ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения»
Изучение конструкции и работы гидроусилителей с электрогидравлическим управлением (сервовентилей), оборудования и технологии тестирования при их диагностировании и ремонте
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Техническое диагностирование подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин»
для студентов очной и заочной форм обучения специальности
190109.65 - «Наземные транспортно-технологические средства»
Составители: В.Н. Самохвалов
А.Г. Жданов
В.П. Малышев
В.П. Киреев
Самара 2012
УДК 621.86
Изучение конструкции и работы гидроусилителей с электрогидравлическим управлением (сервовентилей), оборудования и технологии тестирования при их изготовлении и ремонте: методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Техническое диагностирование подъёмно-транспортных, строительных, дорожных машин» студентами специальности 190109.65 – «Наземные транспортно-технологические средства» [Текст] /составители: В.Н. Самохвалов, А.Г. Жданов, В.П. Малышев Киреев В.П. - Самара: СамГУПС, 2012. − 15с.
Утверждены на заседании кафедры «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения» 22.02.2012 г., протокол № 7.
Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.
Методические указания содержат описание конструкции и принципа работы сервовентиля, оборудования и технологии по его тестированию при диагностике и ремонте, методику выполнения и необходимые для проведения работ, справочные материалы. Предназначены для самостоятельного выполнения работ студентами специальности 190109.65 «Наземные транспортно-технологические средства» очной и заочной форм обучения.
Составители: Самохвалов Владимир Николаевич
Жданов Андрей Геннадьевич
Малышев Валерий Петрович
Киреев Владимир Павлович
Рецензенты: д.т.н., зав. кафедрой кафедры Вагоны СамГУПС Балалаев А.Н.
к.т.н. Павлович Л.А., ведущий научный сотрудник НИЛ-57
«Гидромеханика» СГАУ
Редактор:
Компьютерная верстка:
Подписано в печать Формат 60х90 1/16
Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 0,94
Тираж 100 экз. Заказ №
ã Самарский государственный университет путей сообщения, 2012
Лабораторная работа №1
Изучение конструкции и принципа работы сервовентиля и стенда для его испытания
Цель работы. Изучить конструкцию, принцип работы гидроусилителей с электрогидравлическим управлением (сервовентилей) и оборудования, применяемого при их диагностировании и ремонте (продолжительность 4 часа).
Общие положения
В гидросистемах грузоподъёмных и дорожно-строительных машин, а также оборудования оснащённого гидравлическими исполнительными органами, широко используются усилители с электрогидравлическим управлением (сервовентили или сервоклапаны). Сервовентили служат для дистанционного управления гидравлическими силовыми приводами исполнительных механизмов машин и обеспечивают высокую надёжность и стабильность выходных параметров. Объектами управления сервовентилей являются в основном гидроцилиндры, гидромоторы, шаговые и другие механизмы.
Назначение, конструкция, принцип работы и характеристики сервовентилей
Назначение. Сервовентиль (сервоклапан) предназначен для формирования потока рабочей жидкости к исполнительномуоргану с расходом прямо пропорциональным сигналу управления. Применение сервоклапана позволяет создать надёжную и точнуюсистему управления с высоким быстродействием.
Конструкция. Сервовентиль (рисунок 1) представляет собой двухступенчатый электрогидравлический усилитель с механической обратной связью, преобразующий изменение входного электрического сигнала в перемещение исполнительных органов, пропорциональное этому изменению. В процессе преобразования небольшая мощность входного сигнала значительно усиливается с помощью энергии подводимой рабочей жидкости.
В качестве первой ступени усиления в сервовентиле применяется устройство типа сопло-заслонка, а в качестве второй ступени – распределительный золотник. Между ступенями усиления применена механическая обратная связь. В корпусе 1 сервовентиля размещены следующие детали: фильтр 16 с демпферами 15 и 19, служащий для очистки рабочей жидкости и демпфирования автоколебаний; золотник 18,служащий для изменения направления потока жидкости и реверсирования движения поршня гидроцилиндра. Крышки 17 и 19 закрывают доступ к золотнику и ограничивают его перемещение, В крышках размещены каналы Д и И подвода жидкости к торцам золотника и к соплам 2 и 13 устройства сопло-заслонка.
1 – корпус; 2,13 – сопла; 3 – болт; 4 – обмотка; 5 – заслонка; 6 – крышка электромеханизма; 7,11 – ярмо; 8 – опора; 9 – кронштейн упругого элемента; 10 – якорь; 12 – электрический разъём; 14 – упругий элемент; 15,19 –демпфирующий элемент; 16 – фильтр; 17,20 – крышки золотниковой камеры; 18 – золотник.
Рисунок 1 – Сервовентиль
Первая ступень усиления (сопло-заслонка) включает в себя поляризованный электромагнит, состоящий из ярма 7, 11 и обмотки 4. В магнитном поле электромагнита находится якорь 10, который может притягиваться к верхней 7 и нижней 11 частям ярма, в зависимости от направления тока, управляющего сигнала в обмотке 4. С якорем жестко связан кронштейн 9, на котором закреплены упругий элемент образной связи 14 и заслонка 5. Нижний конец упругого элемента 14 находится в контакте с золотником 18. Якорь крепится к корпусу сервовентиля с помощью гибкой опоры 8. Каналы Д и И соединяются с соплами 2 и 13, которые могут перекрываться заслонкой 5, Электромагнит закрывается крышкой 6 с электрическим разъемом 12, которая крепится к корпусу 1 болтами 3.
Принцип действия сервовентиля. Работа сервовентиля показана на рисунке 2.
Рабочая жидкость из напорной магистрали гидросистемы поступает в напорный фильтр,проходя через который она очищается от механических примесей, и по каналу А поступает в сервовентиль 2 через фильтр 1, вмонтированный в него и далее через демпферы 2 в каналы Д и И. По этим каналам рабочая жидкость поступает под торцы золотника 9 и в сопла 8 и 4.
Вытекая из сопел 8 и 4, рабочаяжидкость омывает заслонку 5 и по каналу 3 поступает в сливную магистраль Г, а из нее – в бак. Одновременно по каналам К и Л рабочая жидкость поступает к рабочим поверхностям золотника 9. При отсутствии электрического сигнала на обмотке 6сервовентиля заслонка 5 устанавливает одинаковые дросселирующие щели левого и правого сопел, сохраняя, таким образом, одинаковые давления в полостях Е и Ж, удерживая золотник 9 в среднем положении (рисунок 2, а).
1 – фильтр; 2 – демпфер; 3 – сливной канал; 4 - сопло; 5 – заслонка; 6 – обмотка сервовентиля;
7 – якорь; 8 – сопло; 9 – золотник
Рисунок 2 – Схемы работы сервовентиля
В этом положении золотник 9 своими буртиками перекрывает каналы К и Л, и рабочая жидкость не поступает в полости рабочего гидроцилиндра. Магистрали Б, В и Г (рисунок 1), соединяющие сервовентиль с рабочим гидроцилиндром через гидрораспределитель (рисунок 2), соединены с баком.
При подаче тока на обмотку 6 электромагнита, якорь 7 поворачивается по часовой стрелке. Заслонка 5 при этом поворачивается так, что обеспечивает закрытие сопла 4 (2 рисунок 1). При этом в канале Д прекращается поток рабочей жидкости, и давление под левым торцом золотника 9 (18 рисунок 1)(в полости Е) возрастает до значения давления на входе в сервовентиль. В канале И и, соответственно, под правым торцом золотника 9 (в полости Ж) давление остается без изменений, так как сопло 8 (13 рисунок 1) остается открытым и через него происходит свободный слив рабочей жидкости в бак. Из-за образования разницы давлений, действующих на торцы золотника, возникает сила, сдвигающая золотник вправо, который начнет изгибать упругую обратную связь 3 (14 рисунок 1), жестко соединенную с заслонкой 5. При этом обратная связь будет создавать момент, приложенный к якорю совместно с моментом от воздействия струи жидкости на заслонку, и обратный моменту от магнитного поля электромагнита, действующему на якорь.
Золотник 9 (18 рисунок 1)будет перемещаться вправо до тех пор, пока моменты, действующие на якорь 7, не уравновесятся. Переместившись вправо, золотник откроет канал Л, и рабочая жидкость через канал Б поступает в поршневую полость гидроцилиндра, смещая его поршень влево. При этом из штоковой полости гидроцилиндра рабочая жидкость будет вытесняться через каналы В и Г сервовентиля вбак (рисунок 2, б). По мере пермещения поршня, за счет внешней обратной связи (на расунке не показано), будет уменьшаться величина электрического сигнала, поступающего на обмотку 6 электромагнита. Это приведёт к уменьшению элекгромагнитного момента, приложенного к якорю 7. Равновесие якоря нарушается, и под действием момента обратной связи и струи жидкости он повернется против часовен стрелки. При этом заслонка 3 (5 рисунок 1) несколько откроетсопло 4 (2 рисунок 1). Перепад давлений в полостях Е и Ж уменьшается, что совместно с усилием обратной связи приведет к перемещению золотника 9 (18 рисунок 1) влево. Переместившись, золотник перекроет канал А, уменьшив поток жидкости, поступающей в канал Б и поршневую полость цилиндра, и уменьшив скорость перемещения поршня. Далее в процессе перемещения поршня в каждый момент времени определённой величине сигнала на обмотке 6 сервовентиля будет соответствовать определенное положение буртиков золотника 9 (18 рисунок 1) относительно каналов (в данном случае Б и Г) и, следовательно, скорость перемещения поршня. Таким образом, сервовентиль, управляя перемещением поршня, следит за скоростью этого перемещения в зависимости от величины входного сигнала от датчиков положения поршня.
При смещении поршня вправо (рисунок 2, в) на обмотку 6 электромагнита поступает ток сигнала другого направления. Это вызывает изменение полярности электромагнита и поворот якоря 7 против часовой стрелки. Заслонка 5 закрывает сопло 8. Давление в канале И и в полости Ж поднимается, и золотник 9 перемещается влево, открывая канал К. При этом рабочая жидкость поступает по каналу В в штоковую полость гидроцилиндра, а из поршневой полости вытесняется по каналам Б и Г в бак. В остальном работа сервовентиля аналогична вышеописанной.
Марки и технические характеристики сервовентилей. На строительно-дорожных и путевых машинах применяются сервовентили (сервоклапаны) следующих фирм:
«Plasser und Theurer» EL-T76.00; «MOOG» серия 62 (Нижегородский филиал MOOG GmbH серии 62 и серии 76); «ORSTA» 115 1220; гидроусилители УГ-75Б и УГ 176 (АООТ ПМЗ «Восход» г. Павлово).
По своим присоединительным размерам и функциональному назначению указанные аппараты взаимозаменяемы. Их основные технические характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Технические характеристики сервовентилей
| Наименование показателей | ТГЛ 33649 Фирма «ORSTA» | Серия 62 Фирма «MOOG» | Гидроусилители УГ 176 АООТ ПМЗ «Восход» |
| Номинальное давление, МПа | |||
| Диапазон рабочего давления, МПа | 2…21 | - | 14…25 |
| Максимальное давление на сливе, МПа | - | 0,6 | |
| Номинальный расход при 7 МПа, л/мин. | |||
| Диапазон температуры рабочей среды, оС | -10…+70 | -10…+70 | -30…+70 |
| Диапазон окружающей температуры, оС | -10…+80 | -20…+95 | -30…+70 |
| Точность фильтрации со стороны давления перед сервовентилем, не менее, мкм. | - | ||
| Номинальный электрический ток управления на катушки, мА. | 7,5 | 7,5…15 | |
| Сопротивление катушки, Ом. | 22±2 | 13,5 | 220±2 |
| Дрейф нуля при изменении температуры, не более, % | |||
| Гистерезис, не более, % | - |