2 отзыва
Гидравлические технологии г. Владивосток
Как устроен регулируемый поршневой насос.

Как устроен регулируемый поршневой насос.

Как устроен регулируемый поршневой насос.
На примере гидронасоса A8V10 7ERAR (uchida-hydromatik) от буровой машины.

18.03.15

 

 

 

 

 

Фото 1 (шильдик)

P2170365

Фото 2 (насос на стенде)

P2170364

 

1. Регулируемый плунжерный насос.

1

2

1. Блок цилиндров

2. Распределительный диск

9. Шатун

10. Управляющий поршень

11. Следящий золотник

12. Регулятор

13. Пробка регулирования наименьшего расхода

14. Пробка регулирования наибольшего расхода

15. Селекторный клапан с пилотным управлением

16. Масляный канал для смазки подшипников

 

1-1 Общие сведения.

В корпусе гидронасоса вмонтированы две наклонные вращающиеся группы. Вращающиеся группы сблокированы друг с другом шестернями и их наклон регулируется регулятором. Подача гидронасоса изменяется в зависимости от суммы давлений нагнетания обеих групп, что обеспечивает поддержание крутящего момента на маховике двигателя почти на постоянном уровне.

Насосы №3 и №4 приводятся в работу через зубчатую передачу.

1-2 Функция.

Вращающаяся группа, имеющая входной вал, вращается в ту же сторону, что и двигатель, а другая группа (ведомая) в сторону, противоположную направлению вращения двигателя. Направления нагнетания показано выше на рисунке. К полостям А1 и А2 присоединяются нагнетательные трубопроводы. Всасывающий трубопровод предусмотрен только один, и рабочая жидкость, поступающая в полость всасывания, разветвляется регулятором на два потока, идущие к двум вращающимся группам. На шестернях обоих валов установлено подвижно по 7 поршням, приводящим блоки цилиндров во вращение.

Каждый блок цилиндров совершает вращательное перемещение по полостям в виде дуговых окон в соответствующем распределительном диске. Распределительный диск скользит по цилиндрическому пазу в корпусе регулятора. Таким образом, угол наклона оси наклонного блока изменяется.

В центральном отверстии каждого распределительного диска установлен подвижно шатун, который по мере движения плунжера (управляющего поршня) перемещает распределительный диск по цилиндрическому пазу в корпусе регулятора, изменяется угол наклона оси наклонного блока.

В состоянии нагрузки блок цилиндров прижимается к распределительному диску под усилием тарельчатой пружины, имеющейся между осью вращения блока и блоком цилиндров.

В нагруженном состоянии блок цилиндров и распределительный диск сохраняют гидравлический баланс и, следовательно, не теряют масляную пленку, что обеспечивает минимизацию перетечки жидкости.

Часть перетечек служит для смазки подвижных частей вращающихся групп.

Рабочая жидкость, поступающая к центральному каналу в каждом поршне, смазывает стык между сферической головкой поршня и валом.

Под действием центробежной силы рабочая жидкость идет по радиальному отверстию в валу к сферической головке оси вращения блока цилиндров и смазывает её. Подшипники рабочая жидкость смазывает, пройдя по центральному осевому каналу в приводном валу.

3

4

Когда поршень перемещается от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки на распределительном диск, поршень совершает ход соответствующий углу вращения, засасывая из полости всасывания в распределительном диске рабочую жидкость в количестве, соответствующем площади и ходу поршня. При достижении поршнем верхней мертвой точки он перемещается в сторону нижней мертвой точки, нагнетая засосанную рабочую жидкость в полость нагнетания в распределительном диске5

 

1-3 Принцип действия.

(1) Функция сохранения постоянства мощности (LV)

Для удобства пояснения разберем эту функцию одного насоса.

Давление нагнетания насоса действует непосредственно на управляющий поршень [1] со стороны меньшего диаметра, поршень [2], следящий золотник [4] и часть цилиндра [5], отмеченную знаком *.

В состоянии без нагрузки, а также при низком давлении насоса угол наклона блока цилиндров занимает максимальное значение под действием силы, действующей на управляющий поршень [1] со стороны меньшего диаметра, и усилия пружины [6].

6

Когда вследствие повышения давления нагнетания насоса сила, действующая на поршень [2], преодолеет усилие пружины [6] и [8], следящий золотник [4] перемещается в сторону, указанную стрелкой ---- > , сообщая полость нагнетания с поршневой полостью управляющего поршня [1] со стороны большого диаметра.

(Следует обращать внимание на взаимное расположение следящего золотника [4] и цилиндра [5])

Перемещение управляющего поршня [1] происходит вследствие разности в площади между торцом меньшего диаметра и торцом большего диаметра, что переводит угол наклона блока цилиндров с максимального на минимальный.

7

 

При перемещении управляющего поршня [1] в сторону α min он сжимает сначала пружину [6], затем пружину [7]. Когда усилие пружины [6] или усилие пружин [6] и [7] преодолеет усилие поршня [2], следящий золотник [4] отводится назад под действием пружины [8].

Управляющий поршень [1] перестает двигаться тогда, когда усилие поршня [2] станет равным усилию пружин [6], [7] и [8] и следящий золотник [4] и цилиндр [5] займут положение, показанное на рисунке. Это балансное состояние появляется в любом месте в пределах угла наклона блока цилиндров в зависимости от давления нагнетания насоса.

8

При снижении давления нагнетания уменьшается усилие поршня [2]. Тогда под действием усилия пружин [6], [7] и [8] поршень [2] и следящий золотник [4] отодвигаются назад, и взаимное расположение следящего золотника [4] и цилиндра [5] примет вид, показанный на рис. Поршневая полость управляющего поршня [1] со стороны большего диаметра сообщается с гидробаком, и угол наклона блока цилиндров увеличивается в сторону максимального значения.

9

При перемещении управляющего поршня [1] в сторону максимального угла наклона блока цилиндров уменьшается усилие пружины [6] или усилие пружин [6] и [7], и когда усилие поршня [2] уравновесится с усилием пружин [6], [7] и [8] взаимное расположение следящего золотника [4] цилиндра [5] примет вид, показанный ниже на рисунке; в этом положении управляющий поршень [1] останавливается и наклон блока цилиндров прекращается.

10

Как излагалось выше, при повышении давления нагнетания насоса уменьшается угол наклона блока цилиндров и, как следствие этого, снижается подача насоса, а при падении давления нагнетания увеличивается подача насоса.

11

 

Зависимость между мощностью, давлением и подачей насоса представляется так, как показано выше. Значит, при повышении давления уменьшается подача, а при снижении давления ― увеличивается, за счет чего мощность поддерживается на постоянном уровне.

Фактически мощность приближают к гиперболе постоянства мощности с помощью пружины [6] (пружины большого размера для PC), пружины [7] (пружины малого размера для PC) и пружины [8] (пружины регулирования момента начала PC).

12

 

Максимальный и минимальный расходы (подачи) задаются пробками регулирования максимального и минимального расходов, имеющимися обоих концах корпуса регулятора. Пружина РС большего размера и пружина регулирования момента начала РС предварительно настроены на заданное усилие. При превышении давления сверх заданного блок цилиндров начинает наклонятся, и сжимается пружина РС большего размера. При дальнейшем повышения давления увеличивается соответственно угол наклона блока цилиндров, при этом сжимается также пружина РС малого размера, в результате чего блок цилиндров наклоняется в соответствии характеристикой двух пружин.

1) При давлении 0 кгс/см2 две вращающиеся группы занимают положение, соответствующее наибольшему углу наклона (подаче насоса). (однако это относится к случаю, когда такие виды управления, как синхронное управление, нейтральное управление и управление с двумя дросселями не работают.)

2) При давлении [2] (это давление называется "давлением начала РС2) блок цилиндров насоса, преодолев усилие пружины РС большего размера, начинает наклонятся (то есть подача уменьшается).

3) Когда давление нагнетания больше [3], оно преодолевает усилие пружины РС большого размера и двух пружин малого размера; при достижении давлением нагнетания величины [4] оно оказывается равным настройке предохранительного клапана.

(2) Управление с двумя дросселями

1) Изменение мощности под нагрузкой.

Как ранее излагалось, угол наклона блока цилиндров насоса (подача насоса) определяется усилием, действующим на поршень (давление х площадь сечения поршня). Изменение заданной мощности за счет уменьшения усилия, действующего на поршень (снижения давления действующего на поршень), называют "изменением мощности под нагрузкой".

13

14

Эта система управления построена на двух дросселях и суть управления заключается в подводе редукционного давления между двумя дросселями на поршень. Если взять площадь сечения дросселей а1 и а2, то давление между дросселями Р' можно представить в виде

15

При сведении а2 к нулю на поршень действует давление нагнетания. Допустим, что давление начала РС насоса задано на Ра. Тогда, если установить площадь сечения вторичного дросселя на а2, давление Р', действующее на поршень будет Pa/(1+(a2/a1)2), при этом блок цилиндров насоса не начинает наклонятся, несмотря на то что давление нагнетания равно Ра. Начинает наклонятся блок цилиндров только в тот момент, когда давление нагнетания составит {1 + (а2/а1)2}*Ра.

16

Пример:

  •    а1 = 0,2 см2
  •    а2 = 0,15 см2
  •    Давление начала РС при нулевой а2 Ра = 100 кгс/см2

На этом примере, если а2 = 0,15 см2, давление начала РС при изменении мощности под нагрузкой Ра' будет Ра' = {1 + (0,15/0,2)2}х100 = 156 кгс/см2.

Из этого уравнения

17

 

называется "степенью дросселирования".

Так как ε постоянна в условиях постоянства а1 и а2, при изменении мощности под нагрузкой получается определенное постоянное значение в каждой области давления так:

18

Значит, когда изменить мощность под нагрузкой при мощности, заданной на L0, тогда мощность L будет L=L0/ ε

2) Управление с полным использованием мощности двигателя за счет изменения мощности под нагрузкой (управление с двумя дросселями)

Когда давление одного насоса меньше давления начала РС, осуществляют управление с полным использованием мощности двигателя, сущность которого состоит в стопроцентном эффективном использовании мощности двигателя путем передачи излишка мощности на другой насос. При этом значение {(Р1хQ1) насоса №1 + (P2xQ2) насоса №2)} оказывается постоянным. Этот вид управления при низком давлении одного насоса увеличивает заданную мощность для другого насоса и тем самым повышает рабочие скорости.

19

20

21

22

Первичный дроссель является нерегулируемым дросселем, а вторичный дроссель может непрерывно регулироваться по степени открытия в зависимости от давления нагнетания другого насоса, поэтому давление, действующее на поршень, также непрерывно изменяется. Когда давление второго насоса меньше давления начала РС, степень дросселирования для первого насоса изменяется почти пропорционально давлению и, таким образом, осуществляется управление с полным использованием мощности двигателя.

(3) Синхронное управление

Под синхронным управлением понимают такое управление. Значит, на поршень, установленный снаружи поршня, работающего от давления нагнетания насоса, подводят пилотное давление (Pz), поступающее от гидрораспределителя независимо от давления нагнетания (Р1 и Р2),

23

За счет чего изменяют угол наклона блока цилиндров (подачу насоса) соразмерно с углом наклона рычага управления.

Как излагалось в предыдущих пунктах (1) и (2), подача насоса определяется усилием, создаваемым поршнем (давление нагнетания х площадь сечения поршня), следовательно, если создают усилие, эквивалентное пилотному давлению, поступающему от гидрораспределителя, за счет самого этого давления, становится возможным изменять подачу насоса независимо от давления нагнетания.

В таком случае снижение пилотного давления, поступающего от гидрораспределителя, соразмерно с ходом движения рычага управления позволяет изменять подачу насоса с минимальной до максимальной.

(4) Нейтральное управление

Под нейтральным управлением понимают синхронное управление при нейтральном положении рычага управления. В этом случае угол наклона блока цилиндров насоса (подача насоса) оказывается минимальным. (При этом пилотное давление достигает максимального значения.)

24