Путём дросселирования масляного потока или изменения подачи насоса в гидросистемах регулируется скорость работы потребителя.

Подразделение гидросистемы

В мобильной гидравлике, гидросистемы подразделяют на два основных типа.

Системы зависимые от давления нагрузки(ОС)

Величина потока в гидросистеме зависит от проходного отверстия А управляющего клапана и от перепада давления ∆P между давлениями от насоса Рн и давлением нагрузки Р, Управляющий клапан играет роль дросселя.

Изменение давления нагрузки приводит к изменениям перепада давлений ∆P и величины потока, если положение управляющего клапана остаётся неизменным.

Например: скорость движения транспортерной ленты с гидроприводом должна быть постоянной, независимо от нагрузки, при этом оператор должен постоянно корректировать изменяющееся нагрузку.

Дроссельное управление

Зависит от давления нагрузки потребителя. Если одновременно управляется два или более потребителей то поток масла течёт сначала потребителю с наименьшим давлением нагрузки. Это приводит к тому что потребитель с наибольшим давлением нагрузки получает меньше масла или вообще не получает.

Системы с открытым центром

Они обозначаются также, как и системы с постоянным потоком в которых насос с постоянным потоком всегда подаёт максимально возможное количество масла. В системах с открытым центром управляющие клапаны могут быть соединены последовательно или параллельно. Поскольку при последовательном подключении может быть задействован только один потребитель, эта схема используется очень редко. Напротив, несколько потребителей могут работать одновременно в параллельном.

Принцип действия

Нейтральное положение. Из насоса поток масла проходит через управляющий клапан в бак. Золотник в таких клапанах имеет сквозное сверление, сквозь которое поток масла от насоса Р перетекает в бак Т давление нагрузки от гидроцилиндра прикладывается через подключение А.

Золотник передвигается направо. При этом уменьшается проходное сечение для потока жидкости. Поток от насоса Р в бак Т будет дросселироваться. Давление увеличивается. Весь поток течёт через уменьшенное проходное сечение в бак.

Золотник передвигается дальше направо. Поток насоса от P на T перекрывается. Весь поток масла течёт через предохранительный клапан в бак. Поток масла через кромку от Р на Т, а также от Р на А и В закрыт.

Золотник передвигается ещё дальше направо (начало движения цилиндра).

Проходные сечения P к А и В к Т открывается. Через маленькое проходное сечение потока масла течёт к гидроцилиндру. Цилиндр медленно начинает выезжать (начало движения) часть масла которое не течёт к потребителю, должна течь в бак через предохранительный клапан. Давление насоса при этом выше давления нагрузки в цилиндре К.

Золотник в конечном положении.

Все проходные сечения полностью открыты. Весь поток масла от насоса Р течёт через подключение А в полость гидроцилиндра К при этом масло из обратной стороны гидроцилиндра R течёт через подключение В в бак Т. Цилиндр выезжает с максимально возможной скоростью.

Полезная мощность системы с открытым центром и дроссельным управлением

Мощность P вычисляется из произведения давления p и расхода Q

P=p*Q/600

На рисунке представлена полезная мощность и потери при одном потребителе или 2 потребителях в нейтральном положении, а также при частичной и полной нагрузке.

Нейтральное положение. Насос подает максимальное количество масла при минимальном давлении циркуляции.

Частичная и полная нагрузка. Потери увеличиваются в зависимости от увеличения давления  нагрузки. Система с открытым центром используется в эскалаторах, бурильных установках, погрузчиках, тракторах и так далее

Системы с закрытым центром(СС)

В отличие от систем с открытым центром в системах с закрытым центром нейтральном положении все потребители закрыты. Насос с переменной подачей, управляемый давлением. снижает  подачу насоса в нейтральном положении на минимальную подачу при максимальном давлении. Поэтому такие системы называют системами с постоянным давлением.

Максимальное давление насоса настраивается на регуляторе давления насоса. Давление срабатывания предохранительного клапана лежит немного выше чем максимальное давление насоса. Он срабатывает и в случае ошибок работы регулятора давления насоса. В системах с закрытым центром могут параллельно подключаться несколько потребителей.

Полезная мощность системы с закрытым центром и дросселирующий управлением

Нейтральное положение. Насос качает только минимальную подачу при максимальном давлении.

Частичная и полная нагрузка. Потери ниже чем в системах с открытым центром, подаётся только необходимый поток масла.

Позитивное управление(РС)

При увеличении давления управления насос увеличивает подачу - позитивное управление

С помощью управляющего давления в устройстве предварительного управления, насос изменяет поток в зависимости от потребностей (управления количеством по потребностям). Управления насоса происходит гидравлически или электрически.

Задача управляющего клапана - это направление потока масла потребителю. Если джойстик 1 приводится в действие, на перекидном клапане появляется управляющее давление, которое через управляющую магистраль подаётся к насосу. Одновременно управляющее давление подается на  а1 и перемещает золотник пропорционального клапана.

Полезная мощность позитивного управления

Потери мощности в нейтральном положении и при частичной нагрузке гораздо меньше чем в системах ОС и СС, при этом излишний поток масла не производится.

При позитивном управлении через перекидной клапан в управляющем блоке минимальное давление управления от системы предварительного управления (например, джойстик) подаётся к насосу через направляющую магистраль для изменения подачи.

Негативное управление (NС)

При падении давления управления поток от насоса увеличивается - негативное управление.

Негативное управление создает, также и позитивное управление, управляющий сигнал для насоса с переменной подачей, который управляет величиной потока потребителю.

Управляющий клапан обратного потока в линии слива подаёт управляющее давление для управления насосом.

Нейтральное положение. Весь поток от насоса течёт через управляющий клапан и через клапан негативного управления обратно в бак. Максимальное давление перед дросселем действует через линию управления на устройство управления насосом. Насос переключается в минимальную подачу.

Рабочее положение.  Часть масла от насоса подаётся к потребителю. Поток масла через клапан негативного контроля снижается. Давление управления в линии управления снижается. Падение давления управления перемещает насос на увеличение подачи. Поток, создаваемый насосом увеличивается.

Полезная мощность негативного управления

Потери мощности в нейтральном положении и при частичной нагрузке значительно ниже, чем при ОС- и СС-управлении.  При этом лишний поток масла не производится.

Независимые от нагрузки системы

Все независимые от нагрузки системы ориентируется на давление нагрузки, создаваемое самым сильным потребителям. Информация подается в систему гидравлического или электронного управления.

Load Sensing- означает чувствительные к нагрузке. Потребитель имеет постоянную скорост/обороты при различных нагрузках. Это достигается путем комбинации дросселя и регулятора давления

Load Sensing- система с постоянным насосом.

Давление нагрузки от потребителя в подключениях A и B считывается и через LS-трубопровод подаётся к регулятору давления.

Нейтральное положение. Подключение от насоса Р заперто. LS-линия связана с баком. Насос создает давление на регуляторе давления против пружины и перемещает его. Весь поток течёт в бак.

Рабочее положение. Поток масла через трубопровод А подаётся к потребителю. Давление нагрузки воздействует через LS-линию на регулятор давления. Давление насоса будет немного больше перед дросселем (проходное сечение в клапане), чем давление нагрузки. Давление насоса с одной стороны и давления нагрузки плюс усилие пружины с другой стороны уравновешивается золотником регулятора давления.

Изменения давления

Давление нагрузке снижается. На регуляторе давления слева, давление нагрузки падает - золотник перемещается налево давлением от насоса - увеличенное количество масла течёт бак - давление насоса падает, до момента пока это не уравновешивается золотником регулятора давления. Давление слева и справа на золотнике регулятора давления выравнивается, однако находится на более низком уровне - перепад давления ∆Р на дросселе остаётся постоянным.

Давление насоса всегда выше давления нагрузки на величину усилия пружины.

Давление нагрузки увеличивается. Таблица показывает изменения при увеличении давления нагрузки.

Одновременное включение нескольких потребителей 

Нейтральное положение. Ситуация как в примере с одним потребителем.

Рабочее положение. При одновременном задействовании двух или более потребителей, система будет реагировать только на потребитель, создающий максимальное давление нагрузки.

Предельный режим. Есть ли поток, создаваемый насосом, недостаточен для работы нескольких потребителей, то снижается ∆ P на регуляторе давления, и система работает в зависимости от нагрузки.

Ограничение давления. Если давление нагрузки достигает максимального установленного давления предохранительного клапана, то он открывается. Поток масла течёт через дроссель и предохранительный клапан в бак. Регулятор давления перемещается налево. Поток масло течёт в бак. 

Полезная мощность Load Sensing-систем с постоянным насосом

В нейтральном положении, при циркуляции, затраты мощности очень низкие так как насос создает давление равное усилию пружины на регуляторе примерно 8 бар.

Нейтральное положение. Потери мощности очень низкие, потому что насос создает минимальное давление только для преодоления усилия пружины.

Рабочее положение. При частичной и полной нагрузке потери возрастают, так как при увеличивающимся давление потери всегда возрастают. Если при частичной нагрузке используются максимальный поток масла при среднем давлении, то ∆Р на дросселе остается постоянным.

Полезная мощность в двух режимах

Режим 1. Давление потребителя 2 достигает величины настройки предохранительного клапана. Так как давление насоса не может подняться выше давление предохранительного клапана, то масло больше не течёт к потребителю 2. Давление насоса при этом сохраняется.

Режим 2. Положение управляющего клапана требует больше масла, чем насос может его подать (недостаточная подача). Когда потребитель требует больше масла, чем насос может его создать, система ведёт себя, как система с дроссельным управлением.

На рисунке представлены взаимосвязи при достаточном количестве масла и при недостаточной подаче.

Load sensing-система с насосом переменной подачи

Система управления насосом изменяет величину подачи насоса.

Регулятор давления с системой управления обозначается как регулятор насоса. Так как поток масла от насоса в нейтральном положении не течёт через блок управления, такие системы обозначаются, как системы Load sensing с закрытым центром(CCLS).

Нейтральное положение. Выход от насоса Р заперт. LS-линия связана с баком. Насос создает давление на регуляторе равное усилию пружины.  Согласно давлению на насосе, система управления переставляет его на минимальную подачу.

Рабочее положение. При включенном потребителе давление нагрузки действует на систему управления. Насос увеличивает подачу.

Подключение нескольких потребителей одновременно

Нейтральное положение. Если все клапаны в нейтральном положении, насос создает давление готовности (Stand-by). В таком состоянии насос качает минимальный объем при минимальном давлении (соответствующим усили. пружины на регуляторе давления и, соответственно, давлени. слива в системе управления LS). Потребляемая мощность очень низкая.

Рабочее положение. Максимальное давление нагрузки подается через перекидной клапан на регулятор насоса.

Ограничение давления. При достижении максимального давления перепад давления ∆Р=0 на дросселе, будет равен нулю.

Полезная мощность Load sensing-системы с переменным насосом

В нейтральном положении потери мощности гораздо ниже, чем в системах OCLS.

Load sensing-системы с индивидуальным регулятором давления

Недостаток OCLS- и СCLS-систем  в том, что при одновременном подключении двух или более потребителей, только потребитель с максимальным давлением нагрузки получает масло в зависимости от нагрузки.

Для устранения данного недостатка используется LS- системы с индивидуальным регулятором давления. При этом каждый управляющий клапан (каждый потребитель) имеет собственный регулятор давления. Каждый потребитель управляется с помощью двух- поточного регулятором потока.

Различают:

• Индивидуальный регулятор давления перед клапаном
• Индивидуальный регулятор давления после клапана
• Индивидуальный регулятор давления перед клапаном

Обозначается как LS -system с основным управлением. Давление нагрузки потребителя подаётся на сторону, нагруженную пружиной индивидуальных регуляторов давления. Давление на дросселе действует на противоположную сторону регулятора. Максимальное давление нагрузки через перекидной клапан действует на сторону, нагруженную пружиной регулятора насоса. Выходное давление насоса действует на регулятор потока.

Нейтральное положение. Под давлением, создаваемым насосом, система управления поворачивает насос на минимальную подачу.

Рабочее положение. Величина потока от насоса в зависимости от индивидуальных регуляторов давления распределяется потребителям. Поток распределяется по потребителям в зависимости от поперечного сечения управляющих клапанов.

Недостаток потока. При достижении ситуации недостатка максимального потока, регуляторы давления не могут больше отрабатывать на скачки. Регулировка зависимости от давления больше не работает. 

Рисунок показывает распределение потока масла для двух потребителей при достаточном и недостаточном потоке.

Полезная мощность LS- системы с переменным насосом и индивидуальным регулятором давления перед клапаном. Полезная мощность практически не отличается от полезной мощности LS- системы с переменным насосом.

Индивидуальные регулятор давления после клапана, LUDV-система

Такая система обозначается также как LS -система с дополнительным регулятором давления (LUDV -независимый от распределения потока регулятор давления).

Дополнительные регуляторы давления устанавливаются после управляющего клапана. Так как регуляторы давления с помощью LS-магистрали соединены между собой (отсутствие перекидных клапанов), на все регуляторы давления действует максимальное давление нагрузки.

Перед дросселем в управляющем клапане стоит давление насоса. К на всех дросселях перепад давления ∆Р одинаковый.

Только в случае недостатка потока это система отличается своей функцией от системы с основным регулятором давления.

Недостаток потока. Так как на всех дросселях ∆ P стоит одинаково, все регуляторы давления реагирует на при недостатке потока тоже одинаково. Все потребители, в данном случае, получают меньший поток масла (социальное распределение потока).

В случае недостатка потока в системе LUDV все потребители получают масло.

Полезная мощность LS- системы с насосом переменной подачи и индивидуальным регулятором давления после клапана

Полезная мощность не отличается от полезной мощности LS-системы с переменным насосом.

Обзор систем управления

В обзоре представлены системы зависимые от давления нагрузки и системы независимые от давления нагрузки (полезная мощность потребителя 1, полезная мощность потребителя 2, потери).

Гидравлические рулевые системы

Эти системы передают вращательное движение рулевого колеса на управляемые колеса без механической связи.

Гидравлическая рулевая cистема состоит из:

1. Поворотно-управляющего клапана с поворотным золотником и управляющей гильзой
2.  роторного насоса из внешнего и внутреннего зубчатого колеса
3.  основного предохранительного клапана и двух дополнительных предохранительных клапанов
4. четырех обратных клапанов

Исполнение рулевых систем

Рисунок показывает упрощённое и полное схематическое изображение рулевой системы с открытым центром/без обратной связи (OC/NR). Расположение предохранительных клапанов и обратных клапанов в данном случае не конкретизировано.

Принцип действия рулевого агрегата(OC/NR)

Рулевое колесо вращается

Механическое воздействие: через рулевое колесо на рулевую колонку управляющий золотник проворачивается относительно гильзы при этом проходное сечение от насоса Р к ротору и от него к цилиндру открывается. Одновременно второе подключение гидроцилиндра соединено с баком. Центрирующая пружина сжимается. С помощью карданного вала внутреннее зубчатое колесо ротора поворачивается. Гидравлическое воздействие: давление масла подаётся от Р через ротор к гидроцилиндру. Величина выдвижение цилиндра постоянно и зависит от объема масла, протекающего через ротор.

Рулевое колесо стоит.

Механическое воздействие: центрирующие пружина возвращает управляющую гильзу в нейтральное положение - все проходные сечения и отверстия закрыты. Через карданный вал внутреннее зубчатое колесо стоит и не вращается.

Гидравлическое воздействие: масло не течёт к гидроцилиндру - движение рулевого колеса закончено. Управляемые колеса стоят в желаемом положении. Основной предохранительный клапан 3 ограничивает рабочее давление в рулевой системе.

Оба дополнительных предохранительных клапана 4 и 5 ограничивают давление нагрузки в трубопроводах гидроцилиндра R и L.

При наезде управляемого колеса на препятствие скачок давления из соответствующего трубопровода будет сброшен, избыток масла переправляется в другую сторону цилиндра через подсасывающий клапан 8 или 9. Также недостающие масло может подпитываться из бака.

Рулевой агрегат, при отсутствии воздействия насоса, работает в режиме аварийного управления как ручной насос. При этом через подсасывающий клапан 7 масло засасывается из бака. Обратный клапан 6 предотвращает попадание воздуха в систему через трубопровод Р.

Гидростатические приводы

В гидростатических приводах скорость движения машины изменяется бесступенчато. Механическая энергия двигателя внутреннего сгорания с помощью гидронасосов трансформируется в гидравлическую, которая затем передается по трубопроводу гидромотору. Гидромотор превращает гидравлическую энергию опять в механическую.

Устройство

Гидростатические приводы состоят из гидронасоса и одного или более гидромоторов. Они представляют замкнутый гидравлический круг. Чтобы реализовать различные скорости движения, в основном используется насос с переменной подачей. Для реализации движение вперёд и назад используется насос с двумя направлениями подачи.

Гидропривод с одним ведущим мостом

Насос с переменной подачей подает масла через 2 управляющих клапана на гидромоторы. Гидромоторы включены последовательно. С помощью управляющих клапанов в блоке управления при необходимости на одно из колес может подаваться сниженное количество масла. Тем самым одно из колес вращается быстрее - машина

поворачивает. Управляющие клапаны открывают слив в бак от каждого гидромотора в зависимости от давления подаваемого на вход гидромотора. Благодаря этому предотвращается разгон на склоне. Насос подпитки компенсирует утечки в основном в насосе, путем подкачки масла в линию низкого давления. В линии низкого давления - давление подпитки 8 бар постоянно.

Гидропривод машины с двумя ведущими мостами

Насос с переменной подачей и гидромотор, в основном, аксиально-поршневого типа. Они создают внутренние утечки, который компенсируется дополнительным насосом подпитки через обратный клапан подпитки.

Для ограничения давления в системе, в линии подпитки и линиях высокого давления А и В  установлен предохранительный клапан (в каждой).

Часто для охлаждения масла от гидромотора и насоса с переменной подачи часть масла отводится из линии низкого давления. Клапан промывки управляется со стороны высокого давления. Этот отводимый поток масла течёт через мотор, насос и через радиатор обратно в бак. Дроссель ограничивает максимальное количество масла на охлаждение. Предохранительной клапан поддерживает давление подпитки на минимальном уровне. Отработанное количество масла должно быть, соответственно,  компенсировано с помощью насоса подпитки через клапан подпитки обратно в систему.

Управление насосом осуществляется с помощью управляющего цилиндра, который интегрирован в насос. Этим занимается специальный клапан, встроенный в насос.

С помощью специального регулятора давления (DA-патрон0 управляющее давление,  в зависимости от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, подаётся к управляющему цилиндру, который изменяет угол наклона насоса и, таким образом, регулирует скорость движения.

Гидростатические приводы с постоянным гидромотором позволяют безступенчато изменять скорость движения машины до 20 км/ч. К при необходимости более высоких скоростей движения, постоянный гидромотор заменяется гидромотором с переменным объемом. В этом случае скорость движения может достигать 40 км/час.

В положении «медленно» гидропривод ведёт себя, как уже описано выше. Регулятор управления гидромотором не работает. Гидромотор поворачивается под усилием пружины в положении Q-max (максимальный объем).

В положении «быстро» регулятор управления гидромотором активен. Через переключающий клапан соответствующие давление управления от насоса подаётся на управляющий цилиндр гидромотора через подключение X1 или X2. Это управляющее давление воздействует на правую сторону управляющего золотника (лиловая площадь на рисунке). Высокое давление подключений А и Б действует на левую сторону управляющего золотника (зелёная площадь на рисунке). Дополнительно, усилие пружины воздействует на левую сторону управляющего золотника.

Принцип действия регулятора гидромотора.

Движется машина по ровной поверхности так, что высокое давление в подключении А небольшое. Она воздействует на левую сторону управляющего золотника Зелёная площадь. Она воздействует на левую сторону управляющего золотника (зелёная площадь). В зависимости от оборотов двигателя внутреннего сгорания, управляющее давление от насоса действует на правую сторону управляющего золотника (лиловая площадь)

На управляющий золотник действуют три силы, эти три силы перемещают управляющий золотник в положение, при котором все они находятся в равновесии.

Fhd+Ff=Fst

Таким образом, высокое давление в подключении А воздействует в управляющем цилиндре на поршневую площадь, на которую также давид пружина. На поршневую площадь действует сниженное высокое давление,  которое определяется уменьшением проходного сечения в регулирующий кромке золотника. Таким образом управляющий цилиндр и соответственно, угол наклона на гидромотора перемещается. Машина движется с постоянной скоростью.

Если машина движется на подъем, то увеличивается высокое давление, которое создаёт в гидромоторе более высокий крутящий момент. Это возросшие давление воздействует на левую сторону управляющего золотника.

Управляющий золотник перемещается немного направо (Fhd будет больше, Fst не изменяется). Проходное сечение от линии высокого давления к клапану управления сервоцилиндра меньше, а проходное сечение для слива масла от управляющего золотника в бак больше. В результате снижается давление в левой стороне управляющий камеры на сервоцилиндре, в то же время высокое давление с правой стороны увеличивается. Поршень в сервоцилиндре перемещается налево,  угол наклона гидромотора увеличивается, объем гидромотора возрастает, частота вращения гидромотора снижается, машина движется медленнее. Крутящий момент гидромотора увеличен.