ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Приоритетные делители потока гидросистемы


В гидросистемах различной спецтехники часто проявляется необходимость распределять поток рабочей жидкости от одного насоса в два независимых контура. Причем в один контур следует направить строго дозированную величину потока, а во второй – оставшуюся часть.

Эти требования выполняет тип дроссельного клапана, который называется приоритетный делитель потока. Его конструктивная схема и условное графическое изображение показаны на рис. 1.



Рис. 1. Регулируемый приоритетный делитель потока

Корпус делителя потока содержит три порта: входной (нагнетательный) и два рабочих – А и В. Рабочие порты А и В соединяются с соответствующими контурами гидросистемы. Внутри корпуса установлены дросселирующий цилиндрический золотник и регулируемый дроссель.

Маховичок управления дросселя выходит наружу. Между торцами золотника и корпусом выполнены рабочие полости. В одной торцевой полости размещена пружина, удерживающая золотник в исходном положении.

Вторая торцевая полость сообщается с входным нагнетательным каналом через осевое отверстие, выполненное в буртике золотника. Нагнетательный канал в корпусе разветвляется. Одна его ветвь через дросселирующее окно золотника соединяется с выходным рабочим портом А.

В другой ветви нагнетательного канала после золотника расположен конический регулируемый дроссель. Канал за дросселем соединяется с подпружиненной торцевой полостью и через второе дросселирующее окно золотника с выходным рабочим портом В.

Напомним, что дросселирующий золотник в промежуточных положениях пропорционально открывает рабочее окно и тем самым плавно регулирует величину потока рабочей жидкости.

Релейный же золотник при работе занимает только среднее и крайние положения, направляя полный поток в различные каналы, но не изменяя его величину.

Дросселирующий золотник с пружиной и рабочими торцевыми полостями образуют регулятор. Работа приоритетного делителя потока происходит следующим образом. Часть рабочей жидкости, проходя через конический дроссель и рабочее окно золотника, направляется в контур В (см. рис. 1).

Величина проходного сечения конического дросселя определяет значение перепада давления и, соответственно, расхода рабочей жидкости, поступающего в контур В. Оставшаяся (избыточная) часть потока через рабочее окно золотника направляется в контур А.

Рабочая жидкость в нагнетательном канале, проходя через осевое отверстие в буртике, воздействует на торец золотника. В противоположной полости разделенный поток, направляясь в контур В, также воздействует на второй торец золотника.

Но компенсировать гидравлическую силу, действующую на торец золотника со стороны нагнетания, невозможно, поскольку в подпружиненной полости давление меньше за счет его потери на коническом дросселе.

Поэтому динамическое равновесие золотника позволяет сохранить пружина, усилие которой компенсирует силовые потери при перепаде давления на коническом дросселе.

Если в результате повышения нагрузки на рабочий орган машины увеличится давление в контуре В, значение перепада давления на дросселе уменьшится, а значит, величина расхода в контуре В также уменьшится. Но золотник под действием на его подпружиненный торец увеличившейся гидравлической силы автоматически переместится вправо.

При этом площадь рабочего окна в канале А уменьшится, давление нагнетания возрастет, значение перепада давления на дросселе восстановится, и величина расхода в контуре В станет прежней. При уменьшении нагрузки происходит обратный процесс.

Однако следует отметить, что при возрастании давления в контуре В и чрезмерном закрытии рабочего окна в канале А избыток рабочей жидкости может сливаться через предохранительный клапан в гидробак, а при использовании насоса с регулятором давления это обстоятельство вызовет уменьшение его рабочего объема и, соответственно, первоначального расхода.

Регулировкой конического дросселя обеспечивается любая величина расхода, поступающего в контур В. При полностью закрытом коническом дросселе весь поток будет направляться в контур А, при полностью открытом – в контур В.

Таким образом, величина расхода, направляемого в приоритетный контур В, может регулироваться от 0 до 100% производительности насоса.



Рис. 2. Схема разделения потоков колесной машины с гидромоторами Poclain

Вместе с тем в гидросистемах многих машин часто используются дроссельные делители потока, которые обеспечивают строго одинаковый расход в оба контура, не выделяя приоритетов. Для демонстрации практического применения таких устройств обратимся к части схемы гидростатической трансмиссии привода передних колес гидравлической машины, приведенной на рис. 2.

Здесь дроссельный делитель потока обеспечивает с высокой точностью одинаковую подачу в каждый гидромотор, равную половинной производительности насоса, т.е. 50:50%. Такая схема гарантирует получение гидромоторами одинакового количества рабочей жидкости независимо от степени сцепления колес с грунтом, минимизируя их проскальзывание.

Во время движения машины дроссельный золотник будет автоматически отслеживать изменение крутящего момента на каждом колесе и компенсировать изменение расхода.

Предположим, что во время движения машины правое колесо наехало на препятствие. Немедленно вырос нагрузочный крутящий момент и, соответственно, возросло давление р2. Перепад давления на правом рабочем окне делителя потока уменьшился, и расход, поступающий в гидромотор, снизился.

Одновременно возросло давление в нагнетающем канале и перепад давления в левом рабочем окне увеличился, в результате больший расход начал поступать в левый гидромотор. Но в это же время дросселирующий золотник под действием давления р2 немного сместился влево и уменьшил площадь левого рабочего окна, увеличив проходную щель правого.

Таким образом, вновь установился правильный перепад давления на обоих рабочих окнах, и, следовательно, оба расхода, поступающих в гидромоторы, выровнялись, обеспечив прямолинейное движение машины.

Дросселирующий золотник делителя потока всегда находится в динамическом равновесии и мгновенно реагирует на изменение давления в любой ветви рабочего контура.

Конечно, любая автоматическая система работает на принципе запаздывания, но описанные процессы происходят в течение долей секунды и практически не влияют на чувствительность машины при изменении внешних нагрузок. Как видно из схемы (рис. 2), этот делитель потока не содержит регулируемого дросселя, управляющего величиной приоритетного расхода.

Объясняется это тем, что в данной системе всегда требуется деление потока только на две точно равные части. Главным недостатком дроссельных делителей потока является большая потеря полезной энергии, переводимая в тепло при дросселировании рабочей жидкости.

Поэтому на мощной мобильной технике используются объемные делители потока. Они более эффективно поддерживают рабочее давление, с их помощью можно увеличить толкающее усилие гидроцилиндров или крутящий момент гидромоторов.



Рис. 3. Принципиальная схема шестеренного делителя потока

Широкое распространение получили шестеренные делители потока, но если требуется большая эффективность, мощность и высокий КПД, используются поршневые типы таких устройств. На рис. 3 приведена принципиальная схема шестеренного делителя потока.

Шестеренные делители потока содержат две (рис. 3) или несколько секций пар зубчатых колес, соединенных общим валом. Практически это секционные гидромоторы. Поступающий в них от насоса поток рабочей жидкости делится каждой секцией соответственно на две или несколько частей.

Величина разделенных расходов пропорциональна рабочим объемам каждой секции. В нашем примере поток делится поровну – 50:50%. Объемные делители потока не только разделяют его на части, но и перераспределяют энергию.

Рассмотрим принцип усиления потока на гидросхеме, приведенной на рис. 4. Здесь в номинальном режиме оба потока на выходе делителя питают один гидромотор. При воздействии на вал гидромотора высокой внешней нагрузки давление возрастает, превышая настройку разгрузочного клапана (10,0 МПа). Чтобы преодолеть силы сопротивления, необходимо усилить мощность потока.



Рис. 4. Схема усиления потока

Известно, что гидравлическая энергия (мощность) является продуктом потока рабочей жидкости и давления. Крутящий момент, развиваемый гидромотором, является продуктом давления и его рабочего объема.

Когда рабочее давление в гидромоторе возрастет свыше 10,0 МПа, разгрузочный клапан откроется. Половина потока рабочей жидкости (из левой секции – 25 дм3/мин) направится назад в гидробак под очень небольшим, практически нулевым давлением.

Обратный клапан изолирует левую секцию делителя потока от высокого давления. В этом случае в гидромотор будет поступать поток только из правой секции делителя (25 дм3/мин). Частота вращения вала гидромотора снизится вдвое и станет 125 об/мин.

Две шестеренные секции делителя потока соединены общим валом. Поскольку левая секция практически разгружена, вся имеющаяся мощность передается через правую секцию делителя потока.