napsal: PA

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.