Регулятори гидронасосов зі змінним робочим об'ємом
Регулятори гидронасосов зі змінним робочим об'ємом
У силових гідроприводах при регулюванні потоку робочої рідини втрати потужності стають актуальним завданням. Дросельне регулювання генерує велику кількість тепла, яке витрачається даремно. При цьому дизельне паливо в будівельній спецтехніці та споживана електроенергія стаціонарного обладнання витрачаються вельми неефективно.
Гідронасоси зі змінним робочим об'ємом дозволяють змінювати витрата робочої рідини, витрачаючи на це незначну потужність. При тривалих технологічних операціях, коли зміна швидкостей виконавчих механізмів машин потрібно виконувати нечасто, оператор в змозі відслідковувати хід виконання робіт і управляти продуктивністю насоса.
Але динамічна робота машини вимагає дуже швидкого регулювання витрати робочої рідини або підтримки його постійного значення в умовах стрибкоподібного зміни тиску. Оператору також важко управляти гідравлічним насосом при виконанні точних робіт.
Як приклади можна привести роботу екскаватора, рух бульдозера або навантажувача в умовах будівельного майданчика, а також крана при монтажі важких будівельних конструкцій.
Обмежену фізіологічну реакцію людини замінює автоматика. Механічне управління насосами зі змінним робочим об'ємом виконують різні регулятори. Зарубіжні фахівці часто називають ці пристрої компенсаторами.
При зміні зовнішнього навантаження в залежності від необхідних функцій регулятори (компенсатори) забезпечують постійну потужність, споживану насосом від первинного двигуна, вироблення їм постійної витрати або підтримання постійного тиску. Регулятори виконують і більш складні
функції, оптимізуючи роботу гідроприводу машини.
Регулятори встановлюються на насоси для відкритих і закритих гідросхем, керують похилою шайбою або похилим блоком циліндрів аксіально-поршневих гідромашин. Конструкції їх не однакові, але принцип робіт однаковий.
Регулятори використовуються на аксіально-поршневих гідронасосів з широкою лінійкою робочих обсягів від 10 см3 і більше з тиском до 35,0 МПа (350 бар). Регулятори монтуються безпосередньо на корпусі насоса.
Дуже часто використовуються типові регулятори на аксіально-поршневих насосах з похилою шайбою і похилим блоком циліндрів, а також на Гідронасоси з похилою шайбою, оснащений регулятором потоку. Цей тип насоса призначений для відкритих гідросхем.
Він широко використовується в різних гідравлічних машинах і обладнанні і є одним з найпоширеніших на світовому ринку машинобудівної гідравліки. Його максимальний робочий тиск зазвичай становить 28,0 МПа, а пікове тиск - 35,0 МПа.
Мал. 1. Конструктивна схема регулятора потоку
Регулятор потоку забезпечує постійну витрату робочої рідини при зміні тиску навантаження. Типовий регулятор монтується на корпусі аксіально-поршневого насоса і управляє двома пілотними потоками. На рис. 1 показана принципова конструкція такого регулятора потоку, а його гідравлічна схема приведена на рис. 2.
Регулятор потоку складається з двох дросселирующих золотників (пропорційних клапанів 3/2), встановлених в корпусі. З одного торця кожен золотник підібганий пружиною. Пружина пілотного (верхнього на рис. 1) золотника має невелику твердість, а пружина золотника обмеження максимального тиску (нижнього на рис. 1) - силова.
Мал. 2. Гідравлічна схема регулятора
Пружинна порожнину пілотного золотника (ліва на рис. 1) з'єднана з протилежного (правої на рис. 1) через дросель, виконаний всередині його шийки. Пружинна порожнину золотника обмеження тиску з'єднана зі зливом.
Протилежні торцеві порожнини золотників (праві на рис.1) пов'язані з лінією нагнітання аксіально-поршневого насоса. У корпусі регулятора виконані стабілізуючі дроселі. Робоча рідина з регулятора надходить у керуючий плунжер насоса, який переміщує похилу шайбу (рис. 2).
Протилежний поворотний підпружинений плунжер завжди прагне повернути похилу шайбу в початкове положення, що відповідає максимальному робочому об'єму насоса. Жорсткість пружини пілотного золотника регулятора дуже маленька.
Але щоб зрушити цей золотник, крім невеликого опору пружини необхідно подолати гідравлічну силу, діючу на його торець. Ця сила залежить від величини тиску в пружинної порожнини, яке менше, ніж в протилежному. Його значення визначається величиною перепаду тиску на дроселі всередині шийки золотника.
Пілотний клапан з урахуванням дії на його золотник слабкою пружини і різниці тиску налаштовується на 1,0-3,0 МПа, в залежності від умов застосування аксіально-поршневого насоса. Пружина золотника обмеження тиску силова і налаштована на 25,0-28,0 МПа. Розглянемо роботу регулятора потоку, у якого пілотний клапан налаштований на тиск 2,0 МПа.
Гідронасос при пуску виробляє максимальна витрата. Зростання тиску в гідросистемі переміщує дросселирующий пілотний золотник вліво, і робоча рідина, вступаючи в керуючий плунжер, відхиляє шайбу, зменшуючи робочий об'єм насоса, знижуючи його витрата.
При досягненні величини тиску 2,0 МПа пілотний золотник повністю відкриває свої робочі вікна. Робоча рідина відхиляє шайбу в положення, відповідне встановленої величині витрати насоса. Витрата різко падає. У цей момент в насосі виникає гідроудар.
На рис. 3 показана схема регулятора, що дозволяє плавно здійснювати пуск гидронасоса. У цьому пристрої при відключеному електромагнітному клапані Y1 тиску в торцевих камерах верхнього золотника р1 і р3 рівні, тому при його зростанні до величини настройки клапана обмеження тиску пружина пілотного золотника утримує його від переміщення вліво.
Мал. 3. Схема управління регулятором
При включенні електромагнітного клапана Y1 подпружиненная порожнину пілотного золотника регулятора ізолюється від лінії нагнітання аксіально-поршневого гідронасоса. Переміщення пілотного золотника в ліву сторону стримує лише слабка пружина. Він витісняє робочу рідину з подпружиненной торцевої порожнини через дросель на слив.
Таке демпфірування дозволяє дуже швидко, але рівномірно, без коливань, переміщатися пілотного золотника. Він відразу ж відкриває доступ робочої рідини в керуючий плунжер, який миттєво переміщує похилу шайбу в положення, відповідне обраної величині витрати. Таким чином, забезпечується плавний пуск насоса, без гідравлічних ударів.
Розглянемо принцип двоступеневого управління регулятором потоку. На рис. 4 показана схема такого регулятора. При вимкнених електромагнітних клапанах Y1, Y2, Y3 на пілотний золотник діє керуючий тиск величиною не вище 2,0 МПа, тобто регулятор працює по вищеописаному принципом.
Мал. 4. Схема регулятора з двоступінчастим управлінням
Перший ступінь управління регулятором здійснюється наступним чином. При обертанні аксіально-поршневого насоса включається електромагнітний клапан Y1. Пропорційний електричний сигнал Y2, керуючий запобіжним клапаном, збільшується до максимуму, обмежуючи пілотне тиск значенням 25,0 МПа.
Керуючий потік від насоса проходить через внутрішні отвори пілотного золотника в його праву торцеву порожнину і одночасно через дросель в ліву підпружинену. З неї по внутрішніх каналах керуючий потік через запобіжний клапан під тиском 25,0 МПа направляється на злив. У правій торцевій порожнини пілотного золотника тиск більше, ніж в лівій (за рахунок втрати на дроселі), тому він зміщується вліво.
Прохідний перетин зменшується, перепад тиску на крайках пілотного золотника збільшується, в керуючому плунжері тиск стає менше, і поворотний плунжер відхиляє шайбу в положення зменшення робочого об'єму, відповідне невеликій витраті. Аксіально-поршневий насос працює при тиску 25,0 МПа, але при малій витраті.
Включення електромагнітного клапана Y3 пускає в хід другу сходинку управління регулятором. При таких умовах регулятор встановлює похилу шайбу в положення, відповідне половині робочого об'єму, тобто насос виробляє половину потенційного витрати.
Коли включається електромагніт Y3, тиск в правій торцевій камері пілотного золотника буде трохи падати, дозволяючи йому переміщатися вправо, зменшуючи перепад тиску на дросселирующих крайках. У керуючому плунжері тиск збільшиться, і він відхилить шайбу, збільшивши робочий об'єм на величину, відповідну половині продуктивності аксіально-поршневого гідронасоса.
Описані регулятори потоку багато в чому використовуються в гідросистемах з практично постійним тиском навантаження. Але існує велика кількість типів машин і устаткування, в гідросистемах яких тиск навантаження завжди змінюється в широкому діапазоні. У таких випадках використовуються регулятори, чутливі до змін навантаження.
Вони ефективно зберігають потужність машин, особливо при мінімальних значеннях тисків навантаження. Такі регулятори не є надто складними і працюють по відомим принципам. Ми знаємо, що величина потоку, що проходить через дросель, визначається перепадом тиску (? Р = р1 - р2).
Різниця тиску між р1 і р2 перетворюється в витрата робочої рідини, який, впливаючи на регулятор, буде змінювати швидкість гидродвигателя. Тому регулятор повинен підтримувати перепад тиску постійним незалежно від зміни тиску навантаження.
Тоді і витрата, що надходить в гідродвигун, збережеться незмінним. Звернемося до схеми регулятора на рис. 5, на якому ясно видно зміни. Тут подпружиненная порожнину пілотного золотника через Х-порт регулятора з'єднана з лінією нагнітання, що постачає робочої рідиною гідродвигун (на схемі - гідромотор).
Мал. 5. Регулятор з LS системою управління
Відзначимо, що на наведеній схемі показаний сам принцип з'єднання каналу LS з регулятором. Сигнал LS, одержуваний регулятором, може подаватися з різних точок гідросистеми в залежності від особливостей конструкції машини.
У вихідному положенні насос буде розвантажений. При подачі електросігнала Y2 на пропорційний клапан робочий потік від гідронасоса попрямує в гідродвигун. Тиск р2 буде інтенсивно рости до величини, необхідної гідродвигуна. Одночасно зростає тиск в LS каналі і, отже, в пружинної порожнини пілотного золотника.
Зміщуючись вправо, він змушує тиск р1 підвищуватися. В результаті на пропорційному електрокерованих клапані Y1 встановиться перепад тиску (? Р = р1 - р2), дорівнює величині налаштування пілотного клапана регулятора, тобто в нашому прикладі 2,0 МПа.
Незалежно від зростання або падіння тиску в гідродвигуні перепад тиску на клапані Y1сохранітся постійним, тому витрата робочої рідини в гідродвигун не змінюватиметься. Але щоб збільшити або зменшити витрату, тобто швидкість гидродвигателя, необхідно змінити величину перепаду тиску на пропорційному клапані Y1.
Це досягається зміною величини електричного сигналу управління, що подається на пропорційний електрокерований клапан Y1. Зміна площі прохідного перетину клапана призводить до зміни величини перепаду тиску на ньому (? Р), в результаті змінюється витрата (Q) в
гідродвигун.
Мал. 6. Розподіл потужності в насосі з LS регулятором
Малюнок 6 ілюструє розподіл потужності в Гідронасоси з LS регулятором. Графіки показують, що при управлінні насоса LS регулятором економиться велика кількість потужності.
Втрати виникають тільки при перепаді тиску на електрокерованих пропорційному клапані. Але вони незначні в порівнянні із загальною потужністю насоса. Крім описаних існують і інші типи регуляторів: тиску, потужності і т.п. які реалізовують різні характеристики управління насосами. Але принцип роботи всіх регуляторів ідентичний.
Насосне обладнання та компоненти гідросистем