Направляюча та контрольно-вимірювальна апаратура, її типи, принцип дії, підключення в гідросистему

Направляючі гідроапарати змінюють напрям потоку масла шляхом повного відкриття або повного закриття прохідного перетину. До цієї групи апаратів відносяться гідророзподілювачі золотникового або кранового типу, зворотні клапани, а також деякі гідроклапани тиску, розподільники і вбудовувані апарати, які можуть працювати в режимі спрямовуючих гідроапаратів.

Гідророзподілювачі призначені для зміни напряму або пуску і зупинки потоку масла в двох або більше лініях залежно від наявності зовнішньої управляючої дії. Вони дозволяють реверсувати рух робочих органів, зупиняти робочі органи (трьохпозиційні розподільники), а також виконувати інші операції відповідно до гідросхеми розподільника.

Рис. 33

Запорно-регулюючий елемент виконується у вигляді золотника з осьовим рухом або крана з поворотним рухом (рис. 33). В положенні золотника розподільника ГР, показаному на малюнку, основний потік масла Q з напірної лінії Р по лінії А поступає в штокову порожнину гідродвигуна ГД, а з поршневої порожнини витісняється через лінію В і розподільник в зливну лінію Т. Після перемикання розподільника управо (або повороту ручки на 45°) напрям потоку реверсує (Р-ГР-В-ГД-А-ГР-Т), внаслідок чого змінюється напрям руху робочого органу. Трьохпозиційні розподільники мають додатково середню позицію, в якій можлива зупинка ГД.

Направляючі апарати повинні мати малі витоки, незначні втрати тиску при протіканні через них потоку масла, мінімальні зусилля для переміщення золотника (або крана), а також можливість отримання ненаголошеного реверсу руху робочого органу при обмеженому часі перемикання. Переміщення золотника в корпусі можливе лише за наявності діаметрального зазора δ між цими деталями, по якому можливі витоки масла між порожнинами.

Осьове зусилля, необхідне для переміщення золотника, залежить від робочого тиску, розмірів золотника, а також правильності геометричної форми золотника і отвору в корпусі. Тертя в золотниковій парі залежить від часу перебування золотника у спокої під тиском. Тертя золотника за наявності робочого тиску виникає унаслідок нерівномірного розподілу тиску в зазорі, що створює неврівноважене радіальне зусилля. Останнє діє лише на ті ущільнюючі поясочки, по яких йде витік масла, викликаний перепадом тиску. Поясочки, що мають однаковий тиск з обох боків, радіальним зусиллям не навантажуються.

При перемиканні розподільників можливі гідравлічні удари в системі. Для усунення ударів на робочих кромках золотника виконуються конічні фаски або дроселюють прорізи, що забезпечують достатньо плавну зміну тиску в порожнинах гідродвигуна. Крім того, в розподільниках з гідравлічним і електрогідравлічним управлінням передбачається можливість регулювання швидкості переміщення золотника (час реверсу 0,05-3 с). Коли необхідна висока швидкодія, можуть застосовуватися розподільники з електроуправлінням, що спрацьовують за 0,01-0,02 с.

Розподільники мають п'ятикамерну або трикамерну конструкцію корпусу. В останньому випадку зливна лінія проходить через порожнини торців золотника.

Зворотні клапани практично вільно пропускають потік масла в одному напрямі; при русі масла в протилежному напрямі клапани замикають потік. Зворотні клапани повинні бути герметичними в закритому положенні і володіти мінімальним гідравлічним опором у відкритому положенні.

Гідроклапани тиску пропускають через себе потік масла, коли досягаються задані тиск в лінії підводу, різниця тиску в лінії управління і лінії відведення або різниця тиску в двох лініях управління.

Види виконань гідророзподілювачів класифікують по конструкції, типу управління, діаметру умовного проходу, числу позицій, числу основних гідроліній, гідросхемі, способу установки золотника в позицію і типу проміжної плити.

Розподільники мають два основних конструктивних виконання: типів В і Р з міжнародними приєднувальними розмірами.

По типу управління розрізняють розподільники з управлінням: ручним від рукоятки або поворотної кнопки, ножним, механічним від кулачка, гідравлічним від допоміжного розподільника (пілота), електричним від штовхаючого електромагніта постійного або змінного струму, електрогідравлічним, пневматичним або пневмогідравлічним.

Розподільники мають діаметри умовних проходів D_у рівні 6, 8, 10, 16, 20, 22 і 32мм.

По числу позицій, тобто фіксованих положень золотника щодо корпусу, розрізняють двух- і трьохпозиційні апарати.

По числу основних гідроліній розрізняють двух-, трех-, четирех- і п'ятилінійне виконання розподільників.

Контрольно-вимірювальна апаратура

До цієї групи гідроапаратів відносять пристрої вимірювання тиску і потоку робочої рідини (манометри, витратоміри, датчики тиску), а також пристрої для подачі сигналу про досягнення тих або інших значень тиску або витрати (реле тику, реле часу і т.п.). Розглянемо деякі типові апарати.

М анометри - пристрої для вимірювання тиску в необхідних точках гідромережі. Вони бувають рідинними і механічними.

Р

Робоча рідина гідросистеми

ідинні манометри мають зігнуту склянну трубку 1, в якій міститься ртуть (рис. 34) Під’єднуючи один кінець трубки через з’єднувальну трубку 2 до трубопроводу 3 гідросхеми, можна визначати тиск робочої рідини в цій точці гідросистеми по різниці рівней ртуті в трубці. Проте в промислових умовах використання таких манометрів незручне, оскільки вони призначені для вимірювання порівняно невеликого тиску, інакше їх розміри ростуть. Окрім того, ставити їх треба вертикально, потрібно бути обережним в застосуванні, а також враховувати висоту такого манометра щодо точки вимірювання тиску. Наприклад, для точки А гідросистеми тиск

р_А = ρ₁gh₁ + ρ₂gh₂

де ρ₁ - густина робочого середовища,

ρ₂ – густина ртуті.

Для вимірювання тиску, що перевищує 0,2 МПа, на практиці використовують механічні (пружинні або мембранні) манометри. Принцип дії пружинного манометра (рис. 35) заснований на вимірюванні деформації форми запаяної з однієї сторони манометричної трубки 1, що являє собою пустотілу пружину прямокутного перерізу. Під дією тиску р трубка 1 прагне випрямитись, в результаті чого її запаяний кінець повертається на деякий кут φ пропорційний тиску р. Оскільки кінець трубки пов'язаний зубчатою (або якою-небудь іншою) передачею 2, 3 з стрілкою 4 то його відхилення супроводжується поворотом стрілки. Шкала 5 проградуйована в одиницях тиску.

Принцип дії мембранних манометрів аналогічний описаному. Різниця лише в тому, що ними вимірюють деформацію мембрани і її значення перетвориться різними способами в тиск.

Рис. 36

На цьому ж принципі засновано дію датчиків тиску (рис. 36), призначених для отримання інформації про тиск в різних точках гідросистеми або гідролінії 1. Вони можуть бути глухими (непроточними) і проточними. Під тиском р мембрана 3 (рис. 36, а) або тонка стінка 3 (рис. 36, б) датчика тиску 2 прогинається і разом з цим деформується довжина тензометрів 4, наклеєних на поверхню мембрани або тонкої стінки. Опір їх і сила струму в деформованих тензометрах міняється, що фіксується підсилювальною електроапаратурою (на малюнку не показана). Чим більше тиск р, тим вище деформація датчика і тим більше електричний сигнал, що знімається з датчика тиску по дротах 5.

Т аким чином, за допомогою датчиків тиску можна постійно одержувати інформацію про значення тиску у вимірюваних точках гідросистеми і здійснювати дистанційне керування гідросистемою.

Дія витратомірів, призначених для вимірювання потоку рідини, може бути основана на різних фізичних принципах. Найбiльш широко використовуються витратоміри турбінного типу (рис. 37). В потік рідини встановлюють турбіну 2, що є приводом тахогенератора 4. Чим більше потік рідини в гідро лінії 1, тим вища частота обертання турбіни і більша сила струму, що генерується витратоміром. Тарування такого пристрою в потрібних одиницях вимірювання дозволяє одержувати інформацію про потік рідини.

Реле тиску – гідравлічний пристрій, що дає сигнал про досягнення заданого значення тиску. Принцип дії таких пристроїв простий. Якщо тиск в системі зростає до значення, налагодженого пружиною, то поршень підіймається вгору і замикає (або розмикає) електричні контакти. Тим самим видається сигнал про те, що тиск в гідросистемі досяг заданого значення.

Реле часу - пристрій, що дозволяє пропустити потік рідини до якого-небудь пристрою через необхідні налагоджувані проміжки часу (рис. 38). Настройка часу витримки здійснюється або зміною довжини ходу об’єму V поршня, або зміною опору R руху рідини, що витісняється. Принципова дія таких реле, що називаються клапанами витримки часу, відбувається наступним чином. При зарядці пристрою рідина заповнює циліндр 1, піднімаючи поршень 2 вгору до упору 4 або на всю висоту циліндра 1. Процес спустошення циліндра триває стільки часу, скільки необхідно часу для опускання поршня з швидкістю V під дією пружини 3 до розмикання (або замикання) електроконтактів 5.