Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

С.Ю. Плешков, а.В. Хаит, в.Ю. Энгель конструкциИ и типовые схемы применения аппаратуры гидропривода

Учебное электронное текстовое издание

Подготовлено кафедрой «Гидравлика»

Научный редактор: доц., канд.техн.наук А.В. Некрасов

Методические указания к лабораторной работе № 40 по курсу «Гидравлика и гидропневмопривод» для студентов всех форм обучения направление 150800 – Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника; специальность: 150802 - Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика; направление 270880 – Строительство, профиль – Гидропневмоситемы в строительстве и промышленности; направление 151900.62 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств; специальность: 151901 – Технология машиностроения; направление 190100 – Наземные транспортные технологические комплексы; специальность: 190105 - Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование

Содержит лекционный материал по дисциплине «Гидравлика и гидропневмопривод», практические задания к выполнению лабораторной работы № 40

© ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России

Б.Н. Ельцина», 2011

Екатеринбург

2011

Цель работы: изучение конструкций направляющих дроссельных аппаратов гидропневмопривода и гидропневмоавтоматики, ознакомление с принципом действия этих аппаратов, развитие навыков чтения и составления принципиальных схем гидропривода с применением направляющей дроссельной гидроаппаратуры.

1. Дроссели и регуляторы расхода

Линейными называются дроссели, в которых потери давления пропорциональны расходу жидкости и определяются потерями давления по длине. Изменяя длину канала, по которому движется жидкость, можно изменять потери давления и расход через дроссель. Примером линейного дросселя служит гидроаппарат с дроссельным каналом (рис.1).

Рис.1. Линейный дроссель: 1 - корпус; 2 - винт

В этом дросселе жидкость движется по винтовой прямоугольной канавке, длину которой можно изменять поворотом винта. Площадь живого сечения и длину канала устанавливают из условия получения в дросселе требуемого перепада давлений и исключения засоряемости канала механическими примесями, содержащимися в рабочей жидкости. В таких дросселях рост перепада давления происходит за счёт увеличения длины канала. При этом сечение канала выполняется постоянным и достаточно большим, чтобы исключить его засорение. Ввиду того, что гидравлическое сопротивление определяется вязкостью жидкости, такие дроссели применяются только при постоянной температуре рабочей жидкости в процессе работы гидрпопривода.

Нелинейные дроссели характеризуются тем, что режим движения жидкости через них турбулентный, а перепад давлений практически пропорционален квадрату расхода жидкости, поэтому такие дроссели часто называют квадратичными. В них потери давления определяются деформацией потока жидкости и вихреобразованиями, вызванными местными сопротивлениями. Изменение перепада давления, а, следовательно, и изменение расхода жидкости через такие дроссели достигается изменением или площади проходного сечения, или числа местных сопротивлений.

В регулируемых (рис. 2, а, б, в, г; рис. 3) и нерегулируемых (рис. 2, д, е) нелинейных дросселях длина пути движения жидкости сведена к минимуму, благодаря чему потери давления и расход практически не зависят от вязкости жидкости и изменяются только при изменении площади рабочего проходного сечения.

Р ис. 2. Принципиальные схемы

нелинейных

дросселей:

а - игольчатого;

б - комбинированного; в - пробкового щелевого; г - пробкового эксцентричного; д - пакетного; е - пластинчатого; ж - условное обозначение регулируемого дросселя; 1 - корпус; 2 - игла;

3 - диафрагма; 4 - пробка; 5 - пластина; 6 – втулка

Максимальную площадь устанавливают из условия пропуска заданного расхода жидкости через полностью открытый дроссель, минимальную - из условия исключения засоряемости рабочего окна.

Рис. 3. Схемы дросселей

регулируемых: а – игольчатого;

б – пробкового щелевого

В

а) б)

пластинчатых дросселях (рис. 2, е) сопротивление зависит от диаметра отверстия, которое можно уменьшить лишь до определённого предела (d_min >0,5 мм), ограничиваемого засоряемостью во время работы такого дросселя.

Для получения большого сопротивления применяют пакетные дроссели с рядом последовательно соединённых пластин (рис. 2, д). В таких дросселях расстояние между пластинами l должно быть не менее (3…5) d, а толщина пластин δ не более (0,4…0,5) d. Суммарное сопротивление пакетного дросселя регулируется подбором пластин, а перепад давления определяется по формуле:

(1)

где γ – удельный вес жидкости; ζ – коэффициент местного сопротивления отверстия; n – число пластин; ν – средняя скорость потока жидкости в проходном отверстии пластины.

К нелинейным относятся также комбинированные дроссели, в которых потери давления по длине и местные потери соизмеримы между собой по величине и в равной мере оказывают влияние на расход жидкости через дроссель (рис. 2, б). Для определения расхода жидкости через такой дроссель используется формула:

(2)

где ω – площадь проходного сечения дросселя; ΔР – перепад давлений у дросселя; μ – коэффициент расхода, зависящий от конструкции дросселя, числа Рейнольдса, формы и размеров отверстия; ρ - плотность рабочей жидкости.

В ажной характеристикой дросселей является их равномерная и устойчивая работа при малых расходах, которая возможна при уменьшении площади ω до определенного предела, ниже которого расход становится нестабильным. Это объясняется облитерацией¹ – заращиванием проходного отверстия. Чтобы добиться малого расхода в ответственных гидросистемах, применяют специальные конструкции дросселей, в которых рабочему органу (игле, пробке, диафрагме и т.д.) сообщаются непрерывные вращательные и осциллирующие движения².

На рис. 4 приведена схема регулируемого дросселя с обратным клапаном типа МК фирмы «Rexroth».

Рис. 4. Схема регулируемого

дросселя с обратным клапаном типа МК фирмы «Rexroth»:

1 – корпус; 2 – затвор конусный;

3 – пружина; 4 – втулка опорная; 5 – кольцо стопорное; 6 – втулка регулирующая; 7 – кольцо стопорное; 8 - уплотнение

В корпусе 1 выполнена цилиндрическая расточка и соосные с ней каналы для входа (А) и выхода (В) рабочей жидкости. В расточке корпуса 1 размещен конусный затвор 2, имеющий пазы для прохода жидкости и поджатый пружиной 3 к острокромочному седлу, выполненному в корпусе 1. Пружина 3 опирается с одной стороны на втулку 4, перемещение которой ограничено стопорным кольцом 5, а с другой стороны - на внутреннюю поверхность конусного затвора 2. На внешней поверхности корпуса нарезана резьба, по которой двигается регулирующая втулка 6, в ней выполнена расточка специальной формы, образующая с корпусом 1 и выполненными в нем боковыми сверлениями кольцевую дросселирующую щель. Перемещение регулирующей втулки 6 ограничено с одной стороны длиной нарезанного участка резьбы, а с другой - стопорным кольцом 7. Герметичность соединения подвижной регулирующей втулки 6 с корпусом 1 обеспечивается уплотнениями 8.

При подаче рабочей жидкости под давлением в канал А, конусный затвор 2 прижимается к седлу, выполненному в корпусе 1 усилием пружины 3 и дополнительным усилием от действия давления рабочей жидкости на внутреннюю поверхность конусного затвора 2. При этом, рабочая жидкость через боковые расточки в корпусе 1 поступает в кольцевую дросселирующую щель, образованную корпусом 1 и регулирующей втулкой 6. За счет создаваемого при этом перепада давления регулируется расход потока рабочей жидкости при ее движении в направлении А-В. Вращением регулирующей втулки 6 обеспечивается ее продольное перемещение по резьбе, нарезанной на внешней поверхности корпуса 1, за счет которого изменяется площадь проходного сечения дросселирующей щели, а тем самым и величина расхода рабочей жидкости в направлении А-В. Рабочая жидкость, подаваемая под давлением в канал В, преодолевая усилие пружины 3, отжимает конусный затвор 2 обратного клапана от седла, выполненного в корпусе 1, и проходит в канал А. При этом часть рабочей жидкости проходит через дросселирующую щель, очищая ее от возможных загрязнений.

Недостатком дросселей является неравномерность расхода, вызванная изменением перепада давлений у них, что, в свою очередь, зависит от величины нагрузки на исполнительном органе гидропривода. Это видно из формулы (2). Если рукояткой дросселя установлен определенный расход, т.е. конкретный размер щели дросселя, то все множители в формуле (2), кроме ΔР, можно считать постоянными. Тогда расход будет зависить только от Q=f(ΔР).

Для частичного или полного устранения неравномерности расхода применяют регуляторы расхода, в которых перепад давлений в дросселе ΔP во время его работы поддерживается примерно постоянным.

Конструктивно этот аппарат состоит из последовательно включенных дросселя 1 (рис. 5) и подпружиненного редукционного клапана 2. Расход жидкости через регулятор устанавливается дросселем 1, а постоянство перепада давления на дросселе - редукционным клапаном 2.

Р ис. 5. Схема регулятора расхода: а, б – схема и принцип действия; в - условное обозначение; 1 – дроссель; 2 – редукционный клапан; 3 - пружина

Увеличение давления Р₁ на входе перед дросселем вызывает смещение вверх редукционного клапана. Проходное сечение между клапаном и корпусом уменьшается, что приводит к повышению давления Р₂, вследствие чего перепад давлений на дросселе остаётся постоянным. Благодаря постоянству перепада давлений на дросселе расход жидкости через регулятор и скорость движения выходного звена гидродвигателя не изменяются при изменении нагрузки на исполнительный орган.

Макет регулятора расхода марки Г55-21, работающего по описанной выше схеме, имеется в лаборатории кафедры гидравлики.

При работе гидропривода вследствие изменения коэффициента расхода μ, вызванного колебаниями температуры рабочей жидкости, расход через регулятор все же изменяется. Для серийных конструкций регуляторов это изменение составляет 10÷12%.

Задание №1. Определить площадь проходного сечения подводящего канала дросселя и его диаметр. Исходные данные взять из табл.1.

Таблица 1

Исходные данные для определения параметров дросселя

Перепад давления на дросселе ∆Р, МПа	Максимальный расход дросселя Q, л/мин	Скорость течения жидкости ν, м/с	Коэффициент расхода, μ	Плотность рабочей жидкости ρ, кг/м3
10 15 20 25 22 18	35 30 20 15 10 5	4 5 3,5 4,5 5,5 3	0,6 0,7 0,62 0,64 0,75 0,8	900 850 880 830 840 825

Пример решения задачи (к заданию №1).

Определить площадь проходного сечения подводящего канала дросселя и его диаметр при следующих исходных данных ∆Р=20МПа, Q=20 л/мин, скорость потока в подводящем канале ν=4м/с, μ=0,61, ρ=900 кг/м³.

Воспользуемся формулой (2).

см²

Диаметр подводящего канала найдем из формулы: Q=ω_др·ν.

. Принимаем d=10 мм.