Хидравлични разпределители

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2009

Хидравлични разпределителиХидравлични разпределителиХидравлични разпределители

Видове хидравлични разпределители, конструкция и видове плунжерни разпределители

 

 Разпределителите (directional control valves) са предназначени за пускане, спиране и изменение на посоката на протичане на работния флуид в тръбопроводи, а следователно и за управление на движението и положението на хидравличните изпълнителни механизми (хидроцилиндри и хидродвигатели). Най-широко разпространение имат плунжерните разпределители (spool valves). В някои специфични приложения се използват въртящи (rotary valves) и седлови (poppet valves) разпределители.

Функции, терминология и означения
Разпределителите се класифицират и специфицират на основата на различни признаци. Например, в зависимост от броя на външните тръбопроводи (канали, линии или управлявани пътища), свързани към разпределителя, те се определят като 2-пътни, 3-пътни, 4-пътни и т. н.
Според броя на позициите, които заема регулиращият елемент, се различават 2-позиционни, 3-позиционни и многопозиционни разпределители. Съкратено разпределителите се означават с две цифри, като първата показва броя на тръбопроводите, а втората - броя на позициите. Например, означението 4/2 разпределител се отнася за 4-пътен, 2-позиционен разпределител, т. е. свързан е с четири тръбопровода и има две позиции. Най-елементарното изпълнение е 2/2 разпределител, който е с два присъединени тръбопровода и заема две позиции (затворено и отворено положение).
Графичните символи на разпределителите са интуитивни, очевидни и се усвояват лесно, защото отразяват опростено тяхната функция и не са свързани с реалната им конструкция. Символите са стандартизирани и описани в различни международни и национални документи. Те се състоят от определен брой допрени квадрати, всеки от които представя една от възможните позиции. Във всеки от тези квадрати се означават графично посоките или отсъствието на протичане. Работните позиции могат да се обозначат допълнително с буквите “a”, “b” , “c” и т. н., а с “0” се означава централната (неутрална) позиция при три- и многопозиционните разпределители.

Неутрална или основна позиция
е положението, в което се установяват подвижните елементи в неактивно състояние. Най-често то се поддържа чрез пружини. При 3-позиционните разпределители това е позиция “0”, а при 2-позиционните може да бъде  “a” или “b”. За превключване в другите възможни позиции е необходимо външно управляващо въздействие, което често се обозначава също условно и също ще бъде разгледано в статията. Управляваните пътища се свързват към квадрата в неутралната позиция. Това са: помпа - Р, резервоар - Т, или към изпълнителния механизъм - А и В. На фиг. 1 е показана принципна схема и условно означение на най-разпространения 4/2 разпределител от плунжерен тип. В основната позиция на разпределителя помпата подава флуид към тръбопровода A, а постъпващият флуид от линия В се отвежда към резервоар. При превключване в другата позиция посоките се обръщат.

Двупътните двупозиционни разпределители (2/2)
илюстрирани на фиг. 2а, се използват рядко, защото в действителност те представляват обикновени спирателни елементи. Предлагат се в две разновидности - нормално затворени, показано е на фиг. 2а, и нормално отворени. Обикновено връщането в изходна позиция се осъществява от пружина. За управлението на хидроцилиндри с подобни разпределители са нужни 2 броя за еднодействащи и 4 броя за двойнодействащи, което не е рационално.

Трипътните разпределители
се използват обикновено за управление на еднодействащи хидроцилиндри с двупозиционно изпълнение, т. е. като 3/2 разпределители. Приложение намират и 3-пътни разпределители с три позиции - 3/3 разпределители, при които в средна позиция течността от помпата се отвежда към резервоар. И двете разновидности могат да се видят на фиг. 2б. Чрез подходящо свързване те могат да управляват и двойнодействащи цилиндри с диференциално действие. 3/4 и 3/5 разпределители се използват много рядко.

Четирипътните разпределители
се прилагат широко за управление на системи с реверсиране на движението на хидроцилиндъра или хидродвигателя. Най-елементарното изпълнение представлява двупозиционния 4/2 разпределител, показан на фиг. 1. Той осигурява реверсивно движение на изпълнителния механизъм, без възможност за спиране в междинно положение. Функциите на 4-пътните разпределители се разширяват с добавяне на трета, централна позиция - т.е. 4/3 разпределител, която в зависимост от предназначението има различна конфигурация. На фиг. 2в са показани пет най-често срещани конфигурации на централната позиция.
Разпределители с отворен център и отворено отвеждане, фиг. 2в, поз. 1. В средно положение свързват всички тръбопроводи към резервоара и осигуряват пълно разтоварване на системата. Това позволява свободно преместване на буталото на хидроцилиндъра под действието на произволна външна сила (плаващо бутало). Подобни разпределители се използват, ако работният процес е с големи паузи, но не е целесъобразно спирането на помпата - например, в процеса на работа на металорежещи машини при снемане на тежки и обемисти заготовки.
Разпределители с отворен център и затворено отвеждане, фиг. 2в, поз. 2. В нулева позиция и двете страни на хидроцилиндъра са под налягане. При цилиндри с едностранен прът се извършва бърз ход напред, а при двустранен прът движението спира. Помпата се разтоварва през предпазно-преливен клапан, което е съпроводено със значителни енергийни загуби. По тази причина разпределителят не се препоръчва в приложения, характеризиращи се с наличие на дълги паузи.
Разпределители със затворен център и отворено отвеждане, фиг. 2в, поз. 3. В нулева позиция буталото на хидроцилиндъра е плаващо, но за разлика от вид 1, дебитът на помпата към хидроцилиндъра е блокиран, а разтоварването й е през предпазно-преливен клапан. Нагнетателната линия на помпата остава под високо налягане, което може да се ползва за захранване на други клонове на системата.
Разпределители със затворен център и затворено отвеждане, фиг. 2в, поз. 4. При този разпределител в средно положение всички линии са блокирани. Изпълнителният механизъм се фиксира неподвижно, помпата се разтоварва през предпазно-преливен клапан или захранва друг хидродвигател.
Разпределители със затворен център и разтоварване на помпата, фиг. 2в, поз. 5. Изпълнителният механизъм се фиксира неподвижно, помпата се разтоварва към резервоар и работи с много ниско налягане (с малки енергийни загуби), но не може да захранва друг консуматор, освен ако последният не е свързан последователно. Разпределителят е подходящ за технологични цикли с дълги паузи.

Петпътните разпределители
фиг. 2г, представляват модификация на 4-пътните, като е добавен втори канал към резервоар. Това дава възможност при регулиране на скоростта чрез дроселиране на изхода да се постигне независимост на движението в двете посоки.

Плунжерни разпределители
Както вече бе посочено, разпределителите, които са илюстрирани на фиг. 1, намират най-широко разпространение. Техни основни предимства са:
l Елементарната конструкция;
l Голямо разнообразие на възможните варианти на свързване на управляваните пътища;
l Възможност за използване на различни начини за управление;
l Компенсация на силите от налягане, което води до малки сили на превключване;
l Малки хидравлични загуби.
Основни конструктивни елементи на плунжерния разпределител са: неподвижно тяло и плунжер, преместващ се надлъжно в централния отвор на тялото. Конструктивните особености могат да се видят добре на фиг. 3, представяща типична конструкция. Плунжерът е с няколко пояса (пръстени), с които се осъществява свързването или разделянето на управляваните пътища. Течността от присъединителните отвори постъпва в пръстеновидни канали, разположени концентрично на централния отвор. С това се цели намаляване на хидравличните загуби в разпределителя. Тялото се произвежда най-често от високоякостен сфероидален чугун, като каналите са отлети.
Размерът на хлабината между плунжера и отвора на тялото, вискозитетът на работната течност и най-вече работното налягане определят степента на уплътнение. При високи налягания (300 - 350 bar), утечките нарастват значително и оказват съществено влияние върху КПД на хидросистемата. Някои следствия от наличието на утечки са:
l Хидродвигателите, например хидроцилиндрите, които са под налягане, “пълзят” от зададеното положение в посока на натоварването;
l Хидроцилиндрите с различни работни площи (диференциални хидроцилиндри) могат да се изместят в направлението на въздействие на по-голямата площ, което е характерно за разпределител със затворен център (фиг. 2в);
l При използване на хидравлични акумулатори утечките през плунжерите на разпределителите трябва да се отчитат при определяне на необходимия обем.
Гореспоменатите обстоятелства ограничават приложението на плунжерните разпределители за налягания до 350 bar. Серийно произвежданите разпределители в зависимост от начина на управление покриват дебити до 7000 l/min.
Разпределителите от един тип, например 4/3 разпределителите от фиг. 2в, имат еднакво тяло и се различават само по размерите и разположението на поясите на плунжерите. Това е голямо технологично предимство и намалява сериозно производствените разходи.

Разпределители в зависимост от припокриването
В зависимост от размерите на поясите на плунжера и съответните пръстеновидни канали в тялото, разпределите се изпълняват с положително, нулево или отрицателно припокриване - фиг. 4.
При положително припокриване, в неутрално положение на плунжера, напорната линия е отделена от линиите към хидродвигателя и резервоара. Това дава възможност да се фиксира положението на изпълнителния механизъм. Недостатък е наличието на зона на нечувствителност, която се определя от големината на осовото припокриване. В рамките на тази зона, при преместване на плунжера, дебитът през разпределителя е нулев и изпълнителният механизъм не се движи, въпреки наличието на управляващо въздействие. Разпределителите за общо приложение са от този тип.
При отрицателно припокриване, в неутрално положение напорната линия е свързана с резервоара и двете области на хидродвигателя. През хлабините непрекъснато протича течност към резервоара, а в двете области на хидродвигателя се установява еднакво налягане. В такива разпределители зоната на нечувствителност е минимална, но поради утечките се губи част от мощността. Хидросистемите с подобен разпределител имат по-малка твърдост и при определени натоварвания, както и при превключване, изпълнителният механизъм може да се измести, т. е. не е подходяща употребата в подемни устройства.
Съответно, при разпределителите с нулево припокриване отсъства зона на нечувствителност. Тези разпределители са идеалното решение за следящи системи, пропорционални разпределители и сервоклапани. Недостатък им са значителните технологични затруднения при изработването, което рефлектира в многократно по-високата им цена.

Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top