3.3.3 Запорные клапаны

С помощью запорных клапанов осуществляется блокирование потока рабочей жидкости в одном направлении и свободное течение в противоположном направлении. Поскольку перекрытие потока должно быть герметичным, такие клапаны изготавливаются в седельном варианте.

Запорно-регулирующий элемент в виде шарика или конуса под действием пружины F_п и давления P₂ жидкости прижимается к поверхности седла и перекрывает поток жидкости (рис. 3.26). Течение жидкости слева направо невозможно.

Рис. 3.26. Схема обратного клапана:

1 – седло клапана; 2 – запирающий элемент - конус; 3 – пружина

Клапан может быть открыт (течение возможно) потоком жидкости под давлением р₁, если р₁ > р₂ + F_п/S, где S – площадь поперечного сечения отверстия седла. Название такого клапана — «обратный клапан».

Если ввести внешнее управление клапаном, получим клапан, который называется «гидрозамок» (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Схема гидрозамка:

1 – управляющий поршень; 2 – запирающий элемент (шарик); 3 – пружина

В гидрозамке управляющий элемент может открыть клапан, даже если выполняется неравенство р₁ < р₂ + F_п/S. В состоянии, изображенном на рисунке, поток жидкости из канала В в А закрыт, но если поршень 1 под действием давления управления р_у сдвинется вправо и отожмет шарик 2 от седла, поток из В в А будет открыт. Управляющий поршень можно поставить с другой стороны от шарика и прижать шарик к седлу. Тогда клапан всегда будет закрыт, пока не появится управляющее воздействие. На гидравлической схеме такой клапан изображается, как показано на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Символьное изображение управляемого (блокирующего) клапана

Обратные клапаны и гидрозамки широко используются в гидравлических устройствах наряду с распределителями.

3.3.4 Гидроаппараты управления расходом

Такие аппараты применяют, например, чтобы регулировать скорость перемещения поршня в гидроцилиндре или скорость вращения гидромотора. Скорость v в гидроцилиндре зависит от объемного расхода Q:

(3.14)

где S – площадь поршня.

Нерегулируемые гидравлические насосы обеспечивают постоянную объемную подачу. Снижают подачу жидкости к гидроцилиндру (уменьшают расход) путем уменьшения площади сечения потока в регуляторе расхода. При этом перед регулятором происходит повышение давления. Это давление вызывает открытие переливного клапана¹ и, тем самым, деление объемного расхода. Благодаря этому делению к гидродвигателю (гидроцилиндру или гидромотору) подается лишь то количество жидкости, которое необходимо для заданной скорости движения, а избыток подаваемой рабочей жидкости отводится на слив через переливной клапан.

В качестве устройств для управления расходом применяют дроссели и диафрагмы (рис. 3.29). Дроссель и диафрагма представляют собой гидравлические сопротивления. Величина гидравлического сопротивления зависит от площади поперечного сечения потока и его геометрической формы, а также от вязкости рабочей жидкости. При прохождении жидкости через дроссель или диафрагму вследствие трения и повышения скорости течения появляется перепад давления.

а б

Рис. 3.29. Устройства управления расходом:

а – дроссель; б – диафрагма

На дросселе этот перепад существенно выше, чем на диафрагме, но сильно зависит от вязкости жидкости, соответственно от температуры жидкости. На диафрагме, вследствие турбулизации потока, зависимость от вязкости жидкости не существенна. Поэтому, там где требуется высокое гидравлическое сопротивление с большим диапазоном регулирования, а это бывает в большинстве случаев, применяют дроссели, а там, где требуется независимость гидравлического сопротивления от температуры, применяют диафрагмы.

Перепад давления на дросселе существенно зависит от внешней нагрузки на гидродвигатель. С увеличением нагрузки давление в гидродвигателе со стороны нагрузки растет, перепад давления на дросселе уменьшается и уменьшается расход жидкости. Зависимость расхода и, соответственно, скорости движения от нагрузки часто мешает нормальной работе гидропривода. Для исключения этого влияния дроссель сопрягают с клапаном постоянной разности давлений (рис. 3.30, а, б). Устройство в целом называют двухлинейным регулятором расхода или регулирующим дросселем.

Рис. 3.30. Схема регулирующего дросселя:

1 – установочный регулируемый дроссель; 2 – клапан постоянной разности давлений; 3 – пружина; 4 – переливной клапан

Канал А подключают к гидродвигателю. Дросселем 1 настраивают расход жидкости через канал А. Жидкость по пути из канала Р в канал А проходит через два гидравлических сопротивления с перепадом давления ₁р и ₂р. Суммарный перепад давления на регуляторе расхода равен сумме р = ₁р + ₂р. При увеличении нагрузки на гидродвигатель растет давление р₃ в канале А. Растет и давление р₂ во внутреннем канале регулятора; а давление P на входе в регулятор остается постоянным в результате работы переливного клапана 4. Под действием силы F₂, создаваемой давлением р₂ и пружиной 3, поршень 2 сдвигается влево. Гидравлическое сопротивление ₂р уменьшается и расход жидкости через канал А увеличивается.

Дроссель часто соединяется с обратным клапаном (рис. 3.31). В состоянии, изображенном на рисунке, обратный клапан закрыт, и жидкость проходит из канала А в клапан В через дросселирующую щель 2. В обратном направлении жидкость отжимает шарик от седла и проходит из В в А через обратный клапан.

Рис. 3.31. Схема дросселя с обратным клапаном:

1 – винт дросселя; 2 – дросселирующая щель; 3 – обратный клапан