W kolejnym tekście z cyklu vademecum hydrauliki siłowej omówimy elementy układów hydraulicznych odpowiedzialne za zarządzanie kierunkami przepływu oleju. Kwestia kierowania strumienia oleju do elementów przetwarzających zawartą w nim energię na pożądaną przez nas pracę stanowi jedno z podstawowych zagadnień w hydraulice siłowej, a być może jest to w ogóle najważniejsze zagadnienie w hydraulice siłowej decydujące o funkcjonalności układów hydrauliki siłowej.
Aby usystematyzować problem trzeba określić „co to są te” elementy sterujące kierunkiem przepływu.
W największym uproszczeniu to zawory lub rozdzielacze, które dzięki swojej budowie lub współdziałaniu ze sobą pozwalają na zasilanie odbiorników wytworzonym przez pompę strumieniem oleju w sposób umożliwiający realizowanie określonego sposobu działania przez elementy ruchome maszyn i urządzeń.
W powyższej definicji możemy dostrzec dwa typy elementów:
- rozdzielacze
- suwakowe
- zaworowe
- sterowane bezpośrednio
- elektrycznie
- manualnie
- mechanicznie
- sterowane pośrednio
- hydraulicznie
- pneumatyczne
B. zwory
1. zwrotne
2. zwrotne-sterowane
3. logiczne
Oczywiście żeby nie było zbyt prosto w obrębie tych grup można wyróżnić jeszcze odmiany związane z budową i zasadą działania poszczególnych elementów. Występują również elementy łączące cechy obydwu tych typów. Spotykamy również odmiany związane ze sposobem zabudowy w układzie. Wyróżniamy rozdzielacze do zabudowy na rurach i zabudowy płytowej. Tu najczęściej spotykaną wersją jest standard CETOP, choć zwłaszcza w starszych układach można spotkać elementy do zabudowy płytowej poza tym standardem.
CETOP - Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques. W wolnym tłumaczeniu jest to europejski komitet zajmujący się standaryzacją elementów hydrauliki siłowej. Oznacza to, że elementy produkowane przez wielu dostawców są ze sobą zamienne pod względem technicznym.
Zanim przejdę do omawiania poszczególnych typów zatrzymam się na chwilę przy „logikach”. Specjalnie używam tego słowa ponieważ tu jest pewien niuans. Otóż zawór zwrotny sterowany o specyficznej budowie może być użyty jako zawór logiczny „zamknij/otwórz” i to omówimy w tym tekście. Natomiast w hydraulice występują również zawory logiczne, które są bezpośrednim odwzorowaniem matematycznych funkcji logicznych i ten temat omówimy w innym tekście.
Przechodząc do konkretnych typów, najczęściej spotykanym rozdzielaczem jest rozdzielacz suwakowy w standardzie CETOP sterowany bezpośrednio.
Rys. 1 Rozdzielacz WE6 produkowany przez Ponar Wadowice
Na rysunku 1a przedstawiony jest najbardziej typowy rozdzielacz suwakowy wielkość 6. Rysunek pokazuje podstawowe elementy składowe rozdzielacza. Korpus 1 wykonany jest z wysokiej jakości żeliwa. Numerem 2 oznaczony jest suwak stanowiący główny element roboczy odpowiadający za właściwe łączenie kanałów wewnątrz korpusu. 3 to cewka elektromagnetyczna, odpowiedzialna za przesuwanie suwaka w korpusie. Za ustalanie pozycji neutralnej suwaka odpowiadają sprężyny 4. trzpień 5 umożliwia awaryjne/ręczne przesterowanie suwaka. Jak już wcześniej wspomniałem głównym elementem roboczym rozdzielacza jest suwak. W suwaku wykonane są podtoczenia przez które odbywa się przepływ oleju między kanałami wykonanymi w korpusie rozdzielacza. Suwak jest pasowany suwliwie z korpusem tak aby przecieki były minimalne. Są one potrzebne aby smarować suwak. W innym przypadku suwak by się zacierał w trakcie pracy. Do realizowania smarowania na suwaku są wykonane nacięcia dzięki którym olej jest transportowany miedzy przegrodę, a suwak. Takie rozwiązanie gwarantuje smarowanie, a jednocześnie ogranicza wewnętrzne przecieki rozdzielacza.
Na rysunku 1b. przedstawione są schematy ideowe suwaków stosowanych w rozdzielaczu. Zmieniając suwak możemy uzyskać różne przepływy oleju w tym samym korpusie suwaka. Jednym z najprostszych suwaków stosowanych w rozdzielaczach jest suwak E . Suwak taki spotykamy w rozdzielaczach trzypołożeniowych. Na rysunku 1b w kolumnie pierwszej, przedstawione są ideogramy, które pokazują kierunek przepływu oleju w zależności od pozycji suwaka. Środkowy kwadrat informuje nas o przepływie oleju przez rozdzielacz w pozycji neutralnej, to znaczy takiej kiedy żadna cewka nie jest zasilana. Natomiast dwa skrajne kwadraty informują jaki będzie przepływał oleuj gdy suwak zostanie przesunięty w jedną lub drugą stronę Należy pamiętać że w zależności od rodzaju stosowane suwaka występują różnice w parametrach przepływu oleju przez rozdzielacz.
Rys 2. Przedstawia wykresy przepływów rozdzielacza WE6 Ponar Wadowice w zależności od rodzaju zastosowanego suwaka.
W drugiej kolumnie rys 1b pokazany jest stan dróg rozdzielacza w położeniach pośrednich. Pokazane tu są sposoby łączenia kanałów w trakcie wykonywania ruchu przez suwak zanim osiągnie on właściwa pozycję. Jest to ważna informacja ponieważ może mieć wpływ na zachowanie sterowanego odbiornika. Na przykład jeżeli wybierzemy rozdzielacz do sterowania siłownika, który coś podnosi, a będzie on w pośrednich położeniach miał wszystkie kanały połączone na przykład suwak G, to w trakcie przesterowania siłownik będzie zawsze odrobinę opadał pod wpływem siły grawitacji.
Rysunek 1d przedstawia oznaczenie takiego rozdzielacza w schemacie hydraulicznym. Jak widać w ideogramie zawarte są podstawowe informacje potrzebne do analizy idei funkcjonowania rozdzielacz. Z rysunku można odczytać, że rozdzielacz jest sterowany dwiema cewkami elektrycznymi a suwak jest zerowany dwiema sprężynami. Dodatkowo na rysunku opisane zostały kanały robocze rozdzielacza. P oznacza kanał zasilania olejem, T oznacza kanał powrotu oleju do zbiornika, kanały A i B służą do podłączenia odbiornika .
Rys. 3 Najprostszy schemat użyciem zastosowania rozdzielacza z suwakiem G- rys.1b
Analizując schemat z rys 3 widzimy, że w sytuacji kiedy cewki są bez napięcia to sprężyny utrzymują suwak w położeniu neutralnym i olej z pompy kierowany jest do zbiornika, czyli na przelew i w układzie nie wytworzy się ciśnienie. Jeżeli podamy napięcia na prawą cewkę to ustawimy rozdzielacz w pozycji na wprost i olej z pompy zacznie płynąć do siłownika pod ciśnieniem ustalonym przez zawór przelewowy kanałem A. Natomiast kanałem B olej popłynie do kanału T i druga strona siłownika zostanie opróżniona z oleju do zbiornika. Jeżeli przesterujemy rozdzielacz lewą cewką to odwrócimy kierunek przepływu oleju co spowoduje przeciwny ruch siłownika.
Rysunek 1c pokazuje nam schematy przepływu w odmianie dwupołożeniowej rozdzielacza, czyli sterowanej jedną cewką. Takie rozdzielacze wyposażone są w jedną sprężynę powodującą ustawienie suwaka w pozycji wyjściowej po zaniku zasilania cewki. Na rysunku 4 pokazany są ideogram takiego rozdzielacza.
Rys. 4a
Rys. 4b
Rys. 4c
Rys. 4d
Rysunek 4 pokazuje również ideogramy rozdzielaczy z różnymi rodzajami sterowania. Rys 4a pokazuje rozdzielacz sterowany elektrycznie, 4b pokazuje sterowanie sygnałem hydraulicznym, 4c przedstawia rozdzielacz sterowany pneumatycznie, 4d pokazuje rozdzielacz sterowany manualnie.
Najbardziej zaawansowaną wersją rozdzielacza suwakowego bezpośredniego sterowania są rozdzielacze sterowane proporcjonalnie. Rozwiązanie proporcjonalne tworzy dodatkową funkcjonalność takiego elementu, oprócz zmiany kierunku przepływu, umożliwia regulację szybkości przepływu.
Rys.5 Rozdzielacz proporcjonalny USAB6 Ponar Wadowice.
Rysunek 5 pokazuje budowę rozdzielacza proporcjonalnego, która w niewielkim stopniu różni się od zwykłego rozdzielacza. 1 to korpus. 2 i 4 to cewki sterujące. 5 i 6 sprężyny. 7 sworzeń do sterowania ręcznego.3 suwak , który różni się nieco od zwykłego suwaka . Oprócz normalnych podtoczeń w suwaku na krawędziach zamykających przepływ są wykonane podcięcia.
Rys. 6
Na rysunku 6 zostały zaznaczone na czerwono dwa kształty stosowane do wykonywania podcięć, które pozwalają na regulację szybkości przepływu. W zależności od kształtu uzyskamy inny sposób narastania przepływu w trakcie przesterowania suwaka. Na czym polega proporcjonalne sterowanie? Opiera się ono o narastaniu siły elektromagnetycznej indukowanej przez cewkę w miarę narostu napięcia zasilającego. Pojawiająca się siła musi przezwyciężyć działanie sprężyny centrującej suwak. W ten sposób uzyskujemy proporcjonalne przesuniecie suwaka do napięcia na cewce. Im wyższe napięcie tym mocniej ściskana jest sprężyna, a związku z tym suwak jest coraz bardziej przesuwany w kierunku maksymalnego przesterowania. Nacięcia na suwaku, o których pisałem wcześniej pozwalają na tak zwany miękki start przepływu oleju przez suwak i dokładną regulacje w zakresie najmniejszych prędkości przepływu.
Rys.7
Rysunek 7 przedstawia diagram rozdzielacza proporcjonalnego na schemacie układu hydraulicznego.
W tej części cyklu vademecum omówiliśmy najbardziej podstawowe zagadnienia z budowy i działania rozdzielaczy suwakowych. Oczywistym jest, że w miarę zagłębiania się w temat pojawiają się dodatkowe aspekty działania rozdzielaczy. Najlepszym źródłem informacji na temat szczegółów technicznych zawsze pozostaje dokumentacja techniczna dostarczana przez producenta i tam można odnaleźć wszelkie informacje, które pozwolą na prawidłowe interpretowanie zachowania elementu. W części 5.2 omówię rozdzielacze suwakowe sterowane pośrednio. A następnie w części 5.3 omówione zostaną rozdzielacze zaworowe-logiki.