735

По числу позиций или числу возможных вариантов соединения внешних линий распределители бывают двух-, трёх- и многопозиционные. Наиболее распространены трёхпозиционные распределители. Среднюю позицию называют нейтральной.

По признаку перекрытия напорной линии в нейтральной позиции распределители бывают с открытым и закрытым центром. Распределитель с открытым центром в нейтральной позиции пропускает через себя поток из напорной линии в сливную или к другим распределителям. Распределитель с закрытым центром в нейтральной позиции перекрывает напорную линию.

По управлению положением золотника распределители бывают с мускульным,

гидравлическим, электрическим, электрогидравлическим и пропорциональным управлением.

На рис. 6.2 показаны условные графические обозначения (принципиальные схемы) наиболее часто применяемых распределителей.

Рис. 6.2. Условные графическин обозначения по ГОСТ 2.781-96 наиболее распространённых распределителей

Распределитель на принципиальной схеме изображают в виде прямоугольника, разделённого на столько равновеликих частей, сколько у распределителя позиций. На рис. 6.2 позиции трёхпозиционного распределителя обозначены буквами а, в и о (а и в – рабочие позиции, о – нейтральная позиция). К прямоугольнику, соответствующему нейтральной позиции, подведены внешние силовые линии: Р – напорная, Т – сливная, А и В – линии, идущие к гидродвигателю. При чтении принципиальной схемы гидропередачи необходимо на нейтральную позицию мысленно накладывать изображения других позиций и смотреть, какие внешние гидролинии при этом соединяются между собой.

61

В гидравлических схемах машин все позиции распределителя изображают сплошными линиями. В справочниках пунктирными линиями дополнительно изображают промежуточные позиции и в них указывают соединения гидролиний при переводе распределителя из одной позиции в другую (см. рис. 6.2).

Несколько распределителей могут быть размещены в общем корпусе (распределительный моноблок) или каждый распределитель имеет отдельный корпус (секционные распределители). Несколько секций могут быть собраны в распределительный блок.

Распределитель с закрытым центром

На рис. 6.3 изображено устройство распределителя с закрытым центром.

Рис. 6.3. Схема устройства трехпозиционного золотникового распределителя с закрытым центром и гидравлическим управлением

Распределитель изображен в рабочей позиции при смещенном влево золотнике 1. Распределитель соединён с насосом Н, гидроцилиндром Ц и системой гидравлического сервоуправления.

Золотник 1 имеет цилиндрические пояски (диаметр dз, ширина h). В корпусе 2 выполнены цилиндрические проточки шириною t.

С двумя из таких проточек соединены отводящие линии А и В, идущие к гидродвигателю. К другим проточкам подведены напорная Р и сливные Т1 и Т2 линии.

Если золотник 1 давлением управления ру смещён влево, между пояском золотни-

ка и проточкой в корпусе открыто цилиндрическое окно, площадь которого Ао = πdзхо,

где хо – величина открытия окна. Через это окно радиально течёт поток с расходом Q = Аоvо, где vо – скорость масла в окне.

Масло от насоса Н по линии Р идёт через окно хо в поршневую полость цилиндра Ц. Шток выдвигается, масло из штоковой полости по линии В идёт через другое окно распределителя в линию Т и бак Б.

62

Если давление управления ру не подано под торцы золотника, пружины ставят золотник в среднее (нейтральное) положение и он своими поясками перекрывает линии А, В, Р, Т. Полости гидроцилиндра заперты, шток заторможен.

Одна из основных характеристик распределителя – диаметр Dу условного прохода. Он характеризует пропускную способность и равен диаметру круга, площадь которого равна площади полностью открытого окна распределителя (при xо = xо max):

D2	/4 d x	.	(6.1)
у	з оmax

Между поясками золотника 1 и корпусом 2 имеется радиальный зазор . Несмотря на малую величину ( 10 мкм), через этот зазор из напорной линии в сливную утекает часть масла. Расход утечек у нового распределителя мал (от 100 до 300 см3/мин). По мере износа золотника и корпуса утечки увеличиваются. Зазор оказывает отрицательное влияние также на надёжность запирания гидродвигателя при нейтральной позиции распределителя. Если необходимо запереть гидродвигатель более надёжно, в рабочие линии А и В за распределителем ставят гидрозамки (обратные управляемые клапаны).

При использовании в гидропередаче распределителя с закрытым центром первичная защита выполняется в виде управляемого предохранительного клапана КП (см. рис. 6.3), автоматически переводимого с помощью клапана КЛР в режим переливного при постановке распределителя в нейтральную позицию. Этим достигается автоматическая разгрузка насоса при выключении гидродвигателя.

Распределитель с открытым центром и гидравлическим управлением

Рис. 6.4. Распределитель с открытым центром:

1 – корпус (с цилиндрическими проточками); 2 – золотник (с поясками); 3 – клапан обратный; 4, 5 – стаканы; 6 – пружина; 7, 8 – тарелки; Р; Р1; Р2 – напорные линии; Т; Т1; Т2 – сливные линии; А, В —линии, идущие к гидродвигателю; Х1, Х2 – линии управления

На рис. 6.4 распределитель изображен в нейтральной позиции, при этом масло из напорной линии Р по кратчайшему пути проходит на слив в линию Т или к другим распределителям. Если в линию Х1 подать давление управления, золотник 2 сместится вправо. Поясок золотника перекроет путь Р – Т. Масло из напорной линии Р пойдёт по пути: Р – обратный клапан 3 – Р1 – А – гидродвигатель. Из гидродвигателя масло пойдёт на слив по пути: В – Т2. Если давление управления подать в линию Х2, золотник 2 сместится влево, силовой поток масла будет подан в линию В, а из линии А уйдёт на слив.

Обратный клапан 3 пропускает масло в линию А или В только при наличии в напорной линии Р давления, достаточного для сжатия пружины клапана. Назначение обратного клапана 3 – исключить проседание рабочего органа в момент включения на подъём.

63

Дросселирующие свойства распределителей

Любой распределитель можно рассматривать как регулируемое местное сопротивление (регулируемый дроссель). Из формулы (5.1) при v = vо = Q /Ао и А = Ао = πdзхо получена зависимость для определения расхода Q в функции величины открытия окна хо и перепада давления р между подводящей и отводящей линиями:

Q = πdзхо	2 p	.	(6.2)

Изменением величины xо можно регулировать расход Q через распределитель, т.е. использовать его дросселирующие свойства. Величина хо зависит от перемещения золотника х и отношения размеров h и t (см. рис. 6.3).

По отношению длины пояска h к ширине проточки t распределители называют: при h t – с положительным перекрытием;

при h = t – с нулевым перекрытием;

при h t – с отрицательным перекрытием.

а)

б)

в)

Рис. 6.5. Изменение расхода через распределитель в функции перемещения золотника:

а – при положительном перекрытии; б – при нулевом перекрытии; в – при отрицательном перекрытии

Распределитель с положительным перекрытием обладает лучшими запирающи-

ми свойствами, но имеет зону нечувствительности: пока золотник не переместится из нейтрального положения на величину 0,5(h – t), окно закрыто, масло через распределитель не идёт (рис. 6.5, а). На рис. 6.5, а обозначено: Q – расход через распределитель при постоянном перепаде давления р = рвх – рвых; Qн – производительность насоса; х и хmax – текущее и максимальное перемещения золотника; хо max – максимальное окно

( 8…12 мм).

Распределитель с нулевым перекрытием открывает окно сразу после начала дви-

жения золотника (рис. 6.5, б). Однако он практически не обладает запирающими свойствами.

Распределитель с отрицательным перекрытием пропускает небольшие потоки при нейтральном положении золотника (рис. 6.5, в).

В гидропередачах применяют в основном распределители с положительным перекрытием. Распределители с нулевым и отрицательным перекрытием применяют в следящих приводах и системах автоматического управления с повышенными требованиями к чувствительности и быстродействию.

	Для улучшения	дросселирующих
	свойств распределителя на концах его поя-
	сков делают канавки различной формы
	(рис. 6.6). В этом случае площадь окна при
Рис. 6.6. Золотник дросселирующего	перемещении золотника	увеличивается и
распределителя	уменьшается медленнее.

64

При наличии канавок на торцах поясков нулевым считается перекрытие, если поясок шире проточки в корпусе, а канавки доходят до торцов проточек. Окно открывается и течение масла начинается сразу при сдвиге золотника.

6.2. Управление распределителями

Основные виды управления: в маломощных передачах – мускульное и электрическое; в мощных передачах – гидравлическое и электрогидравлическое;в передачах с высокими требованиями к точности позиционирования рабочих органов– пропорциональное.

Гидравлическое, электрогидравлическое и пропорциональное управления облегчают труд оператора (сервоуправление) и хорошо сопрягаются с системами автоматического регулирования. Слово серво – от лат. servus – раб, слуга; от англ. serve – обслуживать.

Электрическое управление

Рис. 6.7. Схема устройства двухпозиционного	Рис. 6.8. Схема устройства трехпозиционного
распределителя с электрическим управлением	распределителя с электрическим управлением

На рис. 6.7 изображены схема устройства и принципиальная схема двухпозиционного распределителя с электрическим управлением. Золотник 2 перемещается внутри корпуса 1 электромагнитом 3, главные детали которого обмотка 4 и якорь 5. При подаче напряжения на обмотку якорь перемещается вправо, сжимает пружину 8, перемещает золотник 2 и переводит распределитель в другую рабочую позицию. После снятия напряжения с обмотки 4 золотник 2 пружиной 8 возвращается в исходное положение. Дренажные утечки отводятся по линии Y.

На якоре электромагнита имеется кнопка 6, закрытая резиновой мембраной 7 и предназначенная для мускульного управления распределителем (например, при неисправности электрической цепи или для проверки исправности распределителя).

Аналогично устроен трехпозиционный распределитель с электрическим управле-

нием (рис. 6.8). Он имеет два толкающих электромагнита, пружины 8 и 9. При подаче напряжения на обмотку одного из электромагнитов распределитель переключается из нейтральной в рабочую позицию. После снятия напряжения золотник 2 и якорь электромагнита возвращаются в исходные положения пружинами 8 и 9.

Гидравлическое управление

На рис. 6.9 изображена схема передачи с гидравлическим управлением распределителем Р1. Элементы Н1, КП1, Ф1, Р1 и М образуют силовую передачу, а элементы Н2, Ф2, КП2, АК, Р2 и Р3 – систему управления распределителем Р1. Блоки: питание управления А1; колонка управления (джойстик) А2; вторичная защита А3.

65

	От насоса Н2 масло через обратный
	клапан КО, напорный фильтр тонкой
	очистки Ф2 подаётся в гидравлический
	джойстик А2, содержащий дозирующие
	распределители Р2 и Р3 с мускульным
	управлением и обратными связями по
	давлению. При переводе, например, рас-
	пределителя Р2 в рабочую позицию
	управляющий поток масла идёт через
	элементы: Б – Н2 – КО – Ф2 – Р2 – Р1
	(под левый торец золотника). Давлением
	этого потока золотник смещается вправо,
	при этом силовой поток идёт через эле-
	менты: Б – Н1 – Р1 – М – Р1 – Ф1 – Б. Так
	происходит включение гидромотора М.
Рис. 6.9. Схема гидравлического управления	Если убрать усилие с рукоятки до-
распределителем с открытым центром	зирующего золотника Р2, он под действи-
	ем пружины встанет в другую крайнюю

позицию и масло из-под торца распределителя Р1 пойдёт через Р2 на слив: Р1 (левый торец) – Р2 – Ф1 – Б. Пружина распределителя Р1 поставит золотник в среднее положение, в нейтральную запирающую позицию. Это приведёт к остановке гидромотора М.

Отводящие линии распределителей Р2 и Р3 линиями обратной связи соединены с полостями под нижними торцами их золотников. По мере роста давления в отводящей линии золотник дозирующего распределителя перемещается вверх, подача масла под торец силового золотника прекращается.

Для большего перемещения силового золотника и увеличения окна распределителя Р1 оператор увеличивает силу нажатия и угол поворота рукоятки джойстика. В этом проявляется свойство чувствительности управления.

Назначение гидроаккумулятора АК в блоке А1 – создание запаса масла под давлением, необходимого хотя бы для одного включения распределителя Р1 в рабочую позицию на случай заглохания дизеля или отказа насоса Н2. Это необходимо, например, для опускания стрелы или груза под действием их веса.

На рис. 6.10 изображено два крайних положения дозирующего золотника джойстика: а – верхнее положение, при котором масло из-под торца золотника силового распределителя может уходить на слив; б – нижнее положение, при котором масло от насоса питания управления подаётся под торец силового золотника распределителя.

а) б) в) г)

Рис. 6.10. Крайние положения дозирующего золотника (а и б) и внешний вид джойстика (в и г)

66

Электрогидравлическое управление

Распределитель с электрогидравлическим управлением состоит из силового управляемого распределителя с гидравлическим управлением и управляющего распределителя (пилота) с электрическим управлением.

На рис. 6.11 изображена принципиальная схема распределителя с электрогидравлическим управлением, а на рис. 6.12 – схема его устройства. Давление управления подаётся к пилоту или от напорной линии силового распределителя, или по линии Х от отдельного блока питания. При подаче напряжения на обмотку, например, левого электромагнита давление управления по линиям Х и Ж (см. рис. 6.12) будет подано под правый торец силового золотника, последний сместится влево и откроет силовому потоку путь из линии Р в линию А.

Рис. 6.11. Принципиальная схема	Рис. 6.12. Схема устройства распределителя
распределителя с электрогидравлическим	с электрогидравлическим управлением
управлением	(распределитель изображен в рабочей позиции)

Пропорциональное управление рассмотрено в главе 7.

6.3. Гидравлические замки и тормозные клапаны

Гидравлические замки

Назначение – надёжное запирание рабочих полостей гидродвигателей. Гидрозамок выполнен как управляемый обратный клапан. При отсутствии управ-

ляющего сигнала он пропускает масло только в одном направлении. При подаче сигнала пропускает масло в противоположном направлении.

Гидрозамок двустороннего действия (рис. 6.13) содержит поршень 2 и два запорных элемента – шарики 1 и 3. Если в подводящих линиях А и В нет давления, шарики 1 и 3 запирают отводящие линии А1 и В1. При подаче давления, например в линию А, масло идёт по пути А – А1. При этом давлением в линии А-А1 поршень 2 перемещается вправо, перемещает шарик 3, масло из линии В1 получает возможность идти в линию В.

Рис. 6.13. Гидрозамок двустороннего действия

67

Графические условные обозначения гидравлических замков изображены на

рис. 6.14.	б)	в)
а)

Рис. 6.14. Обозначения гидравлического замка двустороннего действия:

а – устаревшее; б – стандартное; в – обозначение, составленное из обозначений двух гидрозамков одностороннего действия; 1 и 3 – запорные элементы (например, шарики); 2 – поршень

Тормозные клапаны

Назначение – ограничение скорости выходного звена гидродвигателя при его работе в насосном режиме во время действия «попутной нагрузки». Такие ситуации могут возникать, например, при опускании груза, а также при движении машины под уклон.

Тормозной клапан (рис. 6.16) сочетает в себе свойства обратного клапана и управляемого дросселя. Некоторые из них оснащены линиями М для контроля давления (рис. 6.16, б) и дополнительными предохранительными клапанами (рис. 6.16, в).

а)

б)

в)

Рис. 6.16. Схемы тормозных клапанов:

а– тормозной клапан; б – тормозной клапан с линией М для контроля нагрузки;

в– тормозной клапан с дополнительным предохранительным клапаном

		На рис. 6.17 а, б изображены примеры применения тормозного клапана КТ.
					При выдвижении штока
	а)		б)		во время подъёма груза (см.
					рис. 6.17, а) масло от насоса Н
					идёт	через	обратный клапан
					тормозного		клапана	КТ в
					поршневую		полость	гидроци-
					линдра Ц. Для опускания груза
					распределитель Р переводят в
					противоположную			рабочую
					позицию, масло идёт в штоко-
					вую полость гидроцилиндра Ц
					и одновременно переводит
					тормозной клапан КТ в пози-
					цию,	позволяющую направить
					масло	из поршневой		полости
		Рис. 6.17. Применение тормозного клапана КТ:			на слив через дроссель. Этим
а – для ограничения скорости выходного звена гидродвигателя					создаётся сопротивление исте-
	в насосном режиме при опускании груза гидроцилиндром Ц;				чению масла из поршневой по-
б – для ограничения скорости выходного звена гидродвигателя в					лости и ограничение скорости
	насосном режиме при опускании груза гидромотором М				опускания груза.

68

При работе гидромотора М на подъём груза (см. рис. 6.17, б) масло от насоса Н течёт в гидромотор через обратный клапан, встроенный в КТ, и одновременно через логический элемент ИЛИ – в цилиндр размыкания тормоза механизма подъёма. При опускании груза масло от насоса течёт в противоположную полость гидромотора М и одновременно на размыкание тормоза и на переключение КТ в позицию, при которой сливаемое из гидромотора масло проходит через дроссель. Ограничивать скорость опускания груза помогает также тормоз, установленный на валу гидромотора. Для замыкания тормоза при выключении гидромотора распределитель Р в нейтральной позиции соединяет между собой и со сливом обе отводящие от гидромотора линии, что позволяет сообщить штоковую полость тормозного цилиндра со сливом через элемент ИЛИ. Клапан КП должен быть управляемым для разгрузки насоса Н при постановке распределителя Р в нейтральную позицию.

Контрольные вопросы

1. Назначение и условные графические обозначения четырехлинейных распределителей – двухпозиционных и трехпозиционных. 2. Устройство и работа трёхпозиционного четырехлинейного распределителя с закрытым центром. 3. Достоинства и недостатки распределители: а – с нулевым, б – с положительным перекрытием? 4. Какую форму имеет окно распределителя с цилиндрическим золотником? Как определить площадь окна? Как изменить площадь окна? 5. Назовите негативные последствия, обусловленные наличием зазора между поясками золотника и отверстием в корпусе распределителя. 6. Запишите формулу для определения разности давлений на входе и выходе распределителя. 7. В чём проявляются дросселирующие свойства распределителя? 8. Вычислите величину открытия окна xо распределителя с цилиндрическим золотником, чтобы при внутреннем диаметре подводящего трубопровода 25 мм и диаметре золотника 16 мм скорость масла в окне была в три раза больше скорости в подводящем трубопроводе. 9. Опишите движение управляющих и силовых потоков масла при включении и выключении распределителя с гидравлическим управлением и открытым центром. 10. Определите понятие «чувствительность управления распределителем». Какими средствами достигается чувствительность при гидравлическом управлении? 11. Откуда подаётся масло под давлением к пилоту распределителя с электрогидравлическим управлением? Куда уходит масло из-под торцов силового распределителя после выключения электромагнитов пилота? 12. Назначение гидрозамка. 13. Назначение и работа тормозного клапана.

7. ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Пропорциональное управление обеспечивает бесступенчатое изменение расхода и давления масла, силы и вращающего момента, скорости и перемещения рабочего органа. Его реализуют с помощью специальных клапанов, пропорциональных электромагнитов и электронных контролирующих и командных средств.

В данной главе приведены общие сведения о пропорциональном управлении. Более подробное изложение дано в специальной литературе.

7.1. Пропорциональные электромагниты

Пропорциональные электромагниты выполняют роль исполнительных приводов управления клапанами и разработаны на основе электромагнитов постоянного тока.

В магнитопровод пропорционального электромагнита (рис. 7.1) вставлен специальный элемент 2 (управляющий конус) из немагнитного материала, который изменяет форму линий магнитного поля, что придаёт электромагниту новые свойства.

Электромагнитное поле катушки 3 перемещает якорь 4 с силой, пропорциональной величине тока.

69

Рис 7.1. Пропорциональный электромагнит:

1– пробка для удаления воздуха;

2– конус; 3 – катушка; 4 – якорь; 5 – пружина

ЗРЭ (рис. 7.3, б).

Обратная связь по перемещению якоря

Входной управляющий сигнал (электрическое напряжение)

В зависимости от выполняемых функций пропорциональные электромагниты бывают регулируемыми по силе и по положению.

Более точное позиционирование якоря получено при использовании электромагнита с обратной связью по положению якоря (рис. 7.2).

На рис. 7.2 в координатах «сила F – перемещение якоря х» изображены зависимости F = f (x) при различных величинах тока в катушке электромагнита. Из совокупности характеристик F = f (x) видно, что сила на якоре зависит от величины тока и почти не зависит от положения якоря. Этим достигается цель регулирования – точно позиционировать якорь независимо от сопротивления его перемещению.

Пружину размещают:

–в клапанах давления – между электромагнитом и запорно-регулирующим элементом ЗРЭ

(рис. 7.3, а);

–в регуляторах расхода и распределителях – за

Рис 7.2. Электромагнит, регулируемый по положению якоря: 1 – индуктивный датчик положения якоря 3;

2 – сердечник датчика 1, соединённый с якорем 3; 4 – пружина

а) Пружина ЗРЭ

б) ЗРЭ Пружина

Рис. 7.3. Варианты размещения пружины в аппаратах с пропорциональным управлением: а – в клапанах давления; б – в распределителях

Пропорционально величине напряжения, поданного на обмотку электромагнита, изменяются сила, прикладываемая к ЗРЭ, деформация пружины и перемещение ЗРЭ.

70