泵与发动机的功率匹配原理.docx
《泵与发动机的功率匹配原理.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《泵与发动机的功率匹配原理.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
泵与发动机的功率匹配原理
泵与发动机的功率匹配原理
泵与发动机的功率匹配原理
发动机的输出功率:
ne=me·ne/9549
(1)
式中:
ne——发动机输出功率(kw)
me——发动机转矩(n·m)
ne——发动机转速(r/min)
泵的输出功率为:
nb=pbqb/60=pbqbnb/60000(2)
式中:
nb——泵的输出功率(kw)
pb——泵出口压力(mpa)
qb——泵出口流量(l/min)
qb——泵的排量(ml/r)
nb——泵的转速(r/min)
泵与发动机直接连接,有nb=ne。
由传动关系知,nb与ne又满足:
nb=neη1η2(3)
式中η1——泵与发动机之间的传动效率,泵与发动机直接连接时取为1,泵与发动机通过分动箱相连时取为0.97
η2——泵自身的效率,由于泵一般为变量柱塞泵,当泵的排量、转速、压力变化时,效率也随之变化,因此,泵的效率值由供应商提供。
当发动机期望工作在某一最佳工作点时,其输出转矩为一常
此主题相关图片如下:
[DISABLELBCODE]
由图3的NT855-C280BCⅢ柴油机外特性曲线可以看出(见图3中曲线2):
发动机飞轮转矩的增加会引起发动机转速的下降(掉速),当发动机转速下降至最大转矩点时?
熏发动机输出转矩开始下降,此时发动机工作不稳定,转速急剧下降直至熄火,为了防止发动机熄火和充分利用发动机功率,只有及时减小液压泵的排量,降低发动机的负荷。
从图3可以看出,只有当发动机工作在(1600,1900)r/min区段时即可兼顾发动机输出功率与转矩均在较大且比油耗最小状态
3泵与发动机匹配的实现
对于全液压推土机,泵与发动机匹配的实现,一般采用极限负荷调节法。
由图1可以看出,由于变量柱塞泵具有恒功率的特性,所以实现恒功率控制是一种最理想的状态。
但在实际应用中,恒功率控制是非常难以实现的,比较成功的一种办法是实现发动机的恒转速控制。
采用极限负荷调节法,使发动机工作在最佳转速范围内。
如图4,发动机9和变量泵4刚性联接在一起,变量泵4输出的高压油液经高压油管7使行走马达8旋转输出动力,输出的动力经减速后传给履带6。
操作油门操纵杆10,会同时拉动油门位置传感器11产生电信号传给MC微控器5,所有信号可以通过仪表板1显示出来
此主题相关图片如下:
1.仪表板2.转速传感器3.行驶手柄4.变量泵5.MC微控器6.履带7.高压油管8.行走马达9.发动机10.油门杆11.油门位置传感器
当机器在铲掘工况时遇到大负荷,行走马达8的负载转矩增加;在行走闭式系统的流量、马达转速不变的情况下,马达的排量也会保持不变。
但由于负荷的增加,高压油管7内的压力就会升高。
这样使得变量泵4的负载转矩增加,由于发动机9和变量泵4直接连接在一起,泵的负载增加导致发动机飞轮转矩增加。
在负载的作用下,发动机转速下降。
此时,MC微控器5根据由转速传感器2传来的信号,计算出此时实际转速与对应油门开度下的设定转速的差值Δn,经数据处理和PID运算后,调节变量泵4的比例阀电流,以减小变量泵4的排量而使其吸入转矩减小,由于负载的减轻,发动机转速回升;反之亦然。
这样使发动机9工作在最佳转速范围内。
图5为极限负荷调节过程的原理图。
此主题相关图片如下:
4马达与泵的匹配
从理论上讲,马达与泵并无特殊的匹配关系。
但是在推土机的实际设计过程中,马达与泵有排量上的匹配关系,根据匹配经验,一般马达的排量应为泵排量的1.6~2.2倍,否则,会出现行走系统压力过高、行驶速度波动过大、马达转速过高、发动机出现掉速和作业效率低等故障。
一般来说,马达排量越大越好,但马达排量越大,会使制造成本过高。
马达排量和推土机发动机的飞轮功率也有一个匹配关系。
当发动机的飞轮功率用马力表示时,马达排量为飞轮功率的0.8~1.1倍合适。
全液压推土机的匹配计算时,应考虑充分利用液压泵和马达的的效率,影响马达效率的因素有转速、压力和排量,这3个方面必须综合考虑。
根据LINDA、REXROTH和SAUER三大著名液压元件厂商提供的资料,变量柱塞泵和马达有以下特点:
(1)泵的工作高效区。
假设行走泵工作的额定压力为Pp,额定转速为np,最大排量为vp,当行走闭式系统工作压力在0.2~0.85PP、泵工作转速在0.3~0.85np、泵的排量在0.70~1.0vp变化时,泵的效率变化不明显,此范围内泵的总效率可达91%以上。
(2)马达工作高效区。
马达的高效区同泵的高效区有相似性,假设马达工作额定压力为Pm,额定转速为nm,最大排量为vm,当行走闭式系统工作压力在0.4~0.85Pm、马达工作转速在0.1~0.45np、马达排量在0.80~1.0vp变化时,效率变化不明显,此范围内马达的总效率可达90%以上。
根据上述特点,在进行总体匹配时,要将推土机的切土和运土工况匹配在上述区域,在高速返回工况,也要尽量匹配在高效区。
5传动系统速比的选择
传动系统速比是全液压推土机匹配中一个非常关键的参数,它对推土机的作业效率和可靠性有很大影响。
传动系统的速比与主机总体设计时所需的最大牵引力和最大行驶速度有关。
速比的选取首先应保证推土机的最大理论牵引力。
根据设计经验,全液压推土机最大理论牵引力为机重的1.15~1.30倍较为合适。
过小会出现最大牵引效率段的速度过低,影响作业效率,行走液压系统的压力过高,易出现爆管,发动机易掉速。
过大会出现生产成本过大,系统压力过低,泵和马达在低压力下机械效率偏低。
其次,速比的选取还应考虑最大行驶速度,最大倒车空驶速度一般应为10~11km/h,一般不应低于9.0km/h,否则会影响作业效率。
设计时应保证推土机在切土工况时的速度为2~3km/h,运土工况的行驶速度为4~6km/h。
速比的选择应综合考虑,为降低减速器齿轮的搅油损失,提高马达和减速器的使用寿命,应控制马达的最高转速在马达许用转速的0.6~0.8之间。
6小结
(1)全液压推土机传动系统与柴油机匹配时,要将正常工作的工况匹配在最大功率、低油耗区,并防止柴油机转速波动过大;
(2)泵与柴油机匹配时,采用极限负荷调节法,通过MC控制器的PID运算,可以较好地使柴油机工作在最佳转速范围内;
(3)泵与马达匹配时,一定要注意泵与马达的排量匹配关系,并在匹配时,将推土机的切土和运土工况匹配在泵和马达的高效区;
(4)机械传动系统的总速比要兼顾最大牵引力和最大行驶速度,不能顾此失彼,否则会影响整机的牵引性能。
R-直列多缸排列发动机
V-V型汽缸排列发动机
B-水平对置式排列多缸发动机
WA-汪克尔转子发动机
W-W型汽缸排列发动机
Fi-前置发动机(纵向)
Fq-前置发动机(横向)
Mi-中置发动机(纵向)
Mq-中置发动机(横向)
Hi-后置发动机(纵向)
Hq-后置发动机(横向)
OHV-顶置气门,侧置凸轮轴
OHC-顶置气门,上置凸轮轴
DOHC-顶置气门,双上置凸轮轴
CVTC-连续可变气门正时机构
VVT-i--气门正时机构
VVTL-i--气门正时机构
ES-单点喷射汽油发动机
EM-多点喷射汽油发动机
SDi-自然吸气式超柴油发动机
TDi-Turbo直喷式柴油发动机
ED-缸内直喷式汽油发动机
PD-泵喷嘴
D-柴油发动机(共轨)
DD-缸内直喷式柴油发动机
TA-Turbo(涡轮增压)
SFI-连续多点燃油喷射发动机
FSI-直喷式汽油发动机
气门Valve
顶置凸轮轴OverHeadCamshaft(OHC)
顶置双凸轮轴DoubleOverHeadCamshaft(DOHC)或称TwinCamshaft
直列四缸Inline4
水平对置发动机(BoxerEngine)
四冲程汽油机(Reciprocating4StrokeCycleEngine)
柴油机(DieselEngine)
转子发动机(RotaryEngine)
气缸体(CylinderBlock)
气缸套(CylinderLiner)
连杆(ConnectingRod)
曲轴(CrankShaft)
油底壳(OilPan)
活塞(Piston)
活塞销(PistonPin)
活塞环(PistonRing
平衡机构(Balancer)
气缸盖(CylinderHead)
进气门和排气门(IntakeValve/ExhaustValve)
气门座(ValveSeat)
气门弹簧(ValveSpring)
气门锁块(Cotter)
气门间隙调节垫片(Shim)
凸轮轴(Camshaft)
摇臂(RockerArm)
摇杆(SwingArm)
齿形皮带(TimingBelt)
气门间隙调节器(又称液压挺杆)(ValveLashAdjuster)
配气相位(气门开闭角度)(ValveTiming)
可变进气系统(VariableInductionSystem)
化油器(Carburetor)
喉管(Venturi)
可变喉管(VariableVenturi)
汽油泵(FuelPump)
惯性增压(InertiaChange)
进气管(IntakeManifold)
节气门(ThrottleValve)
空气滤清器(AirCleaner)
汽油喷射系统(FuelInjection)
空气流量计(AirFlowMeter)
节气门体(ThrottleBody)
汽油喷嘴(Injector)
单点喷射(SinglePointInjection)
自然进气(NaturalAspiration)
涡轮增压器(TurboCharger)
中冷器(InterCooler)
爆振(Knocking)
爆振传感器(KnockSensor)
机械增压器(SuperCharger)