Рекомендации по разработке гидросистемы трансмиссии (Danfoss). Раздел 4

Подождите немного. Документ загружается.

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

Контур фильтрации рабочей жидкости –

предохранительный клапан в линии подпитки перед фильтром

Рис. 4-3

Контур фильтрации рабочей жидкости –

предохранительный клапан в линии подпитки после фильтра

Рис. 4-4

СЕТЧАТЫ

Й ФИЛЬТР

ПЕРЕПУСКН

ОЙ

КЛАПАН

ФИЛЬТРА

ФИЛЬТР

ПОДПИТОЧНЫЙ

НАСОС

К СИСТЕМЕ

УПРАВЛЕНИЯ

ФИЛЬТР

СЕТЧАТЫ

Й ФИЛЬТР

ПРЕДОХРАНИ

Т.

КЛАПАН

ЛИНИИ

ПОДПИТКИ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬН

ЫЙ

КЛАПАН ЛИНИИ

ПОДПИТКИ

К СИСТЕМЕ

УПРАВЛЕНИЯ

ПРОМЫВОЧ

- НЫЙ

КЛАПАН

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬН

ЫЙ КЛАПАН ЛИНИИ

ПОДПИТКИ

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

4.1.9 Промывочный клапан контура

В гидростатической трансмиссии имеются два

гидравлических контура, каждый из которых имеет

свое функциональное назначение и подключенные к

нему компоненты. Это главный контур системы и

контур охлаждения и подачи подпитывающей

жидкости. Рабочая жидкость циркулирует между

контурами за счет утечек и расхода через

промывочный клапан, если система им

оборудована. Качество рабочей жидкости

обеспечивается, прежде всего, за счет контура

подпитки/охлаждения, но основным потребителем

высококачественной рабочей жидкости является

главной контур. Промывочный клапан является тем

самым компонентом гидравлической системы,

который контролирует подачу качественной рабочей

жидкости в главный контур.

Через промывочный клапан из главного контура

вытекает некоторая часть рабочей жидкости,

которая восполняется подпиточным насосом.

Удаленная из главного контура рабочая жидкость

может быть "грязной" и/или "горячей", в то время как

подпитывающая жидкость прохладная и чистая.

Промывочный клапан значительно улучшает отвод

тепла и загрязнений из главного контура, улучшая

качество рабочей жидкости и продляя срок службы

компонентов. Хотя некоторые гидростатические

системы могут удовлетворительно работать без

промывочного клапана, его введение в систему

может существенно улучшить условия работы

компонентов главного контура, в котором идет

активное образование тепла или загрязняющих

веществ.

Sauer-Danfoss выпускает промывочные клапаны в

нескольких конфигурациях. Большинство

гидромоторов для систем с замкнутым контуром,

такие как семейство насосов серии 42, выпускаются

со встроенным клапаном промывкой контура. Также

имеются устанавливаемые отдельно (выносные)

промывочные клапаны.

Встроенные клапаны промывки контура позволяют

сократить количество внешних компонентов,

которые необходимо закупить и установить в

систему. Помимо этого, встроенные в гидромоторы

промывочные клапаны увеличивают циркуляцию

рабочей жидкости между контурами и улучшают

охлаждение корпуса гидромотора.

Промывочный клапан рекомендуется использовать

в любом из следующих случаев:

• При длительной работе с низким давлением и

высокой скоростью. В этом режиме могут

наблюдаться высокие механические потери,

низкие утечки рабочей жидкости из главного

контура, и вследствие этого большое

тепловыделение в главном контуре. В общем

случае, низкое давление, – ниже 1000 psi, и

высокая частота вращения, – более 2/3

номинальной частоты вращения при

максимальном угле наклонной шайбы. В

системах, работающих в таких условиях,

рекомендуется использовать гидромоторы со

встроенными промывочными клапанами.

• Наличие в гидростатическом контуре

гидроцилиндров. Цилиндры допускают наличие

загрязняющих веществ в значительно более

высокой концентрации, чем другие компоненты

гидравлического контура.

• Клапаны ограничения расхода в главном

контуре. Эти клапаны приводят к выделению в

контуре тепла. Обратите внимание, что

промывочный клапан следует располагать в

системе перед любыми делительно-

смесительными клапанами (см. раздел 4.10).

• Частое срабатывание предохранительных

клапанов высокого давления приводит к росту

тепловыделения. Это также относится к

использованию в гидравлическом контуре

предохранительных клапанов с плавной

характеристикой.

• Длинные трубопроводы в главном контуре.

Падение давления будет более высоким, чем

обычно из-за увеличения теплообразования в

контуре. В общем случае, длинными считаются

трубопроводы, длина которых превышает 150

диаметров.

• Частичная фильтрация потока жидкости в

контуре подпитки. Промывочный клапан

необходим для увеличения оттока рабочей

жидкости из главного контура, и восполнения ее

прохладной, чистой подпиточной жидкостью.

Применение промывочного клапана позволяет

повысить надежность системы. Челночный клапан

может улучшить условия работы компонентов

гидравлической системы при интенсивном

образовании загрязнений или большом

тепловыделении. Промывочный клапан, встроенный

в гидромотор, может также уменьшить длину

трубопровода дренажа картера от компонентов

трансмиссии до гидробака. В общем случае

применение промывочного клапана позволяет

уменьшить типоразмер теплообменника.

Окончательное решение принимается на основе

оценки компромиссных вариантов использования

промывочного клапана, теплообменника, фильтра,

конфигурации трубопроводов и предполагаемого

срока службы.

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

4.1.10 Регулирование давления

В гидравлических системах с замкнутым контуром

необходимо предусматривать средства

регулирования или ограничения максимального

давления в контуре на некотором расчетном

значении. Так как срок службы гидравлических

устройств при высоком давлении существенно

уменьшается, срок службы устройства может быть

неприемлемо короток, если давление в системе не

контролируется. Тип выбранного способа защиты от

высокого давления определяет время

срабатывания и рассеиваемую системой мощность.

Предохранительные клапаны имеют высокое

быстродействие и, как правило, защищают систему

от высоких пиковых давлений, при условии, что

паспортный расход через клапан не превышен. В

большинстве гидростатических насосов

полнопоточные предохранительные клапаны

используются очень редко. На предохранительных

клапанах высокого давления рассеивается

мощность, иногда значительная; и они являются

источником генерации теплоты в системе.

Типоразмер гидростатических устройств и

предохранительных клапанов следует выбирать

таким образом, чтобы максимальное давление в

системе существовало не более 2 % всего рабочего

времени.

Ограничитель давления, изображенный на рис. 4-

5, включен по схеме регулирования высокого

давления без диссипации энергии, и поэтому

ограничивает теплообразование в системе.

Ограничитель давления может быть составной

частью системы управления машины. Однако, если

установка срабатывания ограничителя давления

высока, следует сбалансировать время

существования максимального давления по

заданному сроку службы.

В отличие от предохранительного клапана,

ограничитель давления в ответ на высокое

давление в системе изменяет рабочий объем

насоса. Когда давление в системе достигает

установки срабатывания ограничителя давления,

рабочая жидкость из портов управления

ограничителя давления подается в сервосистему на

поршень уменьшения угла наклонной шайбы.

Последняя устанавливается в такое положение, при

котором в системе поддерживается заданное

значение давления. Ограничители давления могут

использоваться для управления лебедкой при

стравливании троса, поскольку при необходимости

наклонная шайба будет перемещаться в

противоположном направлении, поддерживая в

системе требуемое давление. В типовых системах

ходовых приводов, ограничители давления служат

для уменьшения рабочего объема насоса во время

ускорения или при движении вперед. Во время

замедления скорости движения или динамического

торможения, ограничитель давления увеличивает

рабочий объем насоса.

Время установления и величина скачков давления

перерегулирования ограничителя давления зависят

от рабочего объема насоса и коэффициента

перегрузки по давлению. Если при срабатывании

ограничителя давления насос работает с полным

рабочим объемом, для снижения рабочего объема

насоса требуется большее время, чем если бы

насос работал с половинным рабочим объемом.

Точно так же, если в системе происходит резкое

изменение давления, будут наблюдаться большие

броски давления перерегулирования, чем когда

изменение нагрузки происходит медленно. Для

ограничения этих бросков перерегулирования на

короткое время, пока не установится режим

ограничителя давления, ограничитель давления

оборудован внутренним предохранительным

клапаном, снижающим пиковое давление, и поэтому

внешний предохранительный клапан обычно не

требуется.

Гидравлический контур ограничителя давления

КЛАПАН

ОГРАНИЧЕНИЯ

ДАВЛЕНИЯ

РЕГУЛИРУЮЩИ

Й КЛАПАН

ОБРАТНЫЙ

КЛАПАН ЛИНИИ

СЕРВОУПРАВЛЕ

НИЯ

КЛАПАН

ОГРАНИЧЕНИ

Я ДАВЛЕНИЯ

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

Рис. 4-5

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

Однако системы с регулирующими вентилями в

главном контуре является исключением из этого

правила, поскольку они имеют быстродействующие

характеристики изменения расхода. При наличии в

главном контуре с гидрораспределителями или

коммутирующими клапанами требуются

предохранительные клапаны высокого давления,

обеспечивающими высокий расход. При

использовании в главном гидравлическом контуре

регулирующих вентилей рекомендуется провести

испытания для определения величины и

продолжительности пикового давления.

Другим способом ограничения давления в системе в

гидравлическом контуре является использование

схемы отключения давления, изображенной на

рис. 4-6. Подобно ограничителю давления, контур

отключения давления воздействует на положение

наклонной шайбы в ответ на высокое давление в

системе. Когда давление установки срабатывания

достигнуто, давление в магистрали

сервоуправления (давление подпитки) снимается, и

оба сервопоршня гидравлически шунтируются.

Отключение давления не уменьшает угол

наклонной шайбы так быстро, как ограничитель

давления, однако, время срабатывания и пиковое

давление являются функцией рабочего объема

насоса и коэффициента перегрузки по давлению.

Система должна быть оборудована

предохранительными клапанами высокого давления

для кратковременного ограничения бросков

давления, пока не установится режим в цепи

отключения давления. Рекомендуемое давление

срабатывания предохранительного клапана должно

быть на 1000 psi выше, чем установка цепи

отключение давления для обеспечения адекватной

реакции и минимизации взаимосвязи между этими

двумя цепями регулирования давления.

Торможение является особым режимом работы

для ограничителей давления. Во время торможения

при движении машины под уклон, в системах с

клапаном ограничения давления или клапаном

отключения давления скорость машины будет

увеличиваться, если установка по давлению

срабатывания клапана достигнута. Это может

привести к уменьшению тормозного усилия,

развиваемого трансмиссией на высокой скорости

движения машины по сравнению с системой

регулирования давления при помощи

предохранительного клапана. Поскольку системы с

ограничителем давления и клапаном отключения

давления по своему принципу работы являются не

рассеивающими энергию системами, ограниченная

поглощаемая мощность уменьшает тормозное

усилие на высокой скорости. Применение в системе

предохранительных клапанов позволяет увеличить

тормозное усилие на высокой скорости при

движении с крутого склона за счет рассеивания

энергии на предохранительных клапанах и

уменьшения рабочего объема насоса.

Длительное торможение за счет работы

предохранительных клапанов приводит к нагреву

рабочей жидкости и может привести к повреждению

компонентов трансмиссии, поэтому такой режим

следует использовать только в экстренных

ситуациях. Поскольку самоходные машины также

должны быть оборудованы механическими

тормозами, используемыми для экстренной

остановки, экстренное торможение за счет работы

предохранительных клапанов обычно является

избыточным. Другими словами, самоходные

машины должны быть оборудованы

независимой от гидростатической трансмиссии

системой торможения, которая развивает

адекватное тормозное усилие для остановки и

удерживания машины на тормозе.

При конструировании машин с трансмиссиями с

передачей крутящего момента на два направления,

рулевое управление которыми осуществляется

изменением частот вращения гидромоторов,

необходимо проверить, что устройства

регулирования давления не ограничивают

возможности адекватного рулевого управления. Это

применимо как к режиму движения, так и режиму

торможения.

Контур отключения давления

УСТРОЙСТВ

ОТКЛЮЧЕН

ИЯ

УСТРОЙСТВО

УПРАВЛЕНИЯ

РАБОЧИМ

ОБЪЕМОМ

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

Рис. 4-6

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

4.2 Компоненты для специальных функций

В некоторых областях применения может потребоваться дополнительные компоненты контура для выполнения

специальных функций. В настоящей статье обсуждаются некоторые из наиболее часто используемых

компонентов, а также рекомендации и меры предосторожности по их применению.

4.2.1 Делители / смесители потока

Делители потока используются в контурах, где два

включенных параллельно гидромотора питаются

единственным насосом. Как правило,

предполагается, что делитель потока обеспечивает

равный расход через гидромоторы для

прямолинейного движения или обеспечивает

синхронизацию частоты вращения гидромоторов. В

трансмиссии для ходового привода, делитель

потока также обеспечивает защиту от превышения

частоты вращения, если тяговое усилие на валу

одного из гидромоторов падает.

Для рулевого управления обычно требуется, чтобы

гидромоторы левого и правого бортов работали с

различной частотой вращения. Делитель потока

должен иметь способность изменять соотношение

расхода через гидромоторы. При этом

максимальная частота вращения гидромоторов не

должна быть превышена в любом положении

устройства рулевого управления.

Падение давления на делителе потока приводит

тепловыделению и должно учитываться при расчете

теплообменников. В таких системах нельзя

использовать встроенные в гидромотор клапаны

промывки контура. Вместо этого следует установить

выносной клапан промывки контура, расположенный

между насосом и делителем потока, чтобы

обеспечить правильную работу системы и расход

через клапан промывки. Режим смешивания потоков

следует зарезервировать для наиболее редко

используемого направления движения.

В режиме деления потока, рассогласование рабочих

объемов гидромоторов и делителя потока может

вызвать кавитацию на впускной линии гидромотора.

Рассогласование объемов включает небольшое

различие рабочих объемов гидромотора, различие в

объемных к.п.д. гидромоторов и погрешность

деления потока делителем. Для защиты от

возникновения такого явления может потребоваться

установить на впускной линии гидромотора

антикавитационные обратные клапаны.

Для проверки стабильности давления подпитки

и давления на впускной линии гидромотора во

всех режимах работы важно провести

всесторонние испытания системы. Они должны

включать все возможные комбинации переключения

переднего и заднего хода, разворота машины и при

различном рабочем объеме насоса, частотах

вращения насоса и рабочем объеме гидромотора.

4.2.2 Ограничители расхода

Как подразумевает их название, ограничители

расхода используются для ограничения расхода на

заданном уровне. В гидростатических контурах они

используются для предотвращения превышения

максимальной частоты вращения гидромотора,

особенно в системах с несколькими гидромоторами

в случае потери сцепления. Поскольку ограничитель

расхода не ограничивает расход, если его значение

менее установки срабатывания, они не могут

использоваться в качестве клапанов для контроля

сцепления при движении в прямом направлении.

Для предотвращения возможности возникновения

кавитации на впускной линии гидромотора в

обгонном режиме, ограничитель расхода следует

устанавливать на выпускной линии гидромотора.

Для минимизации выделения теплоты в системе

параметры ограничителей расхода следует

выбирать таким образом, чтобы ограничение

расхода происходило только при превышении

максимальной частоты вращения гидромотора. При

срабатывании ограничителя расхода, ограничение

расхода приведет к повышению падения давления

на гидромоторе. Хотя обычно это не опасно для

гидромотора, это может привести к изменению

расхода промывки и срока службы гидромотора.

Для проверки правильного выбора параметров

ограничителя расхода следует провести испытания

системы.

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

4.2.3 Тормозные клапаны

Тормозные клапаны обычно используются в

системах с открытым контуром для удерживания

нагрузки во время работы насоса на холостом ходу.

Однако в некоторых гидростатических приводах

лебедок тормозные клапаны используются для

поддержания натяжения стравливаемого троса.

При работе на тормозных клапанах выделяется

значительное количество тепла, определяемое

расходом и падением давления на клапане.

Поскольку клапан вызывает значительное падение

давления на гидромоторе, использовать

встроенный в гидромотор клапан промывки контура

невозможно. Следует запроектировать выносной

клапан промывки контура.

4.2.4 Аккумуляторы

Необходимость использования в системах с

замкнутым контуром аккумуляторы возникает редко.

В гидростатической системе аккумулятор может

выполнять две функции: демпфирование бросков

давления в контуре высокого давления или

обеспечение быстрого восполнения расхода

жидкости в контуре низкого давления. Потребность

в быстром восполнении расхода в контуре подпитки

связано с явлением сжимаемости рабочей

жидкости, иногда называемом эффектом модуля

объемной упругости. Системы с длинными линиями

или приложениях, где нагрузка вызывает броски

давления, уязвимы из-за сжимаемости рабочей

жидкости и обычно требуют дополнительной подачи

подпиточной жидкости в контур низкого давления в

течение коротких интервалов времени. Однако,

объем аккумулятора добавляется к полному объему

рабочей жидкости в системе, которая подвержена

сжимаемости во время вызванных нагрузкой

бросков давления.

Руководство пользователяРаздел 4 Рекомендации по разработке

гидросистемы

4.2.5 Цилиндры

В общем случае для управления гидроцилиндрами

используются системы с открытым контуром.

Однако если соблюдены требуемые меры

предосторожности, может использоваться система с

замкнутым контуром.

Один тип гидроцилиндров, используемый во многих

транспортных средствах, это – гидравлический

стояночный тормоз. Типично в нем используется

двухпозиционный трехходовой клапан для снятия с

тормоза путем подачи давления подпитки, или

постановки на тормоз путем перепуска рабочей

жидкости из гидроцилиндра в гидробак. Этот контур

управления тормозами фактически представляет

собой открытый контур, в котором контур жидкости

подпитки используется просто как удобный источник

давления для снятия с тормоза. Хотя требования

обеспечения устойчивого расхода в линии подпитки

не предъявляется, существует необходимость

быстрого восполнения расхода. В преобладающем

большинстве вариантов применения, это

требование к расходу в линии подпитки

несущественно. Однако может быть существенно,

если линия снятия с тормоза очень длинна, если к

ней подключены несколько тормозов, или если в

одно время предъявляются другие ограничения по

расходу в линии подпитки.

Система с замкнутым контуром с гидроцилиндром с

двусторонним подводом рабочей жидкости, в

котором расход в возвратной линии из

гидроцилиндра равен расходу во входной линии,

подобна системе с гидростатическим мотором. В

общем случае, учета никаких особых соображений

для выбора типоразмера подпитывающего насоса

не требуются. Очевидно, что во избежание

повреждения системы или избыточного

тепловыделения, когда ход поршня гидроцилиндра

достиг конечной точки, необходимы устройства

управления насосом и защиты от высокого

давления.

В системах с замкнутым контуром и

гидроцилиндром с односторонним штоком

требуется учет специальных требований к

неравным объемам рабочей жидкости со стороны

штока и глухой части гидроцилиндра. Когда рабочая

жидкость нагнетается в гидроцилиндр, расход на

входе больше, чем на выходе. Если

подпитывающий насос не способен восполнить эту

разность объемов, сторону низкого давления

следует подключить к контуру через обратный

клапан. И наоборот, когда давление приложено к

штоку, расход в возвратной линии больше входного

расхода. В общем случае, внутренний

предохранительный клапан линии подпитки

неспособен пропустить увеличенный расход в

магистрали низкого давления контура, и для

перепуска расхода в гидробак необходимы внешние

промывочный и предохранительный клапан.

Рассмотренная выше разность расхода на входе и

выходе определяется отношением площадей

сечения со стороны штока и глухого конца

гидроцилиндра. Чем больше разность площадей

сечения, тем больше разностный расход, который

должен быть компенсирован внешним контуром.