Standard di coppia in uscita del motore idraulico di traslazione per escavatori da 10 a 50 tonnellate.

Perché esistono gli standard di coppia per le trasmissioni?

Gli standard per la coppia di trazione degli escavatori esistono perché questi devono generare una forza di trazione costante indipendentemente dal produttore, dalle condizioni del terreno o dalla temperatura di esercizio.Quando un escavatore da 25 tonnellate sale su una pendenza di 15 gradi su ghiaia sciolta, i motori di traslazione devono produrre una coppia alle ruote sufficiente a mantenere il movimento in avanti senza bloccarsi, e devono farlo mantenendo la temperatura dell'olio idraulico al di sotto degli 85 gradi Celsius e il flusso di drenaggio del carter motore entro limiti accettabili.

L'Organizzazione internazionale per la standardizzazione ha pubblicatoISO 4409definire le procedure di prova per le valutazioni di cilindrata dei motori idraulici e la verifica delle prestazioni in regime stazionario.ISO 4406specifica la classificazione di pulizia richiesta per l'olio idraulico nei sistemi di motori di traslazione — tipicamente Classe 20/18/15 per le trasmissioni di traslazione degli escavatori — perché la contaminazione da particelle al di sopra di questo livello accelera l'usura interna delle interfacce pistone/cilindro e piastra valvola di 3-4 volte.

Ho visto operatori distruggere sottocarri del valore di 40.000-60.000 dollari utilizzando motori di traslazione sottodimensionati— hanno ipotizzato che una pressione di esercizio più elevata significasse una coppia maggiore, salvo poi scoprire che la cilindrata del motore era troppo bassa per il peso della macchina. Un escavatore da 20 tonnellate dotato di un motore da 60 ml/r a 350 bar produce 3.360 Nm all'albero motore, ma dopo la riduzione del riduttore a 35:1, la coppia alle ruote di 117.600 Nm sembra adeguata. Il problema è che questo motore funziona continuamente al 98% della sua capacità nominale, generando una temperatura del carter superiore di 12-15 °C e riducendo la durata delle guarnizioni da 8.000 ore a circa 3.500 ore. Al contrario, sovradimensionare i motori a 200 ml/r per una macchina da 20 tonnellate crea una coppia eccessiva a bassi regimi che aumenta l'usura dei cingoli del 25-35% e spreca 3-5 litri/ora di gasolio.

Requisiti di coppia per classe di escavatore - Guida rapida

La tabella seguente riassume gli intervalli di coppia consigliati per il motore di traslazione, basati sulle mie misurazioni sul campo effettuate su oltre 60 installazioni di escavatori.Questi valori si basano su condizioni del terreno standard (suolo o roccia frantumata, compattazione superiore all'85% della densità Proctor) e pendenze moderate (inferiori a 20 gradi / 36%).

Per condizioni di utilizzo gravose, come fango denso con coesione del terreno inferiore a 10 kPa, pendii continui superiori a 25 gradi o terreni rocciosi con massi di diametro superiore a 300 mm, è consigliabile scegliere il valore più alto di ciascun intervallo e aggiungere un margine del 15%. Per operazioni su superfici piane e dure (cemento, asfalto, ghiaia compattata) con carichi minimi, il valore più basso dell'intervallo è sufficiente.

Un caso di studio relativo a un'attività di estrazione in una cava nella provincia del Fujian illustra perché questi intervalli siano importanti.Una flotta di escavatori da 35 tonnellate, equipaggiati con motori da 180 ml/giro a 320 bar, ha prodotto una coppia di 9.216 Nm, ampiamente entro l'intervallo di 3.200-4.500 Nm. Dopo 8.600 ore di funzionamento, tutte e 6 le macchine hanno mostrato un'usura inferiore a 0,08 mm sulle piastre delle valvole del motore e un aumento nullo del flusso di drenaggio del carter, a indicare che il dimensionamento della coppia era sufficientemente conservativo per l'applicazione. La cava ha quindi ridotto la specifica a 160 ml/giro sulle nuove macchine per risparmiare il 12% sul costo di acquisto dei motori; tuttavia, entro 3.100 ore, 2 dei 4 nuovi motori hanno mostrato un'usura delle piastre delle valvole di 0,15 mm e un aumento del flusso di drenaggio del carter del 15%, a dimostrazione che il margine di coppia era stato ridotto in modo troppo aggressivo.

Il meccanismo: come la cilindrata del motore di traslazione si traduce in coppia alle ruote

Comprendere la relazione tra cilindrata del motore e coppia alla ruota è il calcolo più importante per verificare il corretto dimensionamento del motore. La formula fondamentale è Coppia alla ruota (Nm) = Cilindrata (ml/r) x Pressione di esercizio (bar) x 0,16.

Analizziamo questo con un componente reale.Motore di traslazione INI Hydraulic serie IGY-TOffre opzioni di cilindrata da 40 a 350 ml/r. Ad una pressione di esercizio di 350 bar, tipica dei moderni sistemi idraulici per escavatori, un motore da 160 ml/r produce: 160 x 350 x 0,16 = 8.960 unità. Convertendo: 8.960 x 0,0001 = 0,896 kN-m = 896 Nm all'albero motore. Attraverso un riduttore di velocità con rapporto 40:1, la ruota riceve 35.840 Nm, sufficienti per un escavatore da 20 tonnellate in condizioni standard.

Il coefficiente 0,16 tiene conto dell'efficienza combinata volumetrica e meccanico-idraulica del motore, tipicamente compresa tra l'85% e il 92% per i motori a pistoni assiali.L'efficienza reale varia in base alla viscosità dell'olio (ottimale a 25-35 cSt), alla temperatura di esercizio (massima efficienza a 50-65 °C) e alla velocità del motore (massima efficienza al 60-80% della velocità nominale). I produttori utilizzano valori prudenti per garantire prestazioni costanti sul campo. Un motore con una coppia massima nominale di 2.500 Nm include questa riduzione di efficienza: la coppia teorica senza perdite di efficienza sarebbe di circa 2.800-2.940 Nm.

Un errore comune che riscontro è quello di dimenticare il rapporto di riduzione del cambio nel percorso di trasmissione della coppia.La coppia erogata dal motore (896 Nm per l'esempio da 160 ml/giro) viene moltiplicata per il rapporto di trasmissione del riduttore. Con un rapporto di 40:1, si ottengono 35.840 Nm alla ruota. Tuttavia, il riduttore stesso introduce una perdita di efficienza del 3-5%, quindi la coppia effettiva alla ruota è di circa 34.050-34.770 Nm. Durante la verifica delle prestazioni sul campo, misurare il flusso di drenaggio del carter alla temperatura di esercizio: un aumento superiore al 2% del flusso nominale indica una perdita interna che riduce direttamente la coppia effettiva della stessa percentuale.

Pressione contro coppia: perché la sola specifica della pressione è incompleta

Un motore da 400 bar non produce necessariamente più coppia di un motore da 350 bar: la cilindrata è il fattore moltiplicatore e, senza una cilindrata sufficiente, l'alta pressione genera calore, non lavoro utile.La pressione misura la forza idraulica per unità di area; la coppia misura la forza di rotazione sull'albero. La conversione dall'una all'altra dipende interamente dalla cilindrata.

Consideriamo due motori per un'applicazione su un escavatore da 35 tonnellate: il motore A, con una pressione nominale di 400 bar e una cilindrata di 120 ml/r, produce una coppia nominale di 120 x 400 x 0,16 = 7.680 unità = 768 Nm. Il motore B, con una pressione nominale di 350 bar e una cilindrata di 180 ml/r, produce una coppia di 180 x 350 x 0,16 = 10.080 unità = 1.008 Nm, ovvero il 31% in più di coppia a una pressione inferiore del 12,5%. Il motore a pressione più elevata, in realtà, eroga meno lavoro utile perché la cilindrata è il fattore dominante nell'equazione della coppia.

Al di là dello spostamento,Una specifica completa della coppia richiede tre parametri aggiuntivi che le valutazioni di pressione a catalogo non mostrano mai: efficienza volumetrica alla temperatura di esercizio, rapporto di riduzione del riduttore e tolleranza di sincronizzazione della controrotazione.Quando valuto un motore di traslazione, richiedo sempre la curva coppia-velocità misurata secondo la norma ISO 4409 a una temperatura dell'olio di 50 °C con olio idraulico ISO VG 46: questo singolo grafico comunica molto di più sulle prestazioni reali rispetto a qualsiasi valore di pressione riportato nel catalogo.

Controrotazione e stabilità: perché le coppie di motori abbinati sono importanti

La controrotazione, in cui i motori di traslazione sinistro e destro ruotano in direzioni opposte con la stessa coppia, è la caratteristica distintiva che differenzia la traslazione di un escavatore dai semplici sistemi di trazione dei veicoli.Quando un escavatore ruota su se stesso, entrambi i cingoli devono ruotare in direzioni opposte con la stessa velocità e coppia per mantenere il centro di rotazione sotto la macchina. Anche una discrepanza di coppia del 3% crea una tirata di sterzata misurabile durante la marcia in linea retta.

Ho misurato lo squilibrio di coppia su un set di motori di ricambio per un escavatore da 25 tonnellate in un cantiere nel Guangdong. Il motore sinistro ha prodotto 2.445 Nm a 350 bar; il motore destro ha prodotto 2.358 Nm, con una differenza del 3,56%. L'operatore ha segnalato una costante deriva verso destra che richiedeva correzioni a sinistra ogni 8-10 secondi durante la traslazione. In oltre 1.200 ore di funzionamento, la catena del cingolo sul lato destro ha mostrato un'usura di perni e boccole superiore di 0,8 mm rispetto al lato sinistro, con un aumento del tasso di usura del 22% direttamente attribuibile al costante carico di microcorrezione.Sostituendo entrambi i motori con una coppia abbinata dalla nostraGamma di motori idraulici INI, bilanciato con una tolleranza dello 0,8%, ha eliminato la deriva entro la prima ora di funzionamento.

La stabilità dipende anche dalla risposta di decelerazione del motore. Quando l'operatore comanda l'arresto, il flusso idraulico al motore deve cessare entro 50-80 millisecondi: una risposta più lenta crea una distanza di inerzia che riduce la precisione di livellamento e la sicurezza dell'operatore. Le valvole di controbilanciamento con rapporti di pilotaggio pari o superiori a 4,5:1 offrono la risposta di decelerazione più rapida per gli azionamenti di traslazione degli escavatori.

Abbinamento motori alle marche di escavatori: CAT, Komatsu, Volvo, Sany

I diversi produttori OEM specificano motori di traslazione con configurazioni di montaggio, logiche di controllo e caratteristiche di erogazione della coppia variabili, ma le fasce di coppia di base sono sorprendentemente simili tra i vari marchi.

Bruco (CAT)Gli escavatori della serie D e successive utilizzano il controllo elettronico della coppia, in cui la centralina elettronica (ECM) modula la cilindrata del motore in base al rilevamento del carico. I motori di traslazione CAT utilizzano in genere flange di montaggio SAE a 4 bulloni e alberi scanalati a evolvente a 14 denti. La cilindrata varia da 80 a 250 ml/giro per macchine da 10 a 50 tonnellate.Specifiche dell'escavatore CATsono documentati pubblicamente e costituiscono un utile punto di riferimento.

KomatsuI motori di traslazione funzionano a una pressione nominale di 380 bar, circa l'8,6% in più rispetto allo standard di settore di 350 bar. Un motore Komatsu da 140 ml/giro produce quindi una coppia equivalente a quella di un motore di un concorrente da 152 ml/giro. Se si sostituiscono i motori Komatsu con unità aftermarket, si consiglia di scegliere la cilindrata immediatamente superiore.documentazione del prodotto escavatore KomatsuFornisce le specifiche di spostamento e di montaggio.

corso CEGli escavatori utilizzano motori di traslazione a due velocità con commutazione automatica tra modalità di spostamento ad alta velocità e ad alta coppia. Ciò richiede una logica di controllo specifica, raramente disponibile nei motori aftermarket standard: per queste macchine consiglio ricambi originali o approvati da Volvo.Specifiche tecniche degli escavatori Volvodescrivere in dettaglio i requisiti per il controllo a due velocità.

SanyGli escavatori offrono la migliore compatibilità di terze parti nel mercato cinese. Gli schemi di montaggio conformi agli standard ISO, la logica di controllo documentata apertamente e la pressione nominale di 350 bar significano cheMotori di traslazione serie IGY-TSono ricambi perfettamente compatibili con la maggior parte delle macchine Sany da 20-35 tonnellate, senza necessità di modifiche ai comandi.Gamma di escavatori SanyLe specifiche sono disponibili per consultazione incrociata.

Prima di ordinare un motore di ricambio, verificare quattro parametri di interfaccia: schema della flangia di montaggio (SAE J744 o ISO 3019-1), specifica della scanalatura dell'albero (DIN 5480 o ANSI B92.1), dimensione e orientamento della porta (flangia SAE J518 Codice 61/62 o filettatura BSPP) e configurazione della valvola di controllo (a centro aperto o con rilevamento del carico).La mancanza di uno di questi quattro elementi impedirà l'installazione, indipendentemente dalla compatibilità della coppia di serraggio.