Современные достижения в гидроприводе мобильных машин (Часть 2)

Направляющие гидроаппараты. Управление различными по назначению и конструктивному исполнению рабочими органами и исполнительными механизмами в гидроприводах с разомкнутым потоком осуществляется многозолотниковыми секционными или моноблочными распределителями, предназначенными для плавного пуска, изменения направления и скорости потока рабочей жидкости (РЖ), остановки рабочих органов машин и механизмов.

Для создания современных мобильных машин серийно поставляют секционные и моноблочные многозолотниковые распределители, представляющие собой сложный гидроагрегат, который предохраняет гидросистему от чрезмерных нагрузок, обеспечивает дистанционное управление исполнительными механизмами, разгрузку от давления и другие функции. Основные параметры распределителей – номинальный расход (от 35 до 1200 л/ мин) и максимальное давление (35 МПа). Схемы соединения с исполнительными механизмами у них разные, как и типы и исполнения встраиваемых предохранительных, антикавитационных и других комбинированных клапанов, и разные виды управления золотниками, и способы возвращения золотников в нейтральную позицию. Для дистанционного гидравлического управления ЗАО «ГидраПак Холдинг» поставляет пять блоков управления (джойстиков), двух- и четырехкоординатных с ручным, педальным (ножным) управлением и блоки питания системы управления с гидроаккумулятором.

Многозолотниковые распределители позволяют совмещать рабочие операции, предусмотренные гидравлической схемой машины, в соответствии с заданными функциями исполнительных механизмов в конкретных условиях применения. Некоторые конструкции распределителей имеют защитные и другие дополнительные устройства, обеспечивающие безопасность при выполнении грузоподъемных операций.

Наиболее часто применяются четырехлинейные двух- и трехпозиционные (4/2 и 4/3) распределители с цилиндрическими золотниками, имеющие открытый центр в нейтральной позиции золотника (проточная схема), когда напорная гидравлическая линия соединена со сливом внутри распределителя. Однако для некоторых мобильных машин, требующих изменения направления движения и регулировки скорости рабочих органов, применяют шестилинейные трехпозиционные (6/3) и реже четырехпозиционные четырехлинейные (4/4) распределители, чтобы получить «плавающую» позицию.

Современные конструкции распределителей с компенсаторами давления в виде регулируемых дросселей, встроенных в пропорциональные клапаны, постоянно отслеживают давление между регулируемым дросселем и потребителем (гидромотором или гидроцилиндром) и передают сигнал об изменении внешней нагрузки на регулятор насоса, изменяющий в свою очередь подачу насоса в гидроприводе с разомкнутым потоком. Такой гидропривод с системой LS (Load Sensing) обеспечивает быстрое и точное регулирование расхода РЖ практически независимо от внешней нагрузки, уменьшает потери давления, выделение тепла и демонстрирует значительное энергосбережение в отличие от обычных гидравлических систем.

Номенклатура одно- и многозолотниковых селекторных распределителей с ручным и электромагнитным управлением широкая: на давление 21...35 МПа и расход 30...250 л/мин. Конструктивные возможности таких распределителей позволяют применять их в качестве связующего звена между потребителями и основным распределителем, когда необходимо управлять двумя и более потребителями попеременно с помощью основного распределителя.

Обычно селекторные распределители состоят из одного или двух управляющих золотников с возвратными пружинами и электромагнитов. Для переключения золотников в одну из рабочих позиций применяется комбинированное переключение первого или второго электромагнита. В результате переключения открываются каналы для прохождения потока РЖ и устанавливается связь между отверстиями основного потока. При отключении питания электромагнита возвратная пружина перемещает золотник в нейтральную позицию. При необходимости переключить распределитель можно вручную, нажав на кнопку аварийного управления на торце электромагнита.

Основные параметры шестилинейных двухпозиционных распределителей на условный проход 10 мм: максимальное давление 31,5 МПа; 13 класс чистоты РЖ по ГОСТ 17216–2001; кинематическая вязкость РЖ от 15 до 800 мм²/ с; допустимый диапазон температуры РЖ от –40 до +70 °С. Электрические параметры: напряжение питания электромагнита 12 или 24 В постоянного тока; потребляемая мощность 45 Вт; температура окружающей среды от – 40 до +50 °С; температура катушки электромагнита до +180 °С.

Эти новые для отечественной промышленности так называемые селекторные (переключающие) распределители, или переключатели, обеспечивают приоритетный выбор направления потока РЖ. Обычно их устанавливают между двумя потребителями и основным распределителем, когда необходимо управлять обоими потребителями попеременно с помощью одного основного распределителя.

Применение этих распределителей показало удобство в управлении исполнительными механизмами и в ряде случаев позволило значительно уменьшить количество и длину применяемых трубопроводов и рукавов высокого давления, а также снизило себестоимость.

Электрогидравлическая пропорциональная система управления гидравлическими приводами. По ряду объективных причин и с учетом субъективных факторов внедрение пропорционального электронного управления (ЭПУ) в отечественных машинах начато с некоторым опозданием и крайне медленно. Это объясняется длительным периодом эксплуатации мобильных машин при низких температурах (до –40...–50 °С), к которым не были пригодны электронные компоненты. Кроме того, внедрение сдерживали такие факторы, как нелинейность характеристик управляющих электромагнитов при перемещении золотника, относительно высокая стоимость и др. Однако бесспорные преимущества ЭПУ на опыте эксплуатации систем, построенных на зарубежных комплектующих с применением новых технических решений, позволили создать условия для широкого применения ЭПУ в отечественной практике.

Техническими специалистами ЗАО «ГидраПак Холдинг» были созданы электронные блоки, панель ручного управления и рукоятки пропорционального электрогидравлического управления, работоспособные при низких температурах окружающей среды – до –40 °С.

Электронные блоки обеспечивают стабильный управляющий сигнал, подаваемый на катушки управляющих электромагнитов. Рукоятки дистанционного электрогидравлического управления (джойстики) могут управлять как одним, так и несколькими пропорциональными электромагнитами. Напряжение питания электронных блоков – от 10 до 30 В, это позволяет применять один и тот же блок от источников питания напряжением 12 или 24 В.

«ГидраПак Холдинг» начал серийное изготовление двухкоординатных джойстиков в вариантах с совмещением операций по двум координатам и с запретом на их совмещение. Двухкоординатный джойстик выполнен в традиционном стиле с усиленной осью рукоятки, в литьевом исполнении сложных шарнирных деталей и укомплектован надежными импортными потенциометрами, имеющими износостойкий резистивный слой, нанесенный методом напыления, обеспечивающий 3 млн. рабочих циклов. В отличие от джойстиков с бесконтактными датчиками он более устойчив к внешним электромагнитным полям. В обычном исполнении рукоятка джойстика укомплектована трехпроводным двухпозиционным переключателем без фиксации.

Для гидравлических систем с плавным изменением расхода и длительной его фиксацией разработана простая и дешевая панельная рукоятка для дистанционного управления. Два конструктивных исполнения этой рукоятки позволяют изменять расход в гидравлической системе как в одном, так и в двух направлениях. В настоящее время специалисты «ГидраПак Холдинга» разрабатывают варианты эргономической рукоятки и четырехкоординатного джойстика.

С целью уменьшения габаритных размеров двухкоординатного джойстика электронная составляющая установлена в отдельном электронном блоке в пластиковом корпусе. Электронный блок предназначен для работы в условиях низких температур окружающей среды. Он создан на базе восьмиразрядного микропроцессора и имеет два пропорциональных и два релейных выхода, систему защиты от «переполюсовки» и от внешнего короткого замыкания. Блок можно эксплуатировать без дополнительных переналадок от источников постоянного тока напряжением 12 или 24 В, он хорошо адаптируется к гидроаппаратам ряда зарубежных фирм, снабженных электропорциональными электромагнитами. Вдобавок есть возможность компьютерной настройки с механическим дублированием для отладки в работе системы управления как в заводских условиях, так и в условиях эксплуатации.

Устройства для очистки РЖ от загрязнений. В ходе отечественных и зарубежных исследований установлено, что от 60 до 90% отказов в гидравлическом приводе происходит по причине загрязнения или применения непригодных РЖ. Если при соблюдении требований по очистке РЖ от загрязнений будет обеспечена эффективная фильтрация РЖ, например, по нормам стандарта ISO 4406, то возможно сократить эксплуатационные расходы на 50%.

Для обеспечения безотказной и длительной эксплуатации гидравлического привода необходимы очистка от загрязнений, правильный выбор и применение в качестве РЖ только гидравлических масел МГ-15В и МГЕ-46В, специально созданных для объемных гидроприводов, или их зарубежных аналогов, которые указаны в эксплуатационных документах на гидравлическое оборудование или в инструкции по эксплуатации машин.

Рекомендации для минимальной тонкости фильтрации: очистка РЖ должна соответствовать 18/16 классу или эквивалентному 13/14 классу чистоты по ГОСТ 17216–2001. Для гидроприводов с повышенными требованиями к надежности и долговечности требуется фильтрация РЖ до 16/13 класса по нормам ISO 4406 или эквивалентного 11 классу чистоты по ГОСТ 17216–2001.

Заливать РЖ в гидросистему необходимо через фильтр с тонкостью очистки от механических загрязнений 10 мкм. В заливной горловине бака должен быть установлен воздушный фильтр с клапаном (сапуном) с тонкостью очистки поступающего в бак воздуха 3...10 мкм.

Основным средством, обеспечивающим очистку РЖ от механических загрязнений, являются фильтры: воздушные тонкостью очистки 10 мкм, устанавливаемые на баке гидросистемы, напорные и сливные. ЗАО »ГидраПак Холдинг» по заказам потребителей поставляет около 60 типоразмеров комплектных фильтров и более 70 исполнений сменных фильтрующих элементов для поддержания в работоспособном состоянии машин с гидроприводом.

Сменные фильтроэлементы изготовлены из 19 различных материалов с тонкостью фильтрации от 3 до 250 мкм, на расход от 4 до 1000 л/мин при номинальном перепаде давления 0,001 до 0,25 МПа. Разрушающее давление допускается от 0,3 до 1,0 МПа (3...10 кгc/см²).

Конструкцией всех фильтров предусмотрена возможность установки индикаторов загрязнения фильтроэлементов: манометров со шкалой 0...6 кгс/см² или датчиков давления визуально-дифференциальных или визуально-электрических на давление 0,5...0,8 МПа.

Фильтры можно применять на всей территории России для очистки гидравлических масел при температуре от –40 до +70 °С, но при этом потребители гидрооборудования должны своевременно заменять загрязненные фильтроэлементы и не допускать установки всасывающих фильтров и бумажных фильтроэлементов в гидроприводе машин, эксплуатируемых при низких температурах окружающей среды.

Гидравлические масла до заливки в гидросистему должны храниться в чистой, герметично закрытой таре с приложением документа об их соответствии стандарту или техническим условиям. От поставщиков гидравлических масел необходимо требовать сертификат, удостоверяющий качество масла.