Практическое занятие № 8 гидроаппараты и вспомогательные устройства

8.1 Теоретические положения.

Гидроаппаратура - это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений.

К гидроаппратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители - устройства для изменения направления потока жидкости.

Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и состояние. Это различные отделители твердых частиц, в т.ч. фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккууляторы.

Расчет гидроаппаратов чаще всего сводится к определению расхода D, перепада давления р, площади каналов для прохода рабочей жидкости и усилия, необходимого для регулирования.

Расход через устройство управления с площадью канала S_к может быть определен по формуле

Q=S_k(2p/)^1/2, (8.1)

где  - коэффициент расхода;  - плотность жидкости; p – перепад давления на гидроаппарате.

Перепад давления p равен

p = р₁ - р₂,

где р₁ – давление перед гидроаппаратом; р₂– давление после гидроаппарата.

Для гидрораспределителя с цилиндрическим золотником площадь окна (канала) для прохода жидкости

S_k=d₃b, (8.3)

где d₃ – диаметр золотника; b – ширина щели для прохода жидкости;  - коэффициент, равный отношению части периметра втулки, образующей щель, к периметру цилиндрического золотника, <1.

Ширина щели, без учета влияния радиальных зазоров для гидрораспределителя с положительным перекрытием определяется по формуле

b = x - x₀, (8.4)

где х – осевое перемещение золотника; х₀ – перекрытие окна золотника.

Если расход жидкости через гидрораспределитель задан, то перепад давления на гидрораспределителе, как это следует из формулы (8.1) равен

р = р₁ - р₂ = Q²/2²S²_k. (8.5)

Коэффициент расхода для гидрораспределителя с цилиндрическим золотником может быть принят равным =0,7…0,72.

Усилие F_p, необходимое для регулирования определится из условия равновесия запорно-регулирующего элемента гидроаппарата под действием всех приложенных к нему сил

F_в=0. (8.6)

При этом силы давления жидкости F_ж на элемент определяются по формуле

F_ж=pS, (8.7)

где р – давление жидкости на элемент; S – площадь поверхности элемента.

8.2 Задачи с решениями

Задача 8.2.1 Определить основные размеры шарикового предохранительного клапана по следующим исходным данным: расход рабочей жидкости Q = 400 см³/с, давление открытия клапана р₀ = 5 МПа перепад давления р = 1,0 Н/см² (рабочая жидкость - минеральное масло).

Решение. Площадь рабочих окон клапана определяется по формуле

где ; μ - коэффициент расхода (принимается равным 0,7).

Значение Δр предварительно выбирается наименьшим из настраиваемых давлений работы клапана.

Тогда

Диаметр подводящего канала при скорости 3 м/с составит

.

Диаметр шарика D = 1,8 см, d_к = 1,3 см.

Необходимое усилие в пружине R_п = p₀·S_к = 5·1,34 = 6,7 Н.

Максимальный диаметр опоры шарика d = d_к + 1 мм = 1,31 см.

Площадь опоры шарика S_ш = 0,24 см².

Давление клапана на опорную поверхность

Высота подъема шарика

Жесткость пружины при предварительном сжатии на 8 мм составит

.

Давление, при котором клапан закроется

.

Перепад давления при работе клапана составляет

Δр = 5 - 3,6 = =1,4 Н/см^2.

Задача 8.2.2. Определить площадь рабочего окна дросселя, установленного в напорной линии магистрали, давление в которой р_н = 10 МПа. Давление на сливе р_с = 0,5 МПа, расход через дроссель Q = 800 см³/с.

Решение. Площадь рабочего окна дросселя определяется по формуле

,

где μ - коэффициент расхода (0,6...0,7); Δр - перепад давления (не более 0,5 % от максимального значения рабочего давления).

Тогда

.

Задача 8.2.3. Давление в напорной линии золотника р_н=10 МПа, давление нагрузки р_g = 9 МПа. Расход рабочей жидкости через золотник Q = 15 л/мин (золотник четырехщелевой, рабочая жидкость - минеральное масло). Определить основные размеры золотника.

Решение. Определим секундный расход жидкости через золотник:

.

Перепады давления на рабочих окнах

Δр = (р_н - р₀)·0,5 = (10-9)·0,5 = 0,5 МПа.

Площадь рабочих окон определяется по формуле

,

где μ - коэффициент расхода (0,6...0,7);.

Тогда

.

Ширина рабочего окна при ходе плунжера х= 2 мм составит

.

Задача 8.2.4. Определить площадь рабочего окна дросселя, установленного в напорной линии магистрали, давление в которой р_н = 10 МПа. Давление на сливе р_с = 0,5 МПа. Расход жидкости че­рез дроссель Q = 800 см³/с, плотность жидкости ρ = 900 кг/м³.

Решение. Расход жидкости через отверстие определяется по формуле

,

где μ - коэффициент расхода жидкости через отверстие, в данном случае μ = 0,7; S - площадь рабочего окна отверстие (дросселя); 2gН - скорость течения жидкости через окно дросселя.

Отсюда

,

где Δр - период давления на дросселе.

Задача 8.2.5. Давление в напорной линии золотника р_н = 20 МПа, давление нагрузки р_g = 18 МПа. Расход рабочей жидкости через зо­лотник Q = 30 л/мин (золотник четырехщелевой, рабочая жидкость - минеральное масло). Определить основные размеры золотника.

Решение. Определим секундный расход масла через золотник:

.

Перепад давления на рабочих окнах составит

Δр = (р_н - р_g)·0,5 = (20 - 18)·0,5 = 1 МПа.

Площадь рабочего окна [4, с. 158]

;

ширина рабочего окна при ходе плунжера х = 2 мм будет

.