Хидравлични разпределители

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2012

 В процеса на експлоатация на хидравличните системи често се налага промяна в посоката на движение на потока работен флуид, неговото спиране или пускане. За тази цел обикновено се използват различни конструкции хидравлични разпределители.
Хидравличните разпределители са широко използвани в практиката управляващи хидравлични устройства. Едно от най-честите им приложения е при управление на движението и положението на хидроцилиндри и хидродвигатели.

Обикновено хидроразпределите се изработват от стомана, модифициран чугун, високо- и нисковъглеродни марки стомана, бронз и други. Размерите и теглото на разпределителите зависят от дебита на преминаващия през тях поток флуид. Съответно с увеличаване на дебита размерите им се увеличават.

Хидравличните разпределители обикновено се класифицират по различни признаци. Най-общо могат да бъдат разделени на секционни и разпределители моноблок. Секционните хидравлични разпределители конструктивно се състоят от няколко секции, всяка от които е с определено предназначение. Сред критериите, по които се класифицират, са броят на външните тръбопроводи, свързани към разпределителя, според които те се определят като 2-пътни, 3-пътни, 4-пътни и т. н.; позициите на регулиращия елемент, според които хидравличните разпределители биват 2-позиционни, 3-позиционни и многопозиционни разпределители и други. Обикновено за означаване на хидравличните разпределители се използва съкратено означение от две цифри, първата от които показва броя на тръбопроводите, а втората - броя на позициите. Най-елементарното изпълнение е 2/2 разпределител, който е с два присъединени тръбопровода и заема две позиции (затворено и отворено положение).

За схематично означаване на хидравличните разпредели се използват графични символи, които на практика не са свързани с реалната им конструкция, а отразяват опростено тяхната функция. 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.

Загуби на налягане, пропускателна способност, бързодействие
Основни характеристики на хидравличните разпределители са загубите на налягане, пропускателната способност и бързодействието. Загубите на налягане в зависимост от протичащия дебит се определят от големината на проходните сечения и формата на каналите.

Пропускателната способност отразява максимално допустимия дебит при дадено налягане. Принципно дебитът през един разпределител може да се повишава до една определена максимална стойност, след която той вече не може да бъде превключен поради големите хидродинамични сили. Пропускателната способност зависи от големината на проходните сечения, вида на управлението (при електромагнитно управление влияние оказва видът на магнита), схемата на свързване и др.

Бързодействието или времето за превключване оказва пряко влияние върху производителността на машината или съоръжението. При автоматизираните процеси се използват разпределители с електромагнитно управление, поради което определящи в случая са свойствата на електромагнитите. При постояннотокови магнити времето на включване обикновено е в границите от 40 до 80 ms, а времето за изключване от 20 до 60 ms. Бързодействието на променливотоковите магнити е много по-голямо. Те включват за около 5 - 25 ms.

Едни от най-широко разпространените хидравлични разпределители в практиката са плунжерните. Сред посочваните причини за това са немалкото им предимства като: елементарна конструкция; голямо разнообразие на възможните варианти на свързване на управляваните пътища; възможност за използване на различни начини за управление; компенсация на силите от налягане, което води до малки сили на превключване; малки хидравлични загуби.

Основни конструктивни елементи на плунжерния разпределител са: неподвижно тяло и плунжер, преместващ се надлъжно в централния отвор на тялото. 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.

В зависимост от размерите на поясите на плунжера и съответните пръстеновидни канали в тялото, разпределите се изпълняват с положително, нулево или отрицателно припокриване.

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.

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 са значителните технологични затруднения при изработването, което рефлектира в многократно по-високата им цена.

Управление на хидравличните разпределители
Изборът на подходящ вид управление на хидравличните разпределители зависи от технологичния процес и особено от усилието за превключване, което се определя основно от големината на управлявания дебит.

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.

В практиката най-широко приложение е намерило прякото електромагнитно управление. Този факт се обуславя от изискванията за автоматизация и дистанционен контрол на процесите в индустрията. Използваните магнитни управления са четири типа: постояннотоков магнит, работещ във въздушна среда (сух магнит); маслонапълнен постояннотоков магнит - т. нар. мокър магнит; променливотоков сух магнит; маслонапълнен променливотоков магнит.

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. Също така 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.

В по-големите разпределители статичните и динамичните съпротивителни сили, действащи върху плунжера, нарастват много. Това води и до увеличаване размерите на електромагнитите. По тази причина за управление на големи хидравлични мощности се предпочита използването на разпределители с непряко (пилотно) електрохидравлично управление. С подобни разпределители се управляват дебити до около 8000 l/min.




Top