4. Дросселирующие и распределительные устройства

Как указывалось в предыдущих разделах, управление гидропривода, т.е. изменение скорости и усилия на рабочих органах, осуществляется путем изменения параметров потока рабочей жидкости. В гидроприводах с дроссельным управлением изменение расхода и давления жидкости производится с помощью дросселей, изменение направления – с помощью распределителей.

В связи с наличием обширной литературы [5, 3, 6, 12] здесь в сжатой конспективной форме приведены классификация и принцип действия дросселирующих и распределительных устройств, основные параметры и характеристики наиболее широко применяемых цилиндрических золотниковых гидрораспределителей.

4.1. Дроссели

Гидродроссели или просто дроссели предназначены для создания перепада давления на определенных участках гидролинии при течении через нее рабочей жидкости. Они по существу являются местными сопротивлениями.

Дроссели принято делить на постоянные и регулируемые, квадратичные турбулентные и линейные ламинарные, дросселирующие гидрораспределители (совмещающие функции дросселя и распределителя) и дроссели – регуляторы.

Постоянные дроссели в общем случае обозначаются, как показано на рис.4.1, а и б. В тех случаях, когда необходимо отметить квадратичную зависимость между расходом и перепадом давления, можно применять условное изображение, показанное на рис.4.1, в.

Рис.4.1. Условные обозначения дросселей

Условное изображение регулируемых дросселей дополняется стрелкой (рис.4.1, г).

Режим течения в дросселях может быть как турбулентным, так и ламинарным. Однако в большинстве случаев они работают в турбулентном режиме. В этом случае зависимость между расходом и перепадом давления квадратичная . Этим обусловлено и то, что они иногда называются турбулентными или квадратичными дросселями.

Линейные дроссели характеризуются большой длиной, малым сечением канала и соответственно небольшим значением числа Рейнольдса, вследствие чего потери напора в них в основном обусловлены трением при ламинарном течении, т.е. потери напора (давления) являются при всех прочих равных условиях практически линейной функцией расхода жидкости. Однако поскольку потери давления в таких дросселях изменяются прямо пропорционально вязкости жидкости, гидравлическая характеристика их зависит от температуры.

Характеристика квадратичных дросселей слабо зависит от вязкости.

Не останавливаясь на конструктивных особенностях дросселей, которые отличаются большим разнообразием [6,8,10], отметим их общие параметры и характеристики.

Наиболее общими параметрами дросселей являются: степень открытия дросселя, коэффициент расхода (или коэффициент сопротивления), эквивалентный диаметр.

Степень открытия дросселя  отношение текущей площади поперечного сечения дросселя к максимальной. Для нерегулируемого дросселя – отношение площади в самом узком сечении («горло») к площади поперечного сечения трубопровода. Степень открытия меняется от единицы (полностью открытый дроссель) до нуля (полностью закрытый дроссель).

Коэффициент расхода  отношение действительного и теоретического расходов в общем случае зависит от конструкции дросселя, числа Рейнольдса и перепада давления [8]. Однако для приближенных расчетов при умеренных перепадах давления (Р 8 МПа) значения коэффициентов расхода можно принимать в диапазоне . Соответствующий коэффициенту расхода коэффициент сопротивления можно вычислять по соотношению .

Геометрия дросселирующих отверстий, щелей отличается большим разнообразием. При вычислении числа Рейнольдса в качестве характерного размера используется эквивалентный диаметр d_э=f /П , где П – параметр дросселирующего отверстия (щели).

Наиболее распространенной характеристикой дроссели-рующего устройства является расходно-перепадная, т.е. зависимость расхода через дроссель от перепада давления.

На рис.4.2 показаны характеристики линейного (4.2, а) и квадратичного (4.2, б) дросселей.

а б

Рис.4.2. Расходно-переходные характеристики дросселей

Следует отметить, что, хотя у дросселей, как и у других местных сопротивлений, нередко наблюдается линейный и смешанный характер зависимости, все же наиболее распространенными являются дроссели с квадратичной зависимостью . Последние являются так же более предпочтительными, как наиболее устойчивые к изменениям условий работы. Поэтому при исследовании и проектировании характеристику дросселя приближенно можно считать квадратичной, что равносильно допущению о постоянстве коэффициентов расхода и сопротивления дросселя. Тогда

(4.1)

или

, (4.2)

где =0,620,7, (=2,662,04).

Обобщенной характеристикой дросселя является зависимость коэффициента расхода от числа Рейнольдса (см. [6,8]).

При проектировании гидропривода следует иметь в виду, что при малых размерах дросселей может происходить засорение проходного сечения. Это приводит к уменьшению скорости и изменению других параметров гидропривода. Для предотвращения засорения необходимо тщательно фильтровать рабочую жидкость и выбирать наиболее благоприятный профиль проходного сечения. Наиболее благоприятным профилем проходного сечения является круг или квадрат, а менее благоприятным – четырехугольник с большим отношением сторон или кольцо [10].

Проходное сечение в дросселе в виде узкой щели обеспечивает, как показал опыт, более чувствительное регулирование расхода жидкости. Ширину щели с целью уменьшения засоряемости рекомендуется изготавливать не менее 0,2 мм.

В установленных в гидроприводе фильтрах (обычно пластинчатого типа) зазор между пластинами составляет 0,1 мм. Поэтому частицы грязи, проходящие через фильтр, безусловно пройдут через дроссель, не вызывая при этом нарушений равномерности скорости подачи. По этим же причинам длина щели в дросселе не должна быть меньше 0,2 мм и, таким образом, минимальная площадь проходного сечения в дросселе не меньше 0,04 мм².

При проектировании потребная площадь дросселя в полностью открытом положении подбирается в зависимости от допускаемых (или назначаемых) величин потерь давления в дросселе согласно соотношению (4.1).