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分而治之

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流体动力已经成为我们工作能力的重要组成部分:它收割我们的庄稼,拿走我们的垃圾填埋场,移动起落架,娱乐和保护我们,所有的功率密度和灵活性是其他任何动力传输系统都无法比拟的。然而,当谈到效率时,流体动力系统并不是非常高。本系列文章将要求我们对流体动力系统进行不同的思考。我们将在另一个
方法和发现方法转换流体动力能量使我们的系统更有效率,然后能够更好地利用新的和改进的可提供的组件。

这件事发生在1982年左右。一位顾客有一台旧推土机。他买了一个新的挖土机附件,但不会同时操作。他想用同一个液压系统来运行这两个系统。问题是,推土机系统在1500 psi时的工作效率为20 gpm,而新型反铲机在3000 psi时的工作效率为10 gpm。解决方案是使用一个选择阀,将推土机的流量分流到一个两段位移分流器中,每个段的流量相等。分隔板的一个出口被导向槽,另一个出口导向新的反挖土机。结果是,在3000psi的压力下,新设备的输出功率为10gpm。

我提到这个事件是因为理解这个简单的分流器将是掌握我们将如何改变流体动力的关键。这不是魔术。这是简单的数学。

对于那些不熟悉这种分流器的老技术的人,让我来做一个简短的解释。该设备由两个或多个独立的固定排量电机/泵组成,通过机械连接。最常见的配置这种类型的流量分配器是与齿轮电机/泵组。这就是为什么它经常被称为“齿轮流量分配器”。事实上,任何容积式电机/泵的组合都可以使用。在我们的讨论中,我们将把它们称为压力/流量变压器或简称为变压器。它们最常见的用途是同步执行器。水流在一个方向上被分割,在相反的方向上被组合。它可以在两个方向同步一组执行器。

divide1位移分配器最常见的符号是一组流体马达(在本例中是两个),它们与左边的图像相接触。

因为该装置既驱动流体又被流体驱动,所以左边显示了一个更好的符号。这是我们将在讨论中使用的符号。

当水流从一侧进入单元时,它根据截面的位移按比例划分。使这不同于线轴式分流器的是,功率不受限制,而只是按比例分配。输出功率的总和将等于输入功率的总和。例如,对于一个两段装置,如果在10 MPa下从一个端口出口20 lpm,在0 MPa下从另一个端口出口20 lpm,总共40 lpm将必须在压力为…?你明白了。输入压力为5 MPa。输入功率等于输出功率。

(20 lpm × 10 MPa) + (20 lpm × 0 MPa) = 200单位功率

输入也必须等于200单位的功率。

40 lpm x 5 MPa = 200单位功率

压力/流量变压器已经存在很长时间了。它不紧凑,不容易包含在一个歧管中。它是不可调节的。一个典型的50/50单位将流量分成一半±5%,这取决于输出之间的压差。当紧密型限制型分流器被开发出来后,位移分流器被降级到尺寸和精度不是优先考虑的应用领域。很少有人注意到利用它所能获得的能源优势。

让我们来看看压力/流量变压器的几种应用,其中一些经常被忽略。我们将限制对设备的描述,只有两个部分。下面的例子不是要说明完全运行的电路,而是配置变压器的方法。

divide_21.分流器

在这种情况下,从进口进入的流动被简单地分成等于各部分的位移的部分。如果每个部分有10毫升的排水量,20 lpm的输入将导致10 lpm从每个出口。如果一段排水量为10cc,另一段排水量为20cc,那么同样的20lpm将被分割,这样第一段的排水量为6.67 lpm,较大的部分为13.3 lpm。水流按截面位移的比例划分。

divide_32.增压器

在这里我们开始看到这个装置是如何影响压力和流量的。进口处的压力作用于各截面的综合位移。连接各部分的轴根据压力和组合位移产生扭矩。当一部分出水口(在这种情况下,只有一个)指向蓄水池时,所有的力都通过连接轴传递到其余的部分。当输入压力为10 MPa时,指向水库的出口压力接近零MPa,指向功的出口压力为20 MPa。压力增强的发生与流量无关。如果装置熄火,压力将保持不变。这是推土机/挖土机的布置。

divide_43.流量增加

这个功能利用了变压器的流结合特性。一段用作电动机,另一段用作泵。电机部分通过连接轴驱动泵部分。泵出口与电机出口组合。但请记住,输出功率必须与输入功率相等:20mpa时输入电机部分的20lpm将导致泵送部分从储层抽出20lpm,总输出功率为40lpm,输出功率为10mpa。20 lpm × 20 MPa = 40 lpm × 10 MPa。

divide_54.肾循环

来自液压系统的少量能量可用于驱动低压肾回路的压力/流量变压器。这可以减少安装成本,因为它的控制省去了额外的电机。

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5.两个压力/双速钳位电路

这是使用压力增强功能,并增加了一个先导操作换向阀。气缸将以全速伸展,直到压力达到先导要求。汽缸将继续延伸,但速度是原来的一半,压力是原来的两倍。当钢瓶停止时,流体也停止流动,但高压仍然存在。

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6.两个压力/双速电动机电路

这与夹紧电路类似,但使用的是马达而不是气缸。当管道内压力增加(扭矩要求增加)时,方向阀就会切换,减少流量并加大压力。这也可以用作多速度传输与许多速比,因为有部分。

divide_87.再生双速气缸回路

压力/流量变压器被放置在钢瓶的出口。一部分回流被添加到气缸进口,增加了速度,但减少了力。压力/流量变压器的入口压力将是气缸入口压力的一半。这就产生了阻性负载,减少了汽缸的力,并驱动分压器将一半的流量送至汽缸的盲端。当缸上的阻性负载达到换向阀的压力时,缸内的所有流体都被导向储液器。汽缸减速,全力可用。

divide_98.再生双速电机电路

压力/流量变压器放置在电机的出口处。返回流量的一半被添加到电机进口,增加了速度但降低了扭矩。使用50/50分频器,分频器的进口将有一半的压力进口到电机。这产生了一个电阻负载,减少了电机扭矩。当马达的压力达到换向阀的位置时,马达的所有流量都被导向储液器。电机减速和全扭矩是可用的。

divide_109.蓄能器蓄能器

在蓄电池用于储能的应用中,这种安排可以减少存储体积的大小。通过由蓄能器能量驱动的压力/流量变压器,流量的一半来自蓄能器,一半来自蓄能器,使存储容量增加一倍。出口压力是蓄能器压力的一半,减少通过任何控制孔的压降。

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10.压力减少

压力/流量变压器也可以用作减压回路,代替减压阀。可用到钢瓶的压力将按变压器内的比例减少。根据所需的压力可以使用不同的比率。

divide_1211.能量回收

压力/流量变压器也可用于回收能量,如当负载降低或负载减速时。在图中,通电电磁阀提升气缸,将流量导向位移分压器,并通过单向阀进入蓄能器。液体充满蓄能器,直到压力达到汽缸负载阻力。然后,液体通过变压器结合起来,提升汽缸。当电磁阀通电降低气缸时,气缸成为能量源,流量驱动变压器,起到增压器的作用;一半流向蓄能器,一半流向蓄能器。当钢瓶完全缩回时,蓄能器内的压力接近提升负载所需的压力。当电磁阀下次提升气缸时通电时,变压器变成一个流量增大器,流量的一半和大部分能量来自蓄能器。只有一半的流量从源头将被要求提升汽缸在全速。大约75%的能量在蓄能器中回收。

当我们深入了解流体变压器中新概念的应用时,我们对简单置换分流器的理解将是必要的。

Dan Helgerson, CFPAI/AJPP, CFPS, CFPECS, CFPSD, CFPMT, CFPCC,流体动力beplay888官网杂志的技术编辑。可以和他联系Dan@DanHelgerson.com。保持谈话的参观丹的博客,Watts It All About。

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