Гидрораспределители

Гидрораспределители являются одними из ключевых элементов любой гидравлической системы, так как именно они задают алгоритм работы исполнительных механизмов, обеспечивая управление потоками рабочей жидкости. Их основное назначение – управление запуском, остановкой и изменением направления движения жидкости в двух и более гидролиниях.

Принцип работы основан на воздействии внешнего управляющего сигнала (механического, электрического, гидравлического или пневматического) на исполнительный элемент распределителя. Под действием этого сигнала распределяющий орган (золотник, клапанная плита, пробка с каналами и др.) изменяет своё положение внутри корпуса. В результате изменяется схема соединений между гидролиниями, и поток жидкости направляется в нужный канал или перекрывается.

Такое перенаправление потоков позволяет решать широкий спектр задач:

• реверс движения исполнительного механизма (например, штока гидроцилиндра или вала гидромотора);
• остановка работы исполнительного органа в любой точке хода;
• разгрузка насоса при холостом режиме, что снижает энергопотери и нагрев рабочей жидкости;
• снижение давления в отдельных контурах гидросистемы при необходимости защиты оборудования;
• организация сложных последовательностей движения в соответствии с принятой гидравлической схемой.

Рабочие характеристики гидрораспределителей определяются рядом факторов:

• Количество подключаемых гидролиний – чем их больше, тем сложнее возможные схемы управления.
• Число фиксированных положений распределяющего элемента – обычно 2 или 3, но могут быть и многоступенчатые варианты для многофункциональных систем.
• Наличие нормальной позиции – положения, которое распределитель занимает при отсутствии управляющего сигнала (например, все каналы перекрыты, либо насос соединён со сливом).
• Способ управления – механический (рычаги, педали), электрический (соленоиды), гидравлический или пневматический.
• Вид фиксации – пружинная (возврат в исходное положение), шариковая, механическая или электрическая фиксация в рабочем положении.

На гидравлических схемах условные обозначения распределителей выполняются в виде прямоугольников (квадратов), каждый из которых соответствует одному из возможных положений распределяющего элемента.

• Стрелки внутри квадратов показывают направление движения рабочей жидкости.
• Закруглённые линии с поперечными чертами указывают на перекрытые (закрытые) каналы.
• Сами квадраты соединяются линиями, изображающими возможные переходы между положениями.

Например, на рисунке ZSK.9.1 показан типовой вариант гидрораспределителя, где можно наглядно увидеть, каким образом управляющее воздействие изменяет маршруты потоков жидкости.

Рис. ZSK.9.1. Модель и принцип построения условного графического обозначения 2/2-распределителя

 

В представленном примере действительно показан один из наиболее простых вариантов гидрораспределителей – двухлинейный двухпозиционный (2/2-распределитель). Его принцип работы предельно нагляден:

 

• в левом положении ЗРЭ (золотникового распределительного элемента) поток рабочей жидкости перекрыт, и движение в системе не происходит;
• в правом положении – поток разрешается, и жидкость начинает циркулировать через соответствующие каналы.

Для унифицированного и удобного описания параметров распределителей используется дробное цифровое обозначение:

• числитель показывает количество гидролиний, которые распределитель способен соединять или разъединять;
• знаменатель указывает на количество фиксированных рабочих положений исполнительного органа.

Таким образом, модель на рисунке ZSK.9.1 корректно определяется как 2/2-распределитель.

Способы управления распределителями

Перемещение исполнительного элемента (золотника, пробки, диска) может выполняться различными методами, в зависимости от конструкции и назначения:

• Мускульная сила оператора – простейший вариант, характерный для ручных распределителей (рычаги, педали).
• Механическое воздействие – используется в автоматизированных системах, где переключение выполняется кулачками, роликами, упорами или другими кинематическими элементами.
• Гидравлическое или пневматическое управление – применяется при необходимости дистанционного или усиленного управления; управляющий сигнал подается в виде давления рабочей среды.
• Электрическое управление – наиболее распространено в современных системах; перемещение золотника обеспечивается электромагнитом (соленоидом).
• Комбинированное управление – сочетает несколько способов (например, электрогидравлическое), позволяя реализовать более гибкие алгоритмы работы.

Условные обозначения управляющих устройств

На схемах управляющие элементы располагаются снаружи базового символа распределителя. Их можно наносить с любой стороны – сверху, снизу, справа или слева. Однако важно учитывать, что смена стороны размещения символов изменяет принцип работы устройства.

Пример:
на рисунке ZSK.9.2 «а» показан нормально закрытый 2/2-распределитель (в исходном состоянии поток заблокирован пружиной, и открывается только при воздействии на рычаг);
если поменять местами условные обозначения рычага и пружины, то получаем уже нормально открытый 2/2-распределитель (рис. ZSK.9.2 «б»), в котором при отсутствии управляющего сигнала каналы соединены, а воздействие рычага закрывает поток.

Рис. ZSK.9.2. Примеры изображения устройств управления распределителями

 

На принципиальных гидравлических схемах условные графические обозначения распределителей строятся таким образом, чтобы рабочие линии подключения гидросистемы подводились именно к тому квадрату, который символизирует исходное положение распределителя. При этом важно учитывать, что исходное положение и нормальная позиция устройства – не всегда одно и то же. Например, на рисунке ZSK.9.2 «в» показана схема с исходным положением, а на рисунке ZSK.9.2 «г» – его нормальное состояние при отсутствии управляющего сигнала.

 

Чтобы правильно «прочитать» работу распределителя по схеме, рекомендуется использовать метод мысленного смещения:

• необходимо представить, что квадрат с изображением внутренних каналов распределителя (в том числе стрелок, обозначающих направления движения потока) перемещается на место квадрата, к которому подведены рабочие линии;
• таким образом можно визуально воспроизвести процесс переключения и наглядно определить, какие гидролинии будут соединены в новой позиции, какие окажутся перекрытыми, и каким образом изменится направление потока рабочей жидкости.

Данный метод хорошо показан на рисунке ZSK.9.3, где приведён пример последовательного переключения распределителя. Такой подход существенно облегчает чтение гидравлических схем, особенно в сложных системах с большим числом распределителей и перекоммутаций.

Рис. ZSK.9.3 Управление гидроцилиндром одностороннего действия

 

В исходном состоянии, показанном на рисунке ZSK.9.3 «а», 3/2-распределитель находится в позиции b, так как на его правый торец действует возвратная пружина. В этой позиции подача рабочей жидкости от насоса к гидроцилиндру полностью перекрыта, а поток направляется через предохранительный клапан в бак. Поршневая полость гидроцилиндра одностороннего действия соединена со сливной линией, вследствие чего шток цилиндра втягивается внутрь под воздействием встроенной возвратной пружины.

 

При появлении управляющего сигнала распределитель перемещается в позицию a (рис. ZSK.9.3 «б»). В этом положении поток жидкости от насоса подается в поршневую полость цилиндра. Под давление, величина которого зависит от нагрузки на штоке и сопротивления возвратной пружины, происходит поступательное движение – шток выдвигается наружу. Когда он достигнет крайнего положения, давление в системе стабилизируется на уровне настройки предохранительного клапана, предотвращающего дальнейший рост давления и перегрузку элементов гидросистемы.

После снятия управляющего сигнала распределитель автоматически возвращается в исходную позицию под действием возвратной пружины. При этом подача жидкости в цилиндр прекращается, а его поршневая полость снова соединяется со сливной линией. Шток под действием собственной возвратной пружины возвращается в исходное втянутое положение.

Таким образом, 3/2-распределитель в подобной схеме выполняет функцию пуско-останавливающего и направляющего органа, обеспечивая цикличную работу гидроцилиндра одностороннего действия: при подаче сигнала – рабочий ход (выдвижение штока), при снятии – возврат в исходное положение.