Issuu on Google+

5(97)2013

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

СОБЫТИЯ

ВЫСТАВКА СТТ’2013

ТЕХНИКА

ГРЕЙДЕРЫ ТЕХНОЛОГИИ

ЛИЗИНГ

ОБУЧЕНИЕЕ

íÖèãõâ ÅÖíéç

éÅöÖäíàÇçÄü ëíéàåéëíú ãàáàçÉÄ

ìèêÄÇãÖçàÖ êÄÅéóàåà éêÉÄçÄåà åÄòàç

18+


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА

136

>>> Базовые методы управления гидроприводов 1. ç‡ÒÓÒ˚ ÏÓ·ËθÌÓÈ ÚÂıÌËÍË 2. ê„ÛÎflÚÓ˚ ̇ÒÓÒÓ‚ Ò ÔÂ-

УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ МАШИН (ЧАСТЬ 2) Корнюшенко С.И., д.т.н., профессор РАЕН

В

предыдущей статье были описаны принципиальные схемы гидрораспределителей, управляющих рабочими органами самоходной машины. Рассмотрим теперь гидросхему многоконтурного распределителя, представленную на рис. 1, и определим функции различных компонентов.

ÂÏÂÌÌ˚Ï ‡·Ó˜ËÏ Ó·˙Â-

ТЕХНИКА

ÏÓÏ 3. ëËÒÚÂχ LS „ÛÎËÛÂÏ˚ı ̇ÒÓÒÓ‚ 4. ìÔ‡‚ÎÂÌË ‡·Ó˜ËÏË Ó-

ТЕХНОЛОГИИ

„‡Ì‡ÏË Ï‡¯ËÌ. ó‡ÒÚ¸ 1

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‡‚-

8. íÓÏÓÁÌ˚ „ˉÓÒËÒÚÂÏ˚

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ЛИЗИНГ/Q&A

ÎÂÌËfl

Во входной секции устанавливается предохранительный клапан. Его настройка обычно на 3,0 МПа превышает максимальную величину давления регулятора насоса. Рабочие секции содержат группу вторичных и управляющих клапанов LS системы. Рассмотрим теперь конструктивные схемы секций и клапанов. На рис. 2 показан разрез входной секции гидрораспределителя, схема которого приведена на рис. 1. В ней расположен базовый предохранительный клапан непрямого действия. Он может использоваться в двух вариантах: – как главный предохранительный клапан при работе гидрораспределителя с насосом с постоянным рабочим объемом; – поддерживать LS давление регулятора насоса с переменным рабочим объемом, как показано на схеме на рис. 2.

<<< Рис. 2. Разрез входной секции гидрораспределителя

ОБУЧЕНИЕ ИНТЕРВЬЮ

>>> Рис. 1. Гидросхема многоконтурного распределителя

СТТ 5’2013

CONTROL OF MACHINES’ OPERATING MECHANISMS (PART 2) Kornyushenko S.I., Dr. of sciences, RANS professorr

In the article are considered hydraulic layouts of multicircuit hydraulic control valves, which control a simultaneous performance of two hydraulic motors. Here are described a principal structure and performance of secondary valves protecting hydraulic motors against abnormal loads. Variants of hydraulic layouts for a combined performance of a hydraulic control valves with a pressure regulator and a pump of a variable working volume are given. A performance of control systems at critical regimes is described, when a rotational speed of a primary motor is lowering.

Если в гидросистеме применен насос с постоянным рабочим объемом, входной LS канал гидрораспределителя блокируется заглушкой. Она изображена на рис. 2. При использовании насоса с переменным рабочим объемом заглушка убирается и его регулятор (порт Х) соединяется с входным LS каналом гидрораспределителя. Внутренний LS канал, показанный пунктиром на рис. 2, соединяется с рабочими секциями гидрораспределителя. На гидросхеме на рис. 3 выделен контур рабочей секции распределителя и показан ее разрез. Если в гидрораспределителе включается одновременно несколько секций и требуется получить независимые движения гидродвигателей,

>>> Рис. 3. Гидросхема контура рабочей секции распределителя и ее разрез


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА

137

СТТ 5’2013

ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ ЛИЗИНГ/Q&A КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

В качестве показанного примера на рис. 4 при достижении давления 18,0 МПа LS предохранительный клапан начнет пропускать рабочую жидкость на слив. Дроссель управления ограничивает пилотный расход до примерно 1-2 дм3/мин и в конечном счете генерирует динамический перепад давления больший, чем значение настройки пружины регулятора. Таким образом, получается двухкаскадный предохранительный узел, состоящий из LS клапана и регулятора давления. Преимущество такого устройства управления давлением состоит в том, что оно существенно экономит энергию по сравнению с режимом прохождения полного потока рабочей жидкости через главный предохранительный клапан и способностью использования расхода насоса в некоторых других контурах гидросистемы. Во время эксплуатации машин часто возникают критические режимы, при которых в одной из рабочих полостей запертых гидродвигателей (золотник распределителя находится в нейтральной позиции, а рабочие порты заблокированы) чрезмерно возрастает давление или, наоборот, создается разряжение жидкости. Например, при копании экскаватора рукоятью в штоковой полости запертого гидроцилиндра стрелы давление может возрастать до критических величин. В то же время за счет упругости рабочей жидкости и трубопроводов, в первую очередь рукавов высокого давления, поршень под действием нагрузки немного смещается и в штоковой полости возникает разряжение, которое может привести к кавитации жидкости. При работе гидравлические машины подвергаются внешним ударным воздействиям. В результате в гидродвигателях возникают кратковременные всплески давления и разряжения рабочей жидкости (гидроудары). Они крайне негативно влияют не только на гидросистему, но и на металлоконструкцию техники. Чтобы обезопасить систему гидропривода в локальных контурах, в рабочих портах гидрораспределителей часто устанавливают вторичные клапаны: антишоковый и антикавитационный. Нередко эти клапаны объединяют в один узел. Такое устройство называют комбинированным клапаном. Схема работы антишокового и антикавитационного клапанов показана на рис. 5. Если в запертом гидродвигателе возникает давление, превосходящее настройку антишокового клапана, он открывается, преодолевая сопротивление жесткой пружины, и часть жидкости поступает в линию слива. Таким образом, срезаются пики и давление выравнивается. Обычно величина настройки давления антишоковых клапанов на 10-15% выше первичного предохранительного клапана. При возникновении разряжения жидкости в полости гидродвигателя, характерный пример – его работа с попутной нагрузкой (часто в обгонном режиме), возникают кавитационные явления. Чтобы предотвратить отрицательный процесс, клапан поднимается, преодолев незначительное сопротивление слабой пружины, и позволяет рабочей жидкости из сливной линии всасываться в разряженную полость.

ОБУЧЕНИЕ

необходимо перед или после главных золотников встраивать систему управления потоком. Без таких регуляторов рабочая жидкость, как упоминалось выше, в первую очередь будет приводить гидродвигатель с минимальным давлением нагрузки. Регулятор давления работает совместно с дросселирующими прорезями главного золотника. Их геометрическая форма обеспечивает заданные характеристики потока для управления конкретными гидромеханизмами. Значение настройки пружины LS регулятора обеспечивает постоянную величину перепада давлений. В каждой секции гидрораспределителя одновременно встраивается клапан «ИЛИ» LS системы управления. Функция управляющего клапана «ИЛИ» – автоматически соединять рабочий канал секции распределителя (в котором давление нагрузки выше, чем в остальных гидродвигателях): – с LS портом (Х портом) регулятора давления насоса; – либо с управляющим каналом пропорционального предохранительного клапана непрямого действия при использовании насоса с постоянным рабочим объемом. В любом случае управляющий поток с наибольшим давлением, проходящий через систему клапана «ИЛИ», устанавливает требуемое рабочее давление насоса, который, в свою очередь, определяет входное давление каждого регулятора клапана. Такое техническое решение экономит рабочую энергию и обеспечивает более результативный уровень регулирования потока жидкости эффективнее, чем группа клапанов. Следует, однако, отметить, что, если машина одновременно выполняет две рабочие операции и давления нагрузки в гидродвигателях существенно отличаются, на клапане, управляющем гидроконтуром с низким давлением, перепад давления будет более высоким. Соответственно, большее количество энергии переработается в непродуктивное тепло. В большинстве случаев этот процесс проявляется до регулятора. Рассмотрим принципы управления и работу LS ограничителя давления предохранительного клапана. Для ограничения давления в рабочих портах А и В гидрораспределителя в гидроконтур вводится LS предохранительный клапан, чувствительный к нагрузке. На рис. 4 в качестве примера показана упрощенная структурная схема рабочей секции гидрораспределителя. Главный предохранительный клапан традиционно располагается в ответвлении нагнетательной линии гидросистемы на входе распределителя. Регулятор давления – перед дросселирующим золотником рабочей секции. Предохранительный клапан LS системы устанавливается в линии управления после дросселирующего золотника рабочей секции. Его функция – ограничивать давление в рабочем порту секции распределителя для формирования пилотного сигнала управляющего потока, поступающего в пружинную полость регулятора давления.

>>> Рис. 5. Схема работы антишокового и антикавитационного клапанов

ИНТЕРВЬЮ

>>> Рис. 4. Упрощенная структурная схема секции гидрораспределителя


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ ЛИЗИНГ/Q&A КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ОБУЧЕНИЕ ИНТЕРВЬЮ

138

>>> Рис. 6. Схема обеспечения постоянного расхода, независимого от изменения нагрузки, в пропорциональном гидрораспределителе >>> Рис. 7. Схема работы двух гидромеханизмов, приводимых одним насосом Рассмо��рим работу пропорционального гидрораспределителя. Его характеристики аналогичны дроссельному клапану. Расход, проходящий через гидрораспределитель, зависит от величины давления в гидродвигателе. Чтобы обеспечить постоянную скорость гидродвигателя, независимую от величины давления нагрузки, через пропорциональный гидрораспределитель (регулируемый дроссель) всегда должен проходить соответствующий постоянный расход. Но для этого необходимо поддерживать постоянный перепад давления. Регулятор давления, управляемый пропорциональным гидрораспределителем, обеспечивает этот процесс. На рис. 6 показана упрощенная схема обеспечения постоянного расхода, независимого от изменения давления нагрузки, в пропорциональном гидрораспределителе. Предположим, что положение дросселирующего золотника открывает площадь рабочего окна на величину, при которой расход через пропорциональный гидрораспределитель составляет 20 дм3/мин. Пружина регулятора давления настроена на 1,0 МПа. Манометр р3 показывает давление нагрузки гидродвигателя, манометр р2 – давление перед пропорциональным гидрораспределителем, манометр р1 – давление на насосе. Очевидно, что р1>р2>р3. Разница между показаниями манометров р2 и р3 определяет перепад давления (Δр=р2–р3) и расход через пропорциональный гидрораспределитель, в нашем примере равный 20 дм3/мин. Но при изменении нагрузки р3 в гидродвигателе давление перед гидрораспределителем р2 будет также расти и падать. Это произойдет благодаря управляющей LS системе. Действительно, как только давление нагрузки р3 повысится (сила сопротивления уменьшит скорость гидродвигателя), гидравлический сигнал (по каналу LS) поступит в подпружиненную полость регулятора. Золотник переместится влево и увеличит площадь проходного сечения регулятора. Расход рабочей жидкости, проходящий через регулятор, увеличится, давление р2 возрастет. Но как только перепад давления Δр=р2–р3 достигнет прежнего значения, гидравлический сигнал р2 (по LS каналу) поступит в противоположную полость регулятора и остановит его золотник. Таким образом, перепад давления на пропорциональном гидрораспределителе вне зависимости от изменения внешней нагрузки всегда останется постоянным и обеспечит постоянный расход рабочей жидкости в гидродвигатель при любом положении дросселирующего золотника. В этих условиях гидродвигатель будет развивать постоянную скорость при воздействии на него меняющихся сил сопротивления. Величину скорости гидродвигателя определяет абсолютное значение расхода, которое зависит от площади рабочего окна дросселирующего золотника, т.е. от его положения. СТТ 5’2013

Рассмотрим теперь работу гидросистемы с двумя контурами LS управления. На рис. 7 представлена схема одновременной работы двух исполнительных гидромеханизмов, например, экскаватора, приводимых одним насосом с переменным рабочим объемом. В качестве примера зададим начальные условия. Регулятор насоса настроен на величину 2,2 МПа. Расход, поступающий в гидроцилиндр ковша, – 20 дм3/мин, в гидроцилиндр привода стрелы – 60 дм3/мин. Если стрела поднимается с одновременным отворотом ковша, в гидроцилиндры их привода будут поступать потоки рабочей жидкости, соответственно равные 60 и 20 дм3/мин. Каждый индивидуальный регулятор давления будет поддерживать расход постоянным независимо от меняющегося давления нагрузки. Поскольку гидромеханизм стрелы нагружен большим давлением (р5=10,0>р3=5,0 МПа), пропорциональный гидрораспределитель его привода направляет управляющий поток из полости высокого давления гидроцилиндра (р5=10,0 МПа) в пилотный золотник LS регулятора насоса. Клапан «ИЛИ» пропустит управляющий поток с большим давлением. В результате насос будет развивать давление, равное сумме величин давлений в гидроцилиндре стрелы и регулятора насоса, т.е. р1=10+2,2=12,2 МПа. При этом расход, вырабатываемый насосом, обеспечит потребности обоих исполнительных гидроцилиндров. Пропорциональные гидрораспределители, работающие в паре с регуляторами давления, обеспечивают высокий уровень управления гидродвигателями при изменяющейся нагрузке. Но следует также помнить, что регуляторы дроссельного типа являются источниками выделения повышенного тепла. Так, величина общего перепада давления на регуляторе и пропорциональном гидрораспределителе привода стрелы в нашем примере составит 2,2 МПа (значение настройки регулятора насоса). Теперь рассмотрим способ управления дросселирующим золотником. Широкое распространение в мобильной технике получило сервоуправление пропорциональными распределителями. В качестве пилотного регулятора давления используются гидравлические джойстики. Они содержат трехходовые редукционные клапаны, управляемые механической ручкой. Диапазон регулирования пилотного давления лежит в интервале от 0,5 до 2,0 МПа. На рис. 8 показана схема такого управления. В нейтральном положении рукоятки джойстика его клапаны соединяют со сливом торцевые полости золотников пропорциональных гидрораспределителей. При отклонении рукоятки джойстика его золотник смещается и соединяет одну из торцевых полостей гидрораспределителя с пилотной линией нагнетания. Дросселирующий золотник распределителя перемещается, сжимая центрирующую пружину. Пилотное давление


>>> Рис. 9. Схема установки регулятора давления после пропорционального гидрораспределителя

СТТ 5’2013

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ТЕХНОЛОГИИ ЛИЗИНГ/Q&A КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

растет и, перемещая золотник джойстика, закрывает его рабочее окно. Дросселирующий золотник гидрораспределителя занимает промежуточное рабочее положение. Управляя гидравлическим джойстиком, можно получать бесконечное количество положений дросселирующего золотника пропорционального гидрораспределителя. Как и в предыдущем примере, LS система обеспечивает совмещенное движение исполнительных гидромеханизмов независимо от действия на них внешней нагрузки. Насос при номинальной частоте вращения его вала обеспечит гидроцилиндрам потребный расход. Но что произойдет с распределением потока, если упадет частота вращения вала первичного (дизельного) двигателя? Падение частоты вращения вала двигателя немедленно приведет к снижению давления на выходе насоса. Чтобы противостоять этому эффекту, регулятор насоса сразу начнет поворачивать наклонную шайбу (наклонный блок цилиндров) в сторону увеличения его рабочего объема. Однако когда будет достигнут

ОБУЧЕНИЕ

>>> Рис. 8. Схема управления пропорциональными распределителями с помощью гидравлических джойстиков

максимальный рабочий объем, дальнейшее падение частоты вращения вала не может быть компенсировано. С этого момента насос начнет работать в режиме постоянного (максимального) рабочего объема. При дальнейшем падении частоты вращения вала двигателя расход насоса будет уменьшаться. Результат при таких режимах будет следующим. Золотник регулятора давления пропорционального гидрораспределителя при росте давления нагрузки в гидродвигателе займет открытую позицию (сместится влево, рис. 6) благодаря падению расхода, который, в свою очередь, уменьшает давление на входе в дросселирующий золотник. В этом случае расход через пропорциональный гидрораспределитель не может оставаться постоянным, поскольку перепад давления уменьшается. Потеря расхода влечет за собой падение давления в гидродвигателе. Но благодаря регулятору насоса при снижении давления в гидродвигателе становится возможным удержать значение перепада давления на пропорциональном гидрораспределителе. Тогда расход через него останется постоянным. Это своего рода гидравлическое шунтирование. Когда под воздействием эксплуатационных условий частота вращения вала двигателя машины меняется или потребная мощность при совмещенном движении исполнительных механизмов превышает его возможности, прямое регулирование потока обеспечит штатную работу гидродвигателей. Но, конечно, насос в режиме максимального рабочего объема при слишком низкой частоте вращения обеспечить потребный расход не сможет. Рассмотрим теперь вариант установки регулятора давления после пропорционального гидрораспределителя. Такая схема приведена на рис. 9. Повышенное давление нагрузки (от одного из гидродвигателей) передается через клапан «ИЛИ» в пружинную полость каждого регулятора. Золотники регуляторов перемещаются влево и перекрывают канал подачи рабочей жидкости в гидродвигатели. В этом случае регулятор давления становится нормально закрытым клапаном, но только с очень слабой пружиной (настроенной, например, на 0,05 МПа), а в некоторых исполнениях – без нее. Регуляторы создают одинаковое давление на выходе каждого пропорционального гидрораспределителя. Перепад давления на них в нашей схеме составляет 2,15 МПа. Суммарный перепад давления на гидрораспределителях и регуляторах давления будет 2,2 МПа. Давление, развиваемое насосом, равняется величине растущей нагрузки плюс перепад на распределителе и регуляторе, т.е., как и в предыдущей схеме, рн=10,0+2,2=12,2 МПа. При таких условиях перепад давлений на каждом гидрораспределителе одинаков. Поэтому величины расходов, проходящих через них, определяются площадями открытия рабочих окон, т.е. положением дросселирующих золотников. Как и в предыдущей схеме, падение частоты вращения вала первичного двигателя немедленно приведет к снижению давления на выходе насоса. Результат при таких режимах будет следующим. При росте и падении нагрузки входное давление в каждый гидрораспределитель остается одинаковым. Величину перепада давления на каждом распределителе устанавливает нижестоящий регулятор. Даже при изменении расхода, проходящего через каждый распределитель, перепад давления на них остается одинаковым. Поскольку величина расхода зависит от площади открытия рабочего окна дросселирующего золотника и перепада давления на нем, то одинаковый перепад давления на двух гидрораспределителях будет создавать эффект делителя потока. Величина потоков (расходов) через каждый гидрораспределитель будет определяться площадью открытия их рабочих окон. Другими словами, расходы в обоих гидроконтурах будут уменьшаться в одинаковой пропорции.

ИНТЕРВЬЮ

139


Exhibition 5 2