Лекция 7

7.1. Направляющие гидроклапаны

К направляющим гидроклапанам относятся обратные гидроклапаны, гидрозамки, гидроклапаны последовательности, реле давления и гидроклапаны выдержки времени.

Обратный – это направляющий гидроклапан, предназначенный для пропускания рабочей жидкости только в одном направлении.

Обратные гидроклапаны устанавливаются в гидролиниях, где требуется обеспечить однонаправленное движение жидкости. На рис. 7.1 показаны конструкции обратных клапанов трубного и стыкового монтажа. Основные требования, предъявляемые к обратному клапану:

1) минимальное сопротивление движению жидкости в направлении разрешенного течения;

2) герметичность в обратном направлении.

Пружина, прижимающая клапан к седлу, является вспомогательной и служит лишь для надежной посадки клапана в седло в момент изменения направления движения потока. Поскольку наличие пружины приводит к увеличению перепада давления на клапане при прохождении потока в прямом направлении, а допустимая величина перепада давления на обратных клапанах составляет 0,01–0,03 МПа, то ее жесткость обычно выбирают минимальной.

В гидросистемах низкого давления при повышенных требованиях к герметичности клапана в закрытом положении их седла снабжаются эластичными уплотнениями.

К основным параметрам, характеризующим обратные гидроклапаны (ГОСТ 16517-82), относятся: условный проход Dy, максимальное рабочее давление p_ном, масса (без рабочей жидкости).

Одной из разновидностей обратного клапана является управляемый обратный клапан, или гидрозамок – это направляющий гидроклапан, предназначенный для пропускания потока жидкости в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия и в обоих направлениях при наличии управляющего воздействия. Односторонние гидрозамки широко применяются в системах гидроавтоматики.

Конструкция одностороннего гидрозамка приведена на рис. 7.2. Он содержит элементы обратного клапана (седло и запорно-регулирующий элемент с пружиной), а также подпружиненный поршень с толкателем.

Если давление в гидролинии X(P) отсутствует, то при движении жидкости от гидролинии А к гидролинии В запорно-регулирующий элемент клапана отжимается от седла, а поршень с толкателем перемещаются влево.

При изменении направления потока в гидролиниях А и В запорно-регулирующий элемент клапана прижимается к седлу и движение жидкости прекращается.

Если через гидролинию X(P) в управляющую полость гидрозамка подать давление управления, то поршень с толкателем переместятся вправо, толкатель отожмет запорно- регулирующий элемент от седла, и жидкость будет проходить через открытое рабочее окно независимо от направления ее движения.

Кроме односторонних, достаточно часто используются двусторонние гидрозамки (рис. 7.3). Например, двусторонний гидрозамок используют для запирания полостей гидроцилиндра при наличии активной помогающей или противодействующей нагрузки на его штоке. Необходимость этого возникает, когда по технике безопасности недопустимо самопроизвольное движение поршня гидроцилинд ра под действием внешней нагрузки. Эта проблема не может быть решена только при помощи золотникового гидрораспределителя, который в нейтральной позиции не обеспечивает требуемой

Рис. 7.2. Гидрозамок односторонний

Рис. 7.3. Гидрозамок двусторонний

герметичности. При отсутствии гидрозамка активная нагрузка (например, вес груза) на штоке поршня вызывает движение поршня из-за утечек в золотниковом распределителе.

К основным параметрам гидрозамка (ГОСТ 16517-82) относятся: условный проход Dy, максимальное рабочее давление p_ном, давление управления p_у, потери давления при номинальном расходе, масса (без рабочей жидкости).

Гидроклапан последовательности – это направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания или остановки потока рабочей жидкости при достижении заданной величины давления в этом потоке или в некотором постороннем потоке. Конструктивные схемы гидроклапанов последовательности, выполняющих отмеченные выше функции, приведены на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Конструктивные схемы гидроклапанов

последовательности

Обычно такие гидроклапаны имеют подпружиненный золотниковый запорно-регулирующий элемент (см. рис. 7.4). Если давление управления клапаном (давление в подводимом потоке или давление p_упр) меньше заданной величины, то запорно-регулирующий элемент под действием пружины смещен в крайнее нижнее положение, и на выходе из клапана поток рабочей жидкости отсутствует. При достижении в потоке управления значения давления, равного заданной величине, запорно-регулирующий элемент под действием этого давления перемещается в крайнее верхнее положение, обеспечивая появление потока рабочей жидкости на выходе из клапана.

Гидроклапаны последовательности с управлением от давления в подводимом потоке могут снабжаться обратным гидроклапаном, через который обеспечивается сброс давления из гидролинии на выходе из клапана в подводимый поток при снятии в нем давления. Они могут иметь также гидродроссель в канале, соединяющем торцевую полость управления золотником с подводимым потоком. При этом уменьшается скорость перемещения золотника и предотвращается возможность возникновения гидравлического удара в трубопроводе.

Гидроклапан выдержки времени – это направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания или остановки потока рабочей жидкости в отводимой гидролинии через определенный промежуток времени после подачи управляющего сигнала. Например, необходимо осуществить выдержку по времени между двумя следующими одно за другим движениями выходных звеньев исполнительных гидродвигателей. Конструктивная схема одного из простейших гидроклапанов выдержки времени с управлением от давления в постороннем потоке жидкости представлена на рис. 7.5.

В корпусе 4 расположен запорно-регулирующий элемент 3, который при отсутствии давления p_упр смещается вверх под действием пружины 5. Жидкость из верхней торцевой управляющей полости при этом вытесняется на слив через вспомогательный направляющий гидрораспределитель 1.

Рис. 7.5. Конструктивные схемы гидроклапанов

выдержки времени

При поступлении сигнала управления в виде давления p_упр золотник вспомогательного распределителя 1, преодолевая силу пружины, переключается, и рабочая жидкость под давлением управления p_упр через регулируемый гидродроссель 2 начинает заполнять управляющую полость над запорно-регулирующем элементом 3, перемещая его в крайнее нижнее положение против действия пружины 5. Время перемещения запорно-регулирующего элемента 3 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее и является тем временем выдержки, которое обеспечивает клапан. После того, как запорно-регулирующий элемент 3 переместится в крайнее нижнее положение, подводимый поток Р перестанет поступать в гидролинию А и начнет поступать в гидролинию В. Таким образом, будет выполнена требуемая от гидроклапана выдержки времени функция, упомянутая в его определении. При снятии сигнала p_упр распределитель 1 под действием своей пружины переключается в исходное положение, соединяя управляющая полость над запорно-регулирующим элементом 3 со сливом. После этого запорно-регулирующий элемент 3 под действием пружины 5 возвращается в крайнее верхнее положение. Теперь гидроклапан выдержки времени снова готов к работе.

Время выдержки определяется как отношение объема управляющей полости клапана к расходу, проходящему через регулируемый гидродроссель, а следовательно, зависит от величины площади проходного сечения этого гидродросселя. При этом точность задания величины выдержки времени невысока. Причин для этого несколько. Одной из них является зависимость расхода через регулируемый дроссель от температуры рабочей жидкости. Кроме того, перепад давления на гидродросселе не является постоянным, а зависит от силы пружины 5, т.е. от положения запорно-регулирующего элемента 3. В начальный момент времени скорость движения запорно-регулирующего элемента 3 будет больше, чем его скорость в конце хода, так как сила пружины 5 постепенно возрастает. Скорость запорно-регулирующего элемента 3 зависит также и от сил трения его о корпус 4.

Время выдержки в таких простых по конструкции гидроклапанах обычно не превышает 300 с. Минимальное значение этого времени составляет 0,5…1 с. Для расширения диапазона выдержки времени и повышения точности срабатывания гидроклапанов выдержки времени необходимо стабилизировать расход рабочей жидкости, проходящий через гидродроссель 2. Для этого вместо регулируемых гидродросселей рекомендуется использовать гидравлические регуляторы расхода.