Blokujący Q-metr

Miernik Q z funkcją odcięcia to sterowany, bezwyciekowy zawór odcinający do instalacji hydraulicznych, który reguluje przepływ zwrotny z odbiornika niezależnie od obciążenia, pełniąc jednocześnie funkcję zabezpieczenia przed pęknięciem rury. Reguluje on wypływający przepływ objętościowy w zależności od doprowadzanego przepływu objętościowego po przeciwnej stronie elementu wykonawczego, dzięki czemu obciążenia zawieszone lub ciągnione mogą poruszać się w sposób kontrolowany i bez wyprzedzania. W przemysłowych i mobilnych układach hydraulicznych chroni on siłowniki i silniki przed niekontrolowanym przyspieszeniem.

Zasada działania i budowa blokującego miernika Q

Miernik Q z blokadą łączy w jednym elemencie dwie podstawowe funkcje hydrauliczne: bezwyciekowe blokowanie przepływu zwrotnego oraz regulację przepływu wylotowego w zależności od natężenia. To połączenie znacznie odróżnia go od prostych zaworów zwrotnych, które blokują przepływ tylko w jednym kierunku, a w drugim przepuszczają go swobodnie.

Sterowana pilotowo regulacja przepływu zwrotnego

Podstawową funkcją miernika Q z blokadą jest sterowanie przepływem objętościowym odpływającym z odbiornika w taki sposób, aby zawsze pozostawał on w określonym stosunku do przepływu objętościowego doprowadzanego po przeciwnej stronie. W przypadku cylindrów tłok główny otwiera się w kierunku przepływu przy niewielkiej stracie ciśnienia. Po stronie przepływu zwrotnego zawór tak precyzyjnie dozuje otwarcie, że ruch elementu wykonawczego nie jest przyspieszany przez obciążenie. Proces regulacji odbywa się w sposób sterowany pilotowo: część sterująca i tłok pilotowy powodują odblokowanie, podczas gdy suwak pociągowy dostosowuje charakterystykę otwierania do przyłożonego prądu sterującego.

Główne elementy i ich zadania

Zawór blokujący typu Q-Meter składa się z kilku podzespołów funkcjonalnych, które wspólnie zapewniają regulowane działanie blokujące i dławiące:

• Obudowa: Mieści wszystkie elementy i zapewnia przyłącza ciśnieniowe. W zależności od konstrukcji dostępne są kołnierze SAE, przyłącza na płycie dolnej lub wersje kasetowe.
• Główny stożek lub główny tłok: w stanie otwartym zapewnia swobodny przepływ, a podczas zamknięcia zapewnia szczelność bez wycieków.
• Część pilotowa: wytwarza sterowane pilotem ciśnienie odblokowujące, które podnosi stożek główny.
• Zasuwnica sterująca: Przekazuje ciśnienie sterujące na powierzchnię sterującą tłoka głównego w celu stopniowego otwierania zaworu.
• Zasuwnica ślizgowa: Łączy regulację przepływu zwrotnego z przepływem zasilającym i zapewnia, że zawór otwiera się proporcjonalnie do doprowadzanej objętości.
• Tłumienie sterowania: zapobiega drganiom i zapewnia płynną, stabilną reakcję w zmiennych warunkach obciążenia.

Regulacja prędkości niezależna od obciążenia

Główną cechą zaworu typu „Sperr-Q-Meter” jest niezależne od obciążenia sterowanie prędkością odbiornika. Bez tego zaworu obciążenie ciągnące przyspieszałoby siłownik lub silnik, gdy tylko opór hydrauliczny w przewodzie powrotnym okazałby się niewystarczający do zahamowania ruchu. Zawór Sperr-Q-Meter zapobiega tak zwanemu „wyprzedzaniu” poprzez dopuszczanie przepływu powrotnego tylko w takim zakresie, w jakim pozwala na to dopływ po przeciwnej stronie.

Działanie w siłownikach hydraulicznych

W przypadku siłowników zawór blokujący Q-Meter działa pomiędzy przewodem powrotnym a zbiornikiem lub obwodem obejściowym. Podczas wysuwania siłownika olej pod ciśnieniem przepływa przez zawór do komory tłoka, podczas gdy zawór po stronie przestrzeni pierścieniowej reguluje wypływający przepływ objętościowy. Ponieważ powierzchnie czynne po stronie tłoka i po stronie przestrzeni pierścieniowej są różne, zawór musi dostosować natężenie przepływu wylotowego do stosunku powierzchni cylindra. Suwak ślizgowy pełni tę funkcję, wykorzystując strumień sterujący z przeciwnej strony do proporcjonalnego śledzenia otwarcia stożka głównego.

Działanie w silnikach hydraulicznych

W silnikach hydraulicznych zawór blokujący typu Q-Meter zabezpiecza prędkość obrotową przy zmiennych obciążeniach. Jeśli na przykład nastąpi awaria układu sterowania lub spadnie ciśnienie zasilania, zawór natychmiast się zamyka i utrzymuje silnik w jego położeniu. Zapobiega to przeładowaniu silnika, gdy obciążenie staje się ciągnące, a przepływ zwrotny mógłby odpływać bez hamowania. Typowymi zastosowaniami są wciągarki, napędy jezdne i obrotowe w maszynach mobilnych, w których dynamika obciążenia ulega znacznym wahaniom.

Zabezpieczenie przed pęknięciem rury jako zintegrowana funkcja ochronna

Oprócz regulacji przepływu zwrotnego zawór blokujący Q-Meter pełni funkcję zabezpieczenia przed pęknięciem rury. W przypadku pęknięcia przewodu w ścieżce przepływu zwrotnego ciśnienie po stronie odbiornika gwałtownie spada. Zawór wykrywa tę różnicę ciśnień i zamyka ścieżkę przepływu zwrotnego, dzięki czemu obciążenie nie opada ani nie ucieka w sposób niekontrolowany. Ta funkcja zabezpieczająca ma szczególne znaczenie w przypadku urządzeń dźwigowych i maszyn roboczych, gdzie pęknięcie przewodu może stanowić zagrożenie dla osób i mienia.

Uzupełnienie w postaci dodatkowego zaworu ograniczającego ciśnienie

W niektórych wersjach, na przykład w wariancie FB serii Rexroth FD, zintegrowany jest dodatkowo wtórny zawór ograniczający ciśnienie. Chroni on stronę odbiorczą przed niedopuszczalnymi skokami ciśnienia, które mogą powstać w wyniku działania sił zewnętrznych lub momentów bezwładności podczas zamykania. Zakresy regulacji tego zaworu wynoszą, w zależności od wielkości, 200, 300 lub 400 barów.

Właściwości techniczne i rozmiary

Popularne zawory typu „Q-Meter” z blokadą, takie jak seria Rexroth FD, znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle i w pojazdach. Rozmiary 12, 16, 25 i 32 odpowiadają średnicom nominalnym często stosowanym w układach hydraulicznych. Maksymalne ciśnienie robocze na przyłączach wynosi 350 bar, a maksymalne natężenie przepływu 560 l/min. Odblokowanie sterowane pilotowo wymaga ciśnienia sterującego w zakresie od 20 do 50 bar.

Warianty przyłączy i wersje konstrukcyjne

Producenci oferują różne wersje konstrukcyjne, aby umożliwić elastyczną integrację zaworu z istniejącymi układami:

1. Wersja kasetowa (KA): Zawór wkręcany do montażu blokowego, kompaktowy i zajmujący mało miejsca.
2. Kołnierz SAE bez dodatkowego zaworu ograniczającego ciśnienie (DBV) (FA): Do bezpośredniego podłączenia do kołnierzy SAE, bez dodatkowego zaworu ograniczającego ciśnienie.
3. Kołnierz SAE z dodatkowym zaworem ograniczającym ciśnienie (FB): Tak jak FA, ale z wbudowanym dodatkowym zaworem ograniczającym ciśnienie zapewniającym rozszerzoną ochronę.
4. Płyta montażowa (PA): Do montażu na płytach montażowych, bez dodatkowego zaworu ograniczającego ciśnienie.

Warunki eksploatacji i wymagania dotyczące płynów

Przepływomierze typu Sperr-Q są przeznaczone do stosowania z olejami mineralnymi zgodnymi z normą DIN 51524 (typy HL i HLP). Niektóre wersje obsługują również ciecze trudnopalne z grupy HFD-R. Temperatura robocza wynosi od -20 do +80 °C, a dopuszczalny zakres lepkości mieści się w przedziale od 10 do 800 mm²/s. Ponieważ jest to precyzyjny zawór sterowany pilotowo, kluczowe znaczenie ma czystość cieczy pod ciśnieniem. Producenci wymagają stopnia zanieczyszczenia oleju zgodnie z normą ISO 4406 w klasie 20/18/15 lub lepszej.

Różnice w stosunku do innych typów zaworów

Zawory odcinające i zawory zwrotne należą do podstawowych elementów układów hydraulicznych, jednak pod względem działania znacznie różnią się od zaworu odcinającego Q-Meter.

Prosty zawór zwrotny blokuje przepływ zwrotny i otwiera się pod wpływem ciśnienia sterującego. Utrzymuje on obciążenie, ale nie wpływa na prędkość ruchu. Zawór zwrotny Q-Meter wykracza poza to, aktywnie regulując przepływ zwrotny i tym samym kontrolując ruch siłownika. Dopiero to połączenie funkcji utrzymania i regulacji sprawia, że nadaje się on do zastosowań o wysokich wymaganiach bezpieczeństwa.

Typowe obszary zastosowań

Zawory blokujące typu Q-Meter znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest kontrolowane przemieszczanie i utrzymywanie obciążenia bez uzależniania prędkości ruchu od obciążenia. Zakres zastosowań obejmuje zarówno mobilne maszyny robocze, jak i urządzenia dźwigowe oraz stacjonarne instalacje przemysłowe.

Mobilne maszyny robocze

W koparkach, wysięgnikach dźwigowych, ładowarkach kołowych i maszynach leśnych mierniki Q z blokadą zapewniają kontrolowane opuszczanie ładunków. Szczególnie w przypadku stosowania w siłownikach podnoszących, pokonujących duże wysokości, zawór zapobiega niekontrolowanemu skurczowi siłownika w przypadku spadku ciśnienia zasilania. W mobilnych maszynach roboczych utrzymuje on stabilną prędkość obrotową silników hydraulicznych, nawet przy zmianie obciążenia.

Przemysłowa technika podnoszenia i transportu

W przemysłowej technice transportowej zawory Sperr-Q-Meter zapewniają stabilne pozycjonowanie podnośników, przenośników rolkowych i urządzeń napinających. Instalacje dźwigowe wykorzystują ten zawór do sprzężenia ruchu opuszczania ładunków z ustawionym przepływem objętościowym pompy. W przypadku pęknięcia przewodu zawór zamyka się i zapobiega opadnięciu podwieszonego ładunku.

Prasy i wtryskarki

W prasach i wtryskarkach zawory Sperr-Q-Meter zabezpieczają ruch cylindrów zamykających i wyrzutników. Sterowanie pilotowe zapewnia równomierny przebieg ruchu nawet przy dużych siłach przeciwnych. Wtórny zawór ograniczający ciśnienie chroni przy tym stronę odbiorczą przed uderzeniami ciśnienia, które mogą wystąpić podczas nagłego zamknięcia.

Konserwacja i uruchomienie

Konserwacja mierznika Sperr-Q-Meter koncentruje się na częściach zużywających się w obszarze sterowania pilotowego oraz na elementach uszczelniających. Prawidłowe uruchomienie zapewnia prawidłowe działanie i zapobiega uszkodzeniom spowodowanym nieprawidłowym sterowaniem.

Kontrola części zużywających się

Części zużywające się w przepływomierzu typu Sperr-Q obejmują powierzchnie ślizgowe tłoka głównego, suwaka pociągowego i suwaka sterującego, a także uszczelki w części sterującej. Oznaki zużycia, takie jak rysy, wżery lub zwiększony luz, objawiają się niestabilnym działaniem regulacji, pulsowaniem obciążenia lub opóźnionym zamykaniem zaworu. Regularne przeglądy i terminowa wymiana części zużywających się zapobiegają dalszym uszkodzeniom cylindra i silnika.

Czystość cieczy roboczej

Ponieważ układ sterowany pilotowo jest wrażliwy na zanieczyszczenia, kluczowe znaczenie ma przestrzeganie klasy czystości oleju wymaganej przez producenta. Otwory dławiące w sekcji sterującej są wąskie, a nawet niewielkie cząsteczki mogą zakłócać działanie układu. Wkładki dławiące są dostępne w kilku rozmiarach, aby dostosować charakterystykę regulacji do konkretnego zastosowania. Na przykład średnice, w zależności od wielkości konstrukcyjnej, wynoszą 0,3 mm dla rozmiarów 12 i 16, 0,4 mm dla rozmiaru 25 oraz 0,6 mm dla rozmiaru 32. Te niewielkie przekroje podkreślają konieczność skutecznego filtrowania oleju.