Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Rozdzielacze należą do grupy zaworów sterujących kierunkiem przepływu. Ruchomy organ
sterujący rozdzielacza umożliwia realizację różnych kombinacji połączeń. Ze względu na
sposób sterowania rozdzielaczy możemy wyróżnić dwa główne typy sterowania:
bezpośrednie oraz pośrednie.
Szczegółowy podział sposobów sterowania rozdzielaczy przedstawia rys. 1
wg PN-74/M-01050 [15]
ROZDZIELACZE
SUWAKOWE
ZAWOROWE
STEROWANE STEROWANE
BEZPOŚREDNIO POŚREDNIO
Sterowanie ręczne
Sterowanie
elektrohydrauliczne
Sterowanie mechaniczne
Sterowanie
hydrauliczne
Sterowanie hydrauliczne
Sterowanie pneumatyczne
Sterowanie elektryczne
Rys. 1. Podział rozdzielaczy ze względu na sposób sterowania
Ze w z g l ę d u n a l i c z b ę p o ł ą c z e ń rozdzielacze dzielą się na rozdzielacze dwu- i
więcej położeniowe. Zawór odcinający jest zatem rozdzielaczem dwupołożeniowym. Jedno z
położeń odpowiada otwarciu, drugie zaś zamknięciu zaworu.
Rozdzielacze możemy również podzielić ze względu na konstrukcję. Wyróżniamy:
rozdzielacze suwakowe (element sterujący tzw. para suwakowa), rozdzielacze zaworowe
1
(elementy sterujące - zawory wzniosowe), rozdzielacze obrotowe (sterowanie poprzez obrót
trzpienia w obudowie).
Rozdzielacze gniazdowe
Na skutek szeregu wad rozdzielaczy suwakowych takich jak: nieszczelność pary
suwakowej, duże siły działające na suwak rozdzielacza, zmiany luzu wewnątrz pary
suwakowej na skutek czynników zewnętrznych jak i zjawisk wewnątrz rozdzielacza oraz fakt,
że rozdzielacze suwakowe nie mogą być stosowane w układach hydraulicznych, w których
czynnikiem roboczym są ciecze klasy HF ( ciecze, które mają dużą zawartość wody, emulsje
olejowe), stosuje się rozdzielacze zaworowe. Oprócz wyżej wymienionych wad rozdzielaczy
suwakowych, których nie posiadają rozdzielacze zaworowe, do zalet rozdzielaczy
zaworowych możemy zaliczyć również możliwość jednostopniowego sterowania układów o
dużym natężeniu przepływu czynnika, wymagających nominalnych średnic przelotów
powyżej 32 mm.
Przykładowa konstrukcja takiego rozdzielacza pokazana jest na rys. 2.
Rys. 2. Rozdzielacz zaworowy gniazdowy
trójdrogowy
1,2  zawory wzniosowe sterowane
elektromagnetycznie
Jest to rozdzielacz trójdrogowy, trójpołożeniowy. Sterowany elektromagnetycznie
zawór 1 odcina lub otwiera przepływ czynnika z pompy zasilającej. Zawór 2 po wzbudzeniu
elektromagnesu, zwiera odbiornik ze zlewem (spełnia także rolę zaworu bezpieczeństwa).
Zawór zwrotny znajdujący się w środku spełnia rolę zamka hydraulicznego, zapewniającego
szczelne odcięcie odbiornika przy wyłączonych elektromagnesach.
Rozdzielacze suwakowe
Rozdzielacze suwakowe możemy podzielić na trzy grupy w zależności od pełnionej funkcji:
I - rozdzielacze służące do sterowania kierunkiem przepływu,
II - rozdzielacze proporcjonalne spełniające dodatkowo rolę zaworów sterujących natężeniem
przepływu,
III- serworozdzielacze.
Podstawą konstrukcji rozdzielacza jest para suwakowa, w skład której wchodzą suwak
(najczęściej stalowy) oraz tuleja cylindryczna.
Rozdzielacze suwakowe różnią się kształtem współpracujących powierzchni tulei i suwaka
(rys. 3). Zróżnicowanie kształtów jest tym większe, im większa jest liczba dróg, które mają
być łączone oraz liczba położeń sterujących rozdzielacza.
Na rys. 3a przedstawiono schemat konstrukcji rozdzielacza dwudrogowego, dwu-
położeniowego, spełniającego rolę zaworu odcinającego.
2
Zwiększając liczbę kanałów do trzech,
(rys. 3b) uzyskuje się rozdzielacz
trójdrogowy, trójpołożeniowy,
pozwalający sterować np. siłownikiem
nurnikowym z wymuszonym ruchem
powrotnym nurnika. Na rys. 3c
przestawiono rozdzielacz czterodrogowy,
trójpołożeniowy znajdujący zastosowanie
do sterowania silnikiem lub siłownikiem
dwustronnego działania.
Rys. 3. Konstrukcje i symbole rozdzielaczy
suwakowych
Rozdzielacz proporcjonalny
Elektromagnesy rozdzielaczy
Sterowanie elektryczne podzespołów hydraulicznych stosuje się od lat 60 . Na początku
służyły do tego celu duże cewki, które znacznie powiększały gabaryty rozdzielaczy, a często
nawet były większe od samego korpusu rozdzielacza. Jednak z biegiem lat konstrukcja
sterowania elektrycznego doczekała się wielu modyfikacji, dzięki którym obecnie
rozdzielacze mają zwartą budowę i stosunkowo małe gabaryty.
Na rynku światowym stosuje się różne rozwiązania elektromagnesów. Pod względem
konstrukcji elektromagnesy dzieli się na suche i mokre, a ich budowę przedstawia rys. 4 i 5.
Rys. 4. Budowa elektromagnesu suchego
3
Rys. 5. Budowa elektromagnesu mokrego
W elektromagnesie suchym (rys. 4) konieczne jest uszczelnienie (osłona gumowa), przez
które olej nie będzie przedostawał się do komory z trzpieniem elektromagnesu. Problem
uszczelnienia rozwiązano poprzez skonstruowanie elektromagnesu mokrego (rys. 5), do
którego wpływa olej.
Pod względem regulacji, rozróżnia się elektromagnesy o regulowanej sile lub skoku. W
pierwszych, siła, z jaką rdzeń elektromagnesu działa na suwak, jest regulowana zmianą
natężenia prądu elektrycznego. Elektromagnesy te charakteryzują się małymi
przemieszczeniami (około 1,5mm) i dlatego stosowane są w zaworach proporcjonalnych
sterujących ciśnieniem i w dwustopniowych rozdzielaczach proporcjonalnych, sterujących
kierunkiem przepływu i jego natężeniem.
a) b)
Rys. 6. Charakterystyka elektromagnesu
a)o regulowanej sile, b) o regulowanym skoku
4
Zastosowanie elektromagnesu o regulowanej sile wiąże się z korzystaniem tylko z obszaru
charakterystyki, gdzie siła ma stałą wartość.
W przypadku elektromagnesów o regulowanym skoku, zastosowano układ elektronicznej
regulacji położenia rdzenia niezależny od siły reakcji. Skok rdzenia jest znacznie większy w
porównaniu do elektromagnesów o regulowanej sile, i wynosi średnio 3-5mm. Najczęściej
stosuje się te elektromagnesy w rozdzielaczach proporcjonalnych jednostopniowych
sterujących natężeniem i kierunkiem przepływu.
Charakterystyki tych elektromagnesów przedstawiono na rysunku 6.
1. Rozdzielacz proporcjonalny sterowany bezpośrednio (rys. 7)
Rozdzielacz proporcjonalny służy do sterowania kierunkiem i natężeniem przepływu.
Sygnałem sterującym jest prąd płynący przez uzwojenia cewek elektromagnesów
proporcjonalnych.
1.1. Działanie
Podstawowymi częściami rozdzielacza są: korpus (1), elektromagnesy proporcjonalne (2 i 4)
(jeden lub dwa) o analogowej zależności przemieszczenia od natężenia prądu, indukcyjny
czujnik położenia (3), suwak (5) oraz jedna lub dwie sprężyny centrujące (6 i 7).
Gdy elektromagnesy nie są wzbudzone, suwak (5) jest przez sprężyny centrujące
utrzymywany w położeniu środkowym. Suwak jest przemieszczany bezpośrednio przez
elektromagnesy proporcjonalne o regulowanym skoku.
Rys. 7. Bezpośrednio sterowany rozdzielacz proporcjonalny z elektrycznym
sprzężeniem zwrotnym
2. Rozdzielacz proporcjonalny sterowany pośrednio (rys. 8, 11)
Rozdzielacze o większych wielkościach (powyżej DN10) budowane są jako dwustopniowe:
pierwszym stopniem jest zawór redukcyjny podwójny, a drugim rozdzielacz główny.
2.1. Działanie
W rozdzielaczu sterowane są elektromagnesy proporcjonalne o charakterystyce opartej na
zależności siły od natężenia prądu. Sygnał sterujący formowany w elektronicznym układzie
sterowania zostaje w proporcjonalnym elektromagnesie (5) lub (6) przetworzony na
proporcjonalną do tego sygnału siłę. Odpowiednio do wartości tej siły otrzymujemy ciśnienie
5
na wylocie (A lub B) zaworu sterowania wstępnego, którym jest podwójny zawór redukcyjny
(rys. 9). Ciśnienie to działa na powierzchnię suwaka głównego i pokonując siłę sprężyny (12)
przemieszcza ten suwak aż do osiągnięcia równowagi między siłą sprężyny i siłą wynikającą
z ciśnienia. Przemieszczenie suwaka, a tym samym przekrój przepływowy jest zależne od
wartości ciśnienia działającego na powierzchnię suwaka. Zawór sterujący jest trójdrogowym
zaworem redukcyjnym (rys. 9) i składa się przede wszystkim z dwóch proporcjonalnych
elektromagnesów (5) i (6), korpusu (1), suwaka (2) i dwóch tłoczków (3) i (4). Elektromagnes
proporcjonalny przetwarza sygnał elektryczny na proporcjonalną siłę, tzn. zwiększenie prądu
sterującego powoduje odpowiednie zwiększenie siły wywieranej przez elektromagnes
niezależnie od wartości skoku.
Rys. 8. Pośrednio sterowany rozdzielacz proporcjonalny
Gdy elektromagnes nie jest wzbudzony, jak to przedstawiono na rys. 9, wówczas suwak (4)
utrzymywany jest w położeniu środkowym przez sprężyny. Przyłącza A i B połączone są z
przyłączem T, a więc są bezciśnieniowe. Przyłącze P jest zamknięte. Jeżeli nastąpi
wzbudzenie elektromagnesu B (6), to siła wywierana przez ten elektromagnes będzie działać
poprzez tłoczek (4) na suwak (2) i przemieści go w prawo. Wskutek tego olej będzie
przepływał od P do A. Przyłącze B pozostaje nadal połączone z wylotem T. Ciśnienie z
przyłącza A działa poprzez otwór promieniowy w suwaku (2) na tłoczek (4). Siła parcia
cieczy równoważona jest siłą elektromagnesu i przemieszcza suwak (2) w kierunku
zamykania, aż do osiągnięcia równowagi pomiędzy tymi siłami.
6
Rys. 9. Zawór redukcyjny trójdrogowy
Rys. 10. Charakterystyki rozdzielacza
7
3. Schemat układu pomiarowego i przebieg ćwiczenia
Na rys. 11 przedstawiono schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk
rozdzielacza proporcjonalnego. W układzie tym jest możliwość zasilania badanego
rozdzielacza poprzez pompę, której ciśnienie tłoczenia można nastawiać zaworem
przelewowym. Przyłącza A i B rozdzielacza są połączone. Odpowiednio do wartości prądu
sterującego (mierzonego amperomierzem) wysterowany suwak rozdzielacza tworzy szczeliny
przepływowe, dla których mierzony jest spadek ciśnienia zarówno dla drogi przepływu od
P->A jak i dla przepływu od B->T. Suma spadków ciśnień w rozdzielaczu jest parametrem,
dla którego wyznaczane są charakterystyki przepływowe rozdzielacza.
Rys. 11. Schemat układu pomiarowego
Tabela pomiarowa
LP I Q Q Q
"p "p "p
[mA] [MPa] [dm3/min] [MPa] [dm3/min] [MPa] [dm3/min]
1 200
2 250
3 300
4 350
5 400
2 3 4
6 450
7 500
8 550
9 600
10 650
8
Przykłady rozdzielaczy proporcjonalnych
Direct Operated Proportional DC Valve
9
Pilot Operated Proportional DC Valve
10