Гидроаппараты

Типичными гидроаппаратами являются обратные, переливные и пре­дохранительные клапаны. Особенно важно выбрать конструкцию пре­дохранительного клапана, расположенного в напорной гидролинии. Для ОГП, работающей при пиковом давлении 40 - 50 МПа, использо­вать клапан прямого действия нерационально, так как он должен со­держать несоизмеримо больших размеров пружину, рассчитанную на значительную силу сжатия (например, при площади запорно-регулирующего элемента 2 см² равную 8 - 10 кН).

Для устранения мощной пружины применяют клапаны непрямого действия, в которых для управления основным клапаном используют вспомогательный игольчатый клапан (рис. 6,а) . Запорно-регулирующий элемент прижимается к седлу клапана давлением жидкости и силой сравнительно слабой пружины. При увеличении давления до заданного значения открывается игольчатый клапан, давление за запорно-регулирующим элементом падает и он, перемещаясь вправо, перепускает жид­кость на слив. В результате демпфирующего действия отверстия, распо­ложенного в запорно-регулирующем элементе, отсутствуют колебания последнего и, следовательно, колебания давления в напорной гидро­линии.

Если для питания гидроусилителей, управляющих гидромашинами, применяют отдельный насос (см. рис. 5), то для снижения затрат мощ­ности на его привод иногда используют переливной клапан с изменяе­мым управляющим давлением (рис. 6, б). По каналу 1 к клапану подводится жидкость от гидролинии, соединяющей насос с гидроуси­лителями, в которой поддерживается управляющее давление, по каналу 2 подводится жидкость от напорной гидролинии ОГП и по каналу 3 жидкость поступает на слив. К торцевой поверхности золотника через выполненный в нем канал поступает жидкость под управляющим давле­нием, создавая осевую силу. Эта сила уравновешивается осевой силой, создаваемой давлением нагнетания, также действующим на золотник, и силой пружины. В результате такого устройства клапан изменяет управ­ляющее давление в зависимости от давления в напорной гидролинии ОГП. При меньшем давлении в напорной гидролинии усилия, действую­щие на поворотную люльку или наклонный диск гидромашины, меньше, и управлять ими можно при меньшем давлении в гидроусилителе.

Рис. 6. Схемы клапанов

Подвод жидкости к торцевой поверхности золотника через канал малого диаметра создает демпфирующее действие и устраняет колебания золотника и управляющего давления.

Если ГОТ содержит несколько гидромоторов, приводящих во вра­щение отдельные колеса самоходной машины, то она выполняет также функции механического дифференциала. В этом случае, если одно из ко­лес попало на скользкую поверхность и начало пробуксовывать, к ос­тальным колесам не может быть подведена сила тяги, большая, чем сила тяги буксующего колеса, определяемая его сцеплением с дорогой. Для увеличения проходимости самоходных машин ГОТ иногда оснащают регуляторами расхода, уменьшающими подачу жидкости от насоса к гидромотору буксующего колеса и увеличивающими в результате этого давление нагнетания и силу тяги на остальных колесах (рис. 7). Жид­кость от насоса под давлением р_н нагнетания подводится к регулятору и от него отводится к двум гидромоторам. При прохождении жидкости через калиброванные отверстия 1 и 4 ее давление несколько уменьшает­ся. В соответствии с известным уравнением расхода давление р₁ зависит от расхода G1 жидкости, поступающей к левому гидромотору, а давле­ние р₂ зависит от расхода Q₂ жидкости, поступающей к правому гидро­мотору. При прямолинейном движении самоходной машины Q1 = Q₂ и P1 = P2, результате чего золотник 2 находится в среднем положении. При этом давление на выходе из регулятора р1* = р1 и р_2* ⁼ Р2.

Рис. 7. Схема регулятора расхода

При буксующем левом колесе и неподвижной самоходной машине вся жидкость от насоса поступает к левому гидромотору (расход (Q₂ = 0). Давление р1 определяется силой сцепления буксующего колеса с дорогой и имеет невысокое значение. В результате действия дроссе­лирующего отверстия 1 давление pi немного меньше давления р_н, в этом случае равного давлению р₂. Поэтому сила тяги на небуксующем колесе не намного больше силы тяги на буксующем колесе, и самоход­ная машина не в состоянии тронуться с места. Под действием разности давлений р₂ и p₁ золотник 2 перемещается влево, перекрывая отверстие, через которое жидкость поступает к гидромотору буксующего колеса. При этом давление р1* сохраняется прежним, а давления pi, р_н и р_2* возрастают. В результате увеличения давления р_2* жидкости, подводи­мой к гидромотору небуксующего колеса, машина трогается с места. Если в процессе движения левое колесо останется на скользкой поверх­ности, то оно будет катиться с буксованием. Расход Qi будет по-прежне­му больше расхода Q₂, а давление р'1* меньше давления р_2* .

Регулятор имеет пружину 3 с предварительной затяжкой, которая удерживает золотник 2 в среднем положении при движении самоходной машины на повороте, когда расход Q1 ненамного отличается от расхода Q₂. Регулятор следует применять только на самоходных машинах высо­- кой проходимости, так как калиброванные отверстия 1 и 4 создают дополнительное сопротивление движению жидкости и снижают КПД трансмиссии.

Для управления регулируемыми насосами и гидромотором исполь­зуют различные гидроусилители. Гидроусилитель содержит распредели­тель и управляемый им гидродвигатель и может иметь обратную связь выходного звена гидродвигателя с входным звеном гидрораспредели­теля. Если этой связи нет, то любому перемещению входного звена рас­пределителя соответствует непрерывное перемещение (до максималь­ного значения) выходного звена гидродвигателя. При наличии обратной связи гидроусилитель представляет собой следящий гидропривод (сле­дящую систему), в котором перемещение выходного звена пропорцио­нально перемещению входного звена. При автоматическом управлении гидромашинами ОГП можно применять усилители как с обратной связью так и без нее.

Ниже рассмотрены усилители только с обратной связью.

На рис. 8, а показана схема гидроусилителя 452 с поршнем типа "тандем", применяемого для управления аксиально-поршневой с пово­ротной люлькой гидромашины 207.20, выпускаемой Московским маши­ностроительным заводом имени М.И. Калинина. Рабочая жидкость систе­мы управления через отверстие в неподвижном поршне 3, установленном в корпусе 4, подается в правую полость цилиндра. При перемещении'зо­лотника 1 влево левая полость цилиндра соединяется с правой, и корпус 2 гидроусилителя перемещается влево до тех пор, пока не закроется открывшееся окно распределителя. Закрытие этого окна, вызванное перемещением корпуса, представляет собой обратную связь выхода гидроусилителя с его входом. При перемещении золотника вправо ле­вая полость цилиндра сообщается со сливом, и корпус гидроусилителя перемещается вправо, пока не закроется окно распределителя. Корпус гидроусилителя соединен с цапфой (укрепленной на люльке гидромаши­ны) и осуществляет ее поворот.

На рис. 8, б показана схема гидроусилителя, предназначенного для управления аксиально-поршневой гидромашиной с наклонным диском фирмы "Лукас" (Великобритания). Поршень 6 типа "тандем" располо­жен в цилиндрах корпуса 9 гидромашины. В средней части поршень при помощи сухаря 7 соединен с наклонным диском 8 гидромашины. Жидкость от насоса подпитки подводится в верхний цилиндр. При пере­мещении золотника 5 вверх жидкость по каналу в поршне из верхнего цилиндра поступает в нижний цилиндр большого диаметра, и поршень движется вверх до тех пор, пока золотник не перекроет окна.

При перемещении золотника вниз открывается окно, соединяющее нижний цилиндр со сливной линией (слив осуществляется внутрь гидро­машины) „ Поршень перемещается вниз, пока не закроется открывшееся ранее окно распределителя.

На рис. 8, в показана схема гидроусилителя, предназначенного для управления нереверсивным насосом с наклонным диском типа "Вер-дис", отличающаяся от предыдущих наличием устройства "сопло—за­слонка", позволяющего просто осуществить обратную связь. Жидкость под давлением по каналу 14 поступает внутрь цилиндра сервомотора и через сопло 10 в поршне 11 свободно вытекает внутрь насоса. Поршень 11 соединен с наклонным диском 15. Заслонка 12 перемещается при по­мощи кулачка 13. При работе гидромашины в режиме насоса наклонный диск под действием приложенных к нему сил со стороны поршней блока цилиндров насоса стремится занять вертикальное положение.

Рис. 8. Схемы гидроусилителей

При этом сопло приближается к заслонке, давление в цилиндре возрастает, и наклонный диск останавливается. Сила давления жидкости, действую­щая на поршень, уравновешивает силу, приложенную к поршню со сто­роны наклонного диска. При повороте кулачка и перемещении заслонки давление в гидроцилиндре изменяется, и поршень перемещается вслед за заслонкой.

При движении самоходной машины по инерции или на спуске с при­крытой дроссельной заслонкой карбюратора двигателя насос работает в режиме гидромотора. Наклонный диск в этом случае стремится повер­нуться на максимальный угол. Гидроусилитель не препятствует этому. В ОГП устанавливается минимальное передаточное число, в результате чего не происходит резкого торможения самоходной машины. Недостат­ком усилителя является то, что его можно использовать только с нере­версивным насосом. Для управления насосом фирмы "Гидроматик" использован гидро­усилитель с возвратной пружиной (рис. 9). Распределитель гидроусили­теля содержит поворачивающийся золотник 3, помещенный в свободно укрепленной гильзе 2. Поршень 1 управляет наклонным писком насоса. При повороте золотника 3 по часовой стрелке жидкость от насоса под­питки поступает в верхнюю часть цилиндра, в результате чего поршень, сжимая нижнюю пружину, опускается вниз. Перемещаясь, поршень при помощи рычага 4 жесткой обратной связи поворачивает гильзу 2. Движение поршня продолжается до тех пор, пока повернувшаяся гильза не закроет окно для прохода жидкости в цилиндр.

В обратную сторону поршень перемещается под действием силы пружины. При этом жидкость из верхней части цилиндра через распре­делитель поступает на слив.

Поршень показан в положении, которому соответствует вертикаль­ное положение наклонного диска насоса. При повороте золотника 3 против часовой стрелки жидкость поступает в нижнюю часть цилиндра, и поршень поднимается вверх, поворачивая наклонный диск в проти­воположную сторону, что обеспечивает задний ход самоходной машины.

Максимальный угол поворота золотника в каждую сторону от нейтрального положения составляет 30°.

Рис. 9. Гидроусилитель с возвратной пружиной

Типовой гидравлической схемой для экскаваторов с жесткой подвеской рабочего органа является двухпоточная система с двух­секционным насосом, производительность которого регулируется по суммарному давлению, а суммирование протоков обоих насосов осуществляется внутри золотников (рис. 10).

Рис. 10. Гидравлическая схема экскаватора

Вал 24 сдвоенного насоса 19 получает вращение от приводного двигателя через встроенный редуктор 20. Поворотные корпуса 25 сдвоенного насоса установлены на подшипниках, связаны травер­сой 26 регулятора мощности и синхронно поворачиваются вокруг оси качания на 26°, чем достигается изменение их производитель­ности. Регулятор мощности представляет собой золотник 27, кото­рый, с одной стороны, воспринимает усилие пружины 28, а с дру­гой - давление на выходе из секций насоса. При малых давлениях насосы развивают максимальную производительность. С увели­чением давления золотник 27, сжимая пружину, поворачивает по­воротные корпуса, при этом снижается производительность насо­сов, а мощность остается постоянной.

От секций насоса (А и Б) жидкость (масло) поступает в гидрораспределительные блоки 18 и 15 с проточной разгрузкой насоса. В нейтральном положении золотников напорная гидро­линия соединена со сливной специальным проточным каналом, ко­торый перекрывается при включении любого из золотников блока. Применение такой схемы позволяет плавно включать механизмы и устранить повышенное давление во время включения золотни­ков.

Насосы и их привод защищены от перегрузок предохранитель­ными клапанами первичной защиты 1 и 16. Клапаны настраивают­ся на максимальное давление, и если оно в системе превышает это значение, то они открываются и жидкость перепускается в слив­ную магистраль, откуда через радиатор 31 и фильтр 29 - в бак. Если все золотники гидрораспределительного блока 18 находятся в нейтральном положении, то поток от секции А насоса 19 объеди­няется с потоком от секции Б и идет в гидрораспределительный блок 15. При включении любого из золотников блока 18 потоки от секций А и Б разъединяются, причем слив из гидрораспределителя 18 направляется в бак, а распределительный блок 15 питается только потоком от секции Б насоса. Таким образом, если работа­ют цилиндры 12, цилиндры ковша 13 или гидромотор механизма передвижения 10, то используется суммарная производительность насосной установки. Работа цилиндра рукояти 7 или гидромотора механизма поворота 3 обеспечивается всегда только секцией А на­сосной установки.

Золотники ЗР2 блока 18 и ЗР4 блока 15 служат для привода гусеничного хода; подключение гидромоторов передвижения 10 и 5 аналогично подключению гидромотора поворота стрелы с эле­ментами защиты 9 и 6. Золотник ЗРЗ блока 18 управляет гидро­цилиндром рукояти 7. Соединение каналов а с а1 и б с б₁ дает движение цилиндра в одну сторону; а с б₁ и а с б — в другую.

В системе установлены клапаны вторичной защиты 8. Они за­щищают систему от реактивных (пассивных) перегрузок, которые могут возникнуть в запертом гидроцилиндре (золотник в нейт­ральном запертом положении, как показано на рис. 10). При срабатывании клапанов жидкость перебрасывается из магистрали повышенного давления в магистраль пониженного давления. Кро­ме того, через канал в магистраль соединяется со сливом, в ре­зультате чего осуществляется подпитка или удаление излишка жидкости. Подпитка происходит при передаче жидкости из штоковой полости в поршневую или при дренажных утечках, слив — во время перемещения жидкости из поршневой полости в штоковую.

Золотник ЗРЗ секции насоса А независимо от секции насоса Б гидрораспределительного блока 18 дает возможность совмещать движение гидроцилиндра рукояти 7 с движением гидроцилиндра стрелы 12 или гидроцилиндра ковша 13 при независимом управ­лении каждым из совмещаемых движений. Кроме того, включением золотника ЗР7 блока 15 имеется возможность при нейтральном положении золотников ЗР4, ЗР5 и ЗР6 подать жидкость от обеих секций насоса в цилиндр 7 поворота рукояти. Регулирование ско­ростей совмещаемых и несовмещаемых движений осуществляется различной степенью перекрытия каналов соответствующими зо­лотниками.

Золотники ЗР2 блока 18 и ЗР4 блока 15 управляют соответст­венно гидромоторами левой 10 и правой 5 гусениц, золотники ЗР5 и ЗР6 блока 15 управляют соответственно цилиндрами подъ­ема стрелы 12 и поворота ковша 13. Подключение цилиндра 13 аналогично цилиндру 7. В системе привода цилиндра 13 не имеет­ся клапанов вторичной защиты. Гидроцилиндр 12 поворота стре­лы, кроме блока вторичной защиты 6, работающего аналогично блоку вторичной защиты 8 цилиндра 7 поворота рукояти, имеет в магистрали соединяющие поршневые полости цилиндров — регу­лируемый дроссель 11 и обратный клапан 14. Гидродвигатель 3 имеет вторичную защиту 4. При подаче жидкости в поршневые по­лости во время подъема стрелы жидкость без препятствий прохо­дит через обратный клапан 14. При опускании стрелы без исполь­зования насосной установки жидкость идет через дроссель 11, что ограничивает скорость опускания, предупреждает разрыв потока, уменьшает динамические нагрузки.

Слив от блока распределителей 18 и 15 поступает в бак через двухпозиционный золотник 30, который позволяет направлять ра­бочую жидкость в фильтры 29, установленные параллельно, или через радиатор 31, или минуя его. Для контроля настройки предо­хранительных клапанов устанавливается манометр 23, который может поочередно подключаться к напорным линиям секций А и Б насоса 19. Давление в сливной магистрали контролируется ма­нометром 17, а температура рабочей жидкости — датчиком 21 с указателем 22.