книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

10. В зависимости от настройки пружины 13 поддерживается определенное давление в канале 7 и пружинной камере 14. Это давление удерживает плунжер 3 в открытом положении. Если давление pA

достигнет установленной пружиной 13 величины, шарик 11 отходит от своего седла.

Рис. 33. Редукционный клапан непрямого действия (Rexroth)

Поток управления из линии A (выходного отверстия) через демпфер 1 и канал 7 поступает в пилот. За счет падения давления в отверстиях создается перепад давления на основном плунжере, и он поднимается, сжимая пружину. Требуемое редуцированное давление достигается в результате равновесия между давлением в линии A давлением настройки пружины 13. Поток управления от вспомогательного клапана из пружинной полости 12 отводится на слив через канал 15 и линию управления Y.

В конструкции клапана предусмотрены две работающие одновременно цепи управления. Первая служит для компенсации неста-

111

бильности при малых расходах. Она начинается в линии A и обеспечивает питание системы управления через демпфер 1, канал 6. Шарик 9 и отверстие 10. Вторая цепь управления предназначена для исключения эффекта запирания основного плунжера при больших расходах. Она тоже начинается в линии A и соединяется с пилотом через демпфер 4 и канал 7.

При очень больших скоростях потока перепад давления в отверстии 1 выше, чем в отверстии 4. Для исключения перетока жидкости из второй цепи управления в первую служит обратный клапан 9.

Дополнительный обратный клапан 16 предназначен для свободного пропускания потока из линии A в линию B, а отверстие 2 – для подключения манометра и измерения редуцированного давления в линии A.

Наклон статических характеристик редукционного клапана непрямого действия существенно меньше, чем у клапана прямого действия, вследствие меньшего изменения усилия пружины при перемещении основного ЗРЭ.

Клапаны разности давлений предназначены для поддержания постоянной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Конструктивная схема и условное обозначение четырехлинейного клапана прямого действия, предназначенного для поддержания постоянной заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости, приведены на рис. 34.

112

В корпусе 1 помещен золотник 2, поджатый силовой пружиной 3 и регулировочным винтом 4, расположенным в крышке 5. Торцо-

гидролиниями p3 и p4 соответственно, которые перекрыты. Перепад давления на торцах золотника ∆p = p1 − p2 и, следовательно,

в подводящей и отводящей гидролиниях, настраивается с помощью регулировочного винта 4, воздействующего на пружину 3. При работе клапана образуется кольцевой зазор, обеспечивающий требуемый перепад давления ∆p, который определяется предварительным сжа-

тием пружины и может изменяться в зависимости от положения золотника 2. Увеличение расхода клапана приведет к росту погрешности поддержания заданного перепада давления [6].

Если клапан должен поддерживать постоянной разность давлений ∆p = p1 − p4 , то перекрывается гидролиния, соединяющая полос-

ти p2 и p4. Если клапан поддерживает постоянной разность давлений ∆p = p3 − p2 , то перекрывается гидролиния, соединяющая по-

лости p1 и p3.

Клапаны разности давлений могут использоваться в качестве предохранительных, переливных или клапанов последовательности при соответствующей коммутации гидролиний [15].

Клапаны соотношения давлений предназначены для поддер-

жания постоянного соотношения давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости, или одним из них и каким-либо другим. Конструктивная схема и условное обозначение клапанов показаны на рис. 35.

Цилиндрический золотник 2 помещен в корпус 3 и образует с ним однощелевой зазор x. На один из торцов золотника воздействует плунжер 1, перемещающийся под давлением рабочей жидкости из подводящей гидролинии p1. К другому торцу золотника жидкость по-

ступает из отводящей гидролинии p2.

113

в диаметрах золотника и плунжера. Изменение давления в одной из гидролиний приводит к перемещению золотника 2, и соотношение перепада давлений восстанавливается. Соотношение давлений не регулируется и для одного конструктивного исполнения клапана остается постоянным.

2.2.2. Аппараты управления расходом

Дроссели предназначены для создания сопротивления потоку рабочей жидкости на определенных участках гидролиний и играют роль постоянных или регулируемых гидравлических сопротивлений. Они используются для изменения расхода жидкости, обеспечения перепада давлений и демпфирования колебательных процессов в гидросистеме. Дросселирование сопровождается рассеянием (превращением в тепло) энергии потока рабочей жидкости с потерями по длине, на местных сопротивлениях или комплексно.

К дросселям предъявляются следующие основные требования: отсутствие облитерационных явлений в рабочих щелях и зазорах, стабильность расходной характеристики при изменении температуры рабочей жидкости.

Различают дроссели нерегулируемые и регулируемые. Нерегулируемые дроссели имеют постоянное проходное сечение. Они слу-

114

жат для ограничения расхода рабочей жидкости в гидролинии или создания необходимого перепада давления. Регулируемыми дросселями обеспечивается изменение расхода рабочей жидкости. В дроссельном регулируемом гидроприводе посредством такого дросселя изменяется скорость выходного элемента гидродвигателя.

Расход дросселя связан с перепадом давления зависимостью

ние на входе дросселя, p2 – давление на выходе дросселя); n – показатель степени, n =1,0...0,5.

При n =1,0 расход дросселя прямо пропорционален перепаду

ратичным.

По принципу действия различают квадратичные турбулентные, линейные ламинарные и линейные турбулентные дроссели.

Квадратичный турбулентный дроссель характерен тем, что перепад давления в нем определяется в основном деформацией потока жидкости и вихреобразованием, а расход дросселя связан с перепадом давления квадратичной зависимостью

дросселя.

На рис. 36 показаны схемы конструктивного исполнения нере-

115

отверстия могут быть острыми или иметь с одной стороны фаску. Втулка представляет собой также круглую пластину, толщина которой в несколько раз больше диаметра отверстия.

Рис. 36. Примеры конструктивного исполнения нерегулируемого квадратичного дросселя

Коэффициент расхода квадратичного дросселя практически не зависит от температуры рабочей жидкости, а определяется числом Рейнольдса. При больших значениях числа Рейнольдса он становится почти постоянным и составляет µдр = 0,62 [2]. Для уменьшения

влияния облитерации отверстие в шайбе рекомендуется выполнять круглым, что приводит к минимизации отношения периметра отверстия и его площади. Рекомендуемая длина шайбы lш = (0,2...0,5) dо.

Потери давления в основном зависят от потерь в местных сопротивлениях и складываются из потерь на сжатие и на расширение потока рабочей жидкости. Коэффициенты сопротивления при внезапном расширении и сужении потока принимаются соответственно ζв.р =1,0 и ζв.с = 0,5. Потери на трение малы и ими пренебрегают.

Для обеспечения большого постоянного перепада давления, при котором отверстие становится настолько малым, что возникает возможность возникновения облитерации, применяется комплект шайб. Расстояние h между шайбами выбирают равным (3...5) dо. Толщина

шайб lш = (0,5...1,0) dо. Оси отверстий шайб смещают относительно друг друга с целью стабилизации потерь давления. Такой дроссель

116

имеет очень высокую стабильность расходной характеристики и не склонен к облитерации.

Большую группу дросселей, расходно-перепадная характеристика которых близка к квадратичной, составляют регулируемые дроссели игольчатого, паковочного и щелевого типа с поворотным или поступательным движением запорно-регулирующего элемента

(рис. 37).

а

б

в г

Рис. 37. Регулируемые дроссели: а – игольчатого типа; б – паковочного типа с поворотным движением; в, г – щелевого типа с поступательным движением ЗРЭ

Игольчатые дроссели в зависимости от конструкции ЗРЭ и формы отверстия имеют неодинаковую чувствительность и стабильность. Форма дроссельного зазора весьма невыгодна в отношении облитерации.

117

Дроссели паковочного типа имеют удовлетворительную стабильность расходной характеристики и чувствительность, но сложны конструктивно и технологически.

Щелевые дроссели получили наибольшее применение в гидроприводах вследствие высокой чувствительности и стабильности расходной характеристики, широкого диапазона изменения расхода и давления, простоты конструкции и технологичности изготовления.

Линейный турбулентный дроссель применяется тогда, когда необходимо иметь линейную связь между расходом и перепадом давления, а также малое влияние температуры на расход жидкости. Режим движения жидкости в дросселе близок к турбулентному. Линейность расходно-перепадной характеристики дросселя достигается путем применения дроссельного окна специальной формы или упругого элемента переменной жесткости [6, 17]. Пример конструктивной схемы линейного турбулентного дросселя представлен на рис. 38.

Рис. 38. Пример конструктивной схемы линейного турбулентного дросселя

Дроссель этого конструктивного исполнения состоит из корпуса 1, золотника 3 и пружины 2. Во втулке выполнено окно 6 особого профиля, которое образует с цилиндрической кромкой золотника проходное сечение дросселя шириной x. Рабочая жидкость подводится по гидролинии 5 и воздействует на торцовую поверхность золотника 3. Отводится жидкость по гидролинии 4, связанной гидравлически с пружинной полостью золотника. Принцип действия дросселя основан на автоматическом изменении площади проходного

118

сечения при изменении перепада давления. Сечение обеспечивает турбулентный режим движения жидкости, а следовательно, независимость расхода от температуры.

Функцию упругого нелинейного элемента может выполнять мембрана с круглым отверстием в центре, частично прикрытым конусной иглой [17]. Мембрана и игла жестко закрепляются в корпусе. При изменении перепада давления между входом и выходом гидроаппарата мембрана деформируется, автоматически изменяя зазор, образованный иглой и отверстием в мембране.

Фирма Rexroth предлагает конструкцию линейного турбулентного дросселя тонкой настройки (рис. 39) состоящего из корпуса 3, устройства настройки 2 и дросселирующего элемента 1. Дросселирование происходит в отверстии 5 с острыми кромками путем поворота торцового кулачка 4. Гильза с дросселирующим отверстием может перемещаться относительно торцового кулачка с помощью установочного винта 6. Стопор 7 исключает возможность поворота гильзы.

Изменением формы дроссельного отверстия может быть обеспечена как линейная, так и нелинейная расходная характеристика при угле поворота торцового кулачка на 300°.

Линейный ламинарный дроссель имеет прямо пропорциональ-

ную зависимость между перепадом давления и расходом рабочей жидкости. Им можно регулировать расход и использовать в качестве демпфера.

Линейный ламинарный дроссель формируется отверстием dо во втулке, отношение к длине lв которой составляет lв / dо 20, или в форме гидролинии большой длины – капилляра с малым живым

119

сечением [6]. Эти конструкции реализуются в виде нерегулируемого дросселя – дроссельной втулки и регулируемого винтового дросселя

(рис. 40).

lв do

Рис. 40. Конструктивные схемы линейного ламинарного дросселя: а – дроссельная втулка; б – винтовой дроссель

Для круглого отверстия связь между расходом и перепадом давления дросселя находится по формуле Пуазейля [18]:

где µ – динамическая вязкость; lк – длина капилляра.

Винтовая канавка квадратного или треугольного сечения позволяет уменьшить габариты дросселя. Регулирование расхода осуществляется осевым перемещением запорно-регулирующего элемента относительно корпуса дросселя. Расход линейного ламинарного дросселя зависит от температуры рабочей жидкости. Дроссель данного типа склонен к облитерации. Возможно также засорение капиллярного канала вследствие малости его сечения.

На рис. 41 показано конструктивное исполнение малорасходного щелевого дросселя резьбового монтажа для изменения расхода

вдвух (а) и одном (б) направлениях. Конструкция дросселя включает

всебя корпус 4 с радиальными отверстиями 1 для подвода жидкости к регулируемому кольцевому зазору 2, дроссельную втулку 3, поворачивающуюся по резьбе относительно корпуса, и обратный кла-

120