Направляющая аппаратура гидравлических систем

Направляющая аппаратура гидросистем предназначена для изме­нения направления движения потока рабочей жидкости. Тем самым обеспечивается и реверс гидравлических двигателей. К направляющей аппаратуре относятся обратные клапаны, гидрозамки, распределите­ли, делители потока, разделительные панели.

Обратные клапаны предназначены для пропуска жидкости толь­ко в одном направлении. При рассмотрении регулирующей аппарату­ры уже встречались такого рода клапаны, встроенные в другие аппа­раты. На рис.2.105 показан обратный клапан модели МКО стыкового монтажа. В корпусе 2 запрессовано седло 5, к которому пружиной поджимается затвор 4. Сверху клапан закрыт пробкой 1. При подаче жидкости к каналу А затвор 4 поднимется вверх, сжимая пружину и открывая проход жидкости в канал Б. Оба канала выполнены на сты­ковочной плоскости аппарата. Если же жидкость подавать в канал Б, то она проходит в полость В и вместе с пружиной прижимает затвор 4 к седлу 5, надежно закрывая выход в канал А.

Рис.2.105. Гидравлический обратный клапан модели 1МКО: а – конструкция; б – условное обозначение

Часто в работе гидравлических приводов возникает необходи­мость пропуска жидкости и в обратном направлении. Для решения та­кой задачи используются управляемые обратные клапаны (рис.2.106а). При подаче жидкости в канал А или в канал Б аппарат работает как обычный обратный клапан, пропуская жидкость от А к Б и не пропус­кая жидкость при ее движении от Б к А. В корпусе аппарата кроме зат­вора 1 обратного клапана установлены поршень 2 со штоком 3 и пру­жина 4, поджимающая поршень к крышке 5 аппарата. Если подключить к каналу а управляющий поток, то под действием давления управ­ления поршень 2 поднимется вверх и своим штоком 3 откроет обрат­ный клапан, сдвинув затвор 1 вверх. В этом случае жидкость сможет проходить и из канала Б в канал А.

Управляемый обратный клапан обычно называют гидрозамком одностороннего типа. На рис.2.106б представлен такой гидравлический замок модели Ф1КУ,выпускаемыйотечественной промышленнос­тью. При подаче жидкости по каналу А она поднимает клапан 3, сжи­мая пружину 4 в крышке 2, и проходит на выход в канал Б. В обратном направлении (из канала Б в канал А) жидкость пройти не может, пос­кольку клапан 3 поджат к седлу в корпусе 1 пружиной 4 и силой от давления жидкости в полости В над клапаном 3. Отверстием с эта по­лость соединена с каналом Б. Если же подать жидкость в канал управ­ления а в крышке 7, то поршень 6 начнет подниматься вверх по гиль­зе 10, сжимая пружину 8. Вместе с ним движется и шток 9, который сдвинет затвор 5 вверх и откроет проход жидкости из полости В по от­верстиям в в канал А. Так как суммарная площадь поперечного сече­ния этих отверстий значительно превышает площадь проходного сече­ния отверстия с , то давление в полости В уменьшается. К тому же при открытом затворе 5 эффективная площадь клапана 3 сверху становит­ся меньше его торца снизу (со стороны канала А). Поэтому клапан 3 под действием большей силы тоже поднимется вверх, открывая сво­бодный проход жидкости из канала Б в канал А. Сбор и отвод утечек из штоковой полости поршня 6 осуществляется путем подключения дре­нажного трубопровода вместо пробки 11.

Рис.2.106. Управляемый гидравлический обратный клапан: а - устройство; б - условное обозначение; в - гидрозамок одностороннего действия модели Ф1КУ

Принцип действия гидравлического замка двустороннего типа по­казан на рис.2.107. При подаче жидкости в корпус 1 аппарата по кана­лу А обратный клапан 2 открывается, пропуская жидкость в левую по­лость гидроцилиндра. Одновременно с этим давлением жидкости соз­дается сила, действующая на поршень 3, который сдвигается вправо и своим штоком открывает обратный клапан 4. Тем самым жидкость, вытесняемая из правой полости цилиндра при движении его поршня, может пройти на выход в канал Б. Аналогично работает аппарат и при подаче жидкости в канал Б. При отсутствии подачи жидкости в оба ка­нала обратные клапаны закрываются, и перемещают поршень 2 в сред­нее положение, запирая слив жидкости из полостей гидравлического цилиндра.

Рис.2.107. Гидрозамок: а – конструктивная схема; б – условное обозначение

Для изменения направления движения гидравлических двигателей применяется аппарат, называемый гидравлическим распределителем.

Гидрораспределитель обеспечивает направление потока жидкости в соответствующие трубопроводы гидравлических исполнительных органов.

Различают гидравлические распределители линейные и дроссели­рующие. Линейные распределители при своей работе открываются на всю величину своих проходных окон и изменяют направление движе­ния потока. Дросселирующие распределители изменяют не только направление движения, но и величину потока жидкости, проходящего через их окна, т.е. они являются одновременно и дросселями. Такие распределители применяются в следящих системах и рассматриваются в соответствующих разделах.

Линейные гидрораспределители обычно плунжерного типа и име­ют два главных элемента: втулку 1 с внутренними расточками П1, П2, П3 (рис.2.108а) и каналами А, Б, В, Г и плунжер (золотник) 2 с проточ­ками, обеспечивающими формирование поясков золотника (на рис.2.108а золотник имеет три пояска: средний и два опорных, в кото­рых выполнены канавки К, обеспечивающие лучшее центрирование плунжера относительно втулки, снижение сил трения и вероятности заклинивания при работе аппарата). А работает он следующим обра­зом. В среднем положении золотника все каналы соединены между со­бой. Обычно канал А соединяется с гидролинией питания (напорный трубопровод), а канал Г – с баком, каналы Б и В с гидравлическим дви­гателем. Таким образом, если подать жидкость из насоса в канал А, то она будет беспрепятственно сливаться в бак, поэтому во всех каналах давление упадет до нуля. Если золотник 2 сместить, например, вправо, то жидкость из канала А направится в полость П1, а оттуда в канал Б, а канал В в это время соединится через полостьП3 с каналом Г и баком.

При перемещении золотника в крайнее левое положение зазоры h₂ и h₄ закроются, а зазоры h₁ и h₃ будут наибольшими. Жидкость из канала А попадает в полость П2, а оттуда в канал В, а канал Б через по­лость П1 соединится с каналом Г и баком. Таким образом, рассмотрен­ный гидрораспределитель имеет три положения золотника – левое, среднее и правое, которые называются позициями распределителя. Вместе с тем к нему подсоединяются четыре трубопровода (гидроли­нии). Такой распределитель с трубами называется четырехлинейным. Следовательно, общее название рассмотренного на рис.2.108а аппара­та будет трехпозиционный четырехлинейный распределитель. Его ус­ловное обозначение показано на рис.2.1086. Нетрудно заметить, что в условном обозначении числу позиций соответствует число квадрати­ков, объединенных в один прямоугольник, в которых показывается схема соединения каналов: в средней позиции все каналы соединены между собой, а в крайних - в соответствии с описанной выше схемой.

Рис.2.108. Гидравлические распределители: а - конструктивная схема трехпозиционного четырехлинейного распределителя; б, в, г, д, ж - условные обозначения; е - конструктивная схема двухпозиционного

Тип распределителя принято условно обозначать в виде простой дроби, в которой числитель показывает линейность распределителя (число гидролиний, подсоединенных к аппарату), а знаменатель - чис­ло его позиций. Так, например, распределитель по рис.2.108а будет ус­ловно отображен как 4/3.

Важной характеристикой аппарата является перекрытие распре­делителя.

Пояснить это можно так. Если ширина пояска на плунжере b₁ (рис.2.108а) меньше ширины b₂ расточки (полости) П1, то имеем расп­ределитель с отрицательным перекрытием (поясок на плунжере не пе­рекрывает полость П2). Если ширина пояска b₁ больше ширины b₂ рас­точки П2, то получим распределитель с положительным перекрытием. Если же b₁ = b₂, то распределитель имеет нулевое перекрытие. В связи с технологическими сложностями получения последнего равенства рас­пределитель с нулевым перекрытием изготовить достаточно трудоем­ко и дорого.

Изменив перекрытие распределителя, можно получить другую схему коммутации (соединения) каналов. Так, например, если при из­готовлении втулки и плунжера добиться выполнения условия b₁ = b₂ или b ₁ несколько больше b₂ , то в средней позиции h₂ = h₃ = 0 и канал питания А будет закрыт, а другие каналы соединятся между собой и с баком (рис.2.108г). Если к тому же уменьшить ширину проточек плун­жера так, чтобы h₁=h₄= 0, то в средней позиции все каналы будут зак­рыты (рис.2.108е). Меняя таким образом размеры расточек и проточек или количество поясков на плунжере, можно получить и другое число позиций распределителя, и иные схемы коммутации каналов (рис.2.108д, е, ж). На рис.2.108е показана конструктивная схема двухпозиционного трехлинейного распределителя, полученного таким об­разом и широко используемого для подключения манометра к гидрав­лическому трубопроводу.

Многообразие возможных конструктивных исполнений плунжера и схем соединения каналов распределителей представлено на рис.2.109.

Перемещение плунжера распределителя может осуществляться самыми различными средствами. Этот процесс называется управле­нием распределителя. Так вот управление положением плунжера рас­пределителя может быть ручным (рис.2.110в), электромеханическим (рис.2.110а), гидравлическим (рис.2.110б), механическим (рис.2.109г) пневматическим (рис.2.108ж).

Следует отметить, что в плунжерных трехпозиционных распреде­лителях у торцов плунжера расположены возвратные (центрирующие) пружины, которые обеспечивают установку плунжера в средней пози­ции. Для этого необходимо снять управляющие команды (электричес­кие, гидравлические, пневматические). Тогда под действием пружин плунжер переместится в среднее положение, при котором на него будут действовать слева и справа одинаковые силы пружин. На условных обозначениях таких распределителей пружины не показываются.

Рис.2.109. Схемы гидрораспределителей: а - двухлинейного двухпозиционного (2/2); б – трехлинейного трехпозиционного (3/3); в, г, д - четырехлинейного трехпозиционного (4/3); е — о - пятилинейного трехпозиционного (5/3)

Рис.2.110. Типы гидрораспределителей и способы управления ими: а - модели В6 с электромагнитным управлением; б - комбинированный модели В16 с электрогидравлическим управлением; в - модели ПММ6 с ручным управлением; г - модели ПМР6 с механическим управлением

В гидравлических распределителях включение левой и правой по­зиций может осуществляться либо командами системы управления на включение, например, поочередно левого и правого электромагнитов толкающего типа (рис.2.110а), либо командой на включение одной по­зиции, а вторая позиция устанавливается пружиной при отключении команды системы управления. Например, включение правой позиции распределителя по рис.2.108э/с осуществляется подачей сжатого возду­ха при давлении управления P_у, а левая позиция устанавливается пру­жиной при отключении давления P_у.

В тяжело нагруженных гидравлических системах, работающих при больших давлениях и потоках жидкости, для переключения расп­ределителя из одной позиции в другую требуется приложить достаточ­но большие усилия, достигающие ста и более Н. Это бывает не под силу электромагнитам. Тогда используются комбинированные (двухкаскадные) распределители (рис.2.1106), состоящие из основного сило­вого распределителя 1 с гидравлическим управлением и вспомогатель­ного 7 с электромагнитным управлением. При включении, например, левого электромагнита вспомогательного распределителя 7 его плун­жер занимает левую позицию и открывает подвод жидкости к левому торцу основного распределителя. Под действием давления жидкости его плунжер тоже займет левую позицию и соединит канал а с каналом б, а канал в - с каналом г. При отключении левого электромагнита под действием правой пружины плунжер распределителя управления 7 пе­реместится в среднее положение. При этом обе торцовые полости ос­новного распределителя соединятся с баком, а давление в них упадет до нуля. И тогда под действием сжатой правой пружины основного распределителя его плунжер займет среднее положение и соединит все каналы между собой и с баком.

При работе гидравлических распределителей плунжерного (зо­лотникового) типа возможно заклинивание (защемление) плунжера в его втулке. Чаще всего это может быть связано с перекосом плунжера относительно отверстия втулки, вызванного чрезмерными зазорами. Заклинивание происходит также из-за больших сил трения, малых диа­метральных зазоров между втулкой и плунжером, загрязненности ра­бочей среды и интенсивного износа плунжерной пары. Поэтому очень важно при изготовлении плунжерных распределителей правильно выбрать материал втулки и плунжера, обеспечить необходимую твер­дость поверхностей и качество их обработки, назначить необходимую тонкость фильтрации жидкости. Необходимо также учесть темпера­турные деформации материала плунжера и втулки. При этом надо помнить, что плунжер распределителя омывается нагревающейся ра­бочей жидкостью со всех сторон и отвод тепла от него затруднен, в то время как втулка распределителя омывается изнутри, а отвод тепла от нее облегчен благодаря наличию корпуса, контактирующего как с ок­ружающей воздушной средой, так и с другими агрегатами гидравли­ческой установки.

В ответственных приводах для снижения вероятности заклинива­ния плунжер распределителя может быть приведен во вращательное движение, что исключает влияние сил трения покоя на процесс перек­лючения распределителя.

Особую группу распределительной аппаратуры составляют так называемые гидравлические панели, в которых могут быть расположе­ны несколько распределителей и других аппаратов. Как правило, это нестандартное оборудование, и разрабатывается оно для решения кон­кретной технической задачи.

К стандартной аппаратуре можно отнести разделительную панель модели Г53. Предназначена она для обеспечения совместной и раз­дельной работы двух насосов. В корпусе панели 1 (рис.2.111а) установ­лен предохранительный клапан непрямого действия 2, обратный кла­пан 3 и предохранительный клапан прямого действия 4. Один из насо­сов Н2, (как правило, это насос большой производительности) подк­лючается к каналу А. Другой насос Н1 (малой производительности) подключается к гидравлическому двигателю (канал Г на рис.2.111б) и имеет отвод к гидравлической панели, подключаемый к каналу Б. На холостом ходу гидравлического привода, когда давление в системе не­велико, насос Н2 своим потоком открывает обратный клапан 3 и пода­ет жидкость в канал Б и далее в трубопровод Г. Таким образом, на хо­лостом ходу к гидродвигателю подается поток жидкости, состоящий из подач насосов Н1 и Н2. Поэтому скорость его движения будет боль­шой, соответствующей быстрым холостым ходам. Как только к двига­телю будет приложена нагрузка рабочего хода, давление в каналах Г и Б вырастет. Обратный клапан закроется, а предохранительный клапан давления 4, настроенный на давление, несколько большее давление хо­лостых ходов, откроется действием возросшего давления. Тем самым поток жидкости насоса Н2 (часто называемого насосом холостых хо­дов) направится в бак. К гидравлическому двигателю будет поступать поток жидкости лишь от насоса рабочих ходов Н1. Поэтому скорость двигателя снизится до необходимой скорости рабочих ходов. Таким образом, гидравлическая панель модели Г53 автоматически отключа­ет или подключает подачу насоса Н2, обеспечивая совместную (на хо­лостых ходах) и раздельную работу (на рабочих ходах) двух насосов путем действия двух аппаратов - обратного клапана 3 и предохрани­тельного клапана давления прямого действия 4. Предохранительный же клапан давления непрямого действия 2 обеспечивает защиту гид­равлической системы от перегрузки, ограничивая максимальное дав­ление в трубопроводе Г питания гидравлического двигателя. Он наст­раивается на давление, несколько большее (на 10-15%) наибольшего рабочего давления, которое рассчитывается по максимально допус­тимой нагрузке на двигателе. Принцип его срабатывания при перег­рузках описан в начале этого раздела.

Рис.2.111. Гидравлическая разделительная панель модели Г53-: а - конструктивная схема; б - условное обозначение

Надо отметить, что совместную или раздельную работу двух насо­сов можно получить и без разделительной панели модели Г53. На рис.2.112 приведена схема управления работой двух насосов, предло­женная фирмой Геллер [10]. Насос 1 подает рабочую жидкость непос­редственно в гидроцилиндр 5. Если давление Р в его напорной гидро­линии таково, что сила пружины 3 преодолевает силу этого давления на торец плунжера распределителя 4, то последний занимает правую позицию и подсоединяет напорную гидролинию насоса 2 к напорному трубопроводу насоса 1. Поэтому скорость поршня v₁ = (Q_н1 +Q_н2)/S будет определяться суммарным потоком и обеспечивать быстрый ход гидравлического двигателя. Если к гидроцилиндру будет приложена нагрузка, то давление Ð вырастет и переключит распределитель 4 в ле­вую позицию. При этом насос 2 будет качать жидкость в бак, а к гидро­цилиндру будет поступать лишь поток Q _н1 от насоса 1. Тогда скорость поршня упадет и составит v₂ = Q_н1/S, что будет соответствовать рабо­чему ходу гидроцилиндра 5.

Анализируя эту схему, нетрудно заметить, что в этом случае вмес­то одного аппарата в виде разделительной панели необходимы три ап­парата: предохранительные клапаны 6 и 7 и нестандартный распреде­литель 4 с регулируемой пружиной 3, чтобы можно было настраивать работу гидрораспределителя 4 на давление холостого хода гидродви­гателя.

Рис.2.112. Схема управления совместной и раздельной работой двух насосов