книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

Этот гидрозамок состоит из двух обратных клапанов 1 и 3, поршня с двумя толкателями 3 и элементов центрирования. При подводе прямого потока к одному из клапанов он работает как обратный, а другой выполняет функции клапанного распределителя с гидравлическим управлением. Элементы центрирования служат для фиксирования управляющего поршня 2 в нейтральном положении или для установки обратных клапанов 1 и 3 в нормальное (исходное) положение.

Гидрозамки применяются для блокировки исполнительных гидродвигателей при внезапном отказе приводящего двигателя, аварийном выключении насоса или разгерметизации напорного трубопровода. С их помощью обеспечивается запирание находящихся под давлением участков гидросистемы, а также блокирование от перемещения гидравлически запертых гидродвигателей.

Разновидностью гидравлически управляемых обратных клапанов являются клапаны наполнения, применяемые для бескавитационного заполнения полостей гидроцилиндров больших размеров, например в гидроприводах прессов. Они используются для запирания основной гидросистемы, находящейся под давлением, при возвратном движении поршня гидроцилиндра. На рис. 20 показан клапан наполнения и схема его работы с гидроцилиндром пресса.

Клапан наполнения состоит из декомпрессора 1 и основного конического клапана 2, которые удерживаются прижатыми к седлу пружиной 3. Пружина 4 воздействует на управляющий поршень 5, возвращая его в исходное положение при отсутствии давления в гидролинии управления X .

Рабочая жидкость в гидробаке 6, расположенном выше клапана, создает подпор в гидролинии A, соединенной с гидробаком. Гидролиния B соединена с поршневой полостью 7 прессующего цилиндра

содносторонним штоком. Падение давления в штоковой полости 8 приводит к движению поршня вниз под действием собственного веса

смалой скоростью. В поршневой полости 7 и гидролинии B создается вакуум, конический клапан 2 открывается. Происходит наполнение рабочей жидкостью поршневой полости 7 из бака 6 через кла-

91

пан наполнения и из гидросистемы по гидролинии p1. Высоким дав-

лением при совершении рабочего хода прессующего поршня 9 вниз клапан 2 закрывается, разъединяя поршневую полость гидроцилиндра и бак.

6

A

X

7

B

p1

8

p2

9

Рис. 20. Клапан наполнения с декомпрессором

После совершения рабочего хода прессующий поршень 9 поднимается вверх. В штоковую полость 8 по гидролинии p2 и в гидро-

линию управления X поступает рабочая жидкость под давлением. В результате сначала открывается декомпрессор 1, а затем основной клапан 2. Рабочая жидкость из поршневой полости 7 гидроцилиндра вытесняется в бак 6. Прессующий поршень 9 возвращается в исходное положение.

92

2.1.4. Клапаны выдержки времени

Клапаны выдержки времени предназначены для пуска или остановки потока рабочей жидкости в одной или нескольких гидролиниях через заданный промежуток времени после подачи управляющего сигнала или для осуществления выдержки времени между двумя следующими одно за другим движениями исполнительных гидродвига-

телей [6, 17].

Работа клапанов основана на получении заданного интервала времени в результате движения, например, поршня гидроцилиндра на конечном участке пути. Этот интервал времени может регулироваться изменением скорости движения или перемещения поршня.

Одна из конструктивных схем клапана выдержки времени представлена на рис. 21. Золотник-распределитель 3 помещен в корпус 4. В исходном положении под действием пружины 5 золотник 3 находится на упоре, расположенном в полости Р1, соединенной с гидро-

93

При подаче управляющего сигнала V запорно-регулирующий элемент распределителя 1 перемещается в позицию a, обеспечивая соединение полости Р1 клапана с давлением управления. При этом

скорость передвижения золотника определяется регулируемым дросселем 2, через который проходит поток управления, и выбором или настройкой пружины 5. При снятии сигнала управления ЗРЭ распределителя 1 возвращается в позицию b, полость Р1 клапана соединя-

ется со сливом. Золотник 3 под действием пружины 5 возвращается в начальное положение.

Время срабатывания обычно не превышает 300 с [6]. Минимальное значение этого времени составляет 0,5...1,0 с. Точность выдержки времени небольшая, примерно 15...20 %. Это объясняется

тем, что расход дросселя зависит от температуры рабочей жидкости, а перепад давления – от сжатия пружины. Кроме того, на скорость золотника влияют утечки, силы трения и упругие свойства рабочей жидкости.

Повышение точности и расширение диапазона выдержки времени достигается заменой дросселя 2 регулятором расхода, стабилизирующим расход потока управления к клапану.

2.1.5. Клапаны последовательности

Клапаны последовательности предназначены для пуска или остановки потока рабочей жидкости при достижении заданного давления в этом потоке или в другом потоке. Клапан содержит цилиндрический золотниковый распределитель на упоре в корпусе и возвратную пружину. Конструктивная схема клапана и его условное изображение представлены на рис. 22 [6, 17].

Если давление p1 в подводимом потоке меньше, чем давление настройки пружины, то золотник находится на упоре и перекрывает исполнительную гидролинию p2. При увеличении давления золотник преодолевает усилие пружины и открывает проход рабочей жидкости в исполнительную гидролинию p2. Давление, при котором

94

золотник пропускает рабочую жидкость, определяется жесткостью и предварительной затяжкой пружины, а также диаметром золотника.

p1

паном, установленным между подводящей p1 и исполнительной p2

гидролиниями. При такой конструкции обеспечивается сброс давления в исполнительной гидролинии при уменьшении его в подводящей линии. Для уменьшения скорости перемещения золотника и придания демпфирующих свойств при резком изменении давления между подводящей гидролинией p1 и торцовой непружинной поло-

стью золотника устанавливается постоянный дроссель.

С помощью клапана последовательности можно, например, обеспечить начало действия второго гидроцилиндра после того, как шток первого цилиндра дойдет до упора и давление гидросистеме превысит давление настройки клапана последовательности.

Гидравлическая схема клапана последовательности используется в конструкции реле давления с электрическим выходом. В таком устройстве при достижении заданного давления замыкаются контакты, а на выходе аппарата появляется электрический сигнал.

95

2.2. Регулирующие гидроаппараты

Регулирующие гидроаппараты предназначены для изменения давления, расхода и направления потока рабочей жидкости путем частичного открытия рабочего проходного сечения. К регулирующим аппаратам относятся клапаны давления, гидроаппараты управления расходом и дросселирующие гидрораспределители

(см. рис. 1).

2.2.1. Клапаны давления

Клапаны давления предназначены для поддержания, регулирования или ограничения давления рабочей жидкости в отдельных частях гидросистемы. Они предохраняют гидросистему от перегрузок, обеспечивают заданное постоянное или переменное давление в определенных гидролиниях и поддерживают перепад давления в гидроаппаратах путем постоянного или периодического перелива рабочей жидкости. К ним относятся напорные и редукционные клапаны, а также клапаны разности и соотношения давлений.

Напорные клапаны предназначены для ограничения давления в подводимом к ним потоке рабочей жидкости. В зависимости от функционального назначения они делятся на предохранительные

ипереливные клапаны. Воздействие потока на запорно-регулирую- щий элемент клапана определяет конструкцию клапана прямого или непрямого действия.

Предохранительные клапаны обеспечивают защиту гидросистемы от превышения установленного давления, величина которого настраивается с помощью регулировочного винта и зависит от усилия сжатия пружины. Предохранительный клапан относится к клапанам эпизодического действия. В исходном положении он всегда закрыт, но открывается при увеличении давления на входе выше заданного

инаправляет поток жидкости в сливную гидролинию или гидробак. Он служит для предохранения гидропривода объемного регулирования от давления, превышающего установленное значение, а также используется для разгрузки насоса постоянного расхода при нерабо-

96

тающих (остановленных) гидродвигателях путем непрерывного слива рабочей жидкости в линию низкого давления.

Напорный клапан работает в режиме переливного, если он предназначен для поддержания постоянного давления на выходе из нерегулируемого насоса привода дроссельного регулирования.

В гидроаппаратах прямого действия рабочее проходное сечение изменяется в результате непосредственного воздействия потока жидкости на запорно-регулирующий элемент, по виду которого различают клапаны с шариковым, коническим и золотниковым ЗРЭ

(рис. 23).

Рис. 23. Конструктивные схемы и условное обозначение напорного клапана прямого действия: а – с шариковым ЗРЭ; б – с коническим ЗРЭ; в – с золотниковым ЗРЭ

На рис. 24 показана конструктивная схема предохранительного клапана прямого действия ввертного монтажа.

Клапан ввертывается в корпус или блок управления 4. Он состоит из втулки 2, пружины 3, механизма настройки 1, а также ЗРЭ

сдемпфирующим поршнем 6 и седлом 8.

Воткрытом положении на ЗРЭ дополнительно действует сила, обусловленная его перемещением и сжатием пружины, а также гидродинамические силы. Поскольку при увеличении перемещения ЗРЭ

97

Жидкость пропускается клапаном на слив с сохранением давления, установленного натяжением пружины. С ростом расхода клапана на слив будет увеличиваться смещение ЗРЭ, и, следовательно, давление в защищаемой гидролинии до давления, соответствующего максимальному расходу. Изменение давления объясняется деформацией пружины и зависит от ее жесткости. Ход ЗРЭ ограничен отбортовкой в демпфирующей расточке 7.

98

В открытом положении на ЗРЭ дополнительно действует сила, обусловленная его перемещением и сжатием пружины, а также гидродинамические силы.

Для очень малых расходов (q ≤ 0,5...1,0 л/с) зависимость давле-

ния от расхода имеет гистерезис, так как площади, на которые действует давление в момент открывания и закрывания клапана, различны при одинаковом усилии пружины. Разницу давлений в момент открывания и закрывания клапана можно уменьшить путем сокращения площади опорного пояска. При этом необходимо учитывать ограничения, обусловленные ростом напряжений в месте контакта ЗРЭ с седлом клапана и снижением герметичности этого соединения. Учет механических и гидравлических сил трения увеличивает различие характеристик при открывании и закрывании.

Статические характеристики напорного клапана прямого действия при разных давлениях настройки в координатах p −q показаны

на рис. 25, а.

Рис. 25. Статические и предельные характеристики напорного клапана прямого действия

99

Характеристики имеет существенную неравномерность по давлению ∆p, возрастающую с уменьшением давления настройки.

Уменьшить величину ∆p можно за счет снижения жесткости пружи-

ны с одновременным увеличением ее предварительной затяжки.

На рис. 25, б представлены предельные характеристики напорного клапана прямого действия.

Верхняя предельная характеристика 1 зависит от усилия пружины и активной площади запорно-регулирующего элемента. Установленное давление p мало изменяется с ростом расхода. Повышенный

расход требует большего проходного сечения и, следовательно, больших усилий пружины, что обеспечивается ее ручной настройкой.

Нижняя предельная характеристика 2 достигается, когда ЗРЭ максимально открыт, а усилие пружины равно нулю. Давление p

соответствует дроссельной характеристике при неизменной площади проходного сечения.

Для уменьшения скорости потока и, следовательно, снижения потерь давления в гидросистемах максимальный расход qmax ограничи-

вается в зависимости от диаметра условного прохода клапана [3]. Напорные клапаны прямого действия просты, надежны, дешевы

и обладают высоким быстродействием. Однако для больших расходов и давлений они неприменимы, так как требуются пружины большей жесткости. При этом возрастают габариты аппарата. Сложно обеспечить допустимую неравномерность давления. Поэтому такие напорные клапаны используются как предохранительные в гидросистемах низкого давления и как вспомогательные в гидроаппаратах непрямого действия.

Для работы в режиме как предохранительного, так и переливного применяется напорный клапан непрямого действия.

Напорный клапан непрямого действия состоит из основного за- порно-регулирующего элемента (золотника) 2, управляемого вспомогательным запорно-регулирующим элементом (пилотом) 5, регулировочного винта 7, пружин 4 и 6, демпфера 1 и жиклера 3. Конст-

100