Регулирующая аппаратура

Дроссели — аппараты, служащие для создания гидравлического сопротивления потоку жидкости. Их используют для регулирования рас­хода рабочей жидкости. Дроссели бывают регулируемыми и нерегулируе­мыми. По принципу действия подразделены на вязкостного и инерцион­ного сопротивлений. В первых гидравлическое сопротивление жидкости создается за счет трения ее о стенки длинного канала малого поперечного сечения. Сопротивление таких дросселей определяют исходя из потерь давления p при течении жидкости с расходом Q по щели шириной w и толщиной s, плотностью рис коэффициентом кинематической вяз­кости v

p = (kQpvL)/(S³w),

где k — размерный коэффициент; L — длина канала.

Если дроссель выполнен в виде диафрагмы, то потери давления

p = (k₂QvSl)/d⁴

где l — длина суженного участка диафрагмы; d — его диаметр.

Как видим, потери пропорцио­нальны кинематической вязкости рабочей жидкости, которая, как уже говорилось, существенно зави­сит от ее температуры.

Кроме того, гидравлическое сопротивление обусловлено дефор­мацией потока рабочей жидкости. Дроссели этого типа представляют собой диафрагму с круглым или кольцевым сечением. Перепад дав­ления при этом

p = (Q²p)/(²f²2),

где . — коэффициент расхода; f - площадь проходного сечения дроссе­лирующей щели. Как видим, сопротивление дросселя не зависит от вяз­кости жидкости.

Рис. 41

Простейшая конструкция дросселя (рис.41) состоит из корпуса / с двумя резьбовыми отверстиями, к которым присоединяют подводя­щий и отводящий трубопроводы.

В расточке корпуса расположен золотник 2, перемещаемый рукоят­кой управления 4. Расточка закрыта с двух сторон крышками 3, правая — имеет отверстие для присоединения дренажного трубопровода, левая — уплотнения для герметизации зазора между ней и рукояткой. На золот­нике выполнены четыре угловые канавки А.

Дроссель позволяет регулировать размер проходного сечения. Гру­бое регулирование осуществляется при перемещении золотника от край­него правого положения влево до тех пор, пока его цилиндрическая по­верхность не достигнет кольцевого выступа в расточке корпуса. Во время дальнейшего перемещения золотника площадь поперечного сечения будет определяться суммой сечений треугольных канавок А.

В ряде случаев совмещают в одном корпусе дроссели и обратные клапаны, предусмотренные для свободного пропуска жидкости в обрат­ном направлении.

Принципиальные схемы включения дросселей для обеспечения регули­рования скорости движения исполнительных органов были рассмотрены ранее.

Для полного исключения зависимости перепада давления на дрос­селе от вязкости жидкости применяют регуляторы потока, представляю­щие собой комбинацию дросселя с регулятором, поддерживающим по­стоянный перепад давления на дросселирующей щели. Эти регуляторы могут быть изготовлены с дистанционным управлением, что позволяет поддерживать перепад давления на нескольких последовательно соединен­ных дросселях.

В станочном гидроприводе используют регуляторы давления с редук­ционным клапаном, позволяющие редуцировать давление и ограничивать расход масла, поступающего к исполнительным органам.

Клапаны давления по характеру выполняемых функций подразделены на напорные, используемые в качестве предохранительных или переливных, редукционные и клапаны разности давлений.

Предохранительный клапан предназначен для предохранения системы гидропривода от воздействия давления, превышающего установленное. Он работает кратковременно, перепуская рабочую жидкость из напорной линии в сливную. В это время клапан должен поддержи­вать давление в напорной линии на одном уровне, независимо от расхода масла, проходящего через него. Время срабатывания клапана должно обеспечить отсутствие пиков давления, приводящих к повышению нагруз­ки на аппараты гидросистемы и ее коммуникации.

Переливные клапаны отличаются от предохранительных режимом работы - они предназначены для поддержания заданного давления путем непрерывного слива рабочей жидкости.

В зависимости от условий эксплуатации в качестве предохрани­тельных или же напорных можно использовать одни и те же конструкции напорных клапанов, как, например, в станочном гидроприводе, либо специальные конструкции — в дорожных и строительных машинах.

По принципу действия различаются клапаны прямого и непрямого действия. У первых размер проходного сечения обусловлен непосредст­венным воздействием рабочей жидкости на запорно-регулирующий эле­мент. У вторых — рабочая жидкость воздействует на вспомогательный эле­мент, который, в свою очередь, управляет основным запорно-регулирующим элементом.

К числу клапанов прямого действия относят шариковые клапаны, представляющие собой размещенный в корпусе шарик, прижимаемый пружиной к седлу. Пока сила, обусловленная давлением жидкости на шарик со стороны седла, не превышает усилие, с которым пружина при­жимает его к седлу, клапан остается закрытым. Как только усилие давле­ния жидкости превысит усилие пружины, шарик отойдет от седла и жид­кость через образовавшуюся щель начнет поступать в сливную линию. В процессе дросселирования давление в напорном трубопроводе будет поддерживаться примерно постоянным и равным отношению усилия пру­жины к площади шарика, на которую действует давление. Вместо шари­ка можно использовать цилиндрический или конический плунжер.

Клапан описанной конструкции прост и надежен в работе. Однако при необходимости регулирования гидросистем с высокими рабочими давлениями и большими расходами жидкости использовать подобные кон­струкции нерационально, так как резко увеличиваются размеры пружин.

Клапаны непрямого действия изготавливают в различных конструк­тивных исполнениях, они имеют различные типы управления, диаметры условного прохода, величины давлений.

Клапаны непрямого действия могут, помимо предохранения от превы­шения давления, поддержания установленного давления, обеспечивать разгрузку при подаче электрического или гидравлического управляю­щего сигнала. Клапан состоит (рис.42) из переливного золотника 4, пру­жины 5, пробок 2 и 6, размещенных в корпусе /, правая боковая поверх­ность которого стыкуется с плитой гидропанели, а к левой присоединен корпус вспомогательного клапана 7. В клапане 7 расположены седло 15, запорный элемент 13, пружина настройки давления 14 и винт регулиро­вочной 12 с маховиком 11.

Рис. 42

К левой боковой поверхности при необходи­мости крепится корпус пилота управления 5с золотником 9, приводимым в действие электромагнитом 10.

Полость клапана D соединена с магистралью, в которой необходимо поддерживать рабочее давление, полость В — со сливной магистралью, полость / — с магистралью, служащей для управления клапаном, при необходимости дистанционной разгрузки системы путем подачи гидрав­лического сигнала.

Принцип действия клапана следующий. Полость D каналами G и С соединена с полостью А и через дроссельное отверстие F в золотнике 4 -с полостью / . Если давление в полости D не превышает давления настрой­ки, то запорный элемент 13 пружиной 14 прижат к седлу 15. При этом поток жидкости через отверстие F отсутствует, давление в полостях D, / и А одинаковое и золотник 4 прижат усилием пружины 5 к седлу 3, в результате чего напорная и сливная магистрали изолируются друг от друга.

Если давление в напорной магистрали превысит давление настройки, то запорный элемент 13, преодолевая усилие пружины 14, приподнима­ется и жидкость из полости D через отверстие F и полости /, К, L, N, Р поступит на слив. При течении жидкости через отверстие F будет образовываться перепад давления, давление в полости / уменьшится и золотник 4 за счет осевого усилия, созданного разностью давлений в по­лостях D, А, I, переместится, сжимая пружину 5. В результате между зо­лотником 4 и седлом основного клапана 3 образуется зазор и напорная магистраль соединится со сливной линией.

Перемещение золотника будет таким, при котором силы в резуль­тате воздействия давлений в полостях D и А будут уравновешены сила­ми от давления в полости / и силой, развиваемой пружиной 5. При этом давление в полости D будет поддерживаться на уровне, определяемом ре­гулированием пружины 5. Если давление в полости возрастет, то увеличи­тся и поток жидкости через вспомогательный клапан 7, перепад давления в отверстии F возрастет, и золотник переместится в направлении, соответствующем увеличению зазора между ним и седлом 3.

Давление, при котором открывается клапан, определяется усили­ем, развиваемым пружиной 5, и регулируется вращением винта 12 за маховиком 11.

При необходимости в разгрузке системы отверстие Е соединяется со сливной линией (с помощью специального крана), после чего давление в полости / упадет и золотник 4 переместится, соединяя напорную маги­страль со сливной линией. В результате жидкость будет свободно сли­ваться в бак.

Если конструкция машины предусматривает разгрузку гидросистемы при подаче электрического сигнала, то используют распределитель с элект­ромагнитным управлением. В противном случае отверстия в левой пло­скости закрывают заглушкой.

При подаче напряжения на обмотку электромагнита золотник распре­делителя разъединяет каналы Н и М, при отсутствии напряжения каналы /, К, L, M, Н, Р соединены со сливной линией и клапан разгружает систему от воздействия давления. Условные диаметры клапанов: от 10 до 50 мм с номинальным потоком рабочей жидкости от 40 до 630 л/мин при давлении настройки до 32 МПа.

Помимо описанного клапана известны клапаны иных конструкций, выполняющих аналогичные функции.

Рис. 43

Клапаны давления могут и меть специальные каналы в корпусе, соеди­няющие при необходимости отдельные полости клапана с управляющими трубопроводами или же закрываемые пробками. Так, например, гидрокла­паны Г 54-2 при различных способах подключения трубопроводов могут выполнять следующие функции:

1) поддерживать заданную разность давлений в подводимом и отводимом потоках или же поддерживать его в подводимом потоке при дав­лении, близком к нулю; в этом случае клапан работает в режиме регу­лируемого аппарата (рис.43,а). Кроме этого клапан может работать в режиме направляющего аппарата;

2) пропускать масло при достижении определенного давления жид­кости в линии управления D (рис.43,6) ;

3) пропускать поток жидкости в обоих направлениях при достижении разности давлений в управляющих линиях D и А (рис.43,в) ;

4) пропускать поток жидкости при достижении в нем заданного давления и давления в линии управления А, т.е. работать в качестве ре­гулируемого клапана последовательности (рис.43,г).

Для пропуска рабочей жидкости с заданным давлением в одном на­правлении и минимальной потерей давления — в обратном применяют гидроклапаны давления с обратным клапаном.

Редукционные клапаны непрямого действия имеют конструкцию, подобную конструкции предохранительных клапанов, однако их кор­пус имеет дренажное отверстие, через которое постоянно течет с неболь­шим расходом рабочая жидкость из нагнетательной магистрали.

Если необходимо исключить влияние "попутной" нагрузки, действую­щей в направлении движения исполнительного органа (например, вес вышки агрегата при укладке ее в транспортное положение), применяют тормозные клапаны. Их устанавливают на выходе из гидроцилиндра. Управляются они давлением в подводящей линии.

Помимо описанных, в различных отраслях применяют клапаны раз­личного назначения, обеспечивающие постоянство давления в полостях цилиндров, запирания их полостей во время аварийного отключения и т.п.

Надежная работа клапанов может быть обеспечена при соблюдении требований к фильтрации масла и исключению возможностей попадания воздуха в его полости.