Page 1

3(95)2013

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНИКА

КАРЬЕРНЫЕ САМОСВАЛЫ

АНАЛИТИКА

МИНИ-ЭКСКАВАТОРЫ ЭКОЛОГИЯ

ПОЕЗДКИ

ИСТОРИЯ

èÖêëèÖäíàÇõ èêàåÖçÖçàü ëÜàÜÖççéÉé ÉÄáÄ

SANY íÖïçéèÄêä «àåèìãúë»

ëéÇÖíëäàÖ ùäëäÄÇÄíéêõ

18+


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА

94

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

ТЕХНИКА

ÏÓÏ

3. ëËÒÚÂχ LS „ÛÎËÛÂÏ˚ı ̇ÒÓÒÓ‚ 4. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 1

СИСТЕМЫ LS РЕГУЛИРУЕМЫХ НАСОСОВ Корнюшенко С.И., д.т.н., профессор РАЕН

LS

(Load Sensing) регуляторы выполняют те же функции по изменению рабочего объема насосов, как и обычные регуляторы, но управляемые ими параметры не зависят от изменения нагрузки в гидросистеме. LS регулятор расхода обеспечивает постоянной величину потока, LS регулятор давления поддерживает постоянным давление на выходе насоса, LS регулятор мощности поддерживает постоянной отбираемую у первичного двигателя мощность. В предыдущей статье были описаны принципы работы обычного и LS регулятора потока. Рассмотрим теперь регуляторы давления и постоянной мощности.

ê„ÛÎflÚÓ˚ ‰‡‚ÎÂÌËfl 5. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó-

ЭКОЛОГИЯ

„‡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

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ЛИЗИНГ

8. íÓÏÓÁÌ˚ „ˉÓÒËÒÚÂÏ˚

<<< Рис. 1. Регулятор давления: 1 – корпус регулятора; 2 – регулировочный винт; 3 – пружина регулятора; 4 – толкатель пилотного клапана; 5 – поршень золотника пилотного клапана; 6 – шейка золотника пилотного клапана; 7 – дренажный канал; 8 – плунжер управления наклонной шайбой; 9 – возвратный подпружиненный плунжер; 10 – внутреннее проходное отверстие

ОБУЧЕНИЕ ИСТОРИЯ

Этот тип регулятора гарантирует постоянное давление нагрузки вне зависимости от изменения величины расхода. Его принципиальная схема показана на рис. 1. В левой части схемы показан регулятор в исходном состоянии, справа – насос с регулятором в рабочем процессе. В корпусе регулятора 1 установлен регулировочный винт 2. Его поворот определяет величину сжатия (настройку силы срабатывания) пружины 3 регулятора. На конец пружины 3 надето конусное седло для взаимодействия с пилотным клапаном. В конечном итоге регулировочным винтом 2 устанавливается величина давления, которую данный регулятор поддерживает постоянной при работе гидросистемы. Золотник пилотного клапана установлен в отверстии корпуса и состоит из толкателя 4, поршня 5 и шейки 6. В толкателе 4, поршне 5 и шейке 6 золотника пилотного клапана выполнено внутреннее проходное отверстие 10, играющее роль дросселя.

СТТ 3’2013

LS SYSTEMS OF REGULATED PUMPS Kornyushenko S.I., Dr. of sciences, RANS professorr

In the article are considered principle diagrams and a performance of traditional and LS pressure regulators and of a constant capacity in pumps with a variable working volume. Their functional differences are shown. Hydraulic diagrams of the LS regulators are cited.

Поршень 5 регулирует величину площади проходного сечения дросселирующего окна, через которое рабочая жидкость поступает в полость плунжера 8 управления наклонной шайбой, а из нее – в дренажную полость насоса, т.е. управляет величиной и направлением пилотного потока. Плунжер 8 служит для углового отклонения наклонной шайбы. С противоположной стороны на нее действует возвратный подпружиненный плунжер 9. Рабочая полость пилотного клапана через канал управления соединена с нагнетательной линией насоса. Канал управления с небольшой площадью сечения играет роль дросселя. В рабочей полости создается небольшое пилотное давление в диапазоне от 0,3 до 1,2 МПа. Его значение пропорционально величине давления нагнетания насоса. Сливная полость пилотного клапана через дренажный канал 7 соединяется с внутренней полостью насоса, давление дренажа в которой обычно не превышает 0,1-0,15 МПа. При включении насоса, когда его линия нагнетания разгружена и давление в ней близко к нулю, гидравлическая полость плунжера 8 управления наклонной шайбой через внутренние каналы регулятора соединена с дренажом. Золотник пилотного клапана находится в нижнем положении, его дросселирующее окно соединяет с дренажом гидравлическую полость плунжера 8 (см. рис. 1, схема регулятора с левой стороны). В таком режиме расход насоса максимальный, а давление нагнетания близко к нулю. Движение гидродвигателя влечет за собой увеличение давления нагрузки. Пилотный поток регулятора, проходя через внутренний дроссельный канал 10 золотника клапана, поступает в дренаж. Между рабочей и сливной полостями пилотного клапана возникает перепад давления. При росте нагрузки этот перепад давления увеличивается. Когда гидравлическая сила превысит сопротивление пружины 3, поршень 5 начнет перемещаться вверх. Рабочая жидкость через открывшееся дроссельное окно станет поступать в рабочую полость плунжера 8, перемещая


В насосах с LS регуляторами изменение рабочего объема не зависит от давления, превышающего его величину в нагнетающей линии. Этот регулятор гарантирует постоянный перепад давления между напорной линией насоса и гидродвигателем (рабочим давлением). Обычно этот перепад давлений составляет 1,4-2,0 МПа. Необходимым условием для такой системы управления является наличие дросселя, установленного в нагнетающей линии насоса.

>>> Рис. 3. Схемы сравнения между стандартным и LS регулятором давления

<<< Рис. 4. Блок регуляторов стандартного С и LS исполнения

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ЭКОЛОГИЯ ЛИЗИНГ

LS „ÛÎflÚÓ˚ ‰‡‚ÎÂÌËfl

ОБУЧЕНИЕ

его. Наклонная шайба повернется, уменьшив величину рабочего объема насоса. Расход уменьшится в пользу давления, требуемого гидродвигателем. Но за счет перетечки жидкости по внутреннему каналу 10 в сливную (дренажную) полость перепад давления на пилотном клапане уменьшится. Поршень 5 сразу же опустится и перекроет дроссельное окно. Золотник пилотного клапана, находясь в динамическом равновесии, работает в следящем режиме. С одной стороны на него действует пружина 3 регулятора, с другой – давление управления, пропорциональное давлению нагнетательной линии насоса. Зона перекрытия дроссельного окна клапана кромками поршня 5 минимальная, а ход золотника небольшой. Это обстоятельство позволяет получить высокое быстродействие и чувствительность регулятора к малейшему изменению нагрузки. Как только давление начнет повышаться, поршень 5 немедленно переместится вверх и пропустит порцию рабочей жидкости в полость плунжера 8. Он отклонит шайбу на определённый угол и уменьшит расход, компенсируя повышение давления. За это время перепад давления на пилотном клапане упадет, и поршень 5 вновь перекроет дросселирующее окно. Если давление в гидросистеме снизится, уменьшится его перепад на пилотном клапане, и пружина 3 заставит поршень 5 опуститься вниз. Порция рабочей жидкости из полости плун-

СТТ 3’2013

ИСТОРИЯ

<<< Рис. 2. Регулятор давления со встроенным предохранительным клапаном: 1 – предохранительный клапан; 2 – регулировочный винт; 3 – пружина регулятора; 4 – конусный запорный элемент предохранительного клапана; 5 – дренажные каналы; 6 – канал управления регулятором

жера 8 направится в дренаж (рис. 1, левый фрагмент). Возвратный подпружиненный плунжер 9 отклонит наклонную шайбу в положение увеличения расхода, который компенсирует падение давления в гидродвигателе. За это время перепад давления на пилотном клапане возрастет, золотник поднимется, и поршень 5 вновь перекроет дросселирующее окно. Таким образом, регулятор всегда будет поддерживать в гидросистеме постоянное давление, меняя при этом величину расхода. При экстремальном давлении насос может вырабатывать расход только для компенсации внутренних утечек. Некоторые производители устанавливают предохранительный клапан внутри регулятора. Схема такого устройства давления показана на рис. 2. В качестве примера выбран радиально-поршневой насос, но подобные регуляторы давления с предохранительным клапаном используются и в других типах насосов с переменным рабочим объемом. Предохранительный клапан 1 регулятора очень маленький, поэтому устанавливается коаксиально относительно регулировочного винта 2. Он не оказывает влияния на давление в гидросистеме, а работает только в управляющем контуре регулятора. Подпружиненный конусный запорный элемент 4 предохранительного клапана упирается в седло пружины 3 регулятора, которое связано с толкателем его пилотного золотника. Дренажные каналы 5 предохранительного клапана и регулятора соединяются в конечном счёте с гидробаком, а в некоторых насосах – с всасывающей линией. Канал управления 6 регулятора соединен с линией нагнетания насоса. Когда давление управления становится чрезмерным, т.е. превышает величину настройки предохранительного клапана, его конусный запорный элемент смещается, преодолевая силу пружины, и соединяет канал управления 6 с дренажными каналами 5. В данном примере регулятор со встроенным предохранительным клапаном используется в радиально-поршневом насосе, но он подходит и для любого другого типа гидромашин с переменным рабочим объемом.

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

95


<<< Рис. 5. Блок регуляторов стандартного С и LS исполнения со встроенным предохранительным клапаном

ИСТОРИЯ

торый полностью соответствует требованиям гидродвигателя, т.е. обеспечивает его заданную скорость. В блоках регуляторов стандартного С и LS исполнения также часто используются предохранительные клапаны в пилотной линии. Схема такого устройства показана на рис. 5. На рис. 6 показана гидравлическая схема LS регулятора давления.

ê„ÛÎflÚÓ˚ ÔÓÒÚÓflÌÌÓÈ ÏÓ˘ÌÓÒÚË

Дроссель имеет большое значение. Без дросселя рабочий объем насоса всегда будет достигать максимальной величины (при постоянном давлении). Расход в рабочем диапазоне не будет изменяться от действия нагрузки (пока это позволяет избыток отбираемой мощности у первичного двигателя). Система LS постоянно сравнивает давление в нагнетательной линии насоса с рабочим давлением в гидродвигателе и посылает соответствующий сигнал в плунжер управления рабочим объемом (наклонной шайбой или блоком цилиндров). В стандартных регуляторах (см. рис. 1) жидкость, поступающая в плунжер 8 управления наклонной шайбой, влияет на соотношение сил, действующих на поршень 5 пилотного золотника. В результате с одной стороны на него действует пилотное давление из напорной линии насоса, с другой – механическая сила пружины 3 (через толкатель 4 и шейку 6). В LS регуляторе с одной стороны на золотник также действует пилотное давление из напорной линии насоса (на участке перед дросселем), с другой – механическая сила пружины плюс давление нагрузки гидродвигателя (на участке после дросселя). На рис. 3 представлены схемы сравнения между стандартным и LS регулятором давления. Для повышения точности регулирования насосом стандартный регулятор давления в ряде случаев комплектуется в блоке с LS регулятором. Такой блок регуляторов показан на рис. 4. В этом исполнении пилотный поток после прохождения через поршень золотника 5 ls поступает в верхнюю полость поршня золотника 5 стандартного регулятора С. На поршень золотника 5 стандартного регулятора с одной стороны действует пилотное давление из нагнетательной линии насоса, а с другой – давление, соответствующе трансформированное LS регулятором, и механическая сила пружины. Выходной пилотный поток блока регуляторов более точно управляет положением наклонной шайбы. Регулируемый дроссель (в качестве него часто используют регулятор потока) позволяет задавать величину расхода, ко-

>>> Рис. 6. Гидравлическая схема LS регулятора давления

ОБУЧЕНИЕ

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ЛИЗИНГ

ЭКОЛОГИЯ

ТЕХНИКА

АНАЛИТИКА

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

96

СТТ 3’2013

Рассмотрим работу регулятора мощности аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров, представленного на рис. 7. В такой распространённой конструкции регулятор мощности расположен внутри корпуса насоса 1. Регулятор состоит из подвижного плунжера 4, установленного во внутренней цилиндрической втулке 3, которая играет роль ограничителя постоянного расхода. Эта втулка на резьбе установлена в корпусе насоса 1. Плунжер 4 связан с ползуном 5 привода блока цилиндров. С противоположной стороны на одной оси с подвижным плунжером 2 расположена пружина 6 максимального расхода. Одним концом она упирается в торец ползуна 5, а другим – в регулировочный винт 9. Винт 9 установлен в ограничителе 8 минимального расхода. Ограничитель 8 на резьбе крепится к корпусу насоса 1. На внутреннем торце ограничителя 8, коаксиально с пружиной 6, установлена пружина 7 минимального расхода. Между свободным торцом пружины 7 и ползуном 5 предусмотрено определенное пространство. Управляющий канал 11, в данной схеме выполненный в виде рукава высокого давления, соединяет нагнетающую линию насоса с торцевой полостью плунжера 4 регулятора. Чтобы избежать гидравлических ударов в регуляторе и улучшить его динамические свойства, в торцевой камере плунжера 4 установлен тормозной (демпфирующий) клапан 10. Предохранительный клапан 12 устанавливается в гидросистеме вне насоса. Он защищает насос от воздействия чрезмерных нагрузок. Настройка предохранительного клапана производится на максимальное давление в гидросистеме, но не выше значения на шильдике насоса. Ползун 5 управляет углом наклона блока цилиндров. Его крайнее (на рис. 7 нижнее) положение соответствует максимальному рабочему объему насоса, т.е. максимальному расходу. Поворотом ограничителя 3 можно менять это положение. Аналогично ограничителем 8 устанавливается противоположный упор ползуна 5. Достигнув его, ползун 5 остановит поворот блока цилиндров в положении, соответствующем минимальному рабочему объему насоса.

>>> Рис. 7. Регулятор мощности аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров: 1 – корпус насоса; 2 – наклонный блок цилиндров; 3 – ограничитель максимального расхода; 4 – подвижный плунжер регулятора; 5 – ползун привода блока цилиндров; 6 – пружина максимального расхода; 7 – пружина минимального расхода; 8 – ограничитель минимального расхода; 9 – винт регулировки пружины максимального расхода; 10 – тормозной клапан; 11 –управляющий канал; 12 – предохранительный клапан


Как видно из правила 4/2 и приведенной формулы, зависимость расхода от давления носит квадратичный характер, т.е. меняется не линейно (пропорционально), а по параболическому закону. Конструкция регулятора, реализующая этот закон, будет весьма сложная.

СТТ 3’2013

ТЕХНИКА ЭКОЛОГИЯ ЛИЗИНГ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

Из простых математических зависимостей, которые здесь ввиду ограниченности объема публикации не приводятся, известно, что перемещение плунжера (х) регулятора, от которого зависит величина расхода (Q), прямо пропорционально изменению давления. Поэтому, чтобы в насосе приблизить реализацию зависимости изменения расхода от давления к параболическому закону, следует прямую трансформировать в кусочно-линейную функцию, приближенную к параболе. В связи с изложенным в регулятор мощности устанавливают две или несколько пружин, которые включаются в работу последовательно. На рис. 8 показан график изменения гидравлической мощности насоса с регулятором из трех пружин. Жесткости пружин с1, с2 и с3 разные. Насос в холостом режиме (давление р близко к нулю) вырабатывает максимальный расход Q. При начальном росте давления р первая пружина сдерживает перемещение плунжера регулятора. Но расход Q начинает уменьшаться. Его снижение происходит в результате внутренних утечек через зазоры в качающем узле. На линиях Nc и Nη это первый, наиболее крутой участок. При дальнейшем росте давления р первая пружина начинает сжиматься. Изменение расхода Q происходит в соответствии со вторым участком линейной характеристики Nc и Nη, менее крутым, чем первый. Угол наклона второго участка линейной характеристики определяет жесткость первой пружины (сх = с1). Когда плунжер достигает положения торца второй пружины и начинает ее сжимать вместе с первой (под действием увеличивающегося давления р), расход Q изменяется в соответствии с третьим участком линейной характеристики Nc и Nη, более крутым, чем второй. Угол наклона третьего участка линейной характеристики определяет сумма жесткостей первой и второй пружин (сх = с1 + с2). Достигнув торца третьей пружины, плунжер сжимает сразу все. Расход Q изменяется в соответствии с четвёртым участком линейной характеристики Nc и Nη, более крутым, чем третий. Угол наклона четвертого участка линейной характеристики определяет сумма жесткостей первой, второй и третьей пружин (сх =с1 + с2 + с3). Таким образом, кусочно-линейная зависимость расхода от давления в насосе вписалась в коридор между минимальной и максимальной теоретической мощностью. Характер кусочнолинейной характеристики близок к параболической функции. Регулятор, обладая простой надежной конструкцией, эффективно управляет расходом насоса при изменении давления нагрузки в гидросистеме. Управление осуществляется автоматически с высокой скоростью. Отбираемая мощность у первичного двигателя не превышает максимально допустимых значений, что приводит к стабильной работе машины или гидравлического оборудования. При установке дросселя в нагнетающей линии насоса и соединениb ее с пилотным золотником получим LS регулятор постоянной мощности. Его гидравлическая схема показана на рис. 9.

ОБУЧЕНИЕ

Здесь: Q – расход; ∆р – перепад давления; k – коэффициент, зависящий от площади проходного сечения; величины сжатия потока в местном сопротивлении; физических свойств рабочей жидкости.

>>> Рис. 9. Гидравлическая схема LS регулятора постоянной мощности

ИСТОРИЯ

Работа регулятора мощности происходит следующим образом. В исходном состоянии пружина 6 удерживает ползун в крайнем положении, соответствующем максимальному рабочему объему насоса. Рабочая жидкость по каналу управления 11 поступает в торцевую полость подвижного плунжера 4. При небольшом росте давления плунжер 4 остаётся неподвижным. Пружина 6 сдерживает его движение. Но расход немного уменьшается за счёт внутренних утечек через зазоры качающего узла. При дальнейшем росте давления плунжер 4 начинает перемещаться, толкая ползун 5, который, поворачивая блок цилиндров, сжимает пружину 6. Поворот блока цилиндров влечет за собой уменьшение рабочего объема насоса, т.е. уменьшение расхода. Уменьшение расхода при росте давления пропорционально жесткости пружины 6. Когда ползун при дальнейшем увеличении давления достигает торца пружины 7 и начинает сжимать ее одновременно с пружиной 6, сила сопротивления со стороны двух пружин увеличивается. Теперь прежний темп роста давления отклоняет блок цилиндров на меньший угол по сравнению с предшествующим режимом работы регулятора. Уменьшение расхода при росте давления в этом случае пропорционально суммарной жесткости двух пружин: 6 и 7. При максимальном давлении в гидросистеме ползун 5 упирается в торец ограничителя 8. Блок цилиндров останавливается, сохраняя минимальный угол между собственной осью вращения и осью приводного вала. Этот угол обеспечивает минимальный рабочий объем насоса, который соответствует минимальному расходу. Чтобы дальнейшее повышение давления не превысило значение максимальной обираемой мощности у первичного двигателя и не привело к его остановке, предохранительный клапан 12 настраивается на величину, соответствующую минимальному расходу. Для полноценного понимания процесса проанализируем работу насоса с регулятором мощности математически. Из предыдущих публикаций мы помним правило 4/2. «Если в гидравлическом устройстве, через которое проходит поток рабочей жидкости, перепад давления увеличится в четыре раза, значение расхода удвоится». Расход, проходящий через местное сопротивление (любой гидрокомпонент), определяется по формуле .

АНАЛИТИКА

<<< Рис. 8. График изменения гидравлической мощности насоса с регулятором из трех пружин: Na – минимальная теоретическая мощность; Nb – максимальная теоретическая мощность; Nc – фактическая мощность; N – реальная мощность

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

97

Dump trucks 3 2  

Карьерные самосвалы-2

Advertisement