Клапаны для мобильной спецтехники
Гидрораспределители и клапаны трубного монтажа для спецтехники.
Общая вводная информация.
Регулирование расхода осуществляется с помощью дросселя и предохранительного клапана. При этом поток от насоса делится на две части. Одна часть рабочей жидкости под давлением настройки предохранительного клапана направляется на слив в гидробак.
Остальная часть поступает в гидродвигатель. Величина расхода на слив определяется площадью проходного сечения предохранительного клапана, которая зависит от давления, создаваемого настройкой дросселя.
Величина расхода, поступающего в гидродвигатель, определяет его скорость. Клапаны управления потоком меняют его направление, т.е. направляют его в различные гидролинии, к различным потребителям.
Гидрораспределители – это аппараты, которые совмещают в себе функции управления и регулирования потока рабочей жидкости. Гидравлические распределители изменяют направление потока рабочей жидкости и регулируют величину потока (изменяют расход).
В машиностроении в основном используются гидрораспределители с цилиндрическими золотниками. Линейное перемещение золотника в корпусе распределителя обеспечивает изменение направления и регулирование потока рабочей жидкости.
Различают гидрораспределители с закрытым центром и с открытым центром. В гидрораспределителях с закрытым центром золотник в нейтральном положении перекрывает поступление в него рабочей жидкости. Она направляется в предохранительный клапан и через него на слив.
Рабочая жидкость в гидросистеме находится под давлением настройки предохранительного клапана. Насос вынужден преодолевать это сопротивление. Регулирование потока осуществляется предохранительным клапаном. Здесь функцию дросселя выполняет золотник гидрораспределителя.
В гидрораспределителях с открытым центром рабочая жидкость при нейтральном положении золотника поступает в центральный канал в корпусе, а из него на слив в гидробак. Гидросистема в этом случае разгружена.
Насос преодолевает минимальное сопротивление, которое определяется перепадом давления, необходимым для движения потока на слив в гидробак. В таких гидрораспределителях регулирование потока осуществляется за счет сброса части жидкости на слив при рабочем давлении в гидросистеме.
Предохранительный клапан при этом закрыт. Золотник во время своего движения открывает рабочее окно в полость гидродвигателя, но продолжает держать открытым проход на слив, постепенно уменьшая его.
Таким образом, площадь проходного сечения рабочего окна в гидродвигатель увеличивается, а на слив – уменьшается. В этом диапазоне происходит регулирование потока рабочей жидкости.
Положение золотника определяет величины расходов в гидродвигатель и на слив в гидробак. При полном закрытии сливного окна весь объем рабочей жидкости от насоса поступает в гидродвигатель, который развивает максимальную скорость движения.
Одноступенчатые и двухступенчатые гидрораспределители.
В промышленной гидравлике часто используются одно- и двухступенчатые гидрораспределители притычного исполнения. Они также находят применение и во многих образцах мобильной техники (асфальтоукладчики, строительные краны, коммунальные машины).
Одноступенчатые гидрораспределители управляют относительно небольшими расходами рабочей жидкости – до 80 дм3/мин. Их золотник часто приводится в движение непосредственно от сердечника электромагнита.
При больших расходах требуются значительные усилия для перемещения силового золотника. Компактные электромагниты не могут с ними справиться. Чтобы преодолеть большие усилия, используют гидравлическое управление золотниками.
В качестве гидроусилителя широко применяются такие же гидрораспределители маленького размера, которые часто называют пилотными (управляющими).
Пилотный распределитель управляет золотником большого распределителя. Такое сочетание гидроаппаратов называется двухступенчатым распределителем.
На нижеприведенных рисунках показаны схемы одно- и двухступенчатых гидрораспределителей притычного исполнения. Здесь центральная часть является гидрораспределителем.
Рис.1. Гидрораспределитель одноступенчатый четырехходовой трехпозиционный (4/3) с электроуправлением постоянного тока, выполненный по ISO 4401, размер 3, NG 6.
С обоих боков установлены электромагниты. Каждый электромагнит управляет движением золотника в одну сторону. В двухступенчатом гидрораспределителе пилотный золотник управляет основным.
Рис.2. Гидрораспределитель двухступенчатый с пилотным электроуправлением постоянного тока.
Гидрораспределители для мобильной техники.
Рис.3. Секционный гидрораспределитель.
Гидравлические распределители для мобильной техники разделяются на секционные и моноблочные конструкции. В секционных распределителях каждая секция соединяется со следующей шпильками. Между секциями обязательно устанавливаются уплотнения. Количество золотниковых секций в таких распределителях может достигать 12 штук.
Секционные гидрораспределители получили широкое распространение среди потребителей. Сочетания стандартных и специальных секций позволяют собирать различные конфигурации гидрораспределителей для многообразных машин и оборудования.
Удобны они для ремонтных и сервисных центров. Моноблочные гидрораспределители представляют собой один сплошной корпус, в котором установлено несколько рабочих золотников (как правило, от 1 до 6).
Рис.4. Моноблочный гидрораспределитель.
Моноблочные гидрораспределители часто используются на однотипных машинах, выпускаемых большими сериями. К ним относятся экскаваторы, краны-манипуляторы, тракторы и т.п.
Обычно гидравлические распределители для мобильной техники в своем корпусе содержат дополнительные многофункциональные устройства:
– предохранительный клапан во входной секции;
– клапаны удержания нагрузки;
– регулятор давления;
– антишоковые и антикавитационные клапаны в рабочих каналах;
– другие устройства.
Золотники гидрораспределителей могут приводиться в действие механическими рычагами, сервогидравлическим или электрическим управлением.
Золотники выполняются с разнообразными опциями и конфигурациями (с различным расходом, с закрытым или открытым центром, чувствительными или нечувствительными к изменению нагрузки и т.п.).
На схеме показан гидрораспределитель с открытым центром. При нейтральном положении золотника он возвращает рабочую жидкость от насоса назад в бак через центральный перепускной канал.
Рис.5. Схема гидрораспределителя с открытым центром.
Рассмотрим схему этого гидравлического распределителя в графических символах. Он содержит в своем корпусе предохранительный клапан непрямого действия, обратные клапаны, вторичные антишоковые и антикавитационные.
Пропорциональное управление.
Гидрораспределители релейного управления (типа «включено-выключено») при движении золотника практически весь поток рабочей жидкости сразу направляют в гидродвигатель.
В результате в начале движения и остановки исполнительного механизма возникают гидравлические удары, значительные скачки давления, которые негативно влияют на работу гидросистемы.
При пропорциональном управлении движение золотника обеспечивает плавное регулирование величины потока, поступающего в гидродвигатель. Это дает возможность изменять скорость гидродвигателя в широком диапазоне – от нуля до максимума. Давление также меняется плавно, без существенных скачков.
Работа гидросистемы заметно улучшается. Пропорциональное управление увеличивает степень безопасности системы, снижает величину внутренних утечек, улучшает работу всех компонентов гидропривода, повышает точность и удобство управления машиной в эксплуатации.
Пропорциональное управление базируется на простых процессах. Золотник имеет высокоточные прорези на рабочих кромках, как это показано на рисунке. Фактически они играют роль дросселей.
Движение золотника осуществляется внешней силой (в данном примере силой пропорционального электромагнита). При постепенном движении золотника меняется площадь рабочих окон между его прорезями и расточками в корпусе, что позволяет управлять расходом.
Контролируемая часть расхода поступает в гидродвигатель, а остаток жидкости сливается в гидробак при невысоком давлении. Это метод регулирования с дросселем, установленным параллельно гидродвигателю.
Он более экономичен по сравнению с использованием управления дросселем с предохранительным клапаном. Таким образом, обеспечивается ускоренное, равномерное или замедленное движения гидродвигателя.
Гидравлические удары практически исключаются. На приведенных графиках показано изменение расхода, направляемого в гидродвигатель, в зависимости от перемещения золотника гидравлического распределителя при релейном и пропорциональном управлении.
Рис.6. Типовая гидросхема распределителя для мобильной техники (параллельное распределение потока).
Различная форма и размер дросселирующих прорезей в золотнике обеспечивают требуемые характеристики расхода рабочей жидкости. В релейных гидрораспределителях управление расходом затруднено.
Оно происходит в узком диапазоне, который оператору сложно уловить. При небольшом перемещении золотника весь расход от насоса направляется в гидродвигатель. При дальнейшем его перемещении изменения скорости не происходит.
Рис.7. Пропорциональный гидрораспределитель с электроуправлением.
В пропорциональных гидрораспределителях перемещение золотника постепенно открывает площадь проходного сечения. Расход меняется плавно. Диапазон регулирования очень широкий.
Оператор легко адаптируется к нему. И только в конце хода золотника площадь проходного сечения открывается полностью и весь расход насоса поступает в гидродвигатель.
В мобильной технике управление золотником в пропорциональных гидрораспределителях осуществляется следующими способами:
– механическим рычагом;
– гидравлическим джойстиком (гидравлическое сервоуправление);
– электрогидравлическими системами.
Наиболее перспективными являются электрогидравлические пропорциональные системы управления. Они интенсивно развиваются и совершенствуются.
