Принцип работы пропорционального распределителя с LS регулированием.
Преимущества применения распределителей с LS регулированием.
Рассмотрим принцип работы пропорционального гидравлического распределителя серии PDV с LS – регулированием (далее ПР_LS).
Под сокращением LS («load sensing» – чувствующий нагрузку) понимается система, в которой мгновенное давление в гидросистеме от нагрузки со стороны исполнительного механизма, служит сигналом обратной связи для управляющего устройством, устанавливающего необходимое давления насоса. При этом расход жидкости на исполнительный механизм остаётся постоянным.
Для понимания принципа работы ПР_LS рассмотрим рис. 1:
.png)
Рис. 1. Схема потока жидкости через дроссель сечением А.
Уравнения расхода жидкости в этом случае имеет вид:
.png)
Где,
Q – расход;
A – площадь открытия золотника;
Cd – коэффициент расхода (при числе Re > 4000 есть величина постоянная);
ρ - плотность гидравлической жидкости;
Ppump – давление насоса;
PLS – давление нагрузки (давление в рабочей линии).
Из этого уравнения можно сделать вывод, что объемный расход зависит от площади проходного сечения А и перепада давления ΔP.
Если перепад давления ΔP поддерживается постоянным (в реальных гидросистемах Re всегда больше 4000), то
.png)
Это значит, что величина потока Q прямо пропорциональна площади А проходного сечения золотника, т.е. его степени открытия.
.png)
Таким образом, при поддержании постоянного перепада давлений на дросселе, независимо от нагрузки со стороны рабочего органа, в любом заданном положении золотника, можно достаточно точно обеспечить необходимый расход жидкости (Q) для соблюдения корректной работы гидравлических приводов.
В отличие от простых систем с открытым контуром и дроссельным регулированием, системы с LS регулированием имеют более высокий КДП и более высокую точность управления.
Рассмотрим этот тезис на примере:
На рис. 2 изображена гидравлическая система с открытым контуром и график энергетического баланса привода двух исполнительных механизмов с насосом постоянной производительности и без LS регулирования.
Предположим, что для совершения полезной работы обоих механизмов требуются значения расхода Q_1 и Q_2 соответственно, при возникающим во время их работы давлении P_1 и P_2, обусловленных соответствующими нагрузками. При этом, постоянная подача насоса составляет величину Q_н, а давление возникающее в насосе при прохождении через золотник (дроссель) составляет величину P_н, которое ограничивается только предохранительным клапаном в напорной линии насоса. В таких системах, мощность, вырабатываемая насосом, расходуется не эффективно, и большая ее часть уходит в тепло, не совершая полезной работы.
.png)
Рис. 2. Гидравлическая система открытого контура с дроссельным регулированием.
На рисунке 3, рассмотрим гидравлическую систему с нерегулируемым насосом постоянного рабочего объема и LS регулированием. Условия по нагрузке те же, что и в предыдущей схеме.
.png)
Рис. 3. Гидравлическая система с нерегулируемым насосом и LS регулированием (открытый центр).
В отличие от системы, показанной на рисунке 2, при такой же постоянной подаче насоса Q_н, создаваемое насосом давление будет не выше, чем сумма максимального давление нагрузки со стороны исполнительного механизма (в данном примере это P_2) и величины перепада давления ΔP на регуляторе расхода в напорной секции распределителя. Следовательно, вырабатываемая мощность используется гораздо эффективнее, будет меньше тепловых потерь.
Ну и наконец, на рисунке 4 рассмотрим систему с регулируемыми насосами и LS регулированием.
.png)
Рис. 4. Гидравлическая система с регулируемым насосом и LS регулятором (закрытый центр).
В такой системе, величина подачи насоса Q_н будет именно такой, какая будет требоваться для работы исполнительных механизмов, а максимальное давление в насосе, как и в предыдущем рассмотренном случае, будет не больше, чем сумма максимального значения давления со стороны исполнительного механизма и значения давления ΔP (в этом случае, ΔP – это давление связи, настроенное на LS регуляторе насоса). Следовательно, мы получаем систему, в которой практически вся вырабатываемая насосом мощность будет эффективно использоваться исполнительными механизмами, и тепловые потери будут минимальны.
Как уже упоминалось, в основе принципа LS управления лежит независимость распределения расхода между исполнительными механизмами от их давления нагрузки. Тем не менее в системах, где одновременно работают несколько потребителей, поток жидкости может делиться не точно и проявляться это будет на менее нагруженных потребителях. Для предотвращения таких явлений, необходимо использовать компенсаторы давления. Если компенсаторы давления установлены до рабочих золотников, то такие системы называется «пред-компенсированными», если компенсаторы установлены после рабочих золотников, то «пост-компенсированными».
Вывод:
Машины, оснащенные гидравлической системой с пропорциональным LS-регулированием, эффективнее расходуют мощность, потребляют меньше топлива, меньше засоряют окружающую среду, имеют больший ресурс гидравлических компонентов, а также гораздо более корректную и точную управляемость исполнительных механизмов.
