Насосная установка
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к гидроприводам и может быть использована, в частности, в одноковшовых экскаваторах с гидравлическим приводом постоянной мощности.
Сущность полезной модели заключается в том, что насосная установка, содержащая насосный агрегат, снабжена вариатором числа оборотов, жестко соединенным с приводным двигателем и с насосным агрегатом, который содержит, по меньшей мере, два силовых нерегулируемых насоса.
Достигаемый технический результат - использование в насосной установке нерегулируемых насосов совместно с вариатором позволяет заменить дорогие регулируемые насосы, за счет чего достигается повышение надежности насосной установки и снижение ее стоимости.
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к гидроприводам (гидрообъемным трансмиссиям) и может быть использована в частности в одноковшовых экскаваторах с гидравлическим приводом постоянной мощности.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип является насосная установка, включающая агрегат насосный, содержащий силовые регулируемые насосы с регуляторами мощности (аксиально-поршневые) и шестеренный редуктор. (Каталог гидравлики, ОАО Пневмостроймашина, 2005, раздел 5, стр.69, лист 9, УНА-1, УНА-4, раздел 3, стр.42, лист 14, модели 313...5...).
К недостаткам насосной установки относится высокая стоимость насосов и сравнительно высокая интенсивность отказов указанных насосов.
В данных установках используются регулируемые силовые насосы постоянной мощности. Мощность, момент и обороты насоса постоянны (фиг.1 участок графика 1-2) Постоянство мощности обеспечивается регулятором насоса, который с ростом давления (
Р) уменьшает объем насоса V, а следовательно и расход Q. При этом (PQ)=const. Рабочая характеристика на участке 1-2 выражается уравнением:
N=QP/612
=const, где
N - мощность насоса,
Р - разность давлений на входе и выходе насоса,
Q - расход насоса,
- КПД насоса.
Если установить вместо регулируемых насосов постоянной мощности нерегулируемые насосы такого же объема, то выражение
PQ=const будет выполнено, если с ростом давления обороты насосов будут уменьшаться.
При таком составе насосной установки функцию регулирования ее мощности берет на себя вариатор числа оборотов.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности насосной установки и снижение ее стоимости.
Поставленная задача решается следующим образом.
Насосная установка, содержащая насосный агрегат, приводимый от двигателя, согласно полезной модели, снабжена вариатором числа оборотов, приводимым от двигателя и соединенным с валом насосного агрегата, который содержит, по меньшей мере, два силовых нерегулируемых насоса.
В качестве вариатора может быть использован гидротрансформатор.
В качестве примера представлено описание насосной установки гидропривода экскаватора
На фиг.1 - представлена схема насосной установки гидропривода экскаватора.
На фиг.2 - представлен график, отображающий характеристики насоса 313 ...5... во время рабочего цикла насоса
Насосная установка содержит вариатор 1, жестко соединенный с валом приводного двигателя 2 и валом насосного агрегата 3. Насосный агрегат 3 рукавами высокого давления соединен с распределителями 4 включения гидродвигателей 5. Распределители 4 содержат золотники, при включении которых поток масла от насосного агрегата 3 направляется к гидродвигателям 5. В качестве вариатора могут быть использованы известные вариаторы CVT, гидротрансформаторы, вариаторы ВМВ, цепные и т.п. Насосный агрегат 3 содержит два силовых нерегулируемых насоса 6 (аксиально-поршневых, винтовых, шестеренных и т.д.).
При таком составе насосной установки функцию регуляторов мощности насосов берет на себя вариатор оборотов станции, в данном примере гидротрансформатор.
Гидротрансформатор содержит насосное, реакторное и турбинное колеса. Рабочее колесо гидротрансформатора жестко связано с валом приводного двигателя. Турбинное колесо также жестко связано с валом насосного агрегата.
В качестве приводного двигателя могут быть использованы электрический двигатель и двигатель внутреннего сгорания.
Насосная установка работает следующим образом.
При работающем двигателе и нейтральном положении золотников распределителей 4 расход насосного агрегата 3 будет максимальным. После включения какого-либо золотника придет в движение одноименный гидродвигатель 5. По мере возрастания нагрузки на гидродвигатель 5 рабочее давление будет возрастать. Вместе с давлением возрастает и момент на валу насосного агрегата 3. Обороты турбинного колеса гидротрансформатора 1, жестко связанного с валом насосного агрегата 3, уменьшаются. Обороты приводного двигателя 2 при этом не изменяются, а нагрузка на двигатель 2 не превысит номинальную, что и требуется от гидропривода постоянной мощности.
Гидротрансформатор 1 подбирают (или рассчитывают) с такими характеристиками, чтобы на участке «0-1» он работал в режиме гидромуфты, т.е. линия 0-1 была параллельна оси давления Р. При этом расход Q=const. А на участке «1-2» должно максимально выполняться выражение: М 2n2=const (при n1 =const), где М2 - момент на турбинном колесе гидротрансформатора 1, n2 - обороты турбинного колеса, n1 -обороты насосного колеса. Тогда рабочая характеристика насоса в составе предлагаемой насосной установки будет максимально приближена к рабочей характеристике регулируемого насоса, например насоса 313...5...).
Преимущества заявляемой насосной установки по сравнению с известными заключаются в следующем.
При использовании нерегулируемых насосов
- повышается надежность силовой установки ˜ в 1,5-2 раза, так как нерегулируемые аксиально-поршневые насосы более чем в два раза надежнее регулируемых, насосы шестеренные - в 1,5 раза, (средняя статистическая интенсивность отказов насосов: шестеренные -1,3·10-5(ч-1), аксиально-поршневые нерегулируемые - 0,9·10(ч-1), аксиально-поршневые регулируемые - 2·10-5(ч -1) (Свешников В.К. Станочные гидроприводы. Справочник, Библиотека конструктора, 4-е изд. Машиностроение, 2004, стр.487); надежность и ресурс гидротрансформаторов и вариаторов CVT на порядок выше, чем у насосов;
- снижается стоимость насосной установки в зависимости от мощности используемых насосов - на 10...30% - с использованием аксиально-поршневых и в 2-3 раза с использованием насосов шестеренных;
- снижается стоимость ремонта (замены) насоса в 10-20 раз при использовании шестеренных насосов и в ˜2 раза при использовании аксиально-поршневых;
- металлоемкость установки остается прежней с использованием аксиальных поршневых нерегулируемых насосов и снижается до 2 раз с использованием насосов шестеренных.
В настоящий момент использование шестеренных насосов в гидроприводах постоянной мощности ограничено двумя факторами:
- серийно выпускаемых регулируемых насосов шестеренных нет;
- по максимальному давлению насосы производства СНГ ограничены до 25 МПа (аксиально-поршневые - 35,0...40,0 и выше), а требуемое максимальное давление в основной массе, например экскаваторов - 25,0...30,0 МПа.
В передовых странах - производителях гидрооборудования существуют насосы шестеренные с Рmах=30 МПа и выше.
С использованием заявляемой полезной модели появляется перспектива использования в насосных установках гидроприводов постоянной мощности, вместо регулируемых насосов, более простых, недорогих и надежных нерегулируемых насосов, например, аксиально-поршневых и шестеренных, что в целом повышает надежность и снижает стоимость насосной установки гидроприводов.
Насосная установка, содержащая насосный агрегат, приводимый от двигателя, отличающаяся тем, что установка снабжена вариатором числа оборотов, жестко соединенным с приводным двигателем и с насосным агрегатом, который содержит, по меньшей мере, два силовых нерегулируемых насоса.
