3.4. Регулирующие устройства

В системах гидропривода применяются различные регулирующие устройства, при помощи которых осуществляется регулирование величин давления.

По своему назначению и выполняемым функциям регуляторы давления подразделяются на предохранительные, обратные, разгрузочные, переливные и редукционные клапаны, а также гидрозамки, ограничители расхода и т. д.

Клапанами называются устройства, в которых под действием давления жидкости происходит перемещение рабочего элемента и связанное с этим изменение проходного сечения магистрали, ее открывание или запирание. По виду рабочего элемента все клапаны делятся на три основных типа: шариковые, конусные, золотниковые.

Предохранительный клапан предназначен для ограничения давления рабочей жидкости в гидросистеме в заранее заданных пределах, что дает возможность ограничивать нагрузку в силовой цепи гидропривода. Таким образом, предохранительные клапаны не только предохраняют систему от перегрузок, но и регулируют усилие на исполнительном органе.

Рис. 3.12. Принципиальная схема предохранительного клапана

Клапан (рис. 3.12) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены шариковый или конусный запирающий элемент 4, который с помощью пружины 5 прижимается к посадочному месту (седлу). Если сила давления жидкости на запирающий элемент в канале 2 больше усилия пружины, то запирающий элемент отойдет от седла, пропуская излишек жидкости из напорной магистрали 2 на слив 3. Таким образом, величину давления в системе определяет усилие пружины, которое в клапанах обычно регулируется.

Переливные клапаны предназначены для пропуска излишка жидкости из магистрали, когда производительность насоса превышает расход жидкости. Функции переливного клапана при этом подобны предохранительному, но характеризуются более длительным постоянным режимом работы.

Рис. 3.13. Принципиальная схема

редукционного клапана

Редукционные клапаны применяются для понижения (редуцирования) давления в гидросистемах и создания на выходе постоянного давления независимо от того, какое развивает насос.

Схема редукционного клапана приведена на рис. 3.13. Жидкость поступает в полость А и через зазор между корпусом и золотником – в полость Б, откуда идет в систему. Зазор является сопротивлением, поэтому в полость Б жидкость поступает с пониженным давлением.

Золотник находится в неустойчивом равновесии под действием пружины слева и редуцированного давления справа. При увеличении давления в полости Б равновесие нарушается и золотник идет влево, уменьшая зазор между корпусом и золотником, вследствие чего в полость Б поступает меньше жидкости и давление восстанавливается до прежнего уровня. При уменьшении давления в полости Б происходит обратный процесс.

Редукционные клапаны применяются, когда система делится на главную и вспомогательную линии. Они предохраняют вспомогательную линию от повышения давления выше заданного настройкой. На рис. 3.14 приведена одна из схем применения редукционного клапана.

Рис. 3.14. Схема применения

редукционного клапана

От насоса 1 жидкость поступает одновременно в гидроцилиндр 2, осуществляющий основную рабочую функцию, и через редукционный клапан 3, распределитель 4 – во вспомогательный цилиндр 5. Редукционный клапан позволяет здесь регулировать усилие на штоке гидроцилиндра 5 независимо от давления, развиваемого насосом.

Обратные клапаны предназначены для пропуска жидкости в одном направлении и для запирания его прохода в обратном направлении.

Клапан 1 (рис. 3.15, а) выполнен коническим с цилиндрической направляющей частью. При поступлении жидкости через отверстие 4 клапан 1, сжимая пружину 2 слабого усилия, отходит от седла 3 и открывает путь жидкости в отверстие 5. При обратном направлении потока жидкости клапан плотно прижимается к седлу и не пропускает жидкость.

Рис. 3.15. Обратный клапан: а  конструкция;

б  схема применения

Одна из схем применения обратного клапана показана на рис. 3.15, б.

Наличие обратного клапана 1 позволяет получить медленное перемещение поршня 2 вправо (т. к. жидкость, вытесняемая из штоковой полости цилиндра, вынуждена идти через дроссель (сопротивление) 4), и быстрый отвод его влево, так как жидкость, минуя дроссель, идет от насоса через обратный клапан 1 непосредственно в цилиндр.

Гидрозамки предназначены для запирания полостей гидроагрегатов (силовых гидроцилиндров, гидродомкратов) и гидравлического стопорения их в определенном положении.

Принцип работы гидрозамка можно рассмотреть по схеме, приведенной на рис. 3.16.

Два обратных клапана 5 и 8 и двухсторонний поршенек 6 собраны в корпусе 7, штуцеры 3 и 3 которого соединяются с полостями запираемого двигателя, а 11 и 11 – с системой распределения.

Когда к штуцеру 11 подается рабочая жидкость, клапан 8 открывается и жидкость проходит в поршневую полость 12 цилиндра. Одновременно поршенек 6 давлением жидкости перемещается влево и выступом открывает клапан 5, вследствие чего штоковая полость 13 цилиндра соединяется через штуцер 11 со сливом. Клапаны 5 и 8 открыты, пока через штуцер 11 поступает жидкость под давлением.

Рис. 3.16. Принципиальная схема гидрозамка

С прекращением ее подачи клапан 8 под действием пружины 9 закроется и запрет поршневую полость силового цилиндра. Пружина 2 закроет клапан 5 и вместе с ним переместит поршенек 6. Таким образом будет заперта и штоковая полость 13.

При подаче жидкости через штуцер 11 происходит аналогичный процесс.

Основными видами регуляторов расхода рабочей жидкости являются делители потока, порционеры и дроссели.

Делители потока применяют, когда при подаче рабочей жидкости в несколько гидродвигателей (гидромоторов или силовых гидроцилиндров) от одной магистрали необходимо разделить поток на равные части и обеспечить тем самым одинаковые скорости движения гидромоторам (гидроцилиндрам) независимо от сопротивления на их валах (штоках) (синхронизацию).

Порционером называют устройство, обеспечивающее подачу заранее заданного количества рабочей жидкости в гидроагрегатах, чем соответственно определяются величины рабочих перемещений независимо от внешних нагрузок.

Дроссельные регуляторы скорости применяются для ограничения поступления жидкости к тому или иному агрегату (т.е. регулирования скорости движения его выходного звена).

Принципиально дроссель представляет собой постоянное или регулируемое гидравлическое сопротивление в виде канала, имеющего малое проходное сечение.

Основные принципиальные схемы применения дросселя даны на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схемы установки дросселя: а, б  последовательно в напорной и сливной

магистрали, соответственно; в  параллельно гидродвигателю

При включении дросселя последовательно на входе (рис. 3.17, а) и на выходе (рис. 3.17, б) насос всегда работает при постоянном давлении, определяемом настройкой переливного клапана, через который излишек жидкости сливается в бак. Мощность, потребляемая насосом, не зависит от нагрузки и всегда максимальна. Схема с параллельным подключением дросселя (рис. 3.17, в) более экономична, так как мощность, потребляемая насосом, здесь пропорциональна нагрузке.

Расход жидкости через дроссель определяется величиной перепада давлений до и после него. Поскольку перепад давления в обеих схемах зависит от нагрузки на исполнительном органе, скорость при постоянной установке дросселя будет изменяться с изменением нагрузки.

Для получения постоянной скорости исполнительного органа независимо от нагрузки применяют дроссель с регулятором (рис. 3.18), который представляет собой комбинацию редукционного клапана 1 и дросселя 2, взаимодействие которых обеспечивает независимость расхода жидкости, протекающей через дроссель, от давления в системе.

Рис. 3.18. Принципиальная схема

дросселя с регулятором

Схема работает следующим образом.

Жидкость из бака насосом подается в поршневую полость гидроцилиндра. Поршень, преодолевая нагрузку, перемещается влево. Жидкость из штоковой полости поступает к отверстию 3 и через проточки 4 и 5 – к дросселю 2, в котором имеется щель 6. Пройдя через эту щель, жидкость сливается в бак через отверстие 7.

Для получения постоянной скорости поршня независимо от нагрузки необходимо перед дросселем 2 иметь постоянное давление. Эту функцию в данной схеме выполняет клапан 1.

Проточка 4, к которой жидкость поступает из штоковой полости гидроцилиндра, через отверстия 8 и 9 соединена с камерами 11 и 12, следовательно, золотник 1 находится в неустойчивом равновесии под действием сил давления жидкости справа и усилия пружины 10 слева.

При уменьшении (увеличении) нагрузки поршень в гидроцилиндре получает ускорение (тормозится) и давление в штоковой полости гидроцилиндра возрастает (уменьшается). Одновременно возрастает (уменьшается) давление в полостях 4 и 5. Это могло бы привести к увеличению (снижению) расхода через дроссель. Но так как неустойчивое равновесие золотника нарушилось и давление в камерах 11 и 12 возросло (уменьшилось), то золотник переместиться влево (вправо) и торцом 13 уменьшает (увеличивает) сечение канала А. Вследствие этого в проточку 5 проходит меньше (больше) жидкости и давление в ней и, следовательно, расход дросселя восстанавливаются до прежнего уровня.

Регулирование скорости движения рабочего органа осуществляется изменением расхода жидкости через дроссель 2. В этой схеме дроссель установлен на выходе из цилиндра, следовательно, он создает противодавление в штоковой полости, тормозящее поршень. Регулируя величину щели 6 в дросселе путем поворота его при помощи рукоятки 15, изменяем расход через дроссель и, следовательно, противодавление.

Таким образом, регулирование скорости поршня осуществляется изменением тормозящего усилия с помощью дросселя 2, а поддержание заданной скорости на постоянном уровне осуществляется клапаном 1.

Для слива утечек предусмотрено дренажное отверстие 16. Для измерения давления перед дросселем предназначено отверстие 17, заглушенное пробкой, вывернув которую, можно присоединить манометр.