Гидравлический клапан с пропорциональным управлением (8 видео)

Содержание

Устройство гидрораспределителя с пропорциональным управлением
Устройство гидрораспределителя с пропорциональным управлением
Гидроприводы с электрическим пропорциональным управлением. Пропорциональные электромагнитные гидрораспределители.
8.1. Пропорциональные электромагниты
8.2. Гидроаппараты с электрическим пропорциональным управлением
8.2.1. Клапаны давления
8.2.2. Гидрораспределители
💥 Видео

Видео:Дивертор с электромагнитным управлением. Клапан DVS6 и SVV 90Скачать

Устройство гидрораспределителя с пропорциональным управлением

Видео:Пропорциональные клапаны (FluidSIM).Скачать

Устройство гидрораспределителя с пропорциональным управлением

Гидрораспределители релейного управления (типа «включено-выключено») при движении золотника практически весь поток рабочей жидкости сразу же направляют в гидродвигатель, который немедленно набирает максимальную скорость.

При возврате золотника в нейтральное положение поток жидкости в гидродвигатель (гидроцилиндр) резко перекрывается. В результате в начале движения и остановки исполнительного механизма возникают гидравлические удары, значительные скачки давления, негативно влияющие на работу гидросистемы.

При пропорциональном управлении движение золотника обеспечивает плавное и точное регулирование величины потока, поступающего в гидродвигатель.

Это дает возможность изменять скорость гидродвигателя в широком диапазоне – от нуля до максимума. Давление также меняется плавно, без существенных скачков. Работа гидросистемы заметно улучшается, долговечность ее возрастает.

Пропорциональное управление увеличивает степень безопасности системы, снижает величину внутренних утечек, улучшает работу всех компонентов гидропривода, повышает точность и удобство управления машиной в эксплуатации.

Пропорциональный гидрораспределитель с электроуправлением

Пропорциональное управление базируется на простых процессах. Золотник имеет высокоточные прорези на рабочих кромках, как это показано на рисунке 1. Фактически они играют роль дросселей, поэтому такие золотники называются дросселирующими.

Рис. 1. Пропорциональный распределитель и его золотник с высокоточными прорезями

Движение дросселирующего золотника осуществляется внешней силой (в данном примере силой пропорционального электромагнита).

При постепенном движении дросселирующего золотника пропорционально меняется площадь рабочих окон между его прорезями и расточками в корпусе, что позволяет управлять расходом.

Контролируемая часть расхода поступает в гидродвигатель (гидроцилиндр), а остаток жидкости сливается в гидробак. В пропорциональных гидравлических распределителях с закрытым центром остаток рабочей жидкости поступает в гидробак под давлением, превышающим открытие предохранительного клапана.

Здесь используется принцип регулирования потока рабочей жидкости с дросселем, установленным на входе в гидродвигатель, и предохранительным клапаном.

В пропорциональных гидрораспределителях с открытым центром остаток рабочей жидкости поступает в гидробак при невысоком давлении. В них применяется принцип регулирования потока рабочей жидкости с дросселем, установленным параллельно гидродвигателю.

Рис. 2. Гидросхема с гидрораспределителем, представленным в виде дросселей

1 – дроссельное окно распределителя нагнетающей магистрали; 2 – дроссельное окно гидрораспределителя сливной магистрали; 3 – дроссельное окно гидравлического распределителя параллельной магистрали

Предохранительный клапан при этом закрыт. Схема такого управления потоком представлена на рис. 2. Здесь пропорциональный гидрораспределитель с открытым центром представлен в виде дросселей.

При движении дросселирующего золотника из нейтрального положения в сторону его открытия площадь рабочих окон в линии нагнетания и слива (позиции 1 и 2, рис. 2) увеличивается, а в параллельной линии (позиция 3, рис. 2) – уменьшается. Регулирование потока этим способом более экономично по сравнению с использованием управления дросселем с предохранительным клапаном.

Это происходит потому, что часть рабочей жидкости, поступающей на слив через дроссель в параллельной линии, переводит в тепло значительно меньше энергии потока, чем при прохождении сквозь предохранительный клапан.

Таким способом регулирования обеспечивается требуемое ускоренное, равномерное или замедленное движения гидродвигателя. Гидравлические удары практически исключаются.

Рис. 3. Графики изменения расхода при релейном и пропорциональном регулировании

1 – изменение расхода при релейном управлении; 2 – изменение расхода при пропорциональном управлении.

Различная форма и размер дросселирующих прорезей в золотнике обеспечивают требуемые характеристики расхода рабочей жидкости.

На приведенных графиках (рис. 3) показано изменение расхода, направляемого в гидродвигатель, в зависимости от перемещения золотника гидравлического распределителя при релейном и пропорциональном управлении.

Эти характеристики идеальные. Здесь принято, что площадь открытия дросселирующих окон гидрораспределителя при движении золотника меняется линейно.

Изменение расхода при перемещении золотника в гидрораспределителях

В релейных гидрораспределителях управление расходом затруднено. Оно происходит в узком диапазоне, который оператору сложно уловить. При небольшом перемещении золотника весь расход от насоса направляется в гидродвигатель (кривая 1).

При дальнейшем его перемещении изменения скорости гидродвигателя не происходит. В пропорциональных гидрораспределителях перемещение дросселирующего золотника постепенно открывает площадь проходного сечения.

Расход меняется плавно (кривая 2). Диапазон регулирования очень широкий. Оператор легко адаптируется к нему. И только в конце хода дросселирующего золотника площадь проходного сечения открывается полностью и весь расход насоса поступает в гидродвигатель.

Следует отметить, что от геометрической формы высокоточных прорезей дросселирующего золотника зависит конфигурация регулировочной характеристики пропорционального гидрораспределителя, а следовательно, и закон регулирования скорости гидродвигателя.

На рис. 4 показаны два золотника пропорционального гидрораспределителя. У одного из них выполнены треугольные дросселирующие прорези, а у другого – полукруглые.

Рис. 4. Конфигурация регулировочных характеристик в зависимости от геометрической формы прорезей золотника

В обоих случаях площадь открытия дросселирующих окон меняется нелинейно, но в разных пропорциях. Поэтому, как видно из графиков, при перемещении золотника характер изменения расхода, направляемого в гидродвигатель, различный.

Читайте также: Ваз 2114 универсал 16 клапанов

Различной будет и скорость гидродвигателя. Таким образом, для конкретного типа машины подбором геометрической формы высокоточных прорезей можно реализовать требуемый закон изменения расхода рабочей жидкости.

В спецтехнике управление дросселирующим золотником в пропорциональных гидрораспределителях осуществляется следующими способами:

— механическим рычагом, в том числе тросиком дистанционного управления;

— гидравлическим пропорциональным джойстиком (гидравлическое сервоуправление);

Каждый способ управления дросселирующим золотником в пропорциональном гидрораспределителе имеет свои особенности. Они диктуются прежде всего соответствующей сферой применения.

Видео:Сигналы в пропорциональной гидравлике.Скачать

Гидроприводы с электрическим пропорциональным управлением. Пропорциональные электромагнитные гидрораспределители.

Современные электрогидравлические приводы — изделия высоких технологий. Они сочетают в себе силовые и динамические свойства гидроприводов с постоянно расширяющимися возможностями микроэлектроники. Интенсивно внедряются гидроаппараты с электрическим пропорциональным управлением, позволяющие осуществлять дистанционное бесступенчатое регулирование основных параметров потока рабочей жидкости: расхода и давления.

Для сравнения пропорционального и дискретного управления (работающего по принципу «открыт—закрыт») рассмотрим две схемы электрогидравлических приводов, работающих по циклу: быстрый подвод — рабочая подача — быстрый отвод (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Гидроприводы с дискретным (а) и пропорциональным (б) электрическим управлением

В обеих схемах реверсирование движения гидроцилиндра 1.0 осуществляется подачей управляющих электрических сигналов на электромагниты Y1 и Y2 распределителя 1.1; переход на рабочую подачу (пониженную скорость выдвижения) осуществляется по сигналу от путевого выключателя S1.

Гидропривод с электрическим дискретным управлением (рис. 8.1, а). Выдвижение штока гидроцилиндра 1.0 осуществляется при подаче напряжения на электромагнит Y1. Шток выдвигается с максимальной скоростью, так как слив из штоковой полости цилиндра осуществляется через нормально открытый 2/2-распределитель 1.02. При достижении штоком путевого выключателя S1, происходит переключение распределителя 1.02 и рабочая жидкость из гидроцилиндра 1.0 начинает поступать на слив через дроссель с обратным клапаном 1.04, скорость выходного звена снижается — выполняется рабочая подача. Возврат штока гидроцилиндра в исходную позицию осуществляется с высокой скоростью при подаче сигнала управления на электромагнит Y2. Переключение распределителей 1.1 и 1.02 сопровождается резким изменением давления в полостях гидроцилиндра 1.0, вследствие чего поршень движется с резкими ускорениями.

Дистанционное регулирование давления в приводе осуществить невозможно.

Гидропривод с электрическим пропорциональными управлением (рис. 8.1, б). Гидрораспределитель с электрическим пропорциональным управлением 1.1 изменяет не только направление, но и расход проходящей через него рабочей жидкости. Эти функциональные возможности аппарата обеспечивают плавное изменение скоростей движения гидроцилиндра 1.0, что позволяет упростить гидравлическую схему привода, исключив из нее 2/2-распредепитель и дроссель с обратным клапаном.

При подаче максимального по уровню управляющего сигнала на пропорциональный электромагнит Y1 скорость выдвижения штока максимальна. При достижении штоком путевого выключателя S1 уровень сигнала на пропорциональный электромагнит Y1 снижается, что сопровождается уменьшением скорости выдвижения штока. Быстрый возврат выходного звена осуществляется при подаче максимального по уровню управляющего сигнала на пропорциональный электромагнит Y2.

Переливной клапан с пропорциональным электрическим управлением 0.2 позволяет дистанционно управлять давлением в приводе. Например, при движении гидроцилиндра без нагрузки давление может быть пониженным, а при переходе на рабочую операцию давление повышается до требуемого значения.

Таким образом, пропорциональное электрическое управление параметрами гидропривода позволяет оптимизировать гидросистемы по критериям энергетических потерь и качества переходных процессов, осуществлять микропроцессорное и адаптивное управление гидрофицированными установками. При этом существенно улучшаются компоновочные решения за счет сокращения количества гидроаппаратов, трубопроводов и соединений.

Видео:Гидрораспределитель. Управление гидроцилиндром с помощью гидравлического распределителяСкачать

8.1. Пропорциональные электромагниты

Конструктивными элементами, придающими гидравлическим аппаратам ранее недоступные свойства, являются пропорциональные электромагниты, которые осуществляют функцию сопряжения электронной системы управления и гидравлической части привода.

Пропорциональные электромагниты разработаны на основе электромагнитов постоянного тока, используемых для дискретного управления гидравлическими распределителями и отличаются от них наличием в конструкции управляющего конуса (рис. 8.2, а, поз. 2) из немагнитного материала, который изменяет форму линий магнитного поля.

В зависимости от выполняемых функций выпускают пропорциональные электромагниты, регулируемые по силе (рис. 8.2) и по положению (рис. 8.4).

Рис. 8.2. Пропорциональный электромагнит, управляемый по силе, и его характеристика

Электрический входной сигнал, например, от задающего потенциометра 6, в виде напряжения подается на электронный усилитель 8, где преобразуется в соответствии со значением напряжения в электрический ток нагрузки (например, 1 мВ .1 мА). Электрический ток, протекая по обмотке катушки 3, создает электромагнитное поле, которое вызывает продольное смещение ферромагнитного подвижного якоря 4 с силой, пропорциональной силе тока. Наличие обратной связи по току, значение которого сравнивается с заданным входным сигналом в узле суммирования 7, обеспечивает поддержание силы тока, а таким образом, и силы, развиваемой якорем 4, на заданном уровне даже при изменении внешнего сопротивления якорю. Особенностью электромагнитов, регулируемых по силе, является то, что они развивают постоянное по величине усилие, пропорциональное поданному управляющему сигналу, во всем диапазоне хода якоря (рис. 8.2, б). Возврат якоря 4 в исходное состояние при снятии управляющего сигнала осуществляется пружиной 5. Поскольку пропорциональные электромагниты работают в масле, в конструкции предусмотрена пробка 1 для удаления воздуха.

Читайте также: Дворники лада ларгус 16 клапанов артикул

Рис. 8.3. Принцип действия пропорционального магнита, управляемого по силе

В гидроаппаратах с пропорциональным электрическим управлением сила, развиваемая электромагнитом, уравновешивается силой пружины, нагружающей ЗРЭ. Рабочей точкой гидроаппарата является точка пересечения характеристик пропорционального магнита и нагружающей пружины (рис. 8.3).

Наложение линейной характеристики пружины гидроаппарата на характеристику магнита показывает, что величина смещения подпружиненного якоря (величина сжатия нагружающей пружины) пропорциональна току, протекающему через катушку электромагнита.

На стабильность характеристик гидроаппарата с пропорциональным управлением оказывают отрицательное влияние гидродинамические силы, возникающие при обтекании запорно-регулирующего элемента, а также силы трения между подвижными элементами конструкции. Проявление этих факторов может стать причиной плохой повторяемости в работе гидроаппарата, т.е. приводить к тому, что при неоднократной подаче одинаковых по уровню сигналов управления, положение якоря магнита, а, следовательно, и регулируемый гидроаппаратом параметр, может оказываться различным. Таким образом, поддержание требуемых параметров на заданном уровне определяется точностью позиционирования якоря электромагнита. Значительное улучшение точности позиционирования якоря можно получить, если управление магнитом осуществлять не с обратной связью по току, как это реализовано в магнитах с регулированием по силе, а с обратной связью по положению якоря, как это выполняется в пропорциональных магнитах с управлением по положению (рис. 8.4, а).

Якорь магнита 3 удерживается в позиции определяемой величиной тока протекающего по катушке, независимо от противодействующей силы (в рабочем диапазоне значений) посредством замкнутого контура регулирования. Сигнал обратной связи генерируется аналоговым индуктивным датчиком положения 1. Величина выходного сигнала датчика зависит от положения жестко связанного с якорем 3 сердечника 2.

Рис. 8.4. Пропорциональный магнит с управлением по положению

На характеристике магнита, приведенной на рис. 8.4, б, ось «Ход якоря» выполнена в отрицательном диапазоне значений по причине того, что в свободном состоянии якорь под действием пружины 4 находится в выдвинутой позиции (ход якоря равен 0). При установке магнита на гидроаппарат под действием сопрягаемой детали — пружины или золотника — якорь принудительно сдвигается внутрь катушки, т.е. в область отрицательных значений хода. При подаче управляющего электрического сигнала на катушку якорь начинает выдвигаться, т.е. приближаться к позиции 0.

Характеристика регулируемого по положению магнита не имеет линейных участков, характерных для магнитов, регулируемых по силе, что свидетельствует о зависимости развиваемого магнитом усилия от положения якоря.

Рис. 8.5. Схемы конструктивного исполнения гидроаппаратов с пропорциональным управлением

Гидроаппараты с пропорциональным управлением выполняют по следующим двум схемам:

в клапанах давления — нагружающую пружину располагают между пропорциональным магнитом и ЗРЭ (рис. 8.5, а);

в гидрораспределителях — золотник располагают между нагружающей пружиной и пропорциональным магнитом (рис. 8.5, б).

Такое конструктивное исполнение позволяет осуществлять пропорциональное входному электрическому сигналу смещение золотника в распределителях и сжатие нагружающей пружины в клапанах давления. При этом распределители приобретают возможность не только направлять потоки рабочей жидкости, но и изменять ее расход.

Видео:Гидрораспределитель с пропорциональным управлением. Гидрораспределитель Danfoss PVG32Скачать

8.2. Гидроаппараты с электрическим пропорциональным управлением

Видео:ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ. КОНСТРУКЦИЯ, РЕМОНТ, ОСОБЕННОСТИ.Скачать

8.2.1. Клапаны давления

Использование клапанов давления с пропорциональным управлением позволяет при необходимости непрерывно регулировать давление в различных линиях гидросистемы посредством электрического сигнала.

Рис. 8.6. Предохранительный клапан прямого действия с пропорциональным управлением

Принципы действия клапанов давления с пропорциональным управлением аналогичны принципам, заложенным в основу работы рассмотренных выше клапанов с ручной настройкой, с той разницей, что сжатие настроечных пружин в них осуществляется посредством пропорциональных магнитов, а не посредством вращения регулировочных винтов.

В некоторых конструкциях настроечные пружины отсутствуют, а требуемое усилие на ЗРЭ клапана передается непосредственно от пропорционального магнита (рис. 8.6).

В клапанах давления непрямого действия пропорциональные магниты управляют ЗРЭ клапанов первого каскада (рис. 8.7).

Давление в контролируемой гидролинии А определяется давлением настройки клапана первого каскада 1 давление срабатывания которого задается входным электрическим сигналом на пропорциональный магнит.

Рис. 8.7. Предохранительный клапан непрямого действия с пропорциональным управлением

Когда давление в линии А превышает заданный уровень, ЗРЭ пилотного клапана 1, поднимается с седла и часть жидкости из линии А через клапан первого каскада сливается в линию В. В пружинной полости основного ЗРЭ давление падает, усилие от создавшегося перепада давления поднимает его с седла — срабатывает клапан второго каскада 2. Жидкость перетекает из линии А в линию В, давление в линии А поддерживается на заданном уровне.

Иногда предохранительные клапаны непрямого действия с пропорциональным управлением дополнительно снабжают клапаном предельного давления 3, которые защищают гидросистему от превышения давления выше допустимого значения при сбое электронной системы управления.

Читайте также: Как правильно собрать клапан термоса

Принцип действия трехлинейного редукционного клапана с пропорциональным управлением, (рис. 8.8). Данное конструктивное решение лежит в основе клапанов первого каскада гидравлических распределителей непрямого действия с пропорциональным управлением.

Рис. 8.8. Редукционный клапан прямого действия с пропорциональным управлением

При подаче электрического сигнала управления якорь 1 сдвигает втулку 2 на величину, пропорциональную величине управляющего сигнала. Через каналы, выполненные во втулке 2 жидкость из канала Р поступает в канал А. С ростом давления в канале А втулка 2 начинает смещаться в сторону магнита и при достижении заданного уровня давления, каналы Р и А разъединяются. Величина давления в канале А будет определяться силой, которую развивает пропорциональный магнит. Если давление в канале А начнет превышать заданное значение, дальнейшее смещение втулки 2 в сторону магнита приведет к соединению каналов А и Т и давление в канале А останется на заданном уровне.

Видео:Пропорциональный предохранительный клапан.Скачать

8.2.2. Гидрораспределители

Являясь дросселирующими, гидрораспределители с пропорциональным управлением конструктивно похожи на дискретные распределители, но, в отличие от них, сочетают в себе две функции:

пуск, останов и изменение направления потока рабочей жидкости (обеспечиваются и дискретными распределителями);

Рис. 8.9. 4/3-гидрораспредепитель прямого действия с пропорциональным управлением

Управление расходом посредством гидрораспределителей обеспечивается благодаря двум особенностям, которые отличают распределители с пропорциональным управлением от дискретных распределителей — возможность смещения золотника распределителя на величину пропорциональную величине управляющего электрического сигнала и плавное изменение площади их проходного сечения за счет выполнения на буртиках золотника проточек, спрофилированных особым образом.

Наличие проточек позволяет менять площадь проходного сечения прораспределителя во всем диапазоне, в то время как буртики золотника с положительным перекрытием остаются в контакте с кромками цилиндрических расточек в корпусе (рис, 8.9). Таким образом, во время работы гидрораспределителя осуществляется дросселирование потоков жидкости во всех каналах (Р — А, В — T, или Р — В, А — Т).

Управляется гидрораспределитель следующим образом: если управляющий электрический сигнал в виде напряжения имеет отрицательное значение, ток поступает на магнит В, золотник смещается влево на величину пропорциональную силе тока и осуществляет коммутацию Р — А, В — Т. Если управляющее напряжение имеет положительное значение, ток поступает на магнит А (Р — В, А — Т). При отсутствии электрического сигнала управления золотник под действием центрирующих пружин устанавливается в нейтральную позицию (все каналы перекрыты).

В зависимости от требований, предъявляемых к конкретному приводу, применяют распределители с различными расходными характеристиками, вид которых определяется формой проточек на буртиках золотника (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Зависимость расходных характеристик распределителей от формы проточек

Так распределитель, на буртиках золотника которого выполнены проточки треугольной формы (рис. 8.10, а), имеет расходную характеристику в виде параболы, а золотник с прямоугольными проточкам на буртиках обеспечивает почти линейную расходную характеристику распределителя (рис. 8.10, б).

Как и в дискретных распределителях, прямое управление применяется для аппаратов с условным проходом до 10 мм. При больших значениях условных проходов применяют распределители с пилотным управлением (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Гидрораспределитель с пропорциональным пилотным управлением

Как правило, в качестве пилота применяют сдвоенные трехлинейные редукционные клапаны с пропорциональным управлением 1. В исходном положении, при отсутствии управляющих сигналов на пропорциональных магнитах пилотного клапана, обе пружинные полости основного распределителя 2 (распределителя второго каскада) связаны со сливом, его золотник 3 находится в нейтральной позиции под действием центрирующих пружин. При подаче управляющего электрического сигнала, например на магнит В пилотного клапана 1, давление в левой пружинной полости основного распределителя 2 возрастет до величины, пропорциональной сигналу управления и золотник 3 основного распределителя, сжимая правую центрирующую пружину, сместится на соответствующую величину вправо. Рабочая жидкость из канала Р начнет поступать в канал В с расходом соответствующим величине смещения золотника. Аналогичным образом происходит коммутация каналов Р и А при подаче управляющего сигнала на пропорциональный магнит А пилотного клапана. Для обеспечения точности управления распределителем 2 обратная связь организуется по положению золотника 3, позиция которого фиксируется датчиком положения 4.

От распределителей с пропорциональным управлением требуется не только точно следовать изменениям входного электрического сигнала, но и достаточно быстро реагировать на эти изменения. Быстрота реакции распределителя, равно как и других гидроаппаратов с пропорциональным управлением, характеризуется двумя параметрами: временем срабатывания и частотой пропускания,

Время срабатывания — время, за которое выходной параметр гидроаппарата примет значение соответствующее входному управляющему сигналу. Время срабатывания гидроаппаратов с пропорциональным управлением лежит в диапазоне от 10 до 100 мс.

Частота пропускания показывает на какое количество изменений (от нуля до максимального значения) входного сигнала в секунду гидроаппарат способен отреагировать. В среднем частота пропускания гидроаппаратов с пропорциональным управлением лежит в интервале от 5 до 100 Гц.