Innehåll KRAFTUTTAG Kraftuttagsmöjligheter Växellådsdrivna kraftuttag Kopplingsoberoende kraftuttag Motorkraftuttag Kraftuttag - Automatväxellåda 5 KRAFTUTTAG - PÅBYGGNAD 6 KRAN BAKOM HYTT 7 Bakmonterad kran 7 TIPP 8 Tipp - Snöplog/sandspridare 8 BETONGBLANDARE 9 LASTVÄXLARE 0 TANK 0 KYLAGGREGAT BULK SOPAGGREGAT KRAFUTTAGETS UTVÄXLING Lågvarvigt kraftuttag Högvarvigt kraftuttag EFFEKTBERÄKNING/VAL AV HYDRAULPUMPSTORLEK KRAFTUTTAGSDATA 5 Effektuttagsdiagram 5 KARDANAXLAR 6 Kardanaxelns arbetssätt 6 Kompensation med knutar 7 Två grundfall 7 Förenklad beräkning av olikformighet 8
KRAFTUTTAG Det här häftet ger en generell beskrivning över olika typer av kraftuttag: - Hur de kan användas. - Hur man beräknar effekten och väljer storlek på pump. I slutet av häftet ges lite kardanaxelteori. Under samma kapitel, men i ett separat häfte, beskrivs Scanias olika kraftuttag. Kraftuttagsmöjligheter För att driva en hydraulpump, vattenpump, kompressor eller annan utrustning krävs någon form av kraftuttag. Beroende på påbyggnad, användningsområde och aggregatet som skall drivas kan olika kraftuttagsmöjligheter väljas. Kraftuttag kan delas upp i växellådsdrivna kraftuttag och kopplingsoberoende kraftuttag. Växellådsdrivna kraftuttag Växellådsdrivna kraftuttag är alltid kopplingsberoende d v s drivningen av kraftuttaget upphör då kopplingen trampas ned. Dessa kraftuttag kan därför endast användas när bilen är stillastående, t ex för tipp och kranpåbyggnad. Växellådsdrivna kraftuttag kan vara anpassade för kardanaxeldrivning eller för direktmontering av hydraulpump. Växellådsdrivet kraftuttag med direktmonterad hydraulpump. 6:900 6:900 Växellådsdrivet kraftuttag med kardanaxeldrivning av hydraulpump.
Kopplingsoberoende kraftuttag Ett kopplingsoberoende kraftuttag påverkas inte av kopplingsmanövreringen och kan därför även användas då bilen är i rörelse. För drivning av aggregat som används under rangering, t ex hydraulpump för lastväxlare är det nödvändigt att använda ett kopplingsoberoende kraftuttag. Ett kopplingsoberoende kraftuttag har vanligtvis fläns för kardanaxeldrivning men kan även vara anpassat för direktmontering av hydraulpump. 6:90 Kopplingsoberoende kraftuttag Motorkraftuttag Motorkraftuttag hör till gruppen kopplingsoberoende kraftuttag. Används i huvudsak för drivning av utrustning som även används under körning och rangering, t ex frys- och kylaggregat, lastväxlare, plogutrustning och betongblandare 6:900 Motorkraftuttag med direktmonterad hydraulpump.
Kraftuttag - Automatväxellåda Kraftuttag på automatväxellåda kan normalt endast användas då växelväljaren är i neutralläge d v s när bilen är stillastående. Med modifierad kraftuttagsmanövrering kan kraftuttaget även användas under körning (växelväljaren i drivläge). 6:9005 Kraftuttag på automatväxellåda. 5
KRAFTUTTAG - PÅBYGGNAD Beroende på vilken påbyggnadsutrustning och aggregat som valts används olika typer av kraftuttag och kraftuttagsmöjligheter. Följande figurer ger en översiktlig bild av kraftuttagsval och systemuppbyggnad för de vanligaste påbyggnaderna. I flera av dessa exempel kan de drivna aggregaten drivas på andra sätt än vad som här beskrivs, t ex med en separat dieselmotor. Diagrammet nedan visar effektbehov och effektiva driftstiden på kraftuttaget för olika användningsområden. Detta ger en uppfattning om vilka krav som ställs på kraftuttag och drivet aggregat. Effektuttag kw 50 Lastväxlare 0 Bulkbil Skogskran 0 0 Tipp Tank (Bränsle) Kran 0 6:9006 0 Driftstid Timmar/5 år 000 000 000 000 6
KRAN BAKOM HYTT. Växellådsdrivet kraftuttag. Konstantflödes hydraulpump. Ventilpaket. Tank för hydraulolja Systemtryck:50-50 bar Flödesbehov: 0-80 l/min 6:9007 Bakmonterad kran. Växellådsdrivet kraftuttag. Variabel alt. konstantflödes hydraulpump. Ventilpaket. Tank för hydraulolja Systemtryck: 00-50 bar Flödesbehov: 50-00 l/min 6:9008 I båda alternativen ovan kan ett växellådsdrivet kraftuttag användas eftersom kraftuttaget endast används när bilen står stilla. 7
TIPP. Växellådsdrivet kraftuttag. Konstantflödeshydraulpump. Ventilpaket. Tank för hydraulolja 5. Enkelverkande hydraulcylinder (fylls av hydraulpumpen och töms av egentyngden). 5 Systemtryck:50-50 bar Flödesbehov: 0-00 l/min 6:9009 Ett växellådsdrivet kraftuttag kan driva hydraulpumpen eftersom kraftuttaget huvudsakligen används då bilen står stilla. Tipp - Snöplog/sandspridare. Motorkraftuttag alt. annat kopplingsoberoende kraftuttag. Variabel hydraulpump. Ventilpaket. Enkelverkande tippcylinder (fylls av hydraulpumpen och töms av egentyngden) 5. Tank för hydraulolja 5 6:900 Skillnaden mot en vanlig tippbil är att manövrering av tipp och snöplog/sandspridare sker under körning vilket medför att ett kopplingsoberoende kraftuttag måste användas. 8
BETONGBLANDARE 5 Alt.. Kopplingsoberoende kraftuttag. Variabel hydraulpump. Tank för hydraulolja. Oljekylare 5. Hydraulmotor 6:90 Variabel hydraulpump och kopplingoberoende kraftuttag används dels vid tömning/fyllning av betong dels för att oberoende av motorvarvtalet kunna reglera betongblandarens rotationshastighet under transport. Motorkraftuttaget och den lilla hydraulpumpen används för betongblandarens rotation under transport. 7 8 5 6 6:90 Alt.. Motorkraftuttag. Liten konstantflödes hydraulpump. Växellådsdrivet kraftuttag. Konstantflödes hydraulpump 5. Ventilpaket 6. Backventil 7. Tank för hydraulolja 8. Hydraulmotor Transport Systemtryck: 50-50 bar Flödesbehov: 0 l/min Tömning Systemtryck: 00-50 bar Flödesbehov:50 l/min Växellådsdrivna kraftuttaget och den andra hydraulpumpen används vid tömning/fyllning av betong. 9
LASTVÄXLARE. Motorkraftuttag alt. annat kopplingsoberoende kraftuttag. Konstantflödes hydraulpump. Ventilpaket. Tank för hydraulolja 5. Hydraulcylindrar Systemtryck: 00-50 bar Flödesbehov: 60-0 l/min 5 6:90 TANK. Växellådsdrivet kraftuttag. Produktpump (olja, bensin, gas, mjölk) 6:90 Ett kopplingsoberoende kraftuttag är oftast nödvändigt eftersom lastväxlarens fångkrok måste manövreras under körning (backning). Växellådsdrivet kraftuttag kan användas för att driva produktpumpen eftersom bilen står stilla när pumpen används. 0
KYLAGGREGAT 5 6 Alt.. Motorkraftuttag.. Variabel eller konstantflödes hydraulpump. Tank för hydraulolja. Hydraulmotor 5. Freonkompressor 6. Elektrisk motor (för drivning av freonkompressorn när motorn är avslagen) 6:905 7 6 Alt.. Motorkraftuttag. Variabel eller konstantflödes hydraulpump. Tank för hydraulolja. Hydraulmotor 5. Generator 6. Elmotor 7. Freonkompressor 5 6:906 I båda alternativen ovan ska freonkompressorn drivas under körning vilket medför att ett motorkraftuttag eller kopplingsoberoende kraftuttag behövs.
BULK. Växellådsdrivet kraftuttag. Kompressor 6:907 Växellådsdrivet kraftuttag används för att driva kompressorn eftersom bilen står stilla när kompressorn används. SOPAGGREGAT Alt.. Motorkraftuttag. Hydraulpump. Tank för hydraulolja Motorkraftuttag måste användas om sopaggregatets utrustning används under körning. 6:908 Alternativt kan annat kopplingsoberoende kraftuttag eller kraftuttag på automatväxellåda användas.
Alt.. Växellådsdrivet kraftuttag. Hydraulpump. Tank för hydraulolja Systemtryck:00-00 bar Flödesbehov: 60-0 I/min 6:909 Växellådsdrivet kraftuttag kan användas om sopaggregatets hydraulikutrustning endast används då fordonet står stilla. KRAFUTTAGETS UTVÄXLING De faktorer som styr valet av kraftuttagets utväxling är motorvarvtalet, pumpens storlek eller varvtalsbehovet för andra aggregat som skall drivas. Lågvarvigt kraftuttag Bör generellt väljas för pumpar/aggregat som används under bilens körning. Annars finns risk för övervarvning av pumpen/aggregaten. Högvarvigt kraftuttag Kan i princip alltid väljas för påbyggnadsutrustning som används när bilen står stilla. Med högvarvigt kraftuttag erhålls större flöden med mindre hydraulpumpar. 6:900
EFFEKTBERÄKNING/VAL AV HYDRAULPUMPSTORLEK För att inte överbelasta kraftuttaget är det viktigt att beräkna den valda pumpens momentbelastning och effektuttag på kraftuttaget. Momentet och effekten beräknas enligt följande: M = P = D x Pbar 6 D x N x Z x Pbar 600 x 0,95 x 000 För att inte överbelasta kraftuttaget samt för att erhålla rätt flödesbehov vid valt motorvarvtal är det viktigt att rätt pumpstorlek används. 6:90 M = Moment (Nm) D = Pumpens deplacement (cm ) Pbar = Systemtryck (bar) 6 = Konstant P = Effekt (kw) Z = Kraftuttagets utväxling 0,95 = Pumpens verkningsgrad (kan variera med olika pumptyper) Pumpens storlek (deplacement) D i cm, beräknas med följande formel: D = Q x 000 N x Z D = Pumpens deplacement (cm ) Q = Flödesbehovet (l/min) N = Valt motorvarvtal (r/min) Z = Kraftuttagets utväxling Beräkningsexempel. Hur stor blir momentbelastningen och effektuttaget på kraftuttaget med pumpval enligt beräkningsexempel, då systemtrycket Pbar ligger på 00 bar? M = P = 75 x 00 6 = 8 Nm 75 x 00 x 0,8 x 00 600 x 0,95 x 000 = 8 kw Beräkningsexempel. Hur stor pump ska jag använda då flödesbehovet är 80 l/min, kraftuttagets utväxling är 0,8 och valt motorvartal är 00 r/min? 80 x 000 D = 00 x 0,8 Svar: Momentbelastningen på kraftuttaget blir 8 Nm. Effektuttaget från kraftuttaget blir 8 kw. Den framräknade belastningen ska sedan jämföras med den max tillåtna belastningen på kraftuttaget. Svar: Med ovanstående krav bör en pumpstorlek (deplacement) på 75 cm väljas. Ligger den framräknade belastningen högre än den max tillåtna för kraftuttaget måste en annan pumpstorlek väljas.
KRAFTUTTAGSDATA Effektuttagsdiagram Effektuttagsdiagrammen på följande sidor visar inom vilka gränser kraftuttagen kan utnyttjas. För växellådsdrivna kraftuttag är tre olika belastningsfall markerade. Kontinuerlig drift, intermittent drift (max 5 min.) samt momentan belastning. MOTOR r/min KRAFTUTTAG r/min Kontinuerlig Intermittent drift (max 5 min) Momentant 000 000 600 00 000 800 Effektuttagsdiagram 500 000 Effektbehov - kraftuttag 0 kw 7 kw 55 kw 7 kw 8 kw 7 kw Momentbelastning 6:90 Gränsen för kontinuerlig drift grundar sig på de höga oljetemperaturer som uppstår i växellådan under längre tids belastning. Vid behov av högre effektuttag vid kontinuerlig drift än diagrammet tillåter kan detta lösas genom att använda oljekylare på växellådan: Gränsen för intermittent drift innebär att ett högre effektuttag under kortare tid (max 5 min.) kan tillåtas. Momentan belastning innebär att kraftuttaget kan belastas med ett högt effektuttag under mycket kort tid, exempelvis vid de toppbelastningar som uppkommer innan överströmningsventilen i ett hydrauliksystem öppnar. 5
KARDANAXLAR 6:90 Kardanaxelns arbetssätt Knutarnas läge Grundläggande för funktionen hos en kardanaxelöverföring är att knutvinklarna väljs rätt samt att kardanknutarna vrids rätt i förhållande till varandra. Obs! Den vanligaste orsaken till vibrationer i kardanaxlar är att knutarna sitter med fel inbördes läge. 6:90 6
Olikformighet Kardanknuten används för att koppla samman axlar med inbördes vinkel och parallella axlar som inte ligger i linje. När ett sådant axelsystem roterar uppstår olikformig rotation av kardanknuten. 6:905 Olikformigheten beror på knutens vinkel och är en ofrånkomlig egenskap hos kardanknutar. Ju större knutvinkeln är ju större blir olikformigheten. Vinklarnas betydelse Om vinklarna är lika stora överförs inte olikformheten till det övriga systemet. En kardanaxel har konstant rotationshastighet endast om ingående knutvinkeln är 0 o. Vid knutvinklar mindre än o kan tryckskador på knutkorsen uppkomma med förkortad livslängd som följd. Kompensation med knutar Om man använder flera knutar i ett kardanaxelsystem ger varje knut olikformighet alltefter hur stor vinkel den har. Genom att mäta knutvinklarna och beräkna olikformigheten, kan installationen anpassas så att störande vibrationer inte uppkommer. Låter man kardanaxelns rörmedbringare vara i samma plan kan man reducera eller kompensera olikformheten från ena knuten med hjälp av den andra. En kardanaxel med två rörmedbringare, som är i samma plan, ger ingen olikformighet efter andra knuten om knutvinklarna är lika. Genom att rörmedbringarna ligger i samma plan ökar den ena knuten, när den andra minskar rotationshastigheten och tvärtom. Kardanaxeln själv roterar olikformigt med ökande och minskande rotationshastighet var 90:e grad. Att knutarna har rätt inbördes läge, oavsett om ett kardanaxelsystem har två knutar eller fler, är viktigt. α α 6:906 Två grundfall Det finns två grundläggande inbyggnadsalternativ för kardanaxelsystem. De brukar kallas Z-montering respektive W-montering. Kombinationer av dessa kan också förekomma. Z-montering Drivande och drivna aggregatens axlar är helt parallella eller nästintill vid Z-montering. W-montering Vid W-montering är drivande och drivna aggregatens axlar inte parallella. Z W 6:907 7
Förenklad beräkning av olikformighet Fullständiga beräkningar av kardanaxlarnas olikformigheter är mycket komplicerade. Vi beskriver därför ett förenklat beräkningssätt för att räkna fram ett mått på olikformighet. Om samtliga vinklar är mindre än uppstår sällan problem med olikformigheten. Sådana system behöver därför knappast blir föremål för justering. Kardanaxel med två knutar Kardanaxeln har rörmedbringarna och som ligger i samma plan. α α α α 6:908 Knutvinklarna är inte lika stora, varför axeln kommer att överföra olikformighet till det övriga systemet. Knutvinkeln i knut α = 7 Knutvinkeln i knut α = 8 α α 6:909 Följande formel tillämpas när knutarna är vridna åt samma håll: α - α = olikformigheten om kardanaxelns knutar är vända lika. α + α (7x7) - (8x8) = -5 Detta innebär (-) 5 enheter olikformighet. (Minustecknet har ingen betydelse). Om knutarna varit felmonterade i den aktuella axeln och inte legat i samma plan, hade olikformigheterna adderats. α + α = olikformigheten om kardanaxelns knutar är felmonterade, d v s vridna 90. Olikformighetens konsekvenser Normalt kan man anse att kraftöverföringens hållfasthet inte påverkas nämnvärt så länge som olikformigheten stannar mellan kardanknutarna. Olikformighet kan däremot ge upphov till vibrationer och missljud, som ibland kan nå komfortstörande nivå. (7x7) + (8x8) = + Detta är för hög olikformighet för kontinuerlig drift. Den kan bara accepteras i extrema lägen och för kortvarig, lätt drift. 8