ГЛАВА III. СИСТЕМЫ И АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ
Общие сведения
Система управления гидравлического экскаватора предназначена для изменения направления движения и регулирования скорости выходных звеньев (штоков, валов) гидродвигателей, а также для предохранения конструкции экскаватора от перегрузок.
Основными элементами систем управления являются регулирующие устройства (гидрораспределители, дроссели, клапаны различного типа и др.)» а также механические шарнир-но-рычажные и другие системы, с помощью которых машинист управляет этими регулирующими устройствами.
Для управления гидроприводом экскаватора используют устройства, посредством которых регулируют: давление в линиях и агрегатах гидропривода; направление движения потока рабочей жидкости, в том числе распределение его между гидродвигателями; подачу рабочей жидкости к ^идродвигателям.
Как правило, устройства для регулирования давления действуют автоматически. Устройствами, которые регулируют направление движения и расход рабочей жидкости, управляет машинист. Изменением направления движения и расхода рабочей жидкости, подаваемой к гидродвигателю, изменяют направление и скорость движения хмеханизма экскаватора, приводимого от этого гидродвигателя.
По принципу регулирования скорости различают дроссельное и объемное регулирование, причем в обоих случаях оно может быть автоматическим или ручным.
В гидросистемах с дроссельным регулированием расход жидкости регулируют так называемыми дроссельными устройствами, представляющими собой гидравлические сопротивления, устанавливаемые на пути потоков жидкости. К ним могут быть отнесены и распределительные устройства (например, гидрораспределители золотникового типа), в которых изменяется площадь сечения для прохода жидкости. Гидрораспределитель используют также для изменения направления потока жидкости и соответственно реверса движения рабочего элемента.
Системы с дроссельным регулированием обычно применяют при использовании насосов постоянной подачи и нереверсируемых автоматически регулируемых насосов для ручного регулирования скорости выходных звеньев гидродвигателей независимо от внешних сопротивлений их движению.
В гидросистемах с объемным регулированием изменение расхода жидкости обеспечивается изменением рабочего объема насоса, т. е. его объемной подачи.
На большинстве экскаваторов с гидравлическим приводом применяют регулируемые насосы с нереверсируе-мым потоком жидкости, объемная подача которых изменяется автоматически, , в зависимости от нагрузки. Гидросистемы с такими насосами
требуют применения гидрораснредели-телей. Кроме того, число устанавливаемых на экскаваторе насосов обычно меньше числа приводимых от них двигателей/Поэтому нужны распределительные устройства, направляющие поток жидкости от насоса к тому или иному гидродвигателю и используемые также для дроссельного регулирования этого потока.
На гидравлических экскаваторах применяют оба вида регулирования расхода: объемное (автоматически регулируемые насосы) и дроссельное (ручное управление гидрораспределителями) .
Сопротивление перемещению золотника гидрораспределителя зависит от размеров золотника, его конструкции и условий работы в системе гидропривода. При механическом управлении гидрораспределителями движение от рукояток пульта управления к золотникам гидрораспределителя передается шарнирно-рычажной механической системой. Механическое управление дает возможность без применения каких-либо дополнительных устройств четко управлять золотником гидрораспределителя, удерживая его в любом промежуточном положении. Таким образом, машинист может за счет дросселирования рабочей жидкости регулировать ее расход и скорость движения механизма.
На большинстве экскаваторов установлены совмещенные рычаги управления шарнирного типа. Таким рычагом можно управлять одновременно или в определенной последовательности движением двух элементов, например стрелой и рукоятью, ковшом и поворотом платформы. Это позволяет в процессе работы экскаватора совмещать большее число операций и создает благоприятные условия для работы машиниста, так как ему не приходится переносить руку с одного рычага на другой,
§ 14. Клапанная аппаратура
Механизмы и элементы гидропривода экскаваторов защищены от перегрузок предохранительными кла-
панаш, которые ограничивают давление жидкостив системе допустимым пределом.
Предохранительные клапаны устанавливают непосредственно на насосах игндромоторах, в гидрораспределителях, фильтрах и на трубопроводах. В последнем случае их заключают в отдельные корпуса. Они должны обеспечивать надежную работу, высокую чувствительность, стабильность давления при различных расходах жидкости и минимальные вибрации элемента клапана, открывающего и запирающего канал, через который рабочая жидкость сливается при давлении, превышающем номинальное.
Предохранительные клапаны обычно регулируют на давление, превышающее номинальное на 10...20 %. При давлении в системе, превышающем допустимое, клапан открывается и перепускает жидкость в полость низкого давления; при давлении ниже заданного клапан надежно запирает проход жидкости в полость низкого давления.
По принципу действия предохранительные клапаны разделяют на клапаны прямого (давление жидкости действует непосредственно на запорный элемент) и непрямого действия (давление жидкости действует на вспомогательный клапан, управляющий перемещением запорного элемента).
Предохранительные клапаны прямого действияподразделяют на обычные, когда давление жидкости действует на всю активную площадь запорного элемента, и дифференциальные, когда давление действует только на часть площади. По конструктивному исполнению клапаны бывают шариковыми, конусными, плунжерными (золотниковыми). Следует иметь в виду, что предохранительные клапаны, которые рассчитаны на частую работу и большие расходы жидкости, иногда называют перепускными. К ним, например, относятся клапаны, применяемые в гидроприводе механизма поворота и работающие в каждом цикле экскавации.
Рис. 47. Схемы клапанов прямого действия — с центрированным (а) и нецентрированным (6) шариками и с центрированным (в) и нецентрированным (г) клапанами:
/ — регулировочный болт, 2 — корпус, 3 — пружина, 4 — шарик, 5 — центрирующий элемент, б — конусный клапан; А, Б — напорная и сливная линии
Шариковые клапаны просты по конструкции и дешевы в изготовлении. Принцип действия клапана основан на уравновешивании давления жидкости, действующего на шарик 4 (рис. 47, а) усилием пружины 3. Клапан открывается, когда давление действующей на шарик жидкости больше, чем усилие сжатой пружины. При этом давление жидкости под шариком падает, так как напорная линия А соединяется со сливной Б, и клапан закрывается. Под действием возросшего давления клапан снова открывается, и процесс повторяется. Таким образом, быстро и часто открываясь и закрываясь, шарик разбивает седло.
Шириковые клапаны бывают с центрированным и нецентрированным шариком.
В клапанах с центрированным шариком (см. рис. 47, а) направляющие центрирующего элемента 5 препятствуют боковым перемещениям шарика. За счет малого зазора между корпусом 2 и элементом 5, а также наличия демпфирующего отверстия з элементе колебания шарика в осевом направлении (вибрацию) удается гасить, что предохраняет его седло от изнашивания.
Клапаны с нецентрированным шариком (рис. 47, б) проще в изготовлении, но шарик в них может перемещаться также и в боковые стороны, вследствие чего нарушается герметичность клапана и он пропускает рабочую жидкость в сливную линию при любых условиях. Поэтому такие клапаны, как правило, применяют в системах с небольшим расходом жидкости, в них давление редко достигает значения, на которое отрегулирован клапан.
Конусные клапаны, как правило, центрированы и могут поворачиваться только относительно своей оси, поэтому отличаются от шариковых более высокой герметичностью (рис. 47, в). Недостатки конусных клапанов — неустойчивая работа и вибрация, которые являются причинами повышенного износа седла и клапана, усталостных разрушений трубопроводов. Устраняют эти недостатки, применяя демпфирующие (тормозящие) устройства или клапаны с обратным конусом.
Например, для предохранения механизма поворота от перегрузок устанавливают два смонтированных в одном корпусе (блоке) предохрани-
\ г>

Рис. 48. Блок предохранительных клапанов коаусжзго типа смеханическим (а) и гидравлическим (б) житфир—iпиfм:
/ — демпфер, 2 — клапан, 3 — пружина, 4 — риу ■ринит ■ ни гайка, 5 — плунжер;
А, Б, В — пожх-гв
| тельных клапана прямого действия личеоши лошфированием колебаний конусного типа с механическим демп- <р»с 4В* б). Собственно клапан фированием колебаний (рис. 48, 2 нмди—ги иадым с обратным конусом а). Полости А и Б соединены (коническая внутренняя поверхность), с рабочими линиями гидромртора который шогво прижат пружиной 3 поворота. При давлении в одной из к ocaij ж запирает выход рабочей.» I линий, превышающем давление на- жщдавдож та полости А в по стройки клапана, жидкость перепуска- лооъВ. Прн этом демпфер /, который »етея в другую линию. Вибрация такого мсушет перемещаться внутри клапана, клапана при работе значительно щршшстщттяшем жидкости в полости меньше (чем, например, клапана, Л в нршшее правое положение показанного на рис. 47, г) вследствие шишгтдпклапана. Буртик демпфе- бокового расположения отверстий ра циари шиш и во внутреннюю кониче- А и Б. При прохождении потока свр» тишяржшюс-ь клапана, жидкости клапан (см. рис.48,а) при- ~~.:« г .-^_-- • давления в поло- жимается давлением жидкости к про- am A piiHPiim жидкость, воздействуя тивоположной от отверстия стенке ш шшвшшшвпщт поверхность клапана, и благодаря трению о стенку колеба- быарго шмрмт^ет его, сжимая пружи- ния его тормозятся и значительно if, т шукадргт из полости Л в по- уменьшаются. лишь Ж Ивщ реактивным давлением:
На экскаваторах применяют блок шотиш шцшравстк. воздействующего на j
клапанов прямого действия с гидрав- торвщ демпфера* последний движется
Слив в бак
Рис. 49. Предохранительные клапаны прямого (а) и непрямого действия (б):
— золотник, 2 — поршень золотника, 3 — пробка, 4 — корпус, 5,7 — пружины, 6 — конусный клапан, 8 — крышка, 9 — регулировочный винт
вслед за клапаном, но медленнее, чем члапан, так как жидкость из полости Б в полость А должна пройти через малое отверстие в демпфере.
При понижении давления в полости .4 клапан под действием пружины начинает закрываться. Однако закры-зается он медленно, так как упирается з буртик сместившегося вправо демп-эера и плавно перемещается в сторону закрытия вместе с демпфером по мере заполнения полости Б жидкостью, которая медленно проходит туда через этверстие малого диаметра в демпфере.
Плунжерные клапаны прямого 1ействия применяют при большом эасходе жидкости и высоком давлении а гидросистеме с целью уменьшения 1ействующих усилий и размеров пружин. В дифференциальном клапане рис. 49, а) пружина воспринимает -олько часть усилия, создаваемого хавлением жидкости. Для этого в зо-угнике / установлен поршень 2,
нижний торец которого соприкасается с пробкой 3 клапана. Жидкость поступает в полость А и через сверления в золотнике в полость Б над поршнем. На пружину золотника действует усилие, равное произведению давления жидкости на площадь поршня.
Предохранительные клапаны непрямого действия(рис. 49, б) (конусные) применяют для ограничения давления при передаче больших мощностей. Эти клапаны позволяют поддерживать заданное давление независимо от расхода жидкости в гидросистеме.
На золотник / действует слабая пружина 5, которая стремится переместить его в крайнее нижнее положение. В поршне золотник-а сделано отверстие Б малого диаметра, являющееся демпфером и соединяющее полости А и В. Пока давление жидкости, действующее на конусный клапан 6, не превышает давления, на которое
I
Рис. 50. Неуправляемый (а) и управляемый {6} шариковыеобратные
клапаны:
1,6 — штуцера, 2 — седло, 3 — шарик, 4 — аружжаа,5 — направляющие, 7 — игла, 8 — порвкяь
отрегулирована пружина 7, клапан закрыт и давление в полости В равно давлению в полости А. При этом золотник под действием пружины 5 находится в крайнем нижнем положении и напорная полость А отсоединена от сливной Г. При давлении, превышающем давление настройки пружины 7, клапан открывается и перепускает жидкость на слив через канал Д золотника.
К клапану жидкость поступает из полости А через демпфер (отверстие) Б и канал £. Ввиду малого диаметра демпфера Б создается перепад давления до и после него, в результате чего возникает усилие, поднимающее золотник вверх. При этом полость А высокого давления соединяется с полостью Г низкого давления и поток под давлением настройки пружины 7 направляется на слив в бак.
Обратные клапаны пропускают через себя поток жидкости только в одном направлении и исключают ее обратное движение. Их различают по
конструкции (шариковые и конусные) и прннцнп>" действия (неуправляемые и управляемые).
На одноковшовых экскаваторах •применяют только шариковые клапаны
Неуправляемый шариковый обратный клапан (рис. 50, а). В седле 2 штуцера / установлен шарик 3, который прижимается к седлу слабой пружиной 4. Жидкость, поступающая под давлением в канал Л, воздействуя на шарик, легко преодолевает сопротивление пружины и проходит в полость Б и сообщающийся с ней канал В. Если же в полости Б давление выше, чем в канале Ау то оно прижимает шарик к седлу тем сильнее, чем больше разница давлений в полости Б и канале А. Таким образом, жидкость может проходить только из канала А в полость Б. Обратное ее движение исключается.
Управляемый шариковый обратный клапан (рис. 50, б) от неуправляемого отличается тем, что при подаче
Рис. 51. Схемы установки дросселей на входе (а), выходе (б) и параллельно гидродвигателю (в) :
- насос, 2 — клапан, 3 -
дроссель, 4 — гидрораспределитель, 5 — гидроцилиндр
жидкости под давлением в канал Е управления клапаном поршень 8 с иглой 7 и шариком 3 смещаются влево, сжимая пружину и открывая свободный проход жидкости из канала Д в канал Г и обратно. Если в канале Е нет давления, то пружина прижимает шарик к седлу, запирая проход жидкости из канала Д в канал Г.
Дроссельв гидросистемах устанавливают на напорной (регулирование на входе) (рис. 51, а) или сливной (регулирование на выходе) гидролиниях или параллельно гидродвигателю.
На одноковшовых экскаваторах применяют в основном дросселирование на выходе (рис. 51, б). Если дроссель создает достаточное сопротивление, то давление в поршневой (левой) полости гидроцилиндра в любом случае ограничится настройкой предохранительного клапана. Давление в штоковой полости зависит от нагрузки, приложенной к штоку гидроцилиндра. Чем больше нагрузка, тем меньше давление в правой полости цилиндра и перепад давления на дросселе, следовательно, тем меньше и скорость перемещения поршня.
В схеме с дросселем, устанавливаемым параллельно гидродвигателю (рис. 51, в), предохранительный клапан и дроссель установлены параллельно напорной гидролинии. При
| полностью закрытом дросселе вся жидкость, подаваемая насосом, нагнетается в гидроцилиндр и с максимальной скоростью перемещает поршень. При полностью открытом дросселе вся жидкость через дроссель поступает в бак и поршень перемещаться не будет. При частично открытом дросселе поток разделяется: часть жидкости поступает в гидроцилиндр, а другая часть через дроссель — в бак.
Давление, развиваемое насосом при параллельной схеме, зависит от сопротивления перемещению штока гидроцилиндра: чем больше сопротивление, тем больше давление перед дросселем и тем меньше скорость перемещения поршня. Потери энергии на дросселирование в такой схеме значительно меньше, чем при установке дросселя на входе и выходе, так как насос большую часть времени работает при давлении меньшем, чем то, на которое настроен предохранительный клапан.
|