Когда вы посмотрите на гидравлический клапан, вы заметите несколько маркировок портов, отштампованных или нанесенных на корпусе клапана. Обозначения A и B обозначают рабочие порты, которые являются двумя основными выходными соединениями, которые соединяют клапан непосредственно с гидравлическим приводом. Эти порты контролируют двунаправленный поток гидравлической жидкости в цилиндр или двигатель и обратно, что делает их важными интерфейсами для преобразования энергии жидкости в механическое движение.
Порты A и B функционируют как реверсивные соединения в гидравлическом контуре. В любой момент один порт подает жидкость под давлением для выдвижения или вращения привода, а другой порт возвращает жидкость обратно в резервуар. Когда вы перемещаете золотник клапана, чтобы изменить направление, роли A и B меняются местами, и именно так гидравлические цилиндры выдвигаются и втягиваются или как двигатели меняют направление вращения.
Эта система идентификации портов соответствует международным стандартам, установленным ISO 1219-1, и североамериканскому стандарту NFPA ANSI B93.7. Эти стандарты гарантируют, что инженеры и техники в любой точке мира могут без путаницы читать гидравлические схемы и понимать соединения клапанов. Стандартизация номенклатуры портов имеет решающее значение для совместимости систем, особенно когда вы работаете с компонентами разных производителей или устраняете неполадки оборудования в полевых условиях.
Полная система портов гидравлического клапана
Чтобы полностью понять, что делают порты A и B, вам нужно увидеть, как они вписываются в полную структуру портов гидрораспределителя. Типичная конфигурация четырехходового клапана включает четыре основных соединения, которые работают вместе для управления движением привода.
Порт P служит впускным отверстием для подачи жидкости под высоким давлением от гидравлического насоса. Здесь давление системы поступает в клапан. Порт T (иногда обозначается буквой R для дистанционного возврата) — это линия возврата резервуара, по которой жидкость течет обратно в резервуар после завершения работы в приводе. Некоторые клапаны также имеют L-образное отверстие для дренажа внутренних утечек, что предотвращает повышение давления в камере пружины клапана и в зонах зазора золотника.
``` [Изображение схемы 4-портового гидрораспределителя] ```Рабочие порты A и B подключаются непосредственно к двум камерам цилиндра двойного действия или к двум портам гидравлического двигателя. Их называют рабочими портами, потому что именно там происходит фактическое преобразование энергии – где жидкость под давлением становится механической силой и движением. В отличие от портов P и T, которые выполняют относительно фиксированные роли, порты A и B постоянно переключаются между функциями подачи и возврата в зависимости от положения золотника.
| Обозначение порта | Стандартное имя | Основная функция | Типичный диапазон давления |
|---|---|---|---|
| P | Давление/Насос | Вход основного давления от насоса | 1000–3000 фунтов на квадратный дюйм (70–210 бар) |
| Т (или Р) | Бак/возврат | Возврат низкого давления в резервуар | 0–50 фунтов на квадратный дюйм (0–3,5 бар) |
| A | Рабочий порт А | Двунаправленное подключение привода | 0–3000 фунтов на квадратный дюйм (переменная) |
| B | Рабочий порт Б | Двунаправленное подключение привода | 0–3000 фунтов на квадратный дюйм (переменная) |
| L | Утечка/Слив | Удаление внутренних утечек | 0–10 фунтов на квадратный дюйм (0–0,7 бар) |
Как порты A и B управляют направлением привода
Основная задача портов A и B — обеспечить реверсивное управление движением. Когда вы поймете, как меняются пути жидкости внутри клапана, вы поймете, почему эти два порта необходимы для двунаправленного управления.
В типичной установке гидроцилиндра двойного действия порт A обычно соединяется с концом крышки (сторона без штока), а порт B соединяется с концом штока. Однако эта схема подключения не является обязательной и зависит от конкретной конструкции вашей системы и желаемого направления движения по умолчанию. Важно то, чтобы вы поддерживали единообразие во всем проекте схемы и документации.
Когда золотник клапана перемещается в положение один, внутренние каналы соединяют P с A и B с T. Жидкость под давлением течет из насоса через порт A в конец крышки цилиндра, толкая поршень и выдвигая шток. Одновременно жидкость, вытесненная из конца штока, вытекает через порт B через внутренние каналы клапана и возвращается в резервуар через порт T. Перепад давления между двумя камерами цилиндра создает силу, необходимую для перемещения груза.
Перемещение золотника во второе положение меняет местами эти соединения. Теперь P соединяется с B, а A соединяется с T. Жидкость течет в конец штока через порт B, оттягивая поршень назад и втягивая шток. Жидкость, вытесненная из конца крышки, выходит через порт А и возвращается в резервуар. Эта обратимость является основным принципом работы гидрораспределителей.
Скорость потока через порты A и B определяет скорость привода. Этот расход зависит от двух факторов: производительности насоса и площади внутреннего отверстия клапана, создаваемой положением золотника. Это соотношение регулируется основным уравнением отверстия:
ГдеQэто скорость потока,Cd- коэффициент расхода,Ao- эффективная площадь отверстия,ΔПпредставляет собой перепад давления, аρплотность жидкости. Точно контролируя перемещение золотника, вы контролируете эффективную площадь отверстия и, следовательно, поток к каждому рабочему отверстию.
Конфигурации центрального положения и их влияние на порты A и B
Поведение портов A и B в нейтральном положении клапана существенно влияет на рабочие характеристики вашей системы. Различные конфигурации центра отвечают различным эксплуатационным потребностям, и понимание этих различий поможет вам выбрать правильный клапан для вашего применения.
Конфигурация клапана с закрытым центром блокирует все порты, когда золотник находится в нейтральном положении. Оба порта A и B изолированы от P и T. Такая конструкция обеспечивает превосходную способность удерживать нагрузку, поскольку захваченная жидкость в камерах привода не может выйти наружу даже под внешней нагрузкой. Цилиндр сохраняет свое положение с минимальным дрейфом. Однако, если вы используете насос с фиксированным рабочим объемом, вам понадобится предохранительный клапан или разгрузочный контур, чтобы предотвратить чрезмерное повышение давления, когда клапан находится в центре, поскольку насос продолжает подавать поток, которому некуда идти.
Клапаны с открытым центром используют другой подход. В нейтральном положении P подключается к T, а порты A и B также подключаются к T. Такая конфигурация позволяет насосу разгружаться при низком давлении в режиме ожидания, что значительно снижает энергопотребление и выделение тепла. В периоды простоя система работает намного холоднее. Компромисс заключается в том, что вы теряете способность выдерживать нагрузку - если на ваш цилиндр действуют внешние силы, он будет смещаться, потому что порты подключаются к линии резервуара низкого давления.
Клапаны с тандемным центром представляют собой золотую середину. Порт P блокируется в нейтральном положении, но A и B подключаются к T. Эта конструкция хорошо работает в последовательных схемах, где вы хотите разгрузить текущий привод, позволяя потоку продолжаться к следующему клапану в контуре. Приводы, подключенные к портам A и B, сбрасывают давление, но насос не обязательно разгружается, если все клапаны в серии не центрированы.
В некоторых специализированных клапанах используются конфигурации центра регенерации, в которых порты A и B внутренне соединяются друг с другом в определенных положениях. Такое перекрестное соединение позволяет использовать передовые методы управления потоком, которые могут значительно увеличить скорость привода, позволяя жидкости из одной камеры дополнять поток насоса в другую камеру.
| Тип центра | Статус портов A и B | Удержание нагрузки | Энергоэффективность | Лучшие приложения |
|---|---|---|---|---|
| Закрытый центр | Заблокировано | Отличный | Требуется разгрузочный контур | Точное позиционирование, регулируемые насосы |
| Открытый Центр | Подключено к Т | Бедный | Отлично (насос разгружается) | Малый рабочий цикл, мобильное оборудование |
| Тандем Центр | Подключено к Т | Бедный | Хорошо (в последовательных цепях) | Системы с несколькими актуаторами |
| Центр регенерации | Перекрестное соединение (от A до B) | Справедливый | Отлично (суммирование потоков) | Высокоскоростное раздвижение, экскаваторы |
Порты A и B в реальных приложениях
Понимание теории портов важно, но понимание того, как порты A и B функционируют в реальном оборудовании, помогает укрепить концепции. Различные типы гидравлических приводов используют эти порты особым образом, в соответствии с их эксплуатационными требованиями.
В цилиндрах двойного действия, которые представляют собой наиболее распространенное применение, соединения портов A и B определяют характер движения цилиндра. Рассмотрим типичный гидравлический пресс, в котором вам необходимо контролируемое выдвижение и втягивание. Порт A соединяется с глухим концом с большей площадью поршня, а порт B соединяется с концом штока с меньшей эффективной площадью из-за объема штока. Когда вы направляете поток через порт А, вся площадь поршня создает силу для операции прессования. Во время втягивания поток через порт B перемещает меньшую эффективную площадь, и, поскольку скорость потока равна площади, умноженной на скорость, цилиндр втягивается быстрее, чем выдвигается при той же скорости потока.
Гидравлические двигатели используют порты A и B для управления направлением вращения. В двунаправленном двигателе, таком как роторная дрель или привод конвейера, порт, принимающий давление, определяет, в какую сторону вращается вал двигателя. Переключение давления с порта A на порт B мгновенно меняет направление вращения. Перепад давления между двумя портами создает крутящий момент, а скорость потока определяет скорость вращения. Если в характеристиках вашего двигателя указан рабочий объем 10 кубических дюймов на оборот, а расход составляет 20 галлонов в минуту, вы можете рассчитать, что получите 231 об/мин (используя преобразование, согласно которому 1 галлон в минуту равен 231 кубическому дюйму в минуту).
Передовое мобильное оборудование, такое как экскаваторы, демонстрирует сложное использование управления портами A и B. Цилиндр стрелы экскаватора испытывает различные нагрузки: иногда он поднимается против силы тяжести, иногда ее толкает вниз. Система управления постоянно контролирует сигналы давления из портов A и B. Во время опускания стрелы с загруженным ковшом в камере штокового конца (обычно порт B) может наблюдаться более высокое давление, чем в подаче насоса, поскольку движущей силой движения является сила тяжести. Интеллектуальные системы управления обнаруживают это состояние и могут активировать схемы регенерации или системы рекуперации энергии, используя перепад давления в портах A и B в качестве ключевых сигналов обратной связи.
Пропорциональное управление и определение нагрузки через порты A и B
Современные гидравлические системы вышли далеко за рамки простого управления двухпозиционным клапаном. Пропорциональные и сервоклапаны обеспечивают точный и непрерывный контроль потока через порты A и B, и эти порты также служат важными точками измерения для передовых стратегий управления.
Пропорциональные клапаны модулируют положение золотника на основе входного электрического сигнала, обычно тока от 0 до 800 миллиампер или сигнала напряжения. По мере увеличения тока золотник постепенно смещается от нейтрального положения, постепенно открывая пути потока между P и рабочими отверстиями. Эта переменная площадь отверстия обеспечивает плавное, контролируемое ускорение и замедление привода. Оператор, использующий джойстик для управления стрелой экскаватора, не включает и не выключает клапан — он посылает пропорциональные команды, которые преобразуются в точные скорости потока через порты A и B.
Порты A и B функционируют как реверсивные соединения в гидравлическом контуре. В любой момент один порт подает жидкость под давлением для выдвижения или вращения привода, а другой порт возвращает жидкость обратно в резервуар. Когда вы перемещаете золотник клапана, чтобы изменить направление, роли A и B меняются местами, и именно так гидравлические цилиндры выдвигаются и втягиваются или как двигатели меняют направление вращения.PЛС. Насос или компенсатор настраиваются для поддержания постоянного запаса давления выше этого давления нагрузки, обычно 200–300 фунтов на квадратный дюйм. Связь выражается как:
Такой подход к определению нагрузки означает, что ваш насос создает давление, достаточное только для преодоления фактической нагрузки плюс небольшой запас для контроля. Вместо того, чтобы постоянно работать при полном сбросе давления в системе и тратить энергию на дросселирование, система подстраивает давление в соответствии с потребностями. Когда вы быстро перемещаете ненагруженный цилиндр, давление в портах A и B остается низким, как и давление насоса. Когда вы сталкиваетесь с сильным сопротивлением, давление в рабочем порту возрастает, сигнал LS увеличивается, и насос автоматически увеличивает свое выходное давление. Такое согласование давления в реальном времени на основе обратной связи портов A и B может снизить энергопотребление системы на 30–60 процентов по сравнению с системами с фиксированным давлением.
Технология независимого дозирующего клапана (IMV) представляет собой передовую технологию управления рабочим портом. Традиционные распределительные клапаны механически соединяют входящий расход (P к A или P к B) с расходом на выходе (A к T или B к T) через одно положение золотника. В системах IMV используются отдельные клапаны с электронным управлением для всех четырех путей потока: от P к A, от P к B, от A к T и от B к T. Такая развязка позволяет системе управления независимо оптимизировать потоки подачи и возврата на основе условий нагрузки, требований к движению и целей энергоэффективности. Контроллер может анализировать данные о давлении и расходе из портов A и B в режиме реального времени и независимо регулировать каждый элемент клапана, обеспечивая такие функции, как автоматическая регенерация, дифференциальное управление и профилирование движения с компенсацией нагрузки.
Гидравлическая регенерация: расширенное управление портами A и B
Схемы регенерации демонстрируют одно из наиболее сложных применений управления портами A и B, обычно встречающееся в строительной и сельскохозяйственной технике. Понимание регенерации поможет вам понять, как эти, казалось бы, простые рабочие порты обеспечивают сложное управление энергопотреблением.
Гидравлическая регенерация использует разницу площадей между концом крышки цилиндра и концом штока. Когда дифференциальный цилиндр выдвигается, колпачковый конец (обычно порт A) требует большего объема жидкости, чем вытесняет штоковый конец (обычно порт B), поскольку шток занимает пространство в камере штокового конца. Отношение объемов:
В контуре регенерации вместо того, чтобы отправлять обратный поток со стороны штока через порт B в резервуар, где он будет рассеивать энергию посредством дросселирования, система перенаправляет этот обратный поток для слияния с потоком насоса, питающим конец крышки через порт A. Такое суммирование потоков значительно увеличивает скорость выдвижения. Если ваш насос подает 20 галлонов в минуту, а штоковый конец может подавать дополнительно 8 галлонов в минуту за счет регенерации, то ваш колпачковый конец получает всего 28 галлонов в минуту, что увеличивает скорость на 40 процентов.
Реализация схемы требует тщательного управления путями портов A и B. Клапан регенерации (иногда называемый клапаном подпитки или золотником регенерации) контролирует соединение между портами. Когда система определяет, что регенерация полезна (обычно, когда гравитация или внешние силы способствуют движению), активируется клапан регенерации. Он блокирует путь от порта B к резервуару и вместо этого соединяет порт B с портом A. Обратный клапан в этой линии регенерации предотвращает обратный поток, когда давление в порту A превышает давление в порту B, что происходит во время принудительного расширения против нагрузки.
Система управления принимает решение о регенерации на основании сигналов давления из рабочих портов. Во время опускания стрелы экскаватора датчики обнаруживают, что давление на конце штока в порте B повышено, поскольку сила тяжести давит вниз. Этот сигнал давления указывает на то, что жидкость на конце штока содержит восстанавливаемую энергию. Контроллер активирует регенерацию, направляя этот возвратный поток под высоким давлением на пополнение подачи насоса, а не на расходование ее через дроссельный клапан. Такой подход одновременно увеличивает скорость и снижает потери энергии, решая две задачи производительности с помощью одной стратегии управления.
Современные электрогидравлические системы интегрируют управление регенерацией непосредственно в логику главного клапана. Некоторые современные мобильные клапаны оснащены встроенными регенеративными каналами, которые активируются в зависимости от положения золотника с компенсацией давления, что устраняет необходимость в отдельных регенерационных клапанах. Системы IMV могут полностью реализовать регенерацию с помощью программного обеспечения, мгновенно изменяя конфигурацию путей потока путем регулировки отдельных элементов клапана без каких-либо механических компонентов регенерации.
Рекомендации по диагностике и техническому обслуживанию рабочих портов
Порты A и B служат отличными точками диагностического доступа для устранения неполадок гидравлической системы. Понимание того, что измерять в этих портах и как интерпретировать результаты, имеет важное значение для эффективного обслуживания.
При диагностике низкой скорости привода подсоедините манометры к портам A и B во время работы. Сравните рабочее давление в активном порте (тот, к которому поступает поток насоса) с ожидаемым давлением нагрузки. Если порт A должен показывать давление 1500 фунтов на квадратный дюйм для подъема известной нагрузки, но вы видите 2200 фунтов на квадратный дюйм, у вас где-то чрезмерное сопротивление. Это может указывать на засорение линии между клапаном и цилиндром, износ внутреннего уплотнения цилиндра, вызывающий перепуск, или частично засоренный фильтр в возвратной линии, увеличивающий противодавление в порту B.
Дисбаланс давления между рабочими портами во время движения может выявить проблемы с клапаном или цилиндром. При выдвижении цилиндра порт A должен показывать давление нагрузки плюс падение давления на ограничителе на стороне возврата, а порт B должен показывать только противодавление от сопротивления возвратной линии (обычно менее 100 фунтов на квадратный дюйм). Если порт B показывает аномально высокое давление во время расширения, возможно, у вас есть ограничение на пути потока B-T - возможно, засоренный канал клапана или перегнутый возвратный шланг. Это противодавление уменьшает перепад давления в цилиндре, уменьшая доступную силу и скорость.
Пульсации или нестабильность давления в портах A и B часто указывают на загрязнение, влияющее на движение золотника клапана. Если загрязнение частиц превышает уровень чистоты ISO 4406 от 17.09.14, скопление ила может вызвать неустойчивое движение золотника, что приведет к колебаниям давления, видимым в рабочих отверстиях. Это состояние требует немедленного внимания, поскольку оно ухудшает точность управления и ускоряет износ компонентов.
Утечка между портами представляет собой еще один распространенный режим отказа, который можно обнаружить при тестировании рабочего порта. Заблокируйте оба порта привода и подайте давление на одну сторону через порт A, одновременно контролируя давление в порту B. В клапане с закрытым центром и хорошей посадкой золотника давление в заблокированном порту B должно оставаться ниже 50 фунтов на квадратный дюйм, когда порт A подвергается давлению в системе. Быстрый рост давления в порту B указывает на чрезмерную внутреннюю утечку через контактные площадки золотника, что означает, что клапан требует замены золотника или полного капитального ремонта.
| Симптом | Порт А Ридинг | Порт Б Ридинг | Вероятная причина | Требуется действие |
|---|---|---|---|---|
| Медленное расширение | Чрезмерное давление | Нормальный (низкий) | Засорение линии А-порта или повреждение уплотнения цилиндра | Проверьте магистрали, проверьте уплотнения цилиндров. |
| Медленное втягивание | Нормальный (низкий) | Чрезмерное давление | Ограничение линии B-порта или блокировка возврата | Проверьте линии, очистите каналы клапанов. |
| Работа цилиндра | Падение давления | Падение давления | Внутренняя утечка клапана или повреждение уплотнения цилиндра. | Выполните тест на утечку между портами |
| Неустойчивое движение | Колебания давления | Колебания давления | Загрязнение, влияющее на золотник или кавитацию | Проверить чистоту жидкости, проверить на наличие воздуха |
| Нет движения | Низкое давление | Высокое давление | Перепутанные шланговые соединения на приводе | Сверить водопровод со схемой |
Защитные устройства на портах A и B защищают вашу систему от повреждений в нештатных условиях. Межпортовые предохранительные клапаны, установленные между рабочими портами, предотвращают скачки давления при внезапных механических остановках цилиндра или ударных нагрузках. Эти клапаны обычно устанавливают давление на 10–20 процентов выше нормального максимального рабочего давления. Когда давление в порту A превышает настройку сброса, клапан открывается и соединяет порт A с портом B, позволяя жидкости обходить заблокированный цилиндр вместо создания разрушительных пиков давления, которые могут привести к разрыву шлангов или повреждению уплотнений.
Подпиточные клапаны защищают от кавитации при обгонных нагрузках. Если тяжелая масса приводит в движение цилиндр быстрее, чем насос может обеспечить поток, в камере на стороне подачи создается отрицательное давление. Клапан подпитки открывается, когда этот вакуум достигает примерно 5 фунтов на квадратный дюйм ниже атмосферного, позволяя жидкости под низким давлением из резервуара течь в камеру с голоданием через рабочий порт. Это предотвращает образование пузырьков пара, которые могут вызвать шум, вибрацию и эрозионное повреждение внутренних поверхностей.
Вывод: центральная роль рабочих портов A и B
Порты A и B на гидравлическом клапане представляют собой нечто большее, чем просто точки соединения. Эти рабочие порты образуют важнейший интерфейс, где гидравлическое управление преобразуется в механическое действие, где системный интеллект соответствует реальности привода и где стратегии энергоэффективности достигают успеха или терпят неудачу. Хотя их основная функция остается неизменной во всех приложениях — обеспечение реверсивных путей потока для управления направлением и скоростью привода — их реализация в современных системах демонстрирует поразительную сложность.
От базового управления направлением в простой схеме цилиндра до сложных систем регенерации в строительной технике — управление потоком и давлением через порты A и B определяет производительность системы. Системы определения нагрузки полагаются на сигналы давления, поступающие из этих портов, для оптимизации использования энергии. Цепи регенерации изменяют конфигурацию путей между A и B для восстановления энергии и повышения скорости. Системы пропорционального управления модулируют поток через эти порты с точностью, измеряемой миллисекундами. Технология независимого учета была развита, чтобы предоставить беспрецедентные полномочия контроля над путями подачи и возврата каждого рабочего порта.
Поскольку гидравлические технологии продолжают развиваться в направлении большей электрификации и цифрового управления, физические порты A и B остаются фундаментально важными. Что меняется, так это то, как мы ими управляем: с помощью более быстрых клапанов, более умных алгоритмов и более сложных контуров обратной связи. Независимо от того, обслуживаете ли вы передвижную машину, выпущенную десятилетиями, или проектируете современную сервогидравлическую систему, понимание того, что такое порты A и B и как они функционируют, обеспечивает основу для эффективной работы гидравлической системы.
