Рабочий объём управляет подачей
При объёмном регулировании изменяют рабочий объём насоса или гидромотора. В насосе с регулируемой наклонной шайбой изменение её угла меняет ход поршней и объём жидкости за оборот. Теоретическая подача Qт = Vgn; фактическая подача насоса Q = Vgnηv. Здесь Vg — рабочий объём, n — частота вращения, ηv — объёмный КПД, отражающий утечки. При Vg в см³/об и n в об/мин результат делят на 1000 для получения л/мин.
Уменьшение рабочего объёма при постоянной частоте вращения уменьшает подачу, но давление определяется сопротивлением нагрузки и работой регулятора. Для цилиндра давление связано с требуемой силой и площадями, а скорость — с расходом. Положение регулирующего механизма насоса нельзя напрямую переводить в давление. Одна и та же подача может работать при разных давлениях.
Какая величина управляется
| Регулирование | Что меняется | Результат |
|---|---|---|
| Объёма насоса | Vg при заданном n | Изменение подачи и скорости исполнительного механизма |
| Давления насоса | Регулятор уменьшает Vg при достижении уставки | Ограничение давления в предусмотренном режиме |
| Объёма гидромотора | Объём за оборот исполнительного механизма | Изменение соотношения скорости и момента |
| Частоты привода | n | Изменение подачи при неизменном Vg |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Для гидромотора n ≈ Qηv/Vg, а выходной момент M ≈ ΔpVgηm/(2π). Уменьшение его рабочего объёма повышает скорость при заданном расходе, одновременно снижая доступный момент при том же перепаде. Объёмный и механический КПД выполняют разные роли; подстановка одного общего коэффициента в обе зависимости скрывает физику потерь.
Условный пример насоса
Пусть насос имеет максимальный рабочий объём 40 см³/об, вращается с частотой 1500 об/мин, объёмный КПД условно равен 0,92, механический — 0,90. При полном объёме теоретическая подача составляет 60 л/мин, фактическая — 55,2 л/мин. При уменьшении объёма до 20 см³/об и сохранении принятого КПД подача равна 27,6 л/мин. Реальный КПД может измениться с объёмом, давлением, вязкостью и частотой вращения.
Если перепад насоса равен 150 бар, гидравлическая выходная мощность первого режима составляет 150 × 55,2 / 600 = 13,8 кВт. Приближённый входной момент M = ΔpVg/(2πηm) равен 106,10 Н·м; мощность на валу — 16,667 кВт. Произведение КПД составляет 0,828, что согласуется с отношением выходной мощности к входной. Для половинного объёма при том же перепаде и условно постоянных КПД мощность на валу снижается до 8,333 кВт.
Все расходы относятся к жидкому маслу при рабочих условиях. Перепад — разность давления выхода и входа; оба давления должны иметь одинаковую систему отсчёта. Избыточные 150 бар на выходе соответствуют перепаду 150 бар только при условно нулевом избыточном давлении входа. При расчёте цилиндра фактическую подачу дополнительно уменьшают на утечки и расход вспомогательных ветвей.
Почему экономия не означает отсутствие потерь
Объёмное регулирование сокращает необходимость постоянно сбрасывать лишнюю подачу через клапан или дроссель. Однако остаются внутренние утечки, трение, потери управления и сопротивление линий. На малом рабочем объёме относительная доля этих потерь может возрастать. Режим ожидания регулируемого насоса требует оценки остаточного расхода и давления, а не предположения о нулевом потреблении.
Выбор проверяют по диапазону регулирования, минимальной устойчивой подаче, быстродействию, допустимым частотам, входному давлению и дренажу корпуса. В замкнутой гидростатической передаче дополнительно рассматривают подпитку и отвод тепла. Быстрый переход между режимами зависит от регулятора и динамики нагрузки; статический расчёт подачи не предсказывает ударные давления.
Первичные источники
- Bosch Rexroth, Axial piston variable displacement pumps — связь подачи с частотой вращения и рабочим объёмом
- Bosch Rexroth, A10VSO Series 31 — регулируемый насос открытого контура, управление наклонной шайбой
- ISO 4413:2010 — общие правила и требования безопасности гидравлических систем