![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Гидроклапаны.
Гидроклапаном называется гидроаппарат, в котором степень открытия проходного сечения (положение запорно-регулирующего органа) изменяется под воздействием напора рабочей жидкости, проходящей через него. Гидроклапаны бывают регулирующие и направляющие. К регулирующим в первую очередь относятся клапаны давления, предназначенные для регулирования давления в потоке рабочей жидкости. Наиболее широко применяются напорные и редукционные гидроклапаны. Напорный гидроклапан — регулирующий гидроаппарат, предназначенный для ограничения давления в подводимом к нему потоке рабочей жидкости. По назначению эти гидроклапаны делятся на предохранительные, которые ограничивают верхний предел давления в системе, и переливные, предназначенные для поддержания заданного уровня давления путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы. Принцип действия всех напорных клапанов одинаков и основан на уравновешивании силы давления рабочей жидкости, действующей на клапан, усилием пружины или другим противодействующим устройством. Когда давление жидкости р превышает заданный уровень давления закрытия р3, запорно-регулирующнй орган смещается, открывая проход рабочей жидкости на слив. На рис. 4.8 представлены наиболее простые схемы напорных клапанов.
Рис. 5.8. Напорные клапаны. а, б — клапанного типа; в — золотникового типа
Клапаны шарикового и конусного типа (рис. 5.8., а и б) применяют обычно в качестве предохранительных клапанов, так как, несмотря на простоту и надежность, они хорошо работают только в случае эпизодического действия, характерного для предохранительных клапанов. При постоянной работе быстро изнашивается седло клапана, в результате чего при р< р3 нарушается герметичность системы. Расчет усилия предварительного поджатия пружины при условии, что давление слива близко к нулю, проводится по формуле
где d — диаметр седла клапана. В качестве переливных клапанов, для которых характерно непрерывное движение запорно-регулирующего органа, чаще применяются напорные клапаны золотникового типа (рис. 4.8., в). Основной характеристикой переливного клапана является стабильность поддерживаемого им давления р3. Величина изменения р3 определяется соотношением
где с — жесткость пружины; х0 — предварительное поджатие пружины; хк — конечное поджатие пружины при открытом клапане, зависящее от расхода жидкости через клапан; Sк — эффективная площадь, на которую действует давление р3. На рис. 4.9 приведены принципиальные схемы напорных клапанов прямого действия с шариковым, конусным, плунжерным и тарельчатым запорно-регулирующими элементами. Рис. 5.9. Принципиальные схемы напорных клапанов с запорно-регулирующими элементами: Особенностью схем на рис. 4.9 б) и с) является наличие полости – гидравличесвкого демпфера под штоком 8.
В клапанах прямого действия возникает вибрация запорно-регулирующего элемента, сопровождаемая ударами о седло и колебаниями давления в системе. Вибрация и удары могут служить причиной износа и потери герметичности клапанов. Для уменьшения силы удара и частоты колебаний клапана о седло применяют специальные гидравлические демпферы (рис.4.9. б, г). Устройство состоит из камеры 7, в которой перемещается плунжер 8. Камера заполнена жидкостью. С линией слива эта камера соединяется тонким калибровочным отверстием 9 диаметром 0, 8…1 мм. При открывании клапана плунжер вытесняет жидкость из камеры демпфера. Создаваемое при этом гидравлическое сопротивление, пропорциональное скорости движения плунжера, уменьшает частоту колебаний, силу удара запорно- регулирующего элемента и частично устраняет его вибрацию. Достоинство клапанов прямого действия - высокое быстродействие. Недостаток - увеличение размеров при повышении рабочего давления, а также нестабильность работы. Для повышения стабильности клапана необходимо уменьшать жесткость пружины и увеличивать площадь Sк. Однако увеличение площади при высоких давлениях приводит в недопустимому росту размеров пружины, а следовательно, и размеров клапана. Поэтому в системах с высоким рабочим давлением применяют напорные гидроклапаны непрямого действия, в которых поток рабочей жидкости воздействует на запорно-регулирующий орган не непосредственно, как в клапанах, представленных на рис.5.9, а через вспомогательное устройство. Одна из существующих схем клапана непрямого действия показана на рис. 5.10. Рис. 5.10. Клапан непрямого действия Рис.4.11. Клапан с дифференциальным золотником
Входная полость клапана через дроссель 1 соединена с полостью А. При р < р3 в полости А устанавливается давление рА = р, которое действует на поршень 2 (площадь S 2) совместно с пружиной 3 и прижимает поршень к седлу, закрывая проход рабочей жидкости. При р > р3 открывается шариковый клапан 4, пружина которого рассчитана на усилие F пр = p3S1, где S1 — площадь отверстия 5. После открытия шарикового клапана давление в полости А падает, и под действием усилия pSK > рAS2 + F пр поршень 2 смещается вправо, открывая проход рабочей жидкости на слив. Достоинством такого клапана является стабильность давления р3 при изменении расхода в широком диапазоне. В промышленности широко используются напорные клапаны типа Г52-1 и БГ52-1. Клапаны работают на минеральном масле вязкостью 10—60 мм2/с (10—60 сСт) при температуре до 50 °С. Рекомендуется масло индустриальное 20 и 30. Эти клапаны рассчитаны на давление от 5 до 20 МПа. Расход через клапан определяется его типоразмером и находится в пределах от 0, 3 до 10 л/с. Другим способом уменьшения действующих сил и размеров пружин является применение в качестве запорно-регулирующего органа дифференциального золотника (рис. 5.10.). В этом случае усилие предварительно сжатой пружины определяется из соотношения
Разность площадей основного (диаметром d1) и вспомогательного (диаметром d2) поршней может быть выбрана как угодно малой, однако на практике для надежного преодоления силы трения разность выбирают не менее 0, 25 площади основного поршня. Важным параметром напорных гидроклапанов является собственная частота колебаний подвижных частей клапана. При установке клапана в системе для предотвращения возможности возникновения резонансных колебаний надо соблюдать соотношение ω к ≠ ω 0 или ∆ ω = |ω к – ω 0 | = (0, 1 – 0, 15) ω max, где ω к — собственная частота клапана:
c – суммарная жёсткость пружин; т — масса подвижных частей; ω 0 — частота пульсаций давления в гидросистеме, определяемая частотой пульсаций насоса и характером работы потребителей. Для гашения резонансных колебаний подвижных частей напорных клапанов в некоторых случаях используют гидравлические демпферы, поглощающие энергию колебаний. Напорные гидроклапаны устанавливают, возможно ближе к тем агрегатам, для защиты которых они предназначены. Для снижения мгновенных пиков давления рекомендуется применять клапаны прямого действия с малой инерцией подвижных частей, так как применение клапанов непрямого действия вследствие их большего запаздывания может привести к недопустимым скачкам давлений. Подробнее о гидроклапанах см. в литературе [9, 67]. Управляемые обратные клапаны получили распространение в прессах и используются для пропускания больших объемов жидкости во время холостых перемещений основного поршня или плунжера. Как правило, применяются обратные клапаны с коническим затвором, для управления которым имеется несколько конструктивных решений. Рис. 5.11 Управляемый обратный клапан
Рассмотрим конструкцию управляемого обратного клапана с управлением от основного потока и некоторые вопросы технологического характера, используя для этой цели аппарат[*], изображенный на рис, 2. В ступенчатый клапан 5 под углом 45° встроен двусторонний шариковый клапан 3, который в зависимости от направления основного потока жидкости соединяет надклапанную полость 6 с каналами 1 и 4. К полости 6 подключен двухпозиционный распределитель с электрическим управлением 7. Когда золотник в распределителе 7 занимает положение а, то полость 6 замкнута, при этом клапан 5 прижат к седлу втулки 9. Если золотник в распределителе займет положение б, то полость 6 соединяется с баком, а клапан 5 отойдет от седла, пропуская основной поток жидкости в необходимом направлении, причем независимо от того, где находится жидкость под давлением. Для сглаживания резкого падения давления в каналах 1 и 4 при срабатывании распределителя 7 и для создания перепада давления между ними и полостью 6 отверстие 8 сделано малого диаметра, которое выполняет функцию демпфера. Идея, воплощенная в конструкцию аппарата по рис. 2, а, правильная, однако расположение шарикового клапана 3 под углом вызывает технологические неудобства при изготовлении. Очевидно для высверливания отверстия и нарезания резьбы под штуцер 2 потребуется дополнительное приспособление. Сверление же всех отверстий в ступенчатом клапане даже при наличии приспособления происходит в неблагоприятных условиях, так как возможна поломка сверла при выходе его из металла. В варианте, показанном на рис. 2, б, изготовление всех отверстий, расположенных под прямым углом к соответствующим поверхностям, не нуждается в дополнительном приспособлении. Такое конструктивное решение несомненно технологичней, однако появилась необходимость в дополнительной детали 10. Введение кольцевой проточки 11 (рис. 2, в) еще в большей степени упростило технологию изготовления внутренних коммуникаций в клапане.
Редукционный гидроклапан — регулирующий гидроаппарат, предназначенный для поддержания постоянного давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости при условии р2< р1, где р2 — давление в отводимом потоке (давление на выходе); p1 — давление в подводимом потоке (давление на входе). Редукционные клапаны обычно устанавливают в системах, где от одного насоса работает несколько потребителей с разным значением рабочего давления. В этом случае насос рассчитывается на максимальное давление, необходимое для работы одного из потребителей, а перед другими устанавливают редукционный клапан. Кроме того, эти клапаны являются стабилизаторами рабочего давления, поддерживающими р2 = const при р1 = var. Принципиальная схема редукционного клапана представлена на рис. 5.12, а. Рис. 5.12. Редукционные клапаны: а — клапан постоянного давления; б — клапан постоянного перепада давлений
Если допустить, что силы трения в подвижных элементах малы, уравнение равновесия можно записать в виде
Отсюда для достаточно эластичной пружины с малой погрешностью можно записать:
где F пр — предварительное усилие пружины 1, устанавливаемое регулировочным винтом 2. Разновидностью редукционных клапанов является гидроклапан перепада давления, предназначенный для поддержания заданного перепада давлений на входе и выходе при р1> р2 (рис. 4.11, б). Уравнение равновесия без учета сил трения и диаметра отверстия а в поршне 1 можно записать в виде
откуда
В случае больших расходов через редукционный клапан с целью уменьшения габаритов пружины используют клапаны непрямого действия, в которых управление основным запорно-регулирующим органом осуществляется вспомогательным устройством, работающим под действием потока рабочей жидкости с давлением р2. Обратные клапаны. Это — направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания рабочей жидкости только в одном направлении. При изменении направления потока обратный клапан закрывается, прекращая подачу рабочей жидкости в соответствующую гидролинию. Основные требования, предъявляемые к обратным клапанам: полная герметичность при закрытом положении и минимальное гидравлическое сопротивление потоку в открытом положении.
![]()
В промышленных гидроприводах широко применяется серийно выпускаемый обратный клапан типа Г51-2 (рис. 5.13.). При прямом направлении потока рабочая жидкость подается через отверстие А под клапан 1, который, преодолевая усилие пружины 2, поднимается вверх и открывает проход рабочей жидкости. При изменении направления потока клапан 1 давлением рабочей жидкости и усилием пружины прижимается к седлу 3, перекрывая поток. Усилие пружины незначительно и обеспечивает только надежную посадку клапана на седло. Разновидностью обратных клапанов является гидрозамок – управляемый обратный клапан с управляющим воздействием на поток рабочей жидкости. Гидрозамок пропускает жидкость только в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия и в обоих направлениях — при его наличии. На рис. 5.14. представлен гидрозамок типа КУ. При отсутствии давления управления поршень 1 и толкатель 4 под действием пружины 2 отжаты вниз, и гидрозамок работает как обратный клапан, пропуская жидкость только в одном направлении — от полости А к полости Б. В случае управляющего воздействия поршень 1 и толкатель 4, преодолевая воздействие пружин 2 и 5, открывают клапан 3, обеспечивая проход рабочей жидкости в любом направлении. Гидрозамок типа КУ работает на минеральных маслах вязкостью 10—60 мм2/с (10—60 сСт) при температуре до 50 °С, номинальное давление до 32 МПа, давление управления от 1 до 32 МПа, потери давления при номинальном расходе не более 0, 4 МПа. Расход через гидрозамок зависит от его типоразмера и находится в пределах от 0, 7 до 7 л/с.
|