Типы гидравлических систем и их принципиальные схемы

1 февр. 2018

На принципиальной схеме изображена конструкция гидравлической системы.

Отдельные гидроприборы обозначены условными знаками согласно ГОСТу-2.782 и соединены друг с другом.

Соединения отдельных магистралей обозначены на принципиальных схемах линиями.

С помощью принципиальной схемы можно разобраться в режиме работы гидросистемы.

К подробным функциональным схемам, как правило, прилагается еще и диаграмма работы гидросистемы, позволяющая точно воспроизвести последовательность включения отдельных установок или машин.

Анализируя принципиальные схемы, можно сказать, что элементы схем повторяются в различных гидросистемах.

 

Простая (открытая) гидросистема

 

На рисунке изображена простая гидравлическая система. Насос 1 с нерегулируемой подачей всасывает рабочую жидкость из резервуара и подает ее в гидравлическую систему. Распределитель с ручным управлением 4 находится в нейтральном положении. Рабочая жидкость циркулирует из насоса в бак 2 почти без напора. Распределитель удерживается в нейтральном положении с помощью двух пружин (центрирующие пружины). При включении распределителя 4 (левое положение, обозначенное параллельными стрелками) рабочая жидкость поступает в полость поршня гидроцилиндра 5. Шток поршня выдвигается. Скорость выдвижения зависит от подачи насоса и размера гидроцилиндра (площади поршня). Усилие, возникающее на штоке поршня, зависит от площади поршня и максимального давления в гидросистеме. Максимальное давление в гидросистеме и, следовательно, нагрузка гидросистемы регулируется с помощью клапана ограничения давления 3. Величина давления в гидросистеме определяется преодолеваемым сопротивлением потребителя и измеряется манометром 6.

Гидросистема с распределителями последовательного включения

 

Если удлинить магистраль слива первого гидравлического распределителя простой гидросистемы, установив на ней один или несколько распределителей, то мы получим так называемое последовательное включение.

При последовательном включении необходимо, чтобы сила и скорость включаемых одновременно потребителей регулировалась.

Точнее говоря, дело обстоит следующим образом. Чтобы привести в движение гидроцилиндр 2, необходимо давление, соответствующее силе подъема и площади поршня. Это давление действует на кольцевую поверхность поршня цилиндра 1. Действующее на цилиндр 1 давление складывается из внешнего усилия, действующего на шток поршня, и давления, состоящего из давления, действующего на цилиндр 2, и площади кольцовой поверхности поршня цилиндра 1.

Если давление, действующее на цилиндр 1, больше суммы действующих сил, то оба гидроцилиндра выдвигаются. Отношение скоростей движения гидроцилиндров 1 и 2 пропорционально отношению плошади поршня цилиндра 2 к кольцевой поверхности цилиндра 1.

Циркулирующая гидравлическая жидкость через фильтр сливается в бак.

 

 

Параллельное включение элементов распределителей   Каждый распределитель соединен с каналом Р, все потребители управляются одновременно. Распределение рабочей жидкости производится в соответствии с сопротивлением в гидросистемах потребителей. Параллельное включение элементов распределителей   Каждый распределитель соединен с каналом Р, все потребители управляются одновременно. Распределение рабочей жидкости производится в соответствии с сопротивлением в гидросистемах потребителей.        Сдвоенная схема   Подача рабочей жидкости производится только через циркуляционный канал. Потребители включаются не одновременно. Эта схема применяется в качестве предохранительной схемы.        Последовательное включение   Используется слив рабочей жидкости. Рабочая жидкость от потребителя 1 сливается в распределитель 2. Таким образом, потребитель 2 имеет принудительное управление, т.е. скорости потребителей зависят от подачи рабочей жидкости, а рабочие давления суммируются.   Гидравлическая система с параллельным включением нескольких распределителей   Насос 1, подача которого регулируется с помощью регулирующего двигателя 2, всасывает отфильтрованную жидкость и подает ее в соседнюю гидросистему. Через магистральные ответвления и гидравлические распределители 5, 6 и 7 рабочая жидкость поступает в гидроцилиндры 8, 9 и 10. Распределители и, следовательно, потребители, расположены параллельно. На схеме распределители 5 и 6 в нейтральном положении перекрывают точки подключения Р, А, В и Т. Когда распределитель 7 находится в правом положении, точка подключения Р закрыта. Клапан ограничения давления 3 регулирует давление в гидросистеме перед распределителями, которого величина снимается нажатием клавиши 3/2-распределителя 4 на манометру. В качестве потребителей на схеме изображены телескопический гидроцилиндр двустороннего действия 8, дифференциальный гидроцилиндр 9 с постоянным демпфированием поршня и гидроцилиндр одностороннего действия и возвратной пружиной 10. При параллельном включении нескольких цилиндров могут двигаться одновременно лишь в том случае, если имеется достаточное количество рабочей жидкости, с помощью которой можно поддержать необходимое рабочее давление. В противном случае давление устанавливается по минимальному сопротивлению, то есть вначале выдвигается цилиндр с минимальным давлением. Когда первый цилиндр достиг конечного положения, давление нарастает, достигая величины, требуемой для выдвижения следующего цилиндра. Выдвижение цилиндров происходит поочередно в зависимости от давления, требуемого для преодоления нагрузки.

 

Гидравлическая система с трехкаскадным дистанционным ограничителем давления

 

Если в гидравлической установке возникает необходимость применить трехкаскадное управление давлением, то это делается путем подключения двух дополнительных клапанов ограничения давления или двух клапанов предварительного управления.

На принципиальной схеме изображен клапан ограничения давления 1 с предварительным управлением, который с помощью распределителя 2 соединяется с одним из двух клапанов предварительного управления 3 или 4.

Когда гидравлический распределитель 2 находится в нейтральном положении, клапаны 3 и 4 соединяются с баком. Давление в гидросистеме устанавливается на клапане ограничения давления 1. Когда к распределителю 2 подключается напорный клапан 3 или 4 (в данном случае клапаны предварительного управления), то давление подается одновременно на клапан 1 и 3 или 4. Это означает, что на клапане 1 устанавливается максимальное рабочее давление. а в подключенном напорном клапане 3 или 4 более низкое давление. Эта схема может применяться и в качестве дистанционного управления гидроцилиндрами.

 

Гидравлическая система с дифференциальным включением цилиндра

 

Широко распространена так называемая дифференциальная схема. Особенность этой схемы является то, что в полости штока 1 гидроцилиндра постоянно находится сжатая рабочая жидкость, а полость поршня 2 через трехходовой распределитель 3 нагружается или разгружается в направлении бака. Отношение действующих на шток поршня сил соответствует отношению площадей сторон поршня и штока. Отсюда и название «дифференциальная схема». Эта схема применяется в гидравлических зажимах с малогабаритными насосами. При выдвижении штока поршня рабочая жидкость 4 вытесняется из полости штока и вместе с рабочей жидкостью насоса 5 подается на противоположную сторону в полость поршня. Разумеется, при применении подобной схемы следует помнить, что усилие штока поршня соответствует разности площадей поверхности поршня и кольцевой поверхности поршня, иными словами, это усилие соответствует площади штока поршня. Если выбранное нами отношение площадей кольцевой поверхности поршня и поверхности поршня составляет 1:2, то скорость выдвижения и скорость возврата штока поршня дифференциального цилиндра одинаковы. В этом состоит преимущество данной схемы.

Гидравлическая система с двойной блокировкой гидроцилиндра

 

В этой гидросистеме, если необходимо зажать гидроцилиндр в обоих направлениях движения, зафиксировав его в нужном положении, применяется сдвоенный обратный клапан 1 с деблокировкой в обоих направлениях. Когда распределитель находится в положении, изображенном на схеме, цилиндр невозможно сдвинуть с места усилием извне. В зависимости от направления приложения силы левый или правых обратный клапан герметически перекрывает отток рабочей жидкости. Для выдвижения или возврата гидроцилиндра из подводящей стороны включается расположенный в магистрали слива обратный клапан. Когда гидравлический распределитель занял нейтральное положение, следует обратить внимание на то, чтобы обе точки подключения деблокируемых обратных клапанов были разгружены в направлении магистрали бака. Только тогда можно обеспечить быстрое и точное закрытие конуса клапанов и герметичность перекрытий.

Гидравлическая система c клапаном наполнения и обратным клапаном с гидравлическим управлением

 

Когда на рабочий гидроцилиндр в гидравлической системе постоянно действует нагрузка (например, суппорт протяжного станка), то гидроцилиндр необходимо предохранить от опускания из-за утечки в гидравлическом распределителе. Это достигается с помощью установленного в сливной магистрали обратного клапана 1 с деблокировкой. Кроме того, необходимо установить клапан противодавления (клапан подключения давления 2). Давление открытия этого клапана примерно на 10% выше веса удерживаемого груза.

При этом возникает эффект гидравлической противодействующей силы.

И только после подачи давления на сторону поршня (А) это «предварительное напряжение» удается преодолеть. В результате поршень опускается.

Скорость опускания регулируется с помощью регулятора потока 3.

Подключенный параллельно к регулятору потока обратный клапан позволяет осуществлять быстрый подъем груза.

 

 

Гидравлическая система с регулированием давления в первом гидроцилиндре и подключением второго цилиндра для выдвижения и возврата

 

Перед нами упрощенная гидросистема зажимного устройства с подачей сверла. На ней представлен принцип гидравлического последовательного включения в зависимости от давления.

На практике необходимо следить за тем, чтобы проводился контроль положения гидроцилиндра и давления с целью, получения очередного сигнала, в зависимости от выше указанных контролируемых величин. Это на схеме не показано.

4/2-распределитель 1, приводимый в движение педалью, удерживается в исходном положении с помощью пружины. Оба цилиндра (подача сверла и гидравлический зажим) втянуты.

При включении распределителя 1 точка подключения Р соединяется с точкой подключения 8, а точка подключения А с точкой подключения Т.

Рабочая жидкость через открытый в исходном положении клапан регулирования давления 2 поступает в цилиндр гидравлического зажима. Цилиндр выдвигается. Канал, соединяющий цилиндр подачи сверла, перекрыт клапаном подключения давления 3.

После того, как цилиндр зажимного устройства занял заданное положение, давление нарастает. В цилиндре зажимного устройства устанавливается регулируемое клапаном 2 давление. В линии насос-клапан регулирования давления давление возрастает до тех пор, пока не достигнет величины, установленной на клапане подключения давления 3.

Когда заданное давление достигнуто, клапан 3 открывается и цилиндр подачи сверла выдвигается со скоростью, установленной на регуляторе потока 5. Возврат цилиндров производится в обратном порядке. Цилиндр зажимного устройства отпускает заготовку только после того, как цилиндр механизма подачи сверла вернулся в исходное положение.

Такая последовательность возврата определяется клапаном подключения давления 4. После того, как пружина вернула распределитель 1 в исходное положение, начинается возврат цилиндров. Рабочая жидкость вначале поступает в цилиндр механизма подачи сверла.

В этот момент канал, ведущий к цилиндру зажимного механизма, перекрыт клапаном подключения давления 4.

Когда цилиндр подачи сверла достиг конечного положения, давление продолжает нарастать. Как только достигается давление, установленное на клапане 4, этот клапан открывает канал цилиндра зажимного механизма и цилиндр начинает возвратное движение.

В гидросистеме применяется саморегулирующий насос с компенсацией давления и регулируемой подачей (например, лопастной насос тип V3). Таким образом, максимальное рабочее давление устанавливается непосредственно на насосе.

 

Гидравлическая система пресса с клапаном наполнения и цилиндром ускоренного хода

 

Как правило, гидравлические прессы обладают большой мощностью. Поэтому в гидравлических системах для прессов применяются гидравлические цилиндры большого объема.

Для обеспечения ускоренного хода поршня вместо дорогостоящих насосов больших объемов применяют так называемые наполнительные клапаны, которые по существу являются крупногабаритными обратными клапанами с гидроуправлением.

Эти клапаны имеют следующий принцип действия:

Предположим, что ползун пресса находится в верхнем (исходном) положении, а движение вниз управляется 4/3-распределителем 6 (положением скрещенных стрелок ), который подает давление на оба цилиндра ускоренного хода 1.

Рабочая жидкость, необходимая для привода ползуна пресса 2, поступает из бака над ползуном 3 через открываемый обратный клапан 4.

После того, как плита пресса прижата к заготовке, сопротивление повышается и давление в гидросистеме нарастает. Открывается регулируемый клапан подключения давления 5 и рабочая жидкость подается в полость цилиндра ползуна пресса. На все три поверхности поршня подается максимальное давление.

Наполнительный клапан перекрывает магистраль бака над ползуном 3. При возврате полости поршня (А) цилиндров ускоренного хода разгружаются, а в полости штоков (В) под давлением подается рабочая жидкость.

Одновременно через магистраль управления давление подается в точку подключения X наполнительного клапана. С помощью цилиндра управления открывается основной конус и рабочая жидкость стекает в бак над ползуном.

 

Гидравлическая система синхронного хода нескольких гидроцилиндров

 

Одним из распространенных способов синхронизации хода гидравлических цилиндров является так называемый «гидравлический боуденовский трос». Правда, применение боуденовского троса в гидравлических системах связано с определенными затратами.

Два гидроцилиндра одинаковых размеров со сплошными поршневыми штоками последовательно подключаются друг к другу. Благодаря этому второй цилиндр повторяет движение первого цилиндра, на который подается давление насоса. Поскольку обе последовательно включенные полости цилиндров столб жидкости только перемещают, ход цилиндров вследствие внутренних, а возможно и внешних утечек, без подпитки может измениться.

Во избежание нежелательных последствий такого изменения хода поршней полость «боуденовского троса» с помощью расположенного справа 4/3-распределителя 2 через каждый ход соединяется кратковременно с магистралью подачи насоса или бака.

Неравномерный ход поршня имеет следующие причины:

а) левый цилиндр первым возвращается в верхнее конечное положение и включает концевой выключатель 3.

Причина: недостаток жидкости между цилиндрами.

Способ устранения: с помощью левого концевика 3 включить магнит «а» гидравлического распределителя 2. Рабочая жидкость будет поступать в магистраль управления до тех пор, пока правый цилиндр также не включит концевой выключатель. Магнит «а» снова отключается.

б) Правый цилиндр первым возвращается в верхнее конечное положение и включает концевой выключатель 4.

Причина: избыток жидкости между цилиндрами.

Способ устранения: с помощью правого концевика 4 включить магнит «b» распределителя 2.

Этим открывается гидравлически деблокируемый обратный клапан 5 и жидкость стекает до тех пор, пока левый цилиндр также не займет конечное положение.

С помощью левого концевого выключателя 3 магнит «b» отключается. В этом случае синхронность хода поршня зависит не только от количества жидкости между цилиндрами, но и от точности исполнения обоих цилиндров.

Общеизвестен тот факт, что в технике невозможно изготовить две абсолютно одинаковые детали.

Поскольку подпиточный распределитель 2, как правило, имеет золотниковую конструкцию, возникает определенная утечка.

Поэтому необходимым условием надежной работы всей системы является установка седельного обратного клапана 5.

 

Закрытая гидравлическая система

 

Под закрытой гидросистемой следует понимать гидросистему в которой используется насос 1, а вместо гидроцилиндра — гидродвигатель 2.

Рабочая жидкость в такой гидросистеме поступает из насоса в гидродвигатель, а оттуда снова во всасывающую магистраль насоса.

Как правило, в закрытой гидросистеме применяется гидронасос с регулируемой подачей в обоих направлениях.

Для практического использования закрытой гидросистемы необходимо следующее дополнительное оборудование.

 

Ограничители давления

 

Оба регулируемых предохранительных клапана 3 и 4 ограничают давление на стороне высокого давления и защищают гидросистему от перегрузок. Рабочая жидкость стекает на сторону низкого давления. Клапаны ограничения давления одновременно служат для торможения гидродвигателя при нулевой подаче насоса.

 

Промывочный клапан и подпиточный контур

 

Промывочный клапан 5 является распределителем с гидравлическим управлением. Когда подача насоса 1 равна нулю, подпиточный насос б через промывочный клапан 5, находящийся в среднем положении, предохранительный клапан 7 и радиатор охлаждения 8 сливает жидкость в бак.

С помощью предохранительного клапана 7 устанавливается подпиточное давление (низкое давление). Оно составляет, как правило, 8 — 15 бар.

Когда насос осуществляет подачу рабочей жидкости, то есть когда в гидродвигатель поступает жидкость, на стороне высокого давления (рабочее давление) включается промывочный клапан, открывающий канал, который соединяет сторону низкого давления с предохранительным клапаном 7.

Например, если слева расположена сторона высокого давления (гидродвигатель 2 вращается вправо), то в этом случае промывочный клапан 5 через левую магистраль управления включается в правом направлении. Благодаря этому сторона низкого давления (справа) соединяется с предохранительным клапаном 7, которым управляет подпиточный насос.

Из стороны низкого давления жидкость через промывочный клапан 5 и предохранительный клапан 7 поступает в бак. Одновременно подпиточный насос б через обратный клапан 9 подает рабочую жидкость на сторону низкого давления. Обратный клапан 10 со стороны высокого давления закрыт.

При смене направления подачи регулируемого насоса давление на промывочный клапан подается с другой стороны. И весь цикл соответственно повторяется.

Благодаря применению промывочного клапана в замкнутой системе осуществляются подача тепла и обмен рабочей жидкости.

 

Кроме того, расмотрим в качестве примера:

Гидравлическая система вилочного погрузчика

 

Гидросистема вильчатого погрузчика выполнена в виде блока управления.

Блок состоит из трех управляемых золотниками распределителей, включенных параллельно:

• Распределитель 1 цилиндра хода;
• Распределитель 2 цилиндра наклона;
• Распределитель 3 дополнительного гидрооборудования.

Когда элементы управления (шестиходовые распределители) находятся в исходном положении, рабочая жидкость в гидросистеме циркулирует из точки подключения насоса Р в точку подключения бака Т без напора.

Включая отдельные элементы управления (1, 2 и 3), мы управляем потребителями.

В канале Р дополнительно устанавливается разделитель потока. Независимо от нагрузки он осуществляет дозировку потока в направлении клапанов 2 (наклонных цилиндров) и 3 (дополнительное гидравлическое оборудование) по заданной величине.

 

Гидравлическая система для установок с меняющейся нагрузкой

 

Нагрузки в приводах опрокидывающих устройств, шанторных ворот шлюзов, подъемных мостов, шлагбаумов и т.д. часто меняются.

То есть в процессе движения меняется направление действия груза. Для того, чтобы заданная скорость потребителя под действием нагрузки не увеличивалась, применяются тормозные клапаны (8 и 9), изображенные на рисунке.

Два нерегулируемых насоса 1 и 2 осуществляют подачу рабочей жидкости через обратные клапаны 5 и 6 и магистраль насоса в распределитель 7.

С помощью предохранительных клапанов с предварительным управлением 3 и 4, посредством на них установленных сверху распределителей для разгрузки давления, насосы могут переключаться на безнапорную циркуляцию.

При выдвижении цилиндра 12 подача жидкости осуществляется через тормозной клапан 8. Тозмозной клапан 9 включается со стороны подачи жидкости. Если после изменения нагрузки скорость движения гидроцилиндра выше заданной, давление управления понижается, то есть тормозной клапан закрывается. Таким образом, скорость движения цилиндра регулируется независимо от нагрузки.

Предохранительные клапаны 10 и 11 служат для вторичного предохранения.

 

 

Компания Гидро-Максимум занимается проектированием и сборкой маслостанций и других гидравлических систем мобильной техники и стационарного оборудования. У нас вы можете заказать построение и сборку любых конфигураций гидравлических систем.