5.7. Методы разгрузки насосов

Рис. 5.17б. Схема редукционного клапана. 1 – пружина; 2 – плунжер; 3 – канал нагнетания; 4 – канал редуцированного давления

Поршневые насосы должны иметь устройства разгрузки. Простейшим разгрузочным устройством является предохранительный клапан, который сливает жидкость при повышении давления выше допустимого.

Наиболее эффективным способом разгрузки насосов является полное отключение насосов. В этом случае применяется реле давления, которое при достижении заданного давления отключает насос от привода или отключает привод (электродвигатель). В такой системе разгрузки в линии высокого давления установлен гидроаккумулятор, который и поддерживает давление в рабочей магистрали до минимально допустимого уровня, после чего вновь включается гидронасос.

Однако периодическое включение и отключение насоса (хотя бы с помощью кулачковой муфты) снижает его надежность.

Рис. 5.18. Схема ПК (а) и схема его включения в гидросистему (б): 1 – корпус; 2 – пружина; 3 – клапан-шарик; 4 – линия нагнетания; 5 – насос; 6 – бак; 7 – линия слива; 8 – ПК

Регулирование давления жидкости в гидросистеме может производиться с помощью редукционного и предохранительного (ПК) клапанов, автомата разгрузки насоса (АРН) и механизма (регулятора) изменения подачи насоса.

Часто в системе с рабочим давлением ряд функциональных подсистем необходимо обеспечить пониженным давлением. Эта задача решается с помощью редукционного клапана, который поддерживает это пониженное давление на постоянном уровне.

Редукционный клапан (рис. 5.18) представляет собой автоматически действующий дроссель, сопротивление которого в каждый момент времени равно Δр_др = р_вх – р_ред. При увеличении, например, редуцированного давления шарик 3 переместится вверх, что приведет к увеличению проходного сечения, снижению Δр_др и, следовательно, к восстановлению р_ред = const.

Наиболее простым устройством ограничения давления в гидросистеме является (ПК), схема которого и способ его включения в гидросистему показаны на рис. 5.18. ПК – это клапан эпизодического действия, предназначенный для предохранения гидросистемы от повышенных давлений.

Рис. 5.19. Схема аксиального насоса с автоматическим регулированием подачи: 1 – опорная шайба; 2 – дроссельное отверстие; 3 – силовой цилиндр; 4 – клапан; 5 – мембрана

Принцип действия ПК прост: при возникновении в гидросистеме давления на 10...20% выше номинального клапан-шарик 3 отойдет от седла и перепустит часть жидкости в линию слива. Давление в системе уменьшится, и клапан 3 опустится на седло клапана. При открытом клапане насос работает при повышенном давлении, расходует большую мощность. При перепуске через ПК жидкость сильно нагревается, что нецелесообразно при продолжительном времени работы при максимальных давлениях и частых срабатываниях ПК.

Есть устройства, которые переводят насос на режим холостого хода после создания в рабочей сети высокого давления. В настоящее время широкое применение получили насосы переменной подачи с нерегулируемым приводом от двигателя. В таких насосах подача автоматически понижается до величины, достаточной для компенсации утечек и поддержания в системе требуемого давления. При понижении давления в системе, происходящем в результате включения потребителей жидкости, насос автоматически переключается на повышенную подачу.

На рис. 5.19 представлена схема аксиального насоса с автоматическим регулированием подачи за счет изменения угла наклона шайбы. Чувствительным элементом, реагирующим на повышение давления, служит мембрана 5, действующая при повышении давления выше заданной величины на клапан 4, управляющий давлением в правой полости силового цилиндра, поршень которого изменяет угол наклона шайбы 1. При открытии клапана 4 давление в правой полости цилиндра 3, питающейся из полости нагнетания насоса через дроссельное отверстие 2 в поршне, снижается и поршень перемещается под действием давления в левой полости вправо, при этом подача насоса уменьшается.

При закрытии клапана 4 давление в правой и левой полостях силового цилиндра 3 выравниваются и поршень его, перемещаясь влево под действием пружины и давления жидкости на неуравновешенную площадь поршня цилиндра 3, поворачивает наклонную шайбу 1 в положение с максимальным углом наклона, а, следовательно, устанавливает насос на максимальную подачу.

Рис. 5.20. Схема АРН (а) и схема его включения в гидросистему (б): 1 – обратный клапан; 2 – запорный клапан; 3 – пружина; 4 – поршень; 5 – гидроаккумулятор; 6 – насос; 7 – бак; 8 – линия слива; 9 – АРН

Рис. 5.21. Изменение давлений насоса и гидроаккумулятора при работе АРН: 1 – давление насоса; 2 – давление гидроаккумулятора; рразг – давление, при котором АРН переводит насос в режим разгрузки; рнаг – давление, при котором АРН переводит насос в рабочий режим; рх.х. – давление насоса при холостом ходе

В гидросистемах с потребителями эпизодического действия целесообразно применять АРН, который не только ограничивает давление, но и переводит насос при неработающих потребителях на режим холостого хода (режим разгрузки). Схема АРН и способ его включения в гидросистему показаны на рис. 5.20. При неработающих потребителях (или когда потребители расходуют не всю подачу насоса) давление в гидросистеме и в гидроаккумуляторе 5 повышается, поршень 4 сдвигается влево, сжимая пружину 3, и открывает запорный клапан 2. Жидкость от насоса поступает в линию слива через запорный клапан 2, а обратный клапан 1 закрывается; насос работает в режиме разгрузки, потребляя незначительную мощность. Потребители в этом режиме работают от гидроаккумулятора 5 до тех пор, пока давление в гидроаккумуляторе не уменьшится до значения р_наг= (0,8...0,9)р_разг. Запорный клапан 2 закроется, и насос начнет подавать жидкость в систему, заряжая гидроаккумулятор и обеспечивая работу потребителей. Характер изменения давления в гидросистеме представлен на рис. 5.21.

При использовании в гидросистемах в качестве источников энергии насосов переменной подачи ограничение давления в гидросистеме происходит вследствие перевода насоса в режим нулевой подачи.

Исходя из особенностей различных способов ограничения давления, можно дать следующие рекомендации:

- ПК следует применять в гидросистемах ЛА с ограниченным временем полета, в которых требование простоты важнее требования экономичности, а саморазогрев гидросистемы из-за малого времени ее работы не приведет к отказу;

- АРН необходимо использовать в гидросистемах ЛА с продолжительным временем полета и эпизодически действующими потребителями, при этом большую часть полета насос работает в режиме разгрузки, что значительно увеличивает его ресурс;

- насос переменной подачи (с его механизмом изменения подачи) необходимо применять в гидросистемах ЛА с продолжительным временем полета и постоянно действующими потребителями, что позволяет насосу работать с высоким КПД, не приближаясь к режимам разгрузки.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Дайте определения гидросистем по их назначению, возможности дублирования, изолированности от окружающей атмосферы.

2. В чем состоит особенность работы роторных объемных насосов?

3. Оцените производительность шестеренных насосов.

4. Объясните напорную характеристику качающего узла.

5. Оцените производительность аксиально-роторного насоса в зависимости от частоты вращения и угла наклона качающего узла.

6. Назовите основные типы силовых приводов.

7. Каковы основные соотношения кинематических и силовых параметров гидроцилиндров.

8. Назначение и принцип действия гидравлических аккумуляторов.

9. Назовите основные типы распределительных устройств.

10. Каковы преимущества и недостатки струйных распределительных устройств?

11. Какие заложены принципы ограничения давления насосов при использовании предохранительных клапанов и автоматов разгрузки?

12. Чем вызвано применение гидравлических и механических замков в силовых гидроцилиндрах?

13. Объясните принцип работы гидроусилителя.

14. В чем состоит отличие работы бустеров обратимой и необратимой схем?