ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Системы управления гидравлическими распределителями


Золотники гидрораспределителей для мобильной техники подпружинены с обеих сторон. Это делается для того, чтобы они произвольно не смещались при движении и работе машины под действием инерционных сил и вибрации.

Но при перемещении в рабочую позицию на золотник помимо пружины действует осевая гидравлическая сила, направленная на его закрытие. Эта распределённая сила пропорциональна мощности потока, т.е. величине расхода и скорости движения жидкости в рабочих окнах золотника.

Часто она превосходит усилие центрирующей пружины. Для небольших потоков – до 60-80 дм3/мин (л/мин) – мускульная сила оператора машины при ручном управлении гидрораспределителями справляется с этими нагрузками.

Но при больших расходах, которые требуют увеличения размеров золотников, растут не только усилия центрирующих пружин, но и значения гидродинамических сил.

Оператору, несмотря на длинные рычаги механического привода золотников, уже трудно, а порой невозможно справляться с управлением гидрораспределителем. Поэтому на мощной гидравлической технике часто применяются распределители с гидравлическим сервоуправлением.

В техническом лексиконе приставка «серво» означает устройство, предназначенное для перемещения пилотного элемента в системах автоматического регулирования или дистанционного управления.

Гидравлическое сервоуправление содержит элементы как автоматического регулирования положения управляющего плунжера, так и дистанционного управления гидрораспределителем. Гидравлическое сервоуправление является двухкаскадной (двухступенчатой) системой.

Основным её компонентом является блок гидравлического управления, представляющий собой гидроусилитель. Часто такой блок называют гидравлическим джойстиком.

Он предназначен для дистанционного (до 20 м) управления перемещением силовых золотников пропорционально наклону рукоятки блока. Принципиальная схема сервоуправления гидравлическим распределителем действует следующим образом.

Линии управления блока соединены с торцевыми подпружиненными полостями силового золотника. Гидрораспределитель управляет рабочим органом машины, например ковшом экскаватора. При наклоне ручки блока вправо управляющий поток рабочей жидкости поступает в нижнюю торцевую полость золотника гидраспределителя.

Золотник перемещается и открывает доступ силовому потоку насоса в поршневую полость гидроцилиндра, ковш подворачивается. При наклоне ручки блока влево золотник смещается в противоположную сторону и ковш отворачивается.

Блок гидравлического управления выполнен в виде регулятора давления, работающего по принципу управляемого редукционного клапана. Давление на выходе определяется положением рукоятки блока.

На рукоятке блока перпендикулярно его оси установлена шайба, которая управляет перемещением пилотного золотникового клапана. Он состоит из подпружиненного толкателя и плунжера со ступенчатой конфигурацией. Толкатель поджат к шайбе возвратной пружиной.

В нижней торцевой части толкателя выполнено осевое глухое цилиндрическое отверстие. В это отверстие входит головка плунжера и может в нём перемещаться.

Между толкателем и плунжером установлена управляющая пружина. Нижняя цилиндрическая часть плунжера (юбка) установлена в прецизионном канале. В верхней части внутренней полости юбки выполнено сквозное радиальное отверстие.

Корпус блока содержит нагнетающий, сливной и управляющий каналы. Внутренняя полость плунжера связана с управляющим каналом, который соединяется с подпружиненной полостью золотника гидрораспределителя.

В нейтральной позиции рукоятки блока управляющая пружина удерживает плунжер в положении, при котором сквозное радиальное отверстие соединяет управляющий канал (подпружиненную полость силового золотника гидрораспределителя) со сливом. Нагнетающий канал перекрыт юбкой плунжера. При наклоне рукоятки блока шайба скользит по толкателю и перемещает его вниз.

Толкатель, сжимая возвратную пружину и воздействуя на управляющую, перемещает вниз плунжер. Радиальное сквозное отверстие плунжера открывает рабочее окно, соединяя (через его внутреннюю полость) нагнетающий канал блока с управляющим.

Пилотный поток рабочей жидкости поступает в подпружиненную торцевую полость золотника гидравлического распределителя. Золотник начинает перемещаться, открывая рабочие окна и сжимая пружину в противоположной торцевой полости. Вытесненная жидкость из этой полости через аналогичный плунжер второго канала управления блока направляется на слив.

Силовой поток рабочей жидкости поступает в исполнительный гидроцилиндр. Но при сжатии пружины силового золотника давление в управляющем канале блока растёт. Воздействуя на торец плунжера, оно создаёт осевую гидравлическую силу.

Эта сила перемещает плунжер вверх, преодолевая сопротивление управляющей пружины. Плунжер перемещается вверх, перекрывая своей юбкой нагнетательный канал блока.

Он останавливается в положении, при котором сквозное радиальное отверстие находится в зоне между рабочих окон нагнетательного и сливного каналов (положительное перекрытие).

С одной стороны на плунжер действует давление управления, зависящее от величины сжатия пружины силового золотника, а с другой – механическая сила управляющей пружины.

Силовой золотник гидрораспределителя находится в промежуточном положении. Сила центрирующей пружины и давление управления поддерживают его в статическом равновесии.

Через дросселирующие окна силового золотника проходит расход, определяющий скорость движения гидродвигателя. Если её нужно увеличить, оператор машины наклоняет рукоятку блока на больший угол.

Толкатель через управляющую пружину вновь перемещает плунжер вниз. Рабочее окно открывается, новая порция жидкости поступает в торцевую полость силового золотника, перемещая его. Площадь дросселирующих окон гидрораспределителя увеличивается, пропуская больший расход рабочей жидкости, скорость гидродвигателя растёт.

Но при перемещении силового золотника центрирующая пружина сжимается сильнее, увеличивая давление управления. Плунжер вновь перемещается вверх, перекрывая своей юбкой нагнетающий канал.

Этот процесс может происходить до тех пор, пока головка плунжера не достигнет торца внутреннего глухого отверстия толкателя. При дальнейшем наклоне рукоятки блока толкатель перемещает плунжер вниз, не давая ему подниматься вверх под действием давления управления.

Управляющая пружина сжата до предельного состояния. Пилотный поток беспрепятственно поступает в торцевую полость силового золотника, перемещая его в крайнее положение.

Давление управления достигает величины настройки пилотного предохранительного клапана. В гидродвигатель поступает полный поток, обеспечивая максимальную его скорость.

Если оператор машины отпустит рукоятку блока, возвратная пружина быстро переместит толкатель в первоначальное положение. При этом толкатель, воздействуя на шайбу, вернёт рукоятку блока в исходную позицию.

Управляющая пружина разожмётся, её усилие ослабнет, и плунжер под воздействием давления управления поднимется максимально вверх, соединяя управляющий канал со сливом.

Силовой золотник вернётся в нейтральную позицию, движение гидродвигателя остановится. Следует понимать, что не давление перемещает плунжер, а пилотный поток жидкости, который формируется следующим образом.

Когда плунжер получил свободу движения (после перемещения толкателя в исходную позицию), центрирующая пружина, воздействуя на силовой золотник гидрораспределителя, выталкивает порцию жидкости из его торцевой полости.

Этот пилотный поток жидкости перемещает плунжер в начальное положение. Избыточный остаток рабочей жидкости из торцевой полости силового золотника поступит на слив.

Таким образом, блок управления представляет собой редукционный клапан, поддерживающий заданное давление. Постоянная регулировка этого клапана осуществляется мускульным усилием оператора при наклоне рукоятки блока управления.

Обычно ручные блоки управления содержат две пары управляющих редукционных клапанов. Это позволяет оператору облегчить управление и совмещать два движения рабочих органов.

Примерно так действует схема сервоуправления стрелой и ковшом экскаватора. При наклоне рукоятки управления вперёд/назад стрела экскаватора поднимается/опускается. При наклоне рукоятки влево/вправо ковш отворачивается/подворачивается.

При наклоне рукоятки по диагонали движения стрелы и ковша происходят одновременно. Блоки управления имеют различные конструкции. Часто на рукоятках устанавливают электрические кнопки для управления вспомогательными гидравлическими контурами или другими системами машины.

Для управления скоростью движения самоходных машин с гидростатическими трансмиссиями широко используются педальные блоки управления, где на толкатель воздействует педаль.