Меню

Регулятор потока для гидросистем

Регулятор гидравлических насосов с переменным рабочим объемом

В силовых гидроприводах при регулировании потока рабочей жидкости потери мощности становятся актуальной задачей. Дроссельное регулирование генерирует большое количество тепла, которое тратится впустую. При этом дизельное топливо в строительной спецтехнике и потребляемая электроэнергия стационарного оборудования расходуются весьма неэффективно. Гидронасосы с переменным рабочим объемом позволяют изменять расход рабочей жидкости, затрачивая на это незначительную мощность. При длительных технологических операциях, когда изменение скоростей исполнительных механизмов машин требуется выполнять нечасто, оператор в состоянии отслеживать ход выполнения работ и управлять производительностью насоса. Но динамичная работа машины требует очень быстрого регулирования расхода рабочей жидкости или поддержки его постоянного значения в условиях скачкообразного изменения давления. Оператору также трудно управлять гидравлическим насосом при выполнении точных работ. В качестве примеров можно привести работу экскаватора, движение бульдозера или погрузчика в условиях строительной площадки, а также крана при монтаже тяжелых строительных конструкций. Ограниченную физиологическую реакцию человека заменяет автоматика. Механическое управление насосами с переменным рабочим объемом выполняют различные регуляторы. Зарубежные специалисты часто называют эти устройства компенсаторами. При изменении внешней нагрузки в зависимости от требуемых функций регуляторы (компенсаторы) обеспечивают постоянную мощность, потребляемую насосом от первичного двигателя, выработку им постоянного расхода или поддержание постоянного давления. Регуляторы выполняют и более сложные функции, оптимизируя работу гидропривода машины. Регуляторы устанавливаются на насосы для открытых и закрытых гидросхем, управляют наклонной шайбой или наклонным блоком цилиндров аксиально-поршневых гидромашин. Конструкции их несколько различаются, но принцип работ одинаков. Регуляторы используются на аксиально-поршневых гидронасосах с широкой линейкой рабочих объемов от 10 см3 и более с давлением до 35,0 МПа (350 бар). Регуляторы монтируются непосредственно на корпусе насоса. Очень часто используются типовые регуляторы на аксиально-поршневых насосах с наклонной шайбой и наклонным блоком цилиндров, а также на гидронасосах с наклонной шайбой, оснащенный регулятором потока. Этот тип насоса предназначен для открытых гидросхем. Он широко используется в различных гидравлических машинах и оборудовании и является одним из самых распространенных на мировом рынке машиностроительной гидравлики. Его максимальное рабочее давление обычно составляет 28,0 МПа, а пиковое давление – 35,0 МПа. Рис. 1. Конструктивная схема регулятора потока Регулятор потока обеспечивает постоянный расход рабочей жидкости при изменении давления нагрузки. Типовой регулятор монтируется на корпусе аксиально-поршневого насоса и управляет двумя пилотными потоками. На рис. 1 показана принципиальная конструкция такого регулятора потока, а его гидравлическая схема приведена на рис. 2. Регулятор потока состоит из двух дросселирующих золотников (пропорциональных клапанов 3/2), установленных в корпусе. С одного торца каждый золотник поджат пружиной. Пружина пилотного (верхнего на рис. 1) золотника имеет небольшую жесткость, а пружина золотника ограничения максимального давления (нижнего на рис. 1) – силовая. Рис. 2. Гидравлическая схема регулятора Пружинная полость пилотного золотника (левая на рис. 1) соединена с противоположной (правой на рис. 1) через дроссель, выполненный внутри его шейки. Пружинная полость золотника ограничения давления соединена со сливом. Противоположные торцевые полости золотников (правые на рис.1) связаны с линией нагнетания аксиально-поршневого насоса. В корпусе регулятора выполнены стабилизирующие дроссели. Рабочая жидкость из регулятора поступает в управляющий плунжер насоса, который перемещает наклонную шайбу (рис. 2). Противоположный возвратный подпружиненный плунжер всегда стремится вернуть наклонную шайбу в исходное положение, соответствующее максимальному рабочему объему насоса. Жесткость пружины пилотного золотника регулятора очень маленькая. Но чтобы сдвинуть этот золотник, помимо небольшого сопротивления пружины необходимо преодолеть гидравлическую силу, действующую на его торец. Эта сила зависит от величины давления в пружинной полости, которое меньше, чем в противоположной. Его значение определяется величиной перепада давления на дросселе внутри шейки золотника. Пилотный клапан с учетом действия на его золотник слабой пружины и разницы давления настраивается на 1,0-3,0 МПа, в зависимости от условий применения аксиально-поршневого насоса. Пружина золотника ограничения давления силовая и настроена на 25,0-28,0 МПа. Рассмотрим работу регулятора потока, у которого пилотный клапан настроен на давление 2,0 МПа. Гидронасос при пуске вырабатывает максимальный расход. Рост давления в гидросистеме перемещает дросселирующий пилотный золотник влево, и рабочая жидкость, поступая в управляющий плунжер, отклоняет шайбу, уменьшая рабочий объем насоса, снижая его расход. При достижении величины давления 2,0 МПа пилотный золотник полностью открывает свои рабочие окна. Рабочая жидкость отклоняет шайбу в положение, соответствующее установленной величине расхода насоса. Расход резко падает. В этот момент в насосе возникает гидроудар. На рис. 3 показана схема регулятора, позволяющая плавно осуществлять пуск гидронасоса. В этом устройстве при отключенном электромагнитном клапане Y1 давления в торцевых камерах верхнего золотника р1 и р3 равны, поэтому при его росте до величины настройки клапана ограничения давления пружина пилотного золотника удерживает его от перемещения влево. Рис. 3. Схема управления регулятором При включении электромагнитного клапана Y1 подпружиненная полость пилотного золотника регулятора изолируется от линии нагнетания аксиально-поршневого гидронасоса. Перемещение пилотного золотника в левую сторону сдерживает только слабая пружина. Он вытесняет рабочую жидкость из подпружиненной торцевой полости через дроссель на слив. Такое демпфирование позволяет очень быстро, но равномерно, без колебаний, перемещаться пилотному золотнику. Он сразу же открывает доступ рабочей жидкости в управляющий плунжер, который мгновенно перемещает наклонную шайбу в положение, соответствующее выбранной величине расхода. Таким образом, обеспечивается плавный пуск насоса, без гидравлических ударов. Рассмотрим принцип двухступенчатого управления регулятором потока. На рис. 4 показана схема такого регулятора. При выключенных электромагнитных клапанах Y1, Y2, Y3 на пилотный золотник действует управляющее давление величиной не выше 2,0 МПа, т.е. регулятор работает по вышеописанному принципу. Рис. 4. Схема регулятора с двухступенчатым управлением Первая ступень управления регулятором осуществляется следующим образом. При вращении аксиально-поршневого насоса включается электромагнитный клапан Y1. Пропорциональный электрический сигнал Y2, управляющий предохранительным клапаном, увеличивается до максимума, ограничивая пилотное давление значением 25,0 МПа. Управляющий поток от насоса проходит через внутренние отверстия пилотного золотника в его правую торцевую полость и одновременно через дроссель в левую подпружиненную. Из нее по внутренним каналам управляющий поток через предохранительный клапан под давлением 25,0 МПа направляется на слив. В правой торцевой полости пилотного золотника давление больше, чем в левой (за счет потери на дросселе), поэтому он смещается влево. Проходное сечение уменьшается, перепад давления на кромках пилотного золотника увеличивается, в управляющем плунжере давление становится меньше, и возвратный плунжер отклоняет шайбу в положение уменьшения рабочего объема, соответствующее небольшому расходу. Аксиально-поршневой насос работает при давлении 25,0 МПа, но при малом расходе. Включение электромагнитного клапана Y3 приводит в действие вторую ступень управления регулятором. При таких условиях регулятор устанавливает наклонную шайбу в положение, соответствующее половине рабочего объема, т.е. насос вырабатывает половину потенциального расхода. Когда включается электромагнит Y3, давление в правой торцевой камере пилотного золотника будет немного падать, позволяя ему перемещаться вправо, уменьшая перепад давления на дросселирующих кромках. В управляющем плунжере давление увеличится, и он отклонит шайбу, увеличив рабочий объем на величину, соответствующую половине производительности аксиально-поршневого гидронасоса. Описанные регуляторы потока во многом используются в гидросистемах с практически постоянным давлением нагрузки. Но существует большое количество типов машин и оборудования, в гидросистемах которых давление нагрузки всегда меняется в широком диапазоне. В таких случаях используются регуляторы, чувствительные к изменениям нагрузки. Они эффективно сохраняют мощность машин, особенно при минимальных значениях давлений нагрузки. Такие регуляторы не являются слишком сложными и работают по известным принципам. Мы знаем, что величина потока, проходящего через дроссель, определяется перепадом давления (Δр = р1 – р2). Разность давления между р1 и р2 преобразовывается в расход рабочей жидкости, который, воздействуя на регулятор, будет изменять скорость гидродвигателя. Поэтому регулятор должен поддерживать перепад давления постоянным независимо от изменения давления нагрузки. Тогда и расход, поступающий в гидродвигатель, сохранится постоянным. Обратимся к схеме регулятора на рис. 5, на котором ясно видны изменения. Здесь подпружиненная полость пилотного золотника через Х-порт регулятора соединена с линией нагнетания, снабжающей рабочей жидкостью гидродвигатель (на схеме – гидромотор). Рис. 5. Регулятор с LS системой управления Отметим, что на приведенной схеме показан сам принцип соединения канала LS с регулятором. Сигнал LS, получаемый регулятором, может подаваться из различных точек гидросистемы в зависимости от особенностей конструкции машины. В исходном положении насос будет разгружен. При подаче электросигнала Y2 на пропорциональный клапан рабочий поток от гидронасоса направится в гидродвигатель. Давление р2 будет интенсивно расти до величины, необходимой гидродвигателю. Одновременно растет давление в LS канале и,следовательно, в пружинной полости пилотного золотника. Смещаясь вправо, он заставляет давление р1 повышаться. В результате на пропорциональном электроуправляемом клапане Y1 установится перепад давления (Δр = р1 – р2), равный величине настройки пилотного клапана регулятора, т.е. в нашем примере 2,0 МПа. Вне зависимости от роста или падения давления в гидродвигателе перепад давления на клапане Y1сохранится постоянным, поэтому расход рабочей жидкости в гидродвигатель не будет изменяться. Но чтобы увеличить или уменьшить расход, т.е. скорость гидродвигателя, необходимо изменить величину перепада давления на пропорциональном клапане Y1. Это достигается изменением величины электрического сигнала управления, подаваемого на пропорциональный электроуправляемый клапан Y1. Изменение площади проходного сечения клапана приводит к изменению величины перепада давления на нем (Δр), в результате изменяется расход (Q) в гидродвигатель. Рис. 6. Распределение мощности в насосе с LS регулятором Рисунок 6 иллюстрирует распределение мощности в гидронасосе с LS регулятором. Графики показывают, что при управлении насоса LS регулятором экономится большое количество мощности. Потери возникают только при перепаде давления на электроуправляемом пропорциональном клапане. Но они незначительны по сравнению с общей мощностью насоса. Помимо описанных существуют и другие типы регуляторов: давления, мощности и т.п., которые реализовывают различные характеристики управления насосами. Но принцип работы всех регуляторов идентичен.

Читайте также:  Кулер что такое внутренний регулятор оборотов

Источник

Регулирование гидропривода

Скорость движения исполнительных органов объемного гидропривода зависит от расхода жидкости, поступающего в рабочую камеру, и от объема этой камеры, поэтому возможности регулирования скорости гидроприрвода основаны на различных способах изменения расхода, либо на изменении объема рабочей камеры. Рассмотрим подробнее каждый из возможных способов регулирования скорости движения исполнительных механизмов гидравлического привода.

Объемное регулирование

Данный способ регулирования основан на изменении объема рабочих камер гидромашин — насосов и гидромоторов.

Регулирование рабочего объема насоса

Подачу объемного насоса можно вычислить по формуле:

  • q — объем рабочей камеры насоса
  • n — частота вращения вала насоса
  • η — объемный КПД

Получается, что изменения объем рабочей камеры насоса, можно регулировать расход жидкости, подаваемой в напорный трубопровод при постоянной частоте вращения.

Насосы, конструкция которых позволяет изменять объем рабочей камеры называют регулируемыми. Наибольшее распространение получили регулируемые пластинчатые и аксиально-поршневые насосы.

Конструкция регулируемых машин значительно сложнее чем нерегулируемых, а значит регулируемые насосы значительно дороже. Высокая стоимость является одним из главных недостатков объемного регулирования гидропривода.

Объемное регулирование насоса часто применяется для изменения скорости движения гидроцилиндров.

Регулирование рабочего объема гидромотора

Скорость вращения вала гидромотора можно вычислить, используя зависимость:

  • где q — объем рабочей камеры гидромотора
  • n — частота вращения вала гидромотора
  • η — объемный КПД гидромотора

Используя данную зависимость можно сделать вывод, что изменяя объем рабочей камеры гидромотора можно регулировать скорость вращения вала.

Регулируемым называют гидромотор, в конструкции которого предусмотрена возможность изменения объема рабочей камеры. Наиболее часто используются регулируемые аксиально-поршневые моторы, существуют конструкции регулируемых пластинчатых и радиально-поршневых гидромоторов.

На риунке показан регулируемый аксиально-поршневой насос, изменение узла наклона блока, в данном случае, осуществляется с помоью механической передачи. При изменении угла наклона меняется величина хода поршней, а значит и подача насоса, чем меньше уогл — тем меньше ход.

Читайте также:  Реле регулятора бид ф3

Достаточно часто используется схема объемного регулирования с одновременным использованием регулируемых насоса и гидромотора. Наибоольшее распространение получили регулируемые аксиально-поршневые моторы.

Преимущества объемного регулирования

  • высокий КПД
  • отсутствие нагрева жидкости в результате дросселирования

Недостатки объемного регулирования

  • высокая стоимость
  • сложность конструкции регулируемых машин
  • медленное срабатывание

Дроссельное регулирование

Суть дроссельного регулирования заключаются в отводе части жидкости, подаваемой насосом. Подача насоса при дроссельном регулировании делится на два потока.

  • где Qгд — расход, подводимый к гидродвигателям
  • Qсл — расход отправляемый на слива

Изменяя соотношение этих расходов можно менять скорость движения исполнительных механизмов.

В зависимости от схемы установки регулируемого гидравлического сопротивления — дросселя, различают три типовых схемы дроссельного регулирования гидропривода:

  • Последовательное
    • в линии нагнетания
    • в линии слива
  • Параллельное

Рассмотрим подробнее каждый из этих способов регулирования.

Последовательное регулирование с установкой дросселя в линии нагнетания

Дроссель или регулятор расхода при данном способе регулирования устанавливается в линию нагнетания насоса, он необходим для создания необходимого перепада давления. Сброс части жидкости осуществляется через предохранительный клапан.

Рассмотрим принцип работы схемы с последовательным дроссельным регулированием.

При полном открытии дросселя весь поток жидкости направляется к гидроцилиндру, скорость его движения при переключении распределителя будет максимальной.

При уменьшении проходного сечения дросселя давление перед ним будет увеличиваться. При достижении давления начала открытия предохранительного клапана, часть жидкость через него будет отправляться на слив. Скорость перемещения штока гидроцилиндра будет уменьшаться.

При дальнейшем закрытии дросселя давление перед ним будет расти, а значит предохранительный клапан будет открываться сильнее отправляя большее количество жидкости на слив. Что позволит уменьшать скорость движения штока цилиндра.

Данный способ регулирования характеризуется простотой реализации и относительной дешевизной органов регулирования. Однако дросселирование обуславливает большие потери энергии, а значит низкий КПД и большое тепловыделение. Причем при последовательном регулировании, нагретая на дросселе жидкость будет поступать в полость исполнительного гидродвигателя.

Последовательное регулирование с установкой дросселя в линии слива

Дроссель может устанавливаться не только в линии нагнетания насоса, но и в линии слива гидродвигателя, такую схему называют последовательным регулированием гидравлического привода с установкой дросселя в линии слива.

В результате уменьшения проходного сечения дросселя давление в линии нагнетания будет возрастать, когда оно достигнет величины достаточной для открытия предохранительного клапана часть жидкости через него будет отправлена на слив. Получается что при дроссельном регулировании гидродвигатель постоянно будет находится под нагрузкой за счет противодавления на сливе, что может негативно сказаться на его ресурсе.

При установке дросселя в линии слива нагретая на гидравлическом сопротивлении жидкость поступает не к гидродвигателю, как в случае с установкой дросселя в линию нагнетания, а в накопительный бак, где накопленное тепло рассеивается.

Параллельное дроссельное регулирование скорости гидропривода

Схема параллельного регулирования с помощью дросселя показана на рисунке.

Дроссель установлен параллельно гидроцилиндру. При увеличении открытия дросселя поток жидкости, проходящий через него на слив будет увеличиваться, а поток жидкости направляемый к гидродвигателю будет уменьшаться. Изменяя открытие дросселя можно регулировать соотношение расходов этих потоков. Выделяемое при дросселировании тепло с помощью жидкости отводится в бак.

Достоинства дроссельного регулирования гидравлического привода

  • простота реализации,
  • низкая стоимость,
  • возможность плавного регулирования в широком диапазоне.

Недостатки дроссельного регулирования

  • большие потери энергии — низкий КПД,
  • нагрев рабочей жидкости, необходимость использования теплообменников.

Частотное регулирование скорости гидропривода

В том случае, если для вращения вала насоса используется электродвигатель, для изменения подачи можно применить частотное регулирование.

Подача насоса определяется его рабочим объемом и частотой вращения вала, изменяя частоту можно влиять на подачу насоса.

Читайте также:  Регулятор температуры профиль м

Для регулирования частоты вращения вала электродвигателя, а значит и насоса, используется специальный регулятор частоты. Он позволяет изменять скорость вращения вала электродвигателя в широком диапазоне. При увеличении частоты вращения подача насоса будет расти, при уменьшении — снижаться.

Диапазон регулирования ограничен возможностями частотного регулятора, и величиной рабочего диапазона частот вращения насоса, например радиально-поршневые насосы устойчиво работают в диапазоне 1000 — 3000 об/мин.

Источник



Регуляторы потока

В отличие от обычных дросселей они содержат специальный регулятор давления, обеспечивающий постоянный перепад давления и соответственно этому постоянный расход рабочей жидкости. Регуляторы потока часто называют дросселями с регулятором.

На рис. 4 приведена конструкция типового регулятора потока.

Рис.4.
Регуляторы потока (дроссель с регулятором):

Он состоит из щелевого дросселя 10 и редукционного клапана 3 золотникового типа.

Дозировка расхода рабочей жидкости устанавливается дросселем 10, а постоянство перепада давления в дросселе обеспечивается клапаном 3.
Рабочая жидкость через отверстие 5 поступает в полость 4 клапана 3 и далее через проточку 8 и щель 9 в дросселе 10 отводится в отверстие для отвода рабочей жидкости 11. Клапан 3 находится под действием усилия пружины 1 и противодействующего ему давления рабочей жидкости, подводимой к полостям 2 и 6 из полости 4.

Усилие предварительного сжатия пружины 1 выбрано таким, что торец клапана 3 дросселируя поступающую жидкость, обеспечивает постоянную разность давления рабочей жидкости до регулятора и после него, равную 0,30 — 0,35 МПа независимо от изменения давления в гидросистеме. Отвод утечек производится через отверстие 12. Отверстие 7 служит для присоединения манометра.

Регуляторы потока часто совмещают с предохранительным клапаном. Такие устройства помимо обеспечения равномерной скорости движения гидродвигателей и регулирования величины этой скорости предохраняют гидросистему от перегрузки и позволяют дистанционно разгружать насос и гидросистему от избыточного давления. Отличительной особенностью регуляторов потока с предохранительным клапаном является автоматическое регулирование давления в гидросистеме в соответствии с изменением внешней нагрузки на рабочие органы.

Стабилизация скорости движения силового органа обеспечивается постоянством перепада давления в регуляторе потока независимо от изменения внешней нагрузки. Это достигается тем, что переливной клапан регулятора, находящийся под действием давления насоса, с одной стороны, и под действием пружины и давления в рабочей полости гидроцилиндра с другой, при изменении давления на выходе регулятора автоматически изменяет давление насоса, направляя избыток рабочей жидкости в гидробак. Максимальное давление в напорной гидролинии определяется усилием настройки пружины шарикового клапана.

Существуют также регуляторы потока с обратным клапаном. Они предназначены для регулирования и поддержания установленной скорости перемещения рабочих органов самоходных машин независимо от нагрузки на рабочие органы в одном направлении и свободного пропуска потока рабочей жидкости в другом направлении.
Регуляторы потока могут устанавливаться «на входе» в исполнительный механизм, «на выходе» из него или параллельно ему.
При установке регулятора потока «на входе» или «на выходе» насос работает с постоянным давлением, на которое отрегулирован предохранительный клапан. Избыток рабочей жидкости, нагнетаемый насосом, сливается в бак через предохранительный клапан. Это вызывает дополнительные затраты мощности и требует установки
гидробаков большой емкости или охлаждающих устройств для стабилизации температуры рабочей жидкости.
При установке регулятора потока на ответвлении (параллельно гидроцилиндру) избыток рабочей жидкости, подаваемой насосом, направляется на слив не при максимальном давлении, на которое настроен предохранительный клапан, а при фактическом рабочем давлении. Такая установка регулятора потока имеет преимущество перед установкой его «на входе» или «на выходе».

Однако, с точки зрения получения равномерных скоростей движения рабочего органа первые две схемы установки регулятора потока являются более предпочтительными. Это объясняется тем, что на величину скорости при установке регулятора потока «на входе» или «на выходе» не оказывают влияние утечки рабочей жидкости в насосе, так как он работает при постоянном давлении, определяемом настройкой предохранительного клапана.

При включении регулятора потока параллельно гидроцилиндру скорость перемещения рабочих органов в большей степени зависит от изменения внешней нагрузки. Поэтому включение регулятора потока на ответвлении может быть применено там, где не требуется достижения малых и строго устойчивых скоростей перемещения рабочих органов.

Установка регулятора потока «на выходе» имеет преимущества перед установкой регулятора потока «на входе» и может быть рекомендована для большинства самоходных машин, где требуется получение стабильной скорости рабочего органа.
Включение регулятора потока «на выходе» создает противодавление, вследствие этого достигается плавное и устойчивое движение штока гидроцилиндра.
В то же время, когда требуется плавное и устойчивое трогание с места рабочего органа, следует применять дозированную подачу рабочей жидкости «на входе». При установке регулятора потока «на выходе» и в случае расположения гидроцилиндра выше уровня гидробака рабочая жидкость может вытекать из полостей гидроцилиндра в положении «стоп», а в момент трогания с места может возникать прерывистое движение исполнительного механизма.
При включении регулятора потока «на входе» рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр через регулятор, обеспечивая плавное трогание с места исполнительного механизма.

Наши группы в Telegram, Viber. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!

Источник