Cuando se aplica a excavadoras, por ejemplo, se ha demostrado que la tecnología ahorra hasta un 20 por ciento en combustible y aumenta la productividad en casi un 30 por ciento.

Una DDP es en realidad una serie de bombas de pistones alternativos fijas de desplazamiento positivo dispuestas radialmente alrededor de un anillo de levas. Las bombas se pueden encender y apagar individualmente, y cada bomba tiene su propio sistema de control que consta de válvulas de asiento accionadas por solenoide, válvulas de retención y sensores de posición del pistón.

bomba de accionamiento

Los motores de CC se han utilizado tradicionalmente para accionar bombas debido a su capacidad de velocidad variable (especialmente a velocidades bajas), sistemas de control simples, alto par de arranque y buena respuesta transitoria. Los motores de CC con bobinado de escobillas han sido la principal elección para las bombas durante muchos años, mientras que los motores de CC sin escobillas y de imanes permanentes (PMDC) se han vuelto cada vez más populares. Esto se debe a su diseño simple y compacto, alta eficiencia y densidad de potencia, amplia gama de tamaños de bastidor disponibles y requieren menos mantenimiento, según Motores eléctricos de Ohio .

La velocidad de un motor de CC se puede controlar fácilmente de varias maneras diferentes, dependiendo de Metrópoli . Las posibilidades incluyen el uso de una disposición de toma diferente a la del paquete de baterías, la inserción de una resistencia en uno de los circuitos para proporcionar dos o más velocidades diferentes, o el uso de un reóstato o potenciómetro simple en el circuito para permitir que un rango determinado cambie la velocidad. Otro enfoque es utilizar dispositivos de conmutación controlados electrónicamente, como el control SCR (rectificador controlado por silicio) o PWM (modulación de ancho de pulso).

Otro enfoque es usar un motor de CA de imán permanente sin escobillas (PMAC) junto con un inversor para convertir la energía de la batería de CC en CA y proporcionar el control necesario del motor. Parker Hannifin es un sistema de este tipo Motores automotrices globales (GVM), un motor sin escobillas PMAC. El director de proyectos de Parker, Ciprian Ciuraru, explica: «Estos motores están gestionados por controladores de motor de alto voltaje (inversores) para vehículos híbridos y eléctricos. Adecuados para el control de motores de CA síncronos o asíncronos de cuatro cuadrantes, estos inversores ofrecen modos de control de velocidad, par y voltaje de CC. «

sistema de gestión

La solución de Parker es respaldar la tendencia de desacoplar el sistema hidráulico de los equipos móviles de la potencia del vehículo. Bomba hidráulica eléctrica (EHP) sistema. Incluye el motor PMAC sin escobillas de la empresa conectado directamente a una bomba hidráulica controlada por un accionamiento eléctrico de alto rendimiento diseñado para equipos móviles.

Diseñados específicamente para aplicaciones de equipos móviles, los sistemas de bomba electrohidráulica (EHP) de Parker Hannifin constan de una bomba hidráulica conectada directamente a un motor eléctrico y controlada por un accionamiento eléctrico de velocidad variable.

Cuando se usa con un vehículo con motor de combustión interna, el motor impulsa un generador que carga la batería. El funcionamiento del vehículo será independiente del motor, siendo la bomba hidráulica accionada por el motor eléctrico del sistema EHP. Durante la función de reducción de carga, el EHP vuelve a generar energía en la batería.

Prototipos y ejemplos del mundo real

Estos son algunos ejemplos de accionamiento electrohidráulico en dispositivos móviles:

Sistema hidráulico de elevación de cangilones. Versión eléctrica del elevador de cangilones, por Versalift Estados Unidos , Waco, Texas, utiliza un motor eléctrico alimentado por batería para accionar sus bombas hidráulicas, ahorrando combustible y reduciendo las emisiones y el ruido. Utiliza un motor de CC de velocidad variable que recibe energía de una batería integrada separada para accionar su bomba hidráulica. En el lugar de trabajo, el operador apaga el motor del chasis y enciende el interruptor principal aéreo de la máquina, lo que hace que una serie de interruptores a pedido ubicados en varias válvulas hidráulicas activen la bomba eléctrica. Puede funcionar hasta una hora sin hacer funcionar el motor del vehículo, lo que reduce el consumo de combustible y las emisiones.

Este elevador de cangilones Versalift conserva su motor de combustión interna, pero utiliza un motor eléctrico alimentado por batería para accionar su bomba hidráulica, lo que ahorra combustible y reduce las emisiones y el ruido.

Este Accionamiento eléctrico Versalift Hay nueve modelos, tres voltajes diferentes, para cumplir con una variedad de requisitos de elevación hidráulica. Un sistema de 12 V utiliza dos de 12 V Baterías de fibra de vidrio absorbente (AGM) Cableado en paralelo y un motor de 12 V CC para proporcionar un flujo de 2 gpm hasta 2500 psi.

AGM utiliza una estructura de batería con almohadillas de borosilicato entre las placas, en lugar de un gel o electrolito líquido. Las baterías AGM son más caras que las baterías líquidas, pero tienen ventajas. Debido a que no contienen líquidos que puedan congelarse o expandirse, sufren pocos daños por congelación. Los AGM también tienen tasas de autodescarga muy bajas, típicamente del 1% al 3% por mes. Como resultado, pueden permanecer inactivas durante más tiempo que las baterías estándar sin necesidad de recargarlas.

Versalift también ofrece sistemas de mayor voltaje cuando se requiere más potencia. Un sistema de 36 V utiliza tres baterías AGM en serie y un motor de CC de 36 V para proporcionar 3 gpm de elevación hasta 2250 psi o 5 gpm a 2000 psi para herramientas hidráulicas. Un sistema de 48 V ofrece hasta 6 gpm a 3000 psi con cuatro baterías en serie y un motor de CC de 48 V. Todos los sistemas utilizan bombas hidráulicas de engranajes de alta eficiencia y todas las baterías están selladas y no requieren mantenimiento.

Excavadora totalmente eléctrica. Las excavadoras y otros tipos de equipos de construcción brindan la oportunidad de una operación electrohidráulica, con motores eléctricos que funcionan con baterías que a veces proporcionan energía y accionan bombas hidráulicas. En una aplicación, Redactor de Danfoss , un párrafo Soluciones de energía de Danfoss , tecnología de electrificación entregada para apoyar Dispositivo Pon AS Desarrollo de una excavadora eléctrica de 25 toneladas totalmente alimentada por batería. Pon es el principal distribuidor de Caterpillar en Europa y trabaja con Danfoss para convertir el estándar Gato 323F Diesel a transmisión Danfoss Editron, un sistema dirigido por software. Según Danfoss, la excavadora, conocida como Cat 323 FZ, puede funcionar hasta siete horas con una sola carga bajo carga nominal.

Esta excavadora Caterpillar 323F convertida utiliza un paquete de baterías para alimentar una transmisión Danfoss Editron para impulsar y accionar el sistema hidráulico de la máquina.

A diferencia de sus homólogos diésel, que emiten hasta 52 toneladas de CO2 al año2— El Cat 323 FZ produce cero emisiones y es más silencioso que la versión diésel, lo cual es importante para cumplir con los límites de ruido en áreas urbanas. Este Redactor de Danfoss El tren motriz se basa en un control de software inteligente para máquinas híbridas y totalmente eléctricas que van desde 30 kW a 2000 kW.

Otro ejemplo es la miniexcavadora recién lanzada McGallac , Annecy-le-Vieux, Francia, que combina energía eléctrica completa con hidráulica para las funciones de trabajo. Mecalac se especializa en equipos de construcción para obras urbanas donde el tamaño compacto y el funcionamiento silencioso son primordiales. Este McGarach e-12 es una versión modificada de la empresa 12MTX En este modelo, los diseñadores reemplazaron el motor de combustión interna con Fosfato de hierro y litio (LiFePO4) Batería caja. El e-12 también cumple con la tendencia del mercado europeo de la construcción hacia estándares de cero emisiones para vehículos pequeños y medianos, al tiempo que ofrece una mayor eficiencia y un rendimiento confiable.

La miniexcavadora totalmente eléctrica e12 de Mecalac es una versión mejorada del modelo 12MTX de la empresa, pero utiliza una batería de fosfato de hierro y litio en lugar de un motor de combustión interna para obtener energía.

El paquete de baterías tiene un rango de funcionamiento de 8 horas y tres veces la vida útil de las baterías convencionales. Proporciona 146 kW de potencia y se puede cargar en unas 7 horas. Según los informes, el e-12 utiliza dos motores eléctricos de velocidad variable: uno que impulsa las ruedas y el otro que impulsa la bomba principal del sistema hidráulico. Esto hace coincidir la potencia entregada al sistema hidráulico con la requerida por la carga y ahorra energía.

Camión de basura eléctrico. Modelo de demostración de un camión de basura totalmente eléctrico, Mike LR vehículo eléctrico de batería (BEV), que entrará en funcionamiento en 2020 por el Departamento de Salud de la Ciudad de Nueva York. El vehículo está propulsado por el tren motriz eléctrico integrado de Mack que consta de dos motores eléctricos de velocidad variable de 130 kW que producen 496 caballos de fuerza pico y 4051 caballos de fuerza. lb-ft de torque, disponible desde cero rpm. La potencia va a las ruedas a través de una transmisión Mack Powershift de dos velocidades y las 52,000 libras del Mack. Eje trasero patentado S522R.

El vehículo eléctrico de batería Mack LR (BEV) utiliza un par de paquetes de baterías de óxido de cobalto de manganeso, níquel y litio para alimentar todas las funciones en lugar de un motor diésel. La máquina estará operativa en la ciudad de Nueva York el próximo año.

El sistema hidráulico de la carrocería Heil DuraPack 5000 del LR BEV y todos los demás accesorios se alimentan eléctricamente a través de circuitos de 12, 24 y 600 V. La energía proviene de cuatro baterías de iones de litio NMC (óxido de cobalto de manganeso, níquel y litio) cargadas por un sistema de carga compatible con SAE J1772 de 150 kW.

Los funcionarios de Mack dijeron que la recolección de basura y reciclaje es una aplicación ideal para los BEV, ya que los vehículos viajan en rutas predeterminadas y regresan a casa al final de sus turnos, lo que minimiza las preocupaciones sobre el alcance y la carga. Sus frecuentes operaciones de parada y arranque también brindan una oportunidad significativa para recuperar energía a través del frenado regenerativo. Dado que estos camiones totalmente eléctricos producen cero emisiones y son considerablemente menos ruidosos, son beneficiosos para las operaciones nocturnas, especialmente en entornos urbanos.

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