5 Регулиpующая гидpоаппаpатуpа

Регулирующие аппараты управляют давлением, расходом и направлением потока масла путём частичного открытия рабочего проходного сечения. К ним относятся клапаны давления, дроссели, регуляторы и синхронизаторы расходов, дросселирующие распределители.

5.1 Клапаны давления

5.1.1 Общие сведения

Клапаны давления – это аппараты, предназначенные для управления давлением рабочей среды.

Различают клапаны прямого и непрямого действия. У первых размеры рабочего проходного сечения изменяются в результате непосредственного воздействия потока масла на запорно-регулирующий элемент, у вторых эти размеры изменяются основным запорно-регулирующим элементом в результате воздействия потока масла на вспомогательный запорно-регулирующий элемент. Клапаны прямого действия применяют при небольших расходах масла и рабочих давлениях.

По назначению клапаны давления разделяют следующим образом:

1) напорные гидроклапаны (предохранительные и переливные),

2) редукционные клапаны,

3) клапаны соотношения давлений (или пропорциональные),

4) клапаны разности давлений (или дифференциальные).

Существуют также комбинированные аппараты, которые могут выполнять в гидросистемах одновременно функции редукционного и переливного клапанов (в зависимости от направления потока), редукционного клапана и реле давления.

5.1.2 Напорные клапаны

Напорные клапаны используются в гидросистемах в функции предохранительных клапанов или переливных.

Предохранительные клапаны являются аппаратами эпизодического действия, предназначенными для защиты гидросистемы от повышения давления масла сверх установленной величины. При повышении давления сверх допустимого клапан открывается и избыток масла сливается в бак. Обычно клапан срабатывает редко.

Предохранительные клапаны используются в системах машинного регулирования.

Переливные клапаны предназначены для поддержания определенного давления в гидросистеме, а также для предохранения системы от перегрузок. Обычно через переливные клапаны постоянно сливается – "стравливается" – часть масла, нагнетаемого насосом. Используются в системах дроссельного регулирования.

Условное обозначение напорных клапанов и место их установки в системе показано на рис. 4.1,б.

В качестве предохранительных и переливных используют одни и те же конструкции напорных клапанов прямого (например, клапан плунжерного типа – рис. 4.1 и 4.2) и непрямого (например, клапан по рис. 4.3) действия. 5.1.2.1  Для клапана давления прямого действия (рис. 4.1) уравнение равновесия сил на плунжере (если пренебречь трением) можно представить в виде: pF = Pпр , где p – давление масла в системе; F – площадь торца плунжера; Рпр – сила пружины. Когда p < Рпр/F, клапан закрыт. Когда p > Рпр/F, клапан открывается и масло идет на слив, при этом, чем кольцевая щель между правым буртом плунжера и расточкой А корпуса больше, тем сильнее падает давление p.

При колебаниях давления плунжер двигается вправо или влево до тех пор, пока не установится такой размер щели, при котором восстанавливается равновесие сил на плунжере.

Для различных целей клапан может быть применён в одном из четырёх исполнений (рис. 4.2). Переход от одного исполнения к другому осуществляется соответствующим разворотом правой и левой крышек.

Рассмотрим одно из исполнений (рис. 4.2,а). Если масло находится под давлением p1 в подводимом к клапану потоке и p2 в отводимом, то клапан поддерживает постоянную разность давлений: p1F = Pпр+p2F, откуда p1–p2 = Pпр/F = const. При этом масло проходит только в одном направлении, то есть аппарат выполняет также функцию обратного клапана. Клапан может использоваться для дистанционного управления потоком (рис. 4.2,б,в), а также для обеспечения последовательности работы двух рабочих органов (рис. 4.2,г).

5.1.2.2  Для напорного гидроклапана непрямого действия (рис. 4.3,а,б,в) уравнение равновесия сил на поршне (без учета сил инерционных, трения и колебаний жёсткости пружины) можно представить в виде:

p₁(F_В+F_Г) = p_ДF_Д+P_пр+G,

где р₁ – давление в подводимом потоке масла;

p_Д – давление в полости Д;

F_В, F_Г, F_Д – площади торцев поршня в соответствующих полостях, при этом F_В+F_Г = F_Д;

P_пр – сила пружины;

G – вес поршня.

Рассмотрим работу клапана.

1) Клапан в качестве предохранительного действует следующим образом. Если давление в напорной линии меньше того, на которое настроен клапан, то p₁= p_Д, сумма сил, действующих на поршень сверху, больше сил, действующих снизу, поршень находится в крайнем нижнем положении и проход маслу из полости А в полость Б закрыт.

При возрастании давления в системе выше давления "настройки" клапана шарик поднимается и полость Д соединяется со сливной линией, в результате p_Д резко падает. Его возрастание не может произойти мгновенно, т.к. на пути масла из полости В в полость Д имеется гидравлическое сопротивление – демпфер 7. В результате силы, действующие на поршень снизу, превысят сумму сил, действующих сверху, поршень поднимется и откроет щель для выхода масла из полости А в полость Б и сливную линию. После снижения давления пружина 8 возвращает поршень, а пружина 3 – шарик в первоначальные положения.

2) При работе в качестве переливного клапан непрерывно пропускает часть масла из напорной линии в сливную, обеспечивая при этом поддержание постоянного давления в системе. Так, при увеличении p1 открывается шариковый клапан, равновесие сил на поршне нарушается и он перемещается вверх, увеличивая щель, связывающую полости А и Б. Давление p1 при этом уменьшается, и когда восстановится равновесие сил на поршне, его перемещение прекращается. При уменьшении p1 поршень идет вниз, уменьшая щель, связывающую полости А и Б. Давление увеличивается и когда оно достигает величины, на которую настроен клапан, перемещение поршня прекращается. Т.о., при работе системы под нагрузкой насос будет подавать масло под постоянным давлением, определяемым настройкой переливного клапана. 3) Если полость Д через отверстие 11 соединить каким-либо образом со сливной линией, например, с помощью направляющего распределителя (рис. 4.3,г, а также на рис. 7.1 – аппараты К1 и Р3, на рис. 7.2 – клапан К2 и линия 6, клапан К3 и линия 5), то можно разгружать систему от давления, пуская все масло от насоса через клапан в бак. В этом случае клапан работает в качестве направляющего аппарата.