Teoretické minipojednání
o zjišťování vhodnosti použití servočerpadel z osobních aut pro pohon hydrostatického
orbitového řízení pro potřeby výroby samodělných domácích samohybů .
Když jsem
prozkoumal funkci orbitrolu ,zajímalo mě potom taky ,jestli lze pro dodávku oleje
použít čerpadla ze servořízení osobních aut. Důvodem byly hlavně dostupnost
,patrně velké dovolené rozmezí otáček ,integrovaný přepouštěcí ventil ,možnost
radiálního namáhání hřídele klínovým ,nebo jiným řemenem. Vzhledem
k očekávanému malému objemovému průtoku - i menší příkon na hřídeli. Tlak
(určuje v tomto případě vnitřní přepouštěcí ventil) je dostatečný ,jak je
to ale s průtokem se mi nikde nepodařilo vyšťourat. Když mi konečně jeden
automechanik sdělil konkrétnější údaje ,a sice že průtok servočerpadla
je strašně moc ,konkrétně asi 60-100 l/min ,nezbylo mi nic jiného ,než čerpadlo
rozebrat.
Postupně jsem ze zvědavosti
otevřel všechny tři co mám a to:
FORD Galaxy
Fiat Tipo
Škoda Octavia
Ford Galaxy
,shodné s VW Sharan a SEAT kdovíco má na sobě ruzne udaje ,přičemž jasné byly
pouze datum a tlak – 110bar.
Fiat Tipo
měl udaný tlak asi 82bar a obě jsou od firmy ZF.
Na Octavia
pumpě jsem rozluštil pouze datum ,a pravd. firmu ,jakési KYB.
U všech je použit shodný
systém čerpadla a to lamelový ,
symetrický ,tlakově vyvážený.
Systém čerpadla Octavia. (Všechna tři čerpadla jsou 10ti lamelová)
Na foru se vyskytl minimálně
jeden stroj se servočerpadlem z osobáku
pohánějící orbitrol ,a to údajně z Isuzu Troper ,což není běžný
vzorek osobáku ,je to už větší obluda. Prý to funguje bez problému ,pouze se
musela udělat úprava na čerpadle ,protože údajně na volnoběhu řízení fungovalo
normálně ,ale při zvýšení otáček motoru „zatuhlo“. To ukazuje na zmenšení
průtoku oleje ,které logicky vzato nemůže mít na svědomí lamelový systém ,ale
nějaké další vnitřní ústrojí. Majitel toto řešil přidáním vhodného počtu
podložek pod pružinu ,nacházející se kdesi v prostoru pod výstupním hrdlem
čerpadla. Počet podložek je nutno vyzkoušet. Když jsem se pokoušel zjistit co
nejvíce informací ,jako např. typ orbitrolu
,velikosti hydr. válce ,počty obrátek čerpadla a
volantu mezi dorazy ,především prakticky zaměřený majitel mi sdělil ,atˇ to nezkoumám a vyzkouším podložky.
Potom se od někoho objevily
příspěvky kde toto taky zkoušel ,ale měl problémy buď s malou dodávkou
oleje ,nebo s přetěžováním a zahříváním čerpadla. Můj teoretický a praxí
nepodložený názor je ,že tudy cesta nevede.
Proč je v autech použito
omezení průtoku? Snad pro zabezpečení přiměřeně konstantního průtoku
v širokém rozmezí otáček ,snad kvůli něčemu jinému ,kdo ví. Např. válec u Tipa má obsah 100-110cm2 ,vyžaduje tedy malý průtok oleje
,ovšem nutně již od volnoběhu. Při vysokých otáčkách by potom proudilo přes
vyrovnávací mininádržku hodně oleje. Možná by změna
průtoku při přidání plynu mohla rušivě působit v řízení.
Protože mě nebaví psát ,budu
vlastní lamelový systém nazývat - @
,omezovač průtoku - # ,a čerpadlo jako celek potom třeba – §
Podíváme se na vnitřek § Fiat Tipo.
Toto je náčrt @
,pro výpočet geom. objemu
a toto je řez #
Toto § je nejstarší a
provedením # zcela odlišné od pozdějších § ,princip je ale stejný. Popis
:
Prostor D – IN ,tedy vstup. Je zde připojena silnější hadice
z nádržky ,z které olej proudí do vstupu @. Kromě toho je prostor ještě
spojen s vnitřkem pístku ,prostřednictvím asi tří otvorů po obvodu pístku.
Prostor C – Do něho ústí výstup @ ,a olej proudí uměle zůženým místem (tryskou) do prostoru B. Mimo to tlak
v tomto prostoru působí na pravou stranu pístku.
Prostor B - je výstup § (vede přímo do řízení). Dále je spojen
s prostorem u levé části pístku ,ve kterém se také nachází velká slabá
pružina.
Pístek – Je v určitém rozmezí posuvný ,velkou slabou
pružinou tlačený proti prostoru C. Pravá strana je v prostoru C opřena o
pevnou zarážku (není zakresleno) ,přibližně v poloze patrné na obrázku(klidový
stav) . Uvnitř pístku je přepouštěcí ventil ,který určuje max.výstupní tlak §.
Na levé straně pístku je otvor ,který je ukončen sedlem uvnitř (zde působí
výstupní tlak §). Z protilehlé strany na sedlo dosedá kuželka
,přitlačovaná malou silnou pružinou. Pokud rozdíl tlaku mezi prostorem B a D
přemůže malou silnou pružinu ,kuželka se otevře. Tlak na výstupu § nemůže již
dále stoupat.
Princip omezovače : při malém průtoku olej proudí z nádržky přes D
do vstupu @ , a potom jako tlakový přes trysku do B na výstup §. Při dosažení
mezního průtoku (ovlivněné i viskozitou oleje) ,dosáhne tlakový spád před a za
tryskou (zůžené místo škrtí průtok a způsobule tlakový rozdíl přímo úměrný k průtoku a
viskozitě oleje) ,tedy mezi C a B již takové hodnoty ,že posune pístek proti
velké slabé pružině o takovou vzdálenost ,že se otevře spojení mezi C a D.
Průtok tryskou na výstup § se již s otáčkami nezvyšuje a nadbytečný olej
se vrací přes D na vstup @.
U tohoto § se bohužel nejde k
# dostat jinak ,než § rozpůlit.
Podíváme se ,jak jsou # řešené
u novějších §. Jejich výhodou je umístění ,snadno přístupné po odšroubování
šestihranu výstupního hrdla ,které je zároveň součástí #. Všechny obrázky
,kromě posledního ,se vztahují k § Octavia.
Pohled do prostoru # po
vyšroubování výstupního hrdla.
Prostor výstupu oleje z § je
prostřednictvím kanálku KL1 spojen s meziprostorem ,těsněným od okolí
dvěma O-kroužky. Potom kanálem KL s prostorem levé strany pístku ,kde je
současně i VSP (velká slabá pružina ). VK je vstupem KL.
OPV je výstup přepouštěcího
ventilu nacházejícího se uvnitř pístku a ústí do prostoru D.
DP jsou plochy ,které tvoří
doraz pístku v klidové poloze. Nachází se v prostoru C.
H1 spolu s dírou ,kterou
prochází ,tvoří trysku (zúžené místo).
Pístek a výstupní hrdlo z § Galaxy
Samotným podložkováním
VSP se dosáhne hranou pístku otevření propoje mezi C
a D až při větším tlakovém spádu mezi C a B a tudíž i větší Q(průtok) tlak.
oleje z výstupu §. Problém je v tom ,že potřebné množství oleje
,které má proudit z výstupu § ,musí zároveň projít přes trysku.
K tomu je potřeba neúměrný a pro @ nebezpečný tlak ,před kterým však není
@ nijak chráněno ,protože vstup přepoutěcího ventilu
je až za tryskou ,v prostoru VSP.
Jediné jednoduché řešení mě
napadá v odstranění trysky. Konkrétně se to ale musí udělat u každé konstrukce
jinak. U Tipa by patrně stačilo jen trysku
vyšroubovat ,pokud není třeba zalisovaná.
U Octavie
by bylo v každém případě nejdříve odstranit celou nejslabší část H1. Tím
se již po malém posunutí pístku vytvoří mnohem větší průchod. Ještě zvětšit
provrtáním otvor kolem odstraněného trnu H1 u tohoto § jednoduše nelze ,protože
by nefungoval doraz DP. Jedině např. vybrousit boky otvoru do tvaru oválu tak
,aby byla zachovaná funkce dorazu. U § Galaxy je
vidět ,že by šel odstranit jak trn ,tak zvětšit díra bez vyřazení dorazu.
Nebude-li levá a pravá strana
pístku oddělena tryskou ,nemůže vzniknout tlakový spád a posunutí pístku do
polohy zkratu C a D (leda by byl např. ucpaný kanálek ,nebo jiná porucha).
(Nabízi
se zde i teoretická možnost nastavit průměrem „trysky“ max. průtok takový
,který vyhoví použitému orbitrolu a nadbytečné
množství by proudilo uvnitř §. Celým obvodem řízení a tedy i nádržkou by
proudilo jen nezbytné Q).
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Druhou otázkou na řadě je ,jak
je to s geometrickým objemem a tedy i s možností Q samotného @.
Jak funguje a jak vypadá @
pochopí každý z 3 a 4 obrázku. Systémy mají 10 lamel ,tedy i stejný počet
komor ,které během otáčení rotoru mění svůj objem. Výstupní kanály jsou dva
protilehle umístěné ,nasávací zrovna tak. Během jedné otáčky se tedy jedna
komora 2x naplní a 2x vyprázní. Při 10ti komorách na
rotoru se tedy za jednu otáčku celkově vyprázdní objem 20ti komor.
Zjištění objemu jedné komory: Komora
tvoří výseč dutého válce o vněším průměru - D
,vnitřním průměru – d , a výšce – b . Je třeba zjistit objem dutého válce ,
vydělit deseti(10 komor) a odečíst i do tohoto prostoru zasahující objem jedné
lamely. Pak se to vynásobí 20ti a dostaneme geometrický objem @ ,neboli objem
zaplnění vnitřního prostoru @ olejem za jednu otáčku.
-------------------------------------------------------------------------------------
Tipo – D = 4,9cm , d = 4,1cm , s= 0,2cm(tloušťka lamely) ,
b = 1cm(výska ,šířka lamely nebo rotoru nebo statoru)
, z = 10 (počet lamel)
Objem dutého válce [3,14 (D/2)²]
– [3.14 (d/2)²] b = 5,65cm³
5,65/10 = 0,565cm³
Objem lamely zasahující do
prostoru komůrky [(D – d)/2] b s = 0,08cm³
Objem komůrky 0,565 – 0,08 =
0,485cm³
Geom. objem @ : 0,485 . 20 = 9,7cm³
To bylo polopatě
,kompaktnější je vzorec z literatury : V = 2b[(3,14 (D² - d²) /
4) – s z (D – d)] ,který se mi ale u dalších @ rozchází proti mému výpočtu.
Podle mě má být správně V = 2b[(3,14 (D² - d²) / 4) – s z (D – d) / 2]
-------------------------------------------------------------------------------------
Galaxy – D = 4,01 , d = 3,56 , s = 0,125 , b = 1,8
V = 7,6cm³ podle vzorce
z literatury
V = 8,6cm³ podle mě
-------------------------------------------------------------------------------------
Octavia – D = 4,4 , d = 3,89 , s = 0,18 , b = 1,2
V = 5.76 podle nich
V = 6,86 podle mě
-------------------------------------------------------------------------------------
Dále v literatuře uvádějí
d = průměr rotoru. To se mi taky nezdá být vhodné , protože konkrétně u těchto
čerpadel je dost velká vůle mezi rotorem a statorem v nejužším místě a
olej který zůstává v mezeře se objemu neúčastní.
Jak je to s litrovým
průtokem? Obdobně jako u ostatních @. Protože nemám k dispozici jakékoli
údaje jiných lamelových čerpadel ,musím vycházet z předpodladu
,že objemová účinnost se nebude příliš lišit od standardních zubových čerpadel.
Dalo by se teda napsat Tipo – 13 l/min
(1500ot) , (9,7 . 1500)
/ 1,103 = 13000cm³
Galaxy - 10,3
, 11,7
Octavia - 7,8
, 9,3
Jenomže průtok Q nezávisí
jenom na otáčkách ,ale i např. na tlaku (se stoupajícím tlakem stoupá i vnitřní
svodová propustnost) a to pravděpodobně nelineárně. To ale nebude tak
rozhodující. Popsat závislost Q na tlaku a otáčkách na úrovni grafu ,nebo
alespoň hodnot v několika pracovních bodech prostě nemůžu a pro absenci
podkladů jí ani nemůžu odhadnout.
Takže ,je směrodatná objemová
velikost řízení. Nedostatek Q se projeví zatuhnutím řízení při pokusu otáčet
volantem rychleji ,než dovolí momentální Q. Jestliže mám řízení 80cm³/ot ,pro maximální rychlost otáčení volantem 1ot/s
(60ot/min) bude třeba Q = 80 . 60 = 4800cm³ = 4,8 l/min.
Nebál bych se teda
k 80kovému řízení použít § Octavii ,za
předpokladu minimálních ot/min = 750 ,ale je to
maximum (80) ,které bych risknul.
Např. ale na § Tipo bych za určitých okolností risknul i 120ku.
Závěrem ještě několik postřehů
– Tipo má z nich největší objem ,ale taky patrně
nejnižší tlak (ale pořád dostatečný) , k přístupu k # se ale musí rozpůlit
,a to může být problém kvůli čistotě. Boční plocha statoru a rotoru je přesně
opracována a těsní proti přiléhajícím plochám skříně. Mezi tyto plochy se nesmí
při zpětné montáži dostat jakékoli nečistoty ,protože v případě rotoru
mohou způsobit pozdější vydírání a v případě statoru nedokonalé dosednutí
a škodlivý svodový průtok. Mohly by zde platit zásady čistoty jako třeba u
naftového palivového ústrojí. Když se nedopatřením vysypou lamely ,už se
nezjistí ,která byla v jaké drážce. To sice není dobré ,ale patrně se
znatelně funkce nezhorší. Důležité je alespoň zasadit je ve správné poloze
,což nebude problém ověřit podle stop opotřebení. Funkční plochy pístku a
dutina ve které se pohybuje jsou rovněž velmi přesně obrobeny ,zde ale případně
hrozí jenom poškození povrchu. U § Galaxy byl problém
se zvětšeným červeným ,asi silikonovým O-kroužkem ,který se nechtěl vejít
do drážky a neustále vyskakoval a spolu s neustále vypadávajícími jehlami
z ložiska na zadním víčku silně znesnadňoval zpětnou montáž. U jiných se
toto nevyskytlo ,Tipo vzadu ložisko nemělo a Octavia měla kluzné a obě těsnění z černé gumy.
Celkově mi jsou sympatická § Tipo a Galaxy ,na rozdíl od Octavie. U
prvních dvou lze pístek rozebrat a pravděpodobne
ještě upravit tlak oběma směry ,ale je
to zbytečné.
Obrátit směr otáčení nelze
v žádném případě ,protože především v @ je prostor pod lamelami spojen
s výstupem @ a tamní tlak vyvozuje přítlačnou sílu lamel.
Nic není prakticky vyzkoušeno
,v měření , počítání a uvažování jsem se mohl splést. Vnitřek pístku jsem
neviděl ,pouze ho usuzuju ,ale co jiného by uvnitř
bylo ,že jo. Jakékoli špatné následky si nese čtenář sám a jsou způsobeny jeho
vinou a neznalostí. Za pravdivé a prospěšné údaje odpovídám ,protože jsem je
napsal. Za nepravdivé a zavádějící odpovídá uživatel ,protože se podle nich
řídil. Rozlišit které jsou které musí uživatel sám ,protože jinak by to měl moc
jednoduché.
Pro www.nasetraktory.com sestavil PA.