книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

Затруднения с реализацией линейной зависимости между входным и выходным сигналами преодолеваются благодаря применению датчика обратной связи 1 по перемещению якоря 3 электромагнита (см. рис. 60), управляющего ЗРЭ гидроаппарата.

Сигнал обратной связи формируется датчиком обратной связи, измеряющим выходную величину и при необходимости преобразующим ее в электрический сигнал. Входной сигнал, формируемый задающим потенциометром, суммируется с сигналом отрицательной обратной связи, усиливается электронным усилителем и далее в виде тока управления поступает в обмотку катушки.

Положение якоря контролируется и поддерживается замкнутым регулирующим контуром (рис. 61, а). При одном и том же токе управления электромагнитная сила постоянна в пределах рабочего диапазона перемещения якоря.

ЭУПЭМГА

ДОС

а

ЭУПЭМГУГА

ДОС

б

Рис. 61. Структурные схемы гидроаппаратов с пропорциональным управлением

Если усилие на якоре недостаточно для прямого управления ЗРЭ гидроаппарата применяется двухкаскадная схема усиления и преобразования входного сигнала. Первый каскад построен на базе пропорционального электромагнита и маломощного гидроусилителя, например, сопло-заслонка или золотникового типа, второй – на базе золотникового устройства.

151

Пропорциональность статических характеристик каждого элемента аппарата и наличие отрицательной обратной связи обеспечивает пропорциональную зависимость выходного сигнала от входного сигнала.

Структурная двухкаскадная схема гидроаппарата с пропорциональным управлением и отрицательной обратной связью по положению ЗРЭ гидроаппарата показана на рис. 61, б.

По схемам, показанным на рис. 61, например, могут быть выполнены гидрораспределители, аппараты управления расходом и напорные клапаны с пропорциональным управлением.

Аппараты с пропорциональным управлением используются для дистанционного управления параметрами гидропривода, а также в качестве звеньев электрогидравлических систем автоматического регулирования. Они позволяют оптимизировать гидросистемы по энергетическим показателям и повысить динамические характеристики гидроприводов.

2.3.1. Гидрораспределители с пропорциональным управлением

Гидрораспределители с пропорциональным управлением функционально близки к дросселирующим гидрораспределителям, конструктивно значительно проще и дешевле последних, менее чувствительны к засорению, имеют широкую унификацию деталей с обычными распределителями. Однако, как правило, по быстродействию, коэффициенту передачи, чувствительности и параметрам статических характеристик они уступают дросселирующим гидрораспределителям [13].

На рис. 62 представлена конструктивная схема и условное обозначение пропорционального гидрораспределителя (тип 4WRE, Rexroth), выполненного по однокаскадной схеме с внешней системой управления. Аппарат построен на базе четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя. Он имеет следующие основные элементы: корпус 6, в центральном отверстии которого помещен золотник 5 с пружинами 4 и 7; пропорциональные линейные электромаг-

152

ниты 3 и 9; датчик обратной связи 2; устройство установки механического нуля 1. Аппарат может быть укомплектован интегрированной электроникой.

Рис. 62. Конструктивная схема и условное обозначение гидрораспределителя прямого действия с пропорциональным управлением

При отсутствии тока управления золотник 5 находится в среднем положении, которое обеспечивается прижатием пружин 4 и 7 к торцам золотника 5 через шайбы с упором в корпус 6. В соответствии с током управления один из электромагнитов 3 или 4 развивает усилие, пропорциональное току, и перемещает золотник 5, деформируя пружину. Смещение золотника определяет расход жидкости в гидролиниях A и B, пропорциональный поступающему току. На рабочих кромках золотника выполнены дроссельные отверстия особой формы, что обеспечивает прогрессивную расходную характеристику гидроаппарата.

Датчиком обратной связи 2 контролируется соответствие перемещения золотника входному сигналу. Настройка среднего положения золотника 5 осуществляется винтом 1.

153

Возможно исполнение гидроаппарата с одним магнитом. Вместо второго магнита устанавливается заглушка или крышка 8.

Пропорциональные гидрораспределители прямого действия имеют диаметр условного прохода до 10 мм. При Dу >10 мм приме-

няются гидроаппараты непрямого действия.

На рис. 63 показана конструктивная схема и условное обозначение пропорционального распределителя непрямого действия (тип

4WRZ, Rexroth).

Рис. 63. Конструктивная схема и условное обозначение гидрораспределителя непрямого действия с пропорциональным управлением

154

Аппарат служит для изменения направления потока и расхода жидкости. Он состоит из основного распределителя 8 с золотником 9

ицентрирующей пружиной 1, а также управляющего клапана с ЗРЭ 4

иэлектромагнитами 2 и 7.

Управляющий клапан построен на базе редукционного клапана с пропорциональным управлением, состоящего из корпуса 6, золотника 4, поршней 3, 5, постоянных электромагнитов 2, 7, заполненных рабочей жидкостью. При необходимости возможна комплектация интегрированной электроникой.

При обесточенных электромагнитах 2, 7 золотник 4 пружинами удерживается в среднем положении. Гидролинии управления A и B, гидравлически связанные с торцовыми полостями основного золотника 9, соединены со сливом T.

При отсутствии давления в торцовых полостях золотник 9 удерживается в нейтральном положении элементами центрирования с пружиной 1.

Подача тока на один из электромагнитов приводит к пропорциональному смещению якоря, поршня 3 или 5 и управляющего золотника 4. На выходе управляющего клапана возникнет давление, передаваемое в торцовую камеру, например, 10, основного золотника 11. Золотник 11 переместится до положения, при котором сила давления и усилие пружины 1 станут равными. Исполнительные гидролинии A и B соединятся с гидролиниями P и T соответственно, обеспечивая расход в гидролиниях A и B, пропорциональный току управления.

Выключение электромагнита приводит золотники 4 и 9 в среднее положение и отключает гидродвигатель от гидролиний P и T (схема гидравлического исполнения 44 основного распределителя).

Давление к управляющему клапану подается по внутренней гидролинии P или по внешней гидролинии X с отводом по гидролинии Y.

Пропорциональный гидрораспределитель непрямого действия может быть выполнен по замкнутой схеме управления. В этом случае

155

предусматривается датчик обратной связи по положению основного золотника 9.

Конструктивное исполнение ЗРЭ основного клапана аналогично исполнению клапана прямого действия. Золотник имеет относительно большое перемещение, его центрирование осуществляется одной или двумя пружинами. С помощью пропорционального гидрораспределителя достаточно просто и надежно реализуется ускорение и замедление движения выходного элемента исполнительного гидродвигателя при плавном переходе с одной скорости на другую.

2.3.2. Напорные клапаны с пропорциональным управлением

Напорные клапаны прямого и непрямого действия с пропорциональным управлением предназначены для дистанционного управления давлением в гидросистеме.

Конструктивная схема напорного клапана прямого действия и его условное обозначение показаны на рис. 64. Клапан предназначен для ограничения давления и состоит из предохранительного клапана с коническим запорно-регулирующим элементом, управляемым электромагнитом с настройкой по силе. Усилие прижатия ЗРЭ к седлу задается деформацией пружины при перемещении якоря электромагнита, пропорционального заданному сигналу. При отсутствии электрического сигнала клапан настроен на минимальное давление.

P

T

Рис. 64. Конструктивная схема и условное обозначение напорного клапана прямого действия с пропорциональным управлением

156

Напорный клапан непрямого действия с пропорциональным управлением состоит из управляющего гидроаппарата 1, аналогичного по конструкции и назначению пропорциональному клапану прямого действия, и основного клапана 2 (рис. 65).

A

B

Рис. 65. Конструктивная схема и условное обозначение напорного клапана непрямого действия с пропорциональным управлением

При отсутствии сигнала управления ЗРЭ пилота 1 под действием давления жидкости, поступающей из полости A через жиклер (гидролиния управления), отжат от седла, что обеспечивает минимальное давление в пружинной полости ЗРЭ основного клапана 2. При этом сила давления на торцовую поверхность ЗРЭ клапана 2 со стороны полости A больше силы давления со стороны пружинной полости. ЗРЭ смещается вверх, открывая максимально кольцевой зазор, образованный конической поверхностью и седлом. Полость A соединяется с полостью слива B, обеспечивая минимальное давление на входе в гидроаппарат и разгрузку, например, насоса.

При поступлении сигнала управления на пропорциональный электромагнит ЗРЭ пилота приближается к седлу, давление в пружинной полости ЗРЭ основного клапана возрастает. Он смещается

157

вниз, уменьшая кольцевой зазор и увеличивая давление на входе в гидроаппарат пропорционально току управления.

Изменение давления на входе в гидроаппарат приведет к нарушению равновесного положения запорно-регулирующих элементов, изменению расхода жидкости на слив и, следовательно, к поддержанию давления в гидросистеме постоянным с определенной точностью в автоматическом режиме при заданной величине сигнала управления.

Напорные клапаны с пропорциональным управлением имеют исполнения, в которых обеспечивается ограничение предельного давления или запирание клапана при отключении электропитания, полное открытие клапана при соединении гидролинии управления со сливом через гидрораспределитель разгрузки. Существуют также конструкции модульного монтажа, с датчиком обратной связи

ивстроенным блоком управления.

2.3.3.Редукционные клапаны с пропорциональным управлением

Редукционные клапаны с пропорциональным управлением предназначены для поддержания в отводимом потоке пониженного постоянного давления, настраиваемого дистанционно. Основными параметрами редукционных клапанов являются: подводимое и отводимое (редуцированное) давление, а также расход рабочей жидкости.

Эти клапаны выполняются по схеме прямого и непрямого действия, двухили трехлинейными, модульного монтажа или встраиваемого исполнения. Возможна работа некоторых моделей независимо от направления потока жидкости в режиме регулятора давления, а также наличие в конструкции встроенного обратного клапана.

Конструктивная схема и условное обозначение редукционного клапана с пропорциональным управлением прямого действия приведены на рис. 66. Клапан состоит из пропорционального электромагнита с якорем 1 и корпуса, в который помещен золотник 2, упирающийся одним торцом в пружину 3, а другим – в якорь электромагнита 1.

158

A T

P

Рис. 66. Конструктивная схема и условное обозначение редукционного клапана прямого действия с пропорциональным управлением

При отсутствии тока управления якорь и золотник смещены пружиной 3 на упор. Гидролинии P и A разобщены между собой, но гидролиния A соединена со сливом T. Расход клапана равен нулю. При подаче управляющего сигнала якорь 1, преодолевая усилие пружины 3, смещает золотник 2, открывая проток жидкости из полости P в полость A, где устанавливается пониженное постоянное давление, пропорциональное входному сигналу. Изменение давления в полости A приводит к нарушению равновесного положения золотника 2, его смещению относительно кольцевой проточки, связанной с полостью A, и восстановлением предписанного давления на выходе гидроаппарата.

Редукционный клапан с пропорциональным управлением непрямого действия (тип DRE, Rexroth) состоит из основного клапана 10 с ЗРЭ 5, клапана управления 1 с ЗРЭ 2, пропорционального электромагнита 3 и обратного клапана 4 (рис. 67).

При отсутствии давления в гидролинии B пружина 11 удерживает на упоре ЗРЭ 5, который перекрывает проход рабочей жидкости из канала B в канал A. Давление из канала A через сверление 6

159

в основном ЗРЭ 5 воздействует на его торцовую поверхность 7. Давление в пружинной полости 14 регулируется вспомогательным клапаном 1. Рабочая жидкость из канала B через сверление 8 подводится к регулятору расхода 13, который поддерживает постоянный расход независимо от перепада давления между каналами B и A. От регулятора расхода поток управления попадает в полость пружины 14, и далее через каналы 15, 16 поступает под ЗРЭ 2 вспомогательного клапана 1 и уходит по каналам 17, 18 на слив. Пропорциональный электромагнит перемещает ЗРЭ 2 относительно седла 19, изменяя давление в полости 14.

B

Y

A

Рис. 67. Конструктивная схема и условное обозначение редукционного клапана непрямого действия с пропорциональным управлением

Изменение заданного давления в полости A приводит к нарушению равновесного положения ЗРЭ 5, изменению рабочего проход-

160