Гидропривод / ЛР_3

55

Лабораторная работа № 3

ВИДЫ ДРОССЕЛЕЙ

Цель работы: изучение назначения и принципа работы различных видов дросселей.

Краткие теоретические сведения

Дроссель – гидравлический аппарат, используемый для изменения потока жидкости с помощью местного сопротивления.

Дроссели, как аппараты управления скоростью выходного звена исполнительного механизма, применяют в тех случаях, когда на последний действует постоянная по величине нагрузка, либо когда изменение скорости допустимо или даже желательно при изменении нагрузки.

Дроссели представляют собой местные гидравлические сопротивления расход рабочей жидкости через которое определяется из известного соотношения

Дроссели, через которые жидкости протекают в ламинарном режиме, называют линейными (рис. 3.1, а), а дроссели с турбулентным течением – квадратичными (рис. 3.1, б).

а	б
Рис. 3.1. Схемы дросселей: а – линейного; б – квадратичного

В линейных дросселях потеря давления происходит по длине канала, определяется вязким сопротивлением потоку и является практически линейной функцией скорости течения жидкости. Поскольку расход в таких дросселях зависит от вязкости рабочей жидкости, то линейные дроссели используют в приводах, работающих в условиях достаточно стабильных температур.

В квадратичных дросселях потеря давления обусловлена в основном потерями энергии при внезапном сужении и расширении потока жидкости и практически пропорционально квадрату скорости потока, ввиду чего такие дроссели и называют квадратичными. Расход через такие дроссели фактически не зависит от вязкости рабочей жидкости. С технической точки зрения, наиболее простым способом изменения величины расхода, является изменение площади проходного сечения дросселя.

Если в конструкции дросселя заложена возможность изменения площади проходного сечения дросселирующей щели, то такие дроссели называют регулируемыми, в противном случае – нерегулируемым (рис. 3.1).

Конструкции регулируемых дросселей линейного и квадратичного типов приведены на рис. 3.2.

В линейном дросселе резьбового монтажа (рис. 3.2, а) рабочая жидкость через радиальные отверстия 4 в корпусе 1 поступает к дросселирующей щели 3, образованной корпусом 1 и регулирующей муфтой 2. Поскольку муфта 2 соединена с корпусом 1 посредством резьбы, вращением муфты можно изменять взаимное положение корпуса и муфты, а, следовательно, и проходное сечение дросселирующей щели 3.

а	б
Рис. 3.2. Регулируемые дроссели: а – линейный; б – квадратичный

Управление расходом в квадратичном дросселе (рис. 3.2, б) осуществляется поворотом рукоятки 1, связанной с кулачком 2. При этом торцовая поверхность кулачка 2 меняет проходное сечение окна 4 выполненно­го зо втулке 3.

В качестве устройств управления скоростью движения выходного звена исполнительного механизма, дроссели могут устанавливаться в линии нагнетания (рис. 3.3, а), слива (рис. 3.3, б) или в ответвлении (рис. 3.3, в).

а	б	в
Рис. 3.3. Варианты установки дросселей

Поскольку при прохождении жидкости через дроссель часть энергии давления преобразуется в тепловую энергию, установка дросселей в линии нагнетания (рис. 3.3, а) нежелательна, так как это приводит к нагреванию: устройств, расположенных за дросселем, в частности – исполнительного механизма.

При размещении дросселей в линии слива или в ответвлении (рис. 3.3, б, в) нагретая при прохождении через них рабочая жидкость поступает в гидробак.

Во многих технологических установках применяют путевые дроссели (рис. 3.4, а), которые позволяют плавно изменять скорость исполнительного механизма в процессе движения рабочих органов машины.

а		б
Рис. 3.4. Путевой дроссель

В путевом дросселе проходное сечение рабочей щели 4 может меняться плавно под внешним воздействием на рычаг 1 с роликом, находящимся в контакте с копиром, установленным на подвижной части машины. Поворот рычага 1 вокруг своей оси преобразуется через толкатель 2 в поступательное перемещение дросселирующего элемента 3.

По существу путевой дроссель представляет собой дросселирующий нормально открытый 2/2-распреде-литель. В условном графическом обозначении возможность плавного перехода из одной позиции распределителя в другую (возможность плавного изменения проходного сечения от полностью открытого до полностью закрытого) обозначена параллельными линиями сверху и снизу символа распределителя.

На рис. 3.4, б представлен фрагмент гидросхемы, в которой реализована функция плавного уменьшения скорости выдвижения штока цилиндра (плавное торможение). При реверсе гидроцилиндра скорость штока будет плавно увеличиваться по мере его втягивания (плавный разгон).

Путевые дроссели применяют, главным образом, для управления рабочими органами машин, работающих по циклу: быстрый подвод – рабочая подача – быстрый отвод, причем команда на переход в тот или иной режим реализуется от кулачка, установленного на рабочем органе.

Во всех рассмотренных выше примерах изменение проходного сечения дросселей вызывает изменение скорости как прямого, так и обратного хода гидроцилиндра.

Если необходимо дросселировать поток рабочей жидкости при ее движении в одном направлении, и обеспе­чивать свободное ее протекание в обратном, применяют дроссели с обратным клапаном (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Дроссель с обратным клапаном

При движении жидкости в направлении А-В поток дросселируется, поскольку встроенный в корпус 1 обратный клапан 2 поджат к седлу пружиной и давлением рабочей жидкости. Движение потока в направлении В-А открывает обратный клапан 2, что позволяет рабочей жидкости свободно протекать через аппарат.

Как правило, дроссели с обратными клапанами используют для независимого управления скоростями прямого и обратного хода исполнительных механизмов (рис. 3.6).

а	б	в
Рис. 3.6. Схемы установки дросселей с обратными клапанами

Для управления скоростью выдвижения штока гидроцилиндра дроссель с обратным клапаном обычно устанавливают на линии, связанной со штоковой полостью гидроцилиндра (рис. 3.6, а). При этом обратный клапан должен быть расположен таким образом, чтобы обеспечивать свободное протекание рабочей жидкости к цилиндру. В противном случае изменение проходного сечение дросселя будет приводить к изменению скорости втягивания штока, а скорость выдвижения штока будет оставаться неуправляемой.

Независимое управление скоростью втягивания штока осуществляется установкой дросселя с обратным клапаном в линии, связанной с поршневой полостью гидроцилиндра (рис. 3.6, б). Независимое друг от друга управление скоростями прямого и обратного ходов исполнительных механизмов осуществляется установкой их дросселей с обратными клапанами в соответствующих гидролиниях (рис. 3.6, в), либо посредством установки сдвоенного дросселя с обратным клапаном (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Сдвоенный дроссель с обратным клапаном

Сдвоенный дроссель с обратным клапаном состоит из корпуса 1, втулок 2 и 8, и подпружиненных дросселей 4 и 7. Крайнее выдвинутое положение каждого дросселя, например 4, относительно втулки 2, ограничивается стопорным кольцом 3. Положение сборочного узла втулка – подпружиненный дроссель относительно корпуса 1 задает величину дросселирующей щели 6, и может изменяться путем внешней настройки.

При движении рабочей жидкости сверху вниз, например из канала А₁ в канал А₂, дроссель 4 остается в выдвинутом положении, так как жидкость под давление через канал 5 поступает под его левый торец. Таким образом, протекание жидкости в данном направлении может осуществляться только через дросселирующую сток жидкости, движущийся снизу вверх, например из канала В₂ в канал В₁ проходит свободно, поскольку дроссель 7 смещается вправо и полностью открывает проходное сечение. Это смещение дросселя осуществляется под действием давления на его левый торец, которое передается по каналу 9.

Рассмотренный сдвоенный дроссель с обратным клапаном является аппаратом модульного исполнения и помимо регулирования скоростей движения выходных звеньев исполнительных механизмов может использоваться для регулирования времени срабатывания распределителей с электрогидравлическим управлением.

Расчет гидравлического дросселя

Рис. 3.8. Расчетная схема дросселя:

d – диаметр отверстия, d_m – диаметр канала, l – длина диафрагмы,

h – высота кромки

Дроссели используются для регулирования скорости рабочего органа при мощностях не более 3…5 кВт. Ступенчатое регулирование может обеспечиваться дросселями постоянного сечения, бесступенчатое – с регулируемым сечением площади.

В качестве дросселя постоянного сечения используется диафрагменный дроссель (рис. 3.8) или набор (пакет) последовательно установленных дросселей.

Потери давления в диафрагменном дросселе зависят от соотношения диаметра отверстия дросселя d к диаметру d_m канала или трубы, соотношения толщины l диафрагмы и диаметра d, формы отверстия его кромок, числа Рейнольдса. Для d_m: d≥5; l≤d формула расхода жидкости через дроссель будет иметь следующий вид:

(3.1)

где f – площадь отверстия в диафрагме; при Re >1000 среднее значение коэффициента расхода µ для дросселя с острыми (h = 0) кромками принимают равным 0,61…0,65.

Используя формулу, можно рассчитать площадь (диаметр) дроссельного отверстия при заданных расходе Q и перепаде давления ∆р на дросселе. Коэффициент расхода пакета из n дросселей определяется как

.

Коэффициент расхода для отверстий с фасками или закруглениями относительной глубины h/d =0,2…0,4 повышается до 0,82. Условный проход подводящего клапана принимается по ГОСТ 16517–70.

Дроссели с регулируемым сечением площади истечения имеют форму щели, близкой к квадрату, прямоугольнику, треугольнику и т.п., в зависимости от схемы затворного элемента дросселя. Для расчета используется формула 3.1 со значениями f и µ конкретной формы отверстия.

Заданный диапазон скоростей обеспечивается подбором параметров дросселя по минимальному расходу через дроссель. Для дросселя щелевого типа форма дроссельного отверстия , при минимальном открытии дросселя – квадрат. Поэтому условию можно определить ширину щели дросселя.

Щели с минимальной площадью сечения меньше 0,1…0,3 мм² принимать не рекомендуется.

При определении длины l дросселя, при первоначально принятом диаметре d_д = 16 мм, угол поворота дросселя должен удовлетворять условию

.

Дроссельные схемы управления при всей своей простоте имеют существенный недостаток – скорость гидродвигателей зависит от нагрузки перепада давления на дросселе.