Гидравлический привод кольцевого затвора гидроагрегата

 

Рис.3 Фрагмент гидросхемы с двумя регуляторами расхода в кинематической ветви каждого гидроцилиндра

 

В данном случае скорость опускания цилиндров можно назначить  отличной от скорости их подъёма. При  условии равенства этих скоростей  представляется возможным в кинематическую ветвь каждого цилиндра установить один РР (рис.4).

 

Рис.4 Вариант с одним регулятором расхода в кинематической ветви каждого цилиндра

 

Серийно выпускаемые  РР имеют небольшие габариты и  надёжны в эксплуатации. При изменении  нагрузки на цилиндр от нуля до номинальной  величины изменение расхода через такой регулятор не превышает 5…8 %. Причём с уменьшением диапазона изменения нагрузки погрешность синхронизации снижается. Ещё одним достоинством варианта синхронизации с использованием РР является возможность применения цилиндров разного диаметра для обеспечения синхронного перемещения объектов, имеющих разную массу. В этом случае для подъёма объекта, имеющего наименьшую массу, используют цилиндр, диаметр которого меньше диаметра более нагруженного цилиндра. Соотношение указанных диаметров целесообразно выбирать таким образом, чтобы обеспечить примерное равенство рабочих давлений в поршневых полостях обоих цилиндров. При соблюдении указанного условия обеспечивается повышение КПД привода и сокращение энергозатрат при выполнении операции подъёма, а также уменьшение суммарной массы цилиндров и их стоимости.

Для оснащения приводов, работающих при давлении до 32 МПа, можно использовать регуляторы расхода типа МПГ 55-2М, выпускаемые АО «Гидравлик», г. Грязи, и типа РР-10, выпускаемые АО «Завод гидроавтоматики», Санкт-Петербург. Однако такие гидроаппараты предназначены для эксплуатации при положительных температурах окружающей среды. Более универсальным устройством является регулятор расхода типа ГА-231, выпускаемый авиационной промышленностью и предназначенный для работы при давлении до 22 МПа и при температуре окружающей среды до – 60°С. Если давление в создаваемом приводе больше 22 МПа, то вместо регуляторов типа ГА-231 в качестве синхронизатора можно применить ограничители (стабилизаторы) расхода собственной конструкции.

 

Синхронизация с помощью  делителя потока

 

Синхронное движение двух гидродвигателей можно осуществлять также с помощью делителя потока (рис.5), который автоматически обеспечивает деление поступающего к нему на вход расхода на две равные части независимо от различия нагрузок, действующих на гидродвигатели.

 

Рис.5 Схемное изображение делителя потока

 

Одним из достоинств такого устройства по сравнению с ранее  рассмотренными вариантами синхронизации  является возможность варьирования величиной скорости движения гидродвигателей (путём изменения расхода, подаваемого на вход делителя от насоса) при сохранении их синхронного режима работы. Делители типа МКД, выпускаемые АО «Гидравлик» и предназначенные для эксплуатации при давлении до 32 МПа, обеспечивают режим деления при изменении поступающего к ним расхода от 4 до 160 л/мин. Различие расходов, подаваемых от такого делителя к гидродвигателям, не превышает 1 %, что меньше погрешности синхронизации, характерной для варианта с регуляторами расхода. Конструктивный вид и основные параметры этого делителя представлены в [2]. Следует однако заметить, что делители типа МКД предназначены для работы при положительных температурах окружающей среды. Ещё одним их недостатком является невозможность суммирования расходов, поступающих к выходным отверстиям делителя, с поддержанием равенства этих расходов.

Более универсальными с  этой точки зрения являются делители-сумматоры потока (рис.6), с помощью которых осуществляется синхронное движение гидродвигателей как в прямом направлении, так и в обратном (т.е. при реверсе).

 

Рис.6 Схемное изображение делителя-сумматора потока

Эти устройства нередко  называют также реверсивными порционерами. Конструктивная схема порционера типа ГА - 215 представлена в [3], а порционера типа ГА - 57 – в [4]. Указанные порционеры, выпускаемые авиационной промышленностью, имеют весьма небольшие размеры, отличаются высокой надёжностью и предназначены для работы в диапазоне температур окружающей среды от  – 60°С до + 80°С при давлении до 21 МПа. Их погрешность синхронизации сравнительно невелика и определяется главным образом разнонагруженностью гидродвигателей. Чем меньше различие указанных нагрузок, тем точность синхронизации выше.

Особенностью применения делителей потока в гидрофицированном оборудовании с синхронно работающими цилиндрами является необходимость использования цилиндров одинакового диаметра. По этой причине операция подъёма цилиндров в синхронном режиме в случае большого различия действующих на них нагрузок характеризуется значительным дросселированием масла, поступающего через делитель в поршневую полость менее нагруженного цилиндра, что обусловливает снижение КПД привода, возрастание температуры масла и сокращение срока его службы. С учётом сказанного делители потока целесообразно применять, прежде всего, в приводах небольшой мощности, в приводах периодического действия или в приводах, в которых различие нагрузок на гидродвигатели невелико. В других случаях более рационально использовать синхронизатор в виде регуляторов расхода. Если требования к точности синхронизации невысокие и нагрузки на гидродвигатели постоянны, то в состав привода целесообразно включить набор дросселей, поскольку такой привод имеет простую структуру и минимальную стоимость.

 

1.2.2 Объёмная синхронизация

 

Использование для реализации такого режима дроссельных синхронизаторов  не всегда эффективно, особенно в случае разнонагруженности гидродвигателей. Чем больше разнонагруженность, тем  меньше КПД привода, что приводит к росту энергозатрат, повышению  температуры масла и к ускорению его старения. В таких случаях целесообразно ориентироваться на применение объёмных синхронизаторов, для которых характерны минимальные потери давления.

При выборе объёмного  синхронизатора того или иного типа для создаваемых приводов необходимо учитывать следующие факторы:

1. Точность (погрешность)  синхронизации, а также её зависимость  от нагрузки на гидродвигатели.

2. Габариты и масса  синхронизатора, поскольку к современному оборудованию обычно предъявляются высокие требования к минимизации его массогабаритных параметров.

3. Вопросы комплектации привода  соответствующими гидроагрегатами.

Важность последнего фактора объясняется тем, что  недостаточная информированность проектировщиков о выпускаемой в стране продукции обусловливает возрастание длительности проектирования или принятие неэффективного решения.

Рассмотрим основные разновидности  объёмных синхронизаторов и возможности  их применения для различных промышленных условий.

 

Синхронизация с помощью  насосов

 

На рис.7 представлена гидросхема привода подъёма, в которой синхронизация цилиндров Ц1 и Ц2 осуществляется с помощью двухсекционного насоса Н, приводимого во вращение одним электродвигателем. Подъём объектов G₁ и G₂ производится при переключении распределителей Р1 и Р2 в левую позицию, а опускание – при их переключении в правую. Причём в процессе опускания масло из поршневых полостей цилиндров Ц1 и Ц2 вытесняется в бак через перепускные клапаны ПК1 и ПК2.

Рис.7 Гидросхема привода с двухсекционным насосом

Уравнения расходов для  напорных ветвей такого привода при  выполнении операции подъёма можно  записать следующим образом:

;

,

где: v₁ и v₂ – скорости подъёма цилиндров Ц1 и Ц2; S₁ и S₂ – площади поршней этих цилиндров; q₁, q₂ и r_Н1, r_Н2 – рабочие объёмы и удельные утечки насосных секций Н1 и Н2; n – частота вращения этих секций; r₁ и r₂ – удельные утечки распределителей Р1 и Р2; p₁ и p₂ – рабочие давления в напорных ветвях, определяемые (без учёта гидромеханических потерь) весом объектов G₁ и G₂.

Различие действительных значений параметров S₁ и S₂, q₁ и q₂, r_Н1 и r_Н2, r₁ и r₂, влияющее на погрешность синхронизации , определяется главным образом разбросом геометрических размеров соответствующих деталей гидроагрегатов в пределах допусков на их изготовление. При этом следует иметь в виду, что определить заранее расчётным путём значения указанных параметров не представляется возможным, поскольку, во-первых, для насосов и распределителей официальная информация о допускаемых отклонениях этих значений от их номинальных величин отсутствует, а во-вторых, приёмо-сдаточным испытаниям на заводах-изготовителях подвергается в большинстве случаев лишь часть серийно выпускаемых гидроагрегатов. С учётом сказанного для определения погрешности Δv создаваемого привода и сопоставления её с допускаемой величиной (определяемой требованиями заказчика) можно рекомендовать следующее решение. На завершающем этапе монтажа привода проводят его испытания, подключая напорные магистрали не к цилиндрам, а к нагружающим устройствам, содержащим регулируемые дроссели и расходомер. После чего на основании полученных данных получают (с учётом допущения о равенстве площадей S₁ и S₂) графическую зависимость скоростей подъёма цилиндров от нагрузки (рис.2). Если экспериментально полученное значение Δv превышает допускаемую величину, то кинематическую ветвь привода, содержащую насос Н2 и распределитель Р2, подключают к менее нагруженному цилиндру Ц1. В ряде случаев для уменьшения Δv в магистраль, соединённую с обратным клапаном КО1, можно установить дополнительный дроссель. Тогда с его помощью представляется возможным увеличить внутренние утечки в насосе Н1 и распределителе Р1 и уменьшить тем самым различие в скоростях подъёма цилиндров. Поскольку такое решение обусловливает возрастание энергозатрат, его целесообразно применять для приводов небольшой мощности или для приводов периодического действия.

 

Рис.8 Зависимость скорости подъёма гидроцилиндров от нагрузки

 

Рассматриваемый привод позволяет также осуществлять режим «дожима» отстающего цилиндра. Если, например, цилиндр Ц1 первым завершит свой рабочий ход при подъёме, то отстающий цилиндр Ц2 продолжит движение вверх. Причём в этот период времени масло от насоса Н1 будет вытесняться в бак через предохранительный клапан КП1. Фиксация этих цилиндров в поднятом положении осуществляется с помощью обратных клапанов КО1, КО2 и перепускных клапанов ПК1, ПК2. Вполне очевидно, что для исключения «сползания» цилиндров при неработающем приводе указанные аппараты должны иметь абсолютную внутреннюю герметичность. Этому требованию с целью уменьшения погрешности синхронизации должны удовлетворять и предохранительные клапаны КП1, КП2. Для оснащения создаваемого привода такой аппаратурой можно, в частности, использовать предохранительные клапаны прямого действия типа У462, выпускаемые АО «Пневмостроймашина», г. Екатеринбург.

Определённым недостатком  рассматриваемого варианта синхронизации  является весьма ограниченная номенклатура выпускаемых в стране двухсекционных насосов. Агрегатный завод «Гидропривод» (г. Елец) выпускает гамму пластинчатых насосов типа НПл, однако они предназначены для работы на достаточно вязких маслах при положительных температурах окружающей среды и, кроме того, работоспособны при давлении не более 16 МПа. Предприятие «Гидропривод» (г. Шахты») освоило производство радиально-поршневых насосов типа НПР на давление до 50 МПа, однако такие насосы выпускаются только с рабочим объёмом каждой секции 16 см³ и также предназначены для работы при положительных температурах.

Для расширения возможностей применения приводов с объёмной синхронизацией во многих случаях целесообразно  ориентироваться на другой вариант, содержащий двухвальный электродвигатель (ЭД) с подключёнными к нему насосами Н1 и Н2 (рис.9). Такой вариант хотя и уступает ранее рассмотренному с точки зрения компактности, однако существенно облегчает вопросы комплектации проектируемых приводов. Необходимо, однако, иметь в виду, что требуется применять однотипные насосы как правого, так и левого вращения. В качестве таких гидроагрегатов можно использовать шестерённые насосы типа НШ («Агрегатный завод», г. Омск, «Гидроагрегат», г. Павлово), аксиально-поршневые насосы типа 310 («Пневмостроймашина»), большую гамму аксиально-поршневых и радиально-поршневых насосов, выпускаемых предприятием «Гидропривод» (г. Шахты), а также малогабаритные аксиально-поршневые насосы типа НП авиационной корпорации «Рубин».

Рис.9 Фрагмент гидросхемы привода с двухвальным электродвигателем

 

Достаточно эффективным  является также вариант, содержащий раздаточную зубчатую коробку, входной вал которой соединён с ЭД, а выходные валы – с насосами. При использовании такого варианта облегчается выбор насосов и гидродвигателей из числа серийно выпускаемых, а требуемое значение линейной скорости цилиндров или угловой скорости гидромоторов легко обеспечивается путём выбора соответствующей величины передаточного отношения зубчатых пар. Кроме того, с помощью этого варианта достаточно просто обеспечить синхронное движение трёх и более гидродвигателей. Некоторым его недостатком является необходимость разработки, изготовления и размещения на машине такой зубчатой коробки.

Ещё одним эффективным  вариантом является использование  нерегулируемого и регулируемого  насосов, соединённых, например, с двухвальным  ЭД. При этом представляется возможным применять насосы разных типов и обеспечить весьма высокую точность синхронизации. Кроме того, при значительном различии масс перемещаемых объектов в состав привода можно включить цилиндры с различным диаметром поршней, что уменьшает суммарную массу гидродвигателей и облегчает монтажные работы. В качестве регулируемого насоса рационально применять насос с ручной настройкой подачи. Для этой цели подходят аксиально-поршневые насосы типа НК («Пролетарский завод») и типа РНА1Р («Гидропривод», г. Шахты), причём указанные типы выпускаются с максимальными рабочими объёмами от 32 до 915 см³. К числу недостатков данного варианта следует отнести трудность его применения в тех приводах, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации массогабаритных параметров их электронасосных установок. Так, например, длина насоса с максимальным рабочим объёмом 32 см³ составляет около 0,5 м.