ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Гидравлические клапаны непрямого действия


Свойства клапанов непрямого действия позволили разработать методы управления давлением, которые существенно повысили технические, эксплуатационные и потребительские характеристики гидроприводов, сделали их проще и экономичнее.

Автоматизация ряда рабочих процессов осуществляется также благодаря этим свойствам. В результате гидравлические машины и оборудование стали более эффективными, удобными и легкими в управлении.

Рассмотрим наиболее применяемые методы управления, реализованные с помощью предохранительных клапанов непрямого действия.

Немало гидроприводов содержат насос с постоянным рабочим объемом (нерегулируемый) и гидрораспределители с закрытым центром, у которых в нейтральной позиции линия нагнетания закрыта.

В результате при холостых режимах рабочая жидкость поступает на слив через предохранительный клапан, переводя полезную энергию в тепло. В таких гидросистемах целесообразно использовать предохранительные клапаны непрямого действия с дополнительной управляемой разгрузочной линией.



Рис. 1. Схема разгрузки клапана непрямого действия

1 – насос; 2 – главный золотник; 3 – пилотный золотник; 4 – дроссель; 5 – нагнетательная линия; 6 – манометр; Х – линия разгрузки; Y1 – электроуправляемый клапан (нормально открытый)

Рассмотрим схему, представленную на рис. 1. Вне зависимости от конструкции схема и принцип действия всех клапанов непрямого действия одинаковы. Зная принципы его работы, легко разобраться в любых конструктивных особенностях.

Рассмотрим сначала работу предохранительного клапана непрямого действия в режиме без разгрузки (в его основном состоянии). В этом случае линия разгрузки Х перекрыта, т.е. электроуправляемый клапан Y1 (нормально открытый), показанный на рис. 1, включен.

Рабочая жидкость от насоса из линии нагнетания 5 поступает в торцевую полость силового золотника 2. Одновременно по внутренним каналам управления и через дроссельное отверстие 4 жидкость подводится к противоположному подпружиненному торцу силового золотника 2.

В канале перед подпружиненной полостью часто выполняют дроссель для исключения скачков давления (гидроударов). Такой пример показан на рис. 1. Пилотный золотник 3 (золотник управления клапаном) закрывает поступление рабочей жидкости на слив.

Он прижимается к седлу жесткой пружиной. Рабочая поверхность пилотного золотника выполняется конусной. В ряде конструкций в качестве пилотного золотника используется металлический шарик.

Поскольку движение потока жидкости в канале управления отсутствует (состояние статики – перепад давлений на дросселе 4 равен нулю), на оба торца силового золотника действует одинаковое давление, равное рабочему.

Силы, развиваемые рабочим давлением (гидравлические силы), уравновешивают золотник 2. Силовой золотник 2 прижимается к седлу только усилием слабой пружины.

Для преодоления ее сопротивления достаточно воздействия на противоположный торец золотника давления 0,3-0,5 МПа. Как только величина рабочего давления превысит настройку предохранительного клапана, пилотный золотник 3 начинает смещаться.

Действующая на него сила, развиваемая давлением, превышает силу, создаваемую жесткой пружиной. Перемещение пилотного золотника 3 открывает кольцевое окно между его круглым седлом и конусом (либо шариком).

Небольшая часть рабочей жидкости начинает поступать через это кольцевое окно на слив в гидробак (состояние динамики). Давление в подпружиненной торцевой полости силового золотника 2 становится меньше.

Перепад давлений на дросселе 4 начинает расти. При дальнейшем повышении рабочего давления пилотный золотник 3 продолжает перемещаться, все больше сжимая жесткую пружину. Площадь кольцевого окна увеличивается. Все большее количество рабочей жидкости поступает из канала управления на слив.

Давление в подпружиненной полости силового золотника 2 падает (возрастает перепад давлений на дросселе 4). Уменьшается гидравлическая сила, действующая на силовой золотник 2 в подпружиненной полости.

Как только сумма этой силы и силы действия слабой пружины станет меньше гидравлической силы в противоположной торцевой (неподпружиненной) полости золотника 2, он начнет перемещаться, открывая свободный доступ нагнетаемому потоку рабочей жидкости на слив.

Контроль давления настройки клапана осуществляется с помощью манометра 6. Если гидросистема работает в холостом режиме, то рабочая жидкость поступает на слив под давлением настройки предохранительного клапана, переводя большое количество гидравлической энергии в тепло.

Насос при этом нагружен и работает в экстремальном режиме. Однако использование клапана непрямого действия позволяет разгрузить гидросистему в период холостой работы машины. Разгрузка осуществляется следующим образом. В канале управления между дросселем 4 и торцевой подпружиненной полостью силового золотника 2 выполняется отводящая линия Х – линия разгрузки.

Во многих гидросистемах она соединяется с внутренними управляющими каналами, чтобы разгрузка при наступлении холостого режима работы машины осуществлялась автоматически, а при выполнении силовых операций, также автоматически, предохранительный клапан переводился в рабочее положение.

Открытие и закрытие внутренних управляющих каналов осуществляется с помощью соответствующих клапанов, чутко реагирующих на изменение рабочего давления в гидросистеме. Вместе с тем в гидросистемах часто применяется внешний управляющий клапан, который показан на рис. 1.

Он позволяет оператору непосредственно управлять разгрузкой. Рассмотрим этот случай. Когда внешний управляющий клапан Y1 соединяет линию разгрузки со сливом (Y1 отключен), силовой золотник 2 прижимается к седлу только слабой пружиной.

Для её преодоления нагнетающему потоку достаточно развить давление 0,3-0,5 МПа. Силовой золотник 2 открывается и направляет рабочую жидкость от насоса на слив в гидробак. Насос работает практически в холостом режиме, преодолевая лишь указанное незначительное сопротивление.

Разгрузка предохранительного клапана существенно экономит энергию, снижает гидравлические удары при включении гидросистем и дает возможность производить запуск насоса в практически ненагруженном состоянии.

Для перевода гидросистемы в рабочий режим включается клапан Y1. Линия разгрузки Х перекрывается. Рабочая жидкость поступает в торцевую подпружиненную полость силового золотника, компенсируя действующую гидравлическую силу, и с помощью пружины закрывает его.

Поток от насоса нагнетается в гидросистему, преодолевая рабочее давление. Далее предохранительный клапан непрямого действия работает в обычном режиме.



Рис. 2. Многоконтурная система управления с клапаном непрямого действия

Сам принцип использования клапана непрямого действия с внешним регулирующим устройством позволяет создавать многоконтурные системы управления с различными величинами заданного давления.

Пример такой системы показан на схеме рис. 2. Здесь главный предохранительный клапан настроен на давление 18,0 МПа. Внешние управляющие клапаны Y1 и Y2нормально закрытые, они отключены.

При отключенных клапанах Y1 и Y2 гидросистема работает при максимальном давлении 18,0 МПа. Если включить клапан Y1, линия управления Х соединится с клапаном прямого действия, настроенным на максимальное давление 6,0 МПа. Рабочее давление в гидросистеме не будет превышать эту величину.



Рис. 3. Схема 4-ходового 3-позиционного (4/3) распределителя с электроуправлением компании Bosch Rexroth

Если отключить клапан Y1 и включить клапан Y2, линия управления Х соединится с клапаном, настроенным на максимальное давление 12,0 МПа. Теперь рабочее давление ограничится соответственно 12,0 МПа. Используя данное техническое решение, многие компании выпускают гидрораспределители, которые управляются при различных значениях давления.

В качестве примера на рис. 3 показана такая гидроаппаратура. Таким образом, вводя в гидросхему внешние управляющие клапаны, можно создавать разветвленные гидросистемы, способные управлять различными режимами гидродвигателей.



Рис. 4. Система управления клапаном непрямого действия и гидрораспределителем

Рассмотрим гидросхему, приведенную на рис. 4. Она содержит насос с постоянным рабочим объемом, электрогидравлическую систему управления предохранительным клапаном непрямого действия и распределителем, которая позволяет управлять исполнительным гидроцилиндром в 5 различных вариантах его работы.

В качестве самопроверки, опираясь на вышеизложенное, заполните карту работы гидросистемы. При выключенном электромагните поставьте в соответствующей клетке символ 0, а при включенном – символ 1.