Глава 12. Гидроаппаратура, вспомогательные

УСТРОЙСТВА И ЛИНИИ

12.1. Классификация гидроаппаратов

Основной деталью всякого гидроаппарата является запорно-регулирующий элемент. Конструктивно он может быть выполнен в виде крана, золотника или клапана.

По назначению всю гидроаппаратуру можно разделить па направляющую и регулирующую. Первая предназначена для изме­нения направления потока жидкости путем полного перекрытия (открытия) проходного сечения в аппарате, вторая — для изме­нения давления или расхода (а иногда и направления потока)жидкости путем частичного перекрытия проходного сечения в ап­парате.

В свою очередь: регуляторы бывают прямого и непрямого действия. К регуляторам прямого действия относят те, у которых перемещение регулирующего элемента осуществляется за счет энергии регулируемого объекта, т. е. применительно к гидро­аппарату — за счет энергии рабочей жидкости. Как правило, регу­ляторы этого типа требуют небольшой мощности для управления регулирующим элементом.

Если для перемещения регулирующего элемента необходима значительная мощность (сотни ватт и более), применяютрегу­ляторы непрямого действия. У них энергия регулируемой среды используется только для управления гидродвигателем, а он уже воздействует на регулирующий элемент. При этом мощность сиг­нала от регулируемой среды незначительна, так как она воздей­ствует только на чувствительный элемент регулятора. Импульс от чувствительного элемента подается на гидроусилитель, кото­рый усиливает сигнал по мощности до значения, необходимого для управления регулирующим элементом.

Таким образом, регулятор непрямого действия состоит, по крайней мере, из трех основных узлов: чувствительного элемента, гидроусилителя и гидродвигателя.

12. 2. Направляющая аппаратура

К этой группе аппаратов относятся распределители жидкости, обратные клапаны, гидрозамки и клапаны: выдержки времени, последовательности и логические. В гидроприводе горных машин наибольшее применение нашли распределители жидкости, обратные клапаны и гидрозамки.

12.2.1. Распределители жидкости

В зависимости от числа гидролиний, подводимых к распре­делителю, последний может быть трехлинейным (трехходовым), четырехлинейным (четырехходовым) и т. д.

В зависимости от числа фиксированных положений запорного элемента различают распределители двухпозиционные, трехпозиционные и т. д.

Запорный элемент распределителя может приводиться в дви­жение различными источниками энергии. В зависимости от этого различают распределители с механическим (ручным), электри­ческим, гидравлическим и пневматическим управлением.

Крановые распределители характерны тем, что для изменения распределения жидкости в гидросистеме необходимо повернуть запорный элемент распределителя вокруг своей оси. Конструк­тивно запорный элемент может быть выполнен в виде цилиндри­ческой, конической, шаровой пробки или в виде плоского пово­ротного крана — золотника. В запорном элементе имеются про­ходные каналы для жидкости.

На рис. 12.1, а приведен простейший крановый распредели­тель. Основными элементами его являются корпус 4 с отверстиями для подвода жидкости и пробка3 с рукояткой . При поворотепробки осуществляется изменение направления движения жидкости в системе после распределителя (рис. 12.1, б).

Рис.12.1. Крановые распределители.

Для прижатия пробки конической формы к гнезду корпуса ставят пружину 2 (см. рис. 12.1, а). В распределителях с цилиндрической пробкой пружина отсутствует, а для избегания утечек жидкости произ­водится точная обработка сопрягаемых деталей. Крановые распределители могут выполняться неразгруженными и разгруженными. В неразгруженных кранах (рис. 12.1, б) давление в камере, связанной с линией нагнетания, не уравновешивается с другой стороны, что приводит к одностороннему прижатию пробки, увеличению момента для ее поворота и увеличению утечек. Поэтому при больших давлениях применяют только разгруженные краны (рис. 12.1, в), у которых диаметрально противоположные полости соединены каналами.

На рис. 12.1, г показано условное обозначение на гидравли­ческой схеме распределителя с ручным управлением.

При построении условных обозначений распределителей число позиций запорного элемента изображают числом квадратов, а про­ходы (каналы) в распределителе — линиями со стрелками, показывающими направления потоков рабочей жидкости в каждой позиции. Запорный элемент изображают в исходной позиции, когда к нему не приложено управляющее воздействие. Чтобы представить действие распределителя в другой рабочей позиции, необходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя внешние гидролинии в прежнем положении. Управление распределителем показывается на малых сторонах общего прямоугольника, составленного из квадратов. Ниже будут приведены примеры обозначения на гидравлических схемах некоторых распределителей.

В гидроприводе горных машин широко используются крановые распределители с плоским краном — золотником.

Рис.12.2. Крановый распределитель ЭРА – 1М.

На рис. 12.2, а показан девятилинейный восьмипозиционный распределитель ЭРА-1М, применяемый в гидрокрепях, работающих на эмульсиях, на рис. 12.2, б — схема его подключения к гидроцилиндру.

Основными элементами распределителя являются: плоский кран —золот­ник 3, распределительный диск 7 и корпус 6. Золотник 3 выполнен в виде валика, в торце которого имеются два гнезда, соединенные между собой каналом для прохода жидкости. В гнездах помещены втулки 5, прижимаемые пружинами 4 к распределительному диску 7, который неподвижно крепится на гидроблоке секции крепи. Так как гнезда в золотнике 3 выполнены на выступе торца, то подводимая жидкость к отверстию Н в распределителе может быть подана только к одному из семи отверстий, в то время как остальные шесть соединяются сливным отверстием С.

Распределитель этого типа является самоуплотняющимся, так как при появлении утечек на плоскости между золотником 3 и диском 7 в щели, согласно уравнению Бернулли, понизится давление, что приведет к увеличению силы прижатия втулок 5 к диску 7. Для облегчения поворота рукоятки на валике золот­ника установлен упорный подшипник 2.

Распределители аналогичного типа, но несколько иной кон­струкции встречаются в гидравлических схемах управления комбайнами. Иногда в них для уменьшения утечек в центральной втулке 5 устанавливается клапанный распределитель, отсека­ющий гидросистему от напорной линии после прекращения манипуляций распределителем (ЭРА-1К, РПК).

Золотниковые распределители получили наибольшее распро­странение в гидроприводе. Объясняется это простотой их изго­товления, компактностью и высокой надежностью в работе. Они могут работать при весьма высоких давлениях (до 32 МПа) и больших расходах, чем крановые распределители. Основными элементами этих распределителей являются золотник с поясками и цилиндр (гильза) с окнами.

Рис.12.3. Золотниковый распределитель.

На рис. 12.3, а приведена схема четырехлинейного трехпозиционного золотникового распределителя, на рис. 12.3, б — его условное обозначение на схеме (при гидравлическом управлении).

Наиболее распространенными являются четырех- и пятилинейные двух- и трехпозиционные распределители с ручным (механическим) и гидравлическим управлением.Как и крановые, золотниковые распределители могут выполняться разгруженными и неразгруженными. На рис. 12.3, апоказан разгруженный золотниковый распределитель. Его золотник разгружен от осевых усилий из-за равенства площадей, на которые действует давление жидкости на выходе из распределителя. При отсутствии крайних поясков на золотнике появится осевое усилие, направленное справа налево.Недостатком золотниковых распределителей является возможность появления облитерации.

Для борьбы с заеданием золотника при облитерации применяют специ­альные механические и электромеханические ус­тройства, сообщающие ко­лебательные движения зо­лотнику и, таким образом, разрушающие слой поля­ризованных молекул. С этой же целью иногдав гидравлических системах с небольшим давлением выполняют пояски золотников с нулевым или даже отрицатель­ным (неполным) перекрытием окон. Разумеется, что в последнем случае утечки через золотник увеличиваются.

Клапанные распределители применяются в основном в тех гидросистемах, где требуется высокая герметичность. По этой причине запорный элемент выполняют, как правило, в виде конического или шарового клапана.

Рис.12.4. Клапанный распределитель.

На рис. 12.4, а приведен клапанный распределитель с кони­ческим запорным элементом. Основными деталями распределителя являются клапан 4 с центрирующим плунжером, прижимаемыйк седлу 3 пружиной 5, и толкатель 7, воздействующий на клапан для его открывания. Чаще всего толкатель приводится в действие от электромагнита. В клапане 4 имеются отверстия для его урав­новешивания от подводимого давления. С целью герметизации рабо­чей камеры в проточке корпуса для толкателя установлены ман­жетные уплотнения2.

Распределители этого типа могут работать при весьма высоких давлениях (до 32 МПа). Достоинством их также является большой срок службы. К недостаткам следует отнести малые расходы(до 5 л/мин) и значительные усилия, необходимые для управления.

В гидроприводе горных, машин клапанные распределители нашли применение для дистанционного или автоматического упра­вления гидрокрепями . На рис. 12.4, б приведено условное обозначение трехлинейного двухпозиционного распределителя с управлением от электромагнита и пружинным возвратом.

12.2.2. Обратные клапаны

Обратные клапаны предназначены для пропускания жидкости только в одном направлении. В зависимости от конструкции запорного элемента чаще всего они бывают шариковыми(рис. 12.5, а) или коническими (рис. 12.5, б), реже тарельчатыми (рис. 12.5, в). Обратный клапан, установленный во всасывающей линии, иногда называют всасывающим, или приемным.

Рис.12.5. Обратные клапаны.

Особенностью обратных клапанов являются небольшое усилие сжатия пружины, прижимающей запорный элемент к седлу, и большая пропускная способность. Обычно потери давления в се­рийных клапанах не превышают 0,2 МПа , во всасывающих — на порядок меньше. Иногда для уменьшения потерь давленияв клапане пружину не устанавливают. Закрытие клапана в этом случае происходит под действием силы тяжести запорного эле­мента, для чего клапан располагается вертикально.

На рис. 12.5, г показано условное обозначение обратного кла­пана на гидравлических схемах.

Разновидностью обратных клапанов являются поддержива­ющие (подпорные) клапаны и напорные золотники. При­меняются они в тех случаях, когда необходимо рабочую жидкость свободно пропускать в одном направлении и с некоторым поднапором —в противоположном. Разумеется, что в таком клапане должны быть два проточных канала для пропускания жидкости в разных направлениях и два запорных элемента или один элемент в канале, но подпружиненный с обеих сторон.

12.2.3. Гидравлические замки

Для запирания полостей гидроцилиндра в заданном положе­нии поршня применяют управляемые обратные клапаны — гидрозамки.

Существуют гидрозамки одностороннего и двустороннего действия. Первые в горной практике используют чаще всего для запирания поршневых полостей стоек гидрокрепей при их распоре между почвой и кровлей выработки и для отпирания при разгрузке.

Рис.12.6. Гидрозамки.

На рис. 12.6, а приведён односторонний гидрозамок ЭКОР, который нашел широкое применение в гидрокрепях многих типов. При распоре стойки гидрокрепи рабочая жидкость подается через отверстие 3 к шарику 4, перемещает его вместе с упором 5 и по­ступает через отверстие 6 в поршневую полость стойки. С прекра­щением подачи жидкости шарик4 под действием пружины7 поднимется и отключит поршневую полость стойки от гидроси­стемы. При разгрузке стойки жидкость подается в поршневую полость толкателя, который, преодолевая сопротивление пружины 2 и сил, действующих на шарик 4, сообщает поршневую полость стойки через отверстия 6 и 3 со сливной гидролинией. При прекращении давления жидкости на поршень-толкатель пружины 2 и 7 возвращают последний и шарик 4 в исходное положение.

На рис, 12.6, б показано условное обозначение гидрозамка на схемах и его подключение к гидроцилиндру.

Двусторонние гидрозамки нашли широкое применение в уголь­ных комбайнах для запирания рабочей жидкости в гидроцилин­драх, управляющих положением комбайна и его исполнительных органов в пространстве.

На рис. 12.6, в приведена схема двустороннего гидрозамка. При подаче жидкости в правую полость гидрозамка плавающий поршенек 8 переместится влево и своим толкателем 4 откроет левый клапан 2. Вместе с тем под давлением рабочей жидкости откроется правый клапан гидрозамка и жидкость станет поступать в штоковую полость гидроцилиндра 1. При этом из поршневой полости гидроцилиндра жидкость будет сливаться через открытый левый клапан 2, с прекращением подачи жидкости в гидрозамок оба его клапана под действием пружин 3 закроются и жидкость будет заперта в обеих полостях гидроцилиндра 1, при подаче жидкости в левую полость гидрозамка процесс будет протекать в обратном направлении.

На рис. 12.6, г показано условное обозначение гидрозамка на схемах и его подключение к гидроцилиндру.