Хидравлични разпределители

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2010

Хидравлични разпределителиХидравлични разпределителиХидравлични разпределителиХидравлични разпределители

Част II. Управление на хидравличните разпределители, наложили се конструкции

Превключването на разпределителите се осъществява по различни начини, някои от които са представени с условното им означение на фиг. 1. На фиг. 2 е показано пълното условно означение на един 4/3 разпределител, включващо хидравличните линии, позициите и органите за управление. Изборът на подходящ вид управление зависи от технологичния процес и особено от усилието за превключване, което се определя основно от големината на управлявания дебит.

Управленията са преки и непреки
Управленията се разделят на две основни групи преки и непреки. Устройствата за пряко управление се закрепват странично на тялото на разпределителя и оказват непосредствено силово въздействие върху плунжера. Прякото управление би могло да се осъществи по механичен, хидравличен, пневматичен и електромагнитен способ. Разпределителите с механично, пневматично и електрическо управление се произвеждат серийно за дебити до около 150 l/min, а при ръчно управление и до 1200 l/min.
На фиг. 3 е показан 4/3 разпределител с механично управление посредством ръчката 1. Плунжерът е свързан с механизма за управление 2 и следва неговото движение. Връщането на плунжера в неутрално положение се осъществява от пружините 3, след прекратяване на управляващото въздействие. Ръчката би могла да е снабдена и с фиксатор (храпов механизъм), като в този случай положението се запазва до повторно задействане. На фиг. 4 може да се види същият разпределител, но с пневматично управление, което се осъществява чрез подаване на въздух към един от двата пневмоцилиндъра 2. Ако в конструкцията не са предвидени фиксатори, както е на фигурата, плунжерът 1 остава в съответната позиция до прекратяване на управляващото въздействие, след което се връща от пружините в неутрално положение. Принципно, подобно е и хидравличното управление, като максималният дебит при някои конструкции достига 7000 l/min. Както се вижда от двете фигури, основните части на разпределителя - тяло и плунжер са еднакви, независимо от начина на управление.

Най-широко приложение е намерило прякото електромагнитно управление
което се обуславя от изискванията за автоматизация и дистанционен контрол на процесите в индустрията. Прилагат се четири типа магнитни управления:
l постояннотоков магнит, работещ във въздушна среда. Става въпрос за т.нар. сух магнит;
l маслонапълнен постояннотоков магнит - т.нар. мокър магнит;
l променливотоков сух магнит;
l маслонапълнен променливотоков магнит.

Постояннотокови и променливотокови магнити
Постояннотоковите магнити се отличават с висока експлоатационна надеждност и осигуряват меко превключване. Те не изгарят ако по време на работа внезапно спрат, например поради заклинване на плунжера. Осигуряват висока честота на превключване.
Променливотоковите магнити се характеризират с голямо бързодействие, но ако процесът на превключване не завърши докрай, намотката изгаря. Това се случва, например, след около 1 - 1.5 ч. за мокър и 10 - 15 мин. за сух магнит.

Маслонапълнените магнити
са с най-голямо разпространение. Те са предпочитано решение особено за хидравлични системи, работещи на открито или във влажен климат. Причината е в отсъствието на корозия по вътрешните им повърхности. Наличието на масло около котвата намалява износването, осигурява демпфериране на ударите и плавно превключване, подобрява се топлоотдаването. Отсъствието на уплътнение върху задвижващия щифт на котвата намалява триещата сила при превключване и опасността от външни пропуски.
На фиг. 5 е показан същият 4/3 разпределител, за който вече стана дума в текста. Позиции 1, 2 и 3 са аналогични на вече описаните. Разпределителят е снабден отляво с мокър постояннотоков магнит 4, а от дясно с мокър променливотоков 5. Електромагнитите са снабдени и с бутони 6 за аварийно ръчно превключване, благодарение на което може да се прави и проверка на функционалността им. Каналите Р, А и В са отделени чрез прегради в корпуса. Каналът Т няма разделителен елемент, а излиза навън и се съединява с двете странични камери, които от своя страна се затварят херметично от капаци или елементите за управление. Подобен разпределител се нарича трикамерен. В петкамерното изпълнение, показано на фиг. 6, каналът Т е отделен с прегради и поясите 1 на плунжера. По този начин, каналът Т образува самостоятелна (четвърта) камера. Страничните камери 2 са свързани помежду си посредством отвори в корпуса (пета камера). При движение на плунжера течността преминава от едната в другата камера. Чрез вграждане на демпфера или дросела 3 се създава възможност за управление на времето за превключване.
В по-големите разпределители статичните и динамичните съпротивителни сили, действащи върху плунжера нарастват много. Това води до увеличение и в размерите на електромагнитите. За управление на големи хидравлични мощности се използват разпределители с непряко (пилотно) електрохидравлично управление
С подобни разпределители се управляват дебити до около 8000 l/min. Подобен разпределител с пружинно центриране е показан на фиг. 7. Той се състои от основен 1 и управляващ (пилотен) разпределител 2. Пилотът представлява 4/3 разпределител с обикновено електромагнитно управление. След задействане на пилота управляващият сигнал се усилва хидравлически и премества плунжера на основния разпределител. В тази конструкция, основният плунжер се установява в неутрално (средно) положение посредством пружините 3.1 и 3.2. Двете пружинни камери в неутрално положение са свързани едновременно през пилота с резервоара (нулево налягане) - линия Y. Управляващото налягане се подава към пилота по канала 4, който може да е свързан с линията Р на основния разпределител - вътрешно захранване или през отделна линия Х - външно захранване. При включване, например, на електромагнит "а", плунжерът на пилота се премества наляво. Лявата пружинна камера на основния плунжер се оказва под въздействието на управляващото налягане, а дясната камера остава съединена към ниското налягане в резервоара. Резултатът е, че основният плунжер се премества надясно до упор, свивайки пружината 3.2 и съединявайки линиите Р-В и А-Т. След изключване на електромагнита плунжерът на пилота се връща в средна позиция, налягането в камерата 5 пада и под действие на пружинната сила основният плунжер преминава в неутрално положение. Управляващият поток от пружинната камера преминава в сливната управляваща линия Y. При включване на другия магнит процесът е аналогичен, но основният плунжер се премества наляво. На фиг. 8 са показани подробното и опростеното обозначение на гореописания разпределител.

Друга разновидност са разпределителите с хидравлично центриране
при които фиксирането в неутрално положение се реализира по хидравличен път. В конструкцията на тези разпределители също са предвидени пружини, но те задържат неутралното положение, единствено в отсъствието на управляващо налягане, ако разпределителят е монтиран вертикално.
Както вече бе споменато, подвеждането и отвеждането на течността към пилотния разпределител би могло да е вътрешно и външно. При изпълненията с хидравлично центриране отвеждането винаги е външно.

Електрохидравлично управляемите разпределители с вътрешно захранване
на управляващата верига не изискват допълнителна хидравлична система за пилотния разпределител и позволяват по-евтино изграждане на хидрозадвижването. Необходимо е обаче да се отчитат следните практически съображения:
Налягането в системата не трябва да се понижава под определена минимална стойност, необходима за превключване на главния разпределител. Подобна ситуация би могла да възникне, ако разпределителят е с отрицателно припокриване (всички линии са съединени помежду си) или при свързване на помпата в неутрална позиция с резервоара. В тези случаи е необходимо в тръбопровода към резервоара да се вгради подпорен клапан, установяващ едно минимално допустимо управляващо налягане.
Работното налягане в хидравличната система не трябва да превишава максимално допустимата стойност на управляващото налягане. В случай на превишаване обаче, е необходимо да се предвиди клапан за постоянно съотношение на наляганията. Този клапан редуцира управляващото налягане в определено съотношение спрямо работното налягане.

Външното захранване на управляващата верига
изисква отделна помпа с предпазно-преливен клапан, настроен на сравнително ниско налягане. Понякога е възможно захранването да се осъществи от главната верига на системата през редукционен клапан. Независимо от по-високата цена, външното захранване би могло в максимална степен да удовлетвори изискванията по отношение на необходимото налягане и дебит за управление. Даден разпределител би могъл да работи и с външно, и с вътрешно захранване, като преминаването от единия към другия вариант се реализира с подходящ монтаж и демонтаж на резбови пробки в тялото.
Чрез използване на някои допълнителни принадлежности разпределителите се приспособяват по-добре към конкретното приложение.

Настройка на времето за превключване
най-елементарно се осъществява чрез демпфер или дросел в управляващия канал - фиг. 6, позиция 3. В по-отговорните приложения е възможно да се използва допълнително устройство, изпълнено като междинна плоча, която се вгражда между пилотния и основния разпределител. Това устройство представлява сдвоен дросел с обратен клапан. В зависимост от настройката на дроселите, работната течност, подвеждана към страничните камери се дроселира в различна степен. По този начин се влияе върху времето за превключване на основния разпределител и в двете посоки.
Чрез настройка (ограничаване) на хода
на основния плунжер със специален винт може да се дроселира грубо потокът във всяка посока на движение.
В случаите, когато е необходим сигурен контрол на положението на основния плунжер, с цел повишаване на безопасността например, се използват контактни или безконтактни крайни изключватели. Контролът може да се осъществява и визуално, през наблюдателно прозорче.

Въртящи разпределители
Въртящите разпределители (rotary valve) са били използвани често в миналото при работни налягания до 70 bar. Тенденцията към повишаване на работното налягане изтласква тази конструкция сред по-малко пазарно атрактивните. Основната причина за това е, че регулиращият елемент не е разтоварен от радиално действащите сили на налягане, които го притискат към корпуса. Това резултира до появата на значителна сила на триене. На фиг. 9 е показан един 3/2 въртящ разпределител. При въртенето си, регулиращият елемент свързва управляваните пътища чрез надлъжни канали, изпълнени по повърхността му. Тези разпределители обикновено са с ръчно или механично управление. Електрическото управление, поради сложната си реализация не е целесъобразно, което още повече стеснява областите на приложение на въртящите разпределители само до някои специални случаи.

Седлови разпределители
При този тип разпределители регулиращият елемент (конус, сачма, диск) приляга към седлото и осигурява херметично уплътнение. Ефектът нараства с увеличаване на налягането, а при специално изпълнение на разпределителя е възможно да се получи и абсолютна херметичност. Това обуславя широкото приложение на този вид разпределители в хидрозадвижването на преси, затягащи приспособления, повдигателни съоръжения, изобщо навсякъде, където е необходимо херметично затваряне на дадена област на хидроцилиндър.
Към недостатъците на седловите разпределители следва да се споменат на първо място, големите хидравлични загуби поради малкия ход и пада на налягането по време на превключване.
Седловите разпределители с пряко управление работят с максимално налягане до 700 bar и максимален дебит до около 40 l/min . При непряко управление максималното налягане е 500 - 600 bar, а дебитите - до 4000 l/min .
На фиг. 10 е показан 3/2 седлови разпределител с пряко електромагнитно управление. В основно положение регулиращият елемент - сачмата 1, се притиска към седлото 3 от пружината 2. Линията към резервоар Т е затворена, но е отворен каналът Р-А. Електромагнитът превключва сачмата чрез лоста 4. Тласкачът 5 е уплътнен чрез маншетни уплътнения и в двете посоки, като пространството между маншетите е свързано с канала Р. По този начин се постига изравняване на силите от налягане, което дава възможност този тип разпределители да се използват за високи налягания.
Поради конструктивните особености на седловите клапани не е възможно да се получат множество варианти на съединение между пътищата, което е характерно за плунжерните разпределители. Ако например в 3/2 разпределителя трябва да се сменят местата на лявата и дясната позиция, се преминава към конструкция с две сачми, показана на фиг. 11. В неутрална позиция са съединени каналите А и Т, а каналът Р е затворен от дясната сачма, притисната към седлото от пружината. В позицията след превключване, дясната сачма отваря канала Р, а лявата се притиска към седлото и затваря канала А-Т.
На фиг. 12 е показана принципна схема и означение на 3/2 седлови разпределител с непряко електрохидравлично управление
В изходна позиция през пилотния електромагнитен разпределител се подвежда налягането от линията Р в камерата 2. Тъй като площта на буталото 1 е по-голяма от тази на регулиращия елемент 3, той е притиснат към седлото, затваряйки линията Р и съединявайки А с Т. При задействане на електромагнита на пилота, камерата 2 се съединява с линията Т (към резервоар) и в нея налягането спада. Под действие на по-високото налягане в напорната линия, регулиращият елемент 3 се измества наляво и съединява А с Р, затваряйки Т.
Стандартните условни означения не позволяват да се покаже съществената разлика между разпределителите от плунжерен и седлови тип. Те са еднакви, като зависят единствено от функцията на разпределителя. Затова е целесъобразно да се използват различни обозначения. За целта, затворените линии в седловите клапани се изобразяват като обратни клапани, което може да се види на разгледаните фигури.

Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top