Регулирующие и управляющие устройства систем гидропривода

Для управления работой гидропривода ССПС используют регулирующие устройства, посредством которых регулируют:

– давление в линиях и агрегатах гидропривода;

– направление движения потока рабочей жидкости, в том числе его распределение между гидродвигателями;

– величину подачи (расход) рабочей жидкости к гидродвигателям.

Устройства, регулирующие давление, служат как для ограничения максимального давления, создаваемого насосом в системе, так и для поддержания в разных точках системы заданного давления. К ним относятся клапаны напорные (предохранительные и переливные) и редукционные.

К устройствам, регулирующим направление потока жидкости, относятся обратные клапаны, гидравлические замки, золотниковые распределители.

К устройствам для регулирования подачи (расхода) жидкости относятся следящие гидрораспределители (сервовентили) и дроссели.

Предохранительные клапаны предназначены для ограничения давления в системе, что необходимо для предохранения рабочих органов от перегрузок, исключения разрыва шлангов и трубопроводов гидросистемы, предотвращения выхода из строя гидродвигателей и другой аппаратуры.

Предохранительные клапаны обычно регулируют на давление, превышающее номинальное на 10-20%. Клапан срабатывает при том давлении в системе, на которое он отрегулирован, и перепускает жидкость в полость низкого давления. При давлении ниже заданного клапан запирает проход жидкости в полость низкого давления.

По принципу действия предохранительные клапаны делятся на клапаны прямого и непрямого действия.

В клапанах прямого действия давление жидкости действует непосредственно на запорный элемент.

В клапанах непрямого действия давление жидкости действует на вспомогательный клапан, управляющий перемещением запорного элемента.

Предохранительные клапаны, рассчитанные на частую работу и большие расходы жидкости, называются перепускными.

По конструкции предохранительные клапаны прямого действия также как и обратные могут быть шариковыми, конусными, золотниковыми.

Для повышения точности работы в гидросистемах ССПС (например, мотовозов МПТ, автомотрис АДМ) применяются предохранительные клапаны непрямого действия, например типа М-КП. Эти клапаны снабжены распределителем с электромагнитным управлением для разгрузки от давления.

Клапан типа М-КП (см. рис. 7.9.) состоит из корпуса 1,золотника 2, пружины 3, седла 4, корпуса вспомогательного клапана 5, седла 6, пружины 7, клапана 8 и регулировочного винта 9.

Рабочая жидкость от насоса подводится в полость Р входа рабочей жидкости под давлением и через отверстия В, Б и А под торец золотника 2. Одновременно через демпферное отверстие Д жидкость поступает в полость Г и через отверстия Е и Ж – под клапан 8 вспомогательного гидроклапана, который настроен на определенное давление. До тех пор, пока давление в системе, действующее на клапан 8, не превысит усилие настройки пружины 7, гидравлически уравновешенный золотник 2 будет прижиматься пружиной 3 к седлу 4, благодаря чему полости Р входа жидкости под давлением и Т выхода рабочей жидкости в бак разъединены.

рис. 7.9. Предохранительный клапан М-КП с электромагнитным управлением:

1, 5 – корпус; 2, 12 – золотники; 3, 7, 11 – пружина; 4, 6 – седло; 8 – клапан; 9 – регулировочный винт; 10, 13 – пробка; 14 –электромагнит

Как только давление в системе повысится сверх установленного настройкой, клапан 8, преодолевая усилие пружины 7, отойдет от седла, и жидкость через отверстия И и К в корпусах 5 и 1 поступит на выход Т. При этом из-за перепада давлений на демпферном отверстии Д, равновесие сил, действующих на золотник 2 нарушится. Последний под давлением жидкости сместится вниз, соединяя полость входа Р с полостью выхода Т, что приведет к уменьшению давления в системе. Перемещение золотника 2 происходит до тех пор, пока силы от давления в полостях Р и А не уравновесят усилие от давления в полости Г и усилие пружины 3, после чего давление в полости Р автоматически поддерживается постоянным. Если давление в системе окажется ниже давления настройки, клапан 8 под действием пружины 7 закроется. Давление, действующее на золотник 2 с обеих сторон, уравновешивается, и усилием пружины 3 золотник прижимается к седлу 4, разъединяя полости Р и Т. Для настройки используется регулировочный винт 9. Гидрораспределитель 14 прикреплен к корпусу вспомогательного гидроклапана 5. При выключенном электромагните 14 золотник 12 под действием пружины 11 соединяет полость Г по каналам Е, Ж, Л, М, И и К с полостью выхода Т, разгружая гидросистему от давления также, как и при отжатии клапана 8 (см. описание выше). При включенном электромагните канал Л полностью перекрывается. Клапан можно разгрузить также путем установки вместо пробки 10 крана, соединенного со сливом.

Редукционные клапана (рис. 7.10.) служат для поддержания определенного давления в отводимом потоке рабочей жидкости, более низкого, чем давление в подводимом потоке. Их используют в тех случаях когда от одного источника питаются несколько потребителей с разным давлением. Например, такие клапана используются в гидросистемах автомотрис АГС, АГД, АРВ, в которых от одного насоса питаются три различных гидравлических контура (гидроманипулятора, выключения рессор, прицепа) с различным рабочим давлением.

Золотник 2 с конусной головкой усилием пружины 1 отжимается вправо и обеспечивает проход рабочей жидкости из напорной линии 3 в линию 4 редуцированного давления. Если редуцированное давление превышает усилие пружины, золотник перемещается влево и частично или полностью закрывает доступ жидкости в гидролинию. Таким образом, во время работы золотник колеблется относительно того положение, при котором размер щели обеспечивает расчетное давление на выходе, не зависящее от давления на входе и расхода жидкости.

рис. 7.10. Схема работы редукционного клапана:

а – клапан открыт; б – клапан закрыт; в – условное обозначение в схеме; 1 – пружина; 2 – клапан; 3 - напорная линия; 4 – линия редуцированного давления

Обратные клапаны применяются в гидравлических системах в случаях, когда необходимо обеспечить движение жидкости только в одном направлении и исключить движение в обратном. По конструкции запорно-регулирующего элемента клапаны подразделяются на шариковые, конусные и золотниковые (см. рис. 7.11.).

Шариковые клапаны наиболее просты по конструкции, менее чувствительны к загрязнению, но при работе создают вибрацию и довольно быстро разбивают седла.

Конусные клапаны лучше центрируются в седле, но также подвержены вибрации и требуют притирки к седлу.

Золотниковые клапаны сложнее по конструкции, но работают более устойчиво (нет вибрации и седло не разбивается), однако, они имеют большие утечки и требуют значительных осевых усилий для перемещения. Такие клапаны применяются, главным образом, в качестве перепускных.

рис. 7.11. Схемы обратных клапанов:

а – шариковый клапан; б – конусный клапан; в – золотниковый клапан; 1 – корпус; 2 – запорный элемент; 3 – пружина

Часто обратные клапаны встраиваются в другие элементы гидропривода (дроссели, гидрозамки и т. д.).

Конструктивное исполнение обратного клапана с конусным запорным элементом и дросселем показано на рис. 7.12.

Клапан состоит из корпуса 1, седла 2, конусной втулки 3, пружины 4, пробки 6 и уплотнительного кольца 5.

Рабочая жидкость подводится к каналу А, отжимает конусную втулку 3, преодолевая сопротивление пружины 4. Конусная втулка отходит от седла и пропускает жидкость в канал Б. При снятии или уменьшении давления в канале А конусная втулка под действием пружины, а также под давлением жидкости из канала Б, заполнивший камеру Д, садится на седло, предотвращая перетекание жидкости в обратном направлении.

рис. 7.12. Обратный клапан:

1 – корпус; 2 – седло; 3 – втулка конусная; 4 – пружина; 5 – кольцо уплотнительное; 6 – пробка

Калиброванное отверстие Г представляет собой дроссель и служит для обеспечения движения жидкости в обратном направлении с малым расходом.

Все описанные выше клапаны являются неуправляемыми. В случаях, когда необходимо выключать обратный клапан (допускать движение жидкости в обоих направлениях), применяют управляемые обратные клапаны. Конструкция такого клапана показана на рис. 7.13.

Рис. 7.13. Управляемый шариковый клапан:

1 – шарик; 2 – игла; 3 – поршень

В конструкции такого клапана имеется поршень 3 с иглой 2 и канал В подвода управляющего потока жидкости к поршню. При подаче жидкости в канал В поршень 3 перемещается влево и иглой 2, преодолевая сопротивление пружины, отжимает шарик от седла. При этом обеспечивается свободный проход жидкости в обоих направлениях. Если в канале В нет давления, пружина прижимает шарик к седлу, запирая проход жидкости из канала Б в канал А. Шарик может отжиматься вручную (винтом).

Гидрораспределители служат для управления потоком рабочей жидкости между участками и агрегатами гидросистемы. При помощи гидрораспределителей производится включение рабочего и холостого хода, реверсирование, фиксирование гидродвигателей в заданном положении.

По типу подвижного элемента распределители подразделяются на золотниковые, клапанные и крановые. В железнодорожно-строительных машинах в основном применяются золотниковые распределители.

По числу подсоединенных каналов различают двух-, трех- и многоходовые распределительные устройства.

Двухходовые (напор, рабочий отвод) служат для подачи или перекрытия потока жидкости; трехходовые (напор, рабочий отвод, слив) – для управления гидродвигателем одностороннего действия; четырехходовые (напор, два рабочих отвода, слив) – для управления реверсивными гидродвигателями.

По числу рабочих позиций (фиксированных положений) распределители подразделяются на двухпозиционные (одно рабочее, одно нейтральное), трехпозиционные (два рабочих, одно нейтральное), четырехпозиционные (два рабочих, одно нейтральное, одно плавающее). Золотник распределителя может иметь и большее количество позиций.

По способу управления различают распределители с ручным управлением и дистанционным (электрическим, гидравлическим, пневматическим, смешанным). Наиболее распространенными в гидросистемах ССПС являются распределители с электрическим и электрогидравлическим (смешанным) управлением.

Гидрораспределители с электрическим управлением применяются при небольших расходах рабочей жидкости, когда не требуется больших усилий для перемещения золотника.

При расходах рабочей жидкости свыше 40 л/мин применяются гидрораспределители с электрогидравлическим (смешанным) управлением. Их применение в этих случаях обусловлено тем, что требуется большое усилие для перемещения и удержания золотника в определенном положении. Поэтому основной золотник перемещается и удерживается рабочей жидкостью, поступающей через вспомогательный золотник с электроуправлением.

Гидрораспределитель с электроуправлением. Устройство гидрораспределителя с электрическим управлением приведено на рис. 7.14.

При срабатывании соответствующего электромагнита золотник перемещается вправо или влево. При обесточенной катушке золотник под действием пружин устанавливается в среднее, нейтральное положение. При этом напорная магистраль запирается золотником.

Золотник 2 может занимать три положения: среднее, правое, левое. В каждом из этих положений золотник сообщает соответствующие каналы с напорной или сливной магистралью.

рис. 7.14. Гидрораспределитель с электрическим управлением:

1 – корпус; 2 – золотник; 3 – толкатель; 4 – пружина; 5 – шайба; 6, 7 – электромагниты

Канал Р – подводящий, соединен с напорной магистралью, каналы А и Б соединены с полостями гидроцилиндров, канал Т – со сливной магистралью. Золотник 2 может перемещаться под действием электромагнитов 6 и 7, пружин 4.

Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением (рис. 7.15.) имеет три аналогичных положения.

рис. 7.15. Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением:

1 – основной золотник; 2, 4 – пружина; 3 – катушка электромагнита; 5 – вспомогательный золотник

Рабочая жидкость насосом подается к отверстию Р и далее по каналу управления Х в проточку малого (вспомогательного) золотника 5. Золотники находятся в среднем положении под действием пружин 2 и 4. При срабатывании одного из электромагнитов, например, левого, золотник 5 перемещается влево и соединяет канал Х с каналом Г. Рабочая жидкость под давлением поступает под правый торец основного золотника 1, который также перемещается влево. При этом подводящее устройство Р соединяется с каналом Б, а канал А соединяется со сливным отверстием Т. При отключении электромагнита вспомогательный и основной золотники под действием пружин возвращаются в среднее положение.

Сервовентилями называютраспределители с пропорциональным электрическим управлением. Сервовентили применяются на ССПС, имеющих технологическую скорость (тихий ход) для управления движением в рабочем режиме, например МПТ-6, АДМ-1,5 и др.

В сервовентилях открытие пропускного отверстия пропорционально силе управляющего тока.

Работа такого распределителя основана на использовании принципа «сопло-заслонка».

Рабочая жидкость через фильтр 10 (см. рис. 7.16.), дроссели 1 подается под давлением в управляющие полости 2 и 8 золотника 3, а также к встречно установленным соплам 4, разделенным заслонкой 5, и вытекает через зазоры ∆1, ∆2 на слив. При подаче напряжения на катушку электромагнита 6, его якорь перемещается на величину, пропорциональную силе тока. При этом заслонка перемещается между соплами, дросселирующие зазоры ∆1 и ∆2 становятся неравными, как и давление в полостях 2 и 8. В результате золотник 3 начинает перемещаться, подключая давление к той или иной полости гидродвигателя 9, причем, от силы управляющего сигнала зависит величина перемещения золотника и сечение проходных отверстий, а следовательно, и скорость вращения двигателя.

рис. 7.16. Схема сервовентиля:

1 – дроссель; 2, 8 – управляющая полость золотника; 3 – золотник; 4 – сопло; 5 – заслонка; 6 – электромагнит; 7 – упругий стержень; 9 – гидродвигатель; 10 – фильтр

При снятии управляющего сигнала заслонка возвращается в исходное положение, давление в зазорах ∆1, ∆2 и в полостях 2 и 8 выравнивается, золотник останавливается и при помощи упругого стержня 7 возвращается в нейтральное положение.

Распределители с ручным управлением применяют для управления гидравлическим оборудованием на автомотрисах, выпускаемых ОАО «Муромтепловоз».

На рис. 7.17. показан секционный распределитель с ручным управлением. Он состоит из тех частей: напорной секции I, двух рабочих секций II и сливной секции III. Секции собраны в блок и соединены болтами. Золотники 4, 5 могут иметь три положения (позиции): нейтральное (обе полости гидроцилиндра, управляемого золотником заперты; для разгрузки насоса напор соединен со сливным трубопроводом) и два рабочих (одна из полостей гидроцилиндра, управляемого золотником соединена с напором, другая – со сливом). Усилие перемещения золотников определяется затяжкой пружины 7 с шайбой 6. Перемещение золотников осуществляется рукояткой 9.

В нагнетательной секции I смонтированы предохранительный клапан 3 и обратный клапан 2. Предохранительный клапан ограничивает давление в системе. Настройка предохранительного клапана производится затяжкой пружины 8. Обратный клапан с пружиной 1 пропускает рабочую жидкость только в одном направления – от наоса к золотникам распределителя.

Рис. 7.17. Секционный распределитель с ручным управлением:

I – напорная секция; II – рабочая секция; III – сливная секция; 1, 7, 8 – пружина; 2 – обратный клапан; 3 – предохранительный клапан; 4, 5 – золотник; 6 – шайба; 9 – рукоятка

Сливная секция III направляет всю поступающую на слив от золотников и предохранительного клапана рабочую жидкость в масляный бак. Направление потока рабочей жидкости при срабатывании предохранительного клапана показано на рис. 7.17. жирной стрелкой. Направление движения жидкости при нейтральном положении золотника показано тонкой стрелкой, а при включенном золотнике – стрелкой с пунктиром. В четырехпозиционных распределителях, где имеется «плавающее» положение (обе полости гидроцилиндра соединены со сливом), дополнительно устанавливается перепускной клапан.

Гидрозамки предназначены для фиксации поршня гидроцилиндра в заданном положении путем запирания масла в полостях гидроцилиндра при нейтральном положении золотника. Гидрозамок (рис. 7.18.) состоит из корпуса 5, штуцеров 1, 13, 14, 16, поршня 6, седел 9, толкателей 11, запорных шариков 4, прижимаемых к седлам пружинами 2, пружин седел 8, уплотнительных колец 7, 10, 12, гильз 3. Масло к гидрозамку от золотника подается через штуцер 14 или 16, а к цилиндру – через штуцер 13.

рис. 7.18. Гидрозамок:

1, 13, 14, 16 – штуцера; 2, 8 – пружины; 3 – гильза; 4 – шарик; 5 – корпус; 6 – поршень; 7, 10, 12 – уплотнительные кольца; 9 – седло; 11 – толкатель; 15 – прокладка

При подаче масла, например, через штуцер 14 оно проходит через отверстия в седле, перемещает шарик, преодолевая сопротивление пружин, и через штуцер 13 проходит в полость цилиндра. Одновременно масло передвигает поршень в сторону второго шарика, перемещая толкатель, а вместе с ним и шарик, и открывает выход маслу из противоположной полости цилиндра. Масло при этом через штуцер 1, отверстия в седле и штуцер 16 сливается через золотник в бак. При прекращении подачи масла пружины прижмут шарик к седлам и перекроют обе полости цилиндра. Если на цилиндр в этом положении будут воздействовать внешние нагрузки, то гидрозамок предотвратит перемещение штока гидроцилиндра, фиксируя тем самым шток гидроцилиндра вместе с исполнительным механизмом.

В некоторых случаях необходимо иметь возможность выключать гидрозамок, например, для обеспечения опускания стрелы крана АДМ под действием собственного веса. Для этой цели замок снабжается винтом 13 (см. рис 7.19.), которым в необходимых случаях можно отжать клапан. Конструкция гидрозамка с принудительным открытием показана на рис. 19. Для изменения скорости перемещения рабочего органа при движении в различных направлениях в гидрозамок встроен обратный клапан с дросселем.

рис. 7.19. Гидрозамок управляемый односторонний с дросселем:

1, 12 – гайка; 3 – клапан; 5, 14 – седло; 4, 6 – пружина; 7 – направляющая; 8 – шарик; 9 – штуцер; 10 – поршень с толкателем; 13 – винт

Дроссели предназначены для регулирования расхода жидкости, что достигается изменением проходного сечения отверстия дросселя. Таким образом регулируется скорость движения рабочего механизма.

По принципу действия (см. рис. 7.20.) делятся на:

– дроссели вязкостного сопротивления, в которых потери напора определяются вязкостным сопротивлением;

– дроссели инерционного сопротивления, в которых потери напора определяются деформацией потока (резким изменением сечения канала);

– дроссели комбинированного сопротивления, в которых используются оба вида сопротивления.

рис. 7.20. Схемы дросселя:

а – вязкостнеого сопротивления; б – инерционного сопротивления; в – комбинированного сопротивления

По виду регулирования дроссели подразделяются на управляемые (проходное сечение дросселирующего отверстия в процессе работы может изменяться оператором) и нерегулируемые (при работе проходное сечение остается неизменным).

Дроссели часто применяются в сочетании с другими регулирующими устройствами.

В гидросистемах (гидронасос – гидрораспределитель – исполнительный орган) дроссель может быть установлен на входе в гидродвигатель – на напорной магистрали, на выходе – на сливе, а также параллельно гидродвигателю (исполнительному органу). Во всех случаях в системах должен быть предусмотрен предохранительный клапан, ограничивающий давление.

На рис. 7.21. приведена конструкция управляемого дросселя с обратным клапаном. У этого дросселя жидкость подводится в отверстие А, проходит в кольцевую щель между иглой 3 и клапаном 1 и отводится в отверстие Б.

рис. 7.21. Управляемый дроссель с обратным клапаном:

1 – клапан; 2 – пружина; 3 – игла; 4 – винт регулируемый

При этом изменяются скорость и напор жидкости (происходит дросселирование). Сечение щели (положение конусной иглы) регулируется винтом с лимбом 4. При изменении направления потока на обратное жидкость отжимает клапан 1 от седла, преодолевая сопротивление пружины 2, и через большое сечение поступает к отверстию А.

Такие дросселя применяют, например, для уменьшения скорости опускания исполнительного механизма.

Дата добавления: 2015-07-18