液压泵与柴油机恒功率匹配关系

如题所述

在液压传动中把液压泵作为传动的动力源,虽然柴油机能耗不直接反映在液压系统上,但液压系统设计和柴油机功率匹配合理才能使发动机功率得到充分合理的应用,钻孔施工中随着地层不同在变负载的情况下实现泵与柴油机功率匹配是提高传动功率,提高钻进效率,降低整机油耗的有效途径。

1.泵与发动机的功率匹配关系

下列公式不考虑因单位折算而出现的常数:

发动机输出功率P(kW)

P=T·n

式中:T为发动机输出转矩,N·m;n为发动机输出转速,r/min泵的输出功率Pb(kW)

Pb=p·Q=p·q·n

式中:p为泵的工作压力,MPa;Q为泵的实际输出流量,L/min;q为泵的每转排量,mL/r;n为泵的转速r/min。

如泵与发动机直接连接根据传动关系有:

Pb=P·η

式中:η为泵的总效率,为泵输出功率与输入功率的比值。

由上述公式整理得:

T=p·v=常值

由上式可知:柴油机在工作某一最佳工作点输出转矩为一常值,当负载变化时,即工作压力p变化可调节泵的排量q即调节速度v使泵输出的转矩不变,就实现了泵与发动机间的功率匹配,要求泵具有恒功率特性,即应采用变量泵。恒功率控制的目的是使泵的输出动力具有自动调节性质,保证发动机总是在恒功率输出的最佳工况,以提高发动机的效率。欲使变量泵的输出呈准确的双曲线规律变化,必须采用较复杂的非线性反馈伺服变量机构,对于钻机不是必须需要,近似恒功率控制则较为实用。

A7V型恒功率变量泵是常用的一种斜轴式轴向柱塞变量泵,它是通过泵中的控制阀利用调节弹簧使之轴与缸体之间的摆角增大或减小。当压力升高,开始变量以后,压力升高则流量减小,泵从大摆角向小摆角变化。相反,当压力减小则泵从小摆角向大摆角变化,流量增大。因此可以始终大致保持流量与压力的乘积不变,即恒功率变量。

2.柴油机最佳工作点的选取

图1-18为柴油机输出转矩—转速曲线图。A、B、C、D曲线为柴油机全负载速度特性,斜线1、2、3、4为不同油门位置的调速特性,点A、B、C、D分别对应的最大转矩输出点,调节油门就可选择不同输出转矩。柴油机工作时转矩的大小取决于外负载的大小,柴油机的转速是可调节的,柴油机正常工作时,外负载往往低于该油门位置时的最大负载,其效能未能保持充分发挥,要想柴油机效率高,发动机应始终工作在此油门下的最大转矩点。

图1-18 柴油机输出转矩—转速曲线图

图1-18中不同油门的最大转矩点B、C、D过载能力很差,容易导致发动机熄火,所以在不同油门位置下,最大转矩点应该定在A、E、F、G点,使每一个最大转矩点都有一定的过载量。也就是说钻机设计选择柴油机功率时,不能按产品说明书上额定功率满负载选用。

例:CA6DF2-19柴油机额定功率140kW,转速2300r/min。图1-19为其总功率特性曲线,P为功率曲线,ga为比油耗曲线,从转矩T曲线可以看出柴油机飞轮转矩增加会引起发动机转速下降(掉速),当转速下降到最大转矩点时,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排量,降低柴油机的负载。从图中可以看出,当柴油机工作在1500~2000r/min区段时即可兼顾发动机输出功率与转矩均较大且比油耗也处于较小状态。

图1-19 CA6DF2—19总功率特性曲线图

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