Гидравлика и гидропривод

выполняют роль чувствительного элемента в регуляторах непря* мого действия с золотниковым гидроусилителем, которые при­ меняются в следящих системах (см. 16.3).

Конструктивно дросселирующий распределитель практически не отличается от золотникового (см. рис. 12.3) с той лишь разницей, что золотник в гильзе не фиксируется и может зани­ мать в ней любое положение. Характерная особенность распре­ делителя— неполное перекрытие окон гильзы поясками золот­ ника в нейтральном положении, что исключает облитерацию жидкости в щелях и повышает чувствительность управления. Дросселирование потока происходит за счет частичного пере­ крытия окон гильзы поясками золотника так же, как при работе регулятора расхода.

Дросселирующие распределители на схемах изображают аналогично распределителям дискретного действия, но с двумя дополнительными параллельными линиями у длинных сторон прямоугольника, обозначающими бесконечное множество проме­ жуточных рабочих положений запорно-регулирующего элемента.

12.4.4. Синхронизаторы расходов

Синхронизаторы расходов разделяются на с у м м а т о р ы и д е л и т е л и потока (см. прил. 6). Причем в схемах гидропри­ вода широко распространены последние. Делители предназначе­ ны для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в нескольких параллельных потоках. Чаще всего воз­ никает необходимость разделить расход жидкости, поступающий к двум гидродвигателям, на две равные части. Например, от одного насоса осуществляется подвод жидкости к двум гидро­ моторам, приводящим в движение гусеничный ход машины (каждый двигатель передает движение отдельной гусенице). В этом случае для прямолинейного поступательного движения машины необходимо, чтобы в каждый гидромотор, независимо от нагрузки, поступал одинаковый расход рабочей жидкости. Аналогичная ситуация возникает при подаче жидкости в два гидроцилиндра (например, в механизме подачи проходческого

комбайна).

Существует большое разнообразие конструкций синхрониза­ торов потока ,[ 10, 11] . Рассмотрим возможную схему подключе­ ния делителя потока к гидроцилиндрам (рис. 12.12). Жидкость с давлением р и расходом Q, подводимая в канал /, поступает

параллельно включенных трубопроводах (см. 6.4.2), т. е. PgaiQi2=zpga2Q22- При равенстве сопротивлений параллельных

Рис. 12.12. Схема подключения дели­

теля потока к гидроцилиндрам

участков fli=a2 расходы в них QI = Q2=Q /2 (сопротивления и а2 выравнивают подбором дроссельных шайб, устанавли­

вое давление (Pi + pgfliQi2=P2+pi№ Q22). и он, находясь в рав­ новесном состоянии, располагается симметрично оси канала /.

При увеличении усилия на штоке одного из цилиндров, на­ пример 3, давление в этом гидроцилиндре увеличится на вели­ чину Ар, что приведет к неравенству давления на торцах пор­ шенька 2, т. е. pi + Ap + pgdiQi2>P2+pgaiQ22. Вследствие этого поршенек переместится в направлении гидроцилиндра 6, дрос­

поршенька 2 и Qj = Q2, т. к. pi + Ap+pgaiQi2= p 2+ Apa+pga2Q22- При выравнивании усилий на штоках гидроцилиндров (Др=0) поршенек возвратится в исходное положение, и Дрп=0, a Qi =

= Q2-

Недостаток рассмотренного делителя — необходимость из­ готовления его элементов с очень высокой точностью. В част­ ности, поршенек 2 должен быть строго симметричным относи­ тельно оси входа /.

Если в схемах гидропривода необходимо поддерживать за­ данное соотношение расходов рабочей жидкости в нескольких параллельных потоках при их слиянии, то применяют суммато­ ры потока.

12.5. Монтаж гидроаппаратов

Существует несколько способов подключения аппаратов к гид­ ролиниям и соединения их между собой: резьбовое, стыковочное и модульное. Способ соединения определяет конструкцию кор­ пуса аппарата и его внешний вид. Один и тот же аппарат, пред­ назначенный для разных способов соединения, имеет разную форму.

Резьбовое соединение является наиболее простым и осуще­ ствляется с помощью патрубков, уголков, тройников и т. д. При этом конструктивно гидропривод получается громоздким, слож­ ным в монтаже, неэстетичным.

Стыковочное соединение осуществляется за счет прижатия гидроаппарата к плоскости разъема или размещения его в спе­ циальном гнезде того или иного корпуса. При этом возможна быстрая замена аппарата, уменьшаются утечки жидкости, сни­ жается шум, улучшается внешний вид гидропривода. Однако данный способ требует специальных устройств с гнездами для размещения аппаратов или плит, на которых монтируются ап­ параты. Стыковочные присоединения имеют, например, гидро­ блоки крепей [8, 12].

Аппараты модульного монтажа, в отличие от стыковочного присоединения, имеют две стыковочные поверхности с одинако­ выми координатами и размерами присоединительных отверстий. Эти поверхности расположены сверху и снизу корпуса, что позволяет устанавливать аппараты один на другой — получа­ ется пакет аппаратов. Число трубопроводов при этом сокраща­ ется до минимума. Недостатки соединения —необходимость уплотнения больших поверхностей разъема и выполнения сквоз­ ных отверстий по максимальному расходу.

При проектировании гидропривода следует выбирать опти­ мальный вариант монтажа. Очевидно, что при монтаже одиноч­ ных гидроаппаратов наиболее рационально резьбовое присое­ динение, при монтаже нескольких аппаратов —стыковочное. Модульный монтаж рекомендуется при наличии большого числа гидроаппаратов.

12.6.Вспомогательные устройства и гидролинии

Квспомогательным устройствам гидропривода условно относят кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и измеритель­

ную аппаратуру.

12.6.1. Кондиционеры

Кондиционеры предназначены для получения необходимых ка­ чественных показателей рабочей жидкости. К ним относят гид­ роочистители и теплообменные аппараты.

Г и д р о о ч и с т и т е л и служат для очистки рабочей жидко­ сти от твердых частиц. Твердые частицы ухудшают смазку тру­ щихся поверхностей, приводя к интенсивному их износу и закли­ ниванию, засоряют проходные отверстия гидроаппаратов, спо­ собствуют окислению и разрушению масел, поэтому от чистоты рабочей жидкости зависит срок службы и надежность работы

гидропривода.

Жидкость загрязняется как за счет попадания в нее твердых частиц извне, так и за счет продуктов разрушения и износа трущихся поверхностей. В гидроприводах горных машин и кре­

пей основными Внешними источниками загрязнения жидкости являются измельченная горная масса и рудничная пыль. Так как загрязнение жидкости в процессе работы происходит непре­ рывно, для очистки необходимы постоянно действующие очи­

стители.

Очистка жидкости от твердых частиц может осуществляться либо в силовом поле (сепараторами), либо в пористом материа­

ле (фильтрами).

Очистка в силовом поле (центробежном, гравитационном, магнитном и т. п.) происходит за счет разного силового взаи­ модействия твердых частиц и жидкости с полем, в результате чего они движутся в очистителе по разным траекториям, что позволяет выводить твердые частицы из потока жидкости.

Очистка жидкости от твердых частиц в центробежных и гра­ витационных очистителях тем эффективнее, чем больше разме­ ры частиц и разница в плотности частиц и рабочей жидкости. Такие очистители широко применяют в пневмоприводе (см. 15.1).

Магнитные очистители эффективно задерживают ферромаг­ нитные и сцепленные с ними немагнитные частицы очень малых размеров (0,5 мкм и меньше), которые другими очистителями обычно не задерживаются. Источниками магнитного поля, как правило, служат постоянные магниты из спецсплавов. Магнит­ ный очиститель обычно выполняют в одном корпусе с пористым.

Гидроочистители из пористого материала (фильтры) могут задерживать твердые частицы любых физических свойств, но определенной крупности. В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки и пластинки, ткань, войлок, бумага, керамика, и т. д. Чем меньше поры, тем лучше очистка жидкости, однако, с уменьшением пор увеличивается сопротив­ ление фильтра, и уменьшается его пропускная способность, фильтрующий материал должен также обладать достаточной механической прочностью, иначе, разрушаясь, он будет загряз­

частиц, задерживаемых фильтром. По степени очистки условно различают фильтры г р у б о й ( d > 0,1 мм), н о р м а л ь н о й (dj^sO.Ol мм) и т о н к о й (d ^ s0,005 мм) очистки.

Для грубой очистки применяются сетчатые и пластинчатые фильтры. Пластинчатый фильтр (рис. 12.13) состоит из корпуса 3 и крышки 1. В крышке на оси 4 гайкой 5 закреплен фильтрую­ щий пакет из пластин 2 с прокладками. На стойке 7 закреплен пакет скребков 8, состоящий из пластин, входящих в щели меж­ ду пластинами фильтра. При повороте фильтрующего пакета вместе с осью 4 неподвижно закрепленные скребки 8 очищают кольцевые щели между пластинами фильтрующего пакета. Снятая грязь удаляется из корпуса фильтра через отверстие,

А -А

7

Рис. 12.13. Пластинчатый

фильтр

закрытое пробкой 6. Условное обозначение фильтра на гидрав*

во всасывающую линию насоса. При этом весь гидропривод работает на очищенной жидкости, а фильтр находится под ма­ лым давлением. Так как фильтр значительно увеличивает сопро­ тивление всасывающей линии, может возникнуть кавитация, поэтому применяют только фильтры грубой очистки (приемные). Данная схема включения используется, как правило, в погруж­ ных насосах;

в напорную линию после насоса. При этом только насос ра­ ботает на неочищенной жидкости. Сам фильтр должен быть рассчитан на высокое давление, но дополнительно, для защиты его от высокого давления, перед ним устанавливают предохра­ нительный клапан, который срабатывает при засорении фильт­ ра. Эта схема используется для очистки жидкости, подаваемой подпиточным насосом;

в сливную линию (обычно в гидробаке). При этом сам фильтр работает под малым давлением, а перепад давления на нем допускается значительный (при загрязнении). Однако, в данном случае непосредственная очистка жидкости в гидропри­

воде отсутствует. Схема применяется при хорошей герметиза­

ции жидкости от окружающей среды.

Возможны комбинации из рассмотренных схем, а при рас­ ходах, превышающих пропускную способность одного фильтра, применяют параллельное включение нескольких фильтров.

Т е п л о о б м е н н ы е а п п а р а т ы — нагреватели и охлади­ тели (см. прил. б) применяются для поддержания нормальной температуры рабочей жидкости и устанавливаются, как правило, в гидробаках. Иногда в баке устанавливают сразу оба аппара­ та. Например, в схеме маслоснабжения турбокомпрессора на­ греватель (электрический) включается в зимнее время только перед пуском компрессора. При нормальной работе компрессора включается охладитель (водяной). Охладитель, как правило, выполняют в виде змеевика, по которому протекает рабочая жидкость. Змеевик охлаждается потоком воздуха от вентилято­ ра, либо жидкостью более холодной, чем рабочая (в шахтных условиях — водой из системы орошения). Нагреватель передает тепло рабочей жидкости от змеевика, по которому протекает теплоноситель. В нагревателях часто используют электрические нагревательные элементы.

12-6.2. Гидроемкости

К гидроемкостям относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидробак (см. прил. 6) предназначен для питания гидропри­ вода рабочей жидкостью. Его размеры должны быть такими, чтобы жидкость, циркулирующая в гидроприводе, успевала отстояться и отдать избыток тепла в окружающую среду. Для этого объем бака принимают равным двух— трехминутной, подаче насоса. Обычно бак выполняют сварным со съемной верхней крышкой, в которой имеется отверстие с пробкой и сетчатым съемным фильтром для заливки жидкости. В баке установлена перегородка, отделяющая линию слива от всасы­ вающей линии и предназначенная для успокоения жидкости и улучщения условий ее отстоя от частиц. Конец всасывающего трубопровода располагают в нижней части бака на небольшом удалении от дна. При этом возможна работа насоса с некото­ рым подпором и исключено засасывание осевших на дно твер­ дых частиц. Сливная линия подведена обычно на высоте, рав­ ной 1/3 высоты бака от дна, а ось ее трубопровода расположена параллельно дну. При этом уменьшается вероятность вспенива­ ния жидкости и взмучивания осевших на дно частиц.

Вбаках устанавливают фильтры и теплообменные аппараты,

атакже устройство для контроля уровня жидкости, которое вы­ полнено в виде смотрового стекла или поплавка. Для смены рабочей жидкости и слива отстоя бак снабжается спускным отверстием с пробкой,

Рис. 12.14. Гидроаккумулятор пневматиче­

ский

5 4 3

Если уровень жидкости в баке в процессе работы гидропри­ вода колеблется в значительных пределах, то на верхней крыш­ ке устанавливают обратные клапаны для пропуска воздуха. Часто вместо обратных клапанов устанавливают пробку с от­ верстием для прохода воздуха (сапун).

Гидроаккумулятор предназначен для аккумулирования энер­ гии рабочей жидкости в случаях эпизодической работы насоса, неравномерной подачи насоса, неравномерного расхода в гид­ роприводе.

Первый случай характерен для гидравлических тормозов подъемных машин и лебедок. За счет применения гидроаккуму­ ляторов в тормозных системах значительно повышается надеж­ ность работы подъемно-транспортных установок. Неравномер­ ность расхода в гидроприводе чаще всего возникает при неодно­

рабочей жидкостью. Диафрагма 3 изолирует жидкость от газа, который может растворяться в ней. Штуйер 5 предназначен для подключения аккумулятора к гидролинии, штуцер 1—для подзарядки аккумулятора газом. Металлическая шайба 4 пре­ дохраняет резиновую диафрагму 3 от продавливания газом при полной разрядке аккумулятора.

12.6.3. Гидролинии

Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости в процессе работы гидропривода. В общем случае гидролиния состоит из всасывающей, напорной и сливной линий. Кроме того, в гидроприводе часто имеются гидролинии управления и дренажная.

Всасывающая линия служит для подведения рабочей жид­ кости к насосу из бака, от распределителя или непосредственно

от гидродвигателя.

Часть линии, по которой рабочая жидкость движется от на­ соса, гидроаккумулятора или гидромагистрали к гидродвигате­

лю, называется напорной.

Сливная линия предназначена для слива рабочей жидкости в бак. В системах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости этот участок линии отсутствует.

Гидролиния, по которой отводятся утечки рабочей жидкости, называется дренажной.

Гидролиния управления предназначена для подвода жидко­ сти к гидроаппаратам гидропривода (предохранительным и переливным клапанам и т. д.).

Все гидролинии могут выполняться из жестких металличес­ ких труб стальных бесшовных холоднодеформированных и горячедеформированных с неподвижными или подвижными сое­ динениями или из гибких рукавов-шлангов из резины с метал­ лической или нитяной оплетками [10, 12]. Применение медных труб нежелательно, так как в них происходит старение масла. Трубы чаще всего соединяют с помощью специальных муфт с резиновыми уплотнениями, муфт-угольников, тройников и т. д.

11\ 1а гидравлических схемах всасывающая, напорная и слив­ ная гидролинии показываются толстыми сплошными линиями, линии управления — сплошными тонкими, дренажные — тонким пунктиром.

Вопросы для самопроверки

1. Чем отличаются регуляторы прямого и непрямого действия?

2.Чем отличаются крановые и золотниковые запорно-регулирующие элементы?

3.Перечислите способы предотвращения облитерации в золотниковых распределителях.

4.Приведите графическое условное обозначение четырехлинейного трехпозиционного распределителя с ручным, гидравлическим и электрическим управлением.

5. Что общего между предохранительными и обратными клапанами, в чем их отличие?

6. В чем заключаются отличия логических клапанов «И» и «ИЛИ»?

7.Чем отличаются гидрозамки одностороннего и двустороннего дей­ ствия? Приведите их условные графические обозначения.

8.Перечислите требования, предъявляемые к предохранительным кла*

панам.

9.Приведите условные графические обозначения предохранительного, переливного и редукционного клапанов.

10.Перечислите типы наиболее распространенных дросселей.

13. Проанализируйте преимущества н недостатки мест установки фильт­ ров в гидравлических схемах приводов.

J4. Какие элементы гидропривода монтируются в гидробаке в общем случае?

15. Проведите сравнительный анализ грузовых, пружинных и пневма­ тических гидроаккумуляторов.

13.ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

13.1.Системы циркуляции рабочей жидкости

Гидроприводы могут быть с разомкнутым и замкнутым потоком рабочей жидкости.

При разомкнутой циркуляции (см. рис. 10.2) насос 2 засасы­ вает жидкость из бака 7 и подает ее в гидроцилиндр 5, откуда отработавшая жидкость сливается снова в бак. Здесь, в гидро­ баке, размыкается поток жидкости. В случае чрезмерных дав­ лений срабатывает предохранительный клапан 8, и жидкость из напорной линии 3 сбрасывается в тот же бак.

При замкнутом потоке (см. рис. 10.3, а) насос и гидродвига­ тель включены в кольцевую гидролинию, в которой жидкость может циркулировать в любом направлении. Отработавшая жидкость из гидродвигателя поступает непосредственно в насос. Часто для компенсации возможных утечек в кольцевую гидро­ линию под определенным давлением подается специальным подпиточным насосом рабочая жидкость.

Каждая система циркуляции имеет свои преимущества и не­ достатки. Преимущества разомкнутой циркуляции — простота, удобство наблюдения за состоянием рабочей жидкости, хорошие условия ее охлаждения и отстоя. Недостатки: давление при всасывании обычно меньше атмосферного, что ограничивает применение быстроходных насосов вследствие возможной кави­ тации; большие габариты установки; вакуум во всасывающей линии являются причиной проникновения воздуха в гидросисте­ му, что ухудшает работу гидропривода (нарушается плавность движения рабочих органов машин, уменьшается подача насоса, возникает вибрация, интенсивно окисляется рабочая жидкость).

Преимущества замкнутой циркуляции: давление при всасы­ вании значительно больше атмосферного, что исключает кавита­ цию и позволяет применять более быстроходные и, следователь­ но, малогабаритные насосы; исключено попадание воздуха в гидросистему; направление потока в кольцевой гидролинии мо­ жет быть любым. Недостатки: при наличии подпиточного насо­ са система сложнее, чем разомкнутая; плохие условия охлажде­ ния и очистки рабочей жидкости, а также контроля за ее состоянием.