Гидравлический привод кольцевого затвора гидроагрегата

 

Синхронизация с помощью  насос-моторов

 

На рис.10 представлена гидросхема привода подъёма, в котором подъём и опускание цилиндров Ц1 и Ц2 в синхронном режиме производится с помощью спаренных насос-моторов ГМ1 и ГМ2 (моторного синхронизатора) при переключениях распределителя Р соответственно в левую и правую позицию. Для «дожима» отстающего цилиндра на конечном участке подъёма служат перепускные клапаны ПК1 и ПК2, давления настройки которых несколько больше величин рабочего давления в поршневых полостях указанных цилиндров. С помощью перепускного клапана ПК3, настроенного на небольшое давление, практически исключается рост давления в этих поршневых полостях в процессе опускания. Для предотвращения разрежения в поршневых полостях по завершении опускания в состав привода включены обратные (подпиточные) клапаны КО2 и КО3, что объясняется следующим. Когда один из цилиндров (например цилиндр Ц2), имеющий несколько большую скорость движения, завершит перемещение вниз и остановится, цилиндр Ц1 под действием своей массовой нагрузки ещё некоторое время будет опускаться, продолжая вытеснять масло из своей поршневой полости через насос-мотор ГМ1 и дроссель Др в бак. При этом будет вращаться и насос-мотор ГМ2, создавая, тем самым, разрежение в поршневой полости неподвижного цилиндра Ц2. Для обеспечения надёжной подпитки поршневых полостей необходимо в процессе проектирования привода выбирать или разрабатывать обратные клапаны с минимальным усилием поджатия их пружин, а бак располагать на достаточной высоте. Если последнее условие по конструктивным соображениям выполнить не представляется возможным, то следует использовать, например, герметичный бак с избыточным давлением.

 

Рис.10 Гидросхема привода со спаренными насос-моторами

 

Анализируя работу такого привода, нетрудно заметить, что при  выполнении операции подъёма гидромашина  ГМ1 работает в режиме гидромотора, а гидромашина ГМ2 – в режиме насоса. При выполнении операции опускания их режим работы меняется. По этой причине в таких приводах в качестве моторного синхронизатора необходимо применять реверсивные и обратимые гидромашины. Для приводов, работающих в широком температурном диапазоне, можно использовать аксиально-поршневые мотор-насосы типа МГ («Пролетарский завод»), а также малогабаритные гидромоторы типа ГМ, выпускаемые корпорацией «Рубин». Для цеховых условий можно применять большую гамму аксиально-поршневых насос-моторов (типов МН, МГ, УНМА, РМНА), выпускаемых предприятием «Гидропривод», г. Шахты.

Рассматриваемый привод несложен в изготовлении, имеет приемлемые массогабаритные параметры и  может обеспечить достаточно высокую  точность синхронизации. Кроме того, использование такого привода весьма эффективно при ручном управлении, поскольку для осуществления рабочих движений гидродвигателей достаточно переключать один распределитель.

 

Синхронизация с помощью  дозатора возвратно-поступательного  движения

 

Такой синхронизатор представляет собой гидроцилиндр, содержащий несколько секций и общий шток (рис.11). Количество секций (поршней) равно количеству исполнительных цилиндров привода. При подаче масла по магистрали 1 в левые полости дозатора Д его поршни совершают рабочий ход вправо, вытесняя одинаковые объёмы масла в поршневые полости цилиндров Ц1 и Ц2.

 

Рис.11 Фрагмент гидросхемы привода с двухсекционным дозатором

 

Достоинствами такого синхронизатора являются его простая конструкция  и небольшая погрешность синхронизации, что объясняется отсутствием утечек в кинематических ветвях «дозатор – поршневые полости цилиндров». Согласно результатам экспериментальных исследований, рассогласование ходов цилиндров при их подъёме на 250 мм с помощью подобного дозатора не превышало 0,2…0,4 мм. Недостатком такого устройства являются его значительные габариты, особенно в случае его применения в приводах с длинноходовыми цилиндрами. Для уменьшения габаритов дозатора его можно использовать как многоходовое устройство. В этом случае после выполнения рабочего хода по сигналу конечного выключателя ВК2 осуществляется реверс поршней дозатора вхолостую влево путём подачи масла в его правые полости по магистрали 2. В период реверса цилиндры Ц1 и Ц2 неподвижны, что легко обеспечивается, например, с помощью гидрозамков, запирающих масло в поршневых полостях этих цилиндров. При срабатывании конечного выключателя ВК1 производится следующий рабочий ход поршней дозатора. Следует однако заметить, что при использовании дозатора как многоходового устройства продолжительность выполнения рабочих операций возрастает. По этой причине такой вариант синхронизации целесообразно применять в приводах машин, к которым не предъявляются жесткие требования по минимизации времени выполнения указанных операций.

 

Синхронизация с помощью последовательного подключения гидроцилиндров

 

В этом случае равенство  скоростей перемещаемых объектов обеспечивается с помощью самих исполнительных гидродвигателей путём их последовательного соединения (рис.12), причём все цилиндры, за исключением первого, должны иметь двухсторонний шток. Кроме того, диаметры поршней цилиндров и диаметры их штоков должны быть соответственно одинаковы.

Рис.12 Последовательное подключение гидроцилиндров

 

Такой способ синхронизации  широкого применения не получил, поскольку имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, в конструкции машины необходимо предусмотреть соответствующие объёмы как для размещения цилиндров с двухсторонним штоком, так и для перемещения этих штоков. В наибольшей степени этот недостаток проявляется при использовании длинноходовых цилиндров. Во-вторых, стоимость цилиндров с двухсторонним штоком, изготовленных по индивидуальному проекту, в несколько раз превышает стоимость серийных цилиндров с односторонним штоком. В-третьих, для осуществления «дожима» отстающих цилиндров в состав привода необходимо включить значительное количество клапанно-распределительной аппаратуры, что вызывает как усложнение самого привода, так и его эксплуатации. Кроме того, давление, развиваемое насосом такого привода при подъёме, определяется (в отличие от ранее представленных приводов) суммарным весом перемещаемых объектов, вследствие чего использовать такой способ синхронизации в приводах, предназначенных для подъёма значительных масс и имеющих цилиндры сравнительно небольшого диаметра, не представляется возможным. По этим причинам данный способ синхронизации целесообразно применять в малонагруженных приводах с короткоходовыми цилиндрами.

Таким образом, приведённые  в данной работе аналитические материалы  позволяют в процессе проектирования многодвигательных приводов более обоснованно подходить к выбору синхронизатора, что способствует повышению эффективности разрабатываемых машин и оборудования.

 

1.4 Факторы,  влияющие на рассогласование  исполнительных органов гидрофицированнных машин и механизмов

Синхронная работа рабочих  органов различных машин и  механизмов нарушается под влиянием многих факторов. К основным из них  следует отнести:

1. Податливость системы, определяемая сжимаемостью рабочей жидкости в зависимости от давления в гидросистеме и упругими свойствами трубопроводов.

2. Наличие в рабочей  жидкости нерастворённого воздуха.

3. Утечки рабочей жидкости  в насосах, гидроаппаратуре и  гидродвигателях (гидроцилиндры  и гидромоторы) в зависимости  от давления и температуры.

4. Изменение рабочей нагрузки на исполнительных органах машины.

5. Силы трения различного  характера в гидравлических и  механических элементах системы.

6. Технологические допуски,  обуславливающие различие в соотношении  площадей цилиндров и к. п.  д. насосов.

7. Изменение размеров нагнетательных трубопроводов, цилиндров, элементов машины в зависимости от рабочего давления и температуры.

8. Изменение характеристик гидроаппаратов  и устройств во времени (заращивание  щелей и дросселирующих отверстий  в золотниках, дросселях и.т.п.).

9. Различие гидравлических  характеристик трубопроводов от  источника давления до исполнительных  органов.

2. Разработка гидравлической схемы устройства

 

Для разработки гидравлической схемы устройства и удовлетворения технических требований, предъявляемых к приводам кольцевых затворов, а именно: 

1. Обеспечение равномерности заданных скоростей подъема при всех возможных вариантов действующих нагрузок,
2. Обеспечение заданных скоростей опускания щита затвора в режиме оперативного управления и в аварийном режиме.
3. Обеспечение синхронности скоростей и перемещений во всех точках подсоединения серводвигателей и предотвращение недопустимых перекосов.

Нам необходимо провести анализ методов синхронизации и  выбрать наиболее подходящий и отвечающий все требованиям конкретный тип.

 

2.1 Анализ и  выбор метода синхронизации устройства

 

            На основе полученной информации  нами был выбран тип синхронизации: Синхронизация с помощью делителей и сумматоров потока.

          Достоинствами выбранного типа  является то, что гидропередачи с делителями потоков дроссельного типа – наиболее простые средства синхронизации движения рабочих органов машин. Они позволяют почти исключить влияние утечек жидкости в насосах на точность синхронизации; значительно дешевле, чем, например, системы с громоздкими дозаторами или следящими распределителями и гидротахометрами. Дроссельная синхронизация гидродвигателей допустима при больших перепадах нагрузок, преодолеваемых исполнительными органами машин, и осуществима в широком диапазоне скоростей движения гидродвигателей. А так же простота схемы устройства,  возможность закрытия затвора под действием собственного веса (при полном отключении электропитания), высокая точность синхронизации при наличии даже значительной асимметрии нагружения.

            Синхронизация при помощи делителя  – сумматора потока обеспечивает  равномерное движение всех гидроагрегатов, его аварийное закрытие и предотвращение перекосов.

 

2.2 Определение типа принципиальной гидравлической схемы устройства кольцевого затвора

 

        На основании предложенного технического задания, задания и с учётом выбранного способа синхронизации были разработаны следующие принципиальные схемы. Их основное различие состоит в наличии или отсутствии специального дозатора, который на начальном этапе позволит синхронизировать гидроцилиндры и обеспечить равномерное ускорение до заданной скорости.

 

Рис. 13. Синхронизация с помощью делителя-сумматора потока

 

 

Рис. 14.  Синхронизация с помощью делителя-сумматора потока и дозатора

 

 

Рис. 15.   Синхронизация с помощью сумматора потока и делителя потока

 

 

 

 

рис. 16.   Синхронизация с помощью сумматора потока, делителя потока и дозатора

 

Из предложенных мною принципиальных схем были выбраны схемы со специальным дозатором. (Это схемы (рис.14) и (рис.16)) Их принципиальное различие состоит в наличии либо делителя сумматора потока, либо отдельно делителя потока и отдельно сумматора потока. Поскольку в продаже имеются устройства для обеих схем, то для разработки мною была выбрана схема (рис.14.) с делителем сумматором потока, исходя из компактности данного устройства, по сравнению с двумя раздельными устройствами. Но, так как данный тип устройства производится ограниченным кругом иностранных компаний, схема (рис.14.) может быть переработана в схему (рис.16) с использованием двух раздельных устройств российского или импортного производства без существенных изменений.

 

 

 

 

 

2.3 Описание принципиальной схемы гидропривода кольцевого затвора

 

На Рис. 17 представлена принципиальная гидравлическая схема гидропривода подъёма/опускания кольцевого затвора.

 

Рис. 17. Принципиальная схема гидравлического привода кольцевого затвора гидроагрегата

 

Она включает:

Р1,Р2 – распределители двухсекционные с ручным управлением, золотники  которых механически соединены для одновременной работы. Они необходимы для переключения управления подъёма/опускания затвора от распределителя Р3 с электрическим управлением на распределитель Р4 с ручным управлением.

Р3 – распределитель трёхсекционный с электрическим управлением. Необходим для обеспечения функций подъёма/опускания затвора с возможностью дистанционного управления.

Р4 – распределитель трёхсекционный с ручным управлением. Обеспечивает функций подъёма/опускания затвора  с ручным управлением(аварийный).

КО1 – клапан обратный.

КО2…КО12 – клапаны обратные.

ДСП1…ДСП3 – Делители-сумматоры потока. Обеспечивает разделение расхода поступающего к двум гидроцилиндрам, на два равных потока.

КО13…КО24 – клапаны обратные.

Д1…Д3 – Дозаторы.

Ц1…Ц3 – Гидроцилиндры.

КН1,КН2,КН5,КН6,КН9,КН10 – Концевой выключатель. Представляет собой распределитель двухсекционный с механическим управлением

КН3,КН4,КН7,КН8,КН11,КН12 – Концевой выключатель. Представляет собой распределитель двухсекционный с механическим управлением

Др1– Дроссель.

Др2…Др7 – Дроссели.

Р5…Р10 – распределители двухсекционные с гидравлическим управлением.

УВ1…УВ12 – Устройства выпуска воздуха.

 

 

 

Подъём кольцевого затвора осуществляется следующим  образом. При переключении распределителя Р3 в правую позицию расход рабочей жидкости от МНУ, свободно поступает через дроссель Др1 и обратный клапан КО1 к делителям-сумматорам потока ДСП1, ДСП2, ДСП3. Далее расход от каждого делителя-сумматора потока поступает в нижние полости соответствующего дозатора Д1, Д2, Д3. Рабочая жидкость, вытесняемая поршнем дозаторов Д1, Д2, ДЗ  из верхней полости, поступает через обратные клапаны КО3, КО5, КО7, КО9, КО11, КО13 и распределители двухсекционные с гидравлическим управлением Р5, Р6, Р7, Р8, Р9, Р10, в нижнюю полость соответствующего гидроцилиндра Ц1-Ц6. Происходит подъем кольцевого затвора. После того как поршень дозатора достигает верхнего положения, осуществляется прямой расход к гидроцилиндрам через полость дозатора и обратные клапаны КО14, КО16, КО18, КО20, КО22, КО24. При достижении поршнями гидроцилиндров верхнего положения они нажимают на соответствующие нажимные клапаны КН1, КН2, КН5, КН6, КН9, КН10 и жидкость сливается  через них в бак. После чего распределитель Р3 переводят в крайне левое положение, в результате расход поступает на распределители двухсекционные с гидравлическим управлением , Р5, Р6, Р7, Р8, Р9, Р10. в результате чего рабочая жидкость в нижних частях гидроцилиндров запирается.