4. Гидролинии

По назначению гидролинии гидроприводов подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные и линии управления и представляют собой трубопроводы, гибкие рукава, каналы и соединения.

Трубопроводы представляют собой металлическую трубу с присоединительной арматурой, которая должна быть испытана на прочность под давлением не менее 1,5 Р_ном и на герметичность под давлением не менее Р_ном.

В объемных гидроприводах применяются в основном стальные бесшовные трубы из углеродистой и легированной стали (сталь 20, 20Х), из коррозионно-стойкой стали (12Х18Н10Т), медные трубы при давлении до 10-16 МПа.

Гибкие рукава применяются для соединения элементов гидропривода, имеющих значительные относительные перемещения.

Выбор трубопроводов и рукавов производится по условному проходу, под которым понимается внутренний диаметр канала, трубы или гибкого рукава.

Сначала определяют условный проход по формуле

, м,

где Q - расход рабочей жидкости, м³/с, V - скорость потока жидкости, м/с.

Выбор средней скорости потока рабочей жидкости производится на основе практических рекомендаций: для напорных гидролиний - 5-10 м/с; для сливных - 2-2,5 м/с; для всасывающих - 0,5 -1,5м/с.

Рассчитанный таким образом условный проход округляется затем до ближайшего значения из установленного ряда по ГОСТ 16516-70.

Расчет труб на прочность сводится к определению толщины стенок по формуле

, м,

где Р_mах - максимальное давление жидкости, Па; D – наружный диаметр трубы, м; _В – предел прочности материала трубы, Па; n_B = 3-6 – коэффициент запаса прочности по пределу прочности.

4. Гидроклапаны

Гидроклапаны предназначены для регулирования давления рабочей жидкости и подразделяются по воздействию потока жидкости на запорно-регулирующий элемент на клапаны прямого и непрямого действия [9].

Клапаны, в которых силы давления, действующие на запирающий элемент, уравновешиваются только силой пружины, называются клапанами прямого действия.

Гидроклапаны прямого действия (рис.7.2) состоят из запирающего элемента 1, опирающегося при закрытом клапане на седло 2, направляющей части 6, обеспечивающей центровку клапана относительно седла; пружины 7 с опорным шарниром 8, а также корпуса 4 с подводящим 3 и отводящим 5 каналами. По типу запирающих элементов клапаны можно разделить на кромочные и поясковые.

К разновидностям кромочных клапанов (рис.7.3) относятся клапаны с запирающими элементами типа "конус на кромку ", "кромка на конус", шариковые и золотниковые клапаны.

Рис. 7.2. Типы клапанов:

а – кромочный; б – поясковый

Рис.7.3. Кромочные клапаны прямого действия:

а – «конус на кромку»; б – «кромка на конус»; в – шариковый; г –золотниковый

Поисковые гидроклапаны (рис.7.4) имеют плоский или конический уплотнявший поясок, благодаря чему обеспечивается безударная посадка запирающего элемента на седло и малый износ уплотняющих поверхностей.

Рис.7.4. Поисковые клапаны прямого действия:

а - плоский запирающий элемент; б - конический запирающий элемент;

в - плоский кольцевой запирающий элемент

В гидроклапанах прямого действия рабочее проходное сечение изменяется в результате непосредственного воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент; условие равенства сил давления жидкости на запирающий элемент и силы пружины записывается в виде простого уравнения.

,

где сила пружины ; С_пр  жесткость пружины, Н/м; h и h₀  сжатие и предварительное сжатие пружины, м; р  давление рабочей жидкости, Па; F_K= 0,785 d²_K  площадь клапана, определяющая силу, открывающую клапан.

В клапанах для больших давлений пружина получается недопустимо больших размеров, а следовательно, и габаритныx размеров клапанов. Поэтому в гидроприводах с высоким давлением применяются дифференциальные клапаны прямого действия (рис.7.5,а) и клапаны непрямого действия (рис.7.5,б).

Сила давления при открытии дифференциального клапана определяется разностью площадей , которая может быть сделана достаточно малой, благодаря чему усилие пружины P_пр, а следовательно, ее размеры и жесткость могут быть сделаны малыми даже при высоких давлениях.

Рис. 7.5. Дифференциальные клапаны прямого и непрямого действия:

а  дифференциальный клапан прямого действия;

б  клапан непрямого действия

Гидроклапан непрямого действия (рис.7.5,б) состоит из основного запирающего элемента 1, находящегося под воздействием относительно слабой пружины 7, и малого управляющего клапана прямого действия 9 с относительно сильной пружиной 10. В клапане 1 выполнен дроссельный канал 13. При закрытом управляющем клапане 9 давление в полостях 3 и 12 одинаково (P₁=P_1y) и слабое усилие пружины 7 удерживает основной клапан 1 также в закрытом положении.

При давлении P₀=P₀₁-P₂ управляющий клапан открывается и при дальнейшем росте давления P₁ пропускает небольшой расход Q_y жидкости, протекающей также через дроссель 13. Из-за потерь в дросселе давление в камере 12 начинает понижаться и при некотором расходе, когда сила давления на площадь основного клапана уравновесит силу сжатия пружины 7, основной клапан открывается и начинает пропускать жидкость.

Статической характеристикой гидроклапана называется зависимость перепада давления от расхода жидкости на установившихся режимах работы клапана. Характеристики большинства клапанов состоят из возрастающей ветви a-б при малых расходах и падающей ветви б-в при больших расходах (рис.7.6,а), что объясняется различным характером проявления гидродинамической силы при различных расходах жидкости, обтекающей запирающий элемент клапана. Участок в-г-е соответствует началу соприкосновения друг с другом витков пружины и превращению ее в жесткую опору.

В дальнейшем клапан работает как местное (щелевое) сопротивление с постоянной площадью проходного сечения (парабола о-г-е).

Рис. 7.6. Характеристики клапана

В гидросистемах используют только возрастающую ветвь а-б характеристики (рис.7.6,а) предохранительных и переливных клапанов. Применение клапанов с падающими характеристиками (пунктирная линия) может привести к неустойчивой работе гидропривода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов, Д. И. Гидромеханика: учеб. для вузов / Д. И. Попов, С. С. Панапотти, М. В. Рябинин; под ред. Д. И. Попова.- М.: МГТУ им. Баумана, 2002. – 384 с.

2. Попов, Д. И. Механика гидро- и пневмоприводов : учеб. пособие для вузов ; ред. Г.А. Никова. – М.: МГТУ, 2001. – 320 с.

3. Орлов, Ю. М. Механика жидкости, гидравлические машины и основы гидропривода агрегатов ракетных комплексов: учебное пособие для вузов. – Пермь, 2001. – 379 с.

4. Каверзин, С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу. – М.: Машиностроение, 1997. -287 с.

5. Каверзин, С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: учеб. пособие.- Красноярск, 1997. – 384 с.

6. Абрамов, Е. И., Колисниченко, К. А., Маслов, В. Т. Элементы гидропривода. - Киев. Техника, 1977. - 319 с.

7. Альтшуль, А. Д., Кисилев, П. Г. Примеры расчетов по гидравлике. -М.: Стройиздат, 1977. 199 с.

8. Башта, Т. М. Машиностроительная гидравлика.-М.: Машиностроение, 1971. - 671с.

9. Башта, Т. К. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. -М.: Машиностроение, 1970. - 504 с.

10. Богданович, Л. Б. Гидравлические приводы. - Киев.: Вища школа, 1980. - 230 с.

11. Вильнер, Я. М., Ковалев, Я. Т., Некрасов, Б. Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. - Минск. Вышэйша школа, 1977. - 416 с.

12. Жмудь, А. Е. Винтовые насосы с циклоидальным зацеплением. –М., Л.: Машгиз, 1963.-156 с.

13. Зайченко, И. З., Мышлевский, Д. М. Лопастные насосы и гидромоторы. -М.: Машиностроение, 1964. - 212 с.

14. Кирилловский, Ю. Л. Гидравлические клапаны. МВТУ, 1977. - 68 с.

15. Кулагин, А. В., Демидов, Ю. С., Прокофьев, В. Н., Кондаков, А. А. Основы теории и конструирования объемных гидропередач/под ред. В. Н. Прокофьева. -М.: Высшая школа, 1968. - 400 с.

16. Лабораторный курс гидравлики насосов и гидропередач/под ред. С. С. Руднева, Л. Г. Подвиза- М.: Машиностроение, 1974. - 416 с. 17. Лещенко, В.А. Гидравлические следящие приводы станков с прог­раммным управлением. -М.: Машиностроение, 1975, 228 с.

18. Марутов, В. А., Павловский, С. А. Гидроцилиндры. -М.: Машиностроение, 1966. - 169 с.

19. Цуханова, Е. А. Динамический синтез дроссельных управляющих устройств гидроприводов. -М.: Наука, 1978. - 254 с.

20. Юдин, Е. М. Шестеренные насосы. –М.: Машиностроение, 1964.-236 с.

Учебное издание

ГАЛЕЕВА Роза Абубакировна,

Г ИМРАНОВ Эрнст Гайсович,