Применение электрогидравлических приводов

В современной конструкции технологического оборудования, ориентированного на автоматизацию производственных процессов, всё чаще используются электрогидравлические приводы. Эти комбинированные системы позволяют последовательно выполнять полный цикл рабочих операций без участия оператора. Стандартный рабочий алгоритм включает несколько ключевых этапов:

• быстрый подвод рабочего органа (РО) к зоне обработки;
• первую рабочую подачу с заданной скоростью и усилием;
• вторую рабочую подачу (замедленную, для точной обработки или окончательного формирования детали);
• быстрый отвод РО в исходное положение;
• остановку механизма до следующего цикла.

Управление каждым этапом основано на контроле перемещений с помощью электрических путевых датчиков. Эти датчики фиксируют достижение рабочим органом заданного положения и в нужный момент формируют командные сигналы, автоматически переключающие систему на следующую фазу цикла. Такой принцип делает возможным применение унифицированных гидравлических панелей управления, которые легко адаптируются к разным условиям эксплуатации и могут использоваться в оборудовании различных типов без сложных доработок.

Режим быстрого подвода рабочего органа

На рисунке ZSK.23.1 показано начальное положение системы при выполнении режима быстрого подвода рабочего органа.

Рабочая жидкость подаётся одновременно от двух насосов – высокого давления (14) и низкого давления (15). По трубопроводам 13, 18 и 17 поток поступает через золотник 5а, далее по магистрали 4, затем через золотник 3а и по трубопроводу 2 направляется в полость А гидродвигателя, приводящего рабочий орган в движение.

Для обеспечения такого режима активируются электромагниты 20 и 23. Их срабатывание вызывает смещение плунжеров вспомогательных золотников 19 и 24 вправо, что открывает путь рабочей жидкости к соответствующим полостям главных золотников 3а и 5а. Одновременно жидкость, поступающая по трубопроводам 21 и 25 в левые полости этих золотников, удерживает их плунжеры в рабочем (правом) положении, фиксируя схему потоков.

В процессе быстрого подвода жидкость, вытесняемая из противоположной полости В гидродвигателя, возвращается в бак по линии слива: она проходит по трубопроводу 26, через золотник 3а и сбрасывается в сливную магистраль. Такое направление потоков позволяет обеспечить максимально высокую скорость перемещения рабочего органа, так как насосы низкого и высокого давления работают совместно, увеличивая общий расход жидкости.

Рис. ZSK.23.1. Использование электрогидравлического привода для автоматизации технологического цикла

В момент завершения быстрого подвода рабочий орган (каретка), перемещаемый гидродвигателем 1, достигает конечной точки и воздействует на установленный в этой зоне электрический путевой датчик. Срабатывание датчика приводит к отключению электромагнита 20. Под действием возвратной пружины плунжер золотника смещается влево, и левая полость золотника 5а соединяется со сливной магистрали. Вследствие этого плунжер главного золотника 5 возвращается в левое положение, переводя систему в режим рабочего хода.

На данном этапе давление в гидросистеме существенно возрастает. Это вызывает автоматическое срабатывание обратного клапана 7, который изолирует контур высокого давления от цепи низкого давления, обеспечивая подачу рабочей жидкости только от насоса высокого давления 14. Поток жидкости проходит через фильтр 72, далее через регулирующие дроссели 77 и 10, поступает по трубопроводу 6 к золотнику 5а, затем по трубопроводу 4 к золотнику 3а и по магистрали 2 направляется в полость А гидродвигателя.

Скорость движения рабочего органа при рабочем ходе регулируется пропускной способностью дросселя 10, что позволяет точно настраивать подачу жидкости и, следовательно, контролировать скорость и усилие перемещения каретки. Излишний объём рабочей жидкости, не использованный в процессе, автоматически сбрасывается через предохранительный клапан, что защищает систему от перегрузок и обеспечивает безопасную работу насосов.

Для изменения расхода жидкости и подстройки скорости рабочего органа используется дополнительный контур регулирования. Достаточно активировать путевой датчик, который включает электромагнит 7. При этом плунжер вспомогательного золотника 8 опускается вниз, и рабочая жидкость начинает проходить через дроссель 11, поступая далее в трубопровод 9 и объединяясь с основным потоком в магистрали 6. Таким образом, рабочая подача каретки может изменяться в зависимости от сечения дросселя 11, позволяя оператору или автоматической системе гибко регулировать скорость подачи без остановки оборудования.

В конце рабочего хода каретка снова активирует путевые датчики, которые теперь подают сигналы на включение электромагнита 20 и одновременное отключение электромагнита 24. В результате плунжер 5 перемещается вправо, а плунжер 3 – влево, перенаправляя потоки жидкости. Поток от насосов 14 и 15 поступает по трубопроводу 13 через золотник 5а в трубопровод 33, затем через золотник 3а и трубопровод 26 в полость В гидродвигателя. При этом полость А соединяется по трубопроводу 2 через золотник 3а со сливной линией. Такая схема переключения потоков обеспечивает быстрый отвод рабочего органа и подготовку системы к новому циклу работы.

Если требуется остановить движение рабочего органа и перевести систему в нейтральное состояние, все электромагниты отключаются. При этом плунжеры 3 и 5 автоматически возвращаются в левое положение, а плунжер золотника 8 занимает верхнее положение. Доступ рабочей жидкости к полостям А и В гидродвигателя полностью перекрывается, и насосы начинают работать в режиме холостого хода – жидкость циркулирует через предохранительные клапаны, не создавая избыточного давления в системе. Такое решение обеспечивает безопасную остановку оборудования и предотвращает возможные перегрузки.

Рис. ZSK.23.2. Использование электрогидравлического привода для зажима и разжима изделия

Электрогидравлические приводы, работающие по комбинированному принципу управления – одновременно по пути перемещения и по давлению, получили широкое распространение в составе технологического оборудования. Их применяют для выполнения вспомогательных операций, в частности для зажима и subsequent освобождения обрабатываемой детали. Благодаря такому подходу можно обеспечить как точное позиционирование зажимного элемента, так и надёжное удержание изделия в процессе обработки.

На практике подобные системы нередко реализуются в виде типовых гидравлических панелей, которые легко интегрируются в оборудование с учётом конкретных условий эксплуатации. Совместно с двухнасосной станцией (см. рис. ZSK.23.2) такой привод способен выполнять полный рабочий цикл: быстрый подвод зажимного устройства к изделию, фиксацию, удержание в рабочем положении, быстрый отвод, а затем возвращение в исходную точку.

На начальной стадии работы включение электромагнита 2, управляемого путевым датчиком, инициирует подачу рабочей жидкости от насосов 5. Поток по обозначенным на схеме трубопроводам поступает в исполнительный цилиндр 3, быстро перемещая зажимной элемент к изделию.

Как только контакт между зажимным устройством и деталью установлен, давление в системе резко увеличивается. В этот момент обратный клапан 1 автоматически закрывается, разделяя контуры высокого и низкого давления. Благодаря этому поток от насоса низкого давления (6) уходит в слив, а в систему удержания зажима подаётся жидкость только от насоса высокого давления (5). Такое переключение позволяет поддерживать стабильное усилие зажима при экономии энергии и снижении нагрузки на систему.

После фиксации детали зажимной элемент остаётся неподвижным за счёт давления, создаваемого насосом 5. При этом насос 6 продолжает работать в режиме холостого хода – его жидкость сбрасывается через сливную линию. Такое разделение потоков обеспечивает минимальный расход энергии в период удержания детали, а также исключает перегрев рабочей жидкости.

После завершения основной операции обработки изделие должно быть освобождено. Путевой датчик формирует сигнал, который отключает электромагнит 2 и одновременно включает электромагнит 7. В результате плунжер 4 управляющего золотника поднимается, изменяя схему циркуляции жидкости:

• левая полость цилиндра исполнительного двигателя соединяется с нагнетательной магистралью;
• правая полость при этом подключается к сливу.

Такой перераспределённый поток позволяет использовать оба насоса совместно, создавая повышенный расход рабочей жидкости и обеспечивая быстрый возврат зажимного элемента в исходное положение.

По окончании движения давление в системе снова возрастает: зажимной механизм занимает исходную позицию и фиксируется давлением от насоса 5, а обратный клапан 7 закрывается, переводя насос 6 в режим работы на слив. Таким образом, привод готов к следующему циклу работы.

Ключевые преимущества

• Совмещение быстрого перемещения и контролируемого зажима без избыточного расхода энергии;
• Возможность надёжной фиксации детали при стабильном давлении;
• Простая интеграция за счёт использования типовых гидравлических панелей;
• Повышенная надёжность и безопасность работы оборудования за счёт автоматического разгрузочного режима для насосов низкого давления.