Page 1

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 1’2013

1(93)2013

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНИКА

ЭРГОНОМИКА КАБИНЫ

ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СТТ»

ТЕХНОЛОГИИ

РЕМОНТ ТРЕЩИН И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ШВОВ СОБЫТИЯ

ТЕХНИКА

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

èéãìåàããàéççõâ JCB

ëíêéàíÖãúçõÖ åÄòàçõ çÄ äéåÅàçàêéÇÄççéå ïéÑì

êÄëèêÖÑÖãàíÖãúçÄü ÉàÑêéÄèèÄêÄíìêÄ

18+


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОАППАРАТУРА

á

олотниковые распределительные клапаны были изобретены очень давно. Впервые они начали применяться в старинных музыкальных органах в I веке до новой эры. Двухходовые двухпозиционные (2/2) пневматические клапаны с золотниками квадратного сечения при нажатии клавиш подавали сжатый воздух в трубы музыкального инструмента.

ТЕХНИКА

АНАЛИТИКА

52

ИСТОРИЯ

ОБУЧЕНИЕ

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ОПЫТ

ТЕХНОЛОГИИ

>>> Клапаны старинного органа Все гидравлические системы состоят из пяти основных частей. К ним относятся: – генератор гидравлической энергии (первичный двигатель, гидронасос, гидравлический бак с необходимыми аксессуарами); – система безопасности (клапаны ограничения давления); – система распределения потоков рабочей жидкости (направляющие клапаны и гидрораспределители); – гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы); – система трубопроводов (жестких и гибких) для соединения гидрокомпонентов.

Корнюшенко С.И., д.т.н., профессор РАЕН

DISTRIBUTION HYDRAULIC EQUIPMENT Kornyushenko S.I., Dr. of science, RANS professor

In the article are described principal structures and a function of the distribution hydraulic equipment. Definitions of main elements of the hydraulic equipment are given. A purpose and a marking of ports according to the international standard ISO 9461 are shown. The most widely adopted schemes of valves and hydraulic distributors are considered.

и клапанов обозначаются одинаковыми буквами. Входной (нагнетательный) порт маркируется буквой Р (pressure – давление), выходной (сливной) – буквой Т (tank – бак), рабочие порты, ведущие в гидродвигатель, – А, В. Внешние пилотные порты маркируются буквами Х (для управления А) и Y (для управления В). Специальный порт V выполняется для управления устройством, которое отводит рабочую жидкость с целью понижения давления в гидросистеме. Буквой L обозначается дренажный порт. Дополнительно может выполняться отводящий порт М. Он служит для измерения параметров гидросистемы (давления, температуры и т.п.). Через этот порт берутся на анализ пробы рабочей жидкости. Все обозначения портов по стандарту ISO 9461 сведены в таблицу.

Обозначения портов распределителей и клапанов по стандарту ISO 9461 Тип порта

Буквенное обозначение

éèêÖÑÖãÖçàÖ ÉàÑêéÄèèÄêÄíìêõ

Входной (нагнетательный) порт

Р

Устройства распределения потоков рабочей жидкости, которые идентифицируются термином «гидроаппаратура», имеют различные конструкции, системы управления и выполняют различные функции. Однако все они характеризуются наличием общих элементов и свойств, к которым относятся: – золотник; – порты; – позиции; – система управления; – система возврата; – размеры.

Первый рабочий порт

А

Второй рабочий порт

В

Выходной (сливной) порт

Т

Первый порт управления

Х

Золотник Золотник является подвижным элементом, который соединяет канал нагнетания (порт Р) с выходными рабочими каналами (портами А, В) или со сливным каналом, соединенным с гидробаком (порт Т). Порты Распределители имеют несколько портов, которые могут открываться, закрываться или объединять внутренние рабочие каналы в зависимости от позиции золотника. Например, двухходовые клапаны имеют входной и выходной порты, в то время как четырехходовые содержат входной порт, два рабочих выходных порта и сливной порт, связанный с гидробаком. Международным стандартом ISO 9461 принято, что порты каждого назначения маркируются различными буквами. Одноименные порты на гидросхемах и корпусах распределителей СТТ 1’2013

Второй порт управления

Y

Порт управления понижением давления

V

Дренажный порт

L

Отводящий порт

M

Позиции Золотник может принимать различное число рабочих позиций. Золотники большинства распространенных клапанов и распределителей имеют две или три позиции. Но существуют исполнения гидроаппаратов, в которых золотники принимают четыре и более позиций для обеспечения требуемых условий работы конкретной гидросистемы. Свойства гидроаппарата обозначаются простым дробным числом. В числителе указывается количество портов (ходов), а в знаменателе – число позиций. Так, гидроаппарат с трехходовым двухпозиционным золотником обозначается как 3/2, а с четырехходовым золотником, занимающим три позиции, – 4/3 и т.п. Системы управления Задачей системы управления является перемещение золотника в определенную позицию. В зависимости от величины внешних сил, действующих на золотник, оно может быть выполнено


êÄëèêÖÑÖãÖçàÖ Распределительная гидроаппаратура предназначена для управления потоками рабочей жидкости в гидросистеме. Внутренние полости их корпусов имеют несколько каналов, соединяющих внешние нагнетающие, рабочие, сливные, управляющие порты. Поток рабочей жидкости, поступающий в нагнетательный порт Р, направляется в рабочие порты А или В, а затем возвращается в сливной порт Т с помощью золотника, установленного в полости корпуса. Золотники гидроаппаратов с механическим, гидравлическим, электрическим пневматическим управлением представляют собой небольшой цилиндр специальной формы. В ряде клапанов с ручным управлением золотники выполнены в виде поворотных элементов. Гидроаппараты с конусным запорным элементом используются в качестве обратных и управляемых обратных клапанов. Они редко применяются для изменения направления потока.

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ

>>> Рис. 2. Схема клапанов 4/3 с поворотными плоскими золотниками. Принцип работы Роликовые или поршневые клапаны работают по тому же принципу. Они содержат ручку, которая поворачивает небольшой цилиндр. На поверхности этого цилиндра выполнены канавки, которые соединяют отверстия в корпусе клапана. Конические (тарельчатые) клапаны Схема работы конических клапанов изменения направления потока показана на рис. 3. В клапанах этого типа пружины удерживают конические золотники в закрытом положении. В конических золотниках выполнены стержни, с помощью которых они контактируют с кулачком. Кулачок жестко связан с ручкой управления. В нейтральной позиции кулачок блокирует все порты. При повороте ручки управления кулачок давит на конический золотник и перемещает его, открывая рабочее окно клапана. Поток рабочей жидкости из нагнетательного порта Р через отверстия в корпусе клапана направляется в СТТ 1’2013

ОПЫТ

Клапаны с поворотными плоскими золотниками Наибольшее распространение среди клапанов с поворотными плоскими золотниками нашли четырехходовые трехпозиционные (4/3) исполнения. Они управляются вручную, поворотом ручки. Схема таких клапанов представлена на рис. 2.

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

Размер Размер гидроаппарата определяется условным диаметром порта (или резьбового соединения), через площадь сечения которого проходит максимальный расход рабочей жидкости. В промышленной гидравлике притычного исполнения размер определяется габаритами гидроаппарата с соединительной плитой согласно стандартам ISO.

>>> Рис. 1. Шаровые клапаны

ОБУЧЕНИЕ

Система возврата Системы возврата позволяют перемещать золотник в исходное положение после снятия сигнала управления. Они могут быть автоматическими или создаваться из других типов управления. Автоматический возврат золотника обычно выполняется с помощью механической пружины. Гидроаппараты с автоматическим возвратом золотника в исходное положение можно назвать моностабильными. Их золотники в свободном состоянии имеют только одну устойчивую позицию. В этом положении золотника соединение входного и выходного каналов может быть нормально открытым — НО (гидросхема с открытым центром) или нормально закрытым — НЗ (гидросхема с закрытым центром). Большинство клапанов и гидрораспределителей с тремя или более позициями их золотников являются моностабильными. Бистабильные клапаны характеризуются двумя устойчивыми состояниями золотника (при отсутствии действия на них пилотного сигнала). Они нуждаются в дополнительном управлении для смены рабочих позиций золотника. В бистабильных клапанах золотник часто устанавливается в требуемую позицию без пилотного сигнала. Его функцию выполняет входное управляющее воздействие. Использование моностабильных и бистабильных клапанов определяется требованиями гидросхемы и условиями безопасности эксплуатации машины или оборудования. Например, клапан с электрическим управлением для открытия и закрытия зажимного устройства должен быть бистабильным. Он должен гарантировать закрытие зажимного устройства в случае прекращения подачи электроэнергии в результате аварии или непредвиденной остановки. Система управления гидродвигателем машины требует моностабильного клапана. В случае прерывания снабжения энергией или непредвиденной остановки он автоматически останавливает исполнительный гидромеханизм, тем самым предотвращает поломку машины и исключает возникновение опасности для оператора.

Клапаны с поворотным золотником Клапаны с поворотным золотником позволяют либо остановить поток рабочей жидкости, либо направить его в рабочий или сливной порт. Подвижная часть клапана представляет собой шар с просверленными в нем отверстиями или небольшой цилиндр. К ним жестко крепится ручка управления. Угловое перемещение подвижного элемента осуществляется поворотом ручки. Наиболее простые двух- и трехходовые двухпозиционные (2/2, 3/2) шаровые клапаны и их схемы представлены на рис. 1. Шаровой элемент устанавливается между двумя предварительно сжатыми уплотняющими поверхностями. При росте давления уплотняющие детали сильнее прижимаются к шаровому элементу, обеспечивая полную герметизацию клапана.

ИСТОРИЯ

ручным, механическим, гидравлическим, электрическим, электрогидравлическим, пневматическим способом или пропорциональным электронным управлением.

АНАЛИТИКА

53


рабочий порт А. При повороте ручки управления в противоположную сторону кулачок воздействует на второй конический золотник и открывает его. Рабочий порт А соединяется со сливным портом Т.

Золотник бистабильного гидрораспределителя (клапана) 2/2, схема которого представлена на рис. 5, обеспечивает поток рабочей жидкости из нагнетающего порта Р в рабочий порт А в позиции, в то время как другая позиция золотника блокирует оба порта.

АНАЛИТИКА

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

54

Золотниковые клапаны и распределители Гидравлические золотниковые клапаны и распределители нашли наиболее широкое применение в промышленной и мобильной технике. На рис. 4 представлен типовой золотниковый гидрораспределитель. Он состоит из корпуса, в котором выполнена цилиндрическая проточка. В ней установлен цилиндрический золотник с шейками и отверстиями. С одной стороны золотник соединен с механической системой управления, исполненной в виде рычага. Противоположный конец золотника связан с автоматической пружинной системой возврата. В корпусе гидрораспределителя выполнены нагнетательный, рабочие и сливной каналы, соединенные с соответствующими портами.

>>> Рис. 5. Принцип работы золотникового бистабильного гидрораспределителя 2/2 На рис. 6 приведена схема трехходового двухпозиционного гидрораспределителя 3/2. Его работа показана на примере управления гидроцилиндра с подпружиненной штоковой полостью. При подаче на золотник внешнего управляющего воздействия (механического, электрического и т.п.) нагнетающий порт Р соединяется с рабочим портом А и рабочая жидкость от насоса поступает в гидроцилиндр, шток которого начинает выдвигаться. При снятии управляющего воздействия пружина перемещает золотник в исходное положение. Нагнетающий порт Р закрывается, рабочий порт А соединяется со сливным портом Т, и рабочая жидкость из гидроцилиндра поступает на слив в гидробак. Шток под действием возвратной пружины гидроцилиндра втягивается. В бистабильных клапанах обе позиции золотника фиксируются с помощью соответствующего внешнего управления.

ОПЫТ

ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНИКА

>>> Рис. 3. Схема работы клапана потока 3/3 конического типа

ИСТОРИЯ

ОБУЧЕНИЕ

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

>>> Рис. 6. Принцип работы золотникового гидрораспределителя 3/2

>>> Рис. 4. Золотниковый гидрораспределитель Золотниковые гидрораспределители и клапаны не имеют статических уплотнений между золотником и корпусом. Уплотнение гарантируется определенным зазором в подвижной паре и вязкостью рабочей жидкости. Зазор между двумя деталями подразумевает наличие утечек. Если гидродвигатель заблокирован и золотник в нейтральной позиции закрывает рабочие порты, появляется необходимость в установке обратного клапана. Его обычно располагают внутри корпуса гидрораспределителя. Уплотнения между золотником и механизмом его управления жизненно необходимы во избежание засорения гидросистемы. Принцип управления золотниковых гидрораспределителей очень прост. Он основан на осевом перемещении золотника внутри корпуса. Его движение является результатом приложения сил на торцы золотника со стороны различных систем управления. Золотники имеют различные конструкции, зависящие от расположений нагнетательного, рабочих и сливных портов. СТТ 1’2013

Управление включено/выключено (on/off) часто применяется в дифференциальных гидроцилиндрах, если во время хода штока не требуется остановки поршня, а также в гидромоторах при вращении вала в ту или иную сторону. При таких режимах управления гидродвигателями применяются четырехходовые двухпозиционные гидрораспределители (4/2). Схема их работы представлена на рис. 7. При подаче управляющих воздействий золотник занимает две позиции. Первая позиция соединяет порт Р с портом В, а порт А – с портом Т. Вторая позиция соединяет порт Р с портом А, а порт В – с портом Т.

>>> Рис. 7. Принцип работы золотникового гидрораспределителя 4/2


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА

58

>>> Базовые методы управления гидроприводов 1. ç‡ÒÓÒ˚ ÏÓ·ËθÌÓÈ ÚÂıÌËÍË 2. ê„ÛÎflÚÓ˚ ̇ÒÓÒÓ‚ Ò ÔÂÂÏÂÌÌ˚Ï ‡·Ó˜ËÏ Ó·˙Â-

ТЕХНИКА

ÏÓÏ

НАСОСЫ МОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Ç

ряде мобильных гидравлических машин насос соединяется непосредственно с выходным валом дизельного двигателя. На экскаваторах, автокранах и другой самоходной технике часто используются многопоточные насосы, выполненные в одном корпусе. Они также крепятся непосредственно к двигателю (рис. 1). Разделительные редукторы используются там, где двигатель приводит более одного насоса.

3. ëËÒÚÂχ LS „ÛÎËÛÂÏ˚ı ̇ÒÓÒÓ‚

Корнюшенко С.И., д.т.н., профессор РАЕН

PUMPS OF MOBILE TECHNIQUE Kornyushenko S.I., Dr. of sciences, RANS professorr

In the article are described main types of pumps used in hydraulic drives of the mobile technique and equipment. Here are shown their diagrams, are listed main technical parameters. Their function in main types of hydraulic systems is examined, graphs of a power distribution are given.

4. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 1

ТЕХНОЛОГИИ

5. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 2 6. ÉˉÓÒÚ‡Ú˘ÂÒÍË Ú‡ÌÒÏËÒÒËË Ò‡ÏÓıÓ‰ÌÓÈ ÚÂıÌËÍË 7. ëËÒÚÂÏ˚ ÛÎÂ‚Ó„Ó ÛÔ‡‚ÎÂÌËfl

ОПЫТ

8. íÓÏÓÁÌ˚ „ˉÓÒËÒÚÂÏ˚

>>> Рис. 1. Установка насосной группы непосредственно на двигателе экскаватора

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

Чтобы понизить частоту вращения приводного вала, на некоторых машинах после двигателя устанавливается редуктор. У тракторов обычно отбор мощности для привода рабочих органов производится через редуктор, установленный в их задней части (рис. 2). У грузовых автомобилей, на которых смонтировано гидравлическое оборудование, насос приводится от коробки отбора мощности. Частота вращения выходного вала коробки отбора мощности составляет от 540 до 1000 об/мин.

ИСТОРИЯ

ОБУЧЕНИЕ

>>> Рис. 2. Отбор мощности для привода насоса у трактора

СТТ 1’2013

Насос – СЕРДЦЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. Очень важно, что во время эксплуатации насос всегда работает с определенным ресурсом. Техническая документация производителя насоса должна включать следующую информацию: – Рекомендуемая вязкость рабочей жидкости (при пуске, работе и коротких перегрузках). – Допустимый диапазон температуры рабочей жидкости. – Характеристики рабочей жидкости и ее пригодность для использования в данном виде техники. – Рекомендованный минимальный уровень загрязненности рабочей жидкости для обеспечения оптимального ресурса насоса и выполнения гарантийных обязательств. – Рабочее давление (входное, выходное и в отдельных случаях давление дренажа). – Минимальная и максимальная частота вращения приводного вала. Производитель насосов также должен обеспечить руководящими указаниями условия установки, введения в эксплуатацию, постоянной работы своей продукции. Для многочисленного персонала, эксплуатирующего гидросистемы различных машин, аспекты выбора насоса находятся вне рамок их деятельности. Однако ключевые точки выбора являются важными, поскольку они влияют на работу гидросистемы в целом и сказываются на эксплуатационных показателях машины. К основным техническим характеристикам насосов относятся следующие показатели с соответствующей размерностью: – Рабочий объем (у зарубежных производителей часто упоминается как размер), см3 или см3/об. – Постоянный/переменный рабочий объем. – Величина максимального давления, МПа или бар. – Открытая гидросхема/закрытая гидросхема. (Этот показатель принципиален для условий применения насоса.)


с внутренним зацеплением

ТЕХНИКА

с внешним зацеплением

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

межзубовых впадин шестерен. Принципиальные схемы и фотографии качающих узлов шестеренных насосов с внешним и внутренним зацеплением представлены на рис. 3.

è·ÒÚË̘‡Ú˚ ̇ÒÓÒ˚ В корпусе пластинчатого насоса расположен вращающийся ротор. В его радиальных пазах подвижно установлены пластины. Ребра этих пластин контактируют с поверхностью цилиндрической рабочей камеры, выполненной в корпусе. Ось вращения ротора располагается в корпусе эксцентрично (со смещением) относительно оси цилиндрической рабочей камеры. При вращении ротора пластины выдвигаются (за счет действия центробежных сил) и, скользя по контуру цилиндрической поверхности корпуса, всасывают гидравлическую жидкость и доставляют ее в рабочую камеру. После прохождения значения эксцентриситета (максимально выдвинутого своего положения) пластины втягиваются в пазы ротора. Поскольку объём, заключенный между корпусом, ротором и пластинами, уменьшается, рабочая жидкость нагнетается в напорную линию. На рис. 4, а изображена схема пластинчатого насоса с двумя цилиндрическими рабочими камерами. Они расположены в корпусе напротив друг друга, но обе с одинаковым эксцентриситетом относительно ротора. Это техническое решение позволяет уравновесить ротор от действия гидравлических сил и повысить производительность насоса в 2 раза.

>>> Рис. 4, б. Качающий узел и картридж пластинчатого насоса

ОБУЧЕНИЕ

>>> Рис. 4, а. Схема пластинчатого двухкамерного насоса

ОПЫТ

Шестеренные насосы выпускаются с постоянным рабочим объемом. Технических решений для изменения рабочего объема в шестеренных насосах пока не найдено.

ТЕХНОЛОГИИ

>>> Рис. 3. Шестеренные насосы

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

– Способы управления. – Уровень шума, дБ. – Чувствительность к загрязнениям, мкм. – Общий КПД. – Предполагаемый ресурс (долговечность), ч. – Ремонтопригодность (отдельные части могут заменяться или насос неремонтируемый) – Габаритные размеры, мм. – Масса, кг. – Чертеж общего вида. – Стоимость. Для понимания сути работы насоса пользуются графическими зависимостями изменения расхода и давления, т.е. Q = f(p). Эти графики наглядно показывают потребление мощности, ее потери и распределение по всей гидросистеме. Сохранение энергии в настоящее время является очень важной задачей. В этой связи возникает острый вопрос правильного подбора насоса для конкретной гидросистемы, согласование его потребляемой и отдаваемой (входной и выходной) мощности, определение текущего расхода. От этих параметров зависит рабочая температура и долговечность гидравлической жидкости, степень износа компонентов всей гидросистемы. В современных условиях эксплуатации сложной и дорогостоящей гидравлической техники жизненно необходимо, чтобы штат работников обладал знаниями и пониманием всех процессов работы гидросистем, и в частности регулирования производительности насосов, поскольку эти факторы имеют огромное отношение к правильному функционированию машины. Например, несомненно, что высокое давление увеличивает усилия на исполнительных органах машины. Но в то же время оно увеличивает и внутренние утечки, и выделяемое тепло, а механические воздействия, передаваемые гидрокомпонентами, заметно уменьшают долговечность (ресурс) насоса. В мобильной технике нашли широкое применение различные типы гидравлических объемных насосов. Принцип работы каждого из них основан на вытеснении определенного объема рабочей жидкости при повороте приводного вала на один оборот. Классификация гидравлических насосов показана на нижеприведенной схеме.

АНАЛИТИКА

59

У этих насосов при вращении пары шестерен каждый зуб одной из них, входящий во впадину другой, вытесняет объем рабочей жидкости, равный значению площади межзубовой впадины, умноженной на величину ширины шестерен. Рабочий объем насоса за один оборот вала будет равен сумме объемов СТТ 1’2013

ИСТОРИЯ

òÂÒÚÂÂÌÌ˚ ̇ÒÓÒ˚


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ

60 Такие пластинчатые нерегулируемые насосы используются в мобильной зарубежной технике и промышленном оборудовании. Они удобны в эксплуатации и обладают хорошей ремонтопригодностью. Внутренний качающий узел (картридж), показанный на рис. 4, б, может быстро заменяться без дополнительных регулировок и без разъединения его с двигателем. Во время ремонта крайне важно проверить состояние шлицов приводного вала и удалить какие-либо продукты износа и загрязнения из корпуса насоса перед установкой нового картриджа. Устройство пластинчатого насоса позволяет обеспечивать изменение его рабочего объема, следовательно, изменение расхода при постоянной частоте вращения приводного вала. Однако это относится только к однокамерным конструкциям. Регулирование насоса осуществляется механическим или гидравлическим управлением. Регулируемый пластинчатый насос в качестве рабочей камеры содержит подвижное эксцентриковое кольцо, установленное в корпусе. Оно может перемещаться в радиальном направлении относительно ротора и менять значение эксцентриситета. В результате меняется величина рабочего объема насоса. На рис. 5 показана принципиальная схема и конструкция пластинчатого насоса с переменным рабочим объемом. Рост давления в гидросистеме, воздействуя на плунжер, установленный на противоположной стороне подпружиненного эксцентрикового кольца, заставляет его двигаться. Плунжер, преодолевая сопротивление пружины, перемещает эксцентриковое кольцо, уменьшая значение эксцентриситета между кольцом и ротором. Величина общего хода пластин сокращается, уменьшается и рабочий объем насоса. Количество рабочей жидкости, направляемой в линию нагнетания за один оборот ротора, уменьшается. Расход насоса становится меньше.

Аксиально-поршневые насосы состоят из блока цилиндров и поршней, которые перемещаются в этих цилиндрах. На этапе всасывания поршни выдвигаются из цилиндров, образовавшиеся рабочие полости заполняются жидкостью. После выдвижения поршня на максимальное расстояние процесс всасывания заканчивается и начинается нагнетание, при котором поршень перемещается вовнутрь цилиндра, вытесняя рабочую жидкость в гидросистему. За один оборот вала каждый поршень совершает полный цикл движений: от своего начального положения до максимально вытянутого (или втянутого) в соответствующем цилиндре, затем до максимально втянутого (или вытянутого) и до начального. Разделение всасывающего и нагнетающего потоков выполняет круглый распределитель с серповидными рабочими окнами. Он неподвижно установлен в корпусе и контактирует с торцом вращающегося блока цилиндров. Рабочие поверхности этой пары выполняются плоскими или сферическими. Движение поршней обеспечивает два типа конструкций насосов: с наклонным блоком цилиндров и с наклонной шайбой. На рис. 6 показана принципиальная схема и конструкции аксиально-поршневых насосов с наклонным блоком цилиндров. Их корпус имеет V-образную форму.

Угол наклона блока цилиндров – 26°

Угол наклона блока цилиндров – 40°

ОПЫТ

>>> Рис. 5. Принципиальная схема и конструкция пластинчатого насоса с переменным рабочим объемом

ÄÍÒˇθÌÓ-ÔÓ¯Ì‚˚ ̇ÒÓÒ˚

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

>>> Рис. 6. Аксиально-поршневые насосы с наклонным блоком цилиндров

ИСТОРИЯ

ОБУЧЕНИЕ

Наиболее широкое распространение получили насосы, блок цилиндров которых наклонен относительно приводного вала под углом 26°. В насосах с постоянным рабочим объемом некоторых передовых компаний угол наклона блока цилиндров составляет 40°. Такая конструкция позволяет получить более высокие удельные показатели. Количество поршней в блоке цилиндров обычно составляет 7 штук. При вращении вала поршни своей боковой поверхностью поворачивают блок цилиндров и одновременно совершают возвратно-поступательные движения, поочередно выдвигаясь из своего цилиндра и втягиваясь в него. Вращение блока цилиндров относительно неподвижного распределителя с серповидными окнами обеспечивает изоляцию всасывающей полости от нагнетающей. Изменение угла наклона блока цилиндров (с помощью специальных устройств) позволяет регулировать величину рабочего объема насоса. Принципиальная схема и конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонной шайбой представлены на рис. 7. СТТ 1’2013


В насосах с наклонной шайбой блок цилиндров установлен соосно с приводным валом и жестко связан с ним. Приводной вал проходит сквозь отверстие в шайбе, установленной в корпусе. Ее рабочая плоскость располагается под углом по отношению к оси приводного вала. Поршни с помощью сферических шарниров крепятся к башмакам, которые своей торцевой поверхностью опираются на рабочую плоскость шайбы. У насосов с наклонной шайбой количество поршней обычно составляет 9 штук. Предельный угол наклона шайбы относительно нулевого значения рабочего объема составляет 15-18° и соответствует максимальному расходу. При вращении приводного вала блок цилиндров передает движение поршням, которые, скользя башмаками по плоской поверхности наклонной шайбы, одновременно совершают возвратно-поступательные движения, всасывая рабочую жидкость при выдвижении из блока цилиндров и нагнетая ее в

СТТ 1’2013

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ ОПЫТ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ОБУЧЕНИЕ

>>> Рис. 7. Схема и конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонной шайбой

гидросистему при втягивании. Распределитель с серповидными окнами обеспечивает изоляцию всасывающей полости от нагнетающей. При изменении угла наклона шайбы относительно оси блока цилиндров и, соответственно, приводного вала будет меняться и рабочий объем насоса. В положении, когда плоскость наклонной шайбы находится перпендикулярно к оси блока цилиндров (т.е. угол ее наклона составляет 90°), рабочий объем насоса равен нулю и при вращении приводного вала жидкость в гидросистему не поступает. В этом случае поршни вращаются вместе с блоком цилиндров, но не совершают возвратно-поступательного движения. Если продолжать наклон шайбы дальше, в противоположную сторону, то рабочий объем насоса начинает увеличиваться, но меняется направление движения регулируемого потока жидкости. Нагнетающая гидромагистраль становится сливной, а сливная – нагнетающей. Это свойство реверсируемости потока рабочей жидкости широко применяется в закрытых гидросхемах – гидростатических трансмиссиях хода машин или привода рабочих органов вращательного действия. Насосы с переменным рабочим объемом имеют различные типы пропорционального управления: механическое, гидравлическое, электрическое. Оператор с их помощью управляет положением наклонной шайбы, т.е. расходом насоса. Однако правильно выбрать величину расхода при непрогнозируемом характере изменения давления даже опытному оператору очень сложно. Для этого необходима автоматическая система. Реализуется она с помощью различных, но однотипных регуляторов. При изменении давления регулятор, управляя положением наклонной шайбы и тем самым величиной расхода, обеспечивает отбор от первичного двигателя постоянной мощности (регулятор мощности), либо сохраняет постоянным расход (регулятор расхода), либо поддерживает давление на заданном уровне (регулятор давления). Шестеренные и пластинчатые насосы широко распространены в гидросистемах с низким и средним давлением на коммунальных и легких строительно-дорожных машинах, а аксиально-поршневые часто используются при средних и преимущественно высоких давлениях на средней и тяжелой технике. Насосы с постоянным рабочим объемом устанавливаются в машинах и оборудовании, у которых рабочий цикл определяет постоянный потребляемый расход гидравлической жидкости. Достаточно часто становится необходимым изменять величину расхода в гидросистеме, чтобы обеспечить требуемые режимы и процессы управления рабочими органами конкретной машины. Использование для этой цели клапанов управления потоком приводит к потерям мощности гидросистемы и увеличению выделяемого тепла. Существенно снизить энергетические потери позволяют насосы, у которых рабочий объем может регулироваться. Аксиально-поршневые насосы с переменным рабочим объемом получили широкое распространение в тяжелой строительнодорожной технике, в сельскохозяйственных комбайнах и других сложных машинах. При использовании насоса с постоянным рабочим объемом, приводимого от первичного двигателя, одной из важнейших операций является его пуск. Разность величины мощностей между потребностью насоса и первичного движения гидродвигателя определяет потерю энергии в гидросистеме. Рассмотрим гидросхему, представленную на рис. 8. Здесь насос должен приводить в действие гидромотор. Но при пуске насоса клапан управления (гидрораспределитель) закрыт. В таких условиях, чтобы обеспечить расход Q1 при максимальной частоте вращения приводного вала, первичному двигателю необходимо развить высокий крутящий момент для преодоления сопротивления давлению р1. Давление р1 соответствует величине настройки пружины предохранительного клапана. После пуска

ИСТОРИЯ

61


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА

весь расход Q1, вырабатываемый насосом, направляется на слив в гидробак через предохранительный клапан. Проанализируем распределение мощности и потери энергии в этом случае. Обратимся к графику на рис. 9. Потеря гидравлической мощности в результате внутренних утечек в насосе происходит как при его пуске, так и при работе гидродвигателя. Но ее величина несравнимо мала по сравнению с потерей гидравлической мощности в предохранительном клапане, которая, не совершая полезной работы, преобразовывается в пустое тепло. Приведенная принципиальная гидросхема реализовывает гидросистему с постоянным давлением. После открытия клапана управления рабочая жидкость под максимальным давлением поступает в гидродвигатель, обеспечивая его высокие стартовые характеристики. Такие системы часто используются в гидроприводах, которые обеспечивают очень быстрое срабатывание и высокую точность управления исполнительными механизмами (авиация, металлорежущие станки и т.п.).

>>> Рис. 8. Гидросхема с постоянным давлением

ОБУЧЕНИЕ

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

>>> Рис. 9. График распределения мощности

ИСТОРИЯ

>>> Рис. 10. Гидросхема с разгрузкой насоса

<<< Рис. 11. График экономии мощности

ОПЫТ

ТЕХНОЛОГИИ

62

В гидроприводах с менее жесткими требованиями часто применяют разгрузку гидросистемы. В этом случае пуск насоса и работа в холостом режиме производятся при очень низких давлениях, но после включения гидродвигателей нагрузка увеличивается до необходимых пределов, определяемых силами внешнего сопротивления гидродвигателя. Один из распространенных методов использует пилотное управление клапана непрямого действия. Обратимся к схеме на рис. 10. Здесь показана схема гидропередачи с предохранительным управляемым клапаном непрямого действия. Его линия управления (между дросселем и пилотным золотником) соединена с электроуправляемым двухпозиционным клапаном. В нейтральном положении этот клапан открыт и соединяет линию управления со сливом. Рабочая жидкость от насоса, преодолевая незначительное сопротивление пружины главного золотника (давление 0,3-0,5 МПа), поступает на слив. Этот холостой режим обеспечивает облегченный пуск насоса. При подаче сигнала на электромагнит Y1 двухпозиционного клапана его золотник перекрывает линию управления клапана непрямого действия. Давление рабочей жидкости воздействует на подпружиненный торец главного золотника клапана непрямого действия и закрывает его. Гидросистема переходит на рабочий режим. СТТ 1’2013

Обратимся к графику распределения мощности, приведенному на рис. 11. Потеря мощности в предохранительном клапане при разгруженном насосе составляет очень небольшую величину – не более 1-2%. Подавляющее количество энергии при пуске насоса и его работе в холостом режиме экономится. Она может использоваться как дополнительный резерв при пуске двигателя в тяжелых эксплуатационных условиях, например, при низких отрицательных температурах окружающего воздуха. В мобильной технике часто применяются гидрораспределители с открытым центром, которые также позволяют обеспечить разгрузку насоса. На рис. 12 показана такая принципиальная схема. При нейтральном положении золотника рабочая жидкость от насоса практически свободно проходит через центральный перепускной канал гидрораспределителя и возвращается назад в гидробак. При включении гидрораспределителя перепускной канал перекрывается и рабочая жидкость направляется в гидродвигатель. При такой схеме разгрузки насоса могут эффективно применяться и предохранительные клапаны прямого действия.

>>> Рис. 12. Схема насоса и гидрораспределителя с открытым центром

Cockpit ergonomics 1  
Cockpit ergonomics 1  

эргономика кабины1

Advertisement