Делитель потока с обратным клапаном (8 видео)

Делителем потока называется клапан соотношения расходов, предназначенный для разделения одного потока рабочей жидкости на два и более равных потока независимо от величины противодавления в каждом из них. Делители потока применяют в гидроприводах (гидронасосах) машин, в которых требуется обеспечить синхронизацию движения выходных звеньев параллельно работающих гидродвигателей, преодолевающих неодинаковую нагрузку.

Рис.1. Делитель потока:
а — принципиальная схема; б — условное обозначение;
в — условное обозначение сумматора потока

Делитель потока (рис.1) состоит из двух нерегулируемых дросселей 1 и двух дросселей 2, проходные сечения которых могут автоматически изменяться благодаря перемещению плунжера 3. При равенстве нагрузок ( F ₁ = F ₂ ) и площадей поршней гидроцилиндров давление P ₁ = P ₂ , перепад давлений ? P = ( P ₃ — P ₄ ) = 0, плунжер 3 делителя занимает среднее положение, а расходы в обеих линиях одинаковые. Если нагрузка на один из любых гидродвигателей изменится, то под действием возникшего перепада давлений у плунжера делителя он начнет смещаться из среднего положения, изменяя одновременно проходные сечения дросселей 2. Перемещение прекратится, когда давления P ₃ и P ₄ выровняются. В этом положении плунжера расходы в обеих ветвях будут одинаковыми. Таким образом, поддержание равенства расходов в обеих ветвях осуществляется за счет дросселирования потока в той ветви, где гидродвигатель нагружен меньше.

Делитель потока может также быть и сумматором потока (рис.1, в). В этом случае в подводимых к нему двух трубопроводах поддерживается постоянный расход рабочей жидкости.

Содержание

Практические рекомендации Sun Hydraulics. Делители потока, делители/сумматоры потока.
Применение
Конструктивные принципы и особенности
Приоритетные делители потока — рабочие характеристики
💥 Видео

Видео:Делитель потока на гидравлику. Как сделать одновременное выдвижение гидроцилиндров.Скачать

Практические рекомендации Sun Hydraulics. Делители потока, делители/сумматоры потока.

Видео:Дроссель для регулирования скорости потока. Дроссель с обратным клапаномСкачать

Применение

Существует два типа делителей и делителей/сумматоров потока:

Золотниковый тип
Шестеренный тип

Каждый тип отличается собственным набором параметров:

Диапазон расхода
Рабочее давление
Точность
Параметры, зависящие от применения

Компания Sun Hydraulics производит делители и делители/сумматоры потока золотникового типа с компенсацией давления, которые могут применяться для разделения либо суммирования потока в различных системах. Данные клапаны имеют простую конструкцию и легки в эксплуатации. В делителях потока имеется всего одна движущаяся часть, а в делителях/ сумматорах потока — до трех. Следует отметить, что простота конструкции не обязательно подразумевает простоту применения в плане подбора клапанов.

При использовании делителей и делителей/сумматоров потока Sun Hydraulics золотникового типа необходимо выделить несколько особенностей применения.

Расходы, меньшие установленного рабочего диапазона, а также попадание воздуха в систему и/или загрязнение могут снизить точность работы клапанов по сравнению с заявленной.
Во всех системах, где применяются делители и делители/ сумматоры потока суммарная погрешность имеет свойство накопления. Несмотря на то, что два или более клапана, установленных последовательно, будут работать в пределах заявленной погрешности, накопительный эффект рассматривается в разрезе влияния на параметры всей системы.

Две из наиболее распространенных областей применения характеризуются наличием контуров с несколькими гидроцилиндрами либо с гидромотором.

Системы с гидроцилиндрами

В режиме разделения потока делители (или делители/ сумматоры) с компенсацией давления разделяют поток, не выходя за рамки заявленной погрешности. Их конструкция обеспечивает поступление повышенного расхода (в процентном соотношении) в контур с наибольшим давлением нагрузки. Если гидроцилиндры жестко соединены между собой, ведущий гидроцилиндр может потянуть за собой ведомый гидроцилиндр, что вызовет кавитацию в последнем.

В режиме суммирования потоков данные клапаны соединяют потоки, не выходя за рамки заявленной погрешности. Однако, функция компенсации давления обеспечивает поступление повышенного расхода (в процентном соотношении) в контур с наименьшим давлением нагрузки.

Система должна обеспечивать синхронизацию гидроцилиндров в конце рабочего хода, в противном случае возможно появление дополнительной погрешности с каждым рабочим циклом. В случае если механизм соединения гидроцилиндров имеет избыточную жесткость, погрешность может вызвать блокировку системы с возможным повреждением ее элементов.

Функция компенсации давления влияет на системы с гидромоторами аналогично системам с гидроцилиндрами. Жесткие рамы или механизмы, соединяющие гидромоторы между собой (механическая синхронизация выходных валов; например, колес при движении по какому-либо покрытию или ведущих шестерен конвейера), могут стать причиной кавитации, блокировки системы либо повышения давления.

Колебания скорости движения и/или возможная блокировка системы также могут быть вызваны разницей рабочего объема гидромоторов, утечками, различиями в диаметре колес, а также изменениями коэффициента трения между колесами и покрытием.

В системах транспортных средств с несколькими ведущими колесами возможно значительное повышение давления. Примером может являться транспортное средство с четырьмя ведущими колесами, движущееся вниз по склону со сцеплением всех колес с поверхностью. Вследствие замедления давление нагрузки во всех четырех колесных гидромоторах составляет 210 бар. В этот момент на трех из четырех гидромоторах пропадает тяга, что теоретически может привести к скачку давления на четвертом гидромоторе до 840 бар.

Установка предохранительных клапанов на гидроцилиндре или гидромоторе позволит минимизировать возможный скачок давления, приводящий к повреждению системы.
Установка подпиточных обратных клапанов (клапанов защиты от кавитации) на гидроцилиндрах или гидромоторах поможет решить проблему кавитации.
Использование правильно подобранных подвижных жиклеров в схеме управления тяговым гидромотором снижает вероятность блокировки системы и позволяет двигаться по переменному рельефу или обеспечивает работу сочлененного моста.

Вывод: каждое применение делителя или делителя/ сумматора потока подлежит подробному анализу. Все обсуждения должны основываться на предполагаемых параметрах работы системы при любых возможных условиях эксплуатации. С целью устранения всех ранее рассмотренных потенциальных проблем, которые могут повлиять на работоспособность системы, необходимо принятие соответствующих мер предосторожности.

Видео:Редукционный гидравлический клапан VRPRLСкачать

Конструктивные принципы и особенности

Компания Sun Hydraulics производит семь моделей делителей и делителей/ сумматоров потока золотникового типа с компенсацией давления, четыре исполнения со стандартной точностью под большие расходы и три исполнения с повышенной точностью под малые расходы. Диапазон расхода на входе составляет 1… 270 л/мин при рабочем давлении до 350 бар. (Необходимо отметить, что клапаны всех моделей и исполнений не выполняют функции разделения или суммирования потоков при расходах, меньших минимального требуемого расхода на входе. При начальном нулевом расходе клапан по сути является тройником до момента повышения расхода до минимального). Все семь моделей клапанов производятся в четырех типоразмерах, что обеспечивает более широкий диапазон расхода по сравнению с другими типовыми делителями и делителями/сумматорами потока. (Исполнения с повышенной точностью рассчитаны на приблизительно вдвое меньшие расходы по сравнению с моделями со стандартной точностью в рамках каждого типоразмера).

Делители потока – FS*D, FSBD и FS*C

Делители потока Sun Hydraulics стандартной точности серии FS*D и повышенной точности серий FSBD и FS*C предназначены для использования в схемах с гидромоторами или гидроцилиндрами, в которых требуется разделение потока только в одном направлении (при использовании реверсивного гидромотора требуется обратный клапан). Кроме того, данные клапаны могут применяться в системах, где от одного насоса питаются несколько гидравлических контуров (см. рис. 1 и 2).

Основные эксплуатационные характеристики:

Большая пропускная способность при компактных размерах.
Погрешность клапанов стандартной точности: от ±3,5%при максимальном входном расходе до ±6,5% при минимальном входном расходе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Погрешность клапанов повышенной точности: от ±2,5%при максимальном входном расходе до ±4,5% при минимальном входном расходе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Варианты соотношений при разделении нескольких потоков (кроме серии FS*C): 50:50, 40:60 и 33:67 (независимо от соотношения деления потока, в линии 2 (выход) расход всегда меньше, чем в линии 4 (выход)).
Параметры обратного потока в данных клапанах являются непредсказуемыми, поскольку они не предназначены для суммирования потоков противоположного направления.

Делители/сумматоры потока с закрытым центром – FS*A, FSAA, FSBA и FS*G

Большая пропускная способность при компактных размерах.
Погрешность клапанов стандартной точности: от ±3,5%при максимальном входном расходе до ±6,5% при минимальном входном расходе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Погрешность клапанов повышенной точности: от ±2,5%при максимальном входном расходе до ±4,5% при минимальном входном расходе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Варианты соотношений при разделении нескольких потоков (кроме серии FS*C): 50:50, 40:60 и 33:67 (независимо от соотношения деления потока, в линии 2 (выход) расход всегда меньше, чем в линии 4 (выход)).
Параметры обратного потока в данных клапанах являются непредсказуемыми, поскольку они не предназначены для суммирования потоков противоположного направления.

Делители/сумматоры потока с закрытым центром под высокие расходы – FS*H

Делители/сумматоры потока Sun Hydraulics с закрытым центром стандартной точности серии FS*A и повышенной точности серии FSAA предназначены для использования в схемах с гидромоторами или гидроцилиндрами, в которых требуется разделение потока в двух направлениях (см. рис. 3 и 4).

Основные эксплуатационные характеристики:

Большая пропускная способность при компактных размерах.
Соотношение деления потока: 50:50.
Уникальная особенность данных клапанов — закрытый центр; если линия 3 (вход) закрыта, поток блокируется. Несмотря на то, что наличие ограниченных перетечек между линиями не обеспечивает полную герметичность при удержании нагрузки, конструкция позволяет свести перетечки к минимуму.
Погрешность разделения/суммирования потока для клапанов стандартной точности: от ±3,5% при 50% от максимального расхода на входе до ±6,5% при 50% от минимального расхода на входе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Погрешность разделения/суммирования потока для клапанов повышенной точности: от ±2,5% при 50% от максимального расхода на входе до ±4,5% при 50% от минимального расхода на входе, при перепаде давления между контурами 350 бар.

Делители/сумматоры потока с закрытым центром под высокие расходы – FS*H

Делители/сумматоры потока Sun Hydraulics высокой пропускной способности серии FS*H главным образом применяются в схемах управления тяговыми гидромоторами (см. рис. 5).

Основные эксплуатационные характеристики:

Повышенная пропускная способность (на 15% выше по сравнению со стандартными делителями/сумматорами потока аналогичных типоразмеров).
Незначительно сниженная точность по сравнению с делителями/сумматорами потока стандартной точности. Погрешность разделения/суммирования потока: от ±4,0% при 50% от максимального расхода на входе до ±6,5% при 50% от минимального расхода на входе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Соотношение деления потока: 50:50.
Уникальная особенность данных клапанов — закрытый центр; если линия 3 (вход) закрыта, поток блокируется.
Проскальзывание дифференциала в системах управления тяговыми гидромоторами обеспечивается путем установки жиклеров в манифольде.

Синхронизирующие делители/сумматоры потока – FS*S, FSCS, FSDS и FS*R

Синхронизирующие делители/сумматоры потока Sun Hydraulics стандартной точности серии FS*S и повышенной точности серий FSDS и FS*R позволяют реализовать синхронизацию двух гидроцилиндров. При достижении конца рабочего хода первого гидроцилиндра пониженный расход, не зависящий от давления, поступает в/из второго гидроцилиндра до его перемещения в конец рабочего хода (см. рис. 6).

Основные эксплуатационные характеристики:

Большая пропускная способность при компактных размерах.
Соотношение деления потока: 50:50.
Коррекция статической погрешности в обоих направлениях.
Погрешность разделения/суммирования потока клапанов стандартной точности: от ±2,5% при 50% от максимального расхода на входе до ±4,5% при 50% от минимального расхода на входе, при перепаде давления между контурами 350 бар.
Погрешность разделения/суммирования потока клапанов повышенной точности: от ±2,0% при 50% от максимального расхода на входе до ±3,5% при 50% от минимального расхода на входе, при перепаде давления между контурами 350 бар. Расход на синхронизацию: приблизительно 15% от минимального расхода через клапан.

Примечание: при использовании регуляторов расхода вместе с делителями потока необходимо обратить особое внимание на ориентацию и расположение первых. Для получения более подробной информации см. рис. 7.

Видео:Гидравлический регулятор расхода (Схема подключения, обзор)Скачать

Приоритетные делители потока — рабочие характеристики

В гидросистемах различной спецтехники часто проявляется необходимость распределять поток рабочей жидкости от одного насоса в два независимых контура. Причем в один контур следует направить строго дозированную величину потока, а во второй – оставшуюся часть.

Эти требования выполняет тип дроссельного клапана, который называется приоритетный делитель потока. Его конструктивная схема и условное графическое изображение показаны на рис. 1.

Рис. 1. Регулируемый приоритетный делитель потока

Корпус делителя потока содержит три порта: входной (нагнетательный) и два рабочих – А и В. Рабочие порты А и В соединяются с соответствующими контурами гидросистемы. Внутри корпуса установлены дросселирующий цилиндрический золотник и регулируемый дроссель.

Маховичок управления дросселя выходит наружу. Между торцами золотника и корпусом выполнены рабочие полости. В одной торцевой полости размещена пружина, удерживающая золотник в исходном положении.

Вторая торцевая полость сообщается с входным нагнетательным каналом через осевое отверстие, выполненное в буртике золотника. Нагнетательный канал в корпусе разветвляется. Одна его ветвь через дросселирующее окно золотника соединяется с выходным рабочим портом А.

В другой ветви нагнетательного канала после золотника расположен конический регулируемый дроссель. Канал за дросселем соединяется с подпружиненной торцевой полостью и через второе дросселирующее окно золотника с выходным рабочим портом В.

Напомним, что дросселирующий золотник в промежуточных положениях пропорционально открывает рабочее окно и тем самым плавно регулирует величину потока рабочей жидкости.

Релейный же золотник при работе занимает только среднее и крайние положения, направляя полный поток в различные каналы, но не изменяя его величину.

Дросселирующий золотник с пружиной и рабочими торцевыми полостями образуют регулятор. Работа приоритетного делителя потока происходит следующим образом. Часть рабочей жидкости, проходя через конический дроссель и рабочее окно золотника, направляется в контур В (см. рис. 1).

Величина проходного сечения конического дросселя определяет значение перепада давления и, соответственно, расхода рабочей жидкости, поступающего в контур В. Оставшаяся (избыточная) часть потока через рабочее окно золотника направляется в контур А.

Рабочая жидкость в нагнетательном канале, проходя через осевое отверстие в буртике, воздействует на торец золотника. В противоположной полости разделенный поток, направляясь в контур В, также воздействует на второй торец золотника.

Но компенсировать гидравлическую силу, действующую на торец золотника со стороны нагнетания, невозможно, поскольку в подпружиненной полости давление меньше за счет его потери на коническом дросселе.

Поэтому динамическое равновесие золотника позволяет сохранить пружина, усилие которой компенсирует силовые потери при перепаде давления на коническом дросселе.

Если в результате повышения нагрузки на рабочий орган машины увеличится давление в контуре В, значение перепада давления на дросселе уменьшится, а значит, величина расхода в контуре В также уменьшится. Но золотник под действием на его подпружиненный торец увеличившейся гидравлической силы автоматически переместится вправо.

При этом площадь рабочего окна в канале А уменьшится, давление нагнетания возрастет, значение перепада давления на дросселе восстановится, и величина расхода в контуре В станет прежней. При уменьшении нагрузки происходит обратный процесс.

Однако следует отметить, что при возрастании давления в контуре В и чрезмерном закрытии рабочего окна в канале А избыток рабочей жидкости может сливаться через предохранительный клапан в гидробак, а при использовании насоса с регулятором давления это обстоятельство вызовет уменьшение его рабочего объема и, соответственно, первоначального расхода.

Регулировкой конического дросселя обеспечивается любая величина расхода, поступающего в контур В. При полностью закрытом коническом дросселе весь поток будет направляться в контур А, при полностью открытом – в контур В.

Таким образом, величина расхода, направляемого в приоритетный контур В, может регулироваться от 0 до 100% производительности насоса.

Рис. 2. Схема разделения потоков колесной машины с гидромоторами Poclain

Вместе с тем в гидросистемах многих машин часто используются дроссельные делители потока, которые обеспечивают строго одинаковый расход в оба контура, не выделяя приоритетов. Для демонстрации практического применения таких устройств обратимся к части схемы гидростатической трансмиссии привода передних колес гидравлической машины, приведенной на рис. 2.

Здесь дроссельный делитель потока обеспечивает с высокой точностью одинаковую подачу в каждый гидромотор, равную половинной производительности насоса, т.е. 50:50%. Такая схема гарантирует получение гидромоторами одинакового количества рабочей жидкости независимо от степени сцепления колес с грунтом, минимизируя их проскальзывание.

Во время движения машины дроссельный золотник будет автоматически отслеживать изменение крутящего момента на каждом колесе и компенсировать изменение расхода.

Предположим, что во время движения машины правое колесо наехало на препятствие. Немедленно вырос нагрузочный крутящий момент и, соответственно, возросло давление р2. Перепад давления на правом рабочем окне делителя потока уменьшился, и расход, поступающий в гидромотор, снизился.

Одновременно возросло давление в нагнетающем канале и перепад давления в левом рабочем окне увеличился, в результате больший расход начал поступать в левый гидромотор. Но в это же время дросселирующий золотник под действием давления р2 немного сместился влево и уменьшил площадь левого рабочего окна, увеличив проходную щель правого.

Таким образом, вновь установился правильный перепад давления на обоих рабочих окнах, и, следовательно, оба расхода, поступающих в гидромоторы, выровнялись, обеспечив прямолинейное движение машины.

Дросселирующий золотник делителя потока всегда находится в динамическом равновесии и мгновенно реагирует на изменение давления в любой ветви рабочего контура.

Конечно, любая автоматическая система работает на принципе запаздывания, но описанные процессы происходят в течение долей секунды и практически не влияют на чувствительность машины при изменении внешних нагрузок. Как видно из схемы (рис. 2), этот делитель потока не содержит регулируемого дросселя, управляющего величиной приоритетного расхода.

Объясняется это тем, что в данной системе всегда требуется деление потока только на две точно равные части. Главным недостатком дроссельных делителей потока является большая потеря полезной энергии, переводимая в тепло при дросселировании рабочей жидкости.

Поэтому на мощной мобильной технике используются объемные делители потока. Они более эффективно поддерживают рабочее давление, с их помощью можно увеличить толкающее усилие гидроцилиндров или крутящий момент гидромоторов.

Рис. 3. Принципиальная схема шестеренного делителя потока

Широкое распространение получили шестеренные делители потока, но если требуется большая эффективность, мощность и высокий КПД, используются поршневые типы таких устройств. На рис. 3 приведена принципиальная схема шестеренного делителя потока.

Шестеренные делители потока содержат две (рис. 3) или несколько секций пар зубчатых колес, соединенных общим валом. Практически это секционные гидромоторы. Поступающий в них от насоса поток рабочей жидкости делится каждой секцией соответственно на две или несколько частей.

Величина разделенных расходов пропорциональна рабочим объемам каждой секции. В нашем примере поток делится поровну – 50:50%. Объемные делители потока не только разделяют его на части, но и перераспределяют энергию.

Рассмотрим принцип усиления потока на гидросхеме, приведенной на рис. 4. Здесь в номинальном режиме оба потока на выходе делителя питают один гидромотор. При воздействии на вал гидромотора высокой внешней нагрузки давление возрастает, превышая настройку разгрузочного клапана (10,0 МПа). Чтобы преодолеть силы сопротивления, необходимо усилить мощность потока.

Рис. 4. Схема усиления потока

Известно, что гидравлическая энергия (мощность) является продуктом потока рабочей жидкости и давления. Крутящий момент, развиваемый гидромотором, является продуктом давления и его рабочего объема.

Когда рабочее давление в гидромоторе возрастет свыше 10,0 МПа, разгрузочный клапан откроется. Половина потока рабочей жидкости (из левой секции – 25 дм3/мин) направится назад в гидробак под очень небольшим, практически нулевым давлением.

Обратный клапан изолирует левую секцию делителя потока от высокого давления. В этом случае в гидромотор будет поступать поток только из правой секции делителя (25 дм3/мин). Частота вращения вала гидромотора снизится вдвое и станет 125 об/мин.

Две шестеренные секции делителя потока соединены общим валом. Поскольку левая секция практически разгружена, вся имеющаяся мощность передается через правую секцию делителя потока.